优化设计是近十几年来发展起来的一门新科学,也是一项新的技术,它在工程设计各个领域得到了广泛的应用。机械设计与最优化技术、电子计算机技术相结合,形成了机械优化设计这一新领域。“最优化”是每一个工程或产品设计者所追求的目标。任何一项工程或一个产品的设计,都需要根据设计要求,合理选择方案,确定各种参数,以期达到最佳的设计目标。正因为如此,优化设计在机械设计领域正得到广泛的应用。 遗传算法[Genetic Algorithms,简称GA]是近些年来出现的一种模仿自然选择与进化的基于种群数目的随机搜索算法,是优化领域的一个新成员。与常规优化算法相比,遗传算法具有隐含并行性和全局搜索特性两大显著特征,并具有一些常规优化算法所无法拥有的优点,如不需梯度运算等。 门座起重机变幅系统优化设计是将优化设计方法应用于工程设计的典型例子,但由于设计工程问题的复杂性,采用传统的优化设计方法优化的成功率及效果并不理想。本文以门座起重机四连杆变幅系统及杠杆——活对重臂架自重平衡系统的独立模型及综合模型为研究对象,同时考虑成功的设计实例,从而提高了优化模型的精度,采用一种新型优化算法——遗传算法,紧密结合工程实际,较为圆满的解决了优化过程中存在的问题。 在臂架系统优化设计系统中,采用载重最大水平位移高度差和最小力臂作为目标函数,建立了遗传多目标优化的数学模型。同时针对求解过程中频繁遇到的反函数越界问题,采取了改进设计变量的措施,大大提高了寻优效率。在自重平衡系统中,采用最小均方根力矩作为目标函数,建立了遗传单目标优化的数学模型,同时根据设计经验改进了设计变量,使优化过程变得方便、快捷。 本文采用C++语言编写了遗传算法优化程序,应用Visual C++ 6.0开发了四连杆变幅系统优化设计软件,为设计人员提供了简洁友好的用户界面,并通过具体实例介绍了软件的使用方法,验证了软件的实用性。