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導語：在基于模型的優化設計的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
關鍵詞： RFID；食品追溯；模型
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）19-4488-02
最近幾年我們國家政府對食品安全問題越來越重視，人民群眾也非常關心此類危害生命和健康的事件，該文研究食品追溯模型優化，希望能夠從追溯方面對人名群眾的食品安全進行保證，并最終達到食品的安全流通與即時檢驗。
由于我國地大物博，經濟的快速增長、社會生活的穩定進步、人民生活水平的不斷提高，形成了規模極為龐大的食品行業。同時，食品行業以中小企業為主，生產分散，生產環節到最終消費的質量管理很難進行，造成了食品安全的很多問題。
本模型構建統一的食品安全監管可追溯信息服務模型，希望能在政府、企業、食品消費者之間搭建完整的信息溝通通道。希望能以政府信息化網絡為基礎，輔以公共事務管理平臺，結合食品安全這個民生相關的信息系統，進行資源與相關技術的整合，通過優化模型，形成一個完整食品安全追溯平臺，提高食品安全追溯的效率與準確性，以更加統一、協調、共生、便捷的方式服務群眾。
1 RFID工作原理
RFID的英文全稱是Radio Frequency Identification，射頻識別，又稱電子標簽，包含：無線射頻識別、感應式電子晶片、近接卡、感應卡、非接觸卡、電子條碼等關鍵器件。
2.1RFID基本工作原理
首先我們把有標簽的物體放入磁場后，此時物體就會收到讀寫器的射頻信號，如果是無源標簽或被動標簽就會憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息；如果是有源標簽或主動標簽就會主動發送某一頻率的信號，最后由解讀器讀取信息并解碼，然后送到相關應用系統進行數據處理其工作原理如圖1所示：
1.2 射頻識別
射頻標簽（RFID TAG）是射頻識別的基礎，它安裝在被識別物體上。射頻標簽用來存儲被識別對象信息，也稱之為電子標簽。射頻標簽是數據載體，是射頻識別系統的核心，由它記錄并存儲的對象數據非常重要。射頻識別標簽的組成如下：天線、調制器、編碼發生器、時鐘及存儲器等，具體構成如圖2所示。
2 追溯設計
追溯系統的構成中，核心是信息識別標簽。我們可以由信息識別標簽來存儲食品追溯所需的多種關鍵信息，如：食品的原材料來源、加工、運輸、倉儲、銷售等供應鏈的各個階段情況。追溯就是通過對原材料的來源、食品制造商、銷售商作加工、倉儲及銷售的各項信息紀錄來完成的，我們通過RFID標簽記錄信息就能對食品進行追究根源，從而實現糧食品質量追溯系統的建立。具體流程如下：
1）對食品的原材料進行跟蹤、記錄，把來源記錄寫入RFID標簽，添加食品來源的各種基本信息如：產地、收獲時間、凈重、有機或化學保護等；
2）通過倉儲、運輸環節到達食品加工廠，我們需要在標簽中添加倉儲和運輸環節的信息，如：車次、接貨時間、到貨時間、批號、產品重量等；
3）由加工廠完成食品加工，將原料和輔料的原始記錄以及加工過程、質量檢測的信息寫入RFID標簽；
4）最后到批發市場、大型超市，然后將這一層信息寫入電子標簽，實現跟蹤鏈的最終環節。
在設計追溯系統時候，考慮到工作效率，采用自動數據采集技術為支撐，將條碼、射頻識別等技術應用到供應鏈管理中。我們采用了條碼技術進行信息傳輸，它作為供應鏈管理現代化的關鍵的信息技術，具有信息采集速度快、可靠性高、靈活、實用等特點。而在追溯系統設計中，廣泛使用了射頻識別技術，因為它識別速度快、保密性強、可同時識別多個對象等特點，所以主要采用了它來進行信息識別。
3 食品追溯優化模型
食品追溯系統包含了一個完整的供應鏈，任何一個環節出問題，都會導致食品的追溯達不到預期效果。所以本研究從根本上進行食品追溯系統的模型優化設計，盡可能完善追溯系統，提高追溯效率，對食品從來源地、加工、包裝、銷售以及倉儲、運輸等環節構成進行整體監控，實現全過程跟蹤。在設計追溯模型時，需要實現各個環節的無縫銜接，使物流與信息流達到統一，這樣整個食品的供應鏈處于透明的狀態，從而使系統追溯功能順利完成。
首先為使信息流能順利聯通，需要在各個環節如：材料來源、運輸、加工、包裝、銷售等供應鏈進行標識。在此時，由于我們需要采用統一標識代碼進行記錄，所以對相關供應鏈中的操作，如數據采集、交換，對編碼的唯一性、通用性提出了更高的要求。
在設計追溯模型是，我們會對各環節全過程的每一個節點進行有效的標識。通過標識建立完整的，各個環節信息管理、傳遞和交換的方案，這樣我們就可以對供應鏈中來源、運輸、加工、包裝、貯藏、銷售等環節進行跟蹤與追溯，及時發現存在的問題，進行問題追溯。如圖3是我們設計的食品追溯優化模型圖：
4 結論
在食品跟蹤與追溯系統設計中，涉及了供應鏈中的每一個環節，需要對食品進行完整的標識，還要能及時采集與錄入標識信息，整個環節不能出現差錯要求系統可靠性高。如果任何一個環節出差錯了，都會導致整個追溯系統的錯誤，所以在設計系統時候，需要供應鏈中的所有參與方達成一致，在目前情況下，最好是政府牽頭，以政府信息化網絡為基礎，輔以公共事務管理平臺，完成整個供應鏈的整合。
參考文獻：
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關鍵詞：公交行車調度問題；公交線網設計；乘客到達率；Fisher法
引言
公交行車調度問題是地面公交系統運行組織的核心。通常，公交行車調度作業包括：時刻表生成、行車計劃編制、勞動配班3部分內容。其中，線路發車時刻表是進行車輛和司售人員調度的基礎；行車計劃編制是為線路發車時刻表內所有車次任務安排合意的車輛運營；勞動配班又稱為駕駛員調度，即為每個車次安排司乘人員。根據運行組織范圍的不同，公交行車調度問題可分為單線路行車調度問題及區域行車調度問題兩種類型。前者主要考慮線路運行中的乘客和公交公司的利益均衡；后者則允許車輛在不同線路間通過插入一系列空駛車次實現跨線行駛，從而更側重于線路在區域上的協同。單線路行車調度問題是研究區域行車調度問題的基礎。因此，論文關于地面公交行車調度問題的研究主要針對單線路行車調度優化問題展開。
1 文獻綜述
目前，國內外學者對公交行車調度展開了大量的研究，其模型的建立多以乘客乘車成本最小化和公交公司收益最大化為優化目標。陳芳[1]在發車間隔的研究中以乘客等待時間和公交車運行費用為優化目標，通過權重法建立了分時段調度優化模型，并采用步長法進行仿真求解。張無非，張馳等[2]基于乘客到達數據對公交行車調度模型求解進行了研究。該研究以乘客的等待時間和公交公司的利益為目標進行優化。該研究通過在乘客等待時間量化中引入罰函數機制，避免了乘客等待時間過長。戴連貴和劉正東[3]將乘客時間價值分成兩部分內容，一是乘客在車站的停留時間，二是乘客的乘車時間。其中乘車時間又包括兩站間的行駛時間、乘客下車時間、車上乘客停站等待時間。孫文霞等[4]則假設公交車單位時間運營成本固定，認為乘客費用包括兩部分：一是在公車上的擁擠費用，二是等車費用。Andrede和Robin[5]將公交行車調度看成N中位問題，運用選址理論，分別考慮線性模型和環模型。
