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装甲装备器材缓冲包装CAD中数据的处理


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装备 与 技 术 

装 甲装备器材缓冲包装  C    D中数据的处理  A
李 国 强  冯 占宗  

在 装 甲 装 备 器 材 包 装 设 计 中 , 缓 冲 设 计 是  特 征 数据 ,从 而有 效地 消 除测试 误 差 。 因而 是 包  根 据 装 甲 装 备 的 易 损 度 、 运 输 环 境 来 设 计 防 震  装 工 程 中 最 常 用 的 数 据 拟 合 方 法 。   缓 冲 垫 结 构 的 。 在 对 单 自 由 度 线 性 或 非 线 性 民  用 物 品 包 装 的 跌 落 缓 冲 垫 设 计 时 , 工 程 上 常 采  用 缓 冲 系 数 一最 大 应 力 (   一 G   加 速 度 一静 应 力 (   一 G   ( ) 阶 次 的确 定 依 据  1

用多项式拟合 实验 数据 时 ,有一个很重要 的 问  

) 曲 线 和 最 大  题 是 :多 项 式 阶 次 取 多 少 次 合 适 。过 高 会 使 数 据 中 

) 曲 线 。 我 国 于 1 9   的噪声也被纳入 处理的范 围 ;过低则导致拟 合的结    0 9

年 3月 开 始 贯 彻 的 GB81   — 8 “ 冲 包 装 设  果 粗 糙 , 曲线 不 够 光 滑 。两 者 都 会 造 成 比较 大 的 误       6  6   缓 7 计 方 法 ” 中建 议 优 先 选 用 第 二 种 方 法 ,理 由是 其  差 。 而 习惯 上 的 一 些 做 法 是 ,直 接 对 数 据 的 分 布 进 

更 接 近 包 装 系 统 跌 落 时 的 缓 冲 情 况 。 本 文 只 讨  行 观 察 ,发 现 近 似 于 几 次 曲线 ,然 后 作 相 应 阶 次 曲  论 将 动 态 压 缩 数 据 处 理 成 最 大 加 速 度 一静 应 力  线 拟 合 。 显 然 这 种 方 法 缺 少 科 学 依 据 。  
曲线过程 。  
一  

判 断 多 项 式拟 合 是 否 恰 当 主要 有 2 种 方 法 。  

实验 的数 据 处理 

首先 ,考虑到为 方便地 利用数学 软件 Ma l b进 行  ta
曲 线 是 基 于 材  处 理 , 我 们 在 此 使 用 第 二 种 方 法 , 即 判 断 :如 果 

最 大 加 速 度 一静 应 力 G 一  

料 动 态 特 性 实 验 而 绘 制 的 。 在 实 验 过 程 中 ,把 重  与 Q( N一( +1) 一P( <( x, , )=1 l x N—n )与 0 5接  一1) .

锤 的跌 落高 度 固定 ,把材料 试 样 的厚 度作 为变量 , 近 ,则 认 为 拟 合 的 阶 次 合 适 。 利用 M al b中  分    ta 逐 次实 验 。这 样 ,最 终得 到 的是 一 组组 离 散 的数  布 的 累 计 概 率 指 令 C 2 d ( hi ( hi C fC 2,Ⅳ一( 一1Ⅳ一 n )  
据 。 这 些 离 散 的 数 据 由 于 个 数 少 ,根 本 无 法 运 用  ( +1) P x , )求 ( <( l N-n )值 然 后 与 0. 行 比较 , —1) 5进   于 情 况 多 变 的 实 践 ;此 外 , 为 满 足 计 算 机 辅 助 设  即 可 确 定 多 项 式 的 最 佳 阶 次 。   计 时 对 数 据 的 判 断 、 选 取 的 需 要 ,也 必 须 对 其 进 
行必 要 的处 理 。  

( 2)实 现 多 项 式 的 数 据 拟 合  确 定 了多 项 式 的 阶 次 ,再 利 用 Ma l b中 的 拟  ta

实 践 表 明 ,对 这 些 实 验 数 据 进 行 的 曲 线 拟 合 , 合 函数 P0 yf t进行运 算 ,可得 出最佳 的拟合 系   l i  

是可 以得到 连 续 的 能准 确 反 映包 装 材料 特 性 的曲 数 , 从 而 得 出数 学 表 达 式 和 拟 合 曲 线 图 ( 合 曲    拟
线和 其 近似 数 学 表达 式 。  
1 多项 式拟 合  .

