机械优化设计方法简介

2024-10-13

机械优化设计方法简介（精选10篇）

机械优化设计方法简介篇1

机械锁开启方法和简介

机械锁按照输入密码方式可以分为以下几类：

1、按键式电子锁：采用键盘(或组合按钮)输入开锁密码，操作方便。内部控制电路常采用电子锁专用集成电路ASIC。

2、拨盘式电子锁：采用机械拨盘开关输入开锁密码。许多按键式电子锁可以改造成拨盘式电子锁。

3、电子钥匙式电子锁：使用电子钥匙输入(或作为)开锁密码。电子钥匙是构成控制电路的重要组成部分。电子钥匙可以由元器件或由元器件构成的单元电路组成，做成小型手持单元形式。电子钥匙和主控电路的联系可以是声、光、电磁等多种形式。

4、触摸式电子锁：采用触摸方法输入开锁密码，操作简单。相对于按键开关，触摸开关使用寿命长，造价低，因此优化了电子锁控制电路。

5、生物特征式电子锁：将声音、指纹等人体生物特征作为密码输入，由计算机进行模式识别控制开锁，智能化相当高。

拨码盘式全机械密码锁也是一种盒式机械密码锁，它们都是圆盘式机械密码锁、都有控制锁舌、都是同轴操作输入密码和开启锁舌。但操作方式有很大的区别：“沙金”类盒式机械密码锁靠操作轴连接主动盘，再由主动盘依次传递带动其它密码圆盘，因此输入密码时旋钮要正转若干圈再反转若干圈，反反复复才能输入密码。而拨码盘式全机械密码锁是靠内部的一个简单的顺序拨码器，依次拨动各个密码圆盘。从外部的操作来看，类似老式拨盘式电话机的操作：从拨盘的起点开始，顺时针转动拨盘到某一位数码，然后退回到起点就输入了一位密码。如此重复直到输入了最后一位密码，再从起点逆时针转动拨盘就可以开启锁舌。这种锁具随意变换，保密性极高。可选密码组是连续排列的，为选择容易记忆的密码提供了方便。目前已开发的基本型产品，密码位数及密码量还可以根据用户的需求来重新设计。也可以为用户增加报警器接口。

文章编辑:东莞威立士机械锁生产厂官方网：http://huangkiajun

机械优化设计方法简介篇2

1 械优化设计的基本理论

优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大[2]。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。

2 优化设计方法的选择

优化设计方法是机械优化设计的灵魂, 随着数学科学和计算机技术的飞速发展, 优化方法的发展经历了解析法、数值分析法和非数值分析法3个阶段。20世纪50年代以前, 古典的微分法和变分法是解决最优化问题的最主要的两种数学方法。这两种方法具有概念清晰和计算精确的特点, 但只限于解决小型或特殊的问题, 在处理大多数实际问题时, 由于计算量很大, 计算难度也增加很多。20世纪50年代末, 数学规划方法成为了优化设计中求优方法的理论基础。这种方法建立在数值分析的基础之上, 利用已知的信息和条, 通过一系列迭代过程求得问题的最优解。它的相关理论并不复杂, 计算过程也很简单, 但计算量非常大, 而这正是计算机所擅长的工作, 因此计算机成了解决数值优化方法的重要工具。在这个时期涌现出了很多其他的优化算法, 其中比较常用、效果较好的优化算法有简约梯度法、复合形法、约束变尺度法、罚函数法、随机方向法、可行方向法等。20世纪80年代后, 一些新颖的优化方法逐渐出现, 如模拟退火、混沌、进化规划、遗传算法、人工神经网络、禁忌搜索等[3], 这些算法通过模拟自然现象或者自然规律得出一些结论, 逐渐形成了其具有鲜明特色的优化方法, 其内容涉及生物学、神经学、物理学、数学、人工智能、统计力学等。

在优化设计中, 对于同一优化问题往往可以有不同的优化方法。有的优化方法效果较好, 有的则较差, 甚至会导致错误的结果。因此, 根据优化设计问题的特点 (如约束条件) , 选取适当的优化方法是非常关键的。以下列举了4个选择优化方法的基本原则:1) 效率要高。所谓效率要高就是所采用的优化算法所用的计算时间或计算函数的次数要尽可能地少。2) 可靠性要高。可靠性要高是指在一定的精度要求下, 在一定迭代次数内或一定计算时间内, 求解优化问题的成功率要尽可能地高[4]。3) 采用成熟的计算程序。解题过程中要尽可能采用现有的成熟的计算程序, 以使解题简便并且不容易出错。4) 稳定性要好。稳定性好是指对于高度非线性偏心率大的函数不会因计算机字长截断误差迭代过程正常运行而中断计算过程。除了上述4个基本原则外, 选择恰当的优化方法还需要个人的经验, 这样可以运用一些技巧, 简便解题程序和步骤。这些经验包括对各种常用优化算法的特点要非常清楚, 比如它们的计算精度、收敛性、稳定性等等, 这样才能互相比较, 从中找到一个最合适的算法出来。此外, 还需深入分析优化模型的约束条件、约束函数、设计变量以及目标函数, 根据复杂性、准确性等条件对它们进行正确地选取和建立。

3 结束语

机械优化设计作为传统机械设计理论基础上结合现代设计方法而出现的一种更科学的优化设计方法, 可使机械产品的质量达到更高的水平。近年来, 随着数学规划理论的不断发展和工作站计算能力的不断挖掘, 机械优化设计方法和手段都有非常大的突破。且优化设计思路不断的开阔, 仿生学理论、基因遗传学理论和人工智能优化等现代设计理论的引入, 都大大促进优化设计方法的更新和完善。机械优化设计给机械工程界带来了巨大经济效益, 随着技术更新和产品竞争的加剧, 优化设计的发展前景非常的广阔。当今的优化正逐步的发展到多学科优化设计, 充分利用了先进计算机技术和科学的最新成果。所以机械优化设计的研究必须与工程实践、数学、力学理论、计算机紧密联系起来, 才能具有更广阔的发展前景。

摘要：一个国家的机械制造水平体现着这个国家的发展程度, 而机械设计理论与方法是支撑机械制造的顶梁柱。在机械设计中, 优化设计是解决复杂设计问题的一种有效手段。本文在介绍机械优化设计的基本理论的同时, 并重点分析了设计中优化方法的选择。

关键词：机械设计,优化设计,理论与方法

参考文献

[1]王国强.机械优化设计[M].北京:机械工业出版社, 2009.

