組合學(xué)在機械電子工程中的應(yīng)用研究

鄭博聞

摘 要：組合學(xué)是涉及離散結(jié)構(gòu)和計數(shù)等多種問題的學(xué)科，被廣泛的應(yīng)用于多個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。而在機械電子工程領(lǐng)域，組合學(xué)也起到了一定的應(yīng)用效果。尤其是在機械電子工程的齒輪抗干涉設(shè)計和傳感器設(shè)計方面，組合學(xué)更是取得了較為廣泛的應(yīng)用。因此，本文就以組合學(xué)在齒輪抗干涉設(shè)計和傳感器設(shè)計方面的應(yīng)用為例，對組合學(xué)在機械電子工程中的應(yīng)用進行了研究，從而為關(guān)注這一話題的人們提供一些參考。

關(guān)鍵詞：組合學(xué)；機械電子工程；應(yīng)用

引言

組合學(xué)中的組合數(shù)學(xué)中對離散對象的處理問題，是計算機科學(xué)的核心內(nèi)容。所以，在機械電子工程的優(yōu)化編碼領(lǐng)域，組合學(xué)可以起到一定的應(yīng)用效果。而組合學(xué)中有關(guān)排列計數(shù)的研究，則可以應(yīng)用到機械電子工程的傳感器節(jié)點分布設(shè)計方面。而相對來說，機械電子工程是設(shè)計與實踐相結(jié)合的學(xué)科，所以，作為很多計數(shù)學(xué)科基礎(chǔ)的組合學(xué)可以被廣泛的應(yīng)用于機械電子工程設(shè)計中，從而為機械電子設(shè)計強大功能的實現(xiàn)提供保障。而為了了解組合學(xué)在機械電子工程中的實際應(yīng)用情況，本文從案例角度對組合學(xué)在機械電子工程設(shè)計中的應(yīng)用進行了研究。

1.在齒輪抗干涉設(shè)計方面的應(yīng)用

在機械電子工程設(shè)計中，常常需要利用齒輪來完成設(shè)計的某項功能。但是在實際設(shè)計的過程中，齒輪之間常會出現(xiàn)一定的干涉的問題。為了解決齒輪的干涉問題，研究人員就需要進行抗干涉齒輪集機構(gòu)的編碼設(shè)置，從而保證由多個齒輪的鑒別齒組成的齒輪集機構(gòu)具有一定的抗干擾性，進而實現(xiàn)整個設(shè)計的功能。所以，抗干涉齒輪集機構(gòu)是一種用于引信保險和解除保險控制的機構(gòu)。而組合學(xué)在這方面的應(yīng)用，可以進一步優(yōu)化編碼，從而使整個機構(gòu)的組合更為科學(xué)和有效[1]。

在完成機構(gòu)結(jié)構(gòu)和動作設(shè)計時，可以利用組合學(xué)中的“二維迷宮映射法”來進行編碼設(shè)計結(jié)果的校驗。這個思想其實就是采用迷宮映射的方式，將編碼問題轉(zhuǎn)換成映射圖的k-頂點著色問題。而在這之前，驗證者要進行迷宮映射圖的“路格點”和“阱格點”概念的設(shè)置，并以“關(guān)鍵陷阱格點”和“十字叉”為判據(jù)。這樣，驗證者就能將編碼問題轉(zhuǎn)化成無向簡單圖。但是，采用該種方法進行編碼設(shè)計結(jié)果驗算時，密碼齒輪層數(shù)越多，該種方法解答的復(fù)雜度也將越高。比如接受驗證的抗干涉齒輪集機構(gòu)的密碼齒輪如果有3層，那么其相應(yīng)的求解復(fù)雜度也將高達3n，而n的大小則取決于解鎖密碼的字長[2]。而在進行抗干涉齒輪集機構(gòu)編碼的頂點著色問題解答時，則需要利用組合學(xué)中的貪婪法來進行解決。而在實際設(shè)計的過程中，利用 Visual Basic 軟件進行抗干涉齒輪集機構(gòu)的編碼及校驗程序的編寫，就是貪婪法應(yīng)用的體現(xiàn)。在這個軟件中，只要輸入解鎖符號序列，就可以自動生成二維迷宮映射圖，并求解出回執(zhí)密碼齒輪編碼的示意圖。而驗證序列是否與密碼匹配的結(jié)果，則將會以文本文檔的形式輸出。實際上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的軟件往往會帶有編碼模塊和校驗?zāi)K，而這些模塊往往是在組合學(xué)的理論基礎(chǔ)之上建立的。這些模塊中不僅包含著大量的組合學(xué)算法，還可以實現(xiàn)機械電子工程設(shè)計程序的編碼。在編碼模塊中，只要輸入解鎖符號序列，就可以生成關(guān)鍵路格點和關(guān)鍵陷阱格點，從而進行迷宮圖的設(shè)計。而這些迷宮設(shè)計圖是在滿足誤碼立即解鎖的基礎(chǔ)上建立的，從而保證編碼的準確性。但是需要注意的是，不同密碼齒輪層的關(guān)鍵陷阱格點是采用不同的顏色來表示的。而校驗?zāi)K則會自動執(zhí)行密碼齒輪的鑒別齒輪的編碼校驗運算，并以文檔形式保存?？傊M合學(xué)在齒輪抗干涉設(shè)計方面的應(yīng)用，在機械電子工程設(shè)計中已經(jīng)取得了一定的發(fā)展。

