鄭博聞

摘 要：組合學(xué)是涉及離散結(jié)構(gòu)和計(jì)數(shù)等多種問(wèn)題的學(xué)科，被廣泛的應(yīng)用于多個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。而在機(jī)械電子工程領(lǐng)域，組合學(xué)也起到了一定的應(yīng)用效果。尤其是在機(jī)械電子工程的齒輪抗干涉設(shè)計(jì)和傳感器設(shè)計(jì)方面，組合學(xué)更是取得了較為廣泛的應(yīng)用。因此，本文就以組合學(xué)在齒輪抗干涉設(shè)計(jì)和傳感器設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用為例，對(duì)組合學(xué)在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，從而為關(guān)注這一話(huà)題的人們提供一些參考。

關(guān)鍵詞：組合學(xué)；機(jī)械電子工程；應(yīng)用

引言

組合學(xué)中的組合數(shù)學(xué)中對(duì)離散對(duì)象的處理問(wèn)題，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心內(nèi)容。所以，在機(jī)械電子工程的優(yōu)化編碼領(lǐng)域，組合學(xué)可以起到一定的應(yīng)用效果。而組合學(xué)中有關(guān)排列計(jì)數(shù)的研究，則可以應(yīng)用到機(jī)械電子工程的傳感器節(jié)點(diǎn)分布設(shè)計(jì)方面。而相對(duì)來(lái)說(shuō)，機(jī)械電子工程是設(shè)計(jì)與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科，所以，作為很多計(jì)數(shù)學(xué)科基礎(chǔ)的組合學(xué)可以被廣泛的應(yīng)用于機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中，從而為機(jī)械電子設(shè)計(jì)強(qiáng)大功能的實(shí)現(xiàn)提供保障。而為了了解組合學(xué)在機(jī)械電子工程中的實(shí)際應(yīng)用情況，本文從案例角度對(duì)組合學(xué)在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1.在齒輪抗干涉設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中，常常需要利用齒輪來(lái)完成設(shè)計(jì)的某項(xiàng)功能。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，齒輪之間常會(huì)出現(xiàn)一定的干涉的問(wèn)題。為了解決齒輪的干涉問(wèn)題，研究人員就需要進(jìn)行抗干涉齒輪集機(jī)構(gòu)的編碼設(shè)置，從而保證由多個(gè)齒輪的鑒別齒組成的齒輪集機(jī)構(gòu)具有一定的抗干擾性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)的功能。所以，抗干涉齒輪集機(jī)構(gòu)是一種用于引信保險(xiǎn)和解除保險(xiǎn)控制的機(jī)構(gòu)。而組合學(xué)在這方面的應(yīng)用，可以進(jìn)一步優(yōu)化編碼，從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)的組合更為科學(xué)和有效[1]。

在完成機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和動(dòng)作設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用組合學(xué)中的“二維迷宮映射法”來(lái)進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)結(jié)果的校驗(yàn)。這個(gè)思想其實(shí)就是采用迷宮映射的方式，將編碼問(wèn)題轉(zhuǎn)換成映射圖的k-頂點(diǎn)著色問(wèn)題。而在這之前，驗(yàn)證者要進(jìn)行迷宮映射圖的“路格點(diǎn)”和“阱格點(diǎn)”概念的設(shè)置，并以“關(guān)鍵陷阱格點(diǎn)”和“十字叉”為判據(jù)。這樣，驗(yàn)證者就能將編碼問(wèn)題轉(zhuǎn)化成無(wú)向簡(jiǎn)單圖。但是，采用該種方法進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)結(jié)果驗(yàn)算時(shí)，密碼齒輪層數(shù)越多，該種方法解答的復(fù)雜度也將越高。比如接受驗(yàn)證的抗干涉齒輪集機(jī)構(gòu)的密碼齒輪如果有3層，那么其相應(yīng)的求解復(fù)雜度也將高達(dá)3n，而n的大小則取決于解鎖密碼的字長(zhǎng)[2]。而在進(jìn)行抗干涉齒輪集機(jī)構(gòu)編碼的頂點(diǎn)著色問(wèn)題解答時(shí)，則需要利用組合學(xué)中的貪婪法來(lái)進(jìn)行解決。而在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，利用 Visual Basic 軟件進(jìn)行抗干涉齒輪集機(jī)構(gòu)的編碼及校驗(yàn)程序的編寫(xiě)，就是貪婪法應(yīng)用的體現(xiàn)。在這個(gè)軟件中，只要輸入解鎖符號(hào)序列，就可以自動(dòng)生成二維迷宮映射圖，并求解出回執(zhí)密碼齒輪編碼的示意圖。而驗(yàn)證序列是否與密碼匹配的結(jié)果，則將會(huì)以文本文檔的形式輸出。實(shí)際上，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的軟件往往會(huì)帶有編碼模塊和校驗(yàn)?zāi)K，而這些模塊往往是在組合學(xué)的理論基礎(chǔ)之上建立的。這些模塊中不僅包含著大量的組合學(xué)算法，還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)程序的編碼。在編碼模塊中，只要輸入解鎖符號(hào)序列，就可以生成關(guān)鍵路格點(diǎn)和關(guān)鍵陷阱格點(diǎn)，從而進(jìn)行迷宮圖的設(shè)計(jì)。而這些迷宮設(shè)計(jì)圖是在滿(mǎn)足誤碼立即解鎖的基礎(chǔ)上建立的，從而保證編碼的準(zhǔn)確性。但是需要注意的是，不同密碼齒輪層的關(guān)鍵陷阱格點(diǎn)是采用不同的顏色來(lái)表示的。而校驗(yàn)?zāi)K則會(huì)自動(dòng)執(zhí)行密碼齒輪的鑒別齒輪的編碼校驗(yàn)運(yùn)算，并以文檔形式保存。總之，組合學(xué)在齒輪抗干涉設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中已經(jīng)取得了一定的發(fā)展。

