關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的融入研究

唐小斌 唐廣珍

摘要：當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的科技水平正在迅速提升，計(jì)算機(jī)技術(shù)也進(jìn)入快速發(fā)展的黃金期，各大領(lǐng)域都開始將計(jì)算機(jī)的應(yīng)用融入到自己的領(lǐng)域中。先進(jìn)的信息技術(shù)幫助這些領(lǐng)域獲得了很好的發(fā)展，也實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)能上的迅速提升。本文將針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)行分析，著重探討如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造的自動(dòng)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造；自動(dòng)化發(fā)展；計(jì)算機(jī)技術(shù)；領(lǐng)域融入

在機(jī)械設(shè)備的制造過程中融入計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以很好的促進(jìn)著整個(gè)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展速度，提升機(jī)械設(shè)計(jì)的效率，因此計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化流程的融入具有很高的研究?jī)r(jià)值。

一、自動(dòng)化設(shè)計(jì)下計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用分析

計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用方向和意義包含四個(gè)層面，分別為計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的輔助應(yīng)用、3D技術(shù)的應(yīng)用、仿真技術(shù)的應(yīng)用和可視化技術(shù)的應(yīng)用，抓住這四個(gè)方面的內(nèi)容，才能推進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的進(jìn)步，讓自動(dòng)化機(jī)械早日實(shí)現(xiàn)。

（一）計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

將計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械行業(yè)中，能提高機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)合理，加強(qiáng)生產(chǎn)質(zhì)量，計(jì)算機(jī)擁有準(zhǔn)確的代碼指令信息，在計(jì)算機(jī)的輔助下我們可以得出兩種形式相等的真值，并理解表達(dá)式為真，而通過計(jì)算所得出的這兩種真值形式不相等，那么該表達(dá)式就可以被認(rèn)定為假，這樣就能了解到機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否符合最初的自動(dòng)化需要。計(jì)算機(jī)具備水平和垂直兩種關(guān)系，能為設(shè)計(jì)過程提供強(qiáng)有力的保障，給設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出合理的圖紙，并且圖紙的參數(shù)布置也會(huì)比人工設(shè)計(jì)更加清晰，這樣也能有效降低過去因?yàn)槿斯ぴO(shè)計(jì)發(fā)生的誤差，減少機(jī)器投入應(yīng)用可能產(chǎn)生的返修概率。

（二）3D技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

3D技術(shù)是一種立體化的影像技術(shù)，和過去的平面圖像技術(shù)比起來，3D技術(shù)可以將機(jī)械設(shè)計(jì)制造當(dāng)中的細(xì)節(jié)展現(xiàn)得更為清晰，讓輔助作用更加出彩。通過3D技術(shù)，設(shè)計(jì)者對(duì)機(jī)械的研究能夠更加深入，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量也會(huì)顯著提高，將3D技術(shù)融入機(jī)械設(shè)計(jì)過程，我們就能有力的實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)，而且完成設(shè)計(jì)后，機(jī)械便能產(chǎn)生工作能力，直接投入到生產(chǎn)線上。比如在減速器部件的制造過程中，如果使用3D打印技術(shù)，就能縮短制造的工序，讓部件能夠以更快的速度鑄造成型，不僅質(zhì)量得到保障，而且成本也得到精簡(jiǎn)。

（三）仿真技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

當(dāng)前仿真技術(shù)正在迅速發(fā)生，仿真技術(shù)又叫擬真技術(shù)，是基于計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)開發(fā)出的具有擬真能力的技術(shù)類型，將仿真技術(shù)引入到機(jī)械行業(yè)中，可以極大的加快機(jī)械制造領(lǐng)域的發(fā)展速度。仿真技術(shù)擁有很好的模擬效果和物理效果，在設(shè)計(jì)過程中我們可以用這種技術(shù)在構(gòu)建數(shù)學(xué)以及物理模型，推演設(shè)計(jì)的機(jī)械在實(shí)際生活中的應(yīng)用情況，從而更好的展開設(shè)計(jì)工作。

（三）可視化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

使用可視化技術(shù)可以將復(fù)雜的機(jī)械數(shù)據(jù)變得更加的直觀化，用可視化的手段來展現(xiàn)數(shù)據(jù)參數(shù)，工作人員就能更容易理解其中的內(nèi)容并更好的展開設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率。

二、計(jì)算機(jī)技術(shù)融入、發(fā)展與設(shè)計(jì)

（一）計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的融入

要想利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的自動(dòng)化就離不開優(yōu)秀開發(fā)團(tuán)隊(duì)的支持，而一個(gè)優(yōu)秀的技術(shù)工程開發(fā)師對(duì)于整個(gè)團(tuán)隊(duì)的構(gòu)建都是非常重要的。對(duì)于一個(gè)團(tuán)隊(duì)而言，只有科學(xué)的決策才能引導(dǎo)其更好地發(fā)展。當(dāng)用戶提出需要設(shè)計(jì)某種自動(dòng)化機(jī)械部件時(shí)，設(shè)計(jì)者就必須要充分了解用戶的需求，充分根據(jù)用戶的需求開展設(shè)計(jì)開發(fā)的前期準(zhǔn)備工作，并確定機(jī)械設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)什么樣的功能？達(dá)到怎樣的開發(fā)目標(biāo)？然后再制定相關(guān)的開發(fā)方案，在方案制定時(shí)可以多擬定幾個(gè)備選方案，從而避免在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)由于不確定因素的干擾導(dǎo)致方案無(wú)法正常運(yùn)行。

