機械設(shè)計方法與農(nóng)機設(shè)計
2013-08-23 09:31:20扶菁林
扶菁林
【摘 要】隨著技術(shù)的發(fā)展，許多新的成果開始引進，并且實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計，特別是信息技術(shù)革命極大地促進設(shè)計領(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，在應用程序中起著不同的作用。最常用的就是CAD軟件，它對于軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展影響最大，傳統(tǒng)的設(shè)計方法不能和現(xiàn)代的設(shè)計相比，并在內(nèi)存，傳輸，存儲，調(diào)用方面上都很方便。ADAMS軟件不僅集合虛擬制造，試驗和測試功能，還可以通過優(yōu)化參數(shù)的方式實現(xiàn)二次開發(fā)[1]，VB和VC軟件具有很強的運動學和動力學的理論，可以將目標優(yōu)化做到可視。優(yōu)化是現(xiàn)代設(shè)計的主要技術(shù)。現(xiàn)代設(shè)計方法，極大地促進了生產(chǎn)的發(fā)展，反過來，每個設(shè)計師為了掌握設(shè)計方法，就一定要運用各種軟件工具。
【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計方法；農(nóng)機設(shè)計；設(shè)計平臺
航空，航天，汽車，軍工行業(yè)在使用現(xiàn)代設(shè)計上是最先進的。代表著其發(fā)展的先驅(qū)，當然新技術(shù)也是其中一方面。這對于農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)業(yè)來說，是處于很落后的階段，在一般情況下，在上個世紀從3-5年的周期縮短了1至3年。上世紀80年代后期，中國開始引進?，F(xiàn)在的CAD技術(shù)已延伸到高校，科研院所和企業(yè)。
隨著應用和推廣的不斷深化，提高CAD技術(shù)的可能性也越來越大，其功能更加強大，而現(xiàn)在如果不將CAD軟件技術(shù)使用到機械設(shè)計中，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。基于我國的國情，先進的設(shè)計方法和軟件的首要基地是教研機構(gòu)，教育機構(gòu)，再者就是研究單位，由此再漸漸的擴展到企業(yè)方面。這樣的發(fā)展過程是很符合我國的教育模式的。但現(xiàn)代設(shè)計不局限于個別學科，在全國使用的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的過程中，我們要建立強大的理論體系，優(yōu)化模型，使用適當?shù)膬?yōu)化方法，優(yōu)化設(shè)計軟件基礎(chǔ)，是一個非常艱難的系統(tǒng)工程[2]。例如，應用到通用航空飛機，其介質(zhì)是空氣，其物理性質(zhì)的變化相對較小，而農(nóng)業(yè)機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，是不能相互復制的?，F(xiàn)代設(shè)計方法，包括優(yōu)化的系統(tǒng)，應用程序創(chuàng)建一個設(shè)計平臺就變得很有必要。
1.平臺建立的基本內(nèi)容
1.1創(chuàng)新的方法的特性
農(nóng)機創(chuàng)新有著一定的特殊性，當然也有其普遍性。首先是農(nóng)機部門創(chuàng)新的實際要求，新的機構(gòu)可以完成傳統(tǒng)的機構(gòu)沒有辦法完成的任務。制度創(chuàng)新的技術(shù)要求由兩部分組成：發(fā)現(xiàn)機制的實施方案，以實現(xiàn)尋找創(chuàng)新元素和創(chuàng)新方法。兩者都非常重要，但部分的項目在不同的情況下難度相對有所不同：有些人覺得很難。
1.2理論研究是現(xiàn)狀
理論研究上的優(yōu)化設(shè)計，它是虛擬測試和測試軟件的基礎(chǔ)。優(yōu)化的理論也是參數(shù)優(yōu)化的主要目的，是設(shè)計的核心內(nèi)容。理論研究的理論分析或?qū)嶒灮貧w演繹的數(shù)學模型上，目標函數(shù)上以及軟件設(shè)計上。理論的研究成果，是現(xiàn)代設(shè)計平臺的一個重要組成部分。
1.3優(yōu)化設(shè)計軟件的思路
市場上的設(shè)計師提供各種軟件工具，功能更強大，應用的規(guī)模很大，但這是研究人員必須掌握的。對于使用的軟件的掌握不是主要依賴于課堂教學，但技術(shù)和實踐指導的過程中就必須會涉及到軟件技術(shù)的使用。在一般情況下，教師需要研究課題，學生在完成研究工作時，無論是低年級還是高年級的學生，這都會在軟件里體現(xiàn)出來。雖然市場對軟件具有強大的導向功能，完成是一個過程，但對于其試驗和測試，但沒有二次開發(fā)，設(shè)計的核心難以設(shè)計到參數(shù)優(yōu)化。沒有確切的參數(shù)優(yōu)化，其實就是虛擬制造，試驗和測試沒有任何意義，這項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)，強耦合，模糊，線性復雜的多目標優(yōu)化是一個非常困難的任務，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法難以完成。
2.平臺建立的必要性和重要性
2.1農(nóng)業(yè)機械建立的負面不利的因素
季節(jié)時效性太強：農(nóng)業(yè)機械設(shè)計的成功與否關(guān)鍵在于田間的試驗情況，但是我們面對的實際問題就是，這樣的持續(xù)過程要是太長的話，這就失去實際的意義了，因為一旦在試驗的過程中出現(xiàn)問題的話，我們就要等到下一個季節(jié)，這就對于需要不斷試驗的設(shè)計來說是很不利的。
