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【關(guān)鍵詞】機(jī)械；優(yōu)化設(shè)計(jì)；方法特點(diǎn)

一、機(jī)械優(yōu)化概述

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)于不斷發(fā)展的生產(chǎn)現(xiàn)代化而發(fā)展起來的。它建立在數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)的評價體系來從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋到盡可能完善的或最適宜的設(shè)計(jì)方案。該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展非常迅速，并且取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。那就讓我們關(guān)注機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中那些重要的量。

1.設(shè)計(jì)變量

設(shè)計(jì)變量是指在設(shè)計(jì)過程中我們必須全面考慮確定的各項(xiàng)獨(dú)立參數(shù)，一旦這些設(shè)計(jì)參數(shù)全部確定了，設(shè)計(jì)方案也就完全確定了。他們在整個設(shè)計(jì)過程中相當(dāng)于一個個變量，變量的多少與數(shù)值大小直接影響著優(yōu)化工作的復(fù)雜程度。也就是說，設(shè)計(jì)變量數(shù)目越多，設(shè)計(jì)空間的維數(shù)越大，優(yōu)化設(shè)計(jì)工作也就越復(fù)雜，同時效益也越顯著。因此在選擇設(shè)計(jì)變量時。必須兼顧優(yōu)化效果的顯著性和優(yōu)化過程的復(fù)雜性。

2.約束條件

約束條件是設(shè)計(jì)變量間或設(shè)計(jì)變量本身應(yīng)該遵循的限制條件，而優(yōu)化設(shè)計(jì)問題大多數(shù)是約束的優(yōu)化問題。針對優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型要素的不同情況，可將優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分類。約束條件的形式有顯約束和隱約束兩種，前者是對某個或某組設(shè)計(jì)變量的直接限制，后者則是對某個或某組變量的間接限制。等式約束對設(shè)計(jì)變量的約束嚴(yán)格，起著降低設(shè)計(jì)變量自由度的作用。優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程就是在設(shè)計(jì)變量的允許范圍內(nèi)，找出一組優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量值，使得目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)值。

3.目標(biāo)函數(shù)

在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，每一個變量之間都存在著一定的相互關(guān)系這就是用目標(biāo)函數(shù)來反映。他可以直接用來評價方案的好壞。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)變量的多寡將優(yōu)化設(shè)計(jì)分為單目標(biāo)優(yōu)化問題和多目標(biāo)優(yōu)化問題，而我們最常見的就是多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化。

一般而言，目標(biāo)函數(shù)越多，設(shè)計(jì)的綜合效果越好，但問題求解越復(fù)雜。在實(shí)際的設(shè)計(jì)問題中，常常會遇到在多目標(biāo)函數(shù)的某些目標(biāo)之間存在矛盾的情況，這就要求設(shè)計(jì)者正確處理各目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系。對這類多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題的研究，至今還沒有單目標(biāo)函數(shù)那樣成熟。

二、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，每一種優(yōu)化方法都是針對某一種問題而產(chǎn)生的，都有各自的特點(diǎn)和各自的應(yīng)用領(lǐng)域。優(yōu)化設(shè)計(jì)是以建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的。它引用了一些新的概念和術(shù)語，如前面所述的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件等用來作為機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論依托。設(shè)計(jì)師可以將機(jī)械設(shè)計(jì)的具體要求構(gòu)造成數(shù)學(xué)模型，將機(jī)械設(shè)計(jì)的問題轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)學(xué)問題，然后應(yīng)用理論推理和驗(yàn)算來找到最優(yōu)解決途徑。優(yōu)化設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，開創(chuàng)了應(yīng)用新的有效的解決機(jī)械設(shè)計(jì)問題的途徑。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是被動地重復(fù)分析產(chǎn)品的性能，而現(xiàn)代的優(yōu)化設(shè)計(jì)卻能夠主動設(shè)計(jì)產(chǎn)品的參數(shù)，從整體的大局出發(fā)找尋最優(yōu)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有所不同。它是以計(jì)算機(jī)自動設(shè)計(jì)選優(yōu)為其基本特征的。借助于計(jì)算機(jī)的高速高效率，我們可以可以從大量的方案中選出最優(yōu)方案。

作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)不僅要求方案可行、合理，而且應(yīng)該是一些指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的理想方案，這樣才能使機(jī)械產(chǎn)品為企業(yè)帶來可觀效益。

三、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的評判指標(biāo)

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中所要解決問題的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方案是非常關(guān)鍵的。因?yàn)榻鉀Q同一個問題可能有多種方法，而每一種方法也有可能會導(dǎo)致不同的結(jié)果，而我們需要的是可以更加體現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)的最優(yōu)方案。所以我們在選擇方案時一定要考慮一下四個原則：（1）效率要高。（2）可靠性要高。（3）采用成熟的計(jì)算程序。（4）穩(wěn)定性要好。另外選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法時要進(jìn)行深入的分析優(yōu)化模型的約束條件、約束函數(shù)及目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)復(fù)雜性、準(zhǔn)確性等條件結(jié)合個人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。優(yōu)化設(shè)計(jì)的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，通常認(rèn)為，對于目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計(jì)變量個數(shù)不太多的問題，采用懲罰函數(shù)法較好；對于只含線性約束的非線性規(guī)劃問題，最適應(yīng)采用梯度投影法；對于求導(dǎo)非常困難的問題應(yīng)選用直接解法，例如復(fù)合形法；對于高度非線性的函數(shù)，則應(yīng)選用計(jì)算穩(wěn)定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)相結(jié)合的方法。

四、結(jié)論

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)作為傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法而出現(xiàn)的一種更科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可使機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到更高的水平。近年來，隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的不斷發(fā)展和工作站計(jì)算能力的不斷挖掘，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和手段都有非常大的突破。且優(yōu)化設(shè)計(jì)思路不斷的開闊?？傊?，每一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法都是針對某一類問題而產(chǎn)生的，都有各自的特點(diǎn)，都有各自的應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在給定的載荷和環(huán)境下，在對機(jī)械產(chǎn)品的性能、幾何尺寸關(guān)系或其它因素的限制范圍內(nèi)，選取設(shè)計(jì)變量，建立目標(biāo)函數(shù)并使其獲得最優(yōu)值的一種新的設(shè)計(jì)方法，其方法多樣依據(jù)不同情形選擇合理的優(yōu)化方法才能更簡便高效的達(dá)到目標(biāo)。當(dāng)今的優(yōu)化正逐步的發(fā)展到多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用了先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和科學(xué)的最新成果。所以機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究必須與工程實(shí)踐、數(shù)學(xué)、力學(xué)理論、計(jì)算機(jī)緊密聯(lián)系起來，才能具有更廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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[3]周繼惠，曹青松，宋京偉，鐘建偉.傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和遺傳算法的比較[J].華東交通大學(xué)學(xué)報，2002（12）.

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關(guān)鍵詞 優(yōu)化方法 特點(diǎn) 選擇

中圖分類號：THl65.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的介紹

優(yōu)化方法是隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用而迅速發(fā)展起來，較早應(yīng)用于機(jī)械工程等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)。采用優(yōu)化方法，既可以使方案在規(guī)定的設(shè)計(jì)要求下達(dá)到某些優(yōu)化的結(jié)果，又不必耗費(fèi)過多的計(jì)算工作量，因而得到廣泛的重視，其應(yīng)用也越來越廣。優(yōu)化方法的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)值法、數(shù)值分析法和非數(shù)值分析法三個階段。近年來發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，在引入優(yōu)化設(shè)計(jì)方法后，使得在設(shè)計(jì)工程中既能夠不斷選擇設(shè)計(jì)參數(shù)并評選出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，又可加快設(shè)計(jì)速度，縮短設(shè)計(jì)周期。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展要求機(jī)械產(chǎn)品日益更新的今天，把優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合起來，使設(shè)計(jì)工程完全自動化，已成為設(shè)計(jì)方法的一個重要發(fā)展趨勢。

2機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的分類及特點(diǎn)

2.1無約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法

無約束優(yōu)化設(shè)計(jì)是沒有約束函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。無約束可以分為兩類，一類是利用目標(biāo)函數(shù)的一階或二階導(dǎo)數(shù)的無約束優(yōu)化方法；另一類是只利用目標(biāo)函數(shù)值的無約束優(yōu)化方法。

2.2約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法

優(yōu)化設(shè)計(jì)問題大多數(shù)是約束的優(yōu)化問題，根據(jù)處理約束條件方法的不同可分為直接法和間接法。直接法常見的方法有復(fù)合形法、約束坐標(biāo)輪換法和網(wǎng)絡(luò)法等。其內(nèi)涵是構(gòu)造一個迭代過程，使每次的迭代點(diǎn)都在可行域中，同時逐步降低目標(biāo)函數(shù)值，直到求得最優(yōu)解。間接法常見的有懲罰函數(shù)法、增廣乘子法。它是將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成無約束優(yōu)化問題，再通過無約束優(yōu)化方法來求解，或者非線性優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成線性規(guī)劃問題來處理。

2.3遺傳算法

遺傳算法是一種非確定性的擬自然算法，它仿造自然界生物進(jìn)化的規(guī)律，對一個隨機(jī)產(chǎn)生的群體進(jìn)行繁殖演變和自然選擇，適者生存，不適者淘汰，如此循環(huán)往復(fù)，使群體素質(zhì)和群體中個體的素質(zhì)不斷演化，最終收斂于全局最優(yōu)解。最近幾年中遺傳算法在機(jī)械工程領(lǐng)域也開展了多方面的應(yīng)用，主要表現(xiàn)在：機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；可靠性分析；故障診斷；參數(shù)辨識；機(jī)械方案設(shè)計(jì)。遺傳算法盡管已解決了許多難題，但還存在許多問題，如算法本身的參數(shù)優(yōu)化問題、如何避免過早收斂、如何改進(jìn)操作手段或引入新的操作來提高算法的效率、遺傳算法與其它優(yōu)化算法的結(jié)合問題等。

2.4 蟻群算法

蟻群算法是受自然界中真實(shí)蟻群的集體行為的啟發(fā)而提出的一種基于群體的模擬進(jìn)化算法。蟻群算法對系統(tǒng)優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型沒有很高的要求，只要可以顯式表達(dá)即可，避免了導(dǎo)數(shù)等數(shù)學(xué)信息，使得優(yōu)化過程更加簡單，遍歷性更好，適合非線性問題的求解。

2.5模擬退火算法

模擬退火算法是一個全局最優(yōu)算法，以優(yōu)化問題的求解與物理系統(tǒng)退火過程的相似性為基礎(chǔ)，適當(dāng)?shù)目刂茰囟鹊南陆颠^程實(shí)現(xiàn)模擬退火，從而達(dá)到求解全局優(yōu)化問題的目的。模擬退火算法是一種通用的優(yōu)化算法，用以求解不同的非線性問題；對不可微甚至不連續(xù)的函數(shù)優(yōu)化，能以較大概率求得全局優(yōu)化解；并且能處理不同類型的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量（離散的、連續(xù)的和混合型的）；不需要任何的輔助信息，對目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)沒有任何要求。

3機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的選擇

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的特點(diǎn)（如約束問題），選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法是非常關(guān)鍵的，因?yàn)橥粋€問題可以有多種方法，而有的方法可能會導(dǎo)致優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果不符合要求。選擇優(yōu)化方法有四個基本原則：效率要高、可靠性要高、采用成熟的計(jì)算程序、穩(wěn)定性要好。另外選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法還需要個人經(jīng)驗(yàn)，深入分析優(yōu)化模型的約束條件、約束函數(shù)及目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)復(fù)雜性、準(zhǔn)確性等條件對它們進(jìn)行正確的選擇和建立。優(yōu)化設(shè)計(jì)的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，通常認(rèn)為，對于目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計(jì)變量個數(shù)不太多的問題，采用懲罰函數(shù)法較好；對于只含線性約束的非線性規(guī)劃問題，最適應(yīng)采用梯度投影法；對于求導(dǎo)非常困難的問題應(yīng)選用直接解法；對于高度非線性的函數(shù)，則應(yīng)選用計(jì)算穩(wěn)定性較好的方法。

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)作為傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法而出現(xiàn)的一種更科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可使機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到更高的水平。近年來，隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的不斷發(fā)展和工作站計(jì)算能力的不斷挖掘，機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方法和手段都有非常大的突破。且優(yōu)化設(shè)計(jì)思路不斷的開闊，仿生學(xué)理論、基因遺傳學(xué)理論和人工智能優(yōu)化等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的引入，都大大促進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的更新和完善。機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化給機(jī)械工程界帶來了巨大經(jīng)濟(jì)效益，隨著技術(shù)更新和產(chǎn)品競爭的加劇，優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展前景非常的廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫靖民.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2011.

