张赛雄

【摘 要】科学技术领域中常用到组合学，尤其运用在机械电子工程领域中有着重要的应用价值。组合学主要应用在抗干涉齿轮集机构的组合优化编码、布设传感器网络节点两大类，重点介绍了传感器网络中节点布设应用覆盖的物理意义。通过对齿轮抗干涉和传感器两方面的设计做出了系统的分析，希望能够为组合学在机械电子工程中的应用给予一定的帮助和借鉴。

【关键词】机械电子工程；组合学；应用研究

一、组合学与机械电子工程的基本理论

随着计算机技术的迅速发展，在传统机械电子嵌入连接的基础上，发展与渗透人工智能技术，加强了机械电子工程系统逐步向智能的方向驱动发展。传统的机械工程是制造毛坯、机械加工和装配动力发动机的生产过程。机械工程与电子技术的结合是分离的“块与块”关系，也是功能结构上的相互替代。组合学源于数学娱乐游戏，组合学是分析研究离散对象结构的计数和优化等问题的科学。绝大多数程序算法是针对离散对象的组合学问题解决，才诞生到今天飞速发展的“人工智能”。

二、机械电子工程的核心技术支柱

（一）组合学是离散结构算法科学

首先，组合数学是研究离散对象处理计算机科学的核心算法，其研究的内容是组合科学设计排列与组合二项式系数容斥原理及应用、生成函数、特殊计数序列、递推关系、二分图中的匹配算法，计算离散的、有限的数学结构算法；其次，组合学问题是算法的设计和分析。其中算法设计总结出了动态规划、回溯法、贪婪法、分治法等方法技术，广泛应用于各行各业领域，如：会计学问题、整数规划问题等。

（二）机械电子形成全新的产品和系统技术

机械电子技术融入到机械的自动化控制功能、信息计算和处理功能等方面，链接机械设备、电子设备以及软件系统等方面的要素进行有机融合，这种技术被称作为“机电一体化”。早期的机械工业以手工加工耐用性为主，但生产效率低；三十年代集中流水线大量生产标准件，但缺乏灵活准确性；现代生产机械加工周期短、灵活性强、产量高、精准性强，主要以数控系统达到生产的高标准要求。现代机械工业设计电子工程具有鲜明的特点：就设计过程中的综合思想实践，根据系统结构配置的目标，将机械电子工程的核心部分整合到其它领域的技术生产中，如将产品技术、管理和生产加工线等有机地结合在一起，自动运行生产信息指令的模块化设计；针对成型的机械电子产品嵌入元件和芯片，使产品系统结构人工智能化，常用轻巧的电子系统元件取代“粗大”的机械系统设备，缩小了产品体积，便于携带和安置，美观了外型人性化设计，提高了技术芯片的高效性能，由于功能增强了，但系统运行的复杂性却呈现不稳定状态，有的电子产品还需随时升级更新系统功能，以免运行太慢给使用者带来不便。

三、组合学在机械电子工程中的具体应用

（一）优化电子技术CMG机构编码

首先，在机械电子系统或产品电子技术投入生产中，依托电子学理论选择适应系统要求的电子技术，运行在电子器件与机械元件等物理器件上，运用嵌入式软件开发技术控制策略下，发挥设计和制造的尖端科技作用，最终实现人们给予特定的需求功能，在电路或电子系统上的达到设计研发的技术要求。CMG机构是引信保险与解除保险控制的密码鉴别机构，“CMG机构编码”问题是根据密码鉴别的功能设计CMG机构中要求指定的“解锁符号序列A，B上复合齿轮的鉴别齿的二值装定编码。

其次，基于工程优化考虑编码复合齿轮A，B的齿輪层数N最小，以此解决CMG机构的优化编码问题。解决CMG机构的优化编码问题就要想到数学建模的方法。在类型划分的基础上，基于迷宫映射图中“路格点、阱格点等解决k-顶点着色问题，需参照组合学中NP完全问题进行证明，依据穷举法的时间复杂度高达O（mn）（m表示染色数，n表示顶点数）证明，任意CMG机构齿轮层数密码至少为3。优化编码问题转化为无环、无重边的无向简单图G（V，E）的k-顶点着色问题。

再次，利用穷举法计算求解的时间复杂度仍为O（mn）。运用另一种聚类算法对于任意长度的“解锁符号序列”进行求解，得出的CMG机构优化编码。但其本质上仍然是穷举法的计算结果，显示计算的时间复杂度仍为O（mn）。优化到时间复杂度与设计目标的计算，另外又采用了贪婪法进行求解CMG机构编码顶点的着色问题，优化编码结果选择这种方法易获得时间复杂度低、易于编程的优点。基于贪婪法实现CMG机构编码校验程序，采用VisualBasic编写校验编码，输入“解锁符号序列”，即可输出结果显示绘制的二维迷宫映射图，同时求解并绘制密码齿轮编码示意图，以TXT文件形式编程保存并执行，以其鉴别齿编码与“解锁符号序列”是否“锁-钥匹配”的验证功能。

（二）布设传感器网络节点的覆盖与连通

随着现代网络技术不断创新，传感器网络凭借微电子机械系统将物理信息与传输网络整合在一起，拓展了人们获取信息技术的能力。目前，这一尖端科技一般应用在军事国防、远程控制、环境监测、城市管理等诸多领域，是当前IT技术研究的热度技术研究。传感器网络应用技术是覆盖与连通每个传感器节点，采集信息存储和处理传感器节点的覆盖问题，以此监控或追踪传感器的优良程度。检测其跟踪程度主要是提高传感器网络的容错性，需要兼顾考虑敏感区域的k-等圆覆盖问题。传感器网络中采用的多样的异构传感器节点，针对不同的传感器敏感距离可以设置不同的传感器网络节点，在三维空间中布设节能和规划优良性的传感器目标点配置。

四、结束语

在诸多的科学领域中广泛应用，机械电子工程的支柱型学科是机械制造技术，其技术的关键性体现着机械核心的重心要素，也是机械载体核心的重要存在。运用组合学算法设计CMG机构优化编码，以鉴别校验编码转化的着色问题。综上所述，机械电子工程凭借多种技术融合与渗透在机械工程设计和产品制造技术上，突出机电核心系统的设计思维理念、设计方法等思维模式，为机械电子功能性目标实现设计提供坚实的保障作用和优势。

【参考文献】

[1]张鹏.组合学在机械电子工程中的应用[J].黑龙江科技信息，2012（06）：67.

[2]郑博闻.组合学在机械电子工程中的应用研究[J].中国机械，2015（6）：81-82.