机械优化设计汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇机械优化设计范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

引 言

机械优化设计，所涉及的学科众多。其中包含物理学、材料学、应用数学及化学、应用力学以及计算机程序设计等，系处理较为复杂的设计的有效工具之一。此次研究除去阐述优化设计方法，还总结出归纳出无约束优化设计法、有约束优化设计法、基因遗传算法三类优化设计手段，并对三者的特点进行论述，最后，对选取优化设计手段的几大要素进行阐述。

一、优化设计手段的论述

机械优化领域的设计灵魂即是优化设计方法，伴随计算机技术及数学科学迅速发展，解析法、数值分析法及非数值分析法为其所发展经历的三个阶段。

20世纪的50年代初，解决最优化问题的两种最主要的数学方法是，古典的变分法与微分法。此两种手段具计算精准及概念清晰的主要特征，可是，不足之处是仅限于解决一些小型或是特殊问题，于处理大型的实际问题之时，因过大的计算量，无形中增加了计算的难度。

20世纪50年代末，于优化设计中，其求优方法的理论基础即是数学规划手段。该方法是以数值分析为前提，结合已知的信息及条件，最后通过一连串的迭代过程得出问题最优解。但是其相关的理论还是比较简单的，计算的过程亦相对容易，只是计算的量极其大，可是此亦正是计算机所有工作中最为擅长的一项，当然，计算机也就归为了数值优化措施工具中最关键的那一类。

20世纪80年代末，如模拟退火、进化规划、混沌、人工神经网络、遗传算法及禁忌搜索等一些优化方法层出不穷，上述算法经模拟自然现象及规律而获得某些结论，一步步产生具有特点的优化方法，它的内容涉及到物理学、统计力学、数学、生物学、神经学、人工智能等。

二、设计方法

该设计方法被大量的应用到机械工程中，主要是因为它可以在特定的背景中确保方案最为合理，而且不需要使用太多的人力物力。该方法从最初的数值法到后来的数值分析，最后过渡到非数值分析。最近几年由于电脑技术的广泛应用，在设计的时候可以通过合理的选取设计数值进而得到最为优秀的方案，而且还能够大大的缩短用时。将该方法和电脑科技有效的融会到一起，是时展的产物，必将得到发扬。

三、类型和特征简介

1、无约束优化设计法

具体的说分成两个类型，一种是像共轭梯度法、最速下降法、牛顿法等方法，它是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法。另一种是像单形替换法、坐标轮换法等，利用目标函数值的无约束优化方法。

2、遗传算法

该方法是对随机群体不断的演变选择，进而获取最为合理的方法。它非常的类似于自然界的淘汰法则，适应社会发展的必然得到发展，而落后的必然会被遗弃。该方法有两大特点，即能够起到优化整体的作用，同时还有很好的适应能力。它被应用到很多领域中，比如问题诊断等等。最近几年它在工程方面也体现出了自身的巨大价值。接下来就具体的展开论述。第一是它能够论述可靠性问题。第二是能够辨别参数。它能够大体的分辨结论数值，明确了大体的区间之后，再通过遗传措施对设定的数值以及结论数值一起优化处理。第三，能够设计机械方案。为了和目前的编码体系保持一致，其设置了一系列的遗传方法，通过这些方法掌控它的搜索活动，而且通过复制等活动不断的迭代，进而得到最为优秀的方案。除此之外，它还可以应用到很多的其他行业中，比如节能设计以及数控加工误差等。上文讲述了很多它的优点，不过它也并非是完美的。比如目前还无法优化其自身的数值，无法通过新的设置来提升效率，目前的操作方法还不是很完善等等的一些问题。一般采用惩罚函数法求解约束优化问题时，其难点是如何选择合适的惩罚因子。该因子太大的话，会使得搜索工作变得困难，但是如果设置得太小的话，可能造成整个惩罚函数的极小解不是原目标函数的极小解。

3、约束优化设计法

根据处理约束条件的方法不同可分为间接法和直接法。间接法常见的有增广乘子法、惩罚函数法。它是将非线性优化问题转化成线性规划问题或是将约束优化问题转化成无约束优化问题来求解。直接法常见的方法有复合形法、网络法和约束坐标轮换法等。它的本质是创造一个迭代的步骤，确保所有的迭代点都能够在可行区间之中，进而不断的降低数值，一直到最为合理为止。

4、蚁群算法

是通过人工模拟蚂蚁搜索食物的过程来求解旅行商问题，在1991年由意大利学者M.Dorigo等人提出。蚁群算法适合非线性问题的求解，避免了导数等数学信息，对系统优化问题的数学模型没有很高的要求。主要应用在：交通建模及规划电信路由控制、集成电路布线设计、有序排列问题、二次分配、车间任务调度等问题的求解。虽然蚁群算法具有并行计算、正反馈选择和群体合作等优点，但也存在着容易出现“停滞”现象和需要较长的搜索时间两个缺陷。吴庆洪等提出了应用改进型蚁群算法解决有序排列问题，运用新的状态转移规则，讨论不同的轨迹更新规则对仿真结果的影响的一种具有变异特征的蚁群算法，并通过统计数据验证了相对于标准的蚁群优化算法中，改进型蚁群算法的优势所在。

5、模拟退火算法

模拟退火算法，最早在1953年由Metropolis提出，1983年Kirkpatrick成功地应用在组合最优化问题。模拟退火算法是一种通用的优化算法，用以求解不同的非线性问题；能够发挥出良好的收敛性特征，而且适应能力很是强大；对不可微甚至不连续的函数优化，能以较大概率求得全局优化解；能处理不同类型的优化设计变量；并且对目标函数和约束函数没有任何要求；不需要任何的辅助信息。目前已经广泛的应用于：神经网络、图像处理、控制工程、数值分析和生产调度等。这个方法虽然有很多的优点，不过它也存在一些缺点，比如它的效果不是很好，而且整个运算活动耗费的时间非常久。通过上文的分析我们得知了这几种算法本身的优点和缺陷，应该尽量的避免其缺陷，将优势结合到一起，对其进行完善。

四、合理选取方法

通过上文中对设计特征的分析，我们得知要想保证设计合理，就要正确的选取优化方法。这主要是因为即使是一个完全相同的内容它也会存在很多不一样的解决措施。然而并非是并存的这几个措施都能够将问题解决得天衣无缝。比如一些措施会使得设计的最终结果和我们当初的设置不符。要想避免这种现象，就需要我们牢牢此遵守四个基础原则。第一，要保证可靠性好，第二要保证使用的计算程序是合理的，第三要确保其稳定，最后要保证效率。除此之外，还需要工作者的工作经验丰富，只有这样才可以分析相关的函数值，结合复杂性等要素对其进行合理的选取判断。优化设计的选择取决于数学模型的特点，对于只含线性约束的非线性规划问题，最适应采用梯度投影法；对于约束函数和目标函数均为显函数且设计变量个数较少的问题，采用惩罚函数法较好；针对那些求导有难度的要使用直接解法；对于高度非线性的函数，就要选取那些较为稳定的措施。