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關(guān)鍵詞：高速公路；公路養(yǎng)護(hù)；施工決策；最優(yōu)化設(shè)計(jì)

前言

所謂高速公路養(yǎng)護(hù)施工決策最優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)上是指利用有限的養(yǎng)護(hù)資金，把高速公路路面發(fā)揮到最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)水平，或者從另一角度來看，即把高速公路路面產(chǎn)生最大的經(jīng)濟(jì)效益。最優(yōu)化的高速公路養(yǎng)護(hù)施工決策，在傳統(tǒng)的決策模式上有所創(chuàng)新，有利于降低資金的投入和減少二次施工對非保養(yǎng)路段的損害，更符合決策所要求的系統(tǒng)化、科學(xué)化和現(xiàn)代化。就目前我國高速公路養(yǎng)護(hù)施工決策常用的優(yōu)化方法，可分為數(shù)學(xué)規(guī)劃的優(yōu)化方法，目前在我國應(yīng)用最廣和人工智能的優(yōu)化方法兩大類，其中人工智能的優(yōu)化方法又稱遺傳算法。再者，高速公路路面養(yǎng)護(hù)施工決策設(shè)計(jì)分為單目標(biāo)路面養(yǎng)護(hù)決策和多目標(biāo)路面養(yǎng)護(hù)決策兩種。

1 高速公路路面損壞的常見原因

1.1 路面出現(xiàn)裂縫 由于高速公路長期荷載車流量過高，導(dǎo)致部分路段嚴(yán)重變形，甚至出現(xiàn)路面沉陷，出現(xiàn)裂縫。有些路段由于未能及時養(yǎng)護(hù)，常導(dǎo)致坑洞磨損等現(xiàn)象，加速高速公路結(jié)構(gòu)的破壞。

1.2 路面結(jié)構(gòu)完整性被破壞 由于我國大部分高速公路的建設(shè)參照傳統(tǒng)的方式，一些項(xiàng)目指標(biāo)未能按照國際標(biāo)準(zhǔn)去執(zhí)行。如耐久性設(shè)計(jì)、抗疲勞損傷設(shè)計(jì)、減隔震技術(shù)設(shè)計(jì)、路面狀況指數(shù)PCI、行駛質(zhì)量指數(shù)RQI、路面強(qiáng)度系數(shù)PSSI、行駛安全指數(shù)SRI等方面的測度和評價存在不足，容易忽略這些不足對高速公路路面的影響[1]。

1.3 施工材料選擇不當(dāng) 傳統(tǒng)的高速公路特別注重整體的穩(wěn)定性，所以把建設(shè)工程的目標(biāo)放在提高整體路面的硬度任務(wù)上。過硬的公路路面容易產(chǎn)生裂痕，不利于瀝青的攤鋪，且增大路面損壞的密度[1]。

2 高速公路養(yǎng)護(hù)施工決策最優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

高速公路的養(yǎng)護(hù)措施決策優(yōu)化包括兩個方面，即高速公路養(yǎng)護(hù)管理體系的最優(yōu)化和機(jī)械組合的最優(yōu)化。這就需要對高速公路的使用添加一定的約束條件，例如瀝青路面損壞程度的約束、車流量通行的約束等。

2.1 高速公路養(yǎng)護(hù)施工管理與機(jī)械組合要求和約束指標(biāo) 該要求的優(yōu)化目標(biāo)是尋找有效的養(yǎng)護(hù)對策，在約束條件的限制下，指定維修和路面養(yǎng)護(hù)計(jì)劃。所要求的數(shù)據(jù)資料有交通量、路段長度、路面類型、設(shè)備租買、材料預(yù)計(jì)、人力準(zhǔn)備、路面狀況各個評價指標(biāo)等。對于路面養(yǎng)護(hù)施工管理系統(tǒng)，主要是協(xié)調(diào)各個部門的人力資源、設(shè)備、材料等對路況進(jìn)行調(diào)查、評價，在相應(yīng)時間內(nèi)作出效果最佳的養(yǎng)護(hù)對策和計(jì)劃。

高速公路的不同路面狀況、不同路面損壞類型、不同路面損壞密度都會影響到?jīng)Q策的設(shè)計(jì)，一些相關(guān)的約束指標(biāo)因此受到重視。日常養(yǎng)護(hù)維修的施工時間應(yīng)在2 - 4 （h? km -1），施工成本應(yīng)控制在0.5 （萬元?km -1 ）。局部挖補(bǔ)、鋪蓋3cm罩面耗時較短，稀漿封層和磨耗層耗時比較長。引用數(shù)學(xué)期望E值來測評高速公路養(yǎng)護(hù)的決策。對于高速公路路面狀況基本良好，但抗滑性能不足，E值在30，此時可安排日常維修。對于路面凹凸不平、接縫處平整性不足、路面破損較為嚴(yán)重，則需采取局部或者大面銑刨，鋪蓋稀漿封層以及磨耗層。

2.2 高速公路養(yǎng)護(hù)施工管理系統(tǒng)流程 高速公路路面養(yǎng)護(hù)的管理系統(tǒng)流程包括調(diào)查儀器的采用、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)傳送等。采用相關(guān)電腦數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件，打開最優(yōu)值的計(jì)算程序，負(fù)責(zé)人僅需把高速公路各路段的數(shù)據(jù)收集好并錄入Access數(shù)據(jù)庫中，記錄成表，根據(jù)路況的路線確定每一個區(qū)段的養(yǎng)護(hù)時間、資金的合理分配以及相關(guān)工作人員的合理安排，以便于分析和觀察。在明確給定的養(yǎng)護(hù)資金限額下，用線性規(guī)劃確定每一個區(qū)段的最優(yōu)養(yǎng)護(hù)施工的短期、中期、長期養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，大大提高公路使用的耐久性并且有效地控制養(yǎng)護(hù)資金。最后，由負(fù)責(zé)人在電腦上輸出高速公路每一個區(qū)段的最佳資金分配、最佳工作人數(shù)分配、時間的最佳安排。此過程可進(jìn)行不斷地修改與調(diào)整，路況的現(xiàn)實(shí)情況也可作為一個反饋促進(jìn)養(yǎng)護(hù)施工設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

2.3 高速公路掩護(hù)施工組織與機(jī)械組合最優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.3.1 組合安全作業(yè)最優(yōu)化設(shè)計(jì) 解決組合安全作業(yè)最優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論依據(jù)是數(shù)學(xué)模型?？稍O(shè)定路面不同損壞程度為A 1，A 2，A 3 ……，A m，養(yǎng)護(hù)方法和機(jī)械的組合方式有B 1，B 2，B3，……，B n ，因此針對每種損壞程度所采用的養(yǎng)護(hù)方法和機(jī)械組合可設(shè)定為a ij ，施工時間可用b m 表示，以養(yǎng)護(hù)方法所需的時間為施工決策的變量 X j。得公式如下：

Min Z = x 1 + x 2 + x 3 + …… + x n

∑a ij x n ≥ b m

（n = 1 ， 2 ， 3 ，……，N）

2.3.2 組合使用成本最優(yōu)化設(shè)計(jì) 和組合安全作業(yè)最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法一樣，設(shè)定路面的不同損壞類型分別為，A 1，A 2，A 3 ……，A m，養(yǎng)護(hù)方法和養(yǎng)護(hù)機(jī)械的組合方式為B 1，B 2，B3，……，B n ，針對每一種路面損壞類型所采用相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)方法和養(yǎng)護(hù)器械組合為a ij ，為使施工成本降到最優(yōu)值，設(shè)定施工成本為b’m 。高速公路養(yǎng)護(hù)施工組織與養(yǎng)護(hù)器械組合投資成本最優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型公式如下：

Min Z = x 1 + x 2 + x 3 + …… + x n

∑a ij x n ≥ b’m

（n = 1 ， 2 ， 3 ，……，N）

2.4 瀝青路面攤鋪 對于瀝青的攤鋪要選擇恰當(dāng)?shù)臄備仚C(jī)，所采用的原料要嚴(yán)格檢驗(yàn)。此外，還要按照指示邊樁和標(biāo)高進(jìn)行攤鋪，控制好地基鋪筑厚度，使得橋路接縫處更順治、緊密。熱拌瀝青混合料的攤鋪要嚴(yán)格按照操作規(guī)程控制，對每個路面保養(yǎng)區(qū)段分配專人進(jìn)行檢查，其內(nèi)容主要包括壓實(shí)溫度、瀝青混合料的顏色、配比情況，對每一項(xiàng)檢查均認(rèn)真做好記錄。當(dāng)施工環(huán)境氣溫大于等于10°C時，瀝青的攤鋪溫度應(yīng)大于等于120°C，碾壓開始的溫度應(yīng)大于等于110°C，碾壓后的溫度應(yīng)降低到70°C以下。熱拌瀝青混合料的碾壓順序由橋梁接縫處開始碾壓全路，機(jī)械應(yīng)選擇輕型，然后進(jìn)行第二次復(fù)壓，機(jī)械改為重型，最后一次終壓，機(jī)械改為輕型，機(jī)械輪跡重疊寬度不應(yīng)該超過200 mm。

結(jié)束語

高速公路路面的養(yǎng)護(hù)施工是工程的重要環(huán)節(jié)，其對于提高公路使用的安全性、耐久性、適用性有著非常大的幫助。對于高速公路養(yǎng)護(hù)施工組織與機(jī)械的最優(yōu)化組合決策，就是把施工方案的執(zhí)行更加符合經(jīng)濟(jì)性和合理性。從組合安全作業(yè)最優(yōu)化和使用成本最優(yōu)化這兩方面進(jìn)行施工決策設(shè)計(jì)，提供的數(shù)學(xué)模型能高效地解決路面斷裂、翻漿、接縫處出現(xiàn)橫裂或者資金有限、分配不足等問題。完善的高速公路養(yǎng)護(hù)施工管理系統(tǒng)流程有利于負(fù)責(zé)人把項(xiàng)目的每一環(huán)把握到位，提高施工的效率，減少成本，使現(xiàn)有資金得到高效分配。

不同高速公路損壞路段有不同的養(yǎng)護(hù)方案和養(yǎng)護(hù)工具，施工者應(yīng)具體問題具體分析，選擇最優(yōu)的養(yǎng)護(hù)方案和養(yǎng)護(hù)工具，作出最優(yōu)化的決策。

篇4

關(guān)鍵詞：船舶結(jié)構(gòu)；機(jī)械 工程；設(shè)計(jì)

中圖分類號：TH122文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

引言

如前所述，在船舶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中能用到的變量都有好幾個限定條件，多個限定條件使得優(yōu)化結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)一些問題，為解決相關(guān)問題應(yīng)選用有效的離散變量。在船舶結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)中，主要參考現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及工程的一些特征作為其未來的發(fā)展方向或前景。綜觀以往研究，國外更加注重開發(fā)優(yōu)化算法，在規(guī)范設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)以及專家經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)用方面有所忽視。機(jī)械 工程在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用減少了用戶的計(jì)算量以及對經(jīng)驗(yàn)和機(jī)械 的需求，很大程度上提高了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的水平。

基本原理介紹

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中機(jī)械 工程的應(yīng)用

作為一種工程理論，機(jī)械 工程實(shí)現(xiàn)了機(jī)械 在不同領(lǐng)域的多重使用，它以將在相關(guān)領(lǐng)域長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)嵌入新型軟件為核心，通過推理和邏輯分析達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的目的。