线 图 略 )  。 利 用 多 项 式 拟 合 简 单 适 用 , 由 于 实 验 数 据 有 

具 有 简 单 实 用 、 方 便 快 捷 特 点 的 最 小 二 乘 法  限 ,多 项 式 拟 合 有 时 会 有 相 当大 的误 差 。 因此 。对 

是 离散 点 的最 佳平 方 逼 近 。 与插 值 法相 比 ,它 能  于 要 求数 据 拟合 比较精 确 的情 况 下 ,可采 用 神经  较 好地 压 缩 G  一   曲线 ,提 取 G  一   曲 线 的  网 络 拟 合 的 方 法 。  
20 0 5耳 第 5期 

o  

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2 Ma Ib的 B . ta P神 经 网络 的 数据 拟 合 

以展 宽 输 出范 围 。   ( 3) 网络 训 练 及 仿 真  对 创建好 的网络 n t e ,神 经 网 络 工 具 箱 提 供 专 

神经 网络 的算法 有 l   0多 种 ,其 中 的 BP 网 络    是 一 种 由 非 线 性 变 换 单 元 组 成 、 采 用 反 向传 播 算  主 要 应 用 于 函 数 逼 近 、 模 式 识 别 、 分 类 及 数 据 压 

ri e=tan(e , t。   法 ( a k P o a ain Alo ih )的神 经 网络 。 用 函 数 tan进 行 训 练 ,即 :n t r i n tP,) B c   r p g to   g rt m  

再 利 用训 练好 的网络 ne ,对参 与 训 练 的输  t

  缩 等 领 域 。 用 BP 网络 建 立 缓 冲 特 性 模 型 , 原 理 在  入 样 本 P 及 未 参 与 训 练 的 输 入 样 本 尸 可 分 别 进  y i n t 尸) y =sm( e ,    于将 测 试 中得 到 的数据 作为 学 习 样本 ,学 习算 法  行 仿 真 , 即 :t=sm( e , ;ts i n t 尸 )

将 不 断根 据 实 际输 出与 正确 输 出的误 差 来调 整 网  
终控 制 在 期望 误 差 范 围 内。   利 用 Ma l b的 神 经 网络 工 具 箱 , 能 很 方 便 地  ta 练 和 结 果判 定 。   ( 1) 样 本 参 数 的 标 准 化 

从 以上 介绍 可 知 , 利用 M a l b的 神 经 网络 工  ta 二 .应用 G   曲线簇 进行缓 冲包装 C D过程   一 A CAD ( o u e a d d e i n)是 计 算 机    c mp tr i e  d sg 产 品 设 计 的 技 术 , 是 将 计 算 机 及 其 相 关 技 术 有 

  络 的 连 接 权 值 和 偏 置 值 ,使 误 差 尽 可 能 减 小 ,最  具 箱 可 方 便 解 决 编 程 量 大 的 问题 。

进 行 样本 参 数 标准 化 、神 经 网络 模 型 的构 建 、训  辅 助 设 计 ,它 是 利 用 计 算 机 系 统 来 辅 助 工 程 或  机 地 综 合 应 用 到 设 计 的 各 个 阶 段 和环 节 上 , 形 

  由于缓冲衬垫厚度 z 、跌落高度 日、静应力 5  和  成 优 质 、高 效 的 集成 系 统 来 完 成 整 个 设 计 过 程 。
最 大 加 速 度 G 其 数 值 大 小 相 差 悬 殊 ,在 网络 构 建 之  缓 冲 包 装 CAD 必 须 将 缓 冲 包 装 中有 关 参 数 转 化    前 必 须 对 所 有 样 本 参数 进 行 标 准 化 。 以 最 大 加 速 度  成 开 发 软 件 ( VB、VC++ 等 ) 便 于 进 行 处 理  如

G为例说明 ,假设有 n 个样本 ,即 { . i 12 人n, 的 形 式 。 G } = ,, ) (    
如令 :   1. 立 G   建  一 曲 线 数据 库 

2C—a 。/ C  一a i一1 (i m )(m   m)    

在 缓 冲 包 装 设 计 过 程 中 , 当 初 选 的 材 料 不 能 

则: i 【11, 中 a i mi   } a a G ∈ -, 其 】 m = n{ , mx n  ma   满 足 校 核 要 求 时 ,必 须 改 换 不 同 比 重 的 同 类 材 料  x { } G; 。当神 经 网络训 练 好后 ,其 输 出节点 必须 还  或其 它 材料 重新 设 计 。 因此 需要 建 立 G 一    
原 ,即 :  

