動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要性范文

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【摘要】隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程的不斷深入，人們對農(nóng)業(yè)機(jī)械的依賴性水平變得越來越高。這種變化對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)提出了較高的要求。為了提升農(nóng)作物的耕種效率，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)目的，可以利用動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法取代傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，使得所設(shè)計(jì)出的農(nóng)業(yè)機(jī)械成品更加符合農(nóng)民的實(shí)際使用要求。本文從動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的概念入手，對動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析和研究。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法;農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì);應(yīng)用

1前言

農(nóng)業(yè)是我國的支柱性產(chǎn)業(yè)。結(jié)合我國實(shí)際情況可知，雖然相關(guān)政策及城市改造等措施提升了農(nóng)民的就業(yè)率，但仍然存在許多以農(nóng)業(yè)為主要經(jīng)濟(jì)來源的農(nóng)民。為了促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的良性發(fā)展，幫助農(nóng)民獲得更多的經(jīng)濟(jì)利潤，可以應(yīng)用動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

2動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法

2．1動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的概念

動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法建立在優(yōu)化遺傳算法、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)等相關(guān)技術(shù)或技能的基礎(chǔ)上［1］。這種方法是指，根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定相應(yīng)的參數(shù)或模型之后，通過動(dòng)力學(xué)建模的方式，對所得參數(shù)或模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，將參數(shù)或模型中存在的不合理問題識別出來，進(jìn)而提升參數(shù)或模型的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2．2動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用優(yōu)勢

就農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)而言，動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用優(yōu)勢主要包含以下幾種:第一，可修正優(yōu)勢。在基于動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員可以通過遺傳算法、動(dòng)態(tài)控制等技術(shù)，將農(nóng)業(yè)機(jī)械模型中存在的問題找出來，并通過修正措施的利用，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)質(zhì)量。第二，使用優(yōu)勢。動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際使用要求為參考依據(jù)。相對于其他設(shè)計(jì)方法而言，基于動(dòng)態(tài)優(yōu)化法的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品性能更加完美。

2．3動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用流程

就農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作而言，動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用流程主要包含以下幾個(gè)步驟:第一，項(xiàng)目確立步驟。根據(jù)農(nóng)民的實(shí)際要求或相關(guān)部門的指示等依據(jù)，將農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)項(xiàng)目確定下來。第二，建模步驟。當(dāng)項(xiàng)目確立之后，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合自身的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建出符合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)模型。第三，優(yōu)化步驟。在該步驟中，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)實(shí)際的農(nóng)業(yè)機(jī)械模型特點(diǎn)或性能，利用適宜的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法(如優(yōu)化遺傳算法或計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)等)，對第二步驟中所得模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。第四，農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字虛擬樣機(jī)建模步驟。在解決原始數(shù)字模型中存在的不合理問題之后，需要以優(yōu)化后的農(nóng)業(yè)機(jī)械模型為參考依據(jù)，建立農(nóng)業(yè)機(jī)械的數(shù)字虛擬樣機(jī)模型［2］。第五，動(dòng)態(tài)控制步驟。在該步驟中，設(shè)計(jì)師需要利用模糊控制和動(dòng)態(tài)控制對所得農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。第六，實(shí)物模型。農(nóng)業(yè)數(shù)字虛擬樣機(jī)模型經(jīng)過動(dòng)態(tài)控制、模糊控制檢驗(yàn)合格(或已對不合格部分進(jìn)行調(diào)整)后，應(yīng)該利用其得出農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)物模型。

3動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

這里主要從以下幾方面入手，對動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行分析和研究:

3．1數(shù)字變量方面

就數(shù)字變量方面而言，利用動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程將會(huì)受到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求、農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品的規(guī)格參數(shù)、強(qiáng)度系數(shù)等因素的影響。通過對農(nóng)業(yè)機(jī)械的實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程可知，在所有的農(nóng)業(yè)機(jī)械中，處于連續(xù)振動(dòng)狀態(tài)的農(nóng)業(yè)機(jī)械占比約為83%左右［3］。這種特點(diǎn)為農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)工作帶來了一定的困難:設(shè)計(jì)人員既要分析有害振動(dòng)對農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備性能產(chǎn)生的損害作用，同時(shí)還應(yīng)該利用有利振動(dòng)，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)質(zhì)量。在數(shù)字變量確定環(huán)節(jié)中，動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用流程主要包含以下幾個(gè)步驟:第一，根據(jù)相關(guān)要求設(shè)計(jì)數(shù)字變量參數(shù);第二，以上述參數(shù)為參考依據(jù)，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模;第三，利用農(nóng)業(yè)機(jī)械的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，將模型中存在的不合理數(shù)字變量識別出來［4］;第四，通過修改問題數(shù)字變量的方式，提升農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力學(xué)模型數(shù)字變量設(shè)計(jì)的合理性。

