基于ACO算法的机械设计优化方法研究

1、基于ACO算法的机械设计优化方法研究本文对机械设计进行了详细的介绍,分析了机械设计程序,阐述了机械设计优化的重要性,并对ACOI法的机械设计优化方法进行研究,以供参考.ACOI法；机械设计；优化1机械设计概述1.1 机械设计的根本思路机械设计中采用的参数与零部件应尽量保证标准化、系列 化以及通用化,也就是“三化,如此可以使设计工作量得到 有效减小,使生产周期得以缩短,增强互换性,实现对制造成 本的有效限制.根据规定标准生产的零件成为标准件,在设计 过程中,应需要根据设计手册与产品目录对零件型号与尺寸进 行选取,并向专业商场或工厂订购即可.系列化与通用化具有十分重要的意义.设计中标准件的选 用往

2、往会受到标准限制而导致灵活性缺失,如果选用系列化产 品,那么这一问题就到了有效解决.例如,对于同一类型、同 一内径的滚动轴承系列,可以根据滚动体直径的不同,形成不 同外径、宽度的滚动轴承系列,进而提升轴承选取的灵活性与 便捷性.通用化指的是基于不同规格的同类或不同类产品采用 的零件保持结构与尺寸的统一,如此可以使零部件的种类得以 减少,使生产治理过程得到简化,有效限制本钱,并使生产周 期缩短.1.2 机械设计的根本要求机械设计主要包括两个形式,第一种是对新技术、新方法 的运用以实现新机械的开发与设计；第二种使基于原有机械进 行的重新设计或者局部改造,进而使原有机械的性能得到提 升.设计质量在很

3、大程度上决定了机械产品的性能、本钱以及 经济效益,因此必须对此予以重视.关于机械设计的根本要 求,具体包括以下几个方面：第一,功能要求.机械设计是为了使预定的功能得到实 现,并基于规定的工作条件与工作期限,保证机械产品能够正 常运行；第二,可靠性要求.机械设计的可靠性要求指的是在 机械使用过程中保持性能稳定,对于机械设备而言这一指标非 常关键.机械涉笔是由假设干个零件与部件组成的,零部件的可 靠性在很大程度上决定了机械设备的可靠性.如果机械系统有 更多的零部件,那么其可靠度也随之降低,因此,在机械设计 中,应对零部件数量进行限制；第三,经济性要求.在机械设 备的评价指标中,经济性指标具有较强的

4、综合性,具涉及到的 环节比拟广泛,例如产品设计、制造、使用、维护以及治理等 等.经济性要求基于功能要求的满足有效降低机械设备的总费 用；第四,工作平安性与操作便捷性.平安性指的是在机械设 备使用中能够保证操作人员的平安以及机械设备工作过程中自 身的平安.因此采取相应的防护举措非常必要,例如为暴露运 动构件配置防护罩、设置过载保护装置等等.而操作的便捷性 那么是指应有效减小人工操作的劳动强度；第五,外形美观,污 染小.根据工业艺术造型设计方法来设计机械产品,可以有效 增强其外形的美观程度,并且促使其更具时代特点,使产品的 市场竞争力得到提升.总所周知,在机械产品制造与使用中, 不可防止会由现噪声

5、污染,这一指标具有较强的综合性,也是 反映机械产品质量的重要指标,因此应尽可能孔指噪声,使其 对环境的污染得以减轻.2机械设计程序分析机械设计这一个过程十分复杂,需要进行不但的构思、决 策与修改.关于新产品的开发与设计,通常的程序包括：2.1 方案阶段方案阶段也成为预备阶段.首先要了解用户对机械产品的 功能、造价、设计期限的需求,然后在设中予以考虑,然后 展开调查与研究,进行资料的搜集,分析设计任务,并针对设 计任务的合理性与先进性与用户进行协商沟通,最后进行任务 书的编制.设计任务书应对机械产品的名称、功能、生产效 率、工作条件、生产批量、预定本钱、主要性能指标、可靠性、使用维护要求.设计与

6、制造完成日期以及其他特殊要求进 行明确.2.2 方案设计阶段该阶段主要是基于多方面的调查与研究,对国内外有关设 计资料进行收集,设计人员用针对机械产品的工作原理加以创 新,并提由不同的满足设计任务书要求的设计方案,并对几个 具有可行性的方案进行技术经济分析,对技术性能、经济指标 进行综合比照,然后选择比拟合理的几个方案.对于选定的几 个方案,应同步进行下一阶段的设计工作,并等到能够将技术 性能、经济指标等较为准确确实定后,在进行最终方案的选 定.在这一阶段,设计内容主要有运动学计算、机构原理试验 等等,然后对相关图纸进行绘制,例如机构工作原理图、机构 运动简图等等.2.3 技术设计阶段这一阶段

7、主要包括基于机械产品工作原理图与机构运动简 图,对整机及其零部件的具体参数进行设计、零件所用材料的 选定与热处理、加工装配以及试验技术条件的制定等等.该阶 段的成果主要有机械整机与部件的装配图、零件工作图与计算 说明书以及其他技术文件等等.对于技术设计阶段讷言,反复 修改是不可防止的,应与用户进行不断的沟通与协商,对设计 方案进行反复优化.2.4 样机试制与鉴定阶段该阶段根据技术设计提供的相关技术文件,进行样机试 制,并测试试制样机的性能,并组织相关人员对其进行鉴定, 全面评定其经济技术指标,具体有动力特性审查、标准化审 查、工艺审查、本钱预测等等.止匕外,还可以基于此合理修改 设计方案,使设

