扶菁林

【摘 要】隨著技術(shù)的發(fā)展，許多新的成果開(kāi)始引進(jìn)，并且實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是信息技術(shù)革命極大地促進(jìn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展，一系列軟件出現(xiàn)就是最佳的證明。其中包括：CAD，ANSYS，ADAMS，VB，VC。它們各具特色，在應(yīng)用程序中起著不同的作用。最常用的就是CAD軟件，它對(duì)于軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展影響最大，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法不能和現(xiàn)代的設(shè)計(jì)相比，并在內(nèi)存，傳輸，存儲(chǔ)，調(diào)用方面上都很方便。ADAMS軟件不僅集合虛擬制造，試驗(yàn)和測(cè)試功能，還可以通過(guò)優(yōu)化參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)[1]，VB和VC軟件具有很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的理論，可以將目標(biāo)優(yōu)化做到可視。優(yōu)化是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的主要技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，極大地促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展，反過(guò)來(lái)，每個(gè)設(shè)計(jì)師為了掌握設(shè)計(jì)方法，就一定要運(yùn)用各種軟件工具。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)方法；農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)平臺(tái)

航空，航天，汽車，軍工行業(yè)在使用現(xiàn)代設(shè)計(jì)上是最先進(jìn)的。代表著其發(fā)展的先驅(qū)，當(dāng)然新技術(shù)也是其中一方面。這對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，是處于很落后的階段，在一般情況下，在上個(gè)世紀(jì)從3-5年的周期縮短了1至3年。上世紀(jì)80年代后期，中國(guó)開(kāi)始引進(jìn)。現(xiàn)在的CAD技術(shù)已延伸到高校，科研院所和企業(yè)。

隨著應(yīng)用和推廣的不斷深化，提高CAD技術(shù)的可能性也越來(lái)越大，其功能更加強(qiáng)大，而現(xiàn)在如果不將CAD軟件技術(shù)使用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，幾乎是令人難以置信。

其他方面的技術(shù)也是有著很多的利用的?；谖覈?guó)的國(guó)情，先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和軟件的首要基地是教研機(jī)構(gòu)，教育機(jī)構(gòu)，再者就是研究單位，由此再漸漸的擴(kuò)展到企業(yè)方面。這樣的發(fā)展過(guò)程是很符合我國(guó)的教育模式的。但現(xiàn)代設(shè)計(jì)不局限于個(gè)別學(xué)科，在全國(guó)使用的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的過(guò)程中，我們要建立強(qiáng)大的理論體系，優(yōu)化模型，使用適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件基礎(chǔ)，是一個(gè)非常艱難的系統(tǒng)工程[2]。例如，應(yīng)用到通用航空飛機(jī)，其介質(zhì)是空氣，其物理性質(zhì)的變化相對(duì)較小，而農(nóng)業(yè)機(jī)械處理在于各種材料，其物理性能的方法上都有很大的不同，理論研究和優(yōu)化有其特殊的性質(zhì)，不同的理論和方法，是不能相互復(fù)制的?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，包括優(yōu)化的系統(tǒng)，應(yīng)用程序創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)就變得很有必要。

1.平臺(tái)建立的基本內(nèi)容

1.1創(chuàng)新的方法的特性

農(nóng)機(jī)創(chuàng)新有著一定的特殊性，當(dāng)然也有其普遍性。首先是農(nóng)機(jī)部門創(chuàng)新的實(shí)際要求，新的機(jī)構(gòu)可以完成傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)沒(méi)有辦法完成的任務(wù)。制度創(chuàng)新的技術(shù)要求由兩部分組成：發(fā)現(xiàn)機(jī)制的實(shí)施方案，以實(shí)現(xiàn)尋找創(chuàng)新元素和創(chuàng)新方法。兩者都非常重要，但部分的項(xiàng)目在不同的情況下難度相對(duì)有所不同：有些人覺(jué)得很難。

1.2理論研究是現(xiàn)狀

理論研究上的優(yōu)化設(shè)計(jì)，它是虛擬測(cè)試和測(cè)試軟件的基礎(chǔ)。優(yōu)化的理論也是參數(shù)優(yōu)化的主要目的，是設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。理論研究的理論分析或?qū)嶒?yàn)回歸演繹的數(shù)學(xué)模型上，目標(biāo)函數(shù)上以及軟件設(shè)計(jì)上。理論的研究成果，是現(xiàn)代設(shè)計(jì)平臺(tái)的一個(gè)重要組成部分。

