動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

佟童　趙宇　王麗娟　孫鵬　陳武東

農(nóng)業(yè)機(jī)械是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的體現(xiàn)與基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)工作是農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)第一步，也是決定整個(gè)農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，科研單位和生產(chǎn)廠家大多數(shù)采用數(shù)學(xué)模型的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。在利用模擬優(yōu)化的方法進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，這會(huì)產(chǎn)生農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的誤差加大，并會(huì)因設(shè)計(jì)中靈活性不足而出現(xiàn)市場(chǎng)化和適應(yīng)性的不足。動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法是遺傳算法的優(yōu)化，通過動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法可以以模糊控制、動(dòng)態(tài)控制和遺傳算法等諸多方法來實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程效率的提升和質(zhì)量的提高，進(jìn)而達(dá)到對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)效率和農(nóng)業(yè)機(jī)械市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的提升與培養(yǎng)，從設(shè)計(jì)、技術(shù)與市場(chǎng)三個(gè)層面促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝配與生產(chǎn)水平的提高。

一、動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的概述

1.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的概念

動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法是新時(shí)期農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中新興的方法，是通過計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)、優(yōu)化遺傳算法、實(shí)物模型等各類設(shè)計(jì)方法的優(yōu)化，在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的整體過程中不斷調(diào)整和更新的方法。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用可以提高設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)出的農(nóng)機(jī)設(shè)備更符合生產(chǎn)與市場(chǎng)的要求，這有利于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械的性能，進(jìn)而提升整個(gè)農(nóng)機(jī)的技術(shù)與裝備發(fā)展水平，有助于農(nóng)業(yè)機(jī)械化、現(xiàn)代化核心發(fā)展目標(biāo)與任務(wù)的完成。

2.動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用的流程

動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中不但應(yīng)用范圍廣泛，各種類型的農(nóng)機(jī)具都可以利用動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法具有應(yīng)用水平深入的特點(diǎn)，各種農(nóng)機(jī)的核心部件都可以通過動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的應(yīng)用來提升部件的強(qiáng)度與技術(shù)性能。動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法應(yīng)用在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該注意應(yīng)用的基本流程，只有流程做到了規(guī)范化，動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的優(yōu)勢(shì)才能夠得到發(fā)揮，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量也才能落實(shí)到科學(xué)、可控的范圍之內(nèi)。動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法應(yīng)用與農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)該注意如下主要步驟和流程：農(nóng)業(yè)機(jī)械項(xiàng)目立項(xiàng)→農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字模型建立→農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字模型遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)→數(shù)字虛擬樣機(jī)模型建立→模糊控制與動(dòng)態(tài)控制→實(shí)物模型。只有注意上述環(huán)節(jié)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法才能夠有科學(xué)的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)成果也能夠得到市場(chǎng)與實(shí)踐的認(rèn)可。

二、農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)學(xué)模型建立

應(yīng)該根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械的功能、結(jié)構(gòu)、操作和系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)部件的分解，建立起農(nóng)業(yè)機(jī)械每個(gè)部位的數(shù)學(xué)模型，這有利于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作的開展，同時(shí)也有助于提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量。在農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字模型的建立過程中，應(yīng)該針對(duì)動(dòng)力裝備、受力裝備、荷載結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)控制，這是決定農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)水平的關(guān)鍵。

三、農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字模型優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.確定農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的數(shù)字變量

數(shù)字變量的設(shè)置可以優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，對(duì)于農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)際的強(qiáng)度、效率和安全有著重要的影響。應(yīng)該根據(jù)行業(yè)的規(guī)范、傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)確定農(nóng)業(yè)機(jī)械主要的強(qiáng)度、規(guī)格，這樣有利于提高數(shù)字變量的準(zhǔn)確性與有效性。

2.確定農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的約束條件

要結(jié)合農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的核心工作和主導(dǎo)思想確定設(shè)計(jì)工作中各種變量的變動(dòng)區(qū)間和波動(dòng)范圍；查閱農(nóng)機(jī)生產(chǎn)和制造材料的理化資料，確保對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械重點(diǎn)部件加工的約束條件，從力矩、彎曲度、壁厚等方面提升農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的水平。

四、農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)字虛擬樣機(jī)模型建立

1.農(nóng)業(yè)機(jī)械模型參數(shù)的確定

獲得農(nóng)業(yè)機(jī)械模型參數(shù)的方法有多種，以便應(yīng)用幾何定位點(diǎn)法進(jìn)行主要參數(shù)的設(shè)定，對(duì)于主要定位參數(shù)要參照?qǐng)D紙，對(duì)于農(nóng)機(jī)部件的運(yùn)動(dòng)質(zhì)心與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量需要借助UG軟件，以計(jì)算的方法獲得。

2.農(nóng)機(jī)裝置模型的檢驗(yàn)

使用ADAMS/View等對(duì)創(chuàng)建農(nóng)業(yè)機(jī)械裝置多體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，以試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)方案及結(jié)果的可行性，對(duì)優(yōu)化前后的農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)，通過試驗(yàn)臺(tái)的數(shù)據(jù)采集卡和基于Visual軟件編寫的性能檢測(cè)軟件，來提升農(nóng)機(jī)裝置的合理性與適用性。

3.農(nóng)業(yè)機(jī)械實(shí)物模型

實(shí)物模型是農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中最后的環(huán)節(jié)，這一過程中要利用動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的優(yōu)勢(shì)對(duì)實(shí)物模型進(jìn)行不斷優(yōu)化，同時(shí)做到對(duì)數(shù)字模型的不斷調(diào)整，以此來確保農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造的同步性，也有助于節(jié)約農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本。

五、結(jié)語

動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法具有可調(diào)整和可深度優(yōu)化，在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)工作中以動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法可以建立動(dòng)態(tài)的數(shù)字模型。在各類數(shù)學(xué)算法優(yōu)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械和設(shè)備的科學(xué)設(shè)計(jì)。這不但可以提高設(shè)計(jì)的可行性，而且也可以大幅度提升設(shè)計(jì)的效率，詳細(xì)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法將會(huì)是農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的主流方式與方法。應(yīng)該從動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法關(guān)鍵步驟出發(fā)，做好過程和細(xì)節(jié)方面的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，這樣才能使農(nóng)業(yè)機(jī)械更能適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而使農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、加工和制造水平得到全面提升。endprint