對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化時，要求在條件限制下，設(shè)計(jì)一組包含數(shù)學(xué)函數(shù)以及其變量等參考數(shù)據(jù)，以便滿足目標(biāo)最優(yōu)化。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用機(jī)械 工程能夠幫助用戶在最初目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)項(xiàng)設(shè)計(jì)，以求在參數(shù)的不斷變化中找到最佳設(shè)計(jì)方案。

機(jī)械 工程的關(guān)鍵在于其對機(jī)械 的表示、獲取和推理。實(shí)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用機(jī)械 工程要能夠利用技術(shù)獲取機(jī)械 ，然后能夠?qū)⑺脵C(jī)械 按某種形式轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)語言，最后在遇到具體問題時充分利用存儲庫中的機(jī)械 加以解決。

建立機(jī)械 庫

作為機(jī)械 的集合，機(jī)械 庫中儲存了大量的案例、規(guī)則和積累的經(jīng)驗(yàn)。在機(jī)械 庫建立過程中，首先要對相關(guān)文獻(xiàn)以及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行整理劃分，將相關(guān)機(jī)械 按某種類別加以劃分，最后整理出針對不同問題的解決對策，并將其存入數(shù)據(jù)庫，作為機(jī)械 儲備。在獲取機(jī)械 時可以根據(jù)不同情況采用不同的方法，既可以向相關(guān)行業(yè)專家咨詢，也可以查閱文獻(xiàn)，不斷進(jìn)行歸類整理。機(jī)械 庫的建立就是要為用戶解決問題、利用機(jī)械 提供有效的渠道。

相關(guān)概念的界定

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、是否符合制定的標(biāo)準(zhǔn)，需要我們通過一定的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則和公式來進(jìn)行檢查。以下是對相關(guān)概念的界定：

表格設(shè)計(jì)。其用來表示不同產(chǎn)品的不同性能，由于產(chǎn)品的大小、形狀各不相同，因此將產(chǎn)品的各種特性編制成表格更能清晰的反應(yīng)出來，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

規(guī)則設(shè)計(jì)。其主要指活動中各項(xiàng)具體規(guī)則的制定。

檢查設(shè)計(jì)。通過該設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)對信息的快速判斷。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的流程與策略

流程設(shè)計(jì)

船舶體積龐大，在設(shè)計(jì)過程中會用到相關(guān)離散變量，諸如板材的樣式、厚度、寬度等。這些變量學(xué)科關(guān)聯(lián)度高、對設(shè)計(jì)的要求高、需要設(shè)定的限定條件也多，這使得設(shè)計(jì)中多峰性以及非線性問題嚴(yán)重。因此，在該設(shè)計(jì)中需要大量的計(jì)算以及數(shù)據(jù)的存儲，這樣耗費(fèi)的時間過長。在將機(jī)械 工程引入以后，有效的解決了這些問題，在機(jī)械 庫中構(gòu)建并存儲有關(guān)船舶設(shè)計(jì)的專家經(jīng)驗(yàn)、規(guī)范要求以及相關(guān)數(shù)據(jù)使得模型設(shè)計(jì)與參數(shù)實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。

專家指出船舶支架中的約束條件較為保守，只有滿足限定條件才能達(dá)到較好的設(shè)計(jì)效果。對于有些結(jié)構(gòu)較小的部件，由于其占據(jù)船舶重量的比例較小，對設(shè)計(jì)產(chǎn)生較小的影響，因此再設(shè)計(jì)時可將其作為已經(jīng)變量，重點(diǎn)放在對傳播者橫踢影響較大的部件上，這樣能夠大大提高效率，縮短設(shè)計(jì)的時間。

（二）策略設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)船舶橫艙結(jié)構(gòu)時除了需要用到離散變量以外，會用到隨機(jī)變量。由于在該設(shè)計(jì)中用到標(biāo)準(zhǔn)化的材料，因此要在機(jī)械 庫中選擇標(biāo)準(zhǔn)材料；對于水平與垂直材料的焊接，應(yīng)該選擇隨機(jī)變量來衡量材料的厚度和高度；在依據(jù)相關(guān)規(guī)范對船舶橫艙進(jìn)行設(shè)計(jì)以后，很容易發(fā)現(xiàn)其中的限定條件多為限制橫艙材料的厚度；剖面模數(shù)主要限制垂直材料；除此之外，板材的高度和厚度也要形成一定比例。在設(shè)計(jì)過程中還要充分考慮局部設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性，材料厚度設(shè)計(jì)要結(jié)合機(jī)械 庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)來進(jìn)行。

在具體設(shè)計(jì)中，可以將船舶橫艙的高度以及寬度設(shè)定為已知參數(shù)，依據(jù)機(jī)械 庫中存儲的數(shù)據(jù)對其賦值。變量主要是指在設(shè)計(jì)時能變動的參數(shù)，變動的所有數(shù)值將會有具體的方案與之相對。因此在設(shè)計(jì)時要使板材的參數(shù)與表格設(shè)計(jì)中的參數(shù)相對，分別對厚度、高度、寬度設(shè)置參數(shù)。限定條件的設(shè)計(jì)主要是針對剖面模數(shù)的限制以及材料和工藝穩(wěn)定性的限制。設(shè)計(jì)中也需要注意公式以及模型的編寫，這時機(jī)械 庫的作用尤為明顯。借助機(jī)械 庫中儲存的規(guī)則、公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)規(guī)劃，能夠有效的避免公式的重復(fù)編寫，減小了計(jì)算量，同時保護(hù)了企業(yè)的資產(chǎn)。

通過建立數(shù)據(jù)和限定條件、選取相關(guān)的模型，將會實(shí)現(xiàn)機(jī)械 理論向數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)變。優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)以減輕船舶重量，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)。同時該設(shè)計(jì)也豐富了機(jī)械 庫中經(jīng)驗(yàn)的積累，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械 和資源的有效共享。機(jī)械 工程在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的運(yùn)用，在更大程度上提升了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的水平。

結(jié)束語

綜上所述，機(jī)械 工程在船舶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有效的解決了許多設(shè)計(jì)方面的問題或難題。同時，數(shù)據(jù)與限定條件的建立以及模型的選取，真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)械 理論向數(shù)學(xué)模型的轉(zhuǎn)變。在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，船舶的重量在不斷減小，生產(chǎn)的投入也在不斷降低，而經(jīng)濟(jì)效益與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)卻在日益提高，可以說有效實(shí)現(xiàn)了機(jī)械 與資源的共享。所以，我們一定要積極推動機(jī)械 工程在船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用，爭取取得更好的應(yīng)用效果。

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篇5

中圖分類號：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791 （2010)04(a)-0000-00

機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)使用要求對機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動方式、方法等進(jìn)行構(gòu)思、分析和計(jì)算并將這些轉(zhuǎn)化為具體的描述以人為制造依據(jù)的工作過程。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)也稱常規(guī)設(shè)計(jì)，是一種以強(qiáng)度和低壓控制為中心的安全系數(shù)設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、類比設(shè)計(jì)和機(jī)電分離設(shè)計(jì)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性，在注重整體功能的基礎(chǔ)上以現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)作為工具，提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量、效率和精度，滿足了產(chǎn)品對經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和可靠性統(tǒng)一的要求。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)在功能、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求方面都有明顯的優(yōu)勢。

一、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較

1、傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法以直覺設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、靜態(tài)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，所使用的設(shè)計(jì)方法有理論設(shè)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)兩種。（1)根據(jù)長期總結(jié)出來的設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所進(jìn)行的設(shè)計(jì)稱為理論設(shè)計(jì)。實(shí)際情況往往復(fù)雜多變，理論設(shè)計(jì)對問題的考慮不夠全面，若安全系數(shù)選擇過大，則產(chǎn)品可能超大。若安全系數(shù)過小，又很難保證產(chǎn)品的安全性。（2)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)指根據(jù)某類零件已有的設(shè)計(jì)方法與經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，或者按照設(shè)計(jì)者個人的工作經(jīng)驗(yàn)用類比方法進(jìn)行的設(shè)計(jì)。隨著設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，技術(shù)系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，產(chǎn)品更新的速度也在逐漸加快，經(jīng)驗(yàn)類比的設(shè)計(jì)方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場的需求。

2、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法是以思維科學(xué)、設(shè)計(jì)理論系統(tǒng)工程為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)作為工具的各種技術(shù)和程序的總和。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是靜態(tài)系統(tǒng)、以經(jīng)驗(yàn)作為方法，純手工手段的；現(xiàn)代設(shè)計(jì)是動態(tài)系統(tǒng)，以科學(xué)為方法，用計(jì)算機(jī)手段。在設(shè)計(jì)方法上，與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)相比現(xiàn)代設(shè)計(jì)在機(jī)械零件的設(shè)計(jì)上更可靠、更優(yōu)化。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中涉及到的設(shè)計(jì)變量如材料強(qiáng)度、尺寸、應(yīng)力等，當(dāng)成服從某種分布的隨機(jī)變量，并根據(jù)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)要求，用概率統(tǒng)計(jì)的方法得出零部件和元器件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和尺寸。根據(jù)概率論的觀點(diǎn)，安全系數(shù)必須和對應(yīng)的可靠性聯(lián)系起來才有意義。如：按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法，安全系數(shù)大于1的零件是不應(yīng)該失效的，而實(shí)際應(yīng)用中，安全系數(shù)很大的零件也有可能發(fā)生失效。按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，對絕大多數(shù)零件(如齒數(shù)、輪齒寬、螺旋角等)的設(shè)計(jì)結(jié)果雖然在剛度、強(qiáng)度兩方面滿足了設(shè)計(jì)要求，往往因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)性和盲目性，很難達(dá)到最優(yōu)化結(jié)果?，F(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)跳出了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維，在符合一系列條件的前提下，求出滿足最優(yōu)效果的設(shè)計(jì)參數(shù)解。

此外，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往需要人工資料檢索、手工計(jì)算和繪圖，需要耗費(fèi)較多的時間和人力，設(shè)計(jì)質(zhì)量受到影響。計(jì)算機(jī)輔助集合人的經(jīng)驗(yàn)和智慧，將計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算功能和人的創(chuàng)造力結(jié)合起來，加速了設(shè)計(jì)進(jìn)程。

二、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)比較

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)形成了自己的理論方法和體系，匯集了多個專業(yè)和領(lǐng)域的知識，成為一門交叉學(xué)科。與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)相比，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有很多明顯的優(yōu)點(diǎn)。

1、傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)思維比較被動，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的主動性。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)依靠靈感和經(jīng)驗(yàn)，思維往往比較被動。而隨著現(xiàn)代技術(shù)的迅速發(fā)展和市場競爭的日益激烈，人們必須不斷的提出新的、大膽的開發(fā)目標(biāo)和設(shè)想，并運(yùn)用現(xiàn)有的最新科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造出全新的產(chǎn)品。傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能適應(yīng)這一需求?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)在進(jìn)行研究創(chuàng)造設(shè)計(jì)思維本身的規(guī)律時，運(yùn)用靈感、方案、優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)生的內(nèi)在邏輯，并由此產(chǎn)生了創(chuàng)造學(xué)、價值工程、設(shè)計(jì)方法學(xué)等理論。

2、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)注重機(jī)械本身預(yù)定功能的實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)要求把對象置身于大系統(tǒng)中，并對系統(tǒng)作出設(shè)計(jì)，將預(yù)定的功能在人—機(jī)—環(huán)境之間進(jìn)行合理分配。充分考慮到人的生理和心理因素，力求在人際之間做出最佳設(shè)計(jì)。此外，現(xiàn)代設(shè)計(jì)還考慮到機(jī)械從原料圖區(qū)、加工裝配、投入使用至報廢回收等全部生命周期中各個階段與環(huán)境的關(guān)系，以減少對自然環(huán)境的傷害并保證生態(tài)平衡。