1.3優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的思路

市場(chǎng)上的設(shè)計(jì)師提供各種軟件工具，功能更強(qiáng)大，應(yīng)用的規(guī)模很大，但這是研究人員必須掌握的。對(duì)于使用的軟件的掌握不是主要依賴于課堂教學(xué)，但技術(shù)和實(shí)踐指導(dǎo)的過(guò)程中就必須會(huì)涉及到軟件技術(shù)的使用。在一般情況下，教師需要研究課題，學(xué)生在完成研究工作時(shí)，無(wú)論是低年級(jí)還是高年級(jí)的學(xué)生，這都會(huì)在軟件里體現(xiàn)出來(lái)。雖然市場(chǎng)對(duì)軟件具有強(qiáng)大的導(dǎo)向功能，完成是一個(gè)過(guò)程，但對(duì)于其試驗(yàn)和測(cè)試，但沒(méi)有二次開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)的核心難以設(shè)計(jì)到參數(shù)優(yōu)化。沒(méi)有確切的參數(shù)優(yōu)化，其實(shí)就是虛擬制造，試驗(yàn)和測(cè)試沒(méi)有任何意義，這項(xiàng)工作的目的是檢查精度的參數(shù)優(yōu)化程度。但是在農(nóng)業(yè)方面，多參數(shù)，強(qiáng)耦合，模糊，線性復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化是一個(gè)非常困難的任務(wù)，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法難以完成。

2.平臺(tái)建立的必要性和重要性

2.1農(nóng)業(yè)機(jī)械建立的負(fù)面不利的因素

季節(jié)時(shí)效性太強(qiáng)：農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的成功與否關(guān)鍵在于田間的試驗(yàn)情況，但是我們面對(duì)的實(shí)際問(wèn)題就是，這樣的持續(xù)過(guò)程要是太長(zhǎng)的話，這就失去實(shí)際的意義了，因?yàn)橐坏┰谠囼?yàn)的過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的話，我們就要等到下一個(gè)季節(jié)，這就對(duì)于需要不斷試驗(yàn)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很不利的。

環(huán)境不利因素：這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，其一工作環(huán)境的惡劣，土壤，水分，氣候等都會(huì)有實(shí)際的影響；其二，種子方面，不同的種子，其效果也是不同的。

成本問(wèn)題：農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)需要我們盡量的控制成本。

競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境：近年來(lái)，外國(guó)公司有在中國(guó)的工廠，他們有一個(gè)強(qiáng)大的技術(shù)和資金實(shí)力，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力主要是為了適應(yīng)中國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品的需求和成本，與國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)是很明顯的。

2.2現(xiàn)代設(shè)計(jì)的好處

核心的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，參數(shù)優(yōu)化，虛擬制造，測(cè)試其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

首先，縮短周期：農(nóng)業(yè)機(jī)械的研究和設(shè)計(jì)工作主要在室內(nèi)通過(guò)電腦和銀行測(cè)試的季節(jié)性農(nóng)業(yè)研究解決的問(wèn)題。原型的現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試的研究結(jié)果，分配單成功，從而大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。其次，就是成本：原型開(kāi)發(fā)的最大的投資基金之一，因?yàn)樵偷母叱晒β?，?qiáng)大的研發(fā)成本降低。最后就是精度高：采用先進(jìn)的優(yōu)化方法，精度高，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)接近目標(biāo)計(jì)算機(jī)的理想值。

