序言：作為思想的載體和知識(shí)的探索者，寫(xiě)作是一種獨(dú)特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

1 傳統(tǒng)工業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法大多應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)和零件功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能和形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)優(yōu)化法，能夠?qū)偠群蛪簭澖M合強(qiáng)度結(jié)構(gòu)進(jìn)行良好的優(yōu)化，既能夠滿(mǎn)足尺寸要求又能良好的控制結(jié)構(gòu)自重。在形態(tài)方面，典型的是軸對(duì)稱(chēng)鍛造部件的毛坯形狀的優(yōu)化。在性能方面，采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法和黃金分割法對(duì)部分兩岸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)更加準(zhǔn)確保持運(yùn)動(dòng)平衡性，提高了傳力性能。這樣看來(lái)，傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法依然能夠取得良好的效果，所以在機(jī)械設(shè)計(jì)發(fā)展中不能忽略傳統(tǒng)優(yōu)化方法的

作用。

2 現(xiàn)代工業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

現(xiàn)代高新設(shè)計(jì)方法在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛。但應(yīng)該看到，現(xiàn)代的設(shè)計(jì)不僅僅是單一的完成給定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，而應(yīng)該要將產(chǎn)品使用及設(shè)備維修等因素統(tǒng)一進(jìn)行考慮。所以，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)在強(qiáng)調(diào)環(huán)保設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等考慮綜合性因素的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用工作更為活躍，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，涉及到航空航天工程機(jī)械及通用機(jī)械與機(jī)床的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；涉及到水利、橋梁和船舶機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；涉及到汽車(chē)和鐵路運(yùn)輸行業(yè)及通訊行業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；涉及到輕工紡織行業(yè)、能源工業(yè)和軍事工業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；涉及到建筑領(lǐng)域機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；涉及到石油及石化行業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；涉及到食品機(jī)械等機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用還能夠解決具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)問(wèn)題。

2.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)軟件的應(yīng)用

優(yōu)化算法的研究已經(jīng)有所成績(jī)，利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)逐漸開(kāi)發(fā)一些工業(yè)化在線(xiàn)優(yōu)化軟件，便于工業(yè)設(shè)計(jì)使用。對(duì)于在線(xiàn)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件來(lái)說(shuō)，亟待解決的問(wèn)題就是模型問(wèn)題，對(duì)于非常復(fù)雜的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)、流程、物料和系統(tǒng)參數(shù)等，都非常復(fù)雜，如果計(jì)算對(duì)象比較模糊，運(yùn)算效率會(huì)受到嚴(yán)重的影響，這就給在線(xiàn)優(yōu)化軟件帶來(lái)了巨大的困難。為了解決這種情況，通過(guò)合適的算法解決辨別模型，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和學(xué)習(xí)特點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的識(shí)別，讓在線(xiàn)優(yōu)化軟件也能夠良好的應(yīng)用于各種模型，比如國(guó)內(nèi)比較成熟的 NEUMAX 軟件包，基于神經(jīng)遺傳算法的在線(xiàn)優(yōu)化軟件包，都能夠良好的實(shí)現(xiàn)各種模型的遺傳算法，這些軟件已經(jīng)成功應(yīng)用于甲醇合成機(jī)械設(shè)計(jì)的優(yōu)化工作中。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)在MATLAB中的應(yīng)用

在機(jī)械設(shè)計(jì)中引入優(yōu)化設(shè)計(jì)方法不僅能使設(shè)計(jì)的機(jī)械零件滿(mǎn)足性能要求，還能使其在某些特定方面達(dá)到最優(yōu)。利用 MATLAB優(yōu)化工具箱求解機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題不僅避免了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中人工試湊、分析比較過(guò)程中的繁雜與重復(fù)，而且編程簡(jiǎn)單、結(jié)果可靠。在上述實(shí)例中，利用 MATLAB 軟件中FEMINCON函數(shù)求解夾具設(shè)計(jì)問(wèn)題，最 終設(shè)計(jì)的 夾具要比采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的質(zhì)量輕、成本低，并且設(shè)計(jì)效率高。

2.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人類(lèi)模仿大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能而建立的一種信息處理系統(tǒng)，是理論化的人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從事例中學(xué)習(xí)，可以處理非線(xiàn)性問(wèn)題，特別擅長(zhǎng)處理那些需要人直觀判斷的信息匱乏的問(wèn)題，如不完全數(shù)據(jù)集合，模糊信息以及高度復(fù)雜問(wèn)題等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

Hopfield 網(wǎng)絡(luò) 2.BP 網(wǎng)絡(luò)

2.4 模糊優(yōu)化方法在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用應(yīng)用模糊優(yōu)化理論能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)中的模糊因素和模糊主觀信息定量化，通過(guò)合理給定約束函數(shù)、目標(biāo)函數(shù)的容許值、期望值及其模糊分布 （隸屬函數(shù)） 來(lái) “軟化”邊界條件，擴(kuò)大尋優(yōu)范圍和體現(xiàn)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)、觀點(diǎn)和某些公認(rèn)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。把模糊技術(shù)應(yīng)用于優(yōu)化設(shè)計(jì)建模，其特長(zhǎng)不僅在于它善于表達(dá)模糊概念，處理模糊因素，而且還可將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)化，使優(yōu)化模型更加合理。采用模糊理論建立優(yōu)化設(shè)計(jì)模型對(duì)求解復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題具有重要意義。