结束语

从机械产品设计的全局来看，目前比较先进的优化设计，大多数还停留在设计方案后参数优化方面，面向产品设计，应将优化设计拓宽到机械设计产品的全生命周期过程，是适应机械产品设计。随着机械技术不断地发展，在现代科学技术支持下，现代机械先进优化设计技术将进行新一轮的发展。

参考文献

篇（2）

1优化设计在农业机械设计中应用的意义

要提高我国农机产品的质量，就要大力提高农机生产制造水平和设计水平，对传统的农机产品设计进行改进。传统的农业机械零部件设计一般采用经验类比，通过力学简单计算来完成。传统的设计优化方式对设计人员的经验要求较高，很多创新设计和优化设计都缺乏数据支持，过度的设计导致机械综合性能提高的同时，制造成本大幅上升。

2优化设计的基本思路

优化设计是从若干种可行性方案中择优选出一种最佳的设计方法，这种选择是以初始数据为基础，采用计算机技术联合实现的。优化设计对软件计算能力和模型构建能力有较高的依赖，近年来随着计算机科技的不断发展和软件开发能力的不断提高，计算机在机械设计中发挥了重要的作用。同时，计算机的发展也使优化设计理念得以实现，优化设计的思路也越来越开阔。

3计算机软件在优化设计中的应用

要实现优化设计在农业机械设计中的应用，先进的软件技术是必不可少的。设计软件是设计者的工具，对于农业机械设计者来讲，能够熟练应用软件完成虚拟制造、实验和测试，对参数进行分析，是实现农业机械优化设计的必要因素[2]。

3.1ANSYS软件

ANSYS软件是一种大型有限元分析软件，由美国ANSYS公司研发，这种软件能够与多种计算机辅助设计软件实现数据的共享和交换，被普遍应用于汽车工业、建筑桥梁等方面设计中。

3.2ADAMS软件

ADAMS软件是一种对机械系统动力学进行自动分析的软件，由美国机械动力公司开发，通过ADAMS软件，能够建立机械系统几何模型，对虚拟机械系统进行动力学分析，预测机械系统的性能、碰撞加速和运动范围等[3]。

4优化设计在农业机械设计中的应用

4.1几何模型的建立

结合设计零部件的特征、材质和其他约束条件，通过Pro/E软件进行几何模型的建立，本次研究基于Pro/E软件应用的基础上，采用旋转建模的方法，建立齿轮轴模型。齿轮过渡段圆的半径R=8.6mm。

4.2模型材料属性设置

模型材料属性包含材料材质、密度、弹性模量、泊松比等。

4.3约束与载荷

齿轮的驱动轴两端，靠的是轴承作为支撑，加载载荷较为复杂，本文通过两种方式加载扭矩，一种是通过运动学模块进行扭矩分析，分析的受力情况信息传递到结构分析模块中；一种是取相近的加载扭矩数值输入到结构分析模块中。经过判定，本文采用第二种方式。沿着轴向建立起圆柱坐标系，加载圆柱面的壳，厚度取值1mm，这种取值也是为了便于分析，然后找到扭矩加载点，进行扭矩加载。这个环节需要注意，驱动力矩要在轴的中部位置加载，扭矩为8600N.mm，在轴的两端加阻力扭矩，两端本别为4300N.mm。

4.4模型分析

在模型分析环节中，完成受力和约束参数设置后，在利用Pro/E软件进行静态模型构建，然后对静态模型进行相应的分析。通过软件对构建模型的分析结果可以确定，最大的应力为16.7N/mm2,而设计所用材料材质为45号钢，最大的屈服应力能够达到350N/mm2以上，钢材的屈服应力范围远远大于设计零部件的最大应力，可见在尺寸选择中相对比较保守。

4.5设计参数的建立

设计的过程主要是模型建立的过程，而在模型建立的过程中，设计者将要建立许多参数，其中包括物理性能参数、结构设计参数等，这些参数代表着所用材料的基本属性和要达到的设计性能，当参数发生了变化，建立的模型性能也将随着发生变化。如果针对所有参数进行优化，将增加设计过程中庞大的计算量，这样就需要设计者对这些参数进行优选，结合不同参数对模型的影响程度，和对设计部件的使用性能的影响，可以优先选择对模型性能影响最大的参数设置，这种处理方式，也体现出优化设计的理念，实现参数选择上的优化，最有效的、影响最大的参数信息将被利用，而影响较小的参数将被忽略。在本次分析案例中，将过渡段尺寸参数当做设计变量，设计变量的初始值为8.6mm。

4.6优化设计

篇（3）

一、结构优化的层次与分类

不同的结构优化的方法是在研究对象、目标函数、约束对象、变量和寻优策略的不同要求上派生出来的日。由优化目标的深浅将结构优化划分为三个不同层次:尺寸优化、形状优化、拓扑优化、布局优化和结构选型优化。以上各层次按顺序难度依次增加,收益依次增大。

(一)尺寸优化

在保持组件原有的结构形状与拓扑结构不变的情况下,通过对设计变量的分析重组,寻求最佳的性能组合关系的优化方法。

(二)形状优化

形状的优化设计是指在设计域内的拓扑关系保持不变的情况下求得结构的边界,使得这些边界构成的结构组件达到理想的几何形状,并实现某种性能的最佳表现。

(三)拓扑优化

结构拓扑优化包括了连续结构和离散结构的拓扑优化。连续体结构拓扑优化,包括孔洞个数及形状分布的优化,以及结构的边界形状的优化:离散结构的拓扑优化,就是在给定节点位置情况下,确定各节点的最佳联结关系Ⅲ。

二、产品生命周期的设计制造环节

产品生命周期(Product Ljfecycle,PLC)的概念源于生产管理领域的产品的市场战略。经过半个多世纪的发展,产品生命周期的概念和内涵也在不断发展变化H。并行工程概念提出促使产品生命周期的概念逐渐从经济管理领域扩展到了工程制造领域,将产品命周期的范围从市场阶段扩展到了研制阶段,覆盖了包括需求分析、产品设计、原料采购、制造装配以及销售维护阶段。20世纪90年代以来,全球机械产品市场进入了大规模定制与个性化需求并举的时代。在这种情况下,规模化的生产能力与机械产品的可靠性固然重要,而能否根据潜在客户需求做出快速响应,已经成为未来装备制造企业在激烈竞争中取胜的关键。这里我们将规模化机械产品的设计与生产过程加以分离,重点研究在结构优化的基础上寻求创新产品的设计的思路,以期快速响应客户需求。

