計(jì)算機(jī)輔助配方設(shè)計(jì)與優(yōu)化

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1、計(jì)算機(jī)輔助玻璃配方優(yōu)化玻璃纖維分公司馬京明(fiberglassbranchJingmingMa)AbstractThroughanalysethedesigntechnologyoftheglasscomponents,putforwardtheoptimumdensignedmethodforusingthecomputer,andprovidedtheimplementandexample.thisideacanusinginothercalculabilityproduct.theprofito

2、feconomicandsocialarehuge.Keywordsoptimuedesignedtechnology,glasscomponent,calculabilityproduct摘要本文通過(guò)對(duì)玻璃配方設(shè)計(jì)技術(shù)的分析,提出利用計(jì)算機(jī)輔助玻璃配方的優(yōu)化設(shè)計(jì),并給出了實(shí)現(xiàn)方法,同時(shí)給出了設(shè)計(jì)實(shí)例.本文的思想同樣適用于其它可計(jì)算產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì).其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是巨大的.一.概述隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，我們從事設(shè)計(jì)的工作條件得到了巨大的改善，層出不窮的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，如各種機(jī)械CAD、電子C

3、AD以及各種計(jì)算機(jī)仿真軟件等，極大地縮短了新品開(kāi)發(fā)周期。機(jī)械、電子行業(yè)應(yīng)用面廣，其理論體系完善，可計(jì)算性強(qiáng)，因而開(kāi)發(fā)該類軟件的機(jī)構(gòu)眾多，軟件也成熟得多，而化工、冶金等行業(yè)的CAD軟件則由于各種原因而相對(duì)貧乏得多。本文介紹使用廈門靈捷軟件公司開(kāi)發(fā)的無(wú)機(jī)玻璃工程師系統(tǒng)優(yōu)化配方.二.配方優(yōu)化設(shè)計(jì)在無(wú)機(jī)玻璃的生產(chǎn)和科研工作中,為了試制新產(chǎn)品，改進(jìn)生產(chǎn)工藝以降低生產(chǎn)成本,需要對(duì)玻璃配方改良，對(duì)需要改進(jìn)的配方做許多試驗(yàn)，試驗(yàn)各種配方組合下所形成玻璃的相關(guān)物理性能指標(biāo)，尋找出符合我們目標(biāo)要求的經(jīng)濟(jì)合理的配方。通常，為

4、了得到所要求的物理性能，玻璃的組成會(huì)超過(guò)3種，多至10種以上，其組合數(shù)目巨大，以至于我們無(wú)法也不可能進(jìn)行全部的試驗(yàn)。配方設(shè)計(jì)是眾多設(shè)計(jì)課題中的一種,其各組份含量的高低,直接影響其形成產(chǎn)品的質(zhì)量以及其工藝性能和性能價(jià)格比.傳統(tǒng)的做法是逐次逐步試驗(yàn),工作量大,費(fèi)用高昂,周期長(zhǎng).一旦試驗(yàn)基本接近目標(biāo)值,則難以再進(jìn)行優(yōu)化.為此，我們選用正交試驗(yàn)技術(shù)解決這一問(wèn)題.9三.計(jì)算機(jī)輔助配方優(yōu)化設(shè)計(jì)玻璃配方物理性質(zhì)的計(jì)算過(guò)程繁雜,計(jì)算量大.計(jì)算單一配方的數(shù)據(jù)尚可由人工進(jìn)行,但進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)其計(jì)算量呈幾何級(jí)數(shù)上升,大到以"人

5、年"為單位.隨著電子計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展,正交設(shè)計(jì)自動(dòng)化成為可能.作者采用C++語(yǔ)言,利用文獻(xiàn)1的GE-SYSTEM的配方優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件包,效果理想.在該軟件包內(nèi)，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)輸入的配方各組分的含量范圍以及欲達(dá)到的目標(biāo)值，通過(guò)計(jì)算，輸出設(shè)計(jì)結(jié)果。該軟件中，對(duì)玻璃物理性質(zhì)的計(jì)算采用的是中國(guó)科學(xué)院院士、上海光學(xué)精密機(jī)械研究所教授干福熹先生的計(jì)算體系。1.軟件界面的規(guī)劃設(shè)計(jì)：為了方便玻璃工程師使用，降低對(duì)使用者計(jì)算機(jī)水平的要求，軟件使用標(biāo)準(zhǔn)的Windows操作界面，應(yīng)用拖放編程技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，方便輸入

6、各種數(shù)據(jù)和輸出設(shè)計(jì)結(jié)果，減少鍵盤操作，盡量利用鼠標(biāo)完成設(shè)計(jì)工作。主要界面如圖所示：（圖1）配方和目標(biāo)輸入在圖1中，上部是標(biāo)準(zhǔn)的菜單及其相應(yīng)的快捷按扭，下部根據(jù)設(shè)計(jì)過(guò)程的需要分4頁(yè)，分別是“配方”、“設(shè)計(jì)結(jié)果”、“常用溫度點(diǎn)”、“粘度曲線”。在“配方”頁(yè)中，“配方范圍”由用戶輸入配方的各種組成以及其百分含量范圍；“配方類型”指明各組份百分含量是摩爾比還是重量比；“牌號(hào)”是指玻璃的名稱；“停機(jī)條件”是確保計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)運(yùn)算的過(guò)程中，不陷于死循環(huán)的次數(shù)，因?yàn)橛袝r(shí)設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)始終在目標(biāo)要求左右徘徊而“振蕩”；“總誤

7、差”是指設(shè)計(jì)的配方其性質(zhì)與“目標(biāo)要求”的總誤差水平，缺省值為0.00001；“目標(biāo)要求”提供給用戶輸入所設(shè)計(jì)的配方其應(yīng)達(dá)到的物理性質(zhì)值，在“方式”9列中，由用戶選擇設(shè)計(jì)結(jié)果與目標(biāo)值的大小關(guān)系。對(duì)于玻璃瓶罐來(lái)講，還可以做輕量化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)原玻璃瓶數(shù)據(jù)的計(jì)算以及目標(biāo)要求，算出可以達(dá)到輕量化要求的玻璃密度，見(jiàn)圖2。（圖2）輕量化設(shè)計(jì)在“設(shè)計(jì)結(jié)果”頁(yè)上，顯示經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的配方組成以及該配方所形成的玻璃的各種物理性質(zhì)預(yù)測(cè)值，如圖3所示。在該圖中，“玻璃性質(zhì)”欄顯示出我們要設(shè)計(jì)折射率為1.5163牌號(hào)為KKK的玻

8、璃的兩組配方的性質(zhì)，其中“直接看”和“算一算”是“正交設(shè)計(jì)”方法的術(shù)語(yǔ)，是對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的描述；在“配方設(shè)計(jì)結(jié)果及換算”欄中，“原始”列顯示的是在設(shè)計(jì)輸入界面中含量值的優(yōu)化結(jié)果，其和通常小于100%，而“歸一”列則將配方含量換算為100%，如果在設(shè)計(jì)時(shí)“配方類型”為“重量比”，則換算出“摩爾比”，反之則換算出“重量比”；當(dāng)鼠標(biāo)在該區(qū)域時(shí)，顯示設(shè)計(jì)配方的粘度函數(shù)式。9（圖3）設(shè)計(jì)結(jié)果在“常用溫度點(diǎn)”頁(yè)中，顯示所設(shè)計(jì)出的玻璃的一些溫度點(diǎn),如圖4