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优化设计及计算机辅助工业设计高密

时间：2022年07月26日

2017-02-12 19:42:34来源：贤集网

优化设计是从多种方案中选择最佳方案的设计方法，具有降低成本，缩短设计周期，提高设计水平的作用。国外优化设计基本理论方法非常成熟，在实际中已广泛应用并发挥效益。我国对优化设计研究起步较晚，相关理论及技术与国外相比存在较大差距。机械系统动态优化设计以合理的物理－数学建模为前提，考虑多变量动态特性，运用现代设计工具，使设计更加科学、逻辑。

由于系统组成和结构比较复杂，影响因素比较多样，如何建立整个系统的优化方法是科技界关注的热点。基于模糊理论的相似优先比法，从众多有效解中选出最有效解，可明显降低人为因素的干扰，且随着目标函数个数的增加和有效解的个数增多时，更能显出该方法的优越性。山东农业大学张晓辉教授等提出集成基于相关向量机RVM、多目标遗传算法GA和模糊推理技术的多目标动态优化设计方法，优化气流辅助式喷杆喷雾机的风助风筒的结构设计。

为增加辅助气流的减飘和穿透能力，通过流体动力学仿真获取反映风筒结构动态响应特性的样本数据集，由稀疏RVM学习过程辨识，给出了基于计算流体力学CFD分析的4个目标和3个性能约束。结合多目标遗传算法，通过NSGA-II算法寻优出Pareto最优解集。物理样机试验证明优化的风助风筒的出口速度和速度均匀性，可改善其雾滴输送能力，实现了耗气量小、高效和风速变异小的结果。

机械产品广义优化设计要达到复杂机械设计对优化效率的苛刻要求，辽宁省农业机械化研究所利用Inventor对1S-2型深松铲柄进行建模，并定义材料和进行有限元分析，实现了快速优化设计，得到满意的深松铲柄设计模型，使设计者摆脱了繁琐的校核工作。目前，在非数值优化与数值优化的结合、人类智能与人工智能的结合、多机并行分布式优化中协同求解等关键问题上尚待深入研究。

计算机辅助工业设计(ComputerAidedIndustrialDesign)CAID以保证产品造型质量为前提，将产品功能和形式二者的关系协调好，实现人机一体化的智能集成设计体系。三维参数化CAD存储了设计的整个过程，通过变动某些约束参数值来更新设计及控制设计结果，为多种方案的设计和比较提供了有效手段，保证了产品外造型的延续性。人机对话CAD可及时有效地实现CAD技术与优化、有限元等现代设计理论方法作用的结合，构建三维实体模型，并进行虚拟装配和机构分析、动力学分析、动态干涉检查、有限元应力分析等，实现专用化、集成化，大大缩短了产品的设计周期，提高了产品的设计质量。基于特征设计的CAD/CAE/CAM技术已广泛应用于农业机械的设计、制造、加工等。我国科研人员采用三维CAD设计复杂曲面较多的农业机械零部件。

现代CAD技术正向网络化、智能化、标准化、可视化等方向发展。智能CAD系统利用Web机制，采用动态导航技术，建立知识设计仓库，解决了产品设计中对知识的需求问题。将ICAD技术（智能技术）应用到农业机械设计中，可明显提高产品设计水平和效率，降低劳动强度。对于功能和结构并不复杂的农业机械，可采用变量设计技术和参数设计技术，如有些企业采用Ansys、DynamicDesigner、EdgeCAM等第三方产品进行工程分析和辅助制造。随着概念设计理论和技术、协同技术、网络技术的成熟和发展，机械设计制造业将向全数字化设计和制造应用方面发展。