[2]张运节.机械优化设计综述与展望[J].科技信息, 2009, 26 (6) :703-704.

[3]陈立周.机械优化设计方法[M].北京:冶金工业出版社, 2005.

机械优化设计理论方法研究篇3

关键词：机械；优化设计；优化方法；创新理论

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）02-0083-02

1 机械优化设计理论概述

所谓优化设计，即利用计算机技术，应用高精确度的力学数值分析法来分析与计算，从若干符合给定的设计要求的可行方案中，按预定的指标自动进行选择，最终选出最优的设计方案。伴随计算机技术的发展，优化设计于二十世纪六十年代发展，构成了现代设计方法出现与兴起发展[1]。机械优化设计的综合性和实用性都很强，能够使机械设计更加可靠、高效，大大节约原材料降低成本。我国优化设计起步晚于国外，但通过大量科研人员与相关工作者的辛勤付出，机械优化设计迅猛发展，取得了可喜的成果，但是与国外先进的技术相比，差距在所难免，有效益的优化设计方案在总体设计方案中所占比例不高。计算机等先进仪器以及高超的技术使得机械设计和制造的应用得到了广泛的应用空间。

2 机械优化设计过程中的理论特点

2.1 针对性

机械优化设计在一定程度上具有针对性，相应的优化方式能够解决相应的问题，在特定领域满足特定的需求，解决需要解决的问题。对机械设计优化的过程中，要具体问题具体分析，参考数据，对其中制约的变量进行有效分析，使其结果达到最优的状态。

2.2 客观性

建立数学模型要遵循一定的客观性规律，这也是机械有化过程中要遵循的。建立数据模型的过程就是将一些优化设计问题转化成为数学问题，按照可行性分析，将问题的关键因素转化成数学变量，结合具体要求建立数学模型，分析变量数据，完善优化的形式[2]。

2.3 创新性

创新的力量不得不说，他关系个人的成长，企业的发展，社会的前进，只有创新，民族才会不断壮大成长。所以，机械在进行优化设计的时候也不能够离开创新力量，脱离保守迂腐的思想，更新完善传统优化设计没有创新的地方，使结果更加优化。传统的优化设计只能处理简单的工程问题，工作量大，复杂的问题解决不了。现代优化设计方法不同与传统优化方法，不需要选取设计变、约束条件、目标函数等，就能够获得全局性的解决办法，节约了人力、时间成本。

3 机械优化设计过程中的设计方法

3.1 优化准则

准则在一定程度上保留了传统的表现形式。结合物理学角度以及力学角度等进行有效分析，具有一定的主观性。更加直接的更新优化概念，在相应的物理学原理达到更简单的计算，在单一目标函数的情况下具有更好的优化效果，更加适合传统工程的应用。事物都有两面性，有利就有弊，弊端就是，在多目标函数好的情况下比较容易出现问题，大大降低优化效率。

3.2 对于线性规划

所谓线性规划，是机械优化设计的一种重要方法，有效运用及优化数学极值原理。线性规划方法可以分为单纯形式和有序列形式。单纯形式一开始由美国的专家提出，针对单一目标对优化设计方案提供了简单和直接的方法，并且具有优化的作用[3]。对于多函数的运算过程就显得不那么有效。序列线性形式在一定程度上将机械问题进行拆解，在将每一部分进行优化，对其整体分步骤的进行求解优化，最终对准确的数有效求解。这样做的目的会让机械优化设计更加准确、可靠。

3.3 对于非线性规则

非线性规则在实际生活中的应用非常广泛，推动了机械优化设计的过程进程。线性规划的求解是比较片面的，在此非线性规划的运用将查漏补缺。它在运算过程中不用约束直接法，也可以无约束间接法。无约束直接法在一定程度上是将机械优化设计中的现有数据进行分析，同时将再生信息试探分析，求出最优值。并且，无约束间接法是机械优化设计过程中重要的组成内容，是在利用数学原理的基础上对函数进行的求优方法。

4 机械优化设计的展望

优化设计的出现是设计质量有了保障，大大缩短了设计周期，前景应用广阔，必将在市场占有一席之地，成为机械设计必不可少的一个重要环节。现在，优化设计已经取得了不少的成就，不管是经济方面还是社会方面。但，工程应用上的成绩远比预期值要低很多。可以归纳为以下四点原因：①仅仅优化了参数和结构方面取得了有效的反馈，在方案的诸多方面比如设计、选取、决定有一定不足[4]。②数学建模方面需要很高的专业技能与知识积累，建模难度系数高，技术专业性强，更不用说在动态系统的应用了，及时数学模型建立起来，但其描述出来的东西很有限，错误率极高。③对于一些程序问题，如何做到有效的求解要求很高，更不用说复杂的和形态不稳定的设计了，很难求出全局最优解。④目前机械产品更新换代日新月异，对于复杂程度和性能的要求越来越高，这就需要创新力来帮助实现复杂化和多功能的机械优化设计，当然传统的优化设计早已跟不上时代潮流显得势单力薄，不能满足创新时代的需求。

以下几个方面能够有效提高优化设计的求解能力和使用效率：①实先从简单到复杂，从不分到整体的整合，整合优化，实现全过程的优化设计。②在研究方法方面，实现多角度、多方位的的优化研究，利用各个学科：力学、数学、物理学、计算机学、等，将各学科融合为一体服务于机械优化设计，形成新的求解理论体系；③建立有效的数学模型，寻求有效的目标函数和约束函数，向自动化、智能化的方向发展优化建模；④优化目前现有的计算方法，寻找新的创新性计算方法，产漏补缺，各取所长，发挥优势，相互结合解决复杂的机械设计问题；⑤优化程序，将每个程序的的編码优化简单，将集成环境优化改善。

5 结语

机械优化设计将所有满足要求的设计方案中找出最优的方案，包括几个主要环节：数学建模、选择优化方法、分析结果。纵观机械优化设计的历史，相信每个人都会体会到新方法带来的效益，其发展迅速，并且取得了可喜的成绩。虽然存在建模难、选取优化方法难的难题，但是不能否认其前景的宽阔。研究机械化优化设计理论具有重要的理论意义和实际意义。经济时代的不断发展，计算机技术成为人们生活、学习、工作中不可或缺的一部分，计算机技术是的机械优化设计的应用得到了广泛的推广。同样也使得优化设计产业蒸蒸日上。有一点建议在机械优化设计领域，应注重理论和实际的相互结合，理论指导实践。实际生活中，优化问题已经波及到生活的方方面面，得到各个领域：科研、政府机关、产业部门等相关部门的重视。市场经济的不断发展，产品更新换代的周期短之又短，竞争激烈，企业追求高利润低成本，增强产品的竞争力，使得机械优化设计的应用会越来越广泛，得到的效益肯定也会越来越多。

参考文献：

[1] 孙全颖，王艺霖，杜须韦.遗传算法在机械优化设计中的应用研究[J].哈尔滨理工大学学报，2015，（4）.