環(huán)境不利因素：這主要體現(xiàn)在兩個方面，其一工作環(huán)境的惡劣，土壤，水分，氣候等都會有實際的影響；其二，種子方面，不同的種子，其效果也是不同的。
成本問題：農(nóng)業(yè)機械的設(shè)計需要我們盡量的控制成本。
競爭環(huán)境：近年來，外國公司有在中國的工廠，他們有一個強大的技術(shù)和資金實力，國內(nèi)產(chǎn)品的競爭力主要是為了適應中國的農(nóng)產(chǎn)品的需求和成本，與國外產(chǎn)品競爭是很明顯的。
2.2現(xiàn)代設(shè)計的好處
核心的現(xiàn)代設(shè)計方法，參數(shù)優(yōu)化，虛擬制造，測試其優(yōu)勢表現(xiàn)在以下三個方面：
首先，縮短周期：農(nóng)業(yè)機械的研究和設(shè)計工作主要在室內(nèi)通過電腦和銀行測試的季節(jié)性農(nóng)業(yè)研究解決的問題。原型的現(xiàn)場性能測試的研究結(jié)果，分配單成功，從而大大縮短了開發(fā)周期。其次，就是成本：原型開發(fā)的最大的投資基金之一，因為原型的高成功率，強大的研發(fā)成本降低。最后就是精度高：采用先進的優(yōu)化方法，精度高，設(shè)計和開發(fā)接近目標計算機的理想值。
3.現(xiàn)代設(shè)計方法的基本內(nèi)容
現(xiàn)代設(shè)計方法的核心是優(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，目標函數(shù)的計算，例如每次需要改變通過迭代的方法去操作，理想值的參數(shù)，其目標函數(shù)值計算與理想值之間的差異小于預定的一系列的小的值的。每個系列的理想和目標，是一個理想的目標范圍，而不是唯一的值。嚴格意義上來說，得到的不是最優(yōu)參數(shù)解，所謂的“二八”，有無限數(shù)量的參數(shù)，以滿足每個得到優(yōu)化的參數(shù)值相似，但不完全相同的目標和要求，以動力學目標優(yōu)化的需要解決的問題來看，作者提出了一個復雜的優(yōu)化的方法，也就是應用”參數(shù)指南“的優(yōu)化方法，目標動態(tài)優(yōu)化參數(shù)，”限制前沿，為了動力學條件作為優(yōu)化目標，動態(tài)優(yōu)化，運動學得到滿足的目標，但目標和要求的動力學參數(shù)來實現(xiàn)值?，F(xiàn)代的設(shè)計， 第一步是程序，包括研究，分析，最后確定來確定程序。計劃，以確定要以小心的心態(tài)來對待。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，也沒有工作團隊，起碼要做的，結(jié)果確實南轅北轍，花了很多時間和金錢，最后從頭開始。下一步其次是理論分析，理論解釋模型，回歸分析或?qū)嶒炑芯磕Ｐ?。在這樣的基礎(chǔ)上，上述目標函數(shù)，該函數(shù)是有能力的參數(shù)進行優(yōu)化，一個重要的步驟，也為“參數(shù)列表”的起點位置。優(yōu)化的工作在VB平臺的設(shè)計軟件，優(yōu)化參數(shù)，虛擬制造，試驗和測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)的效率和準確性的最重要的一步是整個設(shè)計水平的體現(xiàn)。由此可見，現(xiàn)代設(shè)計方法比傳統(tǒng)的方法，整個過程增添了不少新的內(nèi)容，保留了傳統(tǒng)的設(shè)計過程中的小部分，并開發(fā)原型的現(xiàn)場試驗兩個傳統(tǒng)的步驟，機械設(shè)計圖紙CAD軟件的自動生成。雖然增加的許多新的工作，但極大地提高了設(shè)計的成功率，并縮短了設(shè)計周期，這才是最關(guān)鍵的一點。
4.現(xiàn)代設(shè)計的軟件界面
優(yōu)化方法“參數(shù)指南”BB建平臺軟件界面。軟件平臺采用的接口功能在不同的虛擬頁面的頂部體現(xiàn)出來，可見度函數(shù)VB，該接口是在優(yōu)化過程中，就實現(xiàn)了最重要的數(shù)據(jù)的目的。顯示重（下轉(zhuǎn)第313頁）（上接第80頁）要的數(shù)據(jù)接口鏈接的目標函數(shù)，一些合適的材料是小，從上到下。在每個目標矩形塊的水平線，紅色矩形塊形成接近理想的目標紅色，黑色矩形塊的黑線，指示我們的目標是為實現(xiàn)目標的基本要求更長的黑線從進一步的值。左上角的接口是主要的優(yōu)化參數(shù)，每個參數(shù)的優(yōu)化工藝參數(shù)部分所示，參數(shù)，右邊是一個積極的步驟和負步按鈕。軟件是易于使用的，理想值之前輸入的優(yōu)化目標，開始優(yōu)化計算出的目標的目標函數(shù)的值。每個比較理想值的參數(shù)必須改變。如果參數(shù)是一個積極的步驟，步進按鈕閃爍時，是負步長步按鈕閃爍。請點擊按鈕閃爍操作員等于一個正或負的變化，參數(shù)的步進完成。重復，直到所有的按鈕停止閃爍時，所有的紅色條帶的目標，最終的優(yōu)化過程，優(yōu)化的參數(shù)值參數(shù)。自動優(yōu)化軟件操作容易，但要啟動的優(yōu)化過程中，操作人員無需做任何人機對話，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，虛擬測試和測試軟件。作曲軟件有許多理論和實驗做研究，市場上銷售的各種強大的軟件，你可以做一個虛擬制造，測試和測試。如果優(yōu)化參數(shù)，你需要做的就是二次開發(fā)。
【參考文獻】
[1]謝里陽.現(xiàn)代機械設(shè)計方法，2010-7-1.
[2]王樹才，鄧在京，文友先.我國農(nóng)業(yè)機械CAD的發(fā)展思路[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2004，（01）.