在線路乘客到達率處理方面，現有研究多采用移動平均法和插值法。文獻[2]用三次樣條插值來處理客流數據，將小時上車人數和凈上車人數換算到分鐘時間刻度引，同時引入站點客流隨時間的變化曲線，將其平移疊加處理成發車點的客流量。部分研究采用Fisher算法[6]對有序樣品進行聚類劃分調度時段。楊新苗等[7]運用Fisher算法，將客流分成時段，以確定了最優客流時段劃分，為公交行車調度的優化時段提供依據。
綜上，現有關于地面公交行車調度模型雖然較為全面地考慮了調度中的關鍵因素，但對公交車在各站的上下客情況以及乘客公交出行過程中的時間成本構成分析較為粗糙，這使得其研究應用性較差。基于此，論文通過分析公交線路客流在站點的分布特征，將乘客到達率轉化為一個隨時間變化的連續函數，并用Fisher法分割公交發車時段，以乘客的等車時間最小和車輛的載客率最大為目標，建立了地面公交行車調度優化模型。
2 線路乘客到達率匡算
3 線路發車時段劃分
按照線路客流時辰分布特性，將線路運行時段劃分成有序的發車時段，則線路客流特征中各個時刻（時段）的到達人數則為有序樣本。論文采用運用有序樣品聚類方法來劃分發車時段。該類方法中，國內外應用較為廣泛是Fisher法（又稱最優分割法）。因此，論文運用Fisher法分割公交發車時段。
以步長為 為時間刻度，將一天內的發車總時長等分，則有：
其中 為首班車發車時間， 為末班車的發車時間， 為向下取整函數。該聚類中未考慮首末班車，將其合并到第一個和最后時段。則有中間時刻對應的乘客到達率為：
4 公交行車調度模型建立
5 結論
論文通過分析公交線路客流在站點的分布特征，將線路乘客到達率轉化連續函數，并用Fisher法分割公交發車時段，建立了以乘客的等車時間最小和車輛的載客率最大為目標的地面公交行車調度優化模型。論文研究成果對地面公交線路的行車組織具有一定的指導意義，對地面公交行車調度問題的理論研究具有一定的理論價值。
參考文獻
[1]陳芳.城市公交行車調度模型研究[J].中南公路工程.2005，30（02）：162-164.
[2]張無非，張馳，嚴奇琦.對于公交汽車調度問題的求解[J].工程數學學報.2002，19（S1）：81-88.
[3]戴連貴，劉正東.公交行車調度發車間隔多目標組合優化模型[J].交通運輸系統工程與信息.2007，07（04）：43-46.
[4]孫文霞，宋倜，喬國會.公交行車調度中發車間隔控制研究[J].河北工業大學學報.2007，36（02）：89-93.
[5]Andrede P，Robin L.Optimal timetables for public transportation[J].TRANSPORTATION RESEARCH PART B-METHODOLOGICAL.2001，35（8）：789-813.
關鍵詞：ANSYS參數化語言； APDL ；鋼結構 ；優化設計Abstract: At present, more and more extensive application of steel structure, but the current design method of steel structure is relatively complex, the optimization design of the research is not thorough; at the same time, promotion of steel structure greatly limited because of its high cost is generally the people. This paper discusses the research on Optimization of steel frame structure, introduces the optimization algorithm (complex) and ANSYS in the APDL language. And combined with the practical engineering, and by using the complex method and the finite element software ANSYS optimization module, and at the same time, the lowest for optimization purposes, the beam column section size of a plane steel structure has been optimized and analyzed. Through the comparative analysis of the theoretical analysis and the results, confirmed that the optimization method is feasible, can not only significantly reduce the project cost, promote the popularization and promotion of steel structure. By the design example shows that, based on the two development language APDL ANSYS to establish the optimization of steel structure design module has the advantages of convenient operation, optimization program can be customized to optimize the process and control variables, to adapt to different types of structure and load combination, flexible strong. Optimization of the design idea, can be extended to other forms of structure, can be used for reference to other types of structure optimization.