[2] 曾志华，虞伟建.ANSYS 结构优化技术在机械设计中的应用[J].航空制造技术，2013，（10）.

[3] 陈波.机械优化设计理论方法研究综述[J].科技风，2014，（9）.

机械设计创新优化设计总结篇4

2012年7月12日我们终于完成了为期2周的创新设计，对我们来说是成功的，是来之不易的，我们在设计过程中的遇到的难题，都被我们一一解决，为了完美的实现各个步骤的要求，我们一次又一次的实验，最后终于再没有意外出现的情况下完成了此次的设计。

创新设计是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科技成果进行创新构思,设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用性的一种实践活动。机械多米诺的设计就是一连串的机械联动实验过程，但对于我们来说还是一个不小的挑战，因为从没有做过实体设计，所以制作过程才是难中之难，重中之重。

此次创新设计是对我们每一个人在各方面能力的全面锻炼，这是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习工作生活都很重要。总结自己团队的成败得失吸取成功团队的宝贵经验，个人觉得一个团队要取得成功以下几点非常重要：

1.首先需要一个优秀的领导者，在拥有必要的基本知识技能外还需要能够统筹全局，充分调动整个团队的积极性，发挥每个团队成员的长处，挖掘每个成员的潜能。这需要他能够准确把握宏观的方向也要注意很小的细节问题。

2.一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度、上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，团员间互相鼓励保证了团队的旺盛的斗志。团员间相互交流相互理解使整个设计可以得心应手。

3.明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志。坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时候在最需要坚持时，没有一个明确而有强烈的目标很难取得最后的成功。

在这两周的创新设计实习中我学会了很多，也懂得了很多从生活中没发获得到的知识和道理。从经历的挫折和失败，到现在冷静的我，使我明白了一个道理：人生不可能存在一帆风顺的事，只有自己勇敢地面对人生中的每一个挫折和失败，才能通往自己的罗马大道。在这半年里，我有失落过，烦恼过，悲伤过。有时觉得自己放手让时间在自己的手里流走，可能是或者我的缺陷和不足。但我知道这是上天对我的一个考验，但在每次失落的时候我都会反省过来，告诉自己清楚自己应该做的是什么，在挫折面前我們应该善用于扬长避短的方法来促进自己，提高自己的综合水平能力。在学习方面虽然自己普通平凡，但是我会努力提高，做到最好，不管遇到什么困扰我都不会跌倒，我会不懈努力。从以前学习情况中，我觉得自己更应该发奋学习。

我们是学机械设计制造及其自动化的，书本上学过良多理论常识，似乎通俗易懂，但从未付诸实践过，也许等到真正需要用时，才会体味到难度，才能意识到自己能力的欠缺和常识的匮乏。在创新设计的这段时间里，我拓宽了视野，增添了见识，体验到社会竞争的残酷，而更多的是但愿自己在工作中堆集各方面的经验，为未来自己走创业之路做筹备。作为我在踏出社会之前的为数不多的几回实践中，此次的实践简直给以了我很多经验。另外，在设计过程中和组员的交流，让我认识到了自己看到了现状。从对比中看到了自己的情况，对自己在今后的学习生活上也有很大的帮助，给自己今后在一些事情上的选择上提供了借鉴。

此后，我将继续拓展自己的思维憬悟，进一步完美和充实自己，争夺在往后的进修中更好的完美自己，在往后的实践中更好的运用自己的常识，做一个及格的机械设计制造及其自动化的学生，未来做一名对社会有用的人。

XXX总结

此次创新设计是对我们每一个人在各方面能力的全面锻炼，这是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习工作生活都很重要。总结自己团队的成败得失吸取成功团队的宝贵经验，个人觉得一个团队要取得成功以下几点非常重要：1.首先需要一个优秀的领导者，在拥有必要的基本知识技能外还需要能够统筹全局，充分调动整个团队的积极性，发挥每个团队成员的长处，挖掘每个成员的潜能。这需要他能够准确把握宏观的方向也要注意很小的细节问题。2.一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度、上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，团员间互相鼓励保证了团队的旺盛的斗志。团员间相互交流相互理解使整个设计可以得心应手。经过几周的奋战我的创新设计设计终于完成了。在没有做创新设计以前觉得创新设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做创新设计发现自己的看法有点太片面。创新设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在此要感谢我们的指导王老师我们悉心的指导，感谢他给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

在这种相互协调合作的过程中。口角的斗争在所难免，关键是我们如何的处理遇到的分歧，而不是一味的计较和埋怨。这不仅仅是在类似于这样的协调当中，生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解，相互理解，增进了解，也许很多问题没有想象中的那么复杂，关键还是看我们的心，那种处理和解决分歧的心，因为毕竟我们的出发点都是很好的。创新设计也是一种学习同学优秀品质的过程，追求卓越的过程。我们过去有位老师说得好，有有些事情的产生只是有原因的，别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩，那绝对不是侥幸或者巧合，那是自己付出劳动的成果的彰显，那是自己辛苦过程的体现。这种不断上进，认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美，有位那种追求的锲而不舍的过程是相同的，这就是一种优良的品质，它将指引着一个人意气风发,更好走好自己的每一步。在今后的学习中,一定要戒骄戒躁,态度端正,虚心认真，要永远的记住一句话:态度决定一切。

XXX总结

在这种相互协调合作的过程中。口角的斗争在所难免，关键是我们如何的处理遇到的分歧，而不是一味的计较和埋怨。这不仅仅是在类似于这样的协调当中，生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解，相互理解，增进了解，也许很多问题没有想象中的那么复杂，关键还是看我们的心，那种处理和解决分歧的心，因为毕竟我们的出发点都是很好的。创新设计也是一种学习同学优秀品质的过程，我们过去有位老师说得好，有有些事情的产生只是有原因的，别人能在诸如学习上取得了不一般的成绩，那绝对不是侥幸或者巧合，那是自己付出劳动的成果的彰显,那是自己辛苦过程的体现。这种不断上进，认真一致的心态也必将导致一个人在生活和学习的各个方面做的很完美，有位那种追求的锲而不舍的过程是相同的，这就是一种优良的品质，它将指引着一个人意气风发,更好走好自己的每一步。在今后的学习中,一定要戒骄戒躁,态度端正,虚心认真，要永远的记住一句话:态度决定一切。