曲  

线数 据 库 ,可使 计算 机 实 现 后 台调 用 。数 据 库 应 

G .( i1(  0 5G ) +  

一   )+ i    

包 括 以 下 内容 :材 质 、 密 度 、 厚 度 、 等 效 跌 落 高  度 、 凹谷 点静应 力 5   最 大 静 应 力  等。  
2. 设 计 过 程 的 研 究  对

( BP 网 络 的构 建   2) 训 练 模 型 采 用 BP 神 经 网 络 ,其 具 有 尸=[   H t ] 3个 输 入 节 点 、 2个 隐 层 、 1个  G  输 出 节 

对缓冲包装设计 ,可采用 2 0世 纪 8 0年 代 提 出 

点 。 设 共 有 n个 样 本 ,则 尸 为 3 矩 阵 , t Z 的  的 目前 国 际上 流 行 的 5步 法 。 其 中 ,第 3步 选 用 缓    为   行 向 量 。 若 取 2个 隐 层 的 节 点 数 分 别 为 1   0和 4, 冲 垫 ( 括 缓 冲 材 料 , 结 构 和 尺 寸 ) 是 设 计 的 关    包

第一 隐层 采用 t n e t sg i 移 函数 、第二  键 。 为 充 分 利 用 软 件 开 发 平 台 中 数 组 能 方 便 灵 活  a g n   i mod转
隐 层 采 用 l g S gm o d转 移 函 数 、 输 出层 采 用  地 组 织 和 使 用 数 据 的 功 能 ,可 将 此 过 程 作 如 下 处  O  i i Purel  转 移 函 数 , 且 选 取 Levenberg— 理 (     i  n            以泡沫衬垫为例 ,曲线数据 库 中泡沫衬 垫 m组  M a q a d 算 法 训 练 ( tan m 训 练 函数 ) r u rt 即 ril ,那  曲 线 簇 中第 j幅 曲 线 图 见 图 1)  。

么就 可 以用 Ma l b的神 经 网络 工具 箱提 供 的专  ta
用 函 数 n wf 创 建 网 络 , 即 : e f   n t e fmima ( )[0 4 1, ‘tn i’  e=n wf( n x P ,1 , ,]{ a sg , ‘o sg’ ‘u ei } ‘ril ’。 lg i ,p rl n’ ,tanm )  

( )根据 公式  一W A计算义底 面衬 垫静应  1 /
力 , 并 根 据 坐 标 ( , 5 )判 断 缓 冲 包 装 方 法 ; G     若 此 点 落 在 所 有 曲 线 之 外 ( 形 线 内 为 内 )  U ,

则说 明该 产 品 的重量 相 对 较 轻 ,衬 垫 的 刚度 相 对 

其 中 mi ma ( n x P)为 3×2的矩 阵 ,每 行 两元  较 大 ,宜 采 用 局 部 缓 冲 包 装 的 方 法 ; 否 则 仍 采 用  素 分 别为 3个 节 点 的 n个样 本 中的最 大 和最 小值 。值  全 面 缓 冲 包 装 。  

得指 出的是 , 由于非线性转 移函数对输 出具有压 缩 

( 2) 根 据 产 品 脆 值 、 静 应 力 及 G 一    

曲 线 

作 用 ,其 输 出 层通 常 采 用 线性 转 移 函数 p rln,用  选 择 合 适 的 衬 垫 厚 度 ; u ei   20 0 5年 第 5期 

。  

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从 优化 的角 度考 虑 ,为进 一 步 获取 最 大 的经 

G(   ) g

,  
i  

济 效 益 ,可 以根 据 利 用插 值 法 或 M a b的 神 经 网  da 络 仿 真 结 果 ,选 取 衬 垫 厚 度 . 间 的 任 意 值 ,避 免  之 缓 冲垫 的 过包 装 。  



\ ’    

. 卅 / / /    

( )计算衬垫的有效使用面积 : .t   3   =  =
( 对 剩 余 图 幅 分 别 重 复 ( 、 ( 步 ,最  4) 2) 3) 后 得 到 m 组 A 和 t ,对 二 项 数 值 综 合 比 较 , 以最  值 优 者作 为 优 化设 计 结果 。   三 、 结 束 语  ( ) 利用 M a lb的 多 项 式 拟 合 或 神 经 网 络 工  1 ta

一 
( . × 1  ) 98 0 pa 

具 箱 不 仅 能 较 准确 地 实 现 实验 数 据 的 曲 线 拟合 ,  

近 似数 学表 达 式 的再 现 ,还 可 以解 决在 衬 垫两 厚  度 之 间取适 当值 的 问题 ,使包 装 更 符合 绿 色包 装 
的要 求 的 “ R+1 4 D”准 则 中的 “ d c ( 少 包  Re u e 减