3．2約束條件方面

就約束條件方面而言，基于動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的優(yōu)化方式主要包含以下幾種:第一，能量平衡及模態(tài)柔度優(yōu)化方式。這種優(yōu)化方式的約束條件為農(nóng)業(yè)機(jī)械本身的剛度參數(shù)和質(zhì)量參數(shù)。由于大多數(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械都需要在連續(xù)振動(dòng)狀態(tài)下完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)任務(wù)，因此，這里以農(nóng)業(yè)機(jī)械的抗振化設(shè)計(jì)為例，對能量平衡與模態(tài)柔度優(yōu)化方式進(jìn)行分析:從本質(zhì)角度來講，農(nóng)業(yè)機(jī)械的抗震性能是基于各類組成零件產(chǎn)生的。為了防止連續(xù)振動(dòng)損害農(nóng)業(yè)機(jī)械的零件，應(yīng)該通過增加模態(tài)阻尼參數(shù)、降低各階模態(tài)柔度的方式，避免2個(gè)或2個(gè)以上零件在使用過程中出現(xiàn)共振現(xiàn)象。第二，變分方式。這種優(yōu)化方式以泛函數(shù)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械約束條件優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)。約束條件的優(yōu)化原理為:在符合約束條件的范圍內(nèi)，將農(nóng)業(yè)機(jī)械所對應(yīng)泛函數(shù)的極值參數(shù)計(jì)算出來。第三，極小值方式。這種約束方式是指，根據(jù)以往的農(nóng)業(yè)機(jī)械使用經(jīng)驗(yàn)或設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從眾多能夠影響農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的因素，將該因素的形狀函數(shù)確定出來。然后以形狀函數(shù)為依據(jù)，將滿足約束條件要求的，農(nóng)業(yè)機(jī)械的最佳形狀計(jì)算出來。

3．3農(nóng)業(yè)機(jī)械模型確定方面

當(dāng)數(shù)字變量及約束條件等基礎(chǔ)工作完成之后，設(shè)計(jì)人員可以利用幾何定位點(diǎn)法將農(nóng)業(yè)機(jī)械模型的相關(guān)參數(shù)確定出來。結(jié)合以往的農(nóng)業(yè)機(jī)械建模經(jīng)驗(yàn)可知，建模的難點(diǎn)問題在于農(nóng)業(yè)機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)心。為了保證農(nóng)業(yè)機(jī)械模型的可靠性，設(shè)計(jì)人員可以將UG軟件作為該過程的輔助工具，在保證農(nóng)業(yè)機(jī)械充分契合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的基礎(chǔ)上，利用UG軟件將農(nóng)業(yè)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、運(yùn)動(dòng)質(zhì)心的相關(guān)參數(shù)準(zhǔn)確確定下來。

3．4農(nóng)業(yè)機(jī)械模型檢驗(yàn)方面

農(nóng)業(yè)機(jī)械模型的檢驗(yàn)可以利用View或者ADAMS等工具完成。在試驗(yàn)臺的檢驗(yàn)過程中，上述工具可以利用性能檢測模塊及數(shù)據(jù)采集卡發(fā)揮檢測功能，判斷基于動(dòng)態(tài)優(yōu)化法的農(nóng)業(yè)機(jī)械模型是否存在不合理問題。當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在問題之后，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)具體的問題，再次利用動(dòng)態(tài)優(yōu)化法對農(nóng)業(yè)機(jī)械模型進(jìn)行優(yōu)化處理，最終獲得性能符合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的農(nóng)業(yè)機(jī)械模型產(chǎn)品。

4結(jié)論

為了提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)民增收，可以將動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，利用數(shù)字變量計(jì)算、約束條件確定、模型確定、模型檢驗(yàn)等步驟，設(shè)計(jì)出符合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn):

［1］佟童，趙宇，王麗娟，孫鵬，陳武東．動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．農(nóng)機(jī)使用與維修，2014(12):70～73．

［2］孫岐，楊文斌．以液壓缸為執(zhí)行元件機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用與分析［J］．農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化，2016(02):20～22．

［3］王瑋，張衛(wèi)波，韓云芳．混合離散變量優(yōu)化方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．吉林工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2015(02):22～24．

［4］繆贇，靳玉佳，邱陽．改進(jìn)的遺傳算法在機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2000(02):114～117.

作者：田鑫一 單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心