8、计方案得到完善.2.5 产品投产阶段该阶段是基于样机试制与鉴定通过的前提,向产品定型鉴 定会提交产品的相关文件,并进行评定审核,具体包括机械的 全套设计图样以及全套技术文件.待评审通过,就可以开始批 量生产并向市场投放产品,向用户交付产品并投入到使用中.2.6 设计优化的重要性3.1 提升机械设计的工艺与质量在机械设计中,设计人员除了要对流程、时间、本钱与功 效等方面进行考虑,还需要对设计产品的工艺水准与使用价值 进行研究,换言之就是设计产品的质量.通常情况下,在工业 生产与大型工程工程中机械产品的运用比拟广泛,其质量十分 关键,因此必须予以高度重视.也就是说,机械设计质量应放 在首位,如果质

9、量失去保证,那么机械设计就毫无意义与价值 可言.因此,应不断寻求更优的设计路径与方法,使设计质量 与工艺得到维持.实践中设计人员通常会采用数学函数与模型 技术来综合评定设计方案,并选择最优的方案.对于最正确方 案,其具备的特点往往包括以下几点：第一,效率最高,本钱 最小；第二,具有较强的操作性与可行性,能够使设计规划得 以实现.3.2 有效限制设计本钱机械设计这一工程十分繁琐庞大,通常很短时间内是无法 完成的.因此,在维持长时间设计流程的过程中,还应限制好 本钱.实践说明,很多机械设计的本钱开支往往大大增加了主 管单位的经济负担.尽管机械设计技术不断进步,治理流程也 得到很大的简化,现代机械设

10、计本钱得到了一定的降低,然而 其压缩空间仍然存在.值得一提的是,设计优化方法的运用以 较少设计本钱,必须要建立在设计质量得到保证的前提之下, 否那么该方法是不可取的.在机械设计中,应采用优化设计路 线,使前期与设计中的本钱得到有效限制,使企业资金得到节 省.优化设计的方案应与设计流程相符合,并实现资源的优化 配置与充分利用,降低对人力、财力与物力的需求.由此可 见,机械设计中的优化设计是基于科学的依据与理论实现的成 本的限制.3.3 提升产品的附加值机械设计优化方法的运用,可以使产品的科技附加值得到 提升,进而使产品更具竞争力,并为企业的经济效益提供强有 力的保证.机械设计产品本身就具有较高的

11、商业价值,因此必 然与市场有着密切的联系.止匕外,在机械设计中运用优化方 法,可以使机械产品的技术含量更高,提升其技循！寸加值,使 产品的市场竞争力大大提升.例如,在科学技术不断开展与相 互融合的背景之下,机械设计正不断趋于产业化开展,并可以 以一个单独工程链条的形式存在于行业当中.如果以看待商品 的态度来看待机械设计产品,那么对其价格、质量与科技含量 就会提由更高的要求,如此产品的市场占有率才能够得到有效 提升,使企业利益的最大化得以实现.因此,机械设计优化 中,企业应不断重视其技术含量的提升,如此才能够提升其对 企业带来的收益.4机械设计优化方法研究本文以基于ACO勺石油机械设计优化方法为

12、例进行详细阐 述.ACOt为蚁群优化算法,其在通讯网络、函数优化、系统 辨识以及机器人路径规划等综合布线设计中的应用十分广泛, 并且随着ACO!法的不断开展,这种遗传算法逐渐形成了通用 的框架,采用的是分布式正反应并行计算机制,与其他方法能 够很好的融合,鲁棒性也相对较强.在现代石油机械系统中,由于结构的复杂程度越来越高, 例如对其静态性能与动态性能的综合优化问题,在规模与数学 复杂程度的计算上显然与以往有着很大的不同.通过对这类全局优化问题的分析可知,在尺寸优化、拓扑优化以及性能优化 等各方面中,基于数学规划的传统优化理论显然实际运用效果 并不理想.而 ACCW法的鲁棒性较强,并且其采用的是

13、正反应 的并行机制以及非确定性的全局搜索策略,因此对于这些问题 的求解而言具有相对较强的适用性.ACCM法在各个优化领域都有所涉及,然而在石油机械优化设计中的应用仍然缺乏深 度,就目前公开发表的成果来看,其也局限于仿真阶段.然 而,ACO!法在石油机械优化设计中表现由的实用性有目共 睹.例如深井采油管内减速器的优化设计,可以充分展现由 ACOI法在求解此类问题上的优势.就深井采油管内减速器的优化设计而言,采用ACOI法进行寻优,将每一个变量视为一层,每一层都会通过人工蚂蚁来 搜索最优解,直到在所有目标值中求得一个最优解.在这一改 进中,ACOI法还对内点罚函数法加以融合,实现了模型中有 约束问题向无约束问题的转化,以此来搜索解.关于该算法的 具体描述,如图1所示.关于ACO!法在石油深井采油管内减速器的优化设计中的 运用,具体流程为：对设计变量进行确定,然后分析并计算约 束条件,建立目标函数,最后分析优化结果,并选择最优解. ACOI法具有较高的效率,并且具有较强的寻有水平,在优化 领域中属于新型的仿生学算法.实践说明,通过ACO优化算法 的运用,优化效果十分理想,与实际情况相符合,同时也证实