篇2

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；方法

引 言

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，所涉及的學(xué)科眾多。其中包含物理學(xué)、材料學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及化學(xué)、應(yīng)用力學(xué)以及計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)等，系處理較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)的有效工具之一。此次研究除去闡述優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，還總結(jié)出歸納出無(wú)約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法、有約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法、基因遺傳算法三類(lèi)優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，并對(duì)三者的特點(diǎn)進(jìn)行論述，最后，對(duì)選取優(yōu)化設(shè)計(jì)手段的幾大要素進(jìn)行闡述。

一、優(yōu)化設(shè)計(jì)手段的論述

機(jī)械優(yōu)化領(lǐng)域的設(shè)計(jì)靈魂即是優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)學(xué)科學(xué)迅速發(fā)展，解析法、數(shù)值分析法及非數(shù)值分析法為其所發(fā)展經(jīng)歷的三個(gè)階段。

20世紀(jì)的50年代初，解決最優(yōu)化問(wèn)題的兩種最主要的數(shù)學(xué)方法是，古典的變分法與微分法。此兩種手段具計(jì)算精準(zhǔn)及概念清晰的主要特征，可是，不足之處是僅限于解決一些小型或是特殊問(wèn)題，于處理大型的實(shí)際問(wèn)題之時(shí)，因過(guò)大的計(jì)算量，無(wú)形中增加了計(jì)算的難度。

20世紀(jì)50年代末，于優(yōu)化設(shè)計(jì)中，其求優(yōu)方法的理論基礎(chǔ)即是數(shù)學(xué)規(guī)劃手段。該方法是以數(shù)值分析為前提，結(jié)合已知的信息及條件，最后通過(guò)一連串的迭代過(guò)程得出問(wèn)題最優(yōu)解。但是其相關(guān)的理論還是比較簡(jiǎn)單的，計(jì)算的過(guò)程亦相對(duì)容易，只是計(jì)算的量極其大，可是此亦正是計(jì)算機(jī)所有工作中最為擅長(zhǎng)的一項(xiàng)，當(dāng)然，計(jì)算機(jī)也就歸為了數(shù)值優(yōu)化措施工具中最關(guān)鍵的那一類(lèi)。

20世紀(jì)80年代末，如模擬退火、進(jìn)化規(guī)劃、混沌、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及禁忌搜索等一些優(yōu)化方法層出不窮，上述算法經(jīng)模擬自然現(xiàn)象及規(guī)律而獲得某些結(jié)論，一步步產(chǎn)生具有特點(diǎn)的優(yōu)化方法，它的內(nèi)容涉及到物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)學(xué)、人工智能等。

二、設(shè)計(jì)方法

該設(shè)計(jì)方法被大量的應(yīng)用到機(jī)械工程中，主要是因?yàn)樗梢栽谔囟ǖ谋尘爸写_保方案最為合理，而且不需要使用太多的人力物力。該方法從最初的數(shù)值法到后來(lái)的數(shù)值分析，最后過(guò)渡到非數(shù)值分析。最近幾年由于電腦技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以通過(guò)合理的選取設(shè)計(jì)數(shù)值進(jìn)而得到最為優(yōu)秀的方案，而且還能夠大大的縮短用時(shí)。將該方法和電腦科技有效的融會(huì)到一起，是時(shí)展的產(chǎn)物，必將得到發(fā)揚(yáng)。

三、類(lèi)型和特征簡(jiǎn)介

1、無(wú)約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法

具體的說(shuō)分成兩個(gè)類(lèi)型，一種是像共軛梯度法、最速下降法、牛頓法等方法，它是利用目標(biāo)函數(shù)的一階或二階導(dǎo)數(shù)的無(wú)約束優(yōu)化方法。另一種是像單形替換法、坐標(biāo)輪換法等，利用目標(biāo)函數(shù)值的無(wú)約束優(yōu)化方法。

2、遺傳算法

該方法是對(duì)隨機(jī)群體不斷的演變選擇，進(jìn)而獲取最為合理的方法。它非常的類(lèi)似于自然界的淘汰法則，適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的必然得到發(fā)展，而落后的必然會(huì)被遺棄。該方法有兩大特點(diǎn)，即能夠起到優(yōu)化整體的作用，同時(shí)還有很好的適應(yīng)能力。它被應(yīng)用到很多領(lǐng)域中，比如問(wèn)題診斷等等。最近幾年它在工程方面也體現(xiàn)出了自身的巨大價(jià)值。接下來(lái)就具體的展開(kāi)論述。第一是它能夠論述可靠性問(wèn)題。第二是能夠辨別參數(shù)。它能夠大體的分辨結(jié)論數(shù)值，明確了大體的區(qū)間之后，再通過(guò)遺傳措施對(duì)設(shè)定的數(shù)值以及結(jié)論數(shù)值一起優(yōu)化處理。第三，能夠設(shè)計(jì)機(jī)械方案。為了和目前的編碼體系保持一致，其設(shè)置了一系列的遺傳方法，通過(guò)這些方法掌控它的搜索活動(dòng)，而且通過(guò)復(fù)制等活動(dòng)不斷的迭代，進(jìn)而得到最為優(yōu)秀的方案。除此之外，它還可以應(yīng)用到很多的其他行業(yè)中，比如節(jié)能設(shè)計(jì)以及數(shù)控加工誤差等。上文講述了很多它的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)它也并非是完美的。比如目前還無(wú)法優(yōu)化其自身的數(shù)值，無(wú)法通過(guò)新的設(shè)置來(lái)提升效率，目前的操作方法還不是很完善等等的一些問(wèn)題。一般采用懲罰函數(shù)法求解約束優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，其難點(diǎn)是如何選擇合適的懲罰因子。該因子太大的話(huà)，會(huì)使得搜索工作變得困難，但是如果設(shè)置得太小的話(huà)，可能造成整個(gè)懲罰函數(shù)的極小解不是原目標(biāo)函數(shù)的極小解。