机械优化设计方法简介篇5

1前言

随着社会的进步与科学技术的发展，机械工程在我国经济中的地位也越来越重要。人们对机械工程设计的要求越来越高。然而，我国的机械工程制造业相对于西方发达国家还存在一定的差距，比如机械工程的可靠性优化设计往往注重理论而没有很好的把理论应用到生产实践中去。还有，我国的大部分高校与企业不够重视可靠性研究，这导致了我国比较缺乏可靠性研究人才的局面;甚至有些企业认为可靠性研究可有可无，认为可靠性研究对企业产生不了什么重大影响，这是很不利于机械工程的可靠性优化设计的发展的，进而也不利于企业的健康可持续的发展。

2当前我国机械工程可靠性优化设计中的不足之处

现代机械设计方法考试复习总结篇6

2、物理冲突：为了实现某种功能，一个子系统或元件应具有一种特性，但同时出现了与该特性相反的特性

3、物理冲突的解决原理：a、空间分离原理；b、时间分离原理；c、基于条件的分离原理；d、整体与部分的分离原理

4、冲突的分类：管理冲突、物理冲突、技术冲突；定义：是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏。

5、技术冲突与物理冲突的区别：技术冲突总是设计两个基本参数A与B，当A得到改善时，B标的更差。物理冲突仅涉及系统中的一个子系统或部件，而对该子系统或部件提出来相反的要求。往往技术冲突的存在隐含着物理冲突的存在，有时物理冲突的解比技术冲突的解更容易获得。

6、技术的阶段：新发明、技术改进、技术成熟；或者婴儿期、成长期、成熟期、退出期。

7、负向参数：指这些参数（39个通用工程参数）变大时，使系统或子系统的性能变差。

8、应用进化模式与进化路线的过程为：根据已有的结构特点选择一种或几种进化模式，然后从每种模式中选择一种或几种进化路线，从进化路线红确定新的核心技术可能的结构状态。

9、有限元常用的单元类型：a、杆状单元；b、平面单元；c、薄板弯曲单元和薄壳单元；d、多面体单元；e、等参数单元；f、轴对称单元

10、弹性力学的基本假设：a、假设物体是连续的b、假设物体是完全弹性的c、假设物体是均匀的d、假设物体时各项同性的e、假设位移和变形是微小的f、假设物体内无初始应力

11、体力：是分布在物体体积内的力

12、减小解体规模的常用措施：a、对称性和反对性b、周期性条件c、降维处理和几何简化d、子结构技术e、线性近似化f、多工况载荷的合并处理

13、梯度两个性质：a、梯度向量▽f（X（k））与过点X（k）的等值线的切线正交b、负梯度向量—▽f（X（k））方向是函数在点X（k）处的最速下降方向

14、可靠性分配的原则：a、技术水平b、复杂程度c、重要程度d、任务情况

15、弹性力学的基本方程：a、平衡微分方程；b、几何方程；c、物理方程

16、平面问题的基础理论：a、平面应力问题（几何形状特征、载荷特征）；b、平面应力问题（几何形状特征、载荷特征）

17、几何简化；a、子结构技术；b、线性近似化；c、多工况载荷的合并处理

18、优化设计的数学模型包含的的部分：a、设计变量与设计空间、b、目标函数；c、约束方程；优化设计的数学模型：a、无约束优化问题的数学模型一般形式：minf（X）X属于R的n次方；b、约束优化问题的数学模型：minf（X）属于D属于R的n次方。

19、优化计算机的迭代终止准则：a、点距准则；b、函数下降量准则；c、梯度准则

20、黄金分割法搜索的一般过程：a、给出初始搜索区间（a，b）及收敛精度ε,将λ赋以0.68。b、按插入点计算公式 α1=b-λ（b-a）、α2=a+λ（b-a）计算α

1、α2，并计算其对应的函数值f（α1）、f（α2）。c、根据黄金分割法的区间消去法原则缩短搜索区间。为了能用原来的插入点计算公式，需要进行区间名称的代换，并在保留区间中计算一个新的插入及其函数值。d、检查区间是否缩短到足够小和函数值收敛到足够近，如果条件不满则返回到步骤2。e、如果条件满足，则取最后两插入点的平均值作为极小点数值近似值。

21、可靠性分配的原则：a、技术水平对技术成熟的零件，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握地增长到较高水平，则可分配给较高的可靠度；b、复杂程度对简单的零件，组成该零件的零部件数量较少，组装容易或故障后易于修复，则可分配给较高的可靠度；c、重要程度对重要的零件，该零件失效将产生严重的后果，或该零件失效常会导致全系统失效，则应分配给较高的可靠度；d、任务情况对整个任务时间内均需连续工作以及工作条件严酷，难以保证很高可靠度性的零件，则应分配给较低的可靠度。

22、可靠性分配方法：a、等分配法；b、再分配法；c、比例分配法；d、综合评分分配法

23、平均寿命：对于不可修复产品指产品从开始使用到失效这段时间有效工作时间的平均值；对于可修复产品指平均无故障工作时间。

24、可靠性指标：a、平均寿命；b、寿命方差与标准差；c、可靠寿命与中位寿命；d、维修度；e、有效度

25、中位寿命：指按由小到大排列时位于中间位置的产品的寿命；

26、维修度：对可维修的产品在发生故障后在规定的条件下和规定的时间内完成修复的概率。

浅谈机械优化设计篇7

1 机械优化设计技术的发展概况

采用优化方法有助于设计方案在既定的设计要求下达到最佳的结果, 并且节省计算工作量和工作时间, 其显著的优点得到了科研者和相关工作从事人员广泛的重视, 因此应用领域也日益广阔。20世纪50年代数学规划理论逐渐发展起来, 并成为应用数学的重要分支, 这为优化设计奠定了坚实的理论基础;到了20世纪60年代, 计算机技术的迅猛发展为优化设计提供了强有力的手段, 使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上;直到20世纪60年代后期开始, 最优化技术才被成功应用于机械设计领域。而国内的机械优化设计技术发展相比国际起步较晚, 但发展势头不可小觑, 无论是在机构综合、机械的通用零部件的设计还是工艺设计方面都得到了广泛的应用。近年来, 随着计算机辅助设计 (CAD) 的发展是优化设计技术有了新的发展出路, 在CAD技术的支持下设计周期不断缩减、最优设计方案的筛选效率与质量不断提高。总而言之, 把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来, 使设计工程完全自动化, 并且将优化设计拓宽到产品的全系统、全性能和全生命周期的优化, 是今后设计方法的一个重要发展趋势。