三、基于结构优化的产品创新设计方法

产品的创新设计方法是指设计人员根据创造性思维的发展规律,在优化产品结构的基础上总结的一系列的原理、技巧以及方法。这些方法或技巧,可以在各种创造、创新过程中得到借鉴,同时提高人们的创造、创新思维的能力和促进产品设计创新成果的实现效率。产品设计创新的方法对创新有十分重要的作用,它既能产生直接的创新成果提高创新概念到产品实现的效率,同时也可启发设计人员的创新思维,提高创新的能力。机械产品的市场需求是进行产品设计创新的基础,要把产品需求转化为产品的创新设计成果,必须经过在原有的外形、尺寸及拓扑结构的基础上通过创新设计方法来实现产品的创新功能。机械产品的设计创新分为两个层次:一是运用工业设计的技术以及方法,以产品需求为基础,开发出全新的产品,成为原创型设计创新:二是运用现代工业的设计方法对原有产品进行外观以及内部结构的优化与改进,实现局部改进创新,称为次生型设计创新。实际上,人类数百年的工业发展史中,开创性的原创型设计创新产品所占的比例微乎其微,大量实用性高的创新产品都是次生型设计创新的产物。同时,由于无需进行原创型设计创新所需要进行的大量原型设计,因而能够有效提高机械产品的设计效率,减少设计环节所占用的时间。本文所介绍的基于结构优化的产品创新设计方法属于次生型设计创新的范畴。

四、机械产品的次生型优化创新方法

针对机械产品的次生型优化设计创新是指以在原有产品设计的结构基础上,在保留原有产品设计的核心功能与产品优点的同时,对该产品外形、拓扑结构等进行优化和再设计,使得新产品具备原有产品所不具备的 新功能和特征。产品的次生型优化设计创新是建立在产品的结构优化层次分类基础上的创新活动,机械结构的布局包括尺寸、形状、拓扑三个方面的信息,而尺寸优化、形状优化和拓扑优化体现了结构优化中三个不同层次的问题月。针对机械产品尺寸、形状、拓扑结构的优化创新设计,以产品基本架构组成零件之间的装配关 系为前提,结构优化的关注点是有待改进或者进一步开发的结构要素。通常,这些结构要素在设计之初并不明确,隐藏在复杂的形状、色彩以及结构形态之中,只有通过对多变的市场需求、多方面的用户期望以及现有同类产品的优缺点进行深入分析,才能找出最具创新价值的结构优化要素。成功地选择结构优化关注要素,为机械产品的创新思考确定清晰的方向。对机械产品的创新问题包含了优化问题的三个要素,即设计变量、目标函数以及约束条件,机械产品的次生型优化创新方法是TRJz。

篇（4）

一、优化设计的基本理论

优化设计是现代化设计方法的重要内容之一。它以数学规划为理论基础，以电子计算机为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下，需求满足预定目标的最佳设计。优化设计能比较好的把现代设计理论和经过长期实践验证的设计内容结合起来。这种技术在设计领域中具有巨大的应用潜力，它的推广应用，对促进我国设计工作现代化，起到良好的作用。

优化设计能够成功的解决解析等其他方法难以解决的复杂问题，为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，大大提高了设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面：一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型，建立数学模型包括：选取适当的设计变量，建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标和设计变量之间的函数关系式，约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系；二是如何求得该数学模型的最优解；可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值问题。机械优化设计就是在给定载荷或环境下，在机械产品的形态、几何尺寸关系或其他因素的限制范围内，以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象，选取设计变量，建立目标函数和约束条件，并使目标函数获得最优值一种现代设计方法，目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。

二、机械优化设计特点

传统设计者采用的是经验类比的设计方法。其设计过程可概括为“设计―分析―再设计”的过程，即首先根据设计任务及要求进行调查，研究和搜集有关资料，参照相同或类比现有的、已完成的较为成熟的设计方案，凭借设计者的经验，辅以必要的分析及计算，确定一个合适的设计方案，并通过估算，初步确定有关参数；然后对初定方案进行必要的分析及校核计算；如果某些设计要求得不到满足，则可进行设计方案的修改，并再一次进行分析及较和计算，如此反复，直到获得满意的设计方案为止。这个设计过程是人工试凑与类比分析的过程，不仅需要花费较多的设计时间，增长设计周期，而且只限于在少数几个候选方案中进行比较。

机械优化设计具备常规设计不具备的特点，主要表现两个方面：

1）优化设计能使各种设计参数自动向更优的方向进行调整，直至找到一个尽可能完善的或最合适的设计方案。

2）优化设计的手段是采用电子计算机，在较短的时间内从大量的方案中选出最优的设计方案。

机械优化设计采用数学规划的方法，并借助于计算机寻求优化参数，获得较好的经济效果。可以降低机械产品成本，提高它的性能；优化过程中获得的大量数据可以帮助我们获得数据的变化趋势，有利于对今后设计结果作出正确的判断，从而不断提高系列产品的性能；

用优化设计方可合理解决多参数、多目标的复杂产品设计问题。

三、可靠性优化设计

机械优化设计能保证产品具有最佳的工作性能和参数匹配，最小的结构尺寸和质量，但不能确保可靠性指标的实现。可靠性设计可以确保或预测所设计的机械产品在规定的使用条件下和规定的使用时间内完成规定的功能的概率，确保产品的可靠性指标实现，但它不能保证产品具有最佳的工作性能和参数匹配，最小的结构尺寸和质量，最低成本和最大效益。因此，要是产品既有可靠性要求，又有最优的设计结果，就必须将可靠性设计理论与最优化技术结合起来，即采用可靠性优化设计。按这种方法进行设计，既能定量的给出产品在使用中的可靠性，又能得到产品在功能、参数匹配、结构尺寸与质量、成本等方面的参数的最优解。另外，在可靠性设计中也常采用最优方法进行系统的可靠性分配。

四、优化设计的发展

随着科学发展的需要， 机械产品设计质量的不断提高， 设计周期的白益缩短， 要求设计者考虑的因素也愈来愈多， 其计算方法的复杂性和精确性都是二般传统设计难以完成的。面对这种技术发展的现状， 设计者便开始求助于新的理论和新的设计方法。机械优化设计就是在这种情况下， 发展起来的一种现代设计方法。

机构运动参数的优化设计是机械优化设计中发展较早的领域，不仅研究了连杆机构，凸轮机构等再现函数和轨迹的优化设计问题，而且还提出一些标准化程序。机构动力学优化设计方面也有很大进展，如惯性力的最优平衡，主动件力矩的最小波动等的优化设计。机械零部件的优化设计，最近20多年也有很大发展，主要是研究各种减速器的优化设计，滑动轴承和滚动轴承的优化设计以及轴、弹簧、制动器等的机构参数优化。除此之外，在机床、锻压设备、压延设备、起重运输设备，汽车等的基本参数、基本工作机构和猪蹄机构方面也进行了优化设计工作。