3、現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)強(qiáng)化了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)對強(qiáng)度準(zhǔn)則的要求。有限單元法和斷裂力學(xué)等領(lǐng)域的研究成果在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，強(qiáng)化了設(shè)計(jì)者強(qiáng)度設(shè)計(jì)的能力，現(xiàn)代設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則也因此拓寬到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的更多領(lǐng)域?，F(xiàn)代消費(fèi)者對產(chǎn)品的需求從實(shí)用需求上升到物質(zhì)與精神享受并重的層次，對現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)提出了藝術(shù)和美學(xué)方面的要求。

4、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)歷時長、耗費(fèi)大，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)周期短，耗費(fèi)低。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)一般先根據(jù)目標(biāo)和任務(wù)做出第一個方案并造出樣機(jī)，然后對樣機(jī)評定、考核，進(jìn)行修改，形成第二套方案，如此反復(fù)，到滿意為止，設(shè)計(jì)過程周期長、耗費(fèi)高?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)根據(jù)各種給定的條件，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的原理和方法，借助計(jì)算機(jī)求取最佳設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)方案。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，優(yōu)化意識還延伸到產(chǎn)品的總體方案論證，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)各個方面，并產(chǎn)生了遺傳算法、模糊算法等許多新的理論方法。

5、傳統(tǒng)設(shè)計(jì)受思維進(jìn)度的約束，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)改變了這一缺陷。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，從概念設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)到編制工藝、計(jì)算工時成本，有許多部門用串行工作方法參與，需要一個漫長的過程，而現(xiàn)代的并行設(shè)計(jì)技術(shù)，使人們在作出一個方案的設(shè)計(jì)時，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)同時獲得后續(xù)過程相關(guān)信息，使設(shè)計(jì)者有可能及時修改方案，尋求一個全面、綜合的優(yōu)化方案。

三、小結(jié)

現(xiàn)代機(jī)械與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，在功能、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求方面都有明顯的優(yōu)勢，改變并完善了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的缺陷。它將許多學(xué)科和領(lǐng)域融合，并將這些技術(shù)在現(xiàn)實(shí)機(jī)械中實(shí)現(xiàn)了完美的結(jié)合。但現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)不僅僅個人行為，在設(shè)計(jì)群體中，所有成員都應(yīng)掌握現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)知識，做到相互了解和配合，并建立全局觀念，才能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械的完美設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡玲鳳.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2005(6):92-96.

篇6

（長沙市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，長沙410007）

摘要：建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對于項(xiàng)目的成本控制起著重要的作用。在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中引入價值工程理論，通過功能成本分析，將技術(shù)問題與經(jīng)濟(jì)問題緊密結(jié)合，以最低的成本費(fèi)用，可靠地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能，從而提高產(chǎn)品的價值，彌補(bǔ)設(shè)計(jì)工作的不足。本文通過價值工程在建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的使用，說明價值工程在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的意義，確保有效優(yōu)選。

關(guān)鍵詞 ： 建筑結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；價值工程

中圖分類號：TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）24-0130-02

作者簡介：羅利波（1978-），男，湖南長沙人，高級工程師，研究方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加固。

1 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述

1.1 傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，過程大致是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出一個設(shè)計(jì)方案和做法，用力學(xué)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件是否滿足規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、使用等方面的要求，或通過對少數(shù)幾個方案進(jìn)行比較而選出可用方案。通常的步驟是假設(shè)、分析、校核、重新設(shè)計(jì)。

1.2 建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

我國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論研究始于六十年代，1973年錢令希教授發(fā)表《結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的近展》，將數(shù)學(xué)規(guī)劃法和準(zhǔn)則法結(jié)合在一起，假定結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于滿應(yīng)力狀態(tài)，分別對構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化。由于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性，很多學(xué)者對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)做出大量的研究，使結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論研究不斷發(fā)展。1982年，錢令希教授在《我國結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)況》中詳細(xì)總結(jié)了這十年的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究和應(yīng)用方面的成果，為我國進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究指明方向。2001年，大連召開第四屆WCSMO會議，30多個國際200多位學(xué)者參加了會議，會議內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)與多學(xué)科問題的靈敏度計(jì)算、分析計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)及其工程應(yīng)用等。

目前，建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要指結(jié)構(gòu)綜合與優(yōu)選，過程大致是假設(shè)、分析、修改設(shè)計(jì)、最優(yōu)設(shè)計(jì)，這種修改設(shè)計(jì)是在滿足各種規(guī)范或特定要求的條件下，通過優(yōu)化方法，從管理、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)各方面綜合考慮，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序、應(yīng)用優(yōu)化理論方法，找出最優(yōu)級的方案（材料最省、造價最低、或某些指標(biāo)最佳的方案），以達(dá)到最優(yōu)目標(biāo)。

1.3 大師對建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的看法

中國工程院院士江歡成：“我國優(yōu)化設(shè)計(jì)工作方興未艾，大有可為。它符合可持續(xù)發(fā)展和科教興國兩大戰(zhàn)略，它是我國建設(shè)方針的體現(xiàn)，是科學(xué)發(fā)展觀在建筑行業(yè)中的落實(shí)。優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，私企、民企對此態(tài)度積極，國企相對不夠重視。建議政府給予支持”。

中國工程院院士程耿東：“在建筑領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅可行而且十分符合節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展觀。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一種基于計(jì)算機(jī)的快速自動設(shè)計(jì)過程，可以在滿足規(guī)范等約束條件下得到優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，降低成本造價，提高結(jié)構(gòu)性能。增大使用空間，縮短施工工期，是設(shè)計(jì)者追求的終極目標(biāo)，在建筑領(lǐng)域應(yīng)用和推廣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)更有著不同尋常的意義，對設(shè)計(jì)單位、開發(fā)商、百姓都是好消息，它是惠及百姓的環(huán)保設(shè)計(jì)理念，具有前瞻性，會帶來多贏”。

2 運(yùn)用價值工程優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

價值工程，是一門技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的現(xiàn)代管理科學(xué)，是通過對產(chǎn)品的功能與費(fèi)用系統(tǒng)分析，使之以最低的壽命周期成本，可靠地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能的管理方法。運(yùn)用這種方法，通過功能細(xì)化，去掉多余的功能，對功能實(shí)施重點(diǎn)控制，目的是以研究對象的最低壽命周期成本可靠地實(shí)現(xiàn)使用者所需功能，以獲取建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益、社會效益以及環(huán)境效益的最佳結(jié)合。

價值工程以功能分析為核心，著眼于建筑產(chǎn)品的壽命周期成本。建設(shè)費(fèi)用、使用費(fèi)用與功能水平的變化規(guī)律決定了壽命周期成本（圖1），隨著功能水平提高，建筑產(chǎn)品的使用費(fèi)用降低，建設(shè)費(fèi)用卻在增高，反之，使用費(fèi)用增高，建設(shè)費(fèi)用降低；建設(shè)費(fèi)用C1的曲線和使用費(fèi)用C2的曲線的交點(diǎn)所對應(yīng)的最低壽命周期成本Cmin才是最低的，最低壽命周期成本Cmin所對應(yīng)的功能水平F0是從費(fèi)用方面考慮的最為適宜的功能水平。

價值工程的目標(biāo)表現(xiàn)為產(chǎn)品價值的提高，是對象所具有的功能與獲得該功能的費(fèi)用之比，可用公式表示為：價值（V）=功能（F）/成本（C）。

提高產(chǎn)品價值的途徑：

某住宅小區(qū)在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前對方案對比優(yōu)化設(shè)計(jì)。該工程場地穩(wěn)定，無不良地質(zhì)作用。場地類型為軟弱場地土，建筑場地類別屬II類，擬建場地可不考慮地震液化的影響。場地自上而下各地層為：

①素填土①：平均層厚10.78m，結(jié)構(gòu)松散，未完成自重固結(jié)，局部有建筑垃圾分布，承載力低。

②粉質(zhì)粘土②：分布連續(xù)，埋深大，層厚0.90m~5.00m，可塑~硬塑，稍濕，不宜選擇該層作為擬建多層建筑物基礎(chǔ)持力層，fa=240kPa。

③強(qiáng)風(fēng)化板巖③：厚度較大，巖心呈塊狀，遇水易軟化，失水易干裂，fa=340kPa，qpa=2100kPa（人工挖孔灌注樁），qpa=2500kPa（沉管夯擴(kuò)灌注樁）。地下水：主要類型為強(qiáng)風(fēng)化板巖③基巖裂隙水，微承壓性，該段地下水水量較少。在勘察期間，穩(wěn)定地下水位埋深為5.32~13.20m，高程為52.77m~59.36m。擬建場地有一層地下室。地下水在直接臨水或強(qiáng)透水層中對混凝土具有中等腐蝕性，在弱透水層中不具腐蝕性；對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

可選樁型及優(yōu)缺點(diǎn)：

①沉管夯擴(kuò)灌注樁，優(yōu)點(diǎn)：在樁端處夯出擴(kuò)大頭，單樁承載力較高；樁身質(zhì)量高；施工機(jī)械輕便；施工速度快、工期短、造價低；無泥漿排放。缺點(diǎn)：遇中間硬夾層，樁管很難沉入；遇承壓水層，成樁困難；振動較大，噪聲較高；屬擠土樁，設(shè)樁時對周邊建筑物和地下管線產(chǎn)生擠土效應(yīng)；擴(kuò)大頭形狀很難保證與確定。

②預(yù)應(yīng)力管樁，優(yōu)點(diǎn)：單樁承載力高；單樁承載力造價便宜；運(yùn)輸?shù)跹b方便；施工快、工效快，工期短。缺點(diǎn)：噪音大，擠土量大，會造成一定的環(huán)境污染和影響；打樁時送樁深度受限制，在深基坑開挖后截去余樁較多；在“上軟下硬、軟硬突變”的地質(zhì)條件下，不宜采用錘擊法施工；不適合樁端持力層為遇水易軟化的風(fēng)化巖層。

③長螺旋鉆孔灌注樁，優(yōu)點(diǎn)：不受地下水位的限制，穿透力強(qiáng)，施工過程無噪音，振動小、無排漿、無塌孔，成樁效率高。缺點(diǎn)：樁身強(qiáng)度不足；樁底不能入巖，單樁承載力低。

④人工挖孔樁，優(yōu)點(diǎn)：單樁承載力高；可以極大降低生產(chǎn)成本；適用于大型機(jī)械無法作業(yè)的山區(qū)；生產(chǎn)條件要求低，可多孔同時作業(yè)。缺點(diǎn)：機(jī)械化低，施工進(jìn)度慢；成孔質(zhì)量不易控制；現(xiàn)場施工不易控制。人工挖孔樁技術(shù)適合直徑超過800mm并且地下水較少或無水的土質(zhì)，不適合地下水位高、有流沙、大水量沖擊區(qū)域、含水量多的淤泥、淤泥質(zhì)土層等。

⑤旋挖樁，優(yōu)點(diǎn)：鉆進(jìn)能力強(qiáng)；不易產(chǎn)生泥皮，有利于增加樁的摩阻力，提高樁的質(zhì)量；振動與噪音較低；成孔速度快，尤其在砂質(zhì)土內(nèi)成孔；機(jī)械設(shè)備較簡單。缺點(diǎn)：護(hù)壁相對較差，容易縮徑、塌孔；設(shè)備價格昂貴，設(shè)備維修費(fèi)用高、時間長，工成本與其他成孔方式相對較高，卵砂石層中鉆進(jìn)存在成孔困難。

以上5種方案，各有優(yōu)缺點(diǎn)。利用價值工程理論，①、④兩種方案更具經(jīng)濟(jì)性，滿足功能不變化同時降低造價，以此來提高產(chǎn)品價值。本工程多為墻下線荷載及柱下集中荷載，其墻柱荷載為5000kN~8000kN，2600kN~5600kN（純地下室的框架柱），依據(jù)價值工程理論綜合比較采用人工挖孔樁基礎(chǔ)，以強(qiáng)風(fēng)化板巖③為持力層，該持力層的樁的端阻力特征值為qpa=2100kPa，樁端進(jìn)入持力層的深度大于等于≥1.0m，相鄰樁端底標(biāo)高應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行控制，平均樁徑為0.9~1.5不等（主樓部分），0.9~1.0不等（純地下室部分）；擴(kuò)底直徑分別為1.3~2.4m（主樓部分），1.3~1.6m（純地下室）。施工完成后經(jīng)濟(jì)效果良好。