Keywords: ANSYS parametric language; APDL; steel structure; optimization design
中圖分類號：TU391文獻標識碼：文章編號:
1.引言
隨著我國建筑業的迅速發展，工業與民用建筑中大量采用鋼結構，使得建筑用鋼量逐年增加。因此，目前結構優化設計越來越受到重視，并引起了社會日趨密切的關注，這不單單是因為要如何響應國家提出建設“節約型社會”的政策，更是因為要如何使得建筑鋼材得到節約與合理利用。通用有限元軟件ANSYS 以其強大的分析功能、友好的人機交互界面和可開發性，在國內外工程建設和科學研究中得到了廣泛的應用。本文通過ANSYS 的二次開發語言APDL 定義了符合鋼結構設計規范的優化設計程序，使之得出的計算結果對工程設計有一定的參考價值。同時由文中設計實例可知，基于ANSYS 的二次開發語言APDL 語言建立的鋼結構優化設計模塊操作方便，優化程序可自定義優化過程和控制性變量，適應了不同的結構類型和荷載組合，具有很強的靈活性。本文的優化設計思想，可以推廣到其它結構形式，可對其它類型結構優化起到借鑒作用。
2.結構優化設計的基本理論
2.1結構優化設計概念
假定分析搜索最優設計一般被歸納為結構優化分析過程的流程。而這其中優化分析的核心部分為搜索過程。在包括滿足各種給定條件的前提下，是否達到最優是結構優化設計最先對設計方案進行的判斷。如果沒能達到，但又為了使得預定的最優指標能逐步達到，就需要遵循某一設定的規則進行修改。而以數學規劃為基礎，進行數學模型建立，并對計算方法進行選擇，使得工程結構設計問題轉化為數學問題，然后在多種可行性設計中運用計算機選擇出相對屬于最優設計的方案，這也正是結構優化設計的主要任務。
2.2結構優化設計的數學模型
設計變量、目標函數和約束條件是結構優化設計的主要要素：。其數學模型的一般表達式為
求設計變量
使目標函數
滿足約束條件
3.基于APDL的鋼結構優化設計
3.1APDL語言簡介和使用
APDL是指ANSYS 參數化設計語言，是使得某些功能或建模可以自動完成的腳本語言之一。它提供如參數、宏、標量、向量及矩陣運算、分支、循環、重復以及訪問ANSYS 有限元數據庫等一般程序語言的功能，同時其可以實現參數交互輸入、消息機制、界面驅動和運行應用程序等，因此它也提供簡單界面定制功能。為了擴展了傳統有限元分析范圍以外的能力，它可以根據指定的函數、變量設定程序的輸入，同時選它使用戶對任何設計和分析屬性有控制權，也就是說其為了為用戶提供了自動完成繁瑣循環的功能而運用了建立智能分析的手段，從而為優化設計運行繁瑣的迭代提供了可能和高效率，具體為參數、函數、分支與循環、重復、宏等功能。
3.2優化基本原理
優化方法采用復形法。復形法優化是一個運用較多且較為成熟的非線性數學規劃方法，其基本思路來源于無約束優化算法的單純形法。而無約束優化算法的單純形法就是復合形法的基本思路的來源。
3.3優化設計流程
為了將有限元法與優化方法結合起來，可以采用基于APDL語言的ANSYS優化設計模塊（OPT）來實現。基本流程圖如圖1所示。
圖1ANSYS軟件優化設計程序流程圖
3.4APDL優化程序關鍵技術
首先建立鋼框架結構參數化有限模型。參數是指APDL中的變量與數組。參數化模型的建立，便于模型的修改，也便于設置優化設計變量。
其次建立鋼框架結構優化設計模型。下面是部分優化命令：
/POST1！進入后處理器
*GET,V,SSUM,,ITEM,EVOL！提取結構體積，賦予參數V
……
/OPT！進入優化設計器
OPANL,1.LGW!指定分析文件
OPVAR,W1,DV,.1,.4!定義設計變量
OPVAR,TW1,DV,0.005,0.02
OPVAR,TY1,DV,0.005,0.02
……
OPVAR,MS1,SV,0,225750!定義狀態變量
OPVAR,SS1,SV,0,125000
……
OPVAR,V,OBJ,,,.01!定義目標函數
OPKEEP,ON!要求保留最優設計序列時的數據庫和結果文件
OPTYPE,SUBP!使用零階方法
OPFRST,40!最大40次迭代
OPEXE!運行優化
4.優化設計實例分析
本文以單跨單層鋼框架結構廠房為例，跨度為 12m，層高為4.5m，框架梁、柱均采用焊接H 型鋼截面且翼緣采用焰切邊，材質均為Q235 鋼。為簡便起見，取恒荷載為0.5kN/m2，活荷載為2.0kN/m2。通過APDL 優化程序，得出用鋼量約為18.2kg/m2。優化前后的結果對比分析見表1。
表1 優化前后結果分析
5.結語
本文首先論述了進行鋼框架結構優化研究的意義，介紹了優化算法（復形法）和ANSYS 中的APDL語言。并通過與實際工程相結合，并分別采用復形法和有限元軟件ANSYS優化模塊，同時以最低化用為優化的目的，使一平面鋼結構的梁柱截面尺寸得到優化并進行相應的分析。通過理論分析與結果的分析比較，證實了該優化方法是可行的，不僅能明顯降低工程造價，促進鋼結構的普及和推廣。而由設計實例可知，基于ANSYS 的二次開發語言APDL 語言建立的鋼結構優化設計模塊操作方便，優化程序可自定義優化過程和控制性變量，適應了不同的結構類型和荷載組合，具有很強的靈活性。本文的優化設計思想，可以推廣到其它結構形式，可對其它類型結構優化起到借鑒作用。
參考文獻：
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關鍵詞 ANSYS;MATLAB;橋式起重機;優化設計
中圖分類號：TH215 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）21-0158-02