结束语

现实生活中，优化问题存在于很多方面，已经受到科研机构、政府部门和产业部门的高度重视。随着市场经济的发展，产品市场经济日趋激烈，工矿企业迫切期望提高产品性能，减少原材料消耗，降低生产成本，增强产品的竞争力，这使得机械优化设计的应用范围越来越广，收到的效益也愈来愈显著。

篇（5）

机械可靠性设计时以成品的可靠性作为基准，将外载力、零部件尺寸、承受能力等各项参数融合起来考虑。然后应用力学理论、概率理论、数据统计学等做出机械可靠性保障方案。传统机械设计方法又被称为安全系数法，其在机械可靠性优化设计的时候只要确保安全设计系数大于规定的数值即可，但是在实际应用中机械可靠性设计往往忽略了设计参数的随机性。因此在实际研究中应注意将力学作为随机变量，机械可靠性设计中认为各个受力因素会受到环境的影响，因为环境因素也是一个变量，还存在着一定的规律性可循[1]。机械强度受到材料的性能、加工精度、工艺环节的波动等影响，也呈现出一种波动性规律变化。机械可靠性设计的时候，应根据设计的不同的要求选取不同的特征函数，注意在计算的时候应考虑其离散性，使用概率统计方法进行计算求解。机械可靠性设计的时候应考虑到各个参数的随机分布，还应据此来分析出机械的实际工作状况。

2机械可靠性优化设计案例

本次机械可靠性优化设计研究选取蜗杆减速器优化设计作为研究的主要内容，一级蜗杆减速器的主要失效形式有：涡轮齿面点蚀、涡轮齿折断、键压溃、轴折断、轴承实效等几类。针对蜗杆进行可靠性优化设计的时候，其优化模型为：Rs=Rcf?Rch?Rz?Rj?Rg。其中Rcf表示蜗轮齿根弯曲疲劳的可靠度；Rch表示涡轮齿面接触疲劳可靠度；Rz表示轮轴的可靠度；Rg表示滚动轮轴可靠度；Rj表示键可靠度。蜗杆减速器进行变量设计的时候，将蜗杆的模数定为m，蜗杆直径系数为q、蜗杆轴直径ds、蜗杆头数zl、传动比i、涡轮轴长度L。可靠性设计变量表示如图1所示，其中X={m，z1、q、L、i、ds}。

图1 蜗杆减速器变量优化设计图

蜗杆减速器的体积主要受到蜗轮、蜗轮轴、蜗杆等因素的影响，因此取三者的体积作为目标函数：

Minf1（x）=π/4{B2（mz2）2+L1（mq）2+m?（q-2.4）2（0.9mz2-L1）+ds2[L-（1.5ds-B2）]}。其中蜗轮齿宽度为B2=[m（q+2）-0.5m]sina+0.8m。a=50°，a表示蜗轮齿宽度。则根据蜗杆可靠性优化设计相关计算，必须建立相应的约束条件，其中 ，其中式子中的 表示蜗杆允许的接触应力。蜗轮轴的强度为 。其中式子中的MD表示危险截面积的弯矩均值。

3 机械可靠性设计建议

3.1 权衡和耐环境设计

针对机械进行耐环境和权衡和设计，有利于设计者找出机械相对可靠的设计方案，并对机械的质量、成本、体积以及可靠性等完成优化。耐环境设计主要是基于综合考虑的一种设计方式，从机械的零部件出发，将零部件的寿命周期内的各种环境考虑进去[2]。

3.2 预防故障设计法

机械设备正常运行与否关系到机械设备的整体运作功能是否在完整的串联中各自发挥出自身的作用。整体功能大于部分功能将成为机械可靠性设计的重要目标，机械优化设计中首先要重视机械设备的可靠性，并对零部件进行严格的需求控制和选择控制。预防故障法设计中应对选用的零部件和通用不见进行验证分析，最大限度对故障进行分析。

3.3 简化以及余度设计优化

篇（6）

VB机械优化设计软件是20世纪60年代初发展起来的一门新学科，随着数学规划论和计算机技术的发展，它与机械设计理论相结合，解决了在机械设计领域中最优化设计问题。通过这种新的设计方法，可以从众多的设计方案中寻找最佳的设计方案，从而大大减轻了设计人员的劳动强度并提高了设计效率。

一、VB机械优化设计

1.含义。VB程序设计语言是一门面向对象的可视化编程语言。机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根据机械设计的理论、方法和标准规范等建立反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。

2.现状。随着现代科学技术的发展与机械设计水平的不断提高，人们对机械工程结构性能要求也越来越高。传统的设计方法很难适应这些要求，因此在工程设计中出现了多种现代设计方法。优化设计方法就是其中之一。到目前为止，优化设计方面的研究工作很大程度上仍然局限于拓宽和加深优化方法领域。以数学方法为主并配以应用程序，如多目标优化，混合离散变量优化或将人工智能、人工神经网络及基因遗传等算法应用于优化。经过多年的努力，优化理论得到进一步完善。现行的各种优化方法及其程序几乎完全能使大多数设计问题得到解决。

从70年代起，优化方法开始应用于工程设计中，并利用计算机求解实际工程设计问题。随之各专业的优化研究工作有了不同程度的发展，出现了许多与各专业相联系的工程优化设计软件。在机械行业中有许多用于工程设计的优化软件。目前最常见的优化设计软件有华中科技大学的《优化方法程序库OPB-2》和《优化方法程序库OPB-1》等。这类优化软件着重于优化方法的研究和实现，提供了一批可处理混合离散设计变量优化问题的方法和程序。其中《优化方法程序库OPB-2》包含了许多现代设计方法，如人工智能等方法，另外还有与机械专业联系十分紧密的优化设计软件，如常见的减速器的优化设计软件等，基本为各应用单位自己研制，有很强的针对性，这些应用软件丰富多样，大大推动了优化方法在机械工程结构设计中的应用。

二、VB机械优化设计软件的研究与实现

1.设计步骤。VB机械优化设计软件设计步骤为：①将设计问题的物理模型转变为数学模型。建立数学模型时要选取设计变量、确定目标函数、给出约束条件；②采用适当的最优化方法求解数学模型；③编制优化设计程序；④求解优化结果；⑤分析优化结果。

2.特点。VB是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、数据结构、函数输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序后再一起运行。版本的VB新语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式，更利于非计算机专业的科技人员使用。且这种语言可植性好、拓展性极强，这也是VB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因，VB由一系列工具组成，这些工具方便用户使用VB的函数和文件，其中许多工具采用的是图形用户界面，包括VB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。

