導語：如何才能寫好一篇基于模型的優(yōu)化設計，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：給水管網(wǎng)；管網(wǎng)優(yōu)化；數(shù)學模型

中圖分類號：TV212.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3198（2007）09-0249-01

1 引言

自從60年代Carmelita以及Shake等人提出利用系統(tǒng)分析的方法，尤其是優(yōu)化算法進行給水管網(wǎng)設計的課題以來，前人在如何建立管網(wǎng)優(yōu)化模型方面已經(jīng)做了大量的研究和探索工作。

給水管網(wǎng)的優(yōu)化設計，應考慮到4個方面：即保證供水所需的水量和水壓、水質(zhì)安全、可靠性和經(jīng)濟性。管網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟計算就是以經(jīng)濟性為目標函數(shù)而將其余的作為約束條件，據(jù)此建立目標函數(shù)和約束條件的表達式以求出最優(yōu)管徑或水頭損失。由于水質(zhì)安全性不容易定量的進行評價，正常時和損壞時用水量會發(fā)生變化，二級泵房的運行和流量分配等有不同方案，所有這些因素都難以用數(shù)學式表達。因此，管網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟計算主要是在考慮各種設計目標的前提下求出一定設計年限內(nèi)管網(wǎng)建造費用和管理費用之和為最小時的管段直徑或水頭損失，也就是求出經(jīng)濟管徑或經(jīng)濟水頭損失。

2 數(shù)學優(yōu)化模型

2.1 壓力流單水源環(huán)狀網(wǎng)的優(yōu)化設計數(shù)學模型

起點水壓未給的管網(wǎng)需要供水動力費用，而動力費用隨泵站的流量和揚程而定，揚程則決定于控制點要求的最小服務水頭，以及輸水管和管網(wǎng)的水頭損失等。水頭損失又和管段長度、管徑、流量有關(guān)。所以，管徑由管網(wǎng)的建造費用和管理費用之和為最低的條件確定，這時目標函數(shù)為:

該數(shù)學模型是以經(jīng)濟性為目標函數(shù)，將其余條件作為約束條件(水力約束和可靠性約束)。由于水質(zhì)的可靠性指標難以量化，故未考慮水質(zhì)的約束條件，同樣由于可靠性指標的度量問題，水壓的約束也僅僅是要求水源泵站揚程必須滿足控制點的水壓要求，只要控制點的壓力在最高用水時可以達到最小服務水頭，整個管網(wǎng)就不會存在低壓區(qū)。此外，也要考慮管徑的范圍約束，以保證管網(wǎng)的水量和水壓。

2.2 多水源環(huán)狀網(wǎng)的優(yōu)化設計數(shù)學模型

多水源管網(wǎng)供水安全，可以節(jié)省造價和電能。其優(yōu)化設計計算原理與單水源時相同，目標函數(shù)為:

該數(shù)學模型與上述系統(tǒng)不同的是，每一水源的供水量，隨著供水區(qū)用水量、水源的水壓以及管網(wǎng)中的水頭損失而變化，從而存在各水源之間的流量分配問題，即要考慮到水源的水量約束條件。

2.3 設加壓泵站環(huán)狀網(wǎng)的優(yōu)化設計數(shù)學模型

為滿足管網(wǎng)中局部地區(qū)的水壓應在管網(wǎng)中設置加壓泵站。當加壓泵站位置靠近水源泵站時，水源水泵降壓快，而加壓泵加壓流量大；加壓泵站遠離水源泵站時，水源水泵降壓慢，而加壓泵加壓流量小。這樣，目標函數(shù)在進行優(yōu)化設計計算時應考慮水源泵站和加壓泵站兩項動力費用。因此建立如下數(shù)學模型:

該數(shù)學模型與上述系統(tǒng)不同的是：在滿足管網(wǎng)水力約束和可靠性約束的同時要滿足加壓揚程約束。加壓泵站流量屬于待求的未知數(shù)，可近似取為所屬管段的管段流量。

對上述系統(tǒng)采用優(yōu)化的方法進行實現(xiàn)，最終求得系統(tǒng)最優(yōu)時的管徑、管段流量、流速、水力坡度、水泵揚程、各節(jié)點的水壓等。

3 結(jié)束語

給水管網(wǎng)是給水工程中投資最大的子系統(tǒng)，一般要占到工程總造價的50%-80%。在工程總投資有限的前提下，在保證整個供水系統(tǒng)中水量、水壓、水質(zhì)安全以及供水可靠性的基礎(chǔ)上，以整個系統(tǒng)的總造價或年費用為目標函數(shù)進行管網(wǎng)優(yōu)化設計，尋求目標函數(shù)最小的設計方案,對加強安全可靠性、降低工程成本、提高經(jīng)濟效益和社會效益有著重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻

［1］王訓儉，張宏偉，趙新華.城市配水系統(tǒng)宏觀模型的研究［J］.中國給水排水，1988,4，(2).

［2］俞國平.城市配水管網(wǎng)的優(yōu)化設計［J］.中國給水排水,1987,(5):48-53.

篇2

關(guān)鍵詞:道路設計;交通量分配;地理信息系統(tǒng);遺傳算法;道路選線

1研究背景

選線是道路設計中最根本的問題,因為它不但影響道路本身的經(jīng)濟效益和社會效益,而且也影響到路線在道路網(wǎng)中的作用[1]。目前國內(nèi)外研究中, 王衛(wèi)紅[2]的基于MapGIS的公路選線; Jong等[3]的同時優(yōu)化三維空間線形的進化模型; Manoj等[4]的一個基于標準的選線決策支持系統(tǒng); Manoj等[5]的基于遺傳算法的線形優(yōu)化模型,都沒有考慮新建道路對區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)服務水平的影響。Manoj等[5]提到了路網(wǎng)優(yōu)化的概 念,但卻將具體研究確定為未來的研究內(nèi)容。我們以前的研究[6]在應用遺傳算法枚舉線路空間位置,以及新增線路后拓撲網(wǎng)絡關(guān)系, OD交通量被服務的質(zhì)量改善和交通環(huán)境負荷減輕等方面取得了突破。但是,并沒有應用道路設計理論,沿自動生成的道路空間位置進行道路設計。

因此我們以尚未被充分研究的問題為對象,開發(fā)同時優(yōu)化新建道路的空間位置與詳細設計的模型。在優(yōu)化目標函數(shù)中考慮新建道路本身的相關(guān)費用及其對路網(wǎng)的影響所導致的費用變化。力爭應用道路設計的理論與方法設計道路的詳細線形,開發(fā)平面和縱斷面自動設計系統(tǒng),并計算道路的建設費、土方工程費。利用交通量分配模型計算新建道路帶來的道路網(wǎng)服務水平的變化,從而計算OD交通的走行時間費用,并利用環(huán)境排放模型計算道路網(wǎng)上交通的環(huán)境負荷及其金錢價值。在本研究中,上述所有過程將以同一個GIS數(shù)據(jù)庫為平臺, GA算法被用來枚舉道路空間位置的候選方案,以及求解該非線性優(yōu)化模型。

2研究方法

研究的總體框架如圖1所示,各階段的具體內(nèi)容和創(chuàng)新點將在相關(guān)章節(jié)予以敘述。

2•1道路的空間位置及遺傳算法的應用

2•1•1初始空間位置的生成

在確定新建道路的空間位置時,通常有兩個或數(shù)個控制點是事先指定的,確定道路的空間位置就是給出控制點間新建道路通過的各個地點。因此新建道路的空間位置應該以控制點連線周邊的地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)設定,當使用DEM數(shù)據(jù)作為地形數(shù)據(jù)時,線路的空間位置可以被認為是線路的中心線所占用的DEM網(wǎng)格單元的集合,初始空間位置生成就是確定這個集合的過程。

為了提高遺傳算法候選方案的有效性,可以先確定選線走廊。如圖2所示,為了使初始空間位置有足夠的選擇余地,沿控制點的連線隔一定距離設定一個橫斷面,位于該斷面上的網(wǎng)格單元就是道路在這個橫斷面上可能通過的位置。假設控制點間的直線被分成n+1段,就會有n組網(wǎng)格單元,對每組單元進行連續(xù)排列可以得到各組網(wǎng)格單元的最小和最大編號。初始空間位置可以表示為一個數(shù)字串,其中每個數(shù)字都對應一組網(wǎng)格單元中的一個編號。隨即生成的道路空間位置的初始方案可用式(1)計算[6],也就是說在每一組網(wǎng)格單元中隨機選取一個網(wǎng)格(圖2中五角星標示的網(wǎng)格),將網(wǎng)格的中心點作為道路的控制點,連接所有的控制點生成道路的初始線形i。

2•1•2遺傳算法的設計和適應度函數(shù)的選取

如圖1所示遺傳算法被用來判斷各個候選方案的優(yōu)劣并繁衍出新的候選方案,它對代表上一代道路空間位置的數(shù)字串進行交叉、變異、選擇操作,從而得出一組新的空間位置方案,通過循環(huán)計算尋找道路空間的最優(yōu)位置。這里根據(jù)遺傳算法的規(guī)則將初始空間位置表示成初期染色體,各單元編號就是染色體的基因,然后進行基因交叉、變異和選擇染色體,具體算法步驟如下。

第1步∶將道路空間位置的初始方案作為初始染色體,染色體的數(shù)量由Psize來控制,并用十進制編碼法對初始染色體編碼。

第2步∶判斷已有的方案是否最優(yōu),如果是停止計算,否則進行下一步計算。

第3步∶在兩個父代染色體間交換基因。這里采用式(2)所示的算術(shù)交叉法。

其中,為父代染色體， 為子代染色體;αi為(0,1)間的一個隨機數(shù);i=1,2,…,k(k是進行交叉的染色體的對數(shù))。

第4步∶實施變異操作。如果c=(c1,c2,…,cn)是一個染色體 是一個被選擇用于變異的基因,那么ck的變異結(jié)果如式(3)所示。

這里,Δ(t,y)的形式如式(4)所示,它返回[0,y]間的一個值,該值隨進化代數(shù)增加向0逼近。

式中,r是[0,1]間的隨機數(shù);t是當前進化代數(shù);λ(λ=25)是由計算者根據(jù)經(jīng)驗指定。

第5步∶從上一代染色體中選取子代染色體?？紤]到道路的特征,可以事先排除一部分交叉變異后的染色體,其標準是:新建道路上的最小平面轉(zhuǎn)角應該大于某個值;新建道路不應該和既有的某個路段相交多次。然后對余下的空間位置方案進行道路設計和交通量分配,并選擇適應度高的Psize個方案返第2步操作。