3 結(jié)語

價值工程著重產(chǎn)品功能的分析，以最低的成本費(fèi)用，可靠地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的必要功能，提高產(chǎn)品價值，而這可以彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的不足。所以，價值工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中的運(yùn)用，能夠很好地解決工程成本的控制，優(yōu)選出最佳的設(shè)計(jì)方案。價值工程存在于項(xiàng)目進(jìn)行的方方面面，設(shè)計(jì)、施工以及管理等等，不能只靠個別人員、部門，而要通過有組織的活動，發(fā)揮集體智慧，經(jīng)過多個部門的配合，才能收到良好的效果，達(dá)到項(xiàng)目的利益最大化。

參考文獻(xiàn)：

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篇7

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；現(xiàn)代設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)技術(shù)；研究

機(jī)械設(shè)備的產(chǎn)生與使用為人類生活、生產(chǎn)提供了巨大便利，不僅節(jié)省了人工勞動力的支出，還提高了工作與生產(chǎn)效率，促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)的積極發(fā)展。要提及的是，機(jī)械設(shè)計(jì)作為機(jī)械工程的一部分，它影響并決定著機(jī)械設(shè)備的性能，也順帶影響著機(jī)械工程的發(fā)展與進(jìn)步，因此在機(jī)械工程中，相關(guān)技術(shù)人員務(wù)必要重視機(jī)械設(shè)計(jì)，不斷更新知識，創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，將先進(jìn)技術(shù)科學(xué)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，切實(shí)提高機(jī)械設(shè)計(jì)水平。下面就機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用到的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)作詳細(xì)論述。

1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的比較

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)匯集了多個專業(yè)、多個學(xué)科知識，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)最大的區(qū)別在于，現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)引進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)，屬于交叉性學(xué)科。對比分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，得出結(jié)論如下：

1.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思維更主動

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)者的靈感和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，只有同時具備了這兩種因素，設(shè)計(jì)才能完成，所以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)大多是被動設(shè)計(jì)，缺乏一定的主動性。而現(xiàn)代設(shè)計(jì)則截然不同，現(xiàn)代設(shè)計(jì)以靈感、方案、設(shè)計(jì)優(yōu)化為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)與先進(jìn)理念主動創(chuàng)新，以市場為導(dǎo)向，占據(jù)主動權(quán)，所以由此滋生了諸如創(chuàng)造學(xué)、設(shè)計(jì)方法學(xué)等多種理論科學(xué)。比起傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的主動意識更強(qiáng)。

1.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)更重視產(chǎn)品的功能分配

拿機(jī)械設(shè)計(jì)來說，傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)只重視機(jī)械的預(yù)定功能，設(shè)計(jì)產(chǎn)品只需實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能即可。而現(xiàn)代設(shè)計(jì)則要求將設(shè)計(jì)產(chǎn)品放到一個大系統(tǒng)中，綜合系統(tǒng)情況來對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，重視產(chǎn)品功能的合理分配，維持“人―機(jī)―環(huán)境”的平衡?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)時將“人”考慮到其中，重視人機(jī)關(guān)系，同時考慮到自然環(huán)境保護(hù)，堅(jiān)持環(huán)保原則，力求保證設(shè)計(jì)的生態(tài)平衡。

1.3 現(xiàn)代設(shè)計(jì)更加重視產(chǎn)品強(qiáng)度

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)更注重強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了有限單元法和斷裂力學(xué)，切實(shí)強(qiáng)化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。而該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中是沒有涉及的。另外，除了強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以外，現(xiàn)代設(shè)計(jì)還將藝術(shù)、美學(xué)因素考慮到了設(shè)計(jì)中，提出了藝術(shù)設(shè)計(jì)與美學(xué)設(shè)計(jì)要求。

1.4 現(xiàn)代設(shè)計(jì)周期更短，耗費(fèi)更少

對比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)周期，由于引進(jìn)了計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)周期比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)周期要短很多，設(shè)計(jì)效率也得到了大幅度的提高。另外在設(shè)計(jì)耗費(fèi)上，現(xiàn)代設(shè)計(jì)所消耗的費(fèi)用比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)耗費(fèi)要少很多，設(shè)計(jì)總效益也比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)高。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)

總結(jié)上述所分析的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)具有思維主動、功能完善、設(shè)計(jì)邏輯明確、設(shè)計(jì)強(qiáng)度高、設(shè)計(jì)周期短、耗費(fèi)少且效益高特點(diǎn)。如果將現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)，則該類設(shè)計(jì)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時將具備以下特點(diǎn)：（1）計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟更加明晰，設(shè)計(jì)周期更短；（2）現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)初始階段能及時發(fā)現(xiàn)不良問題，所以機(jī)械發(fā)生故障的可能性較低；（3）現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)同時考慮機(jī)械產(chǎn)品的動態(tài)與靜態(tài)屬性；（4）現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)能充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化、系統(tǒng)防真。

3 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)的一個重要表現(xiàn)形式，基本思想是利用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)技術(shù)來優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)方案，并建立一套與機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)劃相符的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)模型，輔以計(jì)算機(jī)軟件，計(jì)算分析出最佳的機(jī)械設(shè)計(jì)方案。這一設(shè)計(jì)方式能有效提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率，確?，F(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)方案的可行，創(chuàng)新并設(shè)計(jì)出性能良好的機(jī)械設(shè)備。

3.2 防真與虛擬設(shè)計(jì)

現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)以計(jì)算機(jī)作基礎(chǔ)，隨時隨地都離不開計(jì)算機(jī)軟件與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)的初始階段，設(shè)計(jì)者可以利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)全過程進(jìn)行模擬，預(yù)定下產(chǎn)品的性能，分析產(chǎn)品的可制造性以及需要花費(fèi)的產(chǎn)品制造成本。如果可行，再進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。這一設(shè)計(jì)方式不但能提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可行性，還能有效控制設(shè)計(jì)成本，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，切實(shí)保證機(jī)械產(chǎn)品的性能完善。

3.3 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)（Mechanical Creative Design，簡稱MCD）的關(guān)注焦點(diǎn)在于充分發(fā)動設(shè)計(jì)人員的智慧和創(chuàng)新思維能力，進(jìn)而設(shè)計(jì)出來新型的機(jī)械功能、機(jī)械結(jié)構(gòu)或者機(jī)械產(chǎn)品。MCD非常強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)人員在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的靈魂作用和主導(dǎo)作用。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要充分動用各種創(chuàng)新思維模式（例如，發(fā)散思維模式、頭腦風(fēng)暴等）。但是在機(jī)械設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員很難向藝術(shù)家構(gòu)思藝術(shù)作品那樣做到“天馬行空”，因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)選型的多解性和復(fù)雜性將創(chuàng)造性思維限制在一定的范圍內(nèi)。但是智能專家系統(tǒng)和各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，讓設(shè)計(jì)人員能夠有更多的精力去運(yùn)用創(chuàng)造性思維，把繁瑣的計(jì)算和設(shè)計(jì)求解交給智能專家系統(tǒng)去完成。

3.4 機(jī)械模糊設(shè)計(jì)

機(jī)械模糊設(shè)計(jì)（Mechanical Fuzzy Design，簡稱MFD）的關(guān)注焦點(diǎn)在于模糊數(shù)學(xué)知識在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的充分、靈活、深入地運(yùn)用。復(fù)雜化是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)的重要趨勢之一，復(fù)雜化的機(jī)械設(shè)計(jì)必然導(dǎo)致設(shè)計(jì)中各種變量關(guān)系的復(fù)雜化。但是過于復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)方案，想要對其進(jìn)行精確的描述則具有極大的困難或者需要花費(fèi)極大的精力。但是如果將機(jī)械設(shè)計(jì)方案的精確描述改為“承載能力較強(qiáng)”或者“使用壽命較長”等類似的模糊描述，實(shí)質(zhì)上出現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的“模糊現(xiàn)象”。

3.5 機(jī)械綠色設(shè)計(jì)

機(jī)械綠色設(shè)計(jì)（Mechanical Green Design，簡稱MGD）的關(guān)注焦點(diǎn)在于提高產(chǎn)品的“綠色程度”，即在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命和質(zhì)量等。綠色設(shè)計(jì)通常也稱為生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、環(huán)境意識設(shè)計(jì)等。在傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員主要按照產(chǎn)品性能、質(zhì)量和成本要求等指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中對產(chǎn)品的維護(hù)性、拆卸性、回收性、淘汰廢棄產(chǎn)品的處理及對生態(tài)環(huán)境的影響等考慮較少。這樣制造出來的產(chǎn)品，在其使用壽命結(jié)束后，由于缺乏必要的拆卸和回收性能，回收利用率低，其中的有害物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，影響生活質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境，造成資源的大量浪費(fèi)。綠色設(shè)計(jì)就是針對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的這種不足而提出的一種全新的設(shè)計(jì)理念，它包含產(chǎn)品從概念形成到生產(chǎn)制造、使用乃至廢棄后的回收、重用及處理處置的各個階段，即涉及產(chǎn)品的整個生命周期；強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品開發(fā)階段按照全生命周期的觀點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的分析與評價，消除潛在的、對環(huán)境的負(fù)面影響。

4 結(jié)束語總而言之，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)中的不斷滲透與應(yīng)用，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)也逐漸由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向了現(xiàn)代設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化。在本篇文章中，筆者分析比較了現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的區(qū)別，并探討了現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)，同時結(jié)合現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，對現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)中的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用情況作了詳細(xì)論述，得出相關(guān)結(jié)論，希望能為同行工作者提供幫助。

【參考文獻(xiàn)】

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篇8

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法；教學(xué)方法；實(shí)踐教學(xué)；畢業(yè)設(shè)計(jì)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）11-0124-02

“現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法”是一門多元綜合、新興交叉學(xué)科的課程，它融匯了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的精華，與各相關(guān)學(xué)科緊密聯(lián)系。河南理工大學(xué)把此課程作為機(jī)械類專業(yè)本科生的一門專業(yè)必修課，在大三第二學(xué)期開設(shè)此課程。該課程在專業(yè)的體系中起到承前啟后的作用，它緊密聯(lián)系和應(yīng)用先修課程，如高等數(shù)學(xué)、概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理以及高級程序語言等多方面的知識，并為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)打下先進(jìn)的理念基礎(chǔ)。

該課程講解內(nèi)容包括了系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)方法、創(chuàng)造性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元分析法以及機(jī)械工程CAD基礎(chǔ)等。教材編排上，每一章的內(nèi)容講解一類現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，前后章節(jié)相對獨(dú)立，一方面使學(xué)生在學(xué)習(xí)中不至于出現(xiàn)某一章節(jié)掌握不好而影響其他章節(jié)的學(xué)習(xí)，另一方面也使得老師在講解每一章內(nèi)容的時候，教學(xué)方法靈活，針對不同的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)采用不同的授課方法。本課程所涉及的設(shè)計(jì)方法種類多，部分設(shè)計(jì)方法理論性強(qiáng)，公式推導(dǎo)多，枯燥乏味，內(nèi)容抽象，且現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的理論學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用有較大的反差，如果完全按照教科書來組織教學(xué)，學(xué)生就會學(xué)得索然無味，也不知道理論該怎么應(yīng)用，收不到良好的教學(xué)效果。因此，在教學(xué)中應(yīng)針對不同章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容采用合適的教學(xué)方法，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性以及提高教學(xué)效果起到促進(jìn)的作用。經(jīng)過幾年的課堂教學(xué)實(shí)踐探索出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