對于我國林業產業的發展而言，重型起重機設備在林業生產過程中的實際應用是保證行業產值的重要因素之一。在以往傳統設計方法的指引下，所制備出的橋式起重機成品設備往往過于笨重，而且過多地消耗材料，造成了高成本的結果。實際上，通過先進技術的整合應用，利用PROE進行建模，借助ANSYS與MATLAB的技術優勢，則可改善設備的設計方案，能夠使制造出的成品起重機設備更具應用效能。
1 橋式起重機主梁設計的內容概述
從林業生產所用的橋式起重機設備的本身架構來看，主梁部位是橋式起重機設備的核心部位，設備的承載能力主要就依靠主梁。從機械設備設計的角度來看，主梁設計參數的取值對于整機設計效果有著直接的影響。
1）橋式起重機主梁的載荷計算。
傳統的計算方法需要橋式起重機主梁的跨度、小車輪距、腹板高度等項目參數的準確數值，就以主梁跨度為22500 mm、小車輪距為2400 mm、腹板高度為1150 mm數據來計算小車輪的承載負荷，也就是橋式起重機主梁的載荷[1]。
2）橋式起重機主梁的建模依據。
橋式起重機作為一種以主梁為載重核心架構的機械設備，主要承擔著林業等企業的裝卸任務。通過對傳統橋式起重機設計數據的了解與分析，可以在原有設計方案的基礎上進行改良設計，通過構建模型的方式來檢測主梁承壓的極限值，在實際生產制造設備的過程中借鑒其數據進行優化設計（橋式起重機主梁截面如圖1所示）。
從圖1中可以看到，各個部位的數據需要進行如實測算，然后才能夠通過先進的設計軟件來對其進行合理化測算，并將結果傳遞給制造單位，從而將橋式起重機的橋梁結構搭建完好。從具體來看，橋式起重機的橋梁結構為整個設備的主干，其重量占比也較為突出，約占橋式起重機設備總體質量的六成以上，之所以主梁的重量偏高，是為了保證起重機設備的結構穩固，但實質上過高的重量占比也造成了設備制造的物料消耗過大，增加了橋式起重機設備的制造成本。由此可見，探究橋式起重機設備的優化設計方案的首要一點內容便是通過計算設備各項物理變動數值，進而找尋到主梁的承壓重心，在保障設備運作安全的同時盡可能減少制造物料的消耗。
2 基于ANSYS與MATLAB的橋式起重機主梁優化設計
在進行橋式起重機主梁優化設計的過程中，可以結合ANSYS軟件的設計優勢，以及在MATLAB的作用下，構建與傳統起重機極為不同的主梁模型，對橋式起重機主梁結構進行輕量化的設計研究。在改進設備主梁部位設計時，需要以主梁結構的強度、主梁剛度、主梁腹板的穩定性為基準，這些指標要符合一定的設計要求。
圖1 橋式起重機主梁的截面示意圖
1）應用ANSYS與MATLAB軟件技術，改進橋式起重機主梁設計方案。
在傳統設計方案的基礎上，優化設計橋式起重機主梁時，利用PROE的建模優勢，經ANSYS應力分析所得出的主梁質量為20000 kg（在公式中用Q來表示，另外，小車的輪壓用P表示）。同時，利用MATLAB數值計算的優勢，把三個軟件起升機構啟動制動時會產生豎直的慣性力，計算有效的結合起來對主梁
優化[2]。
從模型構建的進度以及計算過程來看，先用PROE建立主時須考慮動力系數ψ，p小車為小車梁的模型，然后導入ANSYS中進行應力分析[3]。將這些數值代入到設計軟件之中，與此同時，通過多次模擬試驗后，當確定主梁數據可以優化時，則可以利用MATLAB進行改進，進而得出如下計算公式（在不同的數據參數影響下，其結果略有不同，在制造過程中，要具體問題具體分析）：
p1=p小車-ψp1Q=8.435×104N[4];
然后，按照優化后的參數修改PROE中主梁的參數，即所得公式為：
p2=p小車-ψp2Q=7.615×104N。
2）基于ANSYS與MATLAB的橋式起重機主梁設計優化方案成果綜述。
經建模以及測算的過程可以清楚的了解到，在應用ANSYS與MATLAB軟件技術以后，橋式起重機主梁設計方案較傳統形式有了一些變化，滿足了一開始所提出的降低主梁物料消耗的構想，而且，能夠保證橋式起重機的運行安全。由此可見，基于ANSYS與MATLAB軟件技術的橋式起重機主梁優化設計方案具備一定的可行性與經濟性，通過了建模測算，而且能夠在實踐的過程中實現低成本制造的目標。
3 結束語
通過構建橋式起重機的主梁三維模型，并導入ANSYS對其典型工況進行分析，可以得出合理的優化設計方案，接下來，憑借MATLAB建立數學模型來實踐優化設計內容，最終還是利用ANSYS對模型進行驗證。實踐證明，基于ANSYS與MATLAB的橋式起重機主梁優化設計方案具備一定的可行性與經濟性，不僅有效優化了橋式起重機的主梁設計，而且縮減了制造傳統機型所需的物料，降低了設備的制造成本，該策略值得進行推廣實施。
參考文獻
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（1）過濾元件。過濾原件是凈化系統的最后屏障，是液壓系統污染的關鍵步驟，是主要的元器件，對環境起到一個保障作用，具有一定的實際應用價值。
（2）液壓凈化系統簡化模型。建立簡化的模型必須進行推導，利用數學公式建立邏輯模型，通過邏輯模型建立實際應用模型，模型的建立需要一個嚴謹的推導過程，液壓凈化系統簡化。
2液壓凈化系統的優化設計
本論文對液壓凈化系統進行優化選擇設計主要從元件級參數設置及系統布局兩方面進行闡述，對液壓系統進行優化及升級提高環境保護，對機械設備的使用壽命等有一定的延長，提高其工作效率有一定使用價值。
2.1元件級的優化設計
基于以上液壓污染動態平衡方程，對過濾元件過濾器進行優化選擇，主要從確定過濾時間、過濾比兩個方面進行優化選擇。
（1）臨界時間的確定。臨界時間是針對一定污染度油液的獨立過濾系統而言，當過濾時間達到，過濾系統的固體顆粒濃度不會隨時間的改變而改變，這個時間就稱為臨界時間。臨界時間對元件級的優化設計有一定的幫助，是對整個元件的優化設計有一定指導作用，對元件級的優化設計能順利進行提供有力保障。
（2）基于Matlab的過濾比的優化選擇。通過Matlab的過濾比進行優化選擇，對液壓系統產生的標準污染油液進行過濾比較。
2.2系統級優化與設計