2•2基于DEM數(shù)字地形進行詳細線形設計

由于優(yōu)化的目標函數(shù)包含道路建設費用,因此必須盡可能詳細地設計出道路的縱斷面和水平斷面形態(tài)。盡管在本階段達到施工要求的設計是不可能的,但是與之盡可能地相似的設計還是必要的和可以做到的。由于在整個優(yōu)化過程中,要用遺傳算法為一條新建道路繁衍出數(shù)十萬個空間位置方案,因此手工設計的方法是無法滿足計算流程的要求的。另外,遺傳算法的計算因子很多都是隨機變化的,因此還要保證上百代的遺傳算法得以連續(xù)不斷地進行。因此,在求解優(yōu)化模型的計算過程中實現(xiàn)道路設計的自動化以及無縫不間斷輸入、輸出是必不可少的。接下來介紹道路平、縱曲線的設計方法及在GIS中的自動化實現(xiàn)。

2•2•1平曲線在GIS中的實現(xiàn)

遺傳算法中每次在GIS數(shù)據(jù)庫中生成的道路線形都是折線對象,考慮道路設計的要求,道路平面線形設計應符合直線、緩和曲線與圓曲線的連接原則,但這樣會導致問題的復雜,加大計算的難度和負擔。因此這里不考慮緩和曲線的設計,用圓曲線平滑新建道路的每個折點,設計直線與圓曲線直接相連的線形。

圓曲線的加入使得圓曲線半徑的確定成為關(guān)鍵問題。新建道路線形中,每個控制點都有兩條線段與之相鄰,這里取水平長度較短的線段長的1/2作為該圓曲線切線長,利用切線與半徑的數(shù)學關(guān)系,確定圓曲線半徑。如圖3所示,以控制點C2為例,C1C2長度小于C2C3,T點為線段C1C2的中點,確定圓曲線半徑R=TC2tan (α)。同理在C3,C4,C5等控制點處可以確定另外一條圓曲線。這種方法并不能保證所有的圓曲線半徑滿足最小圓曲線半徑的要求,因此要利用懲罰費用對不滿足該要求的方案進行處理,以便在進入到下一次循環(huán)之前淘汰它們。

2•2•2豎曲線在GIS中的實現(xiàn)

在道路設計中通常要滿足平包豎的原則,用二次拋物線平滑新建道路縱斷面上的各個折點。根據(jù)道路的豎曲線設計原理,在縱斷面上針對于每個控制點,取與之相鄰的水平長度較短的線段的1/3作為二次拋物線的切線長,由于在平曲線設計時以長度的1/2作為圓曲線的切線長,這樣可以很好地滿足平包豎的原則。但是這樣也不能保證所有的縱坡都滿足設計規(guī)范的要求,因此還要對包含不滿足縱坡要求的線形附加懲罰費用。

如圖4所示,CP1、CP2、CP3為3個控制點,控制點間的兩縱坡坡度分別為i1和i2,ω=i2-i1,若ω>0,則曲線為凹形;反之為凸形,本圖中為凸形。這里采用二次拋物線作為豎曲線的基本方程式

豎曲線外距

如圖4,在水平方向上每隔50m標示一個樁位,通過上面的公式,計算該樁號上的高程值,用于下面介紹的土方工程量的計算。

2•3評價新建道路對路網(wǎng)服務水平的影響

在遺傳算法的各代中都有許多道路方案,而每個方案都對應一個不同的路網(wǎng)。要想研究路網(wǎng)的服務水平,首先要實現(xiàn)路網(wǎng)在GIS中自動重新拓撲題,這里采用文獻[6]中描述的自動拓撲路網(wǎng)的方法。

新建道路對路網(wǎng)服務水平的影響,表現(xiàn)為節(jié)約的OD總走行時間的價值,汽車尾氣排放所引起的金錢損失兩個方面。在對每個方案實施自動路網(wǎng)拓撲后,可以用Frame-Wolf法[7]進行OD交通量的分配,從而獲得同一個OD交通量在各個路網(wǎng)中路段上的交通流量、走行時間以及行車速度,最后計算出整個OD交通量在各路網(wǎng)上的總走行時間的金錢價值、各種尾氣排放量以及相應的金錢損失額度。

2•4計算新建道路涉及的費用

新建道路涉及的費用是評價各選線方案的關(guān)鍵原則,本研究將它作為遺傳算法的適應度函數(shù)的主要部分。如圖1所示,本研究將新建道路的社會總費用成本以及懲罰函數(shù)作為遺傳算法中的適應度值。這里從道路設計和交通規(guī)劃的角度分別計算費用,最后綜合兩方面計算總費用成本。下面詳細敘述費用的計算過程。

這里,為一條新建道路的總費用成本 為與設計相關(guān)的費用總和 為與道路交通相關(guān)的費用總和。

2•4•1與道路設計相關(guān)費用

這里， 為基本建設費用,是單位長度的基本建設費用與道路長度的乘積 為土方工程費;為橋梁隧道費用;為懲罰費用。

在計算 時首先利用GIS的空間分析功能,疊加新建道路數(shù)據(jù)層和選線區(qū)域的河流數(shù)據(jù)層得出道路跨越的河流長度,最后利用跨越長度和橋梁單位長度造價的乘積得到。

在計算 時要同時考慮橫斷面、縱斷面的線形,計算新建道路的土方工程費。土方工程量計算分填土、挖土和平衡運土3部分。由于研究采用DEM的網(wǎng)格作為地表高程狀況,所以分割相鄰兩個格網(wǎng)間的路段,并假設各個區(qū)間的坡度是均勻的。這樣就可以獲得線形實際地面高程,同時利用縱斷面和橫斷面設計線形取得計算高程,按Manoj[5]的方法得到土方工程費計算方法如公式(10)所示。

由于利用遺傳算法自動生成控制點,設計新建道路的平曲線線形和豎曲線線形,所以很難完全滿足所有的平面圓曲線半徑都大于最小半徑值的要求,以及縱斷面坡度都小于最大坡度的要求,為此,這里引入違反規(guī)范的懲罰費用,以實現(xiàn)道路方案的有效評價。

這里把 懲罰費用計算分為兩部分,平曲線半徑的懲罰費用和縱斷面坡度的懲罰費用的計算,具體公式如下式。

其中,為縱斷面坡度懲罰費用 為平曲線半徑懲罰費用。

其中,為評價時自定義的系數(shù);為道路縱斷面第i個控制點的坡度;

為規(guī)范要求的最大坡度。

其中 為評價時自定義的系數(shù);為道路平面第i個控制點處設置的圓曲線半徑 為設計規(guī)范要求的最小圓曲線半徑。

2•4•2與道路交通相關(guān)的費用

為環(huán)境負荷費用,如圖1所示,對于每一種線形方案都進行新路網(wǎng)的重新拓撲與交通量平衡分配,通過分配的輸出結(jié)果(路段交通量、走行時間、平均車速等)可以計算環(huán)境負荷費用和走行時間費用。

在計算環(huán)境負荷費用時主要考慮了汽車排放的尾氣(CO,HC,NO2)造成的污染費用,其計算公式如下。

其中,為單位污染氣體的金錢損失指標,有很多種估計值,本研究采用Nakamura等[8]提出的指標值

n為新建路網(wǎng)中的路段總數(shù) 為路段i的長度 為第i個路段上的平均行駛速度;qi為第i個路段上的交通流量。

表1給出了各種普通車輛在各種走行速度下的CO, HC, NO2的排放因子。

為路網(wǎng)走行時間費用,其中,n為路網(wǎng)中的路段總數(shù) 為第i號路段的走行時間;為時間價值。

為占用綠地費用,占用拆遷費用。 的計算是在GIS中完成的,首先以新建道路的中心線,以新建道路寬度制作緩沖區(qū),生成道路空間面對象,然后分別與表示建筑物、綠地、濕地的數(shù)據(jù)層疊加,得到相應的建筑物編號,綠地、濕地面積,最后乘以建筑物的和綠地、濕地的單位面積造價得到占用拆遷費用,占用綠地費用及濕地破壞費。

2•5數(shù)字試驗

這里用一個有35個交通小區(qū)的地區(qū)對上述方法進行了數(shù)字試驗,試驗地區(qū)的道路網(wǎng)由433個路段條, 287個節(jié)點構(gòu)成。實驗時GAs中的參數(shù)為pc=0•6,pm=0•001,Psize=50,Tmax=60,λ=3,并假定新建道路的設計車速100km/h,路面寬10m,最小圓曲線半徑1 000m,縱斷面最大坡度4%,挖土費用40元/m3,填土費用12元/m3, 1km工程造價1 000萬元,時間價值0•6元/min,道路壽命30年。在GAs算法進行70代后獲得比較令人滿意的結(jié)果。

3總結(jié)

篇3

 

近年來，隨著我國高等教育的不斷發(fā)展，高校連續(xù)多年擴招，每年大學畢業(yè)生數(shù)量連創(chuàng)新高。同時，由于社會經(jīng)濟的高速發(fā)展和經(jīng)濟的變化性導致了高校所開設的專業(yè)與社會對人才的需求不完全匹配，給廣大的大學畢業(yè)生造成了十分嚴峻的就業(yè)壓力。因此，在目前國家宏觀經(jīng)濟下行壓力較大，大學畢業(yè)生就業(yè)形勢不太理想的情況下，應當未雨綢繆，想企業(yè)之所想，急企業(yè)之所急，在充分了解社會對應用型人才需求的前提下，充分挖掘?qū)W校在人才培養(yǎng)方面的優(yōu)勢，通過改革行政管理專業(yè)人才培養(yǎng)目標，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)設置，以加強學生就業(yè)質(zhì)量為導向，構(gòu)建培養(yǎng)實踐性、應用型的行政管理專業(yè)背景的理論基礎(chǔ)與實踐能力并重的人才培養(yǎng)模式。

 

一、高校行政管理專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)環(huán)境變化

 