3、約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法

根據(jù)處理約束條件的方法不同可分為間接法和直接法。間接法常見(jiàn)的有增廣乘子法、懲罰函數(shù)法。它是將非線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題或是將約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化成無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題來(lái)求解。直接法常見(jiàn)的方法有復(fù)合形法、網(wǎng)絡(luò)法和約束坐標(biāo)輪換法等。它的本質(zhì)是創(chuàng)造一個(gè)迭代的步驟，確保所有的迭代點(diǎn)都能夠在可行區(qū)間之中，進(jìn)而不斷的降低數(shù)值，一直到最為合理為止。

4、蟻群算法

是通過(guò)人工模擬螞蟻搜索食物的過(guò)程來(lái)求解旅行商問(wèn)題，在1991年由意大利學(xué)者M(jìn).Dorigo等人提出。蟻群算法適合非線(xiàn)性問(wèn)題的求解，避免了導(dǎo)數(shù)等數(shù)學(xué)信息，對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型沒(méi)有很高的要求。主要應(yīng)用在：交通建模及規(guī)劃電信路由控制、集成電路布線(xiàn)設(shè)計(jì)、有序排列問(wèn)題、二次分配、車(chē)間任務(wù)調(diào)度等問(wèn)題的求解。雖然蟻群算法具有并行計(jì)算、正反饋選擇和群體合作等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著容易出現(xiàn)“停滯”現(xiàn)象和需要較長(zhǎng)的搜索時(shí)間兩個(gè)缺陷。吳慶洪等提出了應(yīng)用改進(jìn)型蟻群算法解決有序排列問(wèn)題，運(yùn)用新的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則，討論不同的軌跡更新規(guī)則對(duì)仿真結(jié)果的影響的一種具有變異特征的蟻群算法，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的蟻群優(yōu)化算法中，改進(jìn)型蟻群算法的優(yōu)勢(shì)所在。

5、模擬退火算法

模擬退火算法，最早在1953年由Metropolis提出，1983年Kirkpatrick成功地應(yīng)用在組合最優(yōu)化問(wèn)題。模擬退火算法是一種通用的優(yōu)化算法，用以求解不同的非線(xiàn)性問(wèn)題；能夠發(fā)揮出良好的收斂性特征，而且適應(yīng)能力很是強(qiáng)大；對(duì)不可微甚至不連續(xù)的函數(shù)優(yōu)化，能以較大概率求得全局優(yōu)化解；能處理不同類(lèi)型的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量；并且對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)沒(méi)有任何要求；不需要任何的輔助信息。目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、控制工程、數(shù)值分析和生產(chǎn)調(diào)度等。這個(gè)方法雖然有很多的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)它也存在一些缺點(diǎn)，比如它的效果不是很好，而且整個(gè)運(yùn)算活動(dòng)耗費(fèi)的時(shí)間非常久。通過(guò)上文的分析我們得知了這幾種算法本身的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，應(yīng)該盡量的避免其缺陷，將優(yōu)勢(shì)結(jié)合到一起，對(duì)其進(jìn)行完善。

四、合理選取方法

通過(guò)上文中對(duì)設(shè)計(jì)特征的分析，我們得知要想保證設(shè)計(jì)合理，就要正確的選取優(yōu)化方法。這主要是因?yàn)榧词故且粋€(gè)完全相同的內(nèi)容它也會(huì)存在很多不一樣的解決措施。然而并非是并存的這幾個(gè)措施都能夠?qū)?wèn)題解決得天衣無(wú)縫。比如一些措施會(huì)使得設(shè)計(jì)的最終結(jié)果和我們當(dāng)初的設(shè)置不符。要想避免這種現(xiàn)象，就需要我們牢牢此遵守四個(gè)基礎(chǔ)原則。第一，要保證可靠性好，第二要保證使用的計(jì)算程序是合理的，第三要確保其穩(wěn)定，最后要保證效率。除此之外，還需要工作者的工作經(jīng)驗(yàn)豐富，只有這樣才可以分析相關(guān)的函數(shù)值，結(jié)合復(fù)雜性等要素對(duì)其進(jìn)行合理的選取判斷。優(yōu)化設(shè)計(jì)的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，對(duì)于只含線(xiàn)性約束的非線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題，最適應(yīng)采用梯度投影法；對(duì)于約束函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)較少的問(wèn)題，采用懲罰函數(shù)法較好；針對(duì)那些求導(dǎo)有難度的要使用直接解法；對(duì)于高度非線(xiàn)性的函數(shù)，就要選取那些較為穩(wěn)定的措施。

結(jié)束語(yǔ)

從機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全局來(lái)看，目前比較先進(jìn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大多數(shù)還停留在設(shè)計(jì)方案后參數(shù)優(yōu)化方面，面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)，應(yīng)將優(yōu)化設(shè)計(jì)拓寬到機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的全生命周期過(guò)程，是適應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。隨著機(jī)械技術(shù)不斷地發(fā)展，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)支持下，現(xiàn)代機(jī)械先進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)將進(jìn)行新一輪的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]李秀昌.淺談機(jī)械制造中數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?013（9）.