2.在傳感器設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中，傳感器的使用較為普遍。而在傳感器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布設(shè)計(jì)方面，組合學(xué)的應(yīng)用起到了較大的作用。比如在進(jìn)行相同區(qū)域的多個(gè)傳感器分布位置設(shè)置時(shí)，各個(gè)傳感器都會(huì)有一定的感應(yīng)范圍，從而形成一定的傳感器網(wǎng)絡(luò)。而只有在保證每個(gè)傳感器被覆蓋的面積最小情況下，才能使該區(qū)域的傳感器起到最大的作用。所以，在進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布設(shè)計(jì)時(shí)，各個(gè)傳感器可以被看作是組成系統(tǒng)的各個(gè)模塊，而這些模塊必須很好的組合起來(lái)，才能發(fā)揮出整個(gè)系統(tǒng)的功能，而這就涉及到了組合學(xué)的應(yīng)用。因此，在進(jìn)行這部分內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用組合學(xué)中的1-色等圓覆蓋問(wèn)題來(lái)進(jìn)行問(wèn)題的解決。具體來(lái)說(shuō)，就是將這個(gè)系統(tǒng)中某個(gè)傳感器模塊當(dāng)做是節(jié)點(diǎn)，而節(jié)點(diǎn)模塊則與微控制模塊一樣屬于分立器件。在進(jìn)行其他傳感器模塊位置設(shè)置時(shí)，要以該節(jié)點(diǎn)區(qū)域的k-色等圓覆蓋問(wèn)題研究[3]。而通過(guò)研究任意一點(diǎn)被多少個(gè)傳感器覆蓋的數(shù)據(jù)之后，就可以得出傳感器模塊分布的最好位置，從而進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分布設(shè)計(jì)。但是需要注意的是，在進(jìn)行機(jī)械電子的傳感器設(shè)計(jì)時(shí)，使用的傳感器種類(lèi)往往不同，而這就導(dǎo)致了每個(gè)傳感器覆蓋面積的不同。此時(shí)，就應(yīng)該利用組合學(xué)中的k-不等圓覆蓋問(wèn)題進(jìn)行2維覆蓋面積的研究，從而進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分布設(shè)計(jì)。所以，機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)的傳感器設(shè)計(jì)問(wèn)題，其實(shí)就是應(yīng)用了組合學(xué)的有效組合算法進(jìn)行了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，從而解決了較為復(fù)雜的傳感器區(qū)域覆蓋問(wèn)題。

3.結(jié)論

總而言之，機(jī)械電子工程學(xué)科涉及的學(xué)科及內(nèi)容較廣，既包含了制造類(lèi)的學(xué)科，也包含了動(dòng)力學(xué)的學(xué)科。但是組合學(xué)是由強(qiáng)大的理論體系所構(gòu)成的，可以應(yīng)用于機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)的多個(gè)環(huán)節(jié)，從而使機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)擁有更為完善的理論體系。而隨著人工智能的發(fā)展，機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)將獲得更大的發(fā)展空間，而組合學(xué)在機(jī)械電子工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以進(jìn)一步促進(jìn)機(jī)械電子工程的發(fā)展。因此，本文針對(duì)組合學(xué)在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行的研究，有利于促進(jìn)這兩種學(xué)科的共同發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘雍，傅明星，于晨.機(jī)械電子工程綜述[J].機(jī)電工程，2014，05（31）：554-557.

[2]鄭向勇.對(duì)機(jī)械電子工程的探究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，34（01）：121.

[3]牛雅琴.組合學(xué)在機(jī)械電子工程中的應(yīng)用分析[J].信息與電腦（理論版），2010，04（01）：198-199.