行政管理專業(yè)自20世紀80年代在我國高校中恢復專業(yè)設置以來，其發(fā)展勢頭如雨后春筍，并逐步確立了本科-碩士-博士的三級學位培養(yǎng)體系，在公共管理專業(yè)學位教育、公務員在職培訓教育方面發(fā)揮了十分重要的作用，為黨政機關(guān)、企事業(yè)單位培養(yǎng)了眾多的高級行政管理人才。然而，近年來，隨著我國社會主義市場經(jīng)濟體制的逐步確立，大學生自主擇業(yè)機制的進一步完善，高校行政管理專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)形勢越來越嚴峻，尤其是自1999年高校擴招以來，行政管理專業(yè)畢業(yè)的大學生就業(yè)問題矛盾日益突出。從近年來高校行政管理專業(yè)畢業(yè)大學生就業(yè)流向來看，當前該專業(yè)大學畢業(yè)生的就業(yè)環(huán)境已經(jīng)發(fā)生變化。具體來說主要表現(xiàn)在以下2個方面：

 

(一)行政管理專業(yè)畢業(yè)生入職對口公共部門難度加大

 

高校行政管理專業(yè)培養(yǎng)以培養(yǎng)公共行政管理人才為主要目標，畢業(yè)生對口就業(yè)單位一般為黨政機關(guān)、國有企事業(yè)單位以及社會團體等公共部門。然而，隨著開設行政管理專業(yè)的學校數(shù)量不斷增多，我國公務員考錄制度的不斷完善，加上高等教育制度改革不斷推進，高校擴招，行政管理專業(yè)畢業(yè)人數(shù)激增，入職對口公共部門難度越來越大。比如在2012年國家公務員考試招考的中央機關(guān)及其直屬機構(gòu)共130余單位，計劃招考人數(shù)1.8萬多人，而要求行政管理專業(yè)的僅有200余崗位，僅占1.1%，且這類崗位其他專業(yè)如社會學、人力資源管理等專業(yè)也可報考。

 

(二)企業(yè)發(fā)展對行政管理專業(yè)畢業(yè)生需求不斷增加

 

近年來，隨著我國經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，中小微等私營企業(yè)發(fā)展受到國家高度重視，企業(yè)發(fā)展環(huán)境得益改善，促進了私營企業(yè)的發(fā)展壯大。企業(yè)的發(fā)展壯大需要以管理人才作為支撐，一方面，從企業(yè)管理的現(xiàn)實來看，任何組織，無論是政府、國有企事業(yè)單位，還是社會團體、私營企業(yè)，其內(nèi)部組織機構(gòu)中常見的如辦公室、行政部、綜合處等機構(gòu)都會或多或少涉及大量的行政事務的處理。

 

(三)高校培養(yǎng)行政管理專業(yè)人才素質(zhì)與社會對該專業(yè)人才要求匹配度不高

 

一方面是黨政機關(guān)、國有企事業(yè)單位等傳統(tǒng)用人單位對行政管理專業(yè)畢業(yè)生需求銳減，一方面是廣大私營企業(yè)對該專業(yè)畢業(yè)生大量需求。而從企業(yè)反饋的行政管理專業(yè)人才素質(zhì)上看，高校培養(yǎng)的行政管理專業(yè)人才還遠遠達不到企業(yè)的用人標準。從當前高校對行政管理專業(yè)設置的培養(yǎng)目標及安排的主要課程上看，高校依然不能意識到社會對事件型人才的渴求，而是依然把政治學、行政學、法學及管理學等理論教學放在首位，培養(yǎng)出來的是熟悉黨政方面的方針、政策法規(guī)，能夠從事的是黨政機關(guān)行政管理的基本能力。

 

二、行政管理專業(yè)人才培養(yǎng)模式優(yōu)化方向

 

(一)與時俱進，根據(jù)市場需求適時調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)目標

 

當前，行政管理專業(yè)培養(yǎng)目標主要以為黨政機關(guān)培養(yǎng)從事公共事務管理的專門人才。這樣的目標設定，一方面是較為模糊的，管理人員需要的不僅是技術(shù)技能，而且應當具備較高實踐操作管理能力。一方面該目標的設定僅限制為為黨政機關(guān)培養(yǎng)，已經(jīng)脫離了當前社會對行政管理人才需求的實際。因而，行政管理專業(yè)人才培養(yǎng)目標應當結(jié)合當前經(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)狀和市場對人才需求的反饋，進一步細化，并把企業(yè)作為該專業(yè)人才培養(yǎng)的主要對象，強化培養(yǎng)人才的科學思維，具備對企業(yè)和政府互動關(guān)系有充分的協(xié)調(diào)、處理能力的人才。

 

(二)調(diào)整課程設置，提升學生專業(yè)素質(zhì)能力

 

對行政管理專業(yè)人才培養(yǎng)目標的設置，需要建立在該專業(yè)課程調(diào)整的基礎(chǔ)上，可以把該專業(yè)理論學習的內(nèi)容設置為兩大塊，包括政府行政管理模塊和企業(yè)行政管理模塊，教學上偏重于企業(yè)行政管理的相關(guān)知識，如增加《政府經(jīng)濟學》、《政府營銷學》、《政府失靈與市場失靈》、《公共投資學》等與企業(yè)經(jīng)營有著一定聯(lián)系的課程;在企業(yè)行政管理課程中，則可以設置一些如《人力資源管理》、《組織行為學》、《辦公自動化》、《公文寫作》、《公共關(guān)系學》等課程，有機地將政府和企業(yè)的管理理論課程進行結(jié)合，從而加強學生在政府和企業(yè)管理的有效融匯貫通。

 

(三)加強校地合作，培養(yǎng)實踐性應用型人才

 

高校教育的最終目的是為社會提供高素質(zhì)的應用型人才，人才的培養(yǎng)不僅需要學校的努力，同時也需要社會的支持，特別是地方政府、企事業(yè)單位的大量支持。一方面，除了需要地方政府在辦學經(jīng)費、優(yōu)惠政策、人才引進、就業(yè)安置及高校實習基地建設等方面給以支持外，還需要地方企業(yè)為學校人才培養(yǎng)提供相應的支持，如加強校企的溝通互動，企業(yè)提出人才培養(yǎng)的需求，學校根據(jù)企業(yè)的需要調(diào)整人才培養(yǎng)的方向，并利用企業(yè)實踐優(yōu)勢，建立實習基地，以企業(yè)管理為標本，建立校企人才培養(yǎng)實習進出路徑，培養(yǎng)實踐性的應用型人才。

篇4

關(guān)鍵詞：SOLIDWORKS；HyperWords；ALGOR；輕量化設計；解藕板

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 04-0000-02

The Lightweight Design of Wire Bonders Decoupling Board on HyperWorks

Wang Shijun,Wang Dacheng

(Wuyi University,Jiangmen529020,China)

Abstract:SOLIDWORKS board established in the original model decoupling,to use it into HyperWords in the use of the relative density method,the objective of minimizing the degree to supple,and add the symmetry constraint on the decoupling plate optimization,according to the optimized morphology and board decoupling,the model is part of the experience modification and reinforcement distribution,the establishment of the final model decoupling board.ALGOR in the decoupling of the original board and new board decoupling of the static and dynamic analysis,static stress and the frequency of their results were compared to verify lightweight design goals.

Keywords:SOLIDWORKS;HyperWords;ALGOR;Lightweight designdesign;

Decoupled board

一、拓撲優(yōu)化方法簡介及理論

（一）優(yōu)化方法簡介。拓撲優(yōu)化是一種數(shù)學方法，在給定的空間結(jié)構(gòu)中尋找最優(yōu)材料分布，其目的在于用最少的材料得到結(jié)構(gòu)的最佳性能。拓撲優(yōu)化在工程結(jié)構(gòu)設計的初始階段可以提供一個概念性設計，幫助設計者對復雜結(jié)構(gòu)與部件能夠靈活地、理性地優(yōu)選方案，尋找結(jié)構(gòu)最佳的傳力路徑，且其在概念設計階段能夠激發(fā)設計人員的靈感，有效實現(xiàn)結(jié)構(gòu)最佳功能和最小成本的結(jié)合，因此成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計領(lǐng)域的熱點。拓撲優(yōu)化方法包括均勻化法、漸近結(jié)構(gòu)優(yōu)化法和相對密度法，在HyperWords中主要使用相對密度法，其基本思想是人為地引入一種假想密度在0-1之間可變的材料，0為空1為實,并假定材料的宏觀彈性常量與其密度成非線性關(guān)系。優(yōu)化過程中以單元設計變量的大小來決定單元的取舍。相對于其他優(yōu)化方法,相對密度法設計變量少、計算求解過程簡單。

（二）優(yōu)化理論

1.優(yōu)化設計的數(shù)學基礎(chǔ)。優(yōu)化設計最為關(guān)鍵一步是建立優(yōu)化設計的數(shù)學模型，該模型是用數(shù)學的形式表示設計問題的特征和追求目標，是用抽象的方法表達實際問題的特征或本質(zhì)。數(shù)學模型3個方面的內(nèi)容組成，即由設計變量、目標函數(shù)和約束條件，設計變量是在優(yōu)化過程中會發(fā)生改變，是提高優(yōu)化性能的一組參數(shù)，不同參數(shù)代表不同的設計方案。目標函數(shù)是關(guān)于設計變量的函數(shù)，即要求的最優(yōu)設計性能。約束條件是對設計變量和其他性能的要求，是對設計的限制。優(yōu)化設計的數(shù)學模型為目標函數(shù)

在Optistruct中，目標函數(shù)f（X）、約束函數(shù)g（X）與h（X）是從有限元分析中獲得的結(jié)構(gòu)響應。設計變量X是一個n維向量，它的確定依賴于優(yōu)化類型。在拓撲優(yōu)化中，設計變量是單元的密度；在尺寸優(yōu)化中，設計變量是結(jié)構(gòu)單元的屬性，優(yōu)化設計即在約束條件下，求解目標函數(shù)的最優(yōu)值。

2.基于Optistruct的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計流程結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法的選擇為根據(jù)結(jié)構(gòu)設計的特點和要求，將需要參與優(yōu)化的數(shù)據(jù)定義成模型參數(shù)，優(yōu)化處理器根據(jù)2次優(yōu)化參數(shù)的比較后確定該次循環(huán)目標函數(shù)是否已經(jīng)達到最小值、最優(yōu)值。如果達到最優(yōu)，完成迭代，退出優(yōu)化循環(huán)；否則，將根據(jù)已完成的優(yōu)化循環(huán)和當前優(yōu)化變量的狀態(tài)修正設計變量，重新進入循環(huán)。Optistruct采用HyperMesh進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的前處理和定義，在HyperMesh中完成有限元建模后，利用優(yōu)化定義面板定義優(yōu)化變量、約束和目標以及優(yōu)化參數(shù)；然后提交Optistruct進行結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化。

