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《機械優(yōu)化設計在計算機輔助領域的應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、機械優(yōu)化設計在計算機輔助設計領域的應用王昊摘要：本文討論了機械優(yōu)化技術在工程實際問題和計算機輔助設計領域應用的重要性，通過在CAD和UG兩個本人所接觸過的計算機輔助設計軟件上所表現(xiàn)出的可靠性和有效性，證明其在該領域的重要性以及良好的應用前景。關鍵詞：機械優(yōu)化；CAD；UGOptimizationofmechanicaldesignincomputeraideddesignapplicationWangHaoAbstract:Thispaperdiscussestheoptimizationofmechanica
2、ltechnologyinengineeringandcomputeraideddesignapplicationofimportance,throughtheCADandUGtwoIcontactedthecomputeraideddesignsoftwaredemonstratedreliabilityandvalidity,toproveitsimportanceinthefieldaswellasthegoodapplicationprospect.Keywords:mechanicaloptimiza
3、tion;CAD;UG前言機械優(yōu)化設計與機械計算機輔助設計,即（ComputerAidedDesign)兩個問題放在一起論述,不僅是由于它們之間在學科內(nèi)容上有著密切的關聯(lián),而且它們的發(fā)展和應用也是相互促進、結伴而行的。機械優(yōu)化設計算法本身是一種迭代逼近過程,離不開CAD手段，而目前在CAD中又大多融入了優(yōu)化技術的內(nèi)容,使CAD的工作效果更上了一個層次。無論從國際范圍還是從我國的情況來看,機械CAD和優(yōu)化設計的發(fā)展都十分迅速,而且應用十分廣泛。1優(yōu)化問題與算法程序概況無論做任何一件工作，人們總希望在一切可能的方案
4、中選擇一個最好的、比較符合實際問題的、理想境界的答案，這就是最優(yōu)化問題。解決這種問題的方法是運籌學中的數(shù)學規(guī)劃這一分支，近年來大家習慣地稱它為最優(yōu)化方法。數(shù)學規(guī)劃這一術語是由RobertDoff—man在l95O年前后提出來的，一般包括整數(shù)規(guī)劃、線性規(guī)劃、凸規(guī)劃、非線性規(guī)劃、網(wǎng)絡流動理論、動態(tài)規(guī)劃、不定過程中的規(guī)劃等內(nèi)容。在工程方面的典型應用領域是企業(yè)生產(chǎn)計劃的擬定、生產(chǎn)流程安排、質(zhì)量控制，設計參數(shù)選擇、過程設計等。在企業(yè)管理、生產(chǎn)運籌和機械設計中則以應用線性和非線性規(guī)劃的問題較為多見。舉兩個例子來說明優(yōu)化問題
5、及其數(shù)學模型。設某廠同時生產(chǎn)若干種產(chǎn)值不同的產(chǎn)品。欲根據(jù)本廠的材料供應和可能提供的工時、電力等來安排一個合理的產(chǎn)量計劃，使總產(chǎn)值最高，這是一個線性規(guī)劃的優(yōu)化問題，數(shù)學模型可表達為：mainz=一∑CiXi=l，2，……nS．t∑AijXi≤Bj，j=1，2……mXi≥O式中，z代表總產(chǎn)值，不等式方程組代表一系列的限制條件。又如，欲設計一臺NGW型行星齒輪減速器，要求合理選擇齒數(shù)、齒寬、變位系數(shù)和行星輪個數(shù)等參數(shù)，使減速器體積最小，這是一個非線性規(guī)劃的優(yōu)化問題，數(shù)學模型的一般表達式是：mainF(x)x∈D∈RD
6、：(x)≥0u=1，2，……，m(x)=0v=1，2，……，P式中的目標函數(shù)F（x）代表減速器的體積，(x)、(x)分別表示按配齒、強度、幾何速比誤差等方面的限制條件構成的不等式和等式的約束函數(shù)，這些函數(shù)大多是非線性的。最優(yōu)化問題的求解方法一般可分為解析法數(shù)值法、圖解法、實驗法等。其中解析法是用微分和變分的經(jīng)典方法求解，例如拉格朗日乘子法及約束變分法等，對于大型高度非線性問題，解折法不能令人滿意，但解析法只適合于1～2個自變量的問題。實驗法的成本高，只用于很難抽象出數(shù)學模型的優(yōu)化問題。一般所指的憂化方法都指數(shù)值
7、選代的計算方法。優(yōu)化方法的研究成果和論著是在近代才開始大量發(fā)表的，其中從實用技術角度出發(fā)較為有影響的論著有：[美)D．M．希梅爾布勞著的《實用非線性規(guī)劃》、[美]JR．L．福克斯著的《工程設計的優(yōu)化方法》及[中]席少霖著的《最優(yōu)化計算方法》等。這些著作均簡明扼要地闡述了一些常用的、之有效的實用優(yōu)化方法。對于從事工程技術的研究人員和設計師來講，更關心的是如何把這些數(shù)學方法變成能付諸使用的計算機程序，以便在確定工程問題的優(yōu)化數(shù)學模型后，很快地通過優(yōu)化方法程序取得實用的優(yōu)化解。這個問題在國際上已有了大量的研究成果。其
8、中比較著名和典型的有由英國各大學和政府研究機構聯(lián)合研制的NAG(NumcrlcalAlgorithmcGr一0up)數(shù)值算法程序庫、英國原子能研究中心研制的Harwall程序庫、美國斯坦福大學國家物理實驗室研制的NPL程序庫以及美國Richard．L．Fox建立的CMIN=16程序等。我國第一個大型非線性優(yōu)化方法程序庫OPB-1是在1985年底建成的，在國際上也有一定的影響。下面簡要介