根據液壓系統目標污染度的要求，適當選擇過濾管路及過濾器過濾精度，用于濾除系統自身形成的污染和外部侵入的污染，使油液的污染度控制在組件能耐受的污染限度之內。
（1）液壓凈化系統的布局。液壓凈化系統在實際使用過程中必須進行合理化地布局，布局采用多種方式，有時候多種方式進行合理布局，可提高過濾效果，增大系統的納污量，減少清洗次數及延長液壓系統的壽命。
（2）不同組合方式的過濾效果。通過實驗進行驗證，應用一種過濾方式過濾效果一般，通過多種形式與方式進行過濾能產生不同的效果，在工業實際生產過程中，經常選用多種組合方式進行過濾，其過濾效果是非常理想的，應用各種過濾方式的優勢，達到一定效果。
3基于HyPneu的仿真驗證
1．引言
電子設計自動化（EDA）是以電子系統設計軟件為工具，借助于計算機來完成數據處理、模擬評價、設計驗證等工序，以實現電子系統或電子產品的整個或大部分設計過程的技術。它具有設計周期短、設計費用低、設計質量高、數據處理能力強，設計資源可以共享等特點。電路通用分析軟件OrCAD/PSpice9以其良好的人機交互性能，完善的電路模擬、仿真、設計等功能，已成為微機級EDA的標準系列軟件之一。本文基于OrCAD/PSpice9的電路優化設計方法，通過實例分析了有源濾波器的優化設計過程。
2．OrCAD/PSpice9軟件的特點
OrCAD/PSpice9是美國OrCADINC.公司研制的一種電路模擬及仿真的自動化設計軟件，它不僅可以對模擬電路、數字電路、數/模混合電路等進行直流、交流、瞬態等基本電路特性的分析，而且可以進行蒙托卡諾（MonteCarlo）統計分析，最壞情況（WorstCase）分析、優化設計等復雜的電路特性分析。相比PSpice8.0及以前版本，具有如下新的特點：
·改變了批處理運行模式。可以在WINDOWS環境下，以人機交互方式運行。繪制好電路圖，即可直接進行電路模擬，無需用戶編制繁雜的輸入文件。在模擬過程中，可以隨時分析模擬結果，從電路圖上修改設計。
·以OrCAD/Capture作為前端模塊。除可以利用Capture的電路圖輸入這一基本功能外，還可實現OrCAD中設計項目統一管理，具有新的元器件屬性編輯工具和其他多種高效省時的功能。
·將電路模擬結果和波形顯示分析兩大模塊集成在一起。Probe只是作為其中的一個窗口，這樣可以啟動多個電路模擬過程，隨時修改電路特性分析的參數設置，并可在重新進行模擬后繼續顯示、分析新的模擬結果。
·引入了模擬類型分組的概念。每個模擬類型分組均有各自的名稱，分析結果數據單獨存放在一個文件中，同一個電路可建立多個模擬類型分組，不同分組也可以針對同一種特性分析類型，只是分析參數不同。
·擴展了模型參數生成軟件的功能。模型參數生成軟件ModelED可以統一處理以文本和修改規范兩種形式提取模型參數；新增了達林頓器件的模型參數提取；完成模型參數提取后，自動在圖形符號庫中增添該器件符號。
·增加了亞微米MOS器件模型EKV2-6。EKV2-6是一種基于器件物理特性的模型，適用于采用亞微米工藝技術的低壓、小電流模擬電路和數/模混合電路的模擬分析。
3．電路優化設計
所謂電路優化設計，是指在電路的性能已經基本滿足設計功能和指標的基礎上，為了使得電路的某些性能更為理想，在一定的約束條件下，對電路的某些參數進行調整，直到電路的性能達到要求為止。OrCAD/PSpice9軟件中采用PSpiceOptimizer模塊對電路進行優化設計，可以同時調整電路中8個元器件的參數，以滿足最多8個目標參數和約束條件的要求。可以根據給定的模型和一組晶體管特性數據，優化提取晶體管模型參數。
3.1電路優化基本條件
調用PSpiceOptimizer模塊對電路進行優化設計的基本條件如下：
·電路已經通過了PSpice的模擬，相當于電路除了某些性能不夠理想外，已經具備了所要求的基本功能，沒有其他大的問題。
·電路中至少有一個元器件為可變的值，并且其值的變化與優化設計的目標性能有關。在優化時，一定要將約束條件（如功耗）和目標參數（如延遲時間）用節點電壓和支路電流信號表示。
·存在一定的算法，使得優化設計的性能能夠成為以電路中的某些參數為變量的函數，這樣PSpice才能夠通過對參數變化進行分析來達到衡量性能好壞的目的。
3.2電路優化設計步驟
調用PSpiceOptimizer進行電路優化設計，一般按以下4個步驟：
(1)新建設計項目，完成電路原理圖設計。這一歩的關鍵是在電路中放置OPTPARAM符號，用于設置電路優化設計過程中需要調整的元器件名稱及有關參數值；
(2)根據待優化的特性參數類別調用PSpiceA/D進行電路模擬檢驗，確保電路設計能正常工作，基本滿足功能和特性要求；
(3)調用PSpiceOptimizer模塊，設置可調整的電路元器件參數、待優化的目標參數和約束條件等與優化有關的參數。這一歩是優化設計的關鍵。優化參數設置是否合適將決定能否取得滿意的優化結果；
(4)啟動優化迭代過程，輸出優化結果。
電路優化設計的過程框圖如圖1所示。
3.3電路優化設計實例
濾波器電路如圖2所示。優化目標要求中心頻率（Fc）為10Hz；3dB帶寬(BW)為1Hz，容差為10%；增益（G）為10，容差為10%。
在圖2中，濾波器電路共有三個可調電位器R
gain、Rfc和Rbw，用來調整中心頻率、帶寬以及增益，且這種調整是相互影響的。三個可變電阻的阻值是由滑動觸點的位置SET確定的，顯然SET值的范圍為0～1，所以將三個電位器的位置參數分別設置為aG、aBW和aFc。
由于對濾波器的優化設計是交流小信號分析，因此應將分析類型“Analysistype”設置為“ACSweep/Noise”；掃描類型“ACSweepType”設置為“Logarithmic”;“Points/Decade”設置為100；起始頻率“Start”和終止頻率“End”分別設置為1Hz和100Hz。
為了進行優化設計，在電路圖繪制好后，應放置OPTPARAM符號并設置待優化的元器件參數。本例中參數屬性設置值如表1所示。