二、解藕板的輕量化設計

（一）設計目標。解藕板是焊線機中音圈電機和焊頭部分的連接件。在焊線的過程中音圈電機通過解藕板帶動焊頭部分高速、高頻運動，且音圈電機的瞬間加速度為8G左右，因此要求解藕板必須具備高剛性和高頻率，否則將嚴重影響焊頭部分的定位進度。由于焊頭部分及音圈電機的安裝位置已經(jīng)確定，因此不能改變解藕板的長、寬尺寸?，F(xiàn)以原始解藕板為基礎(chǔ)進行簡化，將倒角、圓角、螺釘孔等去除，因為這些特征系統(tǒng)位移及動態(tài)特性的影響很小，因此建模時將這些特征略去，簡化后的解藕板模型如圖1所示。通過本次優(yōu)化設計要使解藕板的質(zhì)量減少15%以上、靜態(tài)位移減少15%以上、一階固有頻率增加20%以上。

（二）拓撲優(yōu)化設計。由于SOLIDWORKS中的模型文件不能直接導入到HyperWords中，因此需將文件轉(zhuǎn)換為PRT為后綴的格式，然后導入到HyperWords中進行幾何清理、網(wǎng)格劃分、質(zhì)量檢查、建立負載和約束等操作。其中在網(wǎng)格劃分時為提高后處理運算效率，用四面體網(wǎng)格進行劃分，尺寸大小為10L。在添加負載及約束時，通過三維建模計算，得焊頭部分的質(zhì)量200K，將其施加于焊頭部分連接面，解藕板與音圈電機連接面采用全約束，網(wǎng)格及加載后模型如圖2。

在拓撲優(yōu)化中優(yōu)化參數(shù)不需要人工定義，而是軟件將材料分布自動當成優(yōu)化參數(shù)。本文解藕板的拓撲優(yōu)化以解藕板的體積和柔順度（Compliance為響應體積是全局響應，柔順度必須分配到子程序中），以柔順度最小為目標函數(shù)，對于結(jié)構(gòu)靜力優(yōu)化，結(jié)構(gòu)整體剛度最大等價于結(jié)構(gòu)的柔順度（Compliance）最小化，以0.5的體積上限范圍為約束，運用Optistruct模塊進行解藕板的拓撲優(yōu)化計算，經(jīng)過80步迭代得到優(yōu)化后的結(jié)果，在HyperView中查看密度等值面結(jié)果，將Curren Valu取0.015，得到等值面圖，如圖3。

三、結(jié)果對比

在ALGOR中對原始及優(yōu)化后的解藕板模型進行靜應力和模態(tài)分析，對比靜態(tài)位移、固有頻率及質(zhì)量指標，通過簡單計算檢驗優(yōu)化結(jié)果是否達到設計目標。驗證分析中所加負載及約束與拓撲優(yōu)化時完全相同，根據(jù)焊線頭部分運動頻率及振動頻率的參與性確定提取原始解藕板及新解藕板的靜態(tài)位移及前二階模態(tài)分析結(jié)果，如圖4、圖5。其中靜態(tài)位移的最大值在解藕板與焊頭部分連接面的中點處。四階模態(tài)頻率及對應最大位移如表1。

為了直觀的看出驗證結(jié)果，現(xiàn)將設計目標及優(yōu)化結(jié)果的一些重要參數(shù)列于表2：

由表2看到拓撲優(yōu)化設計的解藕板完全滿足設計目標，而且三項參數(shù)均得到不同程度的改善，證明拓撲優(yōu)化設計的解藕板是較合理的。

四、結(jié)論

（一）基于HyperWords的Optistruct模塊，運用優(yōu)化理論對焊線機的解藕板進行了輕量化設計，同時考慮到實際應用及機加工工藝的要求，依據(jù)實際經(jīng)驗對模型進行部分修改及布筋。通過對原始解藕板及優(yōu)化設計后的解藕板進行靜力學及動力學分析及參數(shù)對比，驗證了輕量化設計的預設目標。從優(yōu)化過程及結(jié)果可以得出：基于HyperWords的Optistruct模塊的優(yōu)化設計，不僅在產(chǎn)品的設計開發(fā)初期縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本，而且可以對已有部件以柔度和固有頻率為目標進行輕量化設計，降低了原材料成本。

（二）拓撲優(yōu)化設計不僅要求從事此工作的技術(shù)人員有豐富的工作經(jīng)驗及專業(yè)技能，更要求要不同學科技術(shù)人員的參與，如CAD、CAE、CAM等多學科技術(shù)人員。

（三）鐵、銅等金屬資源為非可再生資源，利用優(yōu)化設計可以在滿足技術(shù)要求的前提下降低金屬的使用量。

（四）拓撲優(yōu)化技術(shù)在國外工程領(lǐng)域已經(jīng)有較多應用，而且已有大量成功應用的案例，反觀國內(nèi)的工程應用還較少，我們要加強這方面的工作，縮小與國外的差距。

參考文獻

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篇5

關(guān)鍵詞：艦載導彈；小擾動；制導控制；俯仰角

中圖分類號：TJ765. 3 文獻標識碼：A

0 引 言

艦載導彈是搭載在水面艦艇上，主要用于執(zhí)行防空反導，水面艦艇攻擊等作戰(zhàn)任務，目前已經(jīng)發(fā)展成為水面艦艇的核心作戰(zhàn)武器。艦載導彈經(jīng)過30多年的改進演變，目前已經(jīng)形成較為完整的制導控制體系和發(fā)射體系，而今的艦載導彈也已構(gòu)建了較為成熟的垂直發(fā)射系統(tǒng)，帶來了艦艇空間在更大限度上不斷上升的利用效率，增強了艦艇的安全可靠及抗損性[1]。隨著制導控制技術(shù)的變革與飛躍式進步，對艦載導彈的控制精度也隨即提出了更高的要求，艦載導彈的制導控制是保障導彈穩(wěn)定可靠飛行和發(fā)射的關(guān)鍵技術(shù)，通過對艦載導彈的制導控制技術(shù)的優(yōu)化設計，能夠有效提高導彈對目標的命中率和可靠性，因此，研究艦載導彈的制導控制技術(shù)優(yōu)化具有重要意義。

艦載導彈在整個飛行過程中，由于大氣密度等飛行條件的影響，容易產(chǎn)生大氣的小擾動，在小擾動條件下則會導致飛行控制失穩(wěn)，需要進行穩(wěn)定性控制和小擾動抑制。傳統(tǒng)方法中，對艦載導彈的小擾動抑制控制方法主要有PID神經(jīng)網(wǎng)絡模糊控制方法、自適應誤差補償方法、反演積分控制方法和滑膜控制方法等[2-5]，通過構(gòu)建導彈的飛行動力學系統(tǒng)模型，采用相關(guān)的控制方法進行參量鎮(zhèn)定和誤差修正，提高了控制精度，取得了一定的成果。其中，文獻[5]采用 魯棒控制方法進行了艦載導彈的小擾動抑制和制導控制，基本滿足制導控制的精度要求，且計算開銷較小，能夠應用在實踐中，但是隨著干擾強度的增大，控制精度和導彈飛行軌跡的誤差修正能力不好。針對上述問題，本文提出一種基于小擾動抑制和參數(shù)自整定誤差修正的艦載導彈制導控制優(yōu)化算法，首先構(gòu)建艦載導彈的被控對象模型和縱向運動數(shù)學模型，根據(jù)控制約束參量進行艦的載導彈制導控制約束參量分析，然后采用小擾動抑制方法進行擾動誤差和控制參量的自整定修正，實現(xiàn)控制算法優(yōu)化設計。最后通過仿真實驗進行性能測試，得出有效性結(jié)論，展示了本文方法在提高導彈制導控制性能方面的優(yōu)越性。

1 被控對象描述和艦載導彈運動數(shù)學模型構(gòu)建

1.1 小擾動條件下艦載導彈制導控制對象描述

在艦載導彈的制導控制設計中，重要的一步是構(gòu)建艦載導彈制導控制對象模型和運動數(shù)學模型，通過控制系統(tǒng)優(yōu)化設計，進行飛行擾動的補償和控制參量的鎮(zhèn)定性設計，艦載導彈在發(fā)射出箱后飛行時容易受到大氣小擾動的影響，導致飛行失穩(wěn)，在艦載導彈的制導控制設計中，采用陀螺儀、加速度計和姿態(tài)基準采集器進行運動參量采集[6]，艦載導彈制導控制流程結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

4 結(jié)束語

通過對艦載導彈的制導控制技術(shù)的優(yōu)化設計，提高導彈對目標的命中率和可靠性，本文提出一種基于小擾動抑制和參數(shù)自整定誤差修正的艦載導彈制導控制優(yōu)化算法，構(gòu)建艦載導彈的被控對象模型和縱向運動數(shù)學模型，根據(jù)控制約束參量進行艦載導彈制導控制約束參量分析，然后采用小擾動抑制方法進行擾動誤差和控制參量的自整定修正，實現(xiàn)控制算法優(yōu)化設計。通過仿真實驗進行性能測試，研究得出，采用該控制方法進行艦載導彈的小擾動抑制和制導控制設計，降低了導彈的軌跡輸出誤差，俯仰角等運動參量的跟蹤性能較好，提高了控制品質(zhì)，展示了較高的應用價值。

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篇6

1.1快速模擬理論

注塑模填充過程的快速模擬理論是一種基于計算機技術(shù)，可提升計算速度、創(chuàng)新優(yōu)化設計過程、改善流動分析算法、提高數(shù)據(jù)分析效率的研究理論[1]。通過填充過程的快速模擬，可以了解注塑過程中的注射壓力、注射速度、注射溫度、注射時間等參數(shù)，以及熔接痕、氣穴等狀況。建立注塑?？焖倌M模型，有助于明確前沿熔體流動狀態(tài)與型腔厚度的關(guān)系，進而提升注塑成型的速度及質(zhì)量。綜上可知，注塑模填充過程快速模擬理論研究是注塑過程優(yōu)化設計的理論基礎(chǔ)，對提升實際生產(chǎn)水平具有重要意義。