一、教學(xué)方法

1.比較式教學(xué)法

人的各種活動都是由一定的動機(jī)所引發(fā)的，學(xué)生學(xué)習(xí)也總是為一定的學(xué)習(xí)動機(jī)所支配。動機(jī)強(qiáng)度大，學(xué)習(xí)積極性高，學(xué)習(xí)的潛能就會得到最好的發(fā)揮，學(xué)習(xí)效率也高。為了使學(xué)生較好地掌握“現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法”的知識乃至此學(xué)科方面的理論，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)動機(jī)至關(guān)重要，第一章“緒論”講授的重點(diǎn)也就在此。為了使學(xué)生們認(rèn)識到本課程的重要性，采用比較式的教學(xué)方法，將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行對比教學(xué)，從可靠性、高效性、動態(tài)化、最優(yōu)化、創(chuàng)造性等方面講解兩種設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法只能獲得簡化條件下的近似解，而現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法能獲得準(zhǔn)確解和最優(yōu)解，從而認(rèn)識現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的先進(jìn)性，提高學(xué)生設(shè)計(jì)理念的現(xiàn)代意識?！皟?yōu)化設(shè)計(jì)”一章所涉及的優(yōu)化方法種類較多，根據(jù)數(shù)學(xué)模型中設(shè)計(jì)變量的個數(shù)以及是否有約束條件，優(yōu)化方法分為一維搜索方法、無約束優(yōu)化方法、有約束優(yōu)化方法三大類，每一類優(yōu)化方法中又包含了不同的優(yōu)化算法。在實(shí)際工程中，采用何種優(yōu)化算法，才能簡化計(jì)算、提高計(jì)算速度及計(jì)算穩(wěn)定性等，最終得到滿足精度要求的優(yōu)化解，是學(xué)生們比較關(guān)注，也比較困惑的地方。為此，在講解的過程中應(yīng)針對不同的優(yōu)化算法，列舉其特點(diǎn)，比較不同算法之間的優(yōu)缺點(diǎn)、適用條件、初始點(diǎn)選取規(guī)則等等，根據(jù)每種算法自身的特點(diǎn)去有目的地選取適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法。

2.引導(dǎo)式教學(xué)法

在講授過程中，善于提問，引導(dǎo)學(xué)生自己思考，提問后鼓勵學(xué)生回答問題，發(fā)表自己的見解，通過一問一答或只問不答的形式，與學(xué)生之間形成互動，以此激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望，加強(qiáng)學(xué)生的聯(lián)想能力、發(fā)散思維能力以及知識的運(yùn)用能力。同時，通過提問的形式來提高學(xué)生的集中力和課堂的教學(xué)效果。如“可靠性設(shè)計(jì)”一章，講解可靠度的推導(dǎo)公式時，其公式推導(dǎo)過程是單調(diào)枯燥的，為了避免學(xué)生精力不集中，產(chǎn)生厭煩情緒，應(yīng)分步驟地詳細(xì)推導(dǎo)，層層設(shè)問，逐步求解，注意引導(dǎo)學(xué)生思維。

3.工程案例教學(xué)法

實(shí)踐是理論的基礎(chǔ)，實(shí)踐對理論起決定作用，理論必須與實(shí)踐緊密結(jié)合?！艾F(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法”課程本身實(shí)踐性較強(qiáng)，離開實(shí)踐就如同空中樓閣，就會喪失生命力和可信度。但是該課程的教學(xué)計(jì)劃中僅僅開設(shè)了4個學(xué)時的實(shí)驗(yàn)課，其余36學(xué)時為課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，為了彌補(bǔ)實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)時的不足，講授過程中適當(dāng)采用工程案例教學(xué)法，在相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容中適當(dāng)引入工程實(shí)例?！坝?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”章節(jié)涉及到多種CAD和CAE軟件，如果只講每種軟件的主要功能和特點(diǎn)則比較抽象，可以利用軟件采用案例式教學(xué)法授課，以汽車的核心技術(shù)部件內(nèi)燃機(jī)為例，介紹三維Pro/E繪圖軟件、動力學(xué)仿真軟件Adams等的強(qiáng)大功能和特點(diǎn)?！皟?yōu)化設(shè)計(jì)”章節(jié)，以學(xué)生們所熟悉的減速器設(shè)計(jì)為例進(jìn)行介紹，以此來確定滿足工作條件和強(qiáng)度要求時使減速器的重量最輕的設(shè)計(jì)方案。

這些案例開拓了學(xué)生的視野，使學(xué)生了解現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法如何應(yīng)用于工程實(shí)際當(dāng)中，有利于他們體會現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的先進(jìn)性和重要性，提高其學(xué)習(xí)的興趣。

4.多媒體資源與板書相結(jié)合

該課程的教學(xué)內(nèi)容分成兩大類：一是概念性強(qiáng)的內(nèi)容；二是理論性強(qiáng)的內(nèi)容。針對不同教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，采用不同的教學(xué)方法和手段。講解概念性強(qiáng)的知識時，可適當(dāng)采用圖片、動畫等軟件，借助于多媒體教學(xué)，[1]使教學(xué)內(nèi)容生動直觀，便于理解，避免教學(xué)內(nèi)容的單調(diào)枯燥，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在講述“有限元法”進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時，用多媒體圖片來顯示工程結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格劃分后的離散模型以及加載求解后的結(jié)構(gòu)應(yīng)力云圖，可以讓學(xué)生更加直觀地理解采用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的步驟和求解特點(diǎn)。講解理論性強(qiáng)的教學(xué)內(nèi)容時，要讓學(xué)生理解某一設(shè)計(jì)方法的原理和解決問題的算法，必然涉及大量的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)，使用板書的教學(xué)效果好于多媒體。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的板書式教學(xué)，推導(dǎo)過程前后連貫清晰、信息停留時間長、內(nèi)容可以及時修改等優(yōu)點(diǎn)，便于學(xué)生消化吸收。[2]

二、實(shí)踐環(huán)節(jié)

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在高等工科院校中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生們更好地領(lǐng)會并掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在實(shí)際工程中的正確應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生基本素質(zhì)和能力等方面具有不可替代的重要作用。為提高教學(xué)效果和質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，需合理確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容與形式。該課程主要采用計(jì)算機(jī)模擬軟件Matlab進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該軟件是美國MathWorks公司于20世紀(jì)80年代中期推出的數(shù)學(xué)軟件，Matlab優(yōu)化工具箱可以解決線性、非線性最小化及最大化、方程求解、曲線擬合、二次規(guī)劃等問題中的大型課題的求解方法，為優(yōu)化方法在工程中的實(shí)際應(yīng)用提供了更方便快捷的途徑。[3]將Matlab軟件引入“現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法”教學(xué)中，可以通過學(xué)生的上機(jī)練習(xí)對所學(xué)知識加深理解，學(xué)會如何運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)去解決實(shí)際問題，可以大大提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)作為高等學(xué)校培養(yǎng)人才的最后一個綜合性實(shí)踐的教學(xué)環(huán)節(jié)，是本科學(xué)生開始從事科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的初步嘗試，是對大學(xué)四年所學(xué)知識和技能的全面體驗(yàn)，也是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識和技能解決本專業(yè)工程問題的重要途徑。畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量是提高教學(xué)水平和學(xué)生創(chuàng)新能力的體現(xiàn)。傳統(tǒng)的機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)生的大部分精力耗費(fèi)在零部件的常規(guī)設(shè)計(jì)以及繁重的繪圖工作中，對整機(jī)全局難以進(jìn)入深入研究，很難獲得最優(yōu)方案。并且在分析計(jì)算中，采用靜態(tài)的或近似的方法而不是動態(tài)的精確的方法計(jì)算，計(jì)算結(jié)果未能反映零部件的真實(shí)工作狀態(tài)，影響了設(shè)計(jì)的質(zhì)量。對于一些模具和鈑金件這樣的復(fù)雜曲線和曲面，用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法進(jìn)行表現(xiàn)時，表現(xiàn)能力較差，且二維圖紙繪制比較困難；傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是否可行只能靠理論推導(dǎo)和計(jì)算，難以進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)，使學(xué)生感到畢業(yè)設(shè)計(jì)只是“紙上談兵”，失去興趣。[4]近年，筆者在指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)中引導(dǎo)部分學(xué)生在畢業(yè)中運(yùn)用三維設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、動力學(xué)仿真及有限元計(jì)算等方法。例如，在設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)減速器的高速級齒輪傳動時，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使齒輪滿足正常工作條件下兩齒輪的體積最??；在對齒輪的強(qiáng)度進(jìn)行校核時，借助有限元軟件ANSYS完成，這使學(xué)生在設(shè)計(jì)中進(jìn)一步深入地掌握了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和手段，開闊了視野，也極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和設(shè)計(jì)的積極性、主動性，極大地提高了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

三、采用綜合考核制度

考核是考查一門課程講授效果的一種方式，該門課程是機(jī)械類學(xué)生一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在考試中采用閉卷的考試方式。了解一個學(xué)生對該門課程的掌握程度，不能僅從卷面成績來判斷。影響學(xué)生卷面成績的因素比較多，比如考前的臨時突擊式復(fù)習(xí)可以取得一個好成績，考生比較粗心，計(jì)算容易出錯，導(dǎo)致卷面成績不理想等等，不能由此判定該生對該門課程的掌握程度，該成績也不能反映出學(xué)生的綜合能力。因此，在該課程考核的時候采用卷面成績占70%，實(shí)驗(yàn)成績占10%，作業(yè)占10%，出勤情況占10%，實(shí)驗(yàn)成績由實(shí)驗(yàn)時的表現(xiàn)情況以及完成任務(wù)情況來綜合給定。針對學(xué)生抄襲作業(yè)的現(xiàn)象，采取了以小組為單位完成不同作業(yè)題目的方法，出勤情況的考查主要是針對一些學(xué)生自控能力差，為督促學(xué)生更加自覺學(xué)習(xí)采取的措施。采用考試、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)和考勤并重的考核方式，教師的任務(wù)將加重，對任課老師的要求也更高。因此，任課老師一定要加強(qiáng)自身的學(xué)習(xí)，積極參與科研，努力掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的新知識和其在工程中的應(yīng)用，以期使自己的教學(xué)在培養(yǎng)本科大學(xué)生的基本素質(zhì)和能力上發(fā)揮更大的能量。

四、結(jié)束語

在信息時代的今天，改革過去灌輸式的教學(xué)模式勢在必行，通過近幾年“現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法”課程的教學(xué)實(shí)踐，深切體會到比較式教學(xué)、引導(dǎo)式教學(xué)法、工程案例教學(xué)法、多媒體資源與板書相結(jié)合以及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的重要性和有效性。教學(xué)改革是一個新的事物，總會出現(xiàn)新的問題，應(yīng)該認(rèn)真分析教學(xué)方法，從自身實(shí)踐中改進(jìn)教學(xué)思路，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。在今后的教學(xué)中通過不斷認(rèn)識，不斷實(shí)踐，不斷完善，以期獲得一條適合本科生教學(xué)的成功之路。

參考文獻(xiàn)：

[1]李紅莎，楊洪濤.多媒體教學(xué)在現(xiàn)代教育技術(shù)中的實(shí)踐策略[J].科技信息，2011，（12）：117-118.

[2]陳就，王建曉.《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)探討[J].高教論談，2009，（5）：100-101.