图 1 第 j幅   
计算 G 一    

一  

曲线 图  

曲 线 与 产 品 脆 值 G 水 平 线 的 交  装 材 料 使 用 量 ,反 对 过 包 装 ) 。 ” 

点 

( i ~n   =1 )坐标值 ,并 比较  、 )(  
“+ l1

.(、 !f l) f  

( 2)对 包 装 设 计 的 5步 法 作 相 应 的转 化 ,就 

的大小 。  
(   。 )≤ ≤  

a .如 果 

可 以 充 分 利 用 计 算 机 技 术 , 达 到 对 复 杂 物 品 包  (】 i) + ,优选 弧  + + 装 、环 境 参 数 、 包 装 材 料 进 行 快 速 、 优 化 设 计 的  1 】  i  

段缓冲 曲线 , 泡沫衬垫厚度取  f】 = i ., — +   
( 川  

f)   目 的 。 + ~ 】  
( 3) 装 甲装 备 与 民用 商 品 相 比 , 既 有 许 多 相 

b. 如 果  线 ,取 t t, i l     C 如 果  .

≤   —   >  

( ,优 选 弧  1 ) .(】   ! f )~ l+ f

i 缓 冲 曲  同之处 ,又有 许 多特 殊要 求 。参 照 同类 性 质 民用  段 (】 i) +  商 品 的 缓 冲 包 装 设 计 ,是 可 以 达 到 可 靠 、 经 济 的 

曲 线 ,取 t i1 j +, =t  

f,优 选 弧  + +段 缓 冲  目 的 。 f 】       =   R㈩ ~ 柚 ( )       ( 文 第一 作 者 :装 甲 兵 工 程 学 院 副 教 授 ) 本  

( 接第 1 上   6页)式 、全维 专业 化防护 ,以确保 目标  施 工 、 加 固 与 战 时抢 修 结 合 起 来 ;将 固 定 目标 的 抗 
安 全 的 防 护 样 式 。 信 息 化 战 场 重 要 交 通 运 输 目标  击 性 防护 与 移动 目标 的疏 散性 防护 结 合起 来 ;将  不 仅 要 受 精 确 硬 打 击 的 摧 毁 破 坏 ,而 且 还 要 受 信  传 统 防 护 手 段 与 信 息 化 防 护 手 段 结 合 起 来 ;将 人  息 软 攻 击 的 多 向 干 扰 , 这 就 凸 现 了对 重 要 交 通 运  民 群 众 中 散 在 的 防 卫 力 量 与 交 通 运 输 专 业 防 护 队 

输 目标 实施 综 合 化 防护 的 必要 性 。动 员 防护 综 合  伍 结 合 起 来 ;将 反 空 袭 、 反 破 坏 与 反 封 锁 结 合 起 
化 基 本 表 现 形 式 为 : ①在 防护 组 织 上 建 立 精 干 、 高  来 ,灵 活 运 用 各 类 防护 手段 。综 合 化 防 护 是 信 息 化 

效 、军地 一体 的联 合 防卫指挥机 构 ,全面统筹重要  战场交通运 输资源潜力 的 “ 护伞” 保 ,其实施 效果 ,   交 通运 输 目标 的 防卫 任 务 。 ②在 防护计 划 上合 理  将 直接 影 响 战役 兵 团 的快速 机 动 、 后 勤保 障物 资  确定重 要交通运输 目标 ,将 其纳入 国土防空 、要地  的快速前 送 、前方 的持 续作战能力 、后方社会经济 
防 空 和 战 场 总 体 防 卫 计 划 ,纳 入 联 合 军 队 的 一 体  生 活 的正 常运 转 等 ,对 赢得 战争 具有 十分重 大 的  化 作 战计 划 , 发挥 人 民 战争 “ 策 群 防” 的 整 体 威  战 略 意 义 。 群   力 。③在 防护方法 上注 重将 “ 力 抗 ” “ 火 、 障碍 阻 ”   与 “ 息 防 ” 结 合 起 来 ;将 人 工 遮 障 、 隐 形 伪 装 与  信 ( 文 第一 作 者 :广 , 军 区 军 务 动 员处 处 长 ) 本 / I 1  

假 目标欺骗结 合起来 ;将战前预设 计 、预备料 、预 

2 0 ; 第 5期  0 5年

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