1.2成型工藝優(yōu)化

注塑成型工藝優(yōu)化是一種通過優(yōu)化注塑成型工藝、提升產(chǎn)品質(zhì)量的技術(shù)，即通過建立優(yōu)化模型來構(gòu)建高效的快速算法，并結(jié)合實際操作經(jīng)驗對成型工藝進行優(yōu)化。該技術(shù)中應用了CAE、模擬退火算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等，具有高效、高水平、低成本的特點[2]。

2注塑制品的壁厚優(yōu)化

注塑成型過程中，塑件的壁厚對其可成型性、力學性能及成本等具有顯著影響。例如，當壁厚過薄時，塑件脆性較大、成型性差，且外觀及性能均不理想；若壁厚過厚，則會使塑件的生產(chǎn)周期延長，成本顯著增加，同時還會產(chǎn)生不同程度的表面凹陷和內(nèi)部收縮；而當壁厚變化不均勻時，塑件會出現(xiàn)多種缺陷，如翹曲、變形、表面波痕等。因此，注塑制品壁厚優(yōu)化設計具有十分重要的意義。本研究的注塑制品壁厚優(yōu)化設計結(jié)合了快速模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)，以期得到最佳優(yōu)化結(jié)果。

2.1基于快速模擬技術(shù)的壁厚優(yōu)化

基于快速模擬技術(shù)的注塑制品壁厚優(yōu)化是采用壁厚優(yōu)化最速下降法，對型腔內(nèi)熔體流動的平衡性進行優(yōu)化，通過熔體流動平衡評判，得出最優(yōu)充填時間[3]。首先，采用熔體到達型腔邊界的最短等效長度替代到達時間，建立制品壁厚優(yōu)化模型；然后，采用壁厚優(yōu)化最速下降法得出初步優(yōu)化結(jié)果；最后，結(jié)合實際工作經(jīng)驗對初步優(yōu)化結(jié)果進行區(qū)域劃分，然后進行下一步優(yōu)化變量及數(shù)目的設計。快速模擬技術(shù)針對復雜制品具有更加快速的優(yōu)化效果，但不適用于壁厚存在明顯變化的制品。

2.2基于數(shù)值模擬技術(shù)的壁厚優(yōu)化

基于數(shù)值模擬技術(shù)的壁厚優(yōu)化是對基于快速模擬技術(shù)的壁厚優(yōu)化結(jié)果的進一步優(yōu)化。由于快速模擬技術(shù)對壁厚變化較大制品的優(yōu)化效果不足，因此需采用數(shù)值模擬技術(shù)對其初步優(yōu)化結(jié)果進行評判。首先，考慮到壁厚優(yōu)化過程中應用了快速模擬技術(shù)，故可確定其填充過程是高度平衡的；接下來以制品的區(qū)域厚度為研究變量進行數(shù)值分析，以熔體到達腔體邊界的實際時間和模擬時間的算術(shù)平均值為研究目標建立壁厚優(yōu)化模型；隨后采用勃克斯修正復形法進行最后的優(yōu)化設計過程。數(shù)值模擬技術(shù)有利于分析最終壁厚分布情況，而快速模擬技術(shù)則有利于縮短數(shù)值分析時間，因此結(jié)合了基于快速模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)的優(yōu)化算法是實現(xiàn)注塑制品壁厚優(yōu)化的最佳方法。

3注塑模澆口位置優(yōu)化

注塑模的澆注過程是基于注塑模流道和澆口進行的。流道設計具有多種類型，以適應不同的情況[4]。而澆口位置是控制熔體速度、保持熔體流動狀態(tài)、防止熔體回流、提升制品質(zhì)量的重要部位，其嚴重影響著制品的品質(zhì)，一旦澆口位置不合理，制品即會出現(xiàn)漩紋效應、熔接痕、氣穴、氣孔、遲滯效應、縮痕、縮孔、飛邊、翹曲、力學性能差等問題。因此，在注塑模設計過程中，需要慎重選擇注塑模的澆口位置。

3.1澆口位置對熔體的影響

澆口位置對塑件外觀及性能的影響，主要是通過干擾熔體流動產(chǎn)生的。不合理的澆口位置會使熔體出現(xiàn)遲滯效應、流動平衡差等不良現(xiàn)象，進而產(chǎn)生一系列塑件質(zhì)量問題。(1)熔體遲滯效應熔體在注塑模中出現(xiàn)遲滯效應是由于注塑模的內(nèi)部形狀不同，導致各處熔體的流動阻力亦不相同，進而在型腔厚薄交界處出現(xiàn)流動遲滯現(xiàn)象。因此澆口應該置于距離可能發(fā)生遲滯效應的最遠處，以緩解遲滯效應。(2)塑件縮痕、縮孔澆口位置應設置在制品截面較厚之處，以利于補料，從而避免縮痕、縮孔現(xiàn)象的出現(xiàn)。(3)塑件可成型性塑件可成型性主要影響因素是注塑模澆口位置和數(shù)量。其優(yōu)化設計是以熔體高質(zhì)量充滿型腔為目標，以熔體在腔體內(nèi)部流動長度和熔體積累厚度保持適宜比例為原則，以熔體性質(zhì)、環(huán)境溫度、注射壓力為參考依據(jù)的設計過程。(4)熔體流動平衡澆口位置及數(shù)量的設計需要考慮熔體流動到腔體末端所需要的時間，通過分析尋找最優(yōu)流動狀態(tài)，以達到熔體流動平衡的效果，進而得到高質(zhì)量的塑件。(5)塑件平面度熔體進入腔體后需要控制其流動方向，使其呈單一方向平直推進會得到較好的塑件平面度。

3.2澆口位置對塑件外觀的影響

澆口位置不當將會影響熔體的流動狀態(tài)，使熔體流動出現(xiàn)異常，最終影響到塑件外觀，常見外觀缺陷包括氣穴、漩紋效應、熔接痕等。如果澆口位置設計不合理，塑件中往往會產(chǎn)生氣穴，而且在注塑過程中的高壓、高溫條件下，還會出現(xiàn)“柴油機效應”及“跑道效應”，嚴重影響了塑件的外觀和性能。因此，需要選擇合適的澆口位置以控制熔體注入過程中的氣體流動。漩紋效應是指當熔體通過不恰當?shù)臐部?，形成了較高的剪切應力，進而造成熔體斷裂，最終在塑件表面形成不同程度的漩紋。漩紋效應不僅嚴重降低了塑件的表觀質(zhì)量，對其使用性能也存在不良影響。為避免漩紋效應，需將澆口設計成沖擊型澆口，以提高澆口控制熔體流速的能力。另外，為避免在影響塑件外觀和性能的位置出現(xiàn)熔接痕，亦需選擇合理的澆口位置。

3.3澆口位置的選擇

澆口位置的設置需考慮注塑模自身的力學特征及塑件的力學性能要求，其將直接影響塑件的品質(zhì)。首先，澆口位置應該避免設置在塑件承受最強荷載的區(qū)域，因為塑件在澆口處的力學性能最差。合理的澆口位置還可使型芯周圍受力平衡，不會出現(xiàn)損毀型芯和塑件的現(xiàn)象。而澆口位置設置不當會使塑件出現(xiàn)飛邊和翹曲現(xiàn)象，嚴重影響了塑件質(zhì)量。飛邊與翹曲是由于注塑模內(nèi)部力學特征不對稱所致，因此為避免制品出現(xiàn)飛邊與翹曲，應以保持注塑模腔體內(nèi)部的力學特征對稱為原則，慎重選擇澆口位置。3.4澆口位置的優(yōu)化澆口位置優(yōu)化即是對影響塑件性能和注塑模質(zhì)量的因素，如流動狀態(tài)、溫度差異、過壓、摩擦熱等進行考察，然后采用隨機搜索法對根據(jù)經(jīng)驗選定的澆口位置進行最優(yōu)分析，以得到最佳澆口位置。

4基于Moldfow的澆注系統(tǒng)優(yōu)化

基于Moldfow技術(shù)的澆注系統(tǒng)優(yōu)化設計主要包括熔體流道、澆口及冷料槽等部位的優(yōu)化設計[5]。該設計需以流變學知識為基礎(chǔ)，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，并根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)特點對其進行模流分析，以確定澆注系統(tǒng)優(yōu)化方案。

4.1前處理

基于Moldfow技術(shù)的注塑模澆注系統(tǒng)優(yōu)化設計首先需要進行模型導入、網(wǎng)格劃分、熔體材料選擇及澆注工藝選擇等前處理工作。其步驟如下：(1)模型簡化根據(jù)塑件自身結(jié)構(gòu)特點進行分析，對工藝孔、加強筋等小部位進行集中改善處理。另外為控制誤差的出現(xiàn)概率，需對塑件模型進行簡化處理。主流的模型簡化處理軟件為MoldfowCADDoctor，通過該軟件可進行模型導入、診斷修復、模型簡化、模型輸出等一系列模型簡化修補處理。(2)模型導入MoldfowCADDoctor軟件中所導出的.udm格式文件可以直接導入到CAE中。(3)網(wǎng)格劃分與修復處理首先使用MPI系統(tǒng)默認的參數(shù)進行網(wǎng)格劃分，然后通過變動網(wǎng)格邊長進行劃分調(diào)整，接下來使用網(wǎng)格處理工具進行修復處理，得到處理后的網(wǎng)格劃分結(jié)果。(4)選擇工藝類型和材料種類根據(jù)塑件要求，在Moldfow軟件上指定相應的材料并設置參數(shù)。

4.2澆口位置及數(shù)目確定

注塑模澆注系統(tǒng)優(yōu)化設計中最重要的環(huán)節(jié)是澆口位置及數(shù)量的確定?；贛oldfow技術(shù)的澆口位置及數(shù)量的確定包括最佳澆口位置預測、澆口設計方案制定、流動模擬分析、翹曲變形分析、綜合模擬結(jié)果比較等一系列步驟：(1)澆口位置預測通過Moldfow最佳澆口位置分析模塊，模擬合理澆口位置區(qū)域，以此為最佳澆口位置研究對象進行綜合分析。(2)制定澆口優(yōu)化設計方案根據(jù)塑件使用環(huán)境及質(zhì)量要求，并結(jié)合實際經(jīng)驗，制定3~5個澆口設計方案，然后通過綜合分析，選擇模擬結(jié)果最好、最有代表性的設計方案。(3)流動模擬和翹曲變形分析流動模擬即利用Moldfow對熔體在模具中的流動情況進行模擬分析，通過對填充時間、注射壓力、鎖模力等的預測，以確定最優(yōu)設計方案，進而避免氣穴、熔接痕等問題出現(xiàn)。此外，還需分析翹曲變形對塑件的影響，以保障塑件的質(zhì)量。最后，對各設計方案進行綜合比較，以確定最佳設計方案。