篇3

關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；效率；最佳方案

我國(guó)在工程運(yùn)用中都取得了非常大的進(jìn)步與很好的成效,然而和國(guó)外的先進(jìn)優(yōu)化技術(shù)相比還是有非常大的差異,在現(xiàn)實(shí)工程中能夠起到作用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案或者是設(shè)計(jì)結(jié)果所占據(jù)的比例并不是非常的大。計(jì)算機(jī)等輔助裝備性能的不斷增強(qiáng)、加之市場(chǎng)與科技的雙重推進(jìn)，使優(yōu)化技術(shù)能夠在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的運(yùn)用得到了迅猛的發(fā)展,遺傳算法、粒子群法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其它一些智能的優(yōu)化方法在優(yōu)化設(shè)計(jì)中也得到了非常廣泛的引用。現(xiàn)代機(jī)械正向著大型化、復(fù)雜化的方向發(fā)展,傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在實(shí)際工程的運(yùn)用中逐漸顯表現(xiàn)的有些單調(diào)與乏力，已經(jīng)不能滿(mǎn)足產(chǎn)品不斷創(chuàng)新的需求,機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)急需創(chuàng)新和發(fā)展。

1機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的相關(guān)定義

優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠展示出人們對(duì)于設(shè)計(jì)規(guī)律這個(gè)客觀世界認(rèn)知的深化。設(shè)計(jì)上的優(yōu)化值具體是指在特定條件的影響下能夠取得的最佳設(shè)計(jì)值。最優(yōu)值是一個(gè)比較相對(duì)的概念,其和數(shù)學(xué)上的極值相比還是有很多不同的。

2機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種比較科學(xué)、現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方式,而且是“最優(yōu)”的。此處的“最優(yōu)”也是相對(duì)而言的,伴隨科技的不斷發(fā)展以及設(shè)計(jì)條件不斷變化,最優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)也隨之改變。優(yōu)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)了人們對(duì)于客觀世界認(rèn)知的深化,需要人們按照事物發(fā)展的客觀規(guī)律,在特定的物質(zhì)基礎(chǔ)與技術(shù)情況下完全發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性,獲得最好的設(shè)計(jì)方案。

2.1優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別

優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的就是最優(yōu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段創(chuàng)建能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的的優(yōu)化模型；在大量能夠?qū)嵤┑脑O(shè)計(jì)方案里面選擇出最好的設(shè)計(jì)方案；其所運(yùn)用的手段就是計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)具有非常快的運(yùn)算速度，可以從數(shù)量較多的方案中挑選出“最優(yōu)方案”。即使在建模的時(shí)候需要進(jìn)行合適的適簡(jiǎn)化,或許會(huì)導(dǎo)致所得到的結(jié)果不是完全可行或者是實(shí)際最優(yōu)的，然而它是以客觀規(guī)律與數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，不需要太多費(fèi)用，所以其具備了經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比或者是試驗(yàn)手段所沒(méi)有的特征。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)同樣也追尋著最優(yōu)的結(jié)果，經(jīng)常是以調(diào)查分析為基石，根據(jù)設(shè)計(jì)需要與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參照相似的工程設(shè)計(jì),經(jīng)過(guò)估算、經(jīng)驗(yàn)對(duì)比、試驗(yàn)以及構(gòu)思、評(píng)價(jià)、再構(gòu)思、再評(píng)價(jià)的尋優(yōu)步驟來(lái)選擇設(shè)計(jì)方案，接下來(lái)需要?jiǎng)偠取?qiáng)度以及穩(wěn)定性等其它方面進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)有關(guān)實(shí)踐可以看出，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)還要大量不足之處需要改善，并且最后的結(jié)果基本上離不開(kāi)初始設(shè)計(jì)的試驗(yàn)范圍。

2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)所研究的內(nèi)容

優(yōu)化設(shè)計(jì)首先需要選擇設(shè)計(jì)變量、制定目標(biāo)函數(shù)、列出約束條件以及構(gòu)建優(yōu)化模型,其次是選用比較合適的優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化求解,其主要包含了建模與求解。建模的要求:了解與把握優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本理論知識(shí)、設(shè)計(jì)問(wèn)題抽象與數(shù)學(xué)模型處理的基本技能；具備此領(lǐng)域豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

2.3機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)其實(shí)就是將計(jì)算方法與數(shù)學(xué)規(guī)劃理論運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中去，按照所設(shè)定好的目標(biāo)，憑借電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算尋找最佳設(shè)計(jì)方案的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而能夠獲得更大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的成效，其具備了普通的機(jī)械設(shè)計(jì)所沒(méi)有的特征。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：能夠減少機(jī)械產(chǎn)品的成本，增強(qiáng)它的性能。