3.基于VB优化设计教学软件的程序编写。本程序采用模块化设计思想，设置一个主窗口程序和若干子窗口程序，各种优化方法在子窗口程序中具体实现，使程序结构变得清晰，简化了程序设计结构，运行中通过主程序调用各优化方法的子窗口程序。程序以主窗口程序为核心，窗口中给出了本校机械专业大纲要求掌握的主要优化算法，算法按照教材章节由易到难的顺序依此给出了三类优化问题的具体求解方法。选择需要学习和训练的优化方法，点击“下一步”按钮，进入子窗口程序。

三、结语

随着网络技术和信息技术的不断发展，传统的优化设计方法已不能满足现代设计的需要。所以，实现优化设计资源的广泛共享，研究基于Internet的机械优化设计系统具有重要的现实意义。利用VB脚本语言和语言实现了优化设计方法数据库、优化设计算法模块、机械零件优化设计模块、设计软件模块和客户留言模块。系统界面优美简洁，易操作，具有很强的交互性，是集在线优化设计计算、资料查询和技术交流等功能为一体的机械优化设计资源服务系统。

参考文献：

[1]任晓丹.基于VB机械优化设计软件的研究与实现.

篇（7）

可视化（Visual）程序设计是一种全新的程序设计方法，避免许多繁琐的代码语句。它主要是让程序设计人员利用软件本身所提供的各种控件，像搭积木式地构造应用程序的各种界面。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，成为研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。科学计算可视化能够把科学数据，包括测量获得的数值、图像或是计算中涉及、产生的数字信息变为直观的、以图形图像信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使他们能够观察、模拟和计算。

1、视优化设计的内容

对机械产品进行可视优化设计，通常包括以下3个方面，即加工装配过程可视化、运动学设计可视化、控制过程可视化。可视优化设计法从研究内容上主要体现两方面：一是“检验”；二是“优化”。“检验”是指应用可视优化设计法，在设计阶段就能完成对可加工性、可装配性、运动形态、动态性能、工作状况、控制方案的全面检验。“优化”是指在可视优化设计中，可以通过优化理论寻优或方案对比寻优，达到在设计阶段优化加工工艺、装配工艺、运动参数、动态特性、工作参数、控制策略的目的。

2、机械可视优化设计平台设计

搭建设计平台是一种将设计系统化与集成化的思想，设计平台可以很好地将设计理念实施到具体的产品设计中去。因此，国内外在进行与可视优化相关研究时通常创建相应的应用平台。机械实施可视优化设计法也有必要搭建设计平台来实现，搭建振动机械可视优化设计平台可从其功能要求、功能模块组成、软件系统结构以及各模块的具体实现方法等环节来实现。

2.1平台功能模块

振动机械不同于普通机械，其动态性能是影响其最终质量的关键因素，在振动机械的方案设计和详细设计阶段一般都要对其进行运动学和动力学计算、分析、仿真实验等操作。此外，作为一种机械设备，设计过程中自然也要考虑各零件间的可装配性问题、具体的设计计算等问题。

2.2平台软件系统

可视优化设计平台必须具有功能强大的软件系统支持方能实现预定的功能目标，可喜的是目前已有众多的商业性软件可用于机械产品的可视优化设计，这些软件按其主要功能可分为三维建模类、工程模拟类、控制仿真类、有限元计算类、软件开发编程类等。产品研发部门应该考虑平台的功能模块结构、软件的功能与价格、本单位人员的基本素质等多方面因素，选择合适的软件搭建软件集成平台，搭建振动机械可视优化设计平台选择的软件系统包括：三维建模类，常见的有So1idworks、Pro/E、UG等；工程模拟类ADAMS、DADS、SIMPACK等；有限元计算类ANSYS，NASTRAN，MARC等；软件开发与编程类VB、VC++、Delphi、Visual Fortran等。

3、功能模块实现技术

3.1装配过程的模块实现方法

装配质量对振动机械工作性能的影响很大，在设计中必须给予重点考虑，对振动机械进行装配过程可视化研究的目标是考虑设计的零件能否实现预期的装配，以及确定合理的装配顺序。此外，装配过程可视化模块也负责向其他模块提供零部件及整机的实体模型。因此如何快速实现模型的创建也是此模块重点考虑的问题，在实现方法上可考虑用编程软件对三维建模软件进行二次开发创建某类振动机械的快速建模及装配系统。一般的编程类软件都可以编制上述可视化计算程序，因为对振动的求解涉及大量的矩阵运算，因此考虑用可视化编程能力强的VB软件与矩阵计算能力强的Matrix VB结合可快速实现该模块的研发。振动机械工作过程可视优化研究目标就是通过创建的振动机械数字样机模型进行各种试验，从而确保机械设备各方面性能满足要求，各运行参数得到相应的优化。其实现方法上与运动可视化研究相似，可采用三维建模软件与工程模拟软件结合起来进行研究。

3.2动态性能模块实现方法

振动机械动态性能直接影响着机器的最终质量性能和运转的可靠性，因此设计中必须给予重点考虑。对振动机械进行动力学可视化研究，目标是通过三维实体模型，判断振动机械的精确模态特性和在特定激励作用下的响应情况。此外，动力学可视化研究还用于求解振动机械正常运转及停机时应力、应变变化情况。在实现方法上可考虑用三维建模软件创建实体模型，接着导入到有限元分析软件进行动态性能可视化仿真研究。振动机械的运动形态直接影响着该类机械设备的工艺效果，因此在设计过程要保证其运动形式符合相关设计要求。对振动机械进行运动可视化研究，目标就是检验振动机的主运动参数是否满足要求，运动是否发生干涉等问题。在实现方法上可考虑用三维建模软件创建实体模型，接着导入到工程模拟类软件进行运动状态可视化仿真研究。

3.3数据存储模块实现方法

振动机械可视优化设计平台研究环节众多，且很多情况下需要反复运行，相关的数据量较大。另外，平台涉及的数据类型也很多，常见的有文字信息、数据、二维或三维图形、结果报表、音频及视频多媒体数据等。因此，有效的管理和利用这些数据同样是成功实施可视优化设计法的关键，该模块的实现方法可考虑创建功能相对齐全的中心数据库管理系统对相关数据进行有效管理。

4、结束语

可视优化设计相关方法在生产振动机械企业中的应用还处于起步阶段，相关的理论方法，如平台的搭建策略、设计的协同性、试验验证方法等问题还有待进一步研究。

篇（8）

作者简介：王林军（1982-），男，湖北黄冈人，三峡大学机械与材料学院，讲师；吴海华（1970-），男，湖北黄冈人，三峡大学机械与材料学院，教授。（湖北 宜昌 443002）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0104-01