（二）微型化發(fā)展

將設(shè)計(jì)微型化是機(jī)械設(shè)計(jì)制造未來的發(fā)展趨勢(shì)。在未來的發(fā)展中，機(jī)械設(shè)計(jì)將會(huì)走向小型化、微型化的道路，設(shè)計(jì)的面積更小，能耗也更低，所具備的功能也全面和豐富，這將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的發(fā)展。

（三）邏輯化設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)邏輯數(shù)據(jù)的過程中，不僅要注意對(duì)每一個(gè)個(gè)體進(jìn)行全面考慮，還要充分考慮個(gè)體與個(gè)體之間的聯(lián)系，這些交錯(cuò)關(guān)系的描述最好是根據(jù)圖形化的方式來表達(dá)，這是最為形象和直觀的展現(xiàn)方式，與邏輯學(xué)中的歐拉圖有些類似。很多時(shí)候在需要明確說明幾個(gè)概念外延的關(guān)系時(shí)，就會(huì)運(yùn)用到歐拉圖。但是要注意在說明一些軟甲規(guī)格時(shí)，要堅(jiān)決避免出現(xiàn)不完全性、模糊性和矛盾性內(nèi)容。比如滿足系統(tǒng)功，滿足系統(tǒng)能不能只圍繞某個(gè)單一的要求，其主要滿足一系列的機(jī)械功能和機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]。

自動(dòng)化的設(shè)計(jì)必須要建立在計(jì)算機(jī)的邏輯基礎(chǔ)上，使用者在設(shè)計(jì)需求分析過程中說明機(jī)械的功能和服務(wù)目的時(shí)，所需開展的工作中該款軟件功能如何實(shí)現(xiàn)的充分條件的考察與研究是最為首要的[2]。比如我們用計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)械臂的設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，就可以利用粒子算法計(jì)算機(jī)械臂的活動(dòng)空間。粒子群算法是把所有個(gè)體視為在搜索空間中的一個(gè)沒有重量與體積的粒子，在此基礎(chǔ)上在搜索空間內(nèi)經(jīng)一定的速度飛行[3]。此飛行速度依附于個(gè)體的飛行經(jīng)驗(yàn)與群體的飛行經(jīng)驗(yàn)予以動(dòng)態(tài)調(diào)整。舉例說明，針對(duì)第 個(gè)微粒表示的D維向量，粒子們?cè)谒阉骺臻g內(nèi)跟蹤兩個(gè)最大系數(shù)；第1個(gè)最大系數(shù)即為粒子本身所找到的最優(yōu)解，此解即為個(gè)體極值Pbest，記為 Pi=（pil，pi2，pid），第2個(gè)最大系數(shù)即為群體所經(jīng)歷過的最好區(qū)間，此解即為全局極值gbest，記為Pg=（pg1，pg2，pgd），粒子的速度通過Vi=（Vil，Vi2，Vid）表示，各粒子的區(qū)間即為一個(gè)潛在的解，在每一次迭代計(jì)算時(shí)，粒子的第d維（1≤d≤D）能夠依附于下述公式更新自己的速度及區(qū)間：

上述公式rand[0，1]區(qū)間內(nèi)變化的隨機(jī)數(shù)；c1，c2即為正實(shí)數(shù)，稱作加速度常數(shù)，起作用即為調(diào)節(jié)各迭代的步長(zhǎng)，通常設(shè)置為2；w即為慣性權(quán)重，其作用即為調(diào)整算法的搜索能力；n即為迭代次數(shù)[4]。

在線控制時(shí)，主要對(duì)徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)inverse-dynamics模型控制裝置隱含層節(jié)點(diǎn)中心權(quán)值cij，隱含層節(jié)點(diǎn)中心寬度σi，為網(wǎng)絡(luò)輸出層權(quán)值wi予以優(yōu)化。依附于實(shí)情選用相匹配的徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，在此基礎(chǔ)上把網(wǎng)絡(luò)的中心值、寬度以及輸出權(quán)值視作粒子的構(gòu)成因子，（記為xi），令式（7）即適應(yīng)度函數(shù)。優(yōu)化過程序?yàn)椋?/p>

依附于具體問題，構(gòu)建有關(guān)系數(shù)，其中包括種群規(guī)模m、循環(huán)代數(shù)G，慣性權(quán)重w，加速度常數(shù)c1，c2以及粒子飛行速度的上界與下界，初始化群體內(nèi)的粒子的區(qū)域；在一個(gè)采樣過程中，獲取系統(tǒng)輸出系數(shù)，同時(shí)依附于設(shè)定輸出，通過目標(biāo)函數(shù)評(píng)價(jià)相關(guān)粒子的適應(yīng)區(qū)間函數(shù)Ji；把各粒子的適應(yīng)系數(shù)和群體經(jīng)歷的歷史最佳系數(shù)Jibest予以對(duì)比，若既有適應(yīng)度系數(shù)更優(yōu)，那么選擇既有的系數(shù)更新Jibest；

根據(jù)式子更新各粒子的位置和速度；判斷粒子飛行的速度是否超過最大速度限制，若超過，則限制速度在指定范圍內(nèi)，計(jì)算優(yōu)化性能標(biāo)準(zhǔn)，若滿足結(jié)束條件，那么即可返回既有的最佳粒子結(jié)果，同時(shí)通過最優(yōu)系數(shù)作為網(wǎng)絡(luò)系數(shù)計(jì)算控制輸出，從而確定機(jī)械的設(shè)計(jì)參數(shù)

三、結(jié)語(yǔ)

合理的在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)才能有效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)計(jì)，加強(qiáng)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，有鑒于此，我們也要積極在將計(jì)算機(jī)技術(shù)合理的融入機(jī)械產(chǎn)業(yè)中，如此才能助力整個(gè)行業(yè)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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