4.3澆注系統(tǒng)整體優(yōu)化

在確定澆口位置及數(shù)量后，還需對澆注系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，即根據(jù)熔體在不同位置的剪切速率，設置主流道、分流道、點澆口等的尺寸，并實現(xiàn)澆注系統(tǒng)流動平衡，最終達到良好的熔體充填效果[6]。澆注系統(tǒng)整體優(yōu)化設計是保障塑料制品質(zhì)量的前提，具有重要意義。其中，澆注系統(tǒng)的平衡設計至關(guān)重要。根據(jù)塑件的具體結(jié)構(gòu)，分流道基本采用平衡式設計。

5結(jié)語

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關(guān)鍵詞：給定烈度； 高層結(jié)構(gòu)； 抗震； 優(yōu)化

Abstract: This article mainly aims at the present domestic theory of optimal design for aseismic structures with respect to the development, research method and the characteristics of each method are discussed briefly. With the consideration of the optimal fortification intensity for aseismic optimum design theory, and combining the current seismic design code, through the given seismic intensity two stage least cost design method for high rise frame structures, the optimization design calculation method are discussed.

Key words: given intensity; high-rise structure; seismic; optimization

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A 文章編號：

前言

當前，各國抗震設計理論多采用二級和三級設計思想，即以“小震不壞、中震可修，大震不倒”作為設防標準，并且據(jù)此制定相應的抗震規(guī)范和條例，按照這種以保障生命安全為基本目標的抗震設計理論設計的建筑物，在地震中基本可以保證使用者的生命安全，然而在大震甚至中小地震出現(xiàn)的情況下，確不能有效的控制地震破壞所造成的直接和間接經(jīng)濟損失，而這種破壞往往超出了設計者的預料，超過了社會和居住者所能承受的范圍?？拐鸾Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計是抗震結(jié)構(gòu)設計理論的重大發(fā)展也是當今結(jié)構(gòu)設計中關(guān)于抗震結(jié)構(gòu)可靠度的一個重要發(fā)展方面。因為同一個結(jié)構(gòu)設計任務，可以有多種不同的設計方案，從所有可用的方案中選用最滿意的方案自然是理所當然的追求。

1、目前國際上幾種優(yōu)化設計理論的發(fā)展和特點

在工程結(jié)構(gòu)的建筑方案、結(jié)構(gòu)拓撲和材料確定后，優(yōu)化內(nèi)容就是，其主要承載結(jié)構(gòu)的截面尺寸階段的目標函數(shù)應包括結(jié)構(gòu)的造價和長遠的經(jīng)濟和社會效益，其中后者要包括結(jié)構(gòu)服役期間運營的直接經(jīng)濟效益的期望值(效益期望)和結(jié)構(gòu)失效帶來的損失的期望值(損失期望)。為了解決這些問題，國內(nèi)外存在幾種抗震優(yōu)化設計方法。包括：

l、基于損傷性能的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計；

2、基于結(jié)構(gòu)性能的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計；

3、基于最優(yōu)設防烈度的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

這幾種抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計方法的主要特點是：

基于損傷性能的抗震設計思想和方法的提出主要是理由是：其一，通過近今年震害的調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)，建筑物的地震損傷不僅與結(jié)構(gòu)的層間變形有關(guān)，而且和結(jié)構(gòu)在地震過程中的累積滯回耗能有關(guān)。其止，按照現(xiàn)行抗震設計規(guī)范總體上保證了“大震不倒”的安全目標，但地震造成的結(jié)構(gòu)損傷積極嚴重，以至難以修復，基本上喪失了使用功能。

地震損傷模型是雙參數(shù)地震損傷模型.。在強烈地震的往復作用下，結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)彈塑形變形和低周疲勞效應對結(jié)構(gòu)地震損傷的影響。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基于地震損傷性能的抗震優(yōu)化設計方法的簡化計算步驟：一是最大彈塑性變形的簡化計算。大震作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性變形計算比較復雜，可以采用樓層屈服強度系數(shù)求得結(jié)構(gòu)層間的最大延性系數(shù)。二是累積滯回耗能的簡化計算。

基于地震損傷性能的抗震設計方法：對于一般結(jié)構(gòu)，在常遇地震作用下(對于重要結(jié)構(gòu)，在設防烈度地震作用下)可按現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范進行截面抗震驗算和變形驗算。在罕遇地震作用下可以進行薄弱層地震損傷計算。即根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性，確定地震損傷性能目標和損傷指數(shù)限值，確定結(jié)構(gòu)層恢復力模型及其參數(shù)，計算結(jié)構(gòu)的破壞延性系數(shù)，計算結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下層間彈塑性最大位移延性系數(shù)，計算正規(guī)化累計耗能參數(shù)，對結(jié)構(gòu)薄弱層的地震損傷指數(shù)進行計算并驗算。

基于結(jié)構(gòu)性能的抗震設計理論的基本內(nèi)容應包括地震設防水準、結(jié)構(gòu)抗震性能目標和結(jié)構(gòu)抗震設計方法等三個方面。結(jié)構(gòu)抗震性能與結(jié)構(gòu)的地震作用有關(guān)。通過地震等級有關(guān)的地震動參數(shù)的選擇，可將結(jié)構(gòu)在地震中的破壞程度控制在預計的范圍內(nèi)。另外，地震加速度峰值、頻譜和持時是反映地震動特征的三要素，也是影響結(jié)構(gòu)地震反映的重要因素，近場地震效應對結(jié)構(gòu)也有較大的影響，而地震動三要素是與震源特征、傳播途徑、場地條件等有關(guān)的。

基于最優(yōu)設防烈度的抗震優(yōu)化設計研究主要是與現(xiàn)行規(guī)范接軌的優(yōu)化設計方法。它的優(yōu)化程序是：首先決策出該結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設防烈度，然后按照此烈度進行結(jié)構(gòu)的最小造價設計，在決策結(jié)構(gòu)的最優(yōu)設防烈度時，既要考慮結(jié)構(gòu)的近期投資，又要考慮它的長遠效益。優(yōu)化程序可以分兩個層次進行：

第一階段：進行多遇地震作用下的彈性優(yōu)化設計，第二階段：對第一階段所得到的最優(yōu)結(jié)構(gòu)設計方案進行一次整體彈塑性分析，驗算薄弱層彈塑性變形是否滿足抗震規(guī)范所規(guī)定的要求，這個方法與抗震規(guī)范的設計方法相同，可稱其為“二階段優(yōu)化設計方法”，由于抗震結(jié)構(gòu)的彈性優(yōu)化設計相對來說研究的比較成熟，因此，在現(xiàn)階段采用“二階段優(yōu)化設計方法”是比較現(xiàn)實的。

基于最優(yōu)設防烈度優(yōu)化設計理論的優(yōu)點是：一是能夠與現(xiàn)行規(guī)范較好的結(jié)合起來，便于知道現(xiàn)階段的優(yōu)化設計應用；二是將優(yōu)化設計分成兩個階段來計算，避免了在每一次迭代中都要同時進行彈性分析和彈塑性分析，采用在第二階段進行彈塑性分析，使結(jié)構(gòu)重分析的次數(shù)大大減少。同時也解決了由于無法把彈塑性位移表示為設計向量的函數(shù)所造成的困難。另外，二階段優(yōu)化設計方法對于所有類型的抗震結(jié)構(gòu)最小造價優(yōu)化設計都是適用的。

2、給定烈度下高層框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的研究

高層框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計的求解過程是：首先假定各構(gòu)件的初始尺寸，然后對各構(gòu)件(梁、柱)分別進行優(yōu)化，求出各構(gòu)件滿足各自約束的最小造價解，將優(yōu)化后的梁、柱截面尺寸組合起來重新進行內(nèi)力分析，凍結(jié)此內(nèi)力下分別對各構(gòu)件進行單獨優(yōu)化，如此反復迭代，直到前后兩次優(yōu)化獲得的最優(yōu)解接近(滿足精度要求)為止。這是一般的分部優(yōu)化法的求解程序?？紤]到在框架結(jié)構(gòu)抗震設計中側(cè)移是很重要的因互助，如何得到滿足側(cè)移的最小剛度(從而最小地震作用)以及確定各構(gòu)件的剛度分布以使它們最經(jīng)濟地達到此剛度，應是優(yōu)化的重要。

為此，我們在單個梁、柱的優(yōu)化中均加入了層間側(cè)移約束條件，這因為頂點側(cè)移角是各層間位移角的加權(quán)平均值(以層高為權(quán))，故層間側(cè)移約束條件若滿足，則一般頂點側(cè)移約束條件也可滿足。梁的優(yōu)化模型中其截面高度、梁的寬度可按構(gòu)造要求給出，在優(yōu)化過程中按己知量處理。框架梁最優(yōu)設計所需考慮的約束條件包括：正截面承載力約束條件、斜截面承載力約束條件、一般構(gòu)造約束條件及抗震構(gòu)造約束條件等?？蚣苤哪Ｐ椭薪孛嬉瞬捎谜叫位蚪咏叫蔚男问?，所以對于柱其設計變量可取截面高度h，而取截面寬度b=h?？蚣苤顑?yōu)設計所需考慮的約束條件包括：正截面承載力約束條件、斜截面承載力約束條件、構(gòu)造約束條件及層間側(cè)移約束條件等。對于由第一階段彈性優(yōu)化設計用分部優(yōu)化方法得到的最優(yōu)結(jié)構(gòu)設計方案，按照我們二階段優(yōu)化設計方法，應該進行第二階段在“大震”作用下薄弱層的彈塑性變形驗算。如果滿足，則取設計變量的當前值為最優(yōu)解；如果不滿足，則可以按50mm為模數(shù)擴大截面或者改變薄弱層構(gòu)件的配筋，重新尋找薄弱層驗算彈塑性變形，直至滿足為止。此時的結(jié)構(gòu)方案就是最終的最優(yōu)設計方案。