3.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基本內(nèi)容

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的核心是優(yōu)化參數(shù)，筆者提出了一種新的優(yōu)化方法，被稱為“參數(shù)指南”的優(yōu)化方法。在該方法中，目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算，例如每次需要改變通過(guò)迭代的方法去操作，理想值的參數(shù)，其目標(biāo)函數(shù)值計(jì)算與理想值之間的差異小于預(yù)定的一系列的小的值的。每個(gè)系列的理想和目標(biāo)，是一個(gè)理想的目標(biāo)范圍，而不是唯一的值。嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，得到的不是最優(yōu)參數(shù)解，所謂的“二八”，有無(wú)限數(shù)量的參數(shù)，以滿足每個(gè)得到優(yōu)化的參數(shù)值相似，但不完全相同的目標(biāo)和要求，以動(dòng)力學(xué)目標(biāo)優(yōu)化的需要解決的問(wèn)題來(lái)看，作者提出了一個(gè)復(fù)雜的優(yōu)化的方法，也就是應(yīng)用”參數(shù)指南“的優(yōu)化方法，目標(biāo)動(dòng)態(tài)優(yōu)化參數(shù)，”限制前沿，為了動(dòng)力學(xué)條件作為優(yōu)化目標(biāo)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化，運(yùn)動(dòng)學(xué)得到滿足的目標(biāo)，但目標(biāo)和要求的動(dòng)力學(xué)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)值?，F(xiàn)代的設(shè)計(jì)， 第一步是程序，包括研究，分析，最后確定來(lái)確定程序。計(jì)劃，以確定要以小心的心態(tài)來(lái)對(duì)待。大多數(shù)的新的研究領(lǐng)域都有涉及。研究方案往往不講究想到解決的辦法，也沒(méi)有工作團(tuán)隊(duì)，起碼要做的，結(jié)果確實(shí)南轅北轍，花了很多時(shí)間和金錢，最后從頭開(kāi)始。下一步其次是理論分析，理論解釋模型，回歸分析或?qū)嶒?yàn)研究模型。在這樣的基礎(chǔ)上，上述目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)是有能力的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，一個(gè)重要的步驟，也為“參數(shù)列表”的起點(diǎn)位置。優(yōu)化的工作在VB平臺(tái)的設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化參數(shù)，虛擬制造，試驗(yàn)和測(cè)試功能的軟件就成了關(guān)鍵的一環(huán)。所有的程序優(yōu)化參數(shù)，在優(yōu)化參數(shù)的效率和準(zhǔn)確性的最重要的一步是整個(gè)設(shè)計(jì)水平的體現(xiàn)。由此可見(jiàn)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法比傳統(tǒng)的方法，整個(gè)過(guò)程增添了不少新的內(nèi)容，保留了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中的小部分，并開(kāi)發(fā)原型的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)兩個(gè)傳統(tǒng)的步驟，機(jī)械設(shè)計(jì)圖紙CAD軟件的自動(dòng)生成。雖然增加的許多新的工作，但極大地提高了設(shè)計(jì)的成功率，并縮短了設(shè)計(jì)周期，這才是最關(guān)鍵的一點(diǎn)。

4.現(xiàn)代設(shè)計(jì)的軟件界面

優(yōu)化方法“參數(shù)指南”BB建平臺(tái)軟件界面。軟件平臺(tái)采用的接口功能在不同的虛擬頁(yè)面的頂部體現(xiàn)出來(lái)，可見(jiàn)度函數(shù)VB，該接口是在優(yōu)化過(guò)程中，就實(shí)現(xiàn)了最重要的數(shù)據(jù)的目的。顯示重（下轉(zhuǎn)第313頁(yè)）（上接第80頁(yè)）要的數(shù)據(jù)接口鏈接的目標(biāo)函數(shù)，一些合適的材料是小，從上到下。在每個(gè)目標(biāo)矩形塊的水平線，紅色矩形塊形成接近理想的目標(biāo)紅色，黑色矩形塊的黑線，指示我們的目標(biāo)是為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的基本要求更長(zhǎng)的黑線從進(jìn)一步的值。左上角的接口是主要的優(yōu)化參數(shù)，每個(gè)參數(shù)的優(yōu)化工藝參數(shù)部分所示，參數(shù)，右邊是一個(gè)積極的步驟和負(fù)步按鈕。軟件是易于使用的，理想值之前輸入的優(yōu)化目標(biāo)，開(kāi)始優(yōu)化計(jì)算出的目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)的值。每個(gè)比較理想值的參數(shù)必須改變。如果參數(shù)是一個(gè)積極的步驟，步進(jìn)按鈕閃爍時(shí)，是負(fù)步長(zhǎng)步按鈕閃爍。請(qǐng)點(diǎn)擊按鈕閃爍操作員等于一個(gè)正或負(fù)的變化，參數(shù)的步進(jìn)完成。重復(fù)，直到所有的按鈕停止閃爍時(shí)，所有的紅色條帶的目標(biāo)，最終的優(yōu)化過(guò)程，優(yōu)化的參數(shù)值參數(shù)。自動(dòng)優(yōu)化軟件操作容易，但要啟動(dòng)的優(yōu)化過(guò)程中，操作人員無(wú)需做任何人機(jī)對(duì)話，最終優(yōu)化，界面顯示優(yōu)化結(jié)果。

5.小結(jié)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)軟件包括兩種類型：商業(yè)和本土的各種軟件優(yōu)化，虛擬測(cè)試和測(cè)試軟件。作曲軟件有許多理論和實(shí)驗(yàn)做研究，市場(chǎng)上銷售的各種強(qiáng)大的軟件，你可以做一個(gè)虛擬制造，測(cè)試和測(cè)試。如果優(yōu)化參數(shù)，你需要做的就是二次開(kāi)發(fā)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]王樹(shù)才，鄧在京，文友先.我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械CAD的發(fā)展思路[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2004，（01）.