2.4機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)基本思路

在保證基本機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，依托計(jì)算機(jī),運(yùn)用部分具有較高精度的力學(xué)與數(shù)學(xué)規(guī)劃方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟：對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行分析，提出目標(biāo)函數(shù)，確定約束條件，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型；選用合適的優(yōu)化方式，編寫(xiě)優(yōu)化程序；準(zhǔn)備所需要使用的初始數(shù)據(jù)并且上機(jī)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)計(jì)算所得到的結(jié)果進(jìn)行必要的驗(yàn)證。

3機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

優(yōu)化準(zhǔn)則法針對(duì)不同類(lèi)型的約束、變量以及目標(biāo)函數(shù)等需要導(dǎo)出完全不一樣的優(yōu)化準(zhǔn)則,通用性非常差,并且基本上都是近似最優(yōu)解；規(guī)劃法需要經(jīng)過(guò)大量的迭代、不斷進(jìn)行分析，需要花費(fèi)大量的資金，這在很大程度上限制了它在實(shí)際工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中的宣傳運(yùn)用。現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)雜程度越來(lái)越高,傳統(tǒng)的優(yōu)化算法已經(jīng)不能跟上時(shí)代的潮流。

3.1遺傳算法

遺傳算法最是早由美國(guó)密歇根大學(xué)的Holland教授所提出的，是模擬生物進(jìn)化的過(guò)程、高度并行、隨機(jī)以及自適應(yīng)的全局優(yōu)化概率搜索算法。其根據(jù)獲得最大收益的原則進(jìn)行隨機(jī)搜索,不需要使用任何梯度信息,就能夠獲得全局最優(yōu)解,具備非常強(qiáng)的靈活性、通用性與全面性；其缺點(diǎn)就是不能夠確保下一代比上一代要好。在1980年的時(shí)候，被大量的運(yùn)用到函數(shù)優(yōu)化與人工搜索等其它方面，在最近的幾年里更多的是被運(yùn)用到工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中，其主要適合設(shè)計(jì)變量比較少的情況使用。

3.2粒子群算法

Kennedy和Ebehart在1995年的時(shí)候提出了模擬鳥(niǎo)群覓食環(huán)節(jié)的粒子群法，從一個(gè)優(yōu)化解集進(jìn)行搜索，經(jīng)過(guò)個(gè)體之間的相互競(jìng)爭(zhēng)與合作，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間中最優(yōu)解的全局搜群法與遺傳算法相比，容易實(shí)現(xiàn)、原理簡(jiǎn)單以及有記憶性，不需要進(jìn)行變異與交叉操作，需要調(diào)節(jié)的參數(shù)并不是非常的多，收斂的速度很快，算法所獨(dú)有的并行搜索不僅能夠降低陷入局部極小的可能性，進(jìn)一步提高了算法的性能與計(jì)算的效率。目前，其已經(jīng)被應(yīng)用到了對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行、對(duì)優(yōu)化動(dòng)態(tài)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練等其它方面，然而運(yùn)用在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的研究還是非常少的。

4案例分析

內(nèi)燃機(jī)連桿結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是很難使得連桿達(dá)到不但要輕而且又非常可靠的目標(biāo)，而選用最優(yōu)化方法并結(jié)合采用有限元法數(shù)值計(jì)算技術(shù)對(duì)連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，則可圓滿(mǎn)完成這一任務(wù)，并得出連桿最優(yōu)化設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)形狀。在連桿結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算中，每向最優(yōu)方案前進(jìn)一步，都需要對(duì)連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元研究，其主要目標(biāo)就是為最優(yōu)化的設(shè)計(jì)提供變形、應(yīng)力以及疲勞安全系數(shù)等相關(guān)信息。運(yùn)用有限元的方式對(duì)連桿結(jié)構(gòu)在全部720°循環(huán)的過(guò)程中做動(dòng)態(tài)分析，會(huì)獲得非常好的效果，然而這就會(huì)導(dǎo)致會(huì)有一個(gè)非常繁瑣的計(jì)算過(guò)程，需呀花費(fèi)大量的時(shí)間。所以，在最優(yōu)化過(guò)程中可配合使用計(jì)算比較方便、結(jié)果也比較準(zhǔn)確以及花費(fèi)時(shí)間比較少的最大拉、壓工況下的有限元靜力分析，而后對(duì)連桿上應(yīng)力、變形最大及疲勞安全系數(shù)最小的特征部位的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。修正值可通過(guò)對(duì)連桿最優(yōu)化設(shè)計(jì)初始方案的動(dòng)態(tài)分析或?qū)σ延羞B桿的動(dòng)應(yīng)力電測(cè)得到。

5結(jié)語(yǔ)

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)為機(jī)械工程界創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)富，伴隨科技手段的不斷更新，優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展具有非常廣闊的前景。目前的優(yōu)化正逐漸的發(fā)展成為多學(xué)科的優(yōu)化設(shè)計(jì)，完全運(yùn)用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)，仿真技術(shù)也逐步向著協(xié)同化與系統(tǒng)化的方向不斷發(fā)展。目前依然處在理論探究階段的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能算法優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)、柔性機(jī)械優(yōu)化以及綠色優(yōu)化等都是未來(lái)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)發(fā)展方向。然而我們依然需要注意的是，在逐漸增強(qiáng)優(yōu)化技術(shù)水平的同時(shí)，國(guó)內(nèi)的機(jī)械加工的工藝水平、制造技術(shù)以及加工手段也需要同步增強(qiáng)，否則機(jī)械的整體水平依然會(huì)停在原地。這不但要引入先進(jìn)的加工技術(shù)，更為重要的是不斷增強(qiáng)加工設(shè)備自身的性能，特別是數(shù)控機(jī)床的加工水平。增強(qiáng)與國(guó)際技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家之間的溝通與合作，軟、硬件技術(shù)共同提升，以期達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)——加工一體化的目的。