設置好待調整的元器件參數以后，調用PSpiceOptimizer模塊并在優化窗口中設置增益（G）、中心頻率（Fc）和帶寬(BW)三個優化指標。并利用PSpice中提供的特征值函數定義這三個優化指標，具體設置見表2。
調用PSpiceA/D進行模擬計算，在相應窗口中顯示中心頻率的值為8.3222，帶寬為0.712187，增益為14.8106。顯然這與要求的設計指標有差距，需要通過優化設計達到目標。
在優化窗口中選擇執行Tune/Auto/Start子命令，即可開始優化過程。優化結束后，優化窗口中給出最終優化結果，如圖3所示。
由圖3可見，系統共進行了三次迭代，自動調用了9次電路模擬程序。當3個待調整的元器件參數分別取aG=0.476062；aFc=0.457928；aBW=0.702911時，可以使3個設計指標達到G=10.3499，Fc=9.98953，BW=1.00777。
可見，對電路進行優化設計后，電路指標均能滿足設計要求。另外，完成優化設計后，還可以從不同角度顯示和分析優化結果。
4.結束語
關鍵詞：優化設計；農業機械；應用研究
1優化設計在農業機械設計中應用的意義
要提高我國農機產品的質量，就要大力提高農機生產制造水平和設計水平，對傳統的農機產品設計進行改進。傳統的農業機械零部件設計一般采用經驗類比，通過力學簡單計算來完成。傳統的設計優化方式對設計人員的經驗要求較高，很多創新設計和優化設計都缺乏數據支持，過度的設計導致機械綜合性能提高的同時，制造成本大幅上升。
2優化設計的基本思路
優化設計是從若干種可行性方案中擇優選出一種最佳的設計方法，這種選擇是以初始數據為基礎，采用計算機技術聯合實現的。優化設計對軟件計算能力和模型構建能力有較高的依賴，近年來隨著計算機科技的不斷發展和軟件開發能力的不斷提高，計算機在機械設計中發揮了重要的作用。同時，計算機的發展也使優化設計理念得以實現，優化設計的思路也越來越開闊。
3計算機軟件在優化設計中的應用
要實現優化設計在農業機械設計中的應用，先進的軟件技術是必不可少的。設計軟件是設計者的工具，對于農業機械設計者來講，能夠熟練應用軟件完成虛擬制造、實驗和測試，對參數進行分析，是實現農業機械優化設計的必要因素[2]。
3.1ANSYS軟件
ANSYS軟件是一種大型有限元分析軟件，由美國ANSYS公司研發，這種軟件能夠與多種計算機輔助設計軟件實現數據的共享和交換，被普遍應用于汽車工業、建筑橋梁等方面設計中。
3.2ADAMS軟件
ADAMS軟件是一種對機械系統動力學進行自動分析的軟件，由美國機械動力公司開發，通過ADAMS軟件，能夠建立機械系統幾何模型，對虛擬機械系統進行動力學分析，預測機械系統的性能、碰撞加速和運動范圍等[3]。
4優化設計在農業機械設計中的應用
4.1幾何模型的建立
結合設計零部件的特征、材質和其他約束條件，通過Pro/E軟件進行幾何模型的建立，本次研究基于Pro/E軟件應用的基礎上，采用旋轉建模的方法，建立齒輪軸模型。齒輪過渡段圓的半徑R=8.6mm。
4.2模型材料屬性設置
模型材料屬性包含材料材質、密度、彈性模量、泊松比等。
4.3約束與載荷
齒輪的驅動軸兩端，靠的是軸承作為支撐，加載載荷較為復雜，本文通過兩種方式加載扭矩，一種是通過運動學模塊進行扭矩分析，分析的受力情況信息傳遞到結構分析模塊中；一種是取相近的加載扭矩數值輸入到結構分析模塊中。經過判定，本文采用第二種方式。沿著軸向建立起圓柱坐標系，加載圓柱面的殼，厚度取值1mm，這種取值也是為了便于分析，然后找到扭矩加載點，進行扭矩加載。這個環節需要注意，驅動力矩要在軸的中部位置加載，扭矩為8600N.mm，在軸的兩端加阻力扭矩，兩端本別為4300N.mm。
4.4模型分析
在模型分析環節中，完成受力和約束參數設置后，在利用Pro/E軟件進行靜態模型構建，然后對靜態模型進行相應的分析。通過軟件對構建模型的分析結果可以確定，最大的應力為16.7N/mm2,而設計所用材料材質為45號鋼，最大的屈服應力能夠達到350N/mm2以上，鋼材的屈服應力范圍遠遠大于設計零部件的最大應力，可見在尺寸選擇中相對比較保守。
4.5設計參數的建立
設計的過程主要是模型建立的過程，而在模型建立的過程中，設計者將要建立許多參數，其中包括物理性能參數、結構設計參數等，這些參數代表著所用材料的基本屬性和要達到的設計性能，當參數發生了變化，建立的模型性能也將隨著發生變化。如果針對所有參數進行優化，將增加設計過程中龐大的計算量，這樣就需要設計者對這些參數進行優選，結合不同參數對模型的影響程度，和對設計部件的使用性能的影響，可以優先選擇對模型性能影響最大的參數設置，這種處理方式，也體現出優化設計的理念，實現參數選擇上的優化，最有效的、影響最大的參數信息將被利用，而影響較小的參數將被忽略。在本次分析案例中，將過渡段尺寸參數當做設計變量，設計變量的初始值為8.6mm。
4.6優化設計
在農機設計中采用優化設計的目的在于能夠實現通過模型的各項功能計算和設計，達到降低成本，能夠發揮最優性能。在優化設計的過程中，要對具有影響效果的約束條件和各類參數進行設置。本案例設計中，滿足各項受力條件下，所使用的材料質量最小，采用過渡段半徑作為設計參數，部件的最大應力小于材料許用應力。本案例中選擇的45號鋼，最大的屈服應力大于350N/mm2，安全系數設定為3.0，軸最大應力＜114N/mm2，結合各參數和約束條件，從而分析出最優的結果。
關鍵詞： 油底殼； 條紋優化； 振動性能
中圖分類號： TK421；TB115.1文獻標志碼： B
引言
油底殼是薄壁類零件，工作時在整機影響下會產生復雜的振動，其輻射噪聲有時可占發動機總噪聲的15%～22%[13].目前的研究主要針對油底殼的動力學特性，通過改善結構的動剛度或增加阻尼等措施抑制振動.因此，通過提高油底殼結構的剛度和調整結構固有頻率等措施改善結構振動性能，對減振降噪有重要意義.