2 主要的优化设计方法及其特点

2.1 无约束优化设计方法

无约束优化设计即是指没有约束函数的优化设计, 主要可以分为两类:一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法, 如最速下降法、牛顿法、共轭梯度法和变尺度法等;另一类是利用目标函数值的无约束优化方法, 如单形替换法、坐标轮换法及鲍威尔法等。部分约束优化设计的问题通常可以转化为无约束优化设计问题进行解答, 换句话说, 部分无约束优化设计方法只需要略加处理就能对约束优化问题进行求解, 因此无约束优化法具有计算效率高、稳定性好等优点。

2.2 约束优化设计法

机械优化设计问题一般而言都是约束的优化问题, 根据处理约束条件的方法不同可以分为直接法和间接法两大类。直接法的基础思想在于控制迭代点, 使其处于可行域当中, 并且通过不断降低目标函数值, 得到最优的解答。直接法简单易懂, 未对目标函数和约束函数做出特殊的要求, 一般用于求解含有不等式约束的优化设计问题;但同时计算量较大工作大, 耗时较多, 因此不适用于维数较高问题的求解。直接法的常见方法有:复合形法、约束坐标轮换法以及网络法等。间接法则是将优化设计问题转化为无约束优化问题, 再利用无约束优化方法求解, 或者将非线性约束优化设计问题转化为线性规划问题来处理。间接法具有计算理论性强、精度和可靠度都很高的优点;但相对而言, 计算过程较复杂, 对目标函数和约束函数有一定的要求。间接法通常使用惩罚函数法和增广拉式乘子法等方法进行求解。

2.3 遗传算法

遗传算法 (GA) , 于20世纪70年代初期由美国密执根大学的霍兰 (Holland) 教授提出的一种全新概率优化方法。遗传算法主要通过仿造自然界生物进化的规律, 对随机产生的群体进行繁殖演变和自然选择, 促使群体素质和群体中个体的素质不断演化, 最终收敛于全局最优解。遗传算法有别于传统的优化设计方法, 是一种启发式的搜索算法, 具有自适应性、全局优化性和隐含并行性的特点。其主要被应用于函数优化方面、机器学习、图像处理、组合优化、故障诊断、神经网络、人工生命等领域。近年来, 遗传算法在机械工程领域也开展了多方面的应用。但关于应用遗传算法时处理约束的高效和稳健的方法研究较少被涉及, 因此如何确保使用遗传算法解约束优化问题的准确性仍需要广大学者的深入研究。

3 优化设计方法的选择

解决优化设计问题的关键在于选择正确的优化设计方法, 现实情况中, 应当根据设计要求考虑不同优化设计方法的特性和现实情况进行科学合理的选择。一般而言优化方法的选择可以遵循以下几点原则:高效率, 可靠性, 通用性, 稳定性以及初始条件、多变量和约束条件的敏感性。另外, 恰当的优化方法选择还需要根据个人经验对优化模型的约束条件、约束函数及目标函数进行深入全面的分析, 再根据复杂性和准确性等条件进行评判与选择。总而言之, 不同的优化设计方法都是针对某一类问题而产生的, 具有各自的优缺点和应用领域, 不能绝对单纯地用好坏对其进行评价。

综上所述, 本文从机构优化设计技术的发展概况入手, 对于主要的优化设计方法及其特点以及具体的优化设计的选择进行了相应阐释, 希望能够更好的促成机械产品的质量与生产效率的提升。

摘要：机械优化设计将传统机械设计理论与现代设计方法进行合理结合而产生的一种更科学的优化设计方法, 有助于提高机械产品的质量与生产效率。本文就机械优化设计技术的发展概况、主要涉及方法及方法的选择作出简单探讨与研究。

关键词：机械,优化设计,方法

参考文献

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[4]吴月.浅谈机械优化设计[J].时代教育, 2012 (8) .

机械优化设计的应用发展分析篇8

关键词：机械优化设计;应用;优化;发展

科学技术的发展使得大量的机械制造要求要很高的技术水平，机械产品的设计工作变得越来越复杂，要求考虑的内容也越来越多，精确性和科学性都与传统机械设计有巨大差别。面对这种情况，机械优化设计理论应运而生，逐渐发展成为一种现代化的机械设计方法。

1 传统优化方法的应用与发展分析

1.1 傳统机械优化设计方法的应用

传统机械优化设计方法大多应用于机械结构和零件功能的优化设计，针对机械结构的性能和形态进行优化。在机械结构上，内点罚函数优化法，能够对刚度和压弯组合强度结构进行良好的优化，既能够满足尺寸要求又能良好的控制结构自重。在形态方面，典型的是轴对称锻造部件的毛坯形状的优化。在性能方面，采用坐标转换法和黄金分割法对部分两岸结构进行优化设计，使得机械结构更加准确保持运动平衡性，提高了传力性能。这样看来，传统机械优化设计方法依然能够取得良好的效果，所以在机械设计发展中不能忽略传统优化方法的作用。

1.2 传统优化设计方法的一些改进

在新的设计方法出现后，传统机械优化设计进行了一些改进：设计中普遍采用最优设计方案和设计策略，帮助达到最优组合性能;建立能够反映设计问题的数学模型，提高机械设计的准确性;利用计算机选择最优方案，通过计算机程序解决更加复杂的计算;计算机辅助设计，降低人工设计的误差。

2 现代机械优化设计方法的应用和发展

随着机械设计要求不断提高，设计工作需要考虑的问题也越来越多，整体需要解决的问题规模和复杂度都有所增强，传统优化方法的问题暴露出来，局部优化和最优解不再适用于大规模问题的设计，这使得机械设计工作者广泛吸取其他学科的理论知识，产生全新的机械设计思路，通过算法来解决一些复杂的设计问题。