篇9

工程機(jī)械是指施工建設(shè)機(jī)械的總稱，其種類繁多并且被廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)、道路橋梁、農(nóng)林水利、工業(yè)生產(chǎn)以及國防設(shè)施等領(lǐng)域。工程機(jī)械設(shè)備主要是由整體構(gòu)架、控制系統(tǒng)、變速裝置、傳動機(jī)構(gòu)、防護(hù)等系統(tǒng)等部分組成。本文主要以公路架橋機(jī)為研究對象分析其鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，其中公路架橋機(jī)的主體鋼結(jié)構(gòu)為橫梁，傳動機(jī)構(gòu)為天車，主要控制系統(tǒng)包含液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，公路架橋機(jī)的主梁是確保整個工程機(jī)械運(yùn)作的重要組成部分，因此在進(jìn)行主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時需要仔細(xì)分析主梁的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)。公路架橋機(jī)的主要工作原理是利用運(yùn)梁車將需要安裝的混凝土梁移動到公路架橋機(jī)的尾端，此時的混凝土梁和設(shè)置在架橋機(jī)兩端的前后天車為公路架橋機(jī)縱向移動的配重。在運(yùn)梁的過程中使用公路架橋機(jī)的液壓控制系統(tǒng)將其縱向移動到橋梁待安裝的部位，然后再使用前后天車分別吊起混凝土梁的前后端，運(yùn)用電氣控制系統(tǒng)調(diào)整天車運(yùn)梁的平均速度確保其勻速地向前移動。當(dāng)混凝土梁完全進(jìn)入公路架橋機(jī)下方的軌道時，利用前后天車吊起混凝土梁繼續(xù)縱向移動混凝土梁至公路架橋機(jī)前支腿和中支腿之間，此時收縮后支腿液壓缸使后支腿離開地面，然后啟動公路架橋機(jī)橫向移動的控制系統(tǒng)，移動公路架橋機(jī)到混凝土梁安裝位置，最后調(diào)整橋梁接口位置使混凝土梁安裝就位。在安裝混凝土梁的過程中，公路架橋機(jī)的主梁的鋼制框架結(jié)構(gòu)承擔(dān)主要荷載，每一條鋼梁的受力形變都關(guān)系著橋梁安裝是否能夠安全有效地進(jìn)行，因此需要科學(xué)合理地判斷鋼結(jié)構(gòu)的材料屬性以及利用有限元分析的方法研究主梁框架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，從能夠合理的優(yōu)化公路架橋機(jī)的主梁鋼結(jié)構(gòu)，做到剛度和強(qiáng)度在穩(wěn)步提升的前提下最大限度的節(jié)省資源。

2結(jié)構(gòu)優(yōu)化時的有限元分析

隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速普及和工程科技的快速發(fā)展，有限元分析在工程機(jī)械鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的過程中起到了越來越重要的作用，尤其是在工程機(jī)械的自動化水平日益提高的今天，有限元分析已然成為了解決復(fù)雜的工程力學(xué)分析計(jì)算問題的首要途徑。本文主要是以公路架橋機(jī)為例對其鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化時的有限元分析進(jìn)行深入探討。對公路架橋機(jī)進(jìn)行有限元分析主要的方法包括，首先是要建立主梁框架結(jié)構(gòu)的有限元模型，本文主要研究的軟件是MSC/PATRAN，通過分析主梁框架結(jié)構(gòu)的材料屬性、單元選擇以及網(wǎng)格劃分進(jìn)行幾何建模，建立主梁框架結(jié)構(gòu)的有限元模型；然后再使用MSC/PATRAN對初步建立的有限元模型進(jìn)行強(qiáng)度、剛度分析，并且繪制出應(yīng)力、應(yīng)變力分布圖，通過物理力學(xué)的分析方法判斷鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；最后根據(jù)MSC/PATRAN對有限元模型的分析結(jié)果對鋼梁的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行更深層次的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到在實(shí)際生產(chǎn)制造中節(jié)省材料，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的目的?？傊梢詫SC/PATRAN進(jìn)行有限元分析的基本程序概括為三個主要部分，即分析主梁鋼結(jié)構(gòu)的離散化、有限元計(jì)算以及對結(jié)果的優(yōu)化處理。

對于公路架橋機(jī)主梁框架結(jié)構(gòu)的有限元分析步驟具體如下所示：

1）通過MSC/PATRAN軟件對主梁鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行單元劃分和插值函數(shù)的確定。由于公路架橋機(jī)主梁的橫切面為箱型結(jié)構(gòu)，在空間上可以劃分為若干個箱型結(jié)構(gòu)單元通過焊接連接而成，因此可以根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)梁的結(jié)構(gòu)幾何特性、鋼梁節(jié)點(diǎn)處的邊界條件等情況，建立由各種單元組成的計(jì)算模型。在對公路架橋機(jī)的主梁進(jìn)行有限元分析時，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是有限元的網(wǎng)格劃分，因?yàn)榫W(wǎng)格劃分的精度直接影響著有限元分析的精確度以及響應(yīng)速度。要有效的控制網(wǎng)格的疏密程度，主要就是通過在主梁鋼結(jié)構(gòu)的各個部位采用不同大小的網(wǎng)格，這是為了適應(yīng)計(jì)算數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)，在計(jì)算數(shù)據(jù)變化梯度較大的部位，為了較好地反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律，需要采用比較密集的網(wǎng)格。然后再按照單元的性質(zhì)和精度要求，寫出表示單元內(nèi)任意點(diǎn)的位移函數(shù)u（x、y、z），v（x、y、z），w（x、y、z）或者d＝S（x、y、z）a，通過單元模型進(jìn)行有限元分析。利用鋼結(jié)構(gòu)梁的結(jié)構(gòu)幾何特性、鋼梁節(jié)點(diǎn)處的邊界條件寫出以a表示的節(jié)點(diǎn)位移qe＝[u1、v1、w1、u2、v2、w2]T，然后再將公式轉(zhuǎn)化為qe＝Ca，然后再由a＝C－1qe，并代入到d＝Sa，得到d＝SC－1qe＝Nqe，此公式是利用鋼結(jié)構(gòu)梁的結(jié)構(gòu)幾何特性、鋼梁節(jié)點(diǎn)位移表示單元體內(nèi)任意點(diǎn)位移的插值函數(shù)式。

2）進(jìn)行主梁鋼結(jié)構(gòu)的單元特性分析，根據(jù)上面總結(jié)出的位移插值函數(shù)，由彈性力學(xué)中給出的應(yīng)變和位移關(guān)系，可以計(jì)算出應(yīng)變?yōu)椋害牛紹qe，在式中，B為應(yīng)變矩陣，相應(yīng)的變分為：δε＝δBqe，由物理關(guān)系可以得到應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系式為σ＝Dε＝DBqe，其中D為彈性矩陣。

3）對單元特性分析的結(jié)果進(jìn)行組集，把各單元按照節(jié)點(diǎn)組集成與原結(jié)構(gòu)相似的整體結(jié)構(gòu)，得到整體結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，即整體結(jié)構(gòu)平衡方程組f＝Kq，其中K為整體結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，f為總體載荷列陣，q為整體結(jié)構(gòu)所有節(jié)點(diǎn)的位移列陣。

4）對組集的結(jié)果進(jìn)行有限元分析求解，在此過程中可以采用不同的計(jì)算方法解有限元方程，得出單元模型各節(jié)點(diǎn)的位移。在進(jìn)行求解之前必須對結(jié)構(gòu)平衡方程組進(jìn)行邊界條件處理，然后再接觸節(jié)點(diǎn)位移q。計(jì)算單元模型的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，如果需要求出單元模型的應(yīng)力值，則在計(jì)算出各單元的節(jié)點(diǎn)位移qe后，自ε＝Bqe和σ＝Dε即可求出相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力。

根據(jù)公路架橋機(jī)主梁鋼結(jié)構(gòu)的施工情況對其進(jìn)行實(shí)際強(qiáng)度、剛度檢測，從而分析鋼梁的框架結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力、應(yīng)變情況，從而判斷是否能夠滿足實(shí)際施工時的具體要求。在進(jìn)行檢測時對于測量的點(diǎn)位選擇，應(yīng)該能夠代表主梁鋼結(jié)構(gòu)的真實(shí)使用情況以及一些主梁鋼結(jié)構(gòu)的集中受力部位，以便更加全面的考察公路架橋機(jī)主梁的工作狀態(tài)，因此本文主要選取公路架橋機(jī)的主梁在懸臂狀態(tài)（工況1）、運(yùn)梁狀態(tài)（工況2）以及架邊梁狀態(tài)（工況3）下的10個測量點(diǎn)，具體的檢測數(shù)據(jù)如表1所示：由上表可知，工況1是指公路架橋機(jī)懸臂狀態(tài)，其應(yīng)力最小值是測試點(diǎn)4為0.28MPa，最大值是測試點(diǎn)8的151.3MPa，最大應(yīng)力誤差為4.0%，測試點(diǎn)分析對比如圖1所示；工況2是指公路架橋機(jī)運(yùn)梁狀態(tài)，其應(yīng)力最小值是測試點(diǎn)4為0.63MPa，最大值是測試點(diǎn)2的130MPa，最大應(yīng)力誤差為2.3%，測試點(diǎn)分析對比如圖2所示；工況3是指公路架橋機(jī)架邊梁狀態(tài)，其應(yīng)力最小值是測試點(diǎn)9為2.08MPa，最大值是測試點(diǎn)2的138.5MPa，最大應(yīng)力誤差為4.3%。利用有限元分析方法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)。通過MSC/PATRAN軟件建立主梁鋼結(jié)構(gòu)的有限元模型。然后在對主梁有限元模型的工況強(qiáng)度以及剛度進(jìn)行分析，通過在滿足實(shí)際工作需求的前提下進(jìn)行迭代計(jì)算。求得目標(biāo)函數(shù)的極值，從而根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并最終得到最優(yōu)化的公路架橋機(jī)主梁的設(shè)計(jì)方案。因?yàn)椴捎糜邢拊治龅姆椒軌蚍浅？焖儆行У奶嵘摻Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率以及質(zhì)量，優(yōu)化過程實(shí)質(zhì)上就是在不斷地進(jìn)行分析、修正，需要對不同工作狀態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)效應(yīng)的有限元分析，并且同時進(jìn)行優(yōu)化參數(shù)的考量，逐步逼近最優(yōu)設(shè)計(jì)的序列。基于MSC/PATRAN對公路架橋機(jī)的主梁進(jìn)行有限元設(shè)計(jì)技術(shù)就是建立在有限元分析的基礎(chǔ)上反復(fù)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量以滿足狀態(tài)變量限制條件下使目標(biāo)函數(shù)逼近最小值。在通過有限元分析后得到公路架橋機(jī)主梁鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布以及應(yīng)變產(chǎn)生的誤差范圍，就可以在實(shí)際設(shè)計(jì)之前對主梁鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行更加有效、可靠以及準(zhǔn)確地優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而為產(chǎn)品的定性提供更加合理有效的理論依據(jù)。

篇10

Abstract： There is a 75t/20t bridge crane in Lushui Power Plant. This crane has operated more than 40 years， the components has abrasion， maturing and other defects. The electrical control of it uses medieval structure of contactor with variable resistance box. There is a big security hidden danger in the process of the use of the bridge machine. So， our plant decides to replace all the electrical equipment of the bridge machine. In the electric control part， the frequency converter and PLC technology are adopted to optimize and design the traditional relay-contactor speed control device. This paper summarizes the overall ideas and design content of the optimal design， including the system structure optimization， the model and configuration of frequency converter and PLC， etc. After optimization design， the speed control of bridge crane more sensitive， the failure rate is significantly decrease， the overall performance is more stable.