双语教学不仅在美国、加拿大、卢森堡、新西兰等双语国家或多语国家获得了成功，而且在俄罗斯、日本、澳大利亚、保加利亚、匈牙利等单语国家实施也获得了良好的效果。反思国内的双语教学情况，虽然英语教师非常努力地教，学生也非常认真地学，但所取得的效果十分不理想。[1-2]国内一些211和985重点院校（如浙江大学、北京大学等）的双语教学工作开展顺利，已在双语教学教材、师资队伍建设以及教学内容和教学方法方面取得许多研究成果。但地方本科院校的机械工程类双语教学工作进展十分缓慢，尤其是针对本科生开设的“机械优化设计”双语教学在教学内容与体系、英语教学环境、教学队伍建设、考核方式等方面严重不足，其主要原因是学生英语基础差、自学能力较弱，“机械优化设计”双语教学师资也相对薄弱。[3]上述差异决定了地方本科院校难以照搬重点院校的机械工程类双语教学模式，因此探索一条适合于地方本科院校的“机械优化设计”双语教学模式极为重要。

一、“机械优化设计”双语课程现状

“机械优化设计”是一门把机械设计与优化设计理论及方法相结合、实践性很强的课程，而双语教学主要是指教师采用英语或第二语言进行课堂教学。但如何有系统有组织地开展符合三峡大学（以下简称“我校”）特点的“机械优化设计”双语教学，如何处理教材的问题、如何在学时数原本紧张的前提下开展双语教学、双语教学方法和教学手段该如何改进、如何建立双语教学考核体系、如何提高学生的学习兴趣等等，这些都是在开展“机械优化设计”双语教学时所需要研究的问题。虽然目前不少地方本科院校已经开设了机械优化设计双语课程教学，但大学生英语水平良莠不齐，不少教师的英语水平同样还没有达到能真正像汉语一样熟练地运用英语教学的地步，这使得双语教学在“机械优化设计”课程中的研究与实践中碰到以下问题：[4-6]

1.双语教学效果差

目前国内英语教育主要以应试为目标，大学生的英语听说能力普遍较弱。“机械优化设计”双语教学中涉及许多专业词汇和复杂的句型，如果采用比较单一的授课方式，学生既无兴趣，又感到难以接受，无法准确理解该课程专业知识。

2.教学内容单一

我校该课程双语教学的对象是机械制造及其自动化专业三年级学生，他们虽然已具备一定的数理基础，但许多同学依然对机械优化设计过程和内容无法真正理解，甚至产生厌学情绪。这就要求双语教师在进行教学内容的设计时应更加丰富多彩。

3.教学方法问题

在进行“机械优化设计”双语教学时，若还是采用传统的满堂灌教学模式，课程本身的难度和英语的听力障碍将会导致教学效果不理想。而国际上知名大学多数采取的是引导式、启发式、互动式相结合的教学方法，后者更为有效，与“机械优化设计”双语课程教学相适应。

二、双语教学方法的改革与实践

依据机械工程类专业的特殊性，应从以下几方面进行改革和实践：

1.科学合理选择教学内容

考虑到我校机械制造及其自动化专业本科教学培养方案的特点及人才培养需要，对“机械优化设计”双语教学课程内容进行科学设计，主要包括以下教学内容：绪论（介绍机械优化设计的基本概念与发展趋势）；优化设计方法的数学基础（介绍矩阵运算和微积分的基础知识，凸集、凸函数与凸规划的基本理论）；常用的优化设计方法（介绍一维搜索方法、基于导数的优化方法和非导数优化方法等，包括智能优化方法）；约束优化问题的处理；多目标优化方法和优化设计结果的灵敏度分析技术；MATLAB在机械优化设计实例中的应用。这要求学生一方面掌握优化设计基础理论，另一方面应学会运用大型通用优化设计工具软件解决实际工程问题，真正做到学以致用。此外，在双语教学过程中，应安排大学生讲述自己完成机械优化设计过程，以提高大学生英语表达能力，并达到相互启发的作用。

2.努力营造英文教学环境，提高学生英语水平

作为教师，应认真备好每一堂课，板书、考试和作业批改中都要使用英语，采取全英语对学生进行提问，要求学生用英语回答，这样有助于锻炼学生的专业口语能力。同时，教师在给学生布置作业时，最好也是英语的，严格要求学生用英语完成，这样有助于锻炼学生的专业写作能力，为将来可能地进一步深造学习奠定了坚实的论文撰写基础。实际上，教师在双语教学活动中，除了布置一些该课程的课后英语作业外，还应当引导学生查找和阅读与该课程相关的专业英语读物，比如英文论文等，这样有助于增强学生的专业英语使用能力，而且还能培养该专业大三学生用英语思考的良好习惯，为将来的进一步学习和深造打下一定的基础。

3.努力加强我校双语师资队伍建设

为了提高教师的英语水平，每年安排教师参加由我校国际交流学院主办的暑期雅思培训班，取得雅思6.0分及以上成绩的教师才能担任双语教学课程。为了促进教师英文水平的稳步提高，以提升本校教师科研业务水平，学校定期派中青年教师出国交流学习，这势必将会对双语教学和师资队伍建设有一个很大的促进和提升作用。

4.充分利用本校网络教学平台

三峡大学求索学堂为全校提供网络教学服务，网络教学平台包括公共教学平台、多媒体课件制作系统、网络实时交互答疑系统。网络公共教学平台包括学生工作区、教师工作区、管理工作区三大部分，主要功能模块有公告栏、答疑、讨论区、在线自测、在线作业、下载区、资源等。多媒体课件制作系统提供辅助教师教学的多媒体课件制作平台；网络实时交互答疑系统是一个可以在网上传递五种不同模式的电子教学、实时协作和通信的平台，提供网络教学中的教学双边多媒体交互环境。充分利用本校求索学堂，可以促使教师和学生的沟通，同时还可以培养学生的知识获取能力和自主学习能力。

5.对本校传统的考核方式进行科学合理的改革

“机械优化设计”课程是机械设计制造及其自动化专业非常重要的一门专业基础课，属于专业必修课程，该课程考核方式过去经常是采取闭卷形式。这种考核方式有很大的不足，例如学生死记硬背优化公式，而忽略了利用该课程核心内容优化设计方法理论从工程上解决实际问题的能力，从而不能体现本校人才培养的要求。针对以上这些弊端，对该门课程的传统考核方式进行了改革，主要分为以下三个部分：闭卷考试成绩（占40%）：主要是考查学生对优化理论方法的理解和掌握程度；上机实验考试成绩（占40%）：重点考核学生运用计算机对优化方法的编程和实现能力；平时成绩（占20%）：主要是考核学生平时表现和出勤情况。

该课程考核方式的改革，势必将会促使学生更好地理解和掌握该课程的重难点内容，也会提高学生利用计算机编写优化程序解决工程实际问题的能力，同时将会提高机械工程类本科生的综合素质和能力，这也非常符合本校这种“高素质、强能力、应用型”的人才培养目标。

三、结论

双语教学不但能够提高学生的学习兴趣，而且还可以提高教师和学生的双语应用能力，对复合型人才的培养具有非常重要的意义。同时，在进行双语教学的过程中，要根据本校教师的英文水平和学生的认知和接受程度，精心准备和设计教学手段，科学合理安排教学内容，科学而有效地使用评价方法，这样不仅有助于学生及时了解和掌握本专业的前沿动态，还可以培养其直接阅读经典、前沿外文资料的能力。本文在对“机械优化设计”课程双语教学进行了多轮教学实践的基础上，对该课程双语教学的背景、教学内容与体系、英语教学环境、师资队伍建设、考核方式等问题进行了总结和改革，以期望对二本院校机械工程类“机械优化设计”课程双语教学与改革有一定的促进作用。

参考文献：

[1]廖迎春，樊后保，黄荣珍，等.本科院校双语教学改革的思考及建议[J].科技信息，2010，（19）.