作者:張?chǎng)?單位:西京學(xué)院

參考文獻(xiàn):

篇4

關(guān)鍵詞：機(jī)械自動(dòng)化 優(yōu)化設(shè)計(jì) 分析 探討

1.前言

在機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)中對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在機(jī)械設(shè)計(jì)中利用優(yōu)化設(shè)計(jì)，不但可以使機(jī)械設(shè)備零件得到改善，而且也可以省到10%-35%左右的材料。所以說(shuō)優(yōu)化設(shè)計(jì)受到了人們的高度關(guān)注。

2.實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)的途徑

機(jī)械自動(dòng)化在形式可以代替人或者是人的大腦進(jìn)和一些勞動(dòng)及生產(chǎn)；機(jī)械自動(dòng)化在功能上可以取代人力或者腦力勞動(dòng)者。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)之所以可以做到這些，主要是因?yàn)槔昧俗詣?dòng)化技術(shù)，使生產(chǎn)周期縮短，生產(chǎn)效率提高，生產(chǎn)成本減少等。讓企業(yè)可以在保質(zhì)保量的情況下，利用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)不僅涉及到機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用上，還包括了機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化的設(shè)計(jì)中。

根據(jù)目前我國(guó)的現(xiàn)狀，可以有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要途徑是：利用現(xiàn)在先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，提高對(duì)機(jī)械自動(dòng)設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)械自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)研究新的設(shè)計(jì)方法，將機(jī)械自動(dòng)化盡快與國(guó)際接軌。

3.我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化的現(xiàn)狀分析

機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的CAD技術(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)于設(shè)計(jì)的效率的提高以及設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化都有著一定的功效，還可以減輕設(shè)計(jì)人員的工作壓力，工作周期以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等。

雖然CAD機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。而且也已經(jīng)被一些大的企業(yè)所應(yīng)用。但是CAD技術(shù)應(yīng)有較高的局限性。對(duì)于一些三維及防真設(shè)計(jì)上還存在缺陷。CAPP技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)于設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，以及設(shè)計(jì)效率大大提高了，而且對(duì)機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的工藝設(shè)計(jì)也提高了不少，對(duì)于數(shù)據(jù)之間實(shí)現(xiàn)了人機(jī)一體化。將人作為系統(tǒng)中的核心者，使企業(yè)生產(chǎn)中可以將生產(chǎn)效率提高，減少成本消耗，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。

CIMS機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)是集合于CAD、CAPP、QIS等一系列的系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的條件下所構(gòu)成的。[1]它是如今機(jī)械電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的核心。在如今社會(huì)條件下，對(duì)于機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)不是所謂的所有的機(jī)械設(shè)備連合在一起，所有的生產(chǎn)車(chē)間聯(lián)合在一起，而是將機(jī)械自動(dòng)化為中心，以制造自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)。制造自動(dòng)化系統(tǒng)不只是CIMS的數(shù)據(jù)匯合地，還是CIMS的一個(gè)重要部分。對(duì)機(jī)械自動(dòng)化來(lái)說(shuō)，可以有效地利用這一基礎(chǔ)。在這種生產(chǎn)條件下，使各個(gè)車(chē)間的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，以人為中心，各個(gè)部門(mén)的機(jī)械設(shè)備可以做到相互之間的各諧工作與優(yōu)化運(yùn)行。

4.對(duì)機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析

通過(guò)對(duì)以上機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀的分析，應(yīng)當(dāng)通過(guò)以下幾個(gè)方面對(duì)機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析：

4.1.機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)邁向數(shù)字化

作為機(jī)械制造技術(shù)中的核心環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化的方式實(shí)現(xiàn)快速傳遞，相互交流，并以機(jī)械設(shè)備的市場(chǎng)為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)械自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)地、正確地、分析處理。[2]以及對(duì)機(jī)械設(shè)備的防真模擬，正確數(shù)據(jù)的提供，對(duì)生機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的信息提供了全面的支持。對(duì)于機(jī)械設(shè)備占領(lǐng)市場(chǎng)也提供了便利的條件，并且對(duì)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化的市場(chǎng)變化進(jìn)行有效地調(diào)整。

4.2.機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)走向智能化

自打有了人工智能化這一說(shuō)法以后，人們就可以逐漸地感覺(jué)到智能化將比其它所有的技術(shù)能都要強(qiáng)悍，都要有優(yōu)勢(shì)。在機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程上，已經(jīng)難以離開(kāi)智能制造系統(tǒng)了，這種系統(tǒng)其實(shí)就是將智能化的機(jī)器和人們的智慧結(jié)合在一起共同地行的人機(jī)一體化。[3]在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí)，人工智能系統(tǒng)不可以解決一些傳統(tǒng)方法中不能解決的問(wèn)題。智能化機(jī)械電動(dòng)化設(shè)計(jì)不僅可以達(dá)到人與機(jī)器的和諧合作，還可以使人們更好地利用機(jī)械自動(dòng)化。大大減少了人們腦力勞動(dòng)。對(duì)于人們?cè)跈C(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)中的腦力勞動(dòng)可以得到很好地發(fā)展及延伸。人類(lèi)已經(jīng)可以很好地進(jìn)行思維的復(fù)雜化，而人工智能系統(tǒng)可以將人類(lèi)的這種復(fù)雜化思維能力得以輔地延續(xù)，并將有效地利用在機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)中去。將機(jī)械自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)邁向智能化，達(dá)到一個(gè)新的飛躍。這就需要我們作出努力加強(qiáng)探索。加大機(jī)械自動(dòng)化邁向智能化設(shè)計(jì)的分析研究。可以使機(jī)械自動(dòng)化轉(zhuǎn)向智能化在企業(yè)自身發(fā)展中有一個(gè)平穩(wěn)有效地發(fā)展。

