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《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、10材控（1）機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法摘要：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種非常重要的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，能從眾多的設(shè)計(jì)方案中找出最佳方案，從而大大提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量?，F(xiàn)代工程裝備的復(fù)雜性使得機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)變得越來越困難，利用新的科學(xué)理論探索新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是該研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方面。在綜合大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，闡述機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的含義、目的及必要性，總結(jié)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，從優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型建立和求解算法兩方面探討現(xiàn)代機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論方法和研究現(xiàn)狀，并指出該領(lǐng)域中應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步研究的問題和發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：機(jī)械；優(yōu)化設(shè)計(jì)；數(shù)學(xué)模型；優(yōu)化方法；智能優(yōu)化優(yōu)化設(shè)計(jì)是20世紀(jì)60年代隨計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)
2、展起來的一門新學(xué)科，是構(gòu)成和推進(jìn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生與發(fā)展的重要內(nèi)容。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是綜合性和實(shí)用性都很強(qiáng)的理論和技術(shù)，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了一種可靠、高效的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，使設(shè)計(jì)者由被動(dòng)地分析、校核進(jìn)入主動(dòng)設(shè)計(jì)，能節(jié)約原材料，降低成本，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率和水平，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者和科研人員對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法及其應(yīng)用研究十分重視，并開展了大量工作，其基本理論和求解手段已逐漸成熟。國(guó)內(nèi)優(yōu)化設(shè)計(jì)起步較晚，但在眾多學(xué)者和科研人員的不懈努力下，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展迅猛，在理論上和工程應(yīng)用中都取得了很大進(jìn)步和豐碩成果，但與國(guó)外先進(jìn)優(yōu)化技術(shù)相比還存在
3、一定差距，在實(shí)際工程中發(fā)揮效益的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案或設(shè)計(jì)結(jié)果所占比例不大。計(jì)算機(jī)等輔助設(shè)備性能的提高、科技與市場(chǎng)的雙重驅(qū)動(dòng)，使得優(yōu)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造中的應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展，遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群法等智能優(yōu)化方法也在優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到了成功應(yīng)用。1機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種現(xiàn)代、科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，集思考、繪圖、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)于一體，其結(jié)果不僅“可行”，而且“最優(yōu)”。該“最優(yōu)”是相對(duì)的，隨著科技的發(fā)展以及設(shè)計(jì)條件的改變，最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)也將發(fā)生變化"。。優(yōu)化設(shè)計(jì)反映了人們對(duì)客觀世界認(rèn)識(shí)的深化，要求人們根據(jù)事物的客觀規(guī)律，在一定的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)條件下充分發(fā)揮人的主觀能動(dòng)
4、性，得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。2傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法種類很多，按求解方法特點(diǎn)可分為準(zhǔn)則優(yōu)化法、線性規(guī)劃法和非線性規(guī)劃法。作者僅從工程應(yīng)用角度對(duì)之進(jìn)行歸納和整理，具體算法可參考其他資料。2．1準(zhǔn)則優(yōu)化法準(zhǔn)則優(yōu)化法不應(yīng)用數(shù)學(xué)極值原理，而根據(jù)力學(xué)、物理或其他原則構(gòu)造評(píng)優(yōu)準(zhǔn)則，然后依據(jù)此準(zhǔn)則進(jìn)行尋優(yōu)。優(yōu)點(diǎn)是概念直觀、計(jì)算簡(jiǎn)單，少約束時(shí)優(yōu)化效率較高，特別適合工程應(yīng)用；缺點(diǎn)是只能考慮一個(gè)或很少方面，多約束時(shí)優(yōu)化效率大大降低，甚至不收斂310材控（1）。。如滿應(yīng)力準(zhǔn)則法直接從結(jié)構(gòu)力學(xué)的原理出發(fā)，實(shí)質(zhì)是在結(jié)構(gòu)幾何形狀固定和構(gòu)件材料確定的情況下選擇截面，使結(jié)構(gòu)中每一構(gòu)
5、件至少在一種工況下達(dá)到滿應(yīng)力，從而使桿件材料得以充分利用。迭代法是滿應(yīng)力設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單的方法。2．2線性規(guī)劃法線性規(guī)劃法是根據(jù)數(shù)學(xué)極值原理求解目標(biāo)函數(shù)和約束條件同為設(shè)計(jì)變量的線性優(yōu)化問題，是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要方法之一。主要方法有單純形法和序列線性規(guī)劃法。2．3非線性規(guī)劃法實(shí)際工程的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)大都屬于非線性規(guī)劃，且非線性程度越來越高，完全簡(jiǎn)化成線性問題是不妥當(dāng)?shù)?。非線性規(guī)劃從數(shù)學(xué)極值原理出發(fā)求解優(yōu)化問題，可分為無約束直接法、無約束間接法、有約束直接法和有約束間接法。3現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法優(yōu)化準(zhǔn)則法對(duì)于不同類型的約束、變量、目標(biāo)函數(shù)等需導(dǎo)出不同的優(yōu)化準(zhǔn)則，通用性較差
6、，且多為近似最優(yōu)解；規(guī)劃法需多次迭代、重復(fù)分析，代價(jià)昂貴，效率較低，往往還要求目標(biāo)函數(shù)和約束條件連續(xù)、可微，這都限制了其在實(shí)際工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中的推廣應(yīng)用。而且現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)優(yōu)化算法漸顯力不從心。因此，遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、粒子群算法、進(jìn)化算法等智能優(yōu)化法于20世紀(jì)80年代相繼提出，不需要目標(biāo)函數(shù)和約束條件的導(dǎo)數(shù)信息，且可獲得全局最優(yōu)解，為復(fù)雜機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的思路和方法，取得了良好效果，并在實(shí)際工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中有了成功應(yīng)用。3．1遺傳算法遺傳算法起源于20世紀(jì)60年代對(duì)自然和人工自適應(yīng)系統(tǒng)的研究，最早由美國(guó)密歇根大學(xué)Holland教授提出，是模擬生
7、物進(jìn)化過程、高度并行、隨機(jī)、自適應(yīng)的全局優(yōu)化概率搜索算法。它按照獲得最大效益的原則進(jìn)行隨機(jī)搜索，不需要梯度信息，也不需要函數(shù)的凸性和連續(xù)性，能夠收斂到全局最優(yōu)解，具有很強(qiáng)的通用性、靈活性和全局性；缺點(diǎn)是不能保證下一代比上一代更好，只是在總趨勢(shì)上不斷優(yōu)化，運(yùn)行效率較低，局部尋優(yōu)能力較差。3．2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)大規(guī)模自適應(yīng)的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，具有聯(lián)想、概括、類比、并行處理以及很強(qiáng)的魯棒性，且局部損傷不影響整體結(jié)果。美國(guó)物理學(xué)家Hopfield最早發(fā)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)化能力，并根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，將系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)與最優(yōu)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)能量函數(shù)與優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)相對(duì)
8、應(yīng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與優(yōu)化設(shè)計(jì)變量相對(duì)應(yīng)，