2.1 反馈神经网络在机械优化设计中的使用

反馈神经网络模型的基本内容是一些双向相连的神经元系统，每个神经元之间的连接都具有特别的权值，这个神经网络对于输出和反馈能够统一应用，这样将整个网络的能量函数和机械设计的目标函数映射起来，神经网络的进化过程则与机械优化设计的最优过程对应起来，在实际应用中，寻找神经网络模型与问题的解的过程十分关键。

2.2 多层向前神经网络在机械优化设计中的使用

多层向前神经网络也是目前神经网络模型中应用较广的一种，通过输入层、隐层和输出层，将模型输入信息进行单项的传播输出，整个模型中不论是层内还是层间，均不存在反馈链接。多层向前神经网络具有很高的运算速度，非线性的映射能力也更突出，在机械优化设计中，能够利用这种模型的特点，对机械结构的多目标优化进行映射。

除了神经网络模型的应用外，很多专业的数学软件也应用于机械设计工作中，比如MATLAB，作为功能强大的工程数据计算软件，能够很好的将计算问题与实际问题结合起来，其中配置了大量的工程函数，在解决大部分工程问题时能够节约大量的时间，而且计算结构也非常精确，所以在自动化控制和机械设计领域都有很好的应用。

3 遗传算法的应用与发展

遗传算法简称GA，是一种全新的概率优化算法。遗传算法作为一种非确定性的拟合自然算法，模仿了自然界生物进化的特点和规律，对于随机对象进行自然选择，按照自然界的适者生存法则来循环处理数据，最终产生的随机群体会收敛于整体的最优解。遗传算法有很强的自适应性，借助自然界遗产的规律，能够对全局都进行优化处理，同时遗传算法是潜在的并行计算算法，所以拥有很高的计算效率。遗传算法以其全局优化的优越性，主要应用于机器学习和控制领域，最近几年也得到发展被应用于机械优化设计中。

3.1 遗传算法与机械结构优化设计

简单的遗传算法线性适应度非常理想，通过非线性适度与自适应的变异概率来优化一般的遗传算法，以此来解决机械结构的优化问题，多峰值函数极值等都具有实际的参考意义。

3.2 遗传性算法与可靠性分析

框架结构系统结合遗传算法，能够对系统结构的可靠性进行优化分析。

3.3 遗传算法与故障诊断

遗传算法网络模型中，各个神经元之间的权值可以作为染色体向量，模拟基因多点交叉变异能够对随机对象进行优化选择，这种遗传算法能够应用于变压器故障的诊断。

4 机械优化设计软件的应用与发展

4.1 专用软件的应用与发展

目前国内机械优化设计专用软件开发和使用的都比较少，机械优化设计软件的开发还需要积累足够的经验，根据工作经验转换成计算机功能组成专用软件。计算机辅助设计软件的使用，能够帮助解决很多机械设计中的工程问题，结合人工神经网络和遗传算法，开发计算与图形化功能，专业软件的发展速度也是越来越快。

4.2 网络在线机械优化设计软件

优化算法的研究已经有所成绩，利用网络平台逐渐开发一些工业化在线优化软件，便于工业设计使用。对于在线机械优化设计软件来说，亟待解决的问题就是模型问题，对于非常复杂的系统来说，结构、流程、物料和系统参数等，都非常复杂，如果计算对象比较模糊，运算效率会受到严重的影响，这就给在线优化软件带来了巨大的困难。为了解决这种情况，通过合适的算法解决辨别模型，结合神经网络和学习特点进行数据的识别，让在线优化软件也能够良好的应用于各种模型，比如国内比较成熟的NEUMAX软件包，基于神经遗传算法的在线优化软件包，都能够良好的实现各种模型的遗传算法，这些软件已经成功应用于甲醇合成机械设计的优化工作中。

5 总结

机械优化设计在传统机械设计的基础上，结合了大量的先进科学得到了高效的设计方法，大大提高了机械设计的质量和速度，随着数学理论和计算理论的发展，机械优化设计方法也在不断更新，思维更加开阔，各种设计方法也都得到了不同程度的完善。所以机械优化设计不但要深化工程设计理论，更要结合多种学科打开更加广阔的发展未来。

参考文献：

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[5]孙学军.人工神经网络在机械优化设计中的应用[J].黑龙江科技信息，2011（32）.

机械优化设计方法简介篇9

【摘要】《机械设计基础》是机械类专业的一门重要技术基础课，具有较强的实践性，教师应根据这门课的特点和要求，钻研教材内容，合理安排教学，把实践与理论有机结合起来，激发学生的学习积极性，提高课堂教学效率和改善教学效果。

【关键词】机械设计基础教学实践环节

《机械设计基础》主要内容包括机械传动知识、常用机构、轴系零件等。作为基础理论课程，其概念较繁杂，同时也具有很强的实践性和应用性，所以教学过程中必须将理论和实践紧密结合起来，注重对学生解决实际问题能力的培养。教学手段是为教学目的服务的，该课程应使学生掌握应有的实践技能，为了提高学生的学习积极性，笔者努力钻研教学方法，提出如下观点。

1 教学中存在的问题

由于该课程涉及知识点多、难度大，并具有一定的实践性，致使学生对各章节之间的教学联系缺乏清晰的认识，学习效果差。而教学中，有些教师只满足于给学生讲道理，以为道理讲清了，任务就完成了。这样的教学过程完成后，学生仅仅简单地记住了一些名词术语或要点，对知识点的理解和运用仍然没有质的提高。显然，传统的教学方法存在着理论与实践相分离的现象，不能很好地解决该课程的重点、难点。为培养高素质技能型人才，满足社会不断发展的要求，对教学方法的改进迫在眉睫。

2 教学方法改进措施

2.1现代化教学

本课程实践性、综合性较强，各部分教学均应注意同生产实际相结合，利用教具、挂图、幻灯片等直观教学手段教学，做到课上精讲精练，除此以外，还应借助现代化的`教学手段，采用多媒体课件教学，利用计算机的图形、动画等功能，向学生展现具体、形象、直观、声画并茂的视听材料，充分调动学生的多种感官参与学习，将难于理解的内容形象、生动地表现出来，激发学生学习兴趣，提高课堂效益，增加学生的感性认识。通过多媒体课件教学，有针对性地讲解概念及其区别，使教学过程更形象生动，可以使学生感到直观易于接受。