4.3.機(jī)械自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)--虛擬自動(dòng)化

對(duì)于每個(gè)機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)中都離不開(kāi)圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械設(shè)備成品的試驗(yàn)中也是離不開(kāi)圖紙的展示，最后達(dá)到機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)的完成。這樣的操作程序不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且對(duì)人員的浪費(fèi)，時(shí)間上的浪費(fèi)，以及企業(yè)財(cái)力方面的浪費(fèi)都是一批不小的開(kāi)支。當(dāng)下計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展迅速，以及各種聯(lián)系方式的發(fā)展，電子，網(wǎng)絡(luò)的迅速普遍。這就給機(jī)械自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)走向模擬化提供了十分便利的條件。人們可以有效地利用電子計(jì)算機(jī)技術(shù)及設(shè)備，對(duì)于傳統(tǒng)中大量的圖紙模型以及一些數(shù)據(jù)上的統(tǒng)計(jì)利用計(jì)算機(jī)將它們模擬出來(lái)。利用網(wǎng)絡(luò)的模擬，可以節(jié)省大量的人力，財(cái)力以及時(shí)間等。利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的模擬不僅可以第一時(shí)間對(duì)機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行溝通，交流。

機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)中不僅要全面地掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)，還應(yīng)該使虛擬環(huán)境下的各種技術(shù)之間的相互交換，以及各種設(shè)備之間的相互交換做到合理性。在一個(gè)充分虛擬的環(huán)境中將機(jī)械自動(dòng)化進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

4.4.機(jī)械自動(dòng)化的環(huán)保優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著人們生活水平的提高，對(duì)生活環(huán)境的要求也越來(lái)越高。由于地球的生態(tài)環(huán)境正在急劇地下降以及惡化中。 現(xiàn)在的人們已經(jīng)開(kāi)始慢慢地認(rèn)識(shí)到對(duì)于環(huán)境的珍貴與保護(hù)當(dāng)中。

機(jī)械制造業(yè)作為一個(gè)環(huán)境污染的重點(diǎn)企業(yè)。對(duì)于環(huán)境的污染已經(jīng)夠成了相當(dāng)大的危險(xiǎn)。[4]如果環(huán)境已經(jīng)出現(xiàn)了非常重要的污染。所以在進(jìn)行機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí)，環(huán)保是首先要考慮在內(nèi)的。在對(duì)機(jī)械自動(dòng)化進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，順應(yīng)環(huán)保要求下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，要降低機(jī)械對(duì)于能源的消耗，以于機(jī)械在排放可以做節(jié)能減排。機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)是邁向環(huán)保型優(yōu)化設(shè)計(jì)。

5.總結(jié)

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用在每個(gè)國(guó)家都有著非常重要的地位，在我國(guó)更是如此，機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅要與世界先進(jìn)的設(shè)計(jì)水平共求發(fā)展，還要在此基礎(chǔ)上研究出技術(shù)更高的機(jī)械自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)。使我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)可以達(dá)到一個(gè)整體地發(fā)展。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要基于以上幾個(gè)方面基礎(chǔ)上而創(chuàng)新發(fā)展。才可以有效地推進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的迅速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李振華. 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)探討[J]. 科技致富向?qū)В?013，21：339.

[2]劉洋. 我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展前景[J]. 黑龍江科技信息，2011，05：7.

篇5

關(guān)鍵詞：機(jī)械；優(yōu)化設(shè)計(jì)；參數(shù)化；數(shù)學(xué)規(guī)劃；可靠性設(shè)計(jì)。

一、優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論

優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法的重要內(nèi)容之一。它以數(shù)學(xué)規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，以電子計(jì)算機(jī)為工具，在充分考慮多種設(shè)計(jì)約束的前提下，需求滿(mǎn)足預(yù)定目標(biāo)的最佳設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)能比較好的把現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐驗(yàn)證的設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)合起來(lái)。這種技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力，它的推廣應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)我國(guó)設(shè)計(jì)工作現(xiàn)代化，起到良好的作用。