[2]张素芳.对高校双语教学若干问题的探讨[J].中国电力教育，

2007，（1）.

[3]刘卓夫，罗中明，李永波.双语教学改革存在的问题与思考[J].黑龙江教育学院学报，2010，29（2）：62-64.

篇（9）

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0013-01

在机械优化设计中需要对参数模型进行求解和优化，特别是在大型的复杂的设计项目中，需要重复建模、重复优化模型。除了遗传算法等数学方法使用外，CAD技术应用对复杂的机械设计优化问题取得了较好的效果并产生了很好的经济效果。

1 机械优化设计中的CAD技术

单体机械机构的优化对象主要是零件的结构优化，涉及的学科少、优化的功能单一，优化的过程只限于结构设计和机构构成之间的关系。对于复杂的机械设计，优化的对象对体现整体优化思维，即整体优化大于局部优化。在这个过程中就需要采用合理的手段和方法优化的范围综合起来。计算机辅助手段日臻完善，在优化设计中把原理方案、功能，结构方案、总体参数以及结构性状的全部设计包含在内，真正的做到全局优化。

复杂的结构设计计算复杂、方法多变，涉及多学科多目标，而优化更要在这些方法找到更有效的方案更为困难。因此单一的方法来解决整体的优化问题肯定不行，但是采用CAD进行整体的优化和分解协调优化，通过模型建立，减少计算缩短优化时间。在结构优化中器件多，耦合度高，利用CAD技术可以在结构优化中应用网状分解的方法，将其分解，这种分解方法除了提高CAD利用效率之外还可以解决优化过程中的交叉学科问题，例如利用CAD机械设计的协同优化。在整体优化中目前的CAD技术还没有形成普遍使用的分解方法，因此分解的正确性并不是可以控制的，这成为CAD的在机械优化设计中应用的瓶颈。但是优化设计分层优化取得比较好的效果，由此建立起来的CAD优化发展。

2 CAD机械优化设计建模应用

机械产品设计优化技术就是设计者借助CAD技术将设计形体可视化、模拟化、可修改、可分析优化，进一步通过计算机辅助优化实体模型。产品的优化可以在CAD中进行三维几何重现，优化设计通过三维虚拟优化，采用几何模型描述对象的位置、结构、大小和性状，并寻求最高效的组合途径，通过优化的赋值可以将对象的颜色、纹理等信息进行详细描述，优化产品的原型，在这个过程中CAD的建模优化是最常见的优化方法。

2.1 参数建模优化

这种优化是通过工程关系以及几何方法在CAD中给予产品的性状特征，从而可以在产品功能上和设计方法上寻求类似的模型，通过模型的优化达到设计优化。在CAD中建立产品与参数之间的关系，而参数作为变量形成变量集合。在优化过程中通过参数的变化影响设计对象的变化，参数优化模型采用修改和定义的几何建模。参数建模优化包含工程优化、拓补结构优化、尺寸优化等，这些都是CAD参数建模优化中需要考虑的因素。

2.2 特征建模优化

这种优化是在CAD环境下从整个设计的各个阶段来优化设计，可表述为集成优化。进行集成优化需要在CAD条件下建立系统的、完整的、全面的描述需要优化的信息，使得各种特征能够从设计中显现优化的策略。特征建模优化可以明确的表示优化逻辑关系、互动关系以及关联特征方面进行表述和描述。特征建模优化能够在CAD环境中建立高层次的产品功能要素，对优化的信息进行联动管理，体现设计优化中，对形状、结构等复杂产品优化建模是思想，将产品的多特征进行特征分解，根据分解的特征相互建立优化途径，通过特征之间的运算达到优化整个设计的目的。

3 具备知识库智能CAD在机械优化设计中的发展

优化设计是一个高度智慧的创新的活动。CAD技术系统引入知识库，产生智能的计算机辅助设计系统，这成为ACD机械优化设计的发展方向之一。知识库智能CAD能够在信息优化、知识优化的基础上建立基于优化思维的知识库。它能够及时对优化设计的方向进行评估，利用知识库的评价机制，实现信息的交换和共享，解决优化设计中对信息和知识和需求。机械设计问题是模糊的，而优化的方式和途径也多样，对复杂产品进行优化，建立知识库信息获取、组织和表达。因此具备知识库智能CAD快速发展，为CAD在机械优化设计领域提供了新的途径。在机械优化设计中，设计不仅具有创意，而且优化应具备整体性和科学性。优化设计可以根据优化的途径分为优化搜索和优化创新。优化搜索可以根据各种方案选择一种最好的组合达到优化目的。在知识库智能CAD中具备的专家系统，采用参数匹配、信息匹配、结构匹配的方法将优化的产品进行搜索，选择最优的设计方案，遍历知识库中相似结构的模型。如果知识库建立的足够大，足够科学则搜索优化的优化度更高；优化创新是直接通过知识库得到最佳的优化结果。这种优化方法可以通过CAD的知识库，将设计的参数、模型、结构导入直接产生优化结果。但是不论是那种优化方法都要依据设计的原始信息，根据实际情况综合分析智能CAD优化结果，得出优化设计的方案。

4 神经网络智能CAD在机械优化设计中的发展

在优化设计中如果将优化的任务进行分解，形成各阶段优化的方案过多，而后面的的优化组成数量也迅速增加，这样就容易形成优化组合爆炸。在优化设计中面临如此大的优化结构时，往往需要更高层次的归纳和综合，对综合的信息进行少量分析即可找到优化的决策。一般CAD的优化只能在参数、简单结构等方面进行优化，而在如此复杂的框架优化、整体优化中显然不能满足优化要求。因此具备神经网络的智能CAD能够将设计的信息通过人工网络结构进行优化决策方式进行模拟。将优化的各层次和任务进行网络串联，共同完成阶段的优化工作。