2.2实验教学

要有效利用实验教学，由任课老师在课堂上做演示实验，以配合课堂教学。比如在讲解四连杆机构时，运用模型做课堂演示，让学生一边观察一边听讲，能使学生很快弄清曲柄、摇杆等构件之间的实际运动情况，理解了死点、急回特性等重点知识。另外，带学生在实验室进行实验，是很好的教学方式。它可以使学生对机械的运动情况观察得更仔细、更充分，同时还可以培养他们的实际动手能力，为此，要尽可能让每个学生都有机会亲手参加实际操作。为积极创造条件做好实验，任课教师应与试验人员密切配合，根据实验指导书的要求认真做好准备、讲解、指导及批改实验报告等工作，提高实验的质量和效率。

2.3实物教学

有些教学内容离开实物在课堂上不易讲解透彻，因此可以将机构实物搬进课堂，对照实物进行讲解。再好的修辞，再好的演讲，也不如看到实物清楚明白。更好的教学方法，就是组织学生到工厂车间进行动态观察，从而使学生能充分地对机构的运动情况进行分析，这是课堂教学的延续和补充。例如，讲解摆动导杆机构运动简图的画法时，在牛头刨床边对照机器的结构和运动情况进行讲解，则可收到事半功倍的效果。学生到工厂车间参观教学时，一定要做基本操作演示，切忌为了“保险、安全”而走马观花。 2.4实习教学

实习教学是培养学生动手能力的主要手段。《机械设计基础》课程可以结合专业实习来进行。具体来说就是在专业实习前，任课教师根据教学内容拟出实习思考题，让学生带着机械设计基础问题去实习，启发学生自己动脑去发掘尚未掌握的知识，寻找尚未知晓的事物。例如，在齿轮传动机构拆装实习时，可通过对传动齿轮的装拆和齿轮侧隙的测量进一步理解中心距可分性原理，再通过讲解，启发学生自己开动脑筋充分分析，热烈讨论，去理解该原理的现实意义，即生产实际中齿轮的装配虽不按标准中心距安装，但仍然可使传动平稳的道理。因此，《机械设计基础》任课教师应充分利用好专业实习时，认真加以引导，提高学生的积极性和思维能力。

2.5巩固教学

布置一定数量的大型作业，每次大作业都应有设计任务书或设计说明书，并注意培养学生按“三化”(标准化、系列化、通用化)进行设计的思想。大型作业的选题应根据教学要求并紧密联系生产实际，它可使学生理论联系实际的学好《机械设计基础》。如选择四连杆机构、凸轮机构、齿轮传动、轴系部件等设计为题，使学生通过大型作业来巩固机械设计理论，并复习与设计有关的其它基础理论知识，从而使学生在学完本课程后能进行一些简单机械的设计。教师应在作业布置前，把作业先试做一遍。写出设计计算步骤并绘制零部件图，作为学生修改设计的参考。此时任课教师应认真进行指导。辅导学生正确查阅《机械设计基础》，学会按国家标准选取设计参数。

2.6课程设计

综合考察学生掌握机械设计知识程度的重要手段是课程设计，它也是《机械设计基础》课程实践性教学的最后一个环节。课程设计应认真选题，并准备好设计任务书。一般可选齿轮传动的有关实际内容为题。课程设计的过程中，因材施教。对基础较好的学生工作量适当加大，基础较差的学生则可以适当降低工作量，尽量让他们能独立完成或在辅导下独立完成设计任务，掌握必要的机械基础知识和动手能力，并在原有基础上得到提高。课程设计能培养学生综合运用有关专业知识进行机械设计的能力，为今后在生产实际中参加设计或技术改造工作打下良好基础。它是一项既重要又繁重的教学工作，指导教师对其工作应持有严肃、认真、诚恳的态度，给学生在工作作风上起到表率的作用。

适当的教学方法对提高教学效果和教学质量起着十分重要的作用，实践环节是《机械设计基础》课程教学中不可忽视的重要组成部分，学校要尽力提供条件，任课教师应认真探索，不断创新，努力提高教学中实践环节的质量和效果，从而激发学生的学习兴趣，加速他们对知识的理解及运用，满足社会对高素质技能型人才的需求。

参考文献：

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[4]洪伟龙.关于技术基础课教学理论联系实际的新途径[J].职业教育研究，，(4).

灌溉管网优化设计方法研究论文篇10

关键词:灌溉管网优化;遗传算法;同步优化

随着社会经济的高速发展，水资源的需求量在不断增加。我国总用水量的60%以上用于农业灌溉。相比发达国家，我国灌溉水利用率较低，农业节水潜力巨大。农田灌溉主要通过管道和渠道输水，相比渠道，管道输水有以下优势，首先，管道输水避免了远距离输水过程中的蒸发和渗漏损失，提高了水利用效率，而且不会因为渗水导致土壤盐碱化而无法种植作物。其次，除了地面简单的给水设施外，大部分管道都铺设在地面以下，输水占地少，使得土地的利用效率明显提高，并且管灌对地形的要求低，可逆坡灌溉。第三，灌溉管道水流运动一般依靠外力作用，使用灵活，便于自动化管理，大大减少了灌溉管理人员的工作量，有利于田间管理。因此，管道灌溉是节水灌溉的趋势。在管道供水系统中，工程总造价的50%-80%用于管网，而且不同管网水力特性不同，能耗和运行管理费用不同，因此从满足水量和水压要求的各种可行方案中，寻求系统造价最低或年费用最小的设计方案，对节约投资有非常重要的意义。管网系统的优化研究主要是通过构造抽象或简化的设计模型，利用优化理论和技术合理选择有关参数。

1灌溉管网优化设计模型和算法研究现状

管网系统工程从规划设计到运行管理，各阶段相互影响，但是每一个阶段设计任务不同，采用的优化模型和算法不同，因此，目前在优化设计中仍然按照相对独立的阶段分别进行设计。

(1)管网布置优化:管网水力计算是建立在管网布置确定的基础上。

管网布置是否合理，最直接的影响就是管线长度，管线越长，造价越大。其次管网布置还需要综合考虑地形、施工的难易、管路运行可靠性等因素，而这些因素有时需要借助设计者的经验。国内外的学者对管网布置进行了深入研究。董文楚(1984)以造价最小为原则优化了树状输配水管网的布置，首先通过距离最短原则布置了给水栓，然后按1200夹角和经济流速对管网布置进行了逐级调整。朱振锁(1991)分析了自压喷灌管网各级管道单位面积造价与管网形状和面积的关系，并提出了优化布置的顺序。林性粹等人(1993)在低压树状管灌系统优化设计中，首先利用正交表进行了管网布置，然后据非线性数学规划法优化了管径，但得出的不是标准管径。魏永曜(1992)应用总长度最短法得出的最小生成树优化了管网布置，并对其进行了修正，之后以管网造价最小为目标优化了管径，提出了适应不同地形的数学规划法。王雪珍(1995)编制了输配水管网布置和绘图的程序。周荣敏等(2001)应用改进的遗传算法，以管网造价最小为目标，优化了树状管网的布置。