2.在傳感器設(shè)計方面的應(yīng)用

在機械電子工程設(shè)計中，傳感器的使用較為普遍。而在傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布設(shè)計方面，組合學(xué)的應(yīng)用起到了較大的作用。比如在進行相同區(qū)域的多個傳感器分布位置設(shè)置時，各個傳感器都會有一定的感應(yīng)范圍，從而形成一定的傳感器網(wǎng)絡(luò)。而只有在保證每個傳感器被覆蓋的面積最小情況下，才能使該區(qū)域的傳感器起到最大的作用。所以，在進行傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分布設(shè)計時，各個傳感器可以被看作是組成系統(tǒng)的各個模塊，而這些模塊必須很好的組合起來，才能發(fā)揮出整個系統(tǒng)的功能，而這就涉及到了組合學(xué)的應(yīng)用。因此，在進行這部分內(nèi)容設(shè)計時，可以采用組合學(xué)中的1-色等圓覆蓋問題來進行問題的解決。具體來說，就是將這個系統(tǒng)中某個傳感器模塊當(dāng)做是節(jié)點，而節(jié)點模塊則與微控制模塊一樣屬于分立器件。在進行其他傳感器模塊位置設(shè)置時，要以該節(jié)點區(qū)域的k-色等圓覆蓋問題研究[3]。而通過研究任意一點被多少個傳感器覆蓋的數(shù)據(jù)之后，就可以得出傳感器模塊分布的最好位置，從而進行傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分布設(shè)計。但是需要注意的是，在進行機械電子的傳感器設(shè)計時，使用的傳感器種類往往不同，而這就導(dǎo)致了每個傳感器覆蓋面積的不同。此時，就應(yīng)該利用組合學(xué)中的k-不等圓覆蓋問題進行2維覆蓋面積的研究，從而進行傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分布設(shè)計。所以，機械電子工程設(shè)計的傳感器設(shè)計問題，其實就是應(yīng)用了組合學(xué)的有效組合算法進行了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計，從而解決了較為復(fù)雜的傳感器區(qū)域覆蓋問題。

3.結(jié)論

總而言之，機械電子工程學(xué)科涉及的學(xué)科及內(nèi)容較廣，既包含了制造類的學(xué)科，也包含了動力學(xué)的學(xué)科。但是組合學(xué)是由強大的理論體系所構(gòu)成的，可以應(yīng)用于機械電子工程設(shè)計的多個環(huán)節(jié)，從而使機械電子工程設(shè)計擁有更為完善的理論體系。而隨著人工智能的發(fā)展，機械電子工程設(shè)計將獲得更大的發(fā)展空間，而組合學(xué)在機械電子工程設(shè)計中的應(yīng)用，可以進一步促進機械電子工程的發(fā)展。因此，本文針對組合學(xué)在機械電子工程中的應(yīng)用問題進行的研究，有利于促進這兩種學(xué)科的共同發(fā)展。

參考文獻：

[1]潘雍，傅明星，于晨.機械電子工程綜述[J].機電工程，2014，05（31）：554-557.

[2]鄭向勇.對機械電子工程的探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，34（01）：121.

[3]牛雅琴.組合學(xué)在機械電子工程中的應(yīng)用分析[J].信息與電腦（理論版），2010，04（01）：198-199.