關(guān)鍵詞： PLC；變頻器；橋式起重機(jī)

Key words： PLC；transducer；bridge crane

中圖分類號：TH215 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）04-0101-03

0 引言

橋式起重機(jī)是電廠常用設(shè)備之一。傳統(tǒng)橋式起重機(jī)的電力拖動系統(tǒng)采用交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的方式控制電動機(jī)啟動或調(diào)速，這種控制裝置叫做繼電器-接觸器控制。這種控制系統(tǒng)功能復(fù)雜，運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，噪音大，故障多發(fā)。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，起動電流大，機(jī)械特性軟。轉(zhuǎn)速容易受負(fù)載變化的干擾，速度轉(zhuǎn)換靈活性差，調(diào)速不穩(wěn)定；所串電阻持續(xù)發(fā)熱，浪費(fèi)電能。電阻過熱時還可能燒斷，引起電氣故障。陸水電廠75t/20t雙梁橋式起重機(jī)拖動系統(tǒng)依靠傳統(tǒng)交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)驅(qū)動，采用轉(zhuǎn)子串電阻的方式來控制電動機(jī)起停和變速。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定，運(yùn)行速度和安全性更都已無法滿足當(dāng)前的工作需要，本文將在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入PLC變頻調(diào)速裝置，對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行升級改造，以優(yōu)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提高其運(yùn)行效率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

1 原拖動系統(tǒng)基本情況

陸水電廠原橋式起重機(jī)電氣拖動由大車系統(tǒng)、小車系統(tǒng)和主副鉤系統(tǒng)協(xié)同完成，由1臺交流繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)驅(qū)動整個系統(tǒng)的起停和速度轉(zhuǎn)換。速度轉(zhuǎn)換方式是：電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入5段外接電阻 R1～ R5。由接觸器KM1～ KM4 的狀態(tài)來判斷串入電阻的阻值，并對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。以電磁機(jī)械制動為主的原電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 變頻調(diào)速改造基本思路

橋式起重機(jī)拖動由2臺大車電機(jī)、1臺小車、1臺主鉤和1臺副鉤組成的拖動系統(tǒng)來完成，除2臺大車電機(jī)共用1臺變頻器以外，其他拖動系統(tǒng)各自都有1臺變頻器進(jìn)行調(diào)速控制。整個系統(tǒng)由5臺電動機(jī)驅(qū)動運(yùn)行，PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速裝置來控制速度轉(zhuǎn)換，整個系統(tǒng)運(yùn)行更加靈敏。傳統(tǒng)的異步電動機(jī)驅(qū)動模式下，主要依靠繼電器-接觸器機(jī)進(jìn)行邏輯控制。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，用變頻器和PLC控制系統(tǒng)取代傳統(tǒng)異步電動機(jī)，PLC接收電動機(jī)轉(zhuǎn)向、調(diào)速等控制信號后，將至轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制指令發(fā)送給變頻器，電動機(jī)在變頻器的控制下迅速響應(yīng)并完成控制指令。系統(tǒng)改造后的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 變頻器和PLC的概念

變頻器：主要是利用交―直―交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給變頻電動機(jī)。

PLC：變頻電動機(jī)可編程邏輯控制器系統(tǒng)及保護(hù)。

2.2 大車拖動系統(tǒng)

大車拖動系統(tǒng)是由2臺YZP160M-6/5.5kW變頻電機(jī)組成的雙梁構(gòu)造。起重機(jī)在電機(jī)的拖動下，按照1：6的調(diào)速比，順著車間以42m/7m/min的速度橫向運(yùn)行。

拖動方案：采用起重機(jī)專用的變頻交流電動機(jī)（濕熱型），代替原繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。大車為2臺交流變頻調(diào)速器分別控制2臺電動機(jī)驅(qū)動2個主動輪，采用電氣位置同步。兩臺電機(jī)由同一臺變頻器同步操控。采用 U /f開環(huán)控制模式，變頻器的容量PN應(yīng)該是一臺電動機(jī)容量PMN的2倍以上。（PN>>2PMN）

2.3 小車拖動系統(tǒng)

小車采用1臺交流變頻調(diào)速器控制1臺YZP132M1-6/4kw電動機(jī)驅(qū)動2個主動輪的方式（機(jī)械同步），小車拖動吊鉤及重物順著橋架縱向移動。速度12.5/3m/min可調(diào)。調(diào)速比為1：4。

拖動方案：也采用起重機(jī)專用三相交流變頻電動機(jī)（濕熱型），配容量等相同的變頻器），采用U/f開環(huán)控制方式。

2.4 主鉤和副鉤拖動系統(tǒng)

主鉤和副鉤分別用YZP225S1-8/18.5kW和YZP225S2-8/22kW各一臺電動機(jī)單獨(dú)拖動。主鉤和副鉤拖動重物做吊起或放下的“上下”運(yùn)動。主升起機(jī)構(gòu)的起升速度為0.15～1.5m/min，電機(jī)額定功率及額定速度按1.5m/min重載選擇，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速控制，調(diào)速比為 1：10。副升起機(jī)構(gòu)的起升速度為0.6～6.0m/min，電機(jī)額定功率及額定速度按6.0m/min重載選擇。電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速控制，調(diào)速比 1：10。

拖動方案：選擇動態(tài)性能良好的主電動機(jī)驅(qū)動主、副鉤系統(tǒng)，用較大功率的變頻專用電動機(jī)取代繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)傳統(tǒng)的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。變頻電動機(jī)功率應(yīng)該比原電動機(jī)稍大，以確保力矩夠長。用一臺變頻器控制兩臺電動機(jī)，并為電動機(jī)配置光電編碼器， 采用帶 PG 卡速度反饋的閉環(huán)矢量控制方式。變頻電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可以按從低到高5個檔速自由調(diào)控，充分滿足了主副鉤系統(tǒng)的運(yùn)行需要。

2.5 電機(jī)制動方式

采取由變頻器外接的制動單元和制動電阻消耗掉的方式。改造后選用電力液壓塊式制動方式，其型號：（YMZ/300/45和YMZ/200/25）。采取再生制動、直流制動和電磁機(jī)械制動相結(jié)合的辦法。利用變頻調(diào)速系統(tǒng)的再生制動系統(tǒng)及直流制動系統(tǒng)，使運(yùn)行中的拖動系統(tǒng)迅速停止。在起吊作業(yè)中，被吊起的重物有時需要在半空懸?；蚱揭埔欢螘r間，利用變頻調(diào)速裝置使重物懸停后，還應(yīng)該用電磁制動器進(jìn)行機(jī)械制動，以防起重機(jī)受外界干擾或突然失電后中午下落引發(fā)安全事故。

3 變頻器的選用

市場上有很多起重機(jī)專用變頻器。我們選用上海施耐德ATV312HU40N4和ATV71HD30N4系列變頻器。這種全磁通矢量控制的變頻器，即使低頻運(yùn)行，起動轉(zhuǎn)矩也能達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的1.5倍。并且，該變頻器具有速度反饋功能， 能實(shí)現(xiàn)零速控制，就是在零速下也能有150%額定轉(zhuǎn)矩輸出。它有四種控制方式，分別是：有 PGU/f閉環(huán)控制模式、有PG閉環(huán)矢量控制模式、無 PGU/f開環(huán)控制模式和無 PG開環(huán)矢量控制模式，具體采用哪一種要根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)的存取級別而定。大車、小車拖動系統(tǒng)慣量大，負(fù)載變化基本為阻力性負(fù)載，變化幅度較小，因此一般采用不帶光電編碼器的無 PGU/f開環(huán)控制方式。相比之下，主、幅鉤負(fù)載變化非常明顯，應(yīng)該采用有 PG- B2速度控制卡閉環(huán)矢量控制為主的有光電編碼器，以縮短動態(tài)響應(yīng)時間，使轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)更靈活、更迅速，確保起重機(jī)械更穩(wěn)定地運(yùn)行。由于變頻控制系統(tǒng)具有速度反饋功能，能夠在零速下保持150%額定轉(zhuǎn)矩的輸出，因此，變頻器與PLC控制系統(tǒng)的整合，也能有效杜絕溜鉤現(xiàn)象。

對于橋式起重機(jī)來說，我們可根據(jù)調(diào)速要求來調(diào)節(jié)變頻機(jī)工作頻率。ATV312HU40N4和ATV71HD30N4，系統(tǒng)自帶 6個頻率指令和 1個點(diǎn)動頻率指令，有7段速可供選擇。在起重作業(yè)過程中，可對系統(tǒng)輸入頻率指令，設(shè)定多段速指令1～3和點(diǎn)動頻率進(jìn)行頻率切換，由此實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速。如圖3所示，接通端子1時電機(jī)正轉(zhuǎn)，接通端子2時電機(jī)反轉(zhuǎn)，分別接通1、2、3端子的多段速指令，或者同步接通其中兩、三對端子，就能獲得6個頻率指令，也就是說在正反方向上有5種速度可供調(diào)節(jié)。通過預(yù)設(shè)變頻器運(yùn)行參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)加減速時間的調(diào)控。圖3為主鉤電機(jī)變頻器接線控制原理。

通常根據(jù)異步電動機(jī)的額定電流來選擇合適的變頻器，有時也根據(jù)異步電動機(jī)工作電流的最大值來判斷應(yīng)該使用哪一種變頻器。本文所選的變頻器均已配置外接式制動單元或制動電阻。在起吊作業(yè)過程中，電動機(jī)受重力加速度的影響，在放下重物后會恢復(fù)再生制動狀態(tài)，拖動系統(tǒng)的動能直接反饋給變頻器直流電路，導(dǎo)致直流電壓升高，當(dāng)電壓上升到一定程度后會引發(fā)機(jī)械故障。為避免出現(xiàn)機(jī)械事故，起重機(jī)完成起吊任務(wù)后，應(yīng)該利用制動電阻徹底耗盡再生到直流電路中的電能，以確保直流電壓始終維持安全值。制動電阻所配置的制動單元應(yīng)該提高一檔，并且額定功率也要加大一倍，以確保制動單元能夠迅速制動。

4 PLC的選用

經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)的現(xiàn)場輸入，輸出信號的數(shù)量及作用，結(jié)合設(shè)計(jì)要求及應(yīng)用習(xí)慣選擇合適的PLC控制系統(tǒng)。本文采用西門子6ES7-300系列PLC控制系統(tǒng)展開研究。這種PLC由是多個模塊用不同形式整合為一體（主要由電源模塊、CPU模塊、I/O模塊等組成）的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，能夠迅速完成多種控制任務(wù)。橋機(jī)操作控制系統(tǒng)選用可編程控制器（PLC）作為控制核心。I/O點(diǎn)數(shù)按實(shí)際需要配置，并留有20%的裕量。指令和數(shù)據(jù)主存儲器容量不小于程序容量的2倍。同時按實(shí)際工程需要配置相應(yīng)的其他必需模塊。它的特點(diǎn)具有完善的各種自動保護(hù)功能和各種故障自診斷及顯示報警功能，包括：瞬時過電流保護(hù)，再生電壓保護(hù)，瞬時斷電失壓保護(hù)，接地過電流保護(hù)，冷卻風(fēng)機(jī)異常，超頻（超速）保護(hù)，失速過電流保護(hù)，失速再生過電壓保護(hù)，接觸器粘結(jié)、缺相、行程限位，主令控制器零位保護(hù)等功能。

橋式起重機(jī)拖動系統(tǒng)能夠通過PLC 對大、小車以及主、副鉤的運(yùn)行狀態(tài)和速度轉(zhuǎn)換的無點(diǎn)控制，并且也能實(shí)現(xiàn)限位保護(hù)。5臺電動機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)驅(qū)動，4臺變頻器負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制。PLC包含若干個輸入輸出點(diǎn)數(shù)，它與4個變頻器的連接方式十分相似。本文將重點(diǎn)研究主鉤電機(jī)變頻器和PLC的連接方式。圖4即為主鉤PLC接線控制原理。

5 結(jié)束語

陸水電廠針對橋式起重機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速改造，利用變頻器和PLC控制技術(shù)取代了傳統(tǒng)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻控制方式，在原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上剔除了交流接觸器和串聯(lián)電阻，精簡了電氣控制元件和相關(guān)電控線，以此控制起重機(jī)的起停和速度轉(zhuǎn)換，減少了負(fù)載波動，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，安全性更高。改造后，整個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PLC無點(diǎn)控制，既降低了系統(tǒng)噪音，同時也減少了系統(tǒng)故障。改為PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)后，機(jī)械特性硬，檔速基本不受負(fù)載變化的干擾，輕載時也不會因操作不當(dāng)引起調(diào)速失控。除此以外，變頻器還能根據(jù)現(xiàn)場條件調(diào)節(jié)檔速以及加減速時間，系統(tǒng)響應(yīng)時間進(jìn)一步縮短，運(yùn)行更加靈活。采用變頻調(diào)速同時也實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟起動，不僅提高了設(shè)備運(yùn)行效率，而且能夠避免機(jī)械在大力矩沖擊下被損壞或出現(xiàn)機(jī)械故障，從而節(jié)省了一部分維修費(fèi)用。實(shí)踐證明本次改造是成功的。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬寅.起重機(jī)的變頻調(diào)速[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2001.