机械优化设计可视化方法探析.docx

机械优化设计可视化方法探析可视化归属于计算方法的范畴，其能够借助图形对相关的物理现象进行描绘，可使模型中的数学符号转化为各种几何图形，由此能使数据的表达愈加直观、形象，有助于设计人员对计算经过进行模拟和交互控制。在传统的机械优化设计中，设计人员通常需要完成如下操作：对设计中变量的个数进行确定，依托优化问题构建数学模型，据此进行主程序的编制，并在主程序中选取包含优化方法的子程序，最后运行程序获得最优解。在相当长的一段时期内，机械工程设计领域中采用的都是这种方法。然而，通过实际应用后发现，该方法存在众多的缺乏之处。比方，编写完的程序需要进行反复调试后才能使用，整个经过的工作量相对较大，耗时长，不利于效率的提升；又如，无法实现人机交互，致使设计人员不能实时了解优化的进展程度。近年来，随着技术的飞速发展，机械设备从最初简单的机器，变成了集光、机、电、液等多种先进于一身的产品，假如在机械设计中，仍然使用传统的优化方法，极有可能导致最终的设计无法知足实际需求。鉴于此，在机械优化设计中对可视化方法进行合理应用显得尤为必要。2可视化方法在机械优化设计中的详细应用2.1可视化的基本思路构建数学模型是可视化方法在机械优化设计中应用的重要前提和基础，在这一经过中，应当确保模型构建使用的所有数据真实、可靠，并且能够反映出机械产品的特点。同时，构建的数学模型不宜太过复杂，由于复杂程度过高的模型会增大后续的计算量及计算难度。在对数学模型进行构建的经过中，应当充分下面几个方面的因素：设计变量、目的函数和约束函数。当模型建立好之后，便可将之可视化方法在机械优化设计中进行应用，以此为基础，创立人机交互界面，与此同时，需要对如下事项加以关注：利用可视化方法反映出优化计算的迭代经过，并确保计算结果的可视化。2.2可视化的实现经过模型、计算经过及结果是优化设计中的关键因素，所以可视化的方法应用，需要实现这三个环节的可视化。图1为可视化的优化设计流程。2.2.1模型可视化在可视化方法中，一个完好的数学模型应当至少包括两类函数，即目的与约束。设计人员可根据实际需要，对输入的目的函数进行增加或是删除，当所输入的目的函数到达要求之后，可通过点击界面中确实定按钮来完成输入。而数学模型中的约束函数即约束条件，它的输入与目的函数的方法基本一样，在此不进行累述。输入到数学模型中的函数全部都是以字符串的形式存在，需要将它们转化为可被计算机识别的图形，进而完成模型可视化。2.2.2计算经过可视化根据详细的设计问题，设置初始参数，当所有的参数输入完毕之后，设计人员能够点击界面中确实定按钮，进入优化算法的选择页面，在该页面当中有多种参数设计选项，点击参数设置进行选取，再点击确定便可进入到优化跟踪页面，最后点击确定，即可开场优化计算，此时设计人员可借助可视化软件，绘制出迭代次数与目的函数之间的关系图像，由此可直观地看到增加函数值后的变化情况，若是优化结果不符合要求，则可终止运行，重新对参数进行设定，并进行计算，直至到达最优化的目的为止。2.2.3结果可视化通过优化计算得出的结果中包含下面内容：初始数据值、迭代优化数据值以及优化结果数据值。在可视化的数学模型中，设计人员能够直观地看到这些数据值，由此可为进一步的分析研究提供参考根据。点击保存，可将优化后的结果以数据文件的形式存储到计算机系统当中。2.3可视化方法的运用实例在机械领域中，各种型材的使用量相当较大，其中又以管棒类型材居多。在对此类型材进行加工的经过中，假如是在未优化的情况下直接下料，可能会导致原材料的浪费，进而造成生产成本增大，不利于经济效益的提升。通过可视化方法的应用，能够使这一问题得到有效解决。2.3.1基于可视化方法的下料数据输入在对管棒类型材进行下料的经过中，一般是安好机械工程的应用需要截取相应的长度，由于不同的机械工程对长度需要有所不同，所以可设计一个可视化的交互界面，在这个界面当中，用户可根据详细情况任意输入长度，输入经过能够手动，可以以读取文件的形式完成。2.3.2建立模型对于型材的下料问题而言，与之相关的数据模型本质上是截取方法矩阵与余量矩阵，简单来讲，就是构建一个包含各种可能的型材截取方法列表。由于型材下料种类的不同，所以获得的截取方法矩阵中的行数与列数均不同，相应的余量矩阵中的行数也会有所不同。因而，需要基于不同构的前提，对数学模型进行可视化构建。2.3.3算法选取与结果可视化因管棒型材的使用要保证完好性，所以其个数必须是整数解。鉴于此，可在模型中用舍入法来近似替代，这样能够获得最优的计算结果。管棒类型材的优化设计本质上是一个线性规划的经过，通过算法的合理选用，最终能够得到可视化结果，将该结果保存到计算机系统当中，可为后续的设计加工提供参考根据。综上所述，机械优化设计是一项复杂程度相对较高的工作，为缩短设计周期，提高工作效率和设计水平，设计人员应当在实际问题的解决中，对可视化方法进行合理运用。通过可视化建模和计算经过的可视化，力争在较短的时间内完成机械优化设计，进而使机械产品能够快速投入生产，为企业带来经济效益。