摘要:机械优化设计方法是现代机械设计过程中寻求最优化设计的一种重要手段。利用VB作为开发平台,以常用的最优化计算方法为基础,开发适用于机械设计过程中的优化软件,运用该软件能够满足机械设计过程中的优化要求。
关键词:VB;机械优化设计;软件;实现
Realization and Implementation of Mechanical Optimal Design Software Based on Visual Basic
REN Xiao-dan
(Electrical Engineering Department, Inner Mongolia Machine Electricity Occupation Technical College, Hohhot, 010051, China )
Abstract: Mechanical optimal design method is an important means of the modern mechanical design process to identify the most optimum design. Using VB as a development platform to the exploit optimization software applied in the process of mechanical design based on the commonly used optimize method calculation, use which to meet the mechanical design process optimization requirements.
Key words:visual basic; mechanical optimal design; software; realization
最优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新学科,随着数学规划论和计算机技术的发展,它与机械设计理论相结合,解决了在机械设计领域中最优化设计问题。通过这种新的设计方法,可以从众多的设计方案中寻找最佳的设计方案,从而大大减轻了设计人员的劳动强度,提高了设计效率和质量。
在机械优化设计过程中,将遇到如何选择合适的优化方法这一问题,由于求解问题的性质、规模及解题思路和策略不同,优化算法种类很多,设计人员需要寻找合适的算法,满足机械设计方案的要求。为了方便设计人员使用最优化方法,通过可视化语言VB开发了机械优化设计软件,能够满足工程人员的设计需要。
1 机械优化设计概述
机械设计优化问题,就是在给定的约束范围内,选取设计变量,建立目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法。其设计步骤为:
1) 将设计问题的物理模型转变为数学模型。建立数学模型时要选取设计变量、确定目标函数、给出约束条件;
2) 采用适当的最优化方法求解数学模型;
3) 编制优化设计程序;
4) 求解优化结果;
5) 分析优化结果。
机械优化设计常用的优化方法有一维搜索最优化方法、多变量无约束优化方法、约束最优化方法。一维搜索法主要包括黄金分割法和二次插值法。多变量无约束优化方法主要包括变量轮换法、鲍威尔法、梯度法、牛顿法、变尺度法等。约束最优化方法主要包括随机方向法、复合形法、惩罚函数法等。
2 软件开发
VB是一种Microsoft Windows应用程序的开发工具,采用了“可视化设计”和“面向对象设计”技术,初学者只要掌握几个关键技术就可以建立实用的应用程序。软件开发的效率大幅度提高,输入输出界面也都采用了Windows的标准,软件的维护和扩充也十分方便。用VB开发出的应用软件,其操作界面美观大方,使用方便,具有人性化的特点,更易为用户所接受。同时,程序编程语句直接简捷,在程序的调试过程中,容易跟踪程序的运行进程,从而发现问题,以进行改进和调整。
程序设计主要包括机械优化设计中常用的优化算法,所有功能都可以在菜单中进行操作。同时在软件左侧设计下拉式菜单,方便用户对优化算法的快捷访问,用户登录界面如图1所示。在函数方程输入的设计中,利用了ScriptControl控件。在使用ScriptControl控件前,先通过“工程/部件”菜单命令选择Microsoft Script Control 1.0选项,添加ScriptControl控件。实现步骤如下:
1) 将ScriptControl控件添加到工具箱;
2) 在窗体上放置ScriptControl控件;
3) 设置ScriptControl控件的Language属性为vbscript;利用Eval方法使用户可以根据实际需要,在界面输入需要优化的方程。
3 应用实例
针对工程技术中的许多问题,建立的目标函数常可归结为函数f(x)的形式,其最优化设计的数学模型可简化为:min f(x),x∈En或max f(x),x∈En。选取文献[1]上的一个例题进行验证。利用黄金分割法求目标函数为f(x)= x^2-7x+10的最优解。已知初始区间为[2、8],取迭代精度e=0.35。
在软件中选取黄金分割法优化界面,输入已知条件,如图2所示。观察输出结果,可以得到极值点x=3.58344,极值f(x)= -2.24304。根据软件优化结果,发现和理论计算结果一致。
4 结束语
机械优化设计软件可以帮助工作设计人员简化计算,缩短设计周期。但是,每一种优化方法都具有一定的局限性,在设计时应考虑求解问题的规模、数学模型的特性和复杂程度,及各类优化方法的特点和应用范围,选取合适的算法进行优化。
参考文献:
[1] 陈秀宁.机械优化设计[M].杭州:浙江大学出版社,2002.
[2] 孙靖民.机械优化设计[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3] 孟兆明,常德功.机械最优设计技术[M].北京:化学工业出版社,2002.
[4] 施光燕,董加礼.最优化方法[M].北京:高等教育出版社,2003.
[5] 裴喜春,王健,周根宝.Visual Basic程序设计教程[M].内蒙古:内蒙古大学出版社,2002.
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