優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠成功的解決解析等其他方法難以解決的復(fù)雜問(wèn)題，為工程設(shè)計(jì)提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，大大提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一是如何將設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為確切反映問(wèn)題實(shí)質(zhì)并適合于優(yōu)化計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，建立數(shù)學(xué)模型包括：選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變量，建立優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計(jì)問(wèn)題所要求的最優(yōu)指標(biāo)和設(shè)計(jì)變量之間的函數(shù)關(guān)系式，約束條件反映的是設(shè)計(jì)變量取得范圍和相互之間的關(guān)系；二是如何求得該數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解；可歸結(jié)為在給定的條件下求目標(biāo)函數(shù)的極值或最優(yōu)值問(wèn)題。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在給定載荷或環(huán)境下，在機(jī)械產(chǎn)品的形態(tài)、幾何尺寸關(guān)系或其他因素的限制范圍內(nèi)，以機(jī)械系統(tǒng)的功能、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性等為優(yōu)化對(duì)象，選取設(shè)計(jì)變量，建立目標(biāo)函數(shù)和約束條件，并使目標(biāo)函數(shù)獲得最優(yōu)值一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，目前機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)已廣泛應(yīng)用于航天、航空和國(guó)防等各部門(mén)。

二、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)者采用的是經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比的設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)過(guò)程可概括為“設(shè)計(jì)―分析―再設(shè)計(jì)”的過(guò)程，即首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求進(jìn)行調(diào)查，研究和搜集有關(guān)資料，參照相同或類(lèi)比現(xiàn)有的、已完成的較為成熟的設(shè)計(jì)方案，憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，輔以必要的分析及計(jì)算，確定一個(gè)合適的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)估算，初步確定有關(guān)參數(shù)；然后對(duì)初定方案進(jìn)行必要的分析及校核計(jì)算；如果某些設(shè)計(jì)要求得不到滿(mǎn)足，則可進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，并再一次進(jìn)行分析及較和計(jì)算，如此反復(fù)，直到獲得滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)方案為止。這個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程是人工試湊與類(lèi)比分析的過(guò)程，不僅需要花費(fèi)較多的設(shè)計(jì)時(shí)間，增長(zhǎng)設(shè)計(jì)周期，而且只限于在少數(shù)幾個(gè)候選方案中進(jìn)行比較。

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)具備常規(guī)設(shè)計(jì)不具備的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)兩個(gè)方面：

1）優(yōu)化設(shè)計(jì)能使各種設(shè)計(jì)參數(shù)自動(dòng)向更優(yōu)的方向進(jìn)行調(diào)整，直至找到一個(gè)盡可能完善的或最合適的設(shè)計(jì)方案。

2）優(yōu)化設(shè)計(jì)的手段是采用電子計(jì)算機(jī)，在較短的時(shí)間內(nèi)從大量的方案中選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，并借助于計(jì)算機(jī)尋求優(yōu)化參數(shù)，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果。可以降低機(jī)械產(chǎn)品成本，提高它的性能；優(yōu)化過(guò)程中獲得的大量數(shù)據(jù)可以幫助我們獲得數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，有利于對(duì)今后設(shè)計(jì)結(jié)果作出正確的判斷，從而不斷提高系列產(chǎn)品的性能；

用優(yōu)化設(shè)計(jì)方可合理解決多參數(shù)、多目標(biāo)的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)問(wèn)題。

三、可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)能保證產(chǎn)品具有最佳的工作性能和參數(shù)匹配，最小的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量，但不能確保可靠性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。可靠性設(shè)計(jì)可以確保或預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的概率，確保產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)實(shí)現(xiàn)，但它不能保證產(chǎn)品具有最佳的工作性能和參數(shù)匹配，最小的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量，最低成本和最大效益。因此，要是產(chǎn)品既有可靠性要求，又有最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果，就必須將可靠性設(shè)計(jì)理論與最優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，即采用可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。按這種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，既能定量的給出產(chǎn)品在使用中的可靠性，又能得到產(chǎn)品在功能、參數(shù)匹配、結(jié)構(gòu)尺寸與質(zhì)量、成本等方面的參數(shù)的最優(yōu)解。另外，在可靠性設(shè)計(jì)中也常采用最優(yōu)方法進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性分配。

四、優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展

隨著科學(xué)發(fā)展的需要， 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的不斷提高， 設(shè)計(jì)周期的白益縮短， 要求設(shè)計(jì)者考慮的因素也愈來(lái)愈多， 其計(jì)算方法的復(fù)雜性和精確性都是二般傳統(tǒng)設(shè)計(jì)難以完成的。面對(duì)這種技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀， 設(shè)計(jì)者便開(kāi)始求助于新的理論和新的設(shè)計(jì)方法。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在這種情況下， 發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中發(fā)展較早的領(lǐng)域，不僅研究了連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)等再現(xiàn)函數(shù)和軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，而且還提出一些標(biāo)準(zhǔn)化程序。機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面也有很大進(jìn)展，如慣性力的最優(yōu)平衡，主動(dòng)件力矩的最小波動(dòng)等的優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最近20多年也有很大發(fā)展，主要是研究各種減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及軸、彈簧、制動(dòng)器等的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。除此之外，在機(jī)床、鍛壓設(shè)備、壓延設(shè)備、起重運(yùn)輸設(shè)備，汽車(chē)等的基本參數(shù)、基本工作機(jī)構(gòu)和豬蹄機(jī)構(gòu)方面也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)實(shí)生活中，優(yōu)化問(wèn)題存在于很多方面，已經(jīng)受到科研機(jī)構(gòu)、政府部門(mén)和產(chǎn)業(yè)部門(mén)的高度重視。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)日趨激烈，工礦企業(yè)迫切期望提高產(chǎn)品性能，減少原材料消耗，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，這使得機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，收到的效益也愈來(lái)愈顯著。

參考文獻(xiàn)