3、結(jié)語

本文對給定烈度下工程結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設計進行了研究，了解了國內(nèi)外對該理論的發(fā)展和現(xiàn)狀，對現(xiàn)行的抗震優(yōu)化設計理論同現(xiàn)行抗震設計規(guī)范相結(jié)合，采用分部優(yōu)化法對框架結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設計，通過每個構(gòu)件的最優(yōu)設計，達到整體的最優(yōu)設計；在構(gòu)件設計時，考慮了承載力約束條件及各種構(gòu)造要求；通過一個梁和一個柱的算例說明了單個構(gòu)件的造價與截面間的定性規(guī)律，并說明了優(yōu)化設計對減小結(jié)構(gòu)造價的有效性。從而，推動抗震優(yōu)化設計的發(fā)展。

參考文獻：

[1]中華人民共和國國家標準，建筑抗震設計規(guī)范（GB50011-2010），北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.5.31

[2]左春仁等，基于地震損傷性能的抗震設計方法.大連大學學報，2000年第21卷第6期：1-7

[3]歐進萍等，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基于地震損傷性能的設計，地震工程

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關(guān)鍵詞：蟻群算法；遺傳算法；元胞原理；四桿機構(gòu)

中圖分類號：tg316 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0048-02

隨著科學技術(shù)和工業(yè)水平的不斷提高，目前在機械優(yōu)化設計的要求也越來越高，原來傳統(tǒng)的圖解法、解析法等設計方法已不能完全滿足現(xiàn)在的要求。雖然后來也出現(xiàn)了比如蟻群算法這樣的優(yōu)秀設計方法，但是其自身也存在停滯現(xiàn)象、收斂速度慢等問題，不能很有效的進行機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計。于是基于蟻群算法、遺傳算法、元胞原理可提出兩種優(yōu)秀的設計方法：遺傳蟻群算法、元胞蟻群算法。這兩種設計方法可以有效的克服基本蟻群算法的缺點，改進設計效果，使機械設計變得更加優(yōu)化。下面我們將分別根據(jù)不同的條件，然后運用遺傳蟻群算法和元胞蟻群算法進行平面四桿機構(gòu)再現(xiàn)軌跡的優(yōu)化進行設計，使機械的優(yōu)化設計問題得到不同程度的解決。

1 蟻群算法

1.1 蟻群算法基本原理

蟻群算法是由Marco Dorigo于1992年在他的博士論文中提出的一種用來尋找最優(yōu)優(yōu)路徑的概率型算法。蟻群算法的基本原理和模型來源于螞蟻在找食物時選擇路線的過程。我們都知道自然界的螞蟻即使在沒有任何外界導向信息的情況下，螞蟻也總是能找到從巢穴到食物的最短路線。Marco Dorigo等人發(fā)現(xiàn)，自然界螞蟻尋找到從巢穴到食物的最短路線，是通過一種正反饋效應實現(xiàn)的。具體表現(xiàn)為：單個的螞蟻每次會在自己行走的路線下留下一種揮發(fā)性的分泌物，我們稱其為信息激素。這樣就使最優(yōu)路徑上的激素濃度越來越大，而其它路徑上的激素濃度會隨著螞蟻的不斷運動而逐漸減少，最終使最優(yōu)路徑被找出。

1.2 蟻群算法基本模型及其實現(xiàn)

根據(jù)Dorigo等人提出的關(guān)于蟻群算法的基本觀點，我們可以將蟻群算法的基本實現(xiàn)過程和原理描述以下幾個步驟：

①搜索結(jié)果不滿足預期效果時，螞蟻繼續(xù)尋找另一條路線；②搜索過程中非最優(yōu)路徑上的信息激素濃度減少，最優(yōu)路徑上的信息激素增加；③信息激素濃度等根據(jù)搜索結(jié)果進行實時更新；④搜索到最終結(jié)果。但是通過實踐發(fā)現(xiàn)這種基本蟻群算法原理在求解結(jié)果的過程中會出現(xiàn)搜索速度慢等缺點。因此如若將蟻群算法與遺傳算法、元胞模型等原理相結(jié)合，就出現(xiàn)了遺傳蟻群算法、元胞蟻群算法，這些復合的算法就可以有效的克服簡單蟻群算法的缺點。

2 遺傳蟻群算法

2.1 遺傳蟻群算法原理

在上述螞蟻的轉(zhuǎn)移概率的定義式中，信息啟發(fā)式因子？鄣和期望值啟發(fā)式因子？茁，以及信息量殘留系數(shù)？籽都可以進行用數(shù)學方法進行計算分析，因此，如果將？鄣、？茁和？籽這三個因素看成代表螞蟻搜索求解過程中典型的3段代碼，并將？鄣、？茁、？籽編碼為實數(shù)。然后通過遺傳算法中的遺傳算子進行變異處理，這樣就可以在原有的算法結(jié)果的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。這樣就把基本的蟻群算法與遺傳算法中的遺傳變異效應相結(jié)合起來。這樣遺傳蟻群算法原理就產(chǎn)生了。

2.2 遺傳蟻群算法模型及其實現(xiàn)（以平面四桿機構(gòu)優(yōu)化設計為例）

4 結(jié) 語

蟻群算法是模擬自然界螞蟻的覓食行為的一種模型方法，雖然在機構(gòu)的優(yōu)化設計中有一定的優(yōu)勢，但是其自身也存在一些問題，故將蟻群算法和遺傳算法、元胞模型進行綜合運用，克服了原有基本蟻群算法的缺點。為機構(gòu)的優(yōu)化設計提供了更為簡便、優(yōu)秀的設計方法，并且可以根據(jù)實際情況的已知條件選擇恰當?shù)脑O計方法。這樣我們在實際的設計中可以根據(jù)自身的情況選擇遺傳蟻群算法或者元胞蟻群算法，這為我們的設計提供了較大的選擇空間。

參考文獻：

[1] 劉國光.基于改進蟻群算法的四桿機構(gòu)優(yōu)化設計[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2006，37（1）：149-151.

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關(guān)鍵詞：鉆井液；優(yōu)化設計；數(shù)據(jù)庫；加權(quán)回歸模型

引言

合理的鉆井液設計是成功進行鉆井和降低鉆井費用的關(guān)鍵，鉆掘工程中，鉆井液優(yōu)化設計主要包括性能設計和配方優(yōu)選等內(nèi)容[1]。要設計一套匹配目標地層的最佳鉆井液方案，首先必須明確目標地層的具體情況，選擇合適的鉆井液性能設計體系，然后依靠該體系進行鉆井液的配方優(yōu)化設計。隨著我國鉆掘工程技術(shù)逐漸與國際接軌以及計算機技術(shù)的普及，鉆掘工程項目設計在規(guī)范化、計算機化和管理現(xiàn)代化等方面有了新的發(fā)展條件和需求。

目前，針對鉆掘工程中鉆井液主要由現(xiàn)場技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗進行配方設計，設計因人而異，難以形成規(guī)范的工藝體系。參考國際先進技術(shù)體系，國內(nèi)許多研究機構(gòu)也對鉆井液優(yōu)化設計進行了相關(guān)研究，涉及體系主要包括范例模型[2]、正價優(yōu)化實驗、神經(jīng)網(wǎng)絡預測體系、數(shù)學參數(shù)控制體系以及專家預設計等[3]。文章參考數(shù)學參數(shù)控制體系和專家參數(shù)評分方法，結(jié)合因子分析方法和數(shù)學建模，建立了一種新的鉆井液參數(shù)優(yōu)化模型。

1 鉆井液基本參數(shù)庫的建立

1.1 地層的預處理

不同地層對鉆井液性能的需求不盡相同，為了滿足針對鉆井液參數(shù)設計的建模需求，首先應對各工作地層進行預處理[4]。依靠專家經(jīng)驗知識劃分鉆井液指標優(yōu)控區(qū)間，使地層區(qū)別反映到鉆井液控制指標的參數(shù)選擇上，這是地層預處理的主要手段。例如，由于軟弱地層孔壁自穩(wěn)能力較差，巖心保真困難，這就要求鉆井液在動切力、動塑比等性能方面進行相應的綜合控制，使之保持在各地層匹配的優(yōu)控區(qū)間之內(nèi)。通過地層的預處理，劃分出的代表地層指標優(yōu)控區(qū)間，是優(yōu)化模型的進行運算匹配的特征參數(shù)。

1.2 添加劑性能指標的參數(shù)化

針對各類鉆井液主要添加劑，將其對鉆井液性能的影響參數(shù)化，并通過室內(nèi)試驗建立了優(yōu)控模型基礎(chǔ)參數(shù)庫?，F(xiàn)已納入數(shù)據(jù)庫的主要添加劑主要包括高聚物類降濾失劑CMC、高聚物類抑制劑PAM、植物膠、膨潤型劑和堿度控制劑以及加重劑等。根據(jù)模型運算需求，實驗設計包括了比重實驗、六速旋轉(zhuǎn)粘度實驗、漏斗粘度實驗、失水率以及泥皮實驗等；其中CMC、PAM、植物膠等主要添加劑分劑量水平進行交叉組合，根據(jù)層次分析建庫要求，錄取相應實測性能數(shù)據(jù)。另外，由于各代表地層匹配的性能指標優(yōu)控區(qū)間的劃分主要依賴于專家知識經(jīng)驗，且粘度、比重、失水率等指標的控制區(qū)間選取具有不規(guī)范性，為了適應數(shù)學模型的運算需求，現(xiàn)通過運算處理，主要選取濾失水量API以及流變性參數(shù)n以及K值作為優(yōu)控參數(shù)[5]。