結構優化設計在油底殼的設計過程中已有廣泛應用，如拓撲優化[45]、形狀優化[6]和結構參數化優化[7]等.通常在優化過程中僅考慮剛度和固有頻率的性能，很少有拓撲優化和形狀優化等對振動特性的研究.
油底殼通常由薄鋼板沖壓成型或鋁合金高壓鑄造，相較而言鋁合金油底殼強度高，NVH性能好，但是成本也相對較高.[8]本文采用Tosca軟件中的條紋優化技術（由德國卡爾斯魯厄大學制造發展協會（IPEK）對金屬板殼結構開發），通過布置條紋的凸起形式，提高其剛度和固有頻率或者降低噪聲和振動.在研究中考慮油底殼的振動響應特性，通過在油底殼底面上布置條紋的凸起形式改善其動力學特性，并且驗證條紋優化技術對油底殼性能的提高有積極意義.
1油底殼初始設計方案
根據油底殼的結構特點，選擇三角形和四邊形的殼單元進行模擬，在與機體相連的螺栓孔位置施加垂向的單位激勵，見圖1.由于1階模態頻率為1 420.52 Hz，因此在進行頻率響應分析時，忽略對低階頻率區域的振動響應考察，僅分析1 200～2 400 Hz范圍內的振動響應.圖1中圈出區域內的節點位置作為頻率響應分析的研究域.
圖 1油底殼有限元模型
初始方案在所分析頻域內的振動速度響應曲線見圖2，可知，在2 200 Hz后，速度響應快速增大，需要對其進行優化設計，以降低其振動響應.
圖 2初始方案振動速度頻率響應
2優化問題定義
根據油底殼初始方案的分析結果，需要提高該設計方案的結構剛度，降低其在中頻段的振動響應，從而減少噪聲的來源.首先選擇油底殼的底面和側壁區域作為條紋優化的設計區域，圖3所示為底面區域，該區域內節點的法向位移作為設計變量的約束條件，并設定其法向位移的絕對值為5 mm.圖 3條紋優化底面設計區域
將分析頻域內振動速度的峰值最小化，作為優化設計的目標函數，見圖4.
3優化結果
經過Tosca 25次的條紋優化迭代，最終推薦如圖6所示的條紋布局方案.表面振動速度響應的整個優化歷史見圖7，在迭代到第10步時基本找到最優方案.
圖 6幾何光順后的油底殼模型
圖 7振動響應優化歷史
將最優方案與初始方案進行比較，表面振動速度響應優化前后對比見圖8，油底殼底面的振動速度響應有很大的改善，表面分析點的速度和為1.22E-8，較初始方案減小3.03E-7，降低96.11%；同時，2階模態頻率為2 908 Hz，較初始方案提升14.6%，其振型見圖9.
圖 8表面振動速度響應優化前后對比圖 9條紋優化后2階模態振型
條紋優化的設計結果中，某些凸起部位并不能完全符合設計制造工藝要求，且不方便加工，經過二次設計后的模型見圖10.對新設計的模型進行方案驗證，通過對底面中心位置振動速度響應的優化前后比較（見圖11），振動響應有很大的改善.
圖 10油底殼二次設計模型
圖 11中心點位置振動響應優化前后比較
4結束語
采用條紋優化技術對某油底殼的振動響應速度進行優化，結果表明通過條紋優化能很好地挖掘結構優化潛力，改善結構性能.在二次模型設計后，結構更加滿足制造要求，并且不損失性能，在實際研究中具有廣闊的應用前景.