(2)管径优化:管径优化是建立在管网布置的基础上。

管径优化设计模型包括基于工程经验的非数学规划模型和基于数学技术的数学规划模型两大类。其中线性规划模型、非线性规划模型、动态规划模型都属于数学规划模型，应用较广。若约束条件或目标函数存在线性函数，称为线性规划模型，同理，若存在非线性函数，称为非线性规划模型。动态规划模型是一种求解多阶段决策过程的最优化方法。在管网系统中，管道和各种水力元件的水头损失等都是非线性的，因此，非线性规划模型能够比较真实精确地反应管网系统的实际状态。国内外很多学者建立了大量管网优化设计的非线性规划模型。魏永曜(1983)采用了经济管径而非经济流速来优化管径，首先确定了管段经济水头损失值，然后利用微分求极值确立相应管径，该法简单，但考虑因素较少，而且需对求解管径标准化，破坏了解的最有性。刘子沛(1986)以离散的标准管径作为优化变量，利用动态规划法优化了串联管网，由于该法建立在地形高差大等条件下，实用受限。杨健康(1990)建立的非线性规划模型是以管径为变量，优化目标为允许水头差的分配。陈渠昌、郑耀全等人(1996)以一定的假定为基础，限定了地形和毛管出流量的范围，以支毛管压力差分配比例为变量，建了单位面积管网投资最小的平地田间管网优化设计模型，由于条件多，应用受限。翟国亮、董文楚(1997)等以变径支管组合方式和组合比例系数为变量，年费用最小为优化目标建立了优化模型，计算步骤是首先计算经济组合比例参数，然后对多种组合方式进行了年投资计算，然后选择最优方案，由于计算繁杂，应用受限。张庆华、马庆斌等人(2000)以管径为变量，管道系统年费用最小为优化目标，建立了管径无约束情况下的优化模型及其求解方法，该方法考虑的影响因素较少，很难推广。王新坤、林性粹等人(2001)以田间管网投资最小为目标建立了优化模型，利用枚举法和动态规划法分两级对支管管径进行了求解，首先利用枚举法确定出了支管允许水头差，然后利用动态规划法得出了支管管径，由于田间面积较大时，不宜采用枚举法，实用受限。白丹在管网优化方面作了很多研究，例如利用线性规划法对管长和水泵扬程进行了优化。目前，随着计算机软硬件的高速发展，涌现了一些智能优化算法，诸如人工神经网络、模拟退火算法以及遗传算法等。周荣敏、林性粹等人(2002)对压力树状管网进行了优化设计，首先以管路长度最短为目标，利用单亲遗传算法进行了优化布置，然后利用神经网络技术优化了管径和水泵扬程，该法在大规模的管网设计中具有明显的优越性。

2存在问题及展望

目前，管网优化算法理论方面的研究和革新较少，多数着眼于算法的改进和创新，各种方法都有自身的优缺点及适用性。单纯形法是求解线性规划模型的通用算法。线性规划模型约束条件多，未考虑非线性的费用项，影响了求解问题的规模和精度，这些不足都限制了线性规划模型的推广应用。适用于非线性规划模型的算法较多，如罚函数法、梯度法等，各种算法都有各自的适用性。另外，非线性规划模型的变量一般为连续变量，需要把优化结果调整为标准值，影响了解的最优性。动态规划模型在小型树状管网的优化设计中显示出了优越性，但随着管网形式的复杂化，动态规划模型对硬件的要求越来越高，运行时间也较长，有时无法得到最优解。另外，动态规划模型模型受人为主观因素影响大，没有构造模型的统一方法，因此，动态规划模型应用受限。模拟退火算法具有较强的局部搜索能力，不易使搜索过程进入理想的搜索区域，寻优效率不高。人工神经网络算法需要具备扎实的计算机知识，算法的实现有硬件和软件两个方面，硬件实现最大的优点是处理速度快，但缺乏通用性和灵活性。软件实现的最主要问题是人工神经网络模型计算量特别大。遗传算法是一种可处理任何形式目标函数的全局寻优算法，寻优原理是模拟自然界的生物进化，即在选择、交叉，变异过程中不断优化，并始终以概率1接近最优解，虽然算法中各种参数的选择会影响寻优结果，但是算法的鲁棒性使得受参数影响较低。另外，Matlab遗传算法工具箱可以提供了大量函数，这些函数的应用简化了遗传算法计算机的程序编辑，并且已经得到广泛的应用。大量的实例研究表明，应用遗传算法优化管网设计可节约6%-49%的管网费用，一般都能找到15%-25%的节约，且系统越复杂，投资越节省。周荣敏利用单亲遗传算法进行了树状管网的优化布置，在较短时间内获得了一批最优或近最优的最小生成树布置方案。但是对于实际问题而言，由于管网连接方式不同，各管段流量分配、水力分析的结果也不同，下面举一个简单的例子说明，如下图所示:两个简单树状管网节点连接方案图Figure1Twosimplespanningtreesforanetwork1点代表水源，分别向节点2，3，4供水，很明显，左图管线长度大于右图，但左图各节点离水源点近。若地势平坦，各节点高程一样，则最远点水压满足要求，其它都满足。在水源水压一定的条件下，为保证最远节点2点的水压要求，1-3，3-4管段须通过减小流速减少能量损失，这就需要增大1-3，3-4管的管径。管径增大，投资也就增大了。因此管线造价有可能更高。所以管线最短未必投资最少，管网布置和管径同步优化是非常有必要的。

3结语

随着节水灌溉在我国的广泛普及，管网优化越来越受到工程人员的重视，这一方面的的研究将日趋深入和完善。遗传算法在德国16个大领域、250多个小领域中得到广泛引用(1993)，在国内，遗传算法在管网优化中的应用非常有限。随着遗传算法研究和应用的不断深入和发展，可以预见，遗传算法在管网布置和管径同步优化方面能得到应用，从而使管网系统设计整体最优。

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