5 结论

计算机辅助设计是机械优化设计的必要的工具。在知识库研究、神经网络研究、以及模糊控制研究方面已经取得了很多经验并发挥了巨大的经济效益。在优化设计中需要借助CAD这个途径将这些研究的思维移植并实现将大大提高CAD机械优化设计的效率，产生很大的经济效益。

篇（10）

    现有工程机械一体化监测系统常见的问题

    现有的工程机械一体化监测系统和设备由于不具有通用性,因此经常出现各种问题,导致工程机械一体化监测系统的功能得不到良好的发挥,效率得不到提升。因此有必要认识到目前监测系统存在的各种问题,然后采取针对性的措施加以解决,目前工程机械监测系统及设备存在的问题主要表现在以下几个方面。系统监测项目不够齐全由于应用到工程机械一体化监测系统的各种配件不够齐全,型号不一,类型不同,因此各种测量型的仪表组合并不能完全满足工程机械的监测要求,从而造成对工程机械的一体化监测无法发挥拥有的功能,存在诸多问题,其中一个突出表现就是监测的项目不齐全。工程机械一体化监测项目涉及的范围和领域非常丰富,常见的监测项目包含了电流、气压、电流、气压、油压、油温、水温、转速等,而对于这些项目仅仅依靠一个设备或者不同类型的设备组合是不行的,因此在系统监测项目不够齐全,直接影响了工程机械一体化监测的效果和质量,例如关于电压的监测设备就一般具有对油压的监测功能,无法计算相应的流量和工作时间数等。监测设备质量不过关,无法实现系统的正常化多数用于工程机械一体化监测的设备在质量上由于无法匹配工程机械的性能和操作系统,因此其监测的仪表过多而且比较复杂,其面板的布置也相当不方便。现有的监测仪表大多是很多厂家外购的产品,其种类型号都是不同的,因此用于工程机械一体化监测的仪表种类繁多,质量上无法完全达到工程机械一体化工作的要求,而且由于大小,样式存在差异,导致工程机械一体化的仪盘表看起来十分混乱,不容易观察和监测到数据,直接影响到了工程机械系统运行的正常化,影响工程机械一体化的工作效率和质量。工程机械一体化监测设备容易损坏而出现故障在工程机械一体化监测设备运行过程中,由于种类、型号繁多,生产厂家不同导致其在工作中无法正常运行。再加上在运行中,如果工程机械的操作使用人员对于某个型号的设备的工作原理不能理解,或者理解不透,都会带来种种问题。此外受到生产厂家技术水平的影响,监测设备由于工作环境不合理,不恰当,导致这些设备容易损坏和失效。如果工程机械在使用与操作过程中,一些监测系统的设备不能经常性的使用,就会导致这些设备在工程机械操作过程中失去作用,而操作人员只能在工程机械监测设备出现故障的情况下,完全依靠自身的经验去判断和操作,直接影响了工程机械的使用效率和质量。2.4工程机械一体化监测系统复杂不容易操作对于工程机械一体化的监测来说,提高其系统的操作性将是一个关键环节。目前很多机械上的监测系统都是安装比较复杂的设备,在信息的传递上效率不高,传递所使用的方式也比较落后。例如有些监测设备的信息传递主要依靠管路传递,这些管路的使用不但增强了监测系统难度而且对于安全性以及信息传递的可靠性也造成影响。因此优化工程机械一体化的监测系统是十分必要的。

    工程机械一体化监测系统的优化设计的内容

    中央处理器可采用目前比较成熟的单片机处理种功能的软、硬件技术。以日本东芝公司生产的单片机TMP87CH46N/47U为例,其ROM为16kB,RAM为512kB,有8个8位A/D转换器,2个8位计时器和2个16位计时器等,且具有功能强大的指令系统,其RAM可实时采集并存贮机械在一定时间内的测量参数,需要时可通过处理器的输出接口输入到计算机内进行处理。显示装置可采用目前较为流行的彩色图文液晶显示屏,由于采用全固体器件,工作可靠,便于适应工程机械的使用要求。目前常见的此种显示屏可具有内置国标汉字库、串行通讯速率20k/s、指令代码编程、16种颜色、单一电源供电等功能,而且可以以模拟与数字共同显示方式显示所测数据,即直观,又准确,完全可以适应工程机械监测的显示之用。控制装置可随时控制显示模式,选定显示参数,各测量参数即可固定显示,也可按控制装置的设定自动轮流显示。系统开始工作后,各个传感器直接将收集的信号进行转换然后发送至处理器,处理器通过专家系统来进行数据分析并进行判断,如果经过分析判断系统为正常状态,那么则继续监测工作,如果判断系统为异常,则开始报警。然后系统会自行开始对出现的故障和问题进行诊断,以发现其故障原因,并提示出可以采取的维修方式和方法。如果通过诊断发现不了原因,则需要将发生故障时的各种技术参数记录下来,然后借助专家系统数据库将这些故障记录下来,从而形成知识库。系统软件设计系统软件利用中央处理器自身的控制指令,用汇编语言编写,通过编程器输入CPU,机械启动后,该系统自动加电启动,经对各端口及寄存器进行初始化后,开始接收各传感器传来的数据,并对各数据进行处理,经端口检验,将接收到的数据与该端口测量参数的故障极限数据进行比较,若超出正常数据值,则经声光方式给予报警,若所测数据在正常范围内,则不予报警,并将数据存入RAM,然后将数据送入显示模块进行显示。为有效利用该系统的功能,各测量数据由软件设计自动存入其RAM内,需要时可通过系统的输出接口输入到外部计算机内,在计算机上对数据进行详细分析,以进一步了解其工作状况及故障发生时的情况。从以上分析来看,关于工程机械一体化监测系统的优化与设计应该根据工程机械自身的特点来进行,系统的优化设计的一个基本目标是要注重监测系统的可靠性有稳定性,要在注重经济性的同时,采取一些相对简单而又能应付恶劣工作环境的设备,从而提高监测系统的整体性能。

    加强工程机械一体化的监测系统的优化设计,已经成为改善工程机械一体化作业精确度和效率的重要途径。针对目前监测设备容易出现各种问题的实际情况,本文对于工程机械一体化监测系统的设计与优化,可以在某种程度上解决当前工程机械一体化操作带来的问题,从而提高工程机械一体化运行的效率和质量。总之,随着现代信息技术的发展,尤其是计算机技术的发展,将微电子控制技术作为核心的机电一体化监测技术必将在工程机械使用以及操作、改造中发挥重要的作用,极大推动工程机械自身性能的改进和技术的创新,这对于推动工程机械技术的发展,提高工程机械的使用效率,将产生重要的影响和价值。相信未来机电一体化技术在工程机械应用的领域和范围将会更加的广泛和深入,因此工程机械一体化监测系统的优化与设计作为一个理论与实践相结合的研究课题具有深远的意义。