參考文獻：
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關鍵詞：機械優化設計；理論；方法
隨著現代社會科學技術的發展，機械設計領域的概念和思維方式也在不斷發生變化，機械設計能夠在一定程度上反映出社會群體對客觀世界的認知，并且遵循客觀事物的發展規律來開展優化設計。因此加大力度探討機械優化設計理論方法，能夠為機械優化設計的未來發展指明方向。
1 機械傳統設計與優化設計的對比
機械優化設計是基于最優化設計的，主要以數學模型作為優化設計的基本途徑。優化設計的方法及思維屬于優化方法的范疇之內，這種設計思想會使得各種參數順著理想的方向能夠自我調節，在這種模型精確計算的條件下，從各種可行性相對較強的設計方案中擇優選取最佳的設計方案。由于設計方案較多，那么就需要使用電子計算機加以篩選，這主要得益于電子計算機的運行速度非常快，從而從諸多設計方案中篩選出最優方案。雖然在實際的數學建模過程中需要進行一定地簡化處理，可能會導致計算所得的結果與實際值存在一定的差距，但是其基于客觀規律以及數據，又無需花費太高的費用，所以說，這種建模計算的方法具有經驗類比或者試驗途徑不可比擬方面的優勢之處，再加上一定的經驗依據，就能夠獲得一個非常理想的設計結果。雖然傳統設計也追求最優化的設計結果，一般是基于調查、分析，按照實際需求以及實踐經驗，參照類似于工程設計，經估算、類比以及試驗等過程，對尋優過程進行構思、評估、再構思以及再評估等，從而最終確定設計方案，最后開展剛度、強度以及穩定性等方面的計算。然而在傳統設計過程中，存在主觀方面、時間以及工作量過多等方面的影響，由于這些影響因素的存在，使得設計結果的最優化選擇無法正常進行，這些設計結果的計算也僅僅具有校對、核驗以及補充等方面的作用，只能對原有方案的可行性加以證實。傳統設計往往需要花費高額的資金以及人力，而且最終結果也與初始設計試驗范圍差不離。所以說，傳統設計主要受到主觀因素的影響，得到的僅僅屬于滿足最初設計要求的設計結果，并非最優化設計結果。
2 優化設計方法的評判指標
效率要高、可靠性要高、采用成熟的計算程序、穩定性要好。另外選擇適當的優化方法時要進行深入的分析優化模型的約束條件、約束函數及目標函數，根據復雜性、準確性等條件結合個人的經驗進行選擇。優化設計的選擇取決于數學模型的特點，通常認為，對于目標函數和約束函數均為顯函數且設計變量個數不太多的問題，采用懲罰函數法較好；對于只含線性約束的非線性規劃問題，最適應采用梯度投影法；對于求導非常困難的問題應選用直接解法，例如復合形法；對于高度非線性的函數，則應選用計算穩定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內點懲罰函數相結合的方法。
3 機械優化設計理論方法
3.1 準則優化法
在機械優化設計理論方法中，所謂準則優化法，就是指以物理學和力學等原則來構造并優化機械設計的方案，以促進機械優化設計的順利進行。準則優化法在實際應用中具有良好的優勢，其概念直觀性較強，并且計算過程簡便，即便是在約束條件相對較少的條件下，準則優化法的實際優化效率相對較高，因此在工程中具有良好的應用效果。但就機械優化設計的實際情況來看，準則優化法也不可避免的存在一些不足，尤其是在實際應用中，其所考慮的范圍具有一定局限性，一旦實際約束條件較多，會嚴重影響機械優化設計的效率，因此在機械優化設計中，應當對此項因素進行深入衡量和分析，以全面提高機械優化設計的質量和效果。
3.2 線性規劃法
在機械優化設計理論方法中，線性規劃法是基于數學極值的基本原理上所提出的，以目標函數、約束條件以及設計變形的線性優化為主要因素進行分析，以此作為主要的求解方式。線性規劃法中常用的兩種方式是單純形法與序列線性規劃法。
其中單純形法是美國學者所提出的一種具有直觀性的線性問題求解方法。單純形法在機械優化設計中也存在一定不足，極易受到收斂條件、壓縮因子以及擴展因子等多種因素的影響導致難以準確計算出機械優化設計的最優解。因此為保障機械優化設計的實際效果，應當全面衡量各項因素，包括初始單純形的各頂點線性獨立情況以及新單純形構成后對實際收斂情況進行準確的驗算，并嚴格檢查計算結果是否滿足相關精度要求，從而全面提高機械優化設計的質量和效果。
序列線性規劃法則相對簡單，主要是在初始位置將目標函數集約條件進行展開，促使非線性規劃向近似線性規劃逐漸轉化，并對最優結果進行求解，并采取科學合理的計算方式進行反復求解，直至滿足機械優化設計的精度標準，從而提高機械優化設計的質量和效果。
3.3 非線性規劃法
就機械工程的實際情況來看，大部分機械工程的性質都屬于非線性規劃，隨著非線性程度的不斷加大，難以將其完全簡化為線性問題。非線性規劃正是基于數學極值的原理所開展的機械優化設計，通過無約束直接法、無約束間接法和約束直接法、約束間接法等對優化問題進行不斷求解，以保證機械優化設計的質量和效果。
3.4 現代優化設計理論方法
在機械優化設計中，往往存在不同種類的約束、變量及目標函數，為保證機械優化設計的質量和效果，機械優化準則法能夠結合機械優化設計的實際情況，積極推導出不同的優化準則，但其實際通用性并不理想。規劃法在實際應用中需要進行多次重復驗算，此種情況下往往需投入大量的人力物力資源，并且實際優化設計的效率并不理想，甚至在一定程度上限制了規劃法在現代機械工程項目優化設計中的應用深度和廣度。隨著現代社會科學技術的發展，機械工程中優化設計的難度也不斷加大，有必要積極選取合理的優化設計方法來提高機械優化設計的總體質量和效果。
結束語
總而言之，機械設計優化是基于傳統機械設計理論基礎上所提出的，通過與現代設計方法的協調配合，促進一種科學化的優化設計方法的形成，在機械工程中，有助于改善機械優化設計的質量和效果，促進機械產品達到高質量和高水平。隨著現代社會科學技術的發展，機械優化設計方法也不斷進步，每一種機械優化設計方法都具有各自的特點和應用領域，能夠針對機械產品的性能及其他因素選取核實的設計變量和最優的設計方法，從而促進機械優化設計目標的實現，為機械優化設計的發展奠定堅實的基礎。
參考文獻
[1]吳亞明.機械優化設計的應用發展分析[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2015（6）.