2 參數(shù)的分析處理

鉆井液表觀粘度主要是由流體體系結(jié)構(gòu)內(nèi)的內(nèi)摩擦作用和主輔劑高分子間交聯(lián)所形成的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所引起的，尤其在低剪切速率的情況中這種結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的更加明顯。所以表觀粘度的數(shù)值大小直接反映著沖洗液空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)型對沖洗液性能的影響程度，直觀的表現(xiàn)就是排砂和攜巖屑的效果。同樣，無固相沖洗液的流體形式屬于假塑性流體，流性指數(shù)n表示假塑性流體在一定剪切速率范圍內(nèi)所表現(xiàn)出的非牛頓性的程度和剪切稀釋性的強弱。n值越小，曲線的曲率越大，流體的非牛頓性越強，剪切稀釋性也越強，同樣動塑比也說明了剪切稀釋能力的強弱[6]，需要注意的是，n值并非越小越好，n值應與各地層需求匹配。這有助于沖洗液在環(huán)形空間產(chǎn)生較好的流核，形成平板層流，保證了沖洗液能有效地攜帶巖屑和保持井眼清潔[7]；K值與沖洗液的粘度、切力有關(guān)，其值越大，粘度越高，可有效包裹巖心，提高巖心采取率及取芯質(zhì)量[8]，但K值的增大會導致動切力增大，不利于鉆進效率的控制，因此對應各地層指標匹配規(guī)則的建立，有利于實現(xiàn)鉆井液的最優(yōu)設計。表1是基于室內(nèi)試驗所建立的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中的部分實驗數(shù)據(jù)，基漿為膨潤土-NaOH漿液，添加劑ABC分別代表為抑制劑PAM、高聚物VG、降濾失劑CMC。

文章以室內(nèi)試驗所建立的數(shù)據(jù)庫為基本觀察數(shù)據(jù)，使用SPSS對數(shù)據(jù)庫中一系列參數(shù)分組進行了回歸分析。如不同水平的添加劑ABC組合與ND、API等控制指標的回歸關(guān)系。為了利于參數(shù)分析的均衡性，結(jié)合對實驗數(shù)據(jù)的直觀分析，這里對ND等控制指標的回歸分析采用權(quán)重估計。在“權(quán)重估計”界面中，選取添加劑ABC為自變量，其中C作為權(quán)重變量，ND作為因變量，如圖1。

此SPSS回歸分析所建立的模型，可應用到實驗數(shù)據(jù)庫中未涉及的同類別不同水平的添加劑組合，以預測其不同添加劑水平所形成的鉆井液體系中ND，API，N的性能水平。將此模型封裝成鉆井液優(yōu)化軟件應用于鉆井液配方的優(yōu)化設計，能避免繁復的室內(nèi)試驗，高效快速地實現(xiàn)工程應用中的鉆井液設計，推進鉆掘工程的規(guī)范化設計，提升生產(chǎn)效率。

4 結(jié)束語

（1）通過經(jīng)驗知識確定各代表地層的泥漿性能需求，確定了API、ND、n值、k值等主要控制參數(shù)。（2）通過室內(nèi)試驗建立了主要添加劑的基本性能指標數(shù)據(jù)庫，并通過SPSS軟件建立數(shù)學模型分析了API、ND、n值、k值與添加劑劑量水平之間的作用關(guān)系。（3）基于室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)庫建立的加權(quán)回歸模型能避免繁復的室內(nèi)試驗，快速高效地預測不同添加劑水平所形成的鉆井液體系的性能水平，將此模型以計算機軟件作為載體應用于工程實踐之中具有積極的實際意義。

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篇10

關(guān)鍵詞：可靠性； 優(yōu)化設計； 機動雷達； 升降機構(gòu)； Adams； 參數(shù)化建模

中圖分類號：TN957.8文獻標志碼：B

0引言

對于機械產(chǎn)品來說，從建立初始方案到實施生產(chǎn)制造，均必須經(jīng)過一個設計過程.設計的完善與否，對產(chǎn)品的力學性能、使用價值和制造成本等都有決定性的影響，同時也必然影響使用產(chǎn)品企業(yè)的工作質(zhì)量和經(jīng)濟效果.因此，如何提高設計質(zhì)量、發(fā)展設計理論、改進設計技術(shù)以及加快設計過程，已經(jīng)成為當今機械設計必然的發(fā)展方向之一.[1]

近年來，在機械設計領(lǐng)域中出現(xiàn)不少現(xiàn)代設計方法和相應的科學.目前，可靠性設計和優(yōu)化設計在理論和方法上都達到一定的水平，但無論單方面進行可靠性設計還是優(yōu)化設計，都不可能發(fā)揮可靠性設計和優(yōu)化設計的巨大潛力.一方面，因為可靠性設計有時并不等于優(yōu)化設計，如機械產(chǎn)品在經(jīng)過可靠性設計后，并不能保證其工作性能或參數(shù)就一定處于最佳狀態(tài)；另一方面，因為優(yōu)化設計并不一定包含可靠性設計，如機械產(chǎn)品在沒有考慮可靠性的狀態(tài)下進行優(yōu)化設計后，并不能保證其在規(guī)定的條件下和時間內(nèi)，完成規(guī)定的功能，甚至會發(fā)生故障和事故，造成損失.另外，由于機械產(chǎn)品有眾多的設計參數(shù)，要同時確定多個設計參數(shù)，單純的可靠性設計方法就顯得無能為力.

進行可靠性優(yōu)化設計的研究非常重要.為使機械產(chǎn)品既保證具有可靠性要求，又保證具有最佳的工作性能和參數(shù)，必須將可靠性設計與優(yōu)化設計有機結(jié)合，開展可靠性優(yōu)化設計研究，給出機械產(chǎn)品靠性優(yōu)化設計方法[2-4]，只有這樣才能發(fā)揮可靠性設計與優(yōu)化設計的巨大潛力，發(fā)揮2種設計方法的特長，達到產(chǎn)品的最佳可靠性要求.

由于可靠性優(yōu)化設計在科學試驗和生產(chǎn)實踐上有著廣泛的應用前景，其重要意義不言而喻.隨著優(yōu)化設計技術(shù)、有限元技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，如何應用軟件技術(shù)進行可靠性優(yōu)化設計也成為一個熱點.[5]借助于計算機，進一步提高產(chǎn)品的設計速度，同時降低市場風險.

以某型機動雷達的升降機構(gòu)為研究對象，使用Adams進行參數(shù)化建模，在此基礎(chǔ)上利用可靠性優(yōu)化設計技術(shù)對其進行優(yōu)化設計，在滿足一定可靠度要求的前提下，達到質(zhì)量最小的目的.

1基于可靠性的優(yōu)化設計

1.1可靠性優(yōu)化設計概述

要使產(chǎn)品既具有可靠性要求，又具有最優(yōu)的設計結(jié)果，必須將可靠性設計理論與最優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來，即采用可靠性優(yōu)化設計方法.按照這種設計方法進行設計，既能定量給出產(chǎn)品在使用中的可靠性，又能得到產(chǎn)品在功能、參數(shù)匹配、結(jié)構(gòu)尺寸與質(zhì)量以及成本等方面的參數(shù)最優(yōu)解.

可靠性優(yōu)化設計一般包含質(zhì)量、成本和可靠度等3方面內(nèi)容.可靠性優(yōu)化設計[1]見圖1.

1.2可靠性優(yōu)化設計模型

優(yōu)化設計數(shù)學模型的3個要素分別是目標函數(shù)、約束條件和設計變量.相對于常規(guī)的最優(yōu)化設計，可靠性優(yōu)化設計的特點在于將可靠性設計引入到優(yōu)化設計中.將可靠性設計理論與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來，通常有2種方法[5-6].

（1）以可靠度最大為目標的可靠性優(yōu)化設計.要求結(jié)構(gòu)或零部件在滿足一定性能的條件下，使其可靠度達到最大.可以按可靠性指標建立一個目標函數(shù)，而按設計其他要求建立另一個或多個目標函數(shù)，然后進行多目標函數(shù)優(yōu)化設計.數(shù)學模型為max R（X）

min Fi（X），i=1，2，…，q

s.t. Gj（X），j=1，2，…，m （1）式中：RX為可靠性函數(shù)；FiX為某一目標函數(shù)；GjX為約束函數(shù).

（2）以可靠度為約束條件的可靠性優(yōu)化設計.在結(jié)構(gòu)或零部件達到最佳性能指標時，要求其工作可靠度不低于某一規(guī)定水平.可將可靠性指標作為約束條件，建立數(shù)學模型進行優(yōu)化設計.一般來說，這種方法更為實用.數(shù)學模型為min F（X）

s.t. Ri（X）≥0，i=1，2，…，q

s.t. Gj（X），j=1，2，…，m（2）式中：F（X）為目標函數(shù)；Ri（X）為機械產(chǎn)品的可靠度函數(shù)；R0為給定的可靠度；Gj（X）為其他約束函數(shù).

2機動雷達升降機構(gòu)的可靠性優(yōu)化設計在機動式雷達中，自動架撤系統(tǒng)一般由支臂及撐腿調(diào)平系統(tǒng)、天線翻轉(zhuǎn)（折展）機構(gòu)和升降機構(gòu)等組成.其中，支臂的功能是在雷達工作時支撐天線車的工作平臺，以提高天線的抗風能力，增大天線車的穩(wěn)定性；調(diào)平撐腿的功能是使工作平臺在雷達工作狀態(tài)時達到一定的水平精度，以滿足雷達探測精度的要求；天線翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的功能是實現(xiàn)天線工作狀態(tài)與運輸狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換；升降機構(gòu)的功能是提高天線相位中心的物理高度，以減小近距遮蔽，擴大雷達的探測空域.

升降機構(gòu)由升降平臺、連桿、驅(qū)動油缸和底座等組成，見圖2.底座是整個舉升系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐；雷達天線安裝在升降平臺上，2組等長的連桿作為運動傳遞和受力構(gòu)件；連桿在油缸的驅(qū)動下，帶動升降平臺始終以水平姿勢運動.[7]

3結(jié)論

（1）由確定性優(yōu)化的結(jié)果可知，該優(yōu)化方法雖然降低質(zhì)量，但該設計方案中的設計變量x1和x2已達到約束邊界值.因此，如果存在不確定性的干擾，則該設計方案極有可能違反這些約束.有必要進行可靠性分析，評估該方案所得結(jié)果.

（2）對確定性優(yōu)化結(jié)果進行可靠性分析，該方案所對應的響應g的可靠度為0.87，可靠性水平比較低，有必要進行可靠性優(yōu)化設計，以進一步提高可靠度.

（3）由可靠性優(yōu)化設計結(jié)果可知，經(jīng)過重新設計后，2根油缸活塞桿件的質(zhì)量之和f（x1，x2）的值為188.5 kg，盡管大于確定性優(yōu)化結(jié)果184.08 kg，但滿足可靠度要求（R（g）=0.977 8>0.95），綜合考慮，可靠性優(yōu)化設計方案勝于確定性優(yōu)化方案.

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