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機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)范文第1篇

1.優(yōu)化設(shè)計(jì)可以最大限度地節(jié)約設(shè)計(jì)開(kāi)支和成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益

雖然隨著機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步以及管理流程的簡(jiǎn)化，新時(shí)期的機(jī)械設(shè)計(jì)成本開(kāi)支已經(jīng)有所降低，但是仍然有可以壓縮的空間。需要注意的是，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的成本開(kāi)支進(jìn)行削減，要基于保障設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提；倘若成本的控制要以犧牲質(zhì)量為代價(jià)，則這樣的控制手法必須果斷舍棄。在機(jī)械設(shè)計(jì)中采取優(yōu)化設(shè)計(jì)路線(xiàn)，能夠減輕前期和設(shè)計(jì)過(guò)程中的成本開(kāi)支，為設(shè)計(jì)單位節(jié)省一筆不小的資金。優(yōu)化設(shè)計(jì)的最佳方案往往是符合設(shè)計(jì)流程的，是可以發(fā)揮出現(xiàn)有材料、設(shè)備和人員最大能量的，所以不需要額外耗費(fèi)多余的人力、財(cái)力和物力。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠節(jié)約機(jī)械設(shè)計(jì)的開(kāi)支成本是有科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)的。

2.優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提高機(jī)械產(chǎn)品的科技附加值，從而提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益

機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是一種自然屬性但是具備商業(yè)價(jià)值的“商品”，這就必然要與市場(chǎng)發(fā)生關(guān)聯(lián)。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠增加機(jī)械產(chǎn)品的科技含量和技術(shù)附加值，大大提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。例如，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展以及相互之間融合度越來(lái)越高，機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)化正在形成，即機(jī)械設(shè)計(jì)可以作為一個(gè)單獨(dú)的工程鏈條存在。如果把機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)普通商品看待，這種商品必須是價(jià)格最低、質(zhì)量最好、科技含量最高的，這樣該產(chǎn)品才能在市場(chǎng)中取得占有率，企業(yè)才能因此獲取利益最大化。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)都在努力追求“這樣的機(jī)械產(chǎn)品”，而這樣的產(chǎn)品往往需要通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)化設(shè)計(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技藝提升、附加值增大提供了全新的路徑，也為機(jī)械設(shè)計(jì)單位和企業(yè)的發(fā)展增添了新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。例如，隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料技術(shù)、液壓技術(shù)、加工制造工藝的不斷發(fā)展和成熟，機(jī)械設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)有一種或多種新技術(shù)的注入，最終的機(jī)械產(chǎn)品往往“飽含科技”，其技術(shù)附加值自然可以達(dá)到一個(gè)高位。類(lèi)似這樣的高附加值機(jī)械產(chǎn)品，在市場(chǎng)中的價(jià)格是可以預(yù)見(jiàn)的，企業(yè)因此帶來(lái)的收益也很高。由此可見(jiàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于當(dāng)今的機(jī)械設(shè)計(jì)的重要性。

二、實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效策略

優(yōu)化設(shè)計(jì)可以為機(jī)械設(shè)計(jì)提供質(zhì)量和效益的保證，因此必須引入科學(xué)有序的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使之產(chǎn)生明顯的效果。從當(dāng)前的情況看，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)可以從如下角度考量。其一，機(jī)械設(shè)計(jì)的一維搜索優(yōu)化方法，這種方法也是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的最典型代表，以數(shù)學(xué)函數(shù)為理論基礎(chǔ)，透過(guò)搜索區(qū)間的確定，來(lái)保證優(yōu)化方案的有效性。一維搜索方法是一維問(wèn)題的最基本方法，也是多維機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法。

眾所周知，機(jī)械設(shè)計(jì)大都是多維的，很少有一維的情況，但是這恰恰說(shuō)明了一維的重要性和基礎(chǔ)。就好比數(shù)學(xué)中的從0到9的10個(gè)數(shù)字，它們構(gòu)筑了數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，成為數(shù)學(xué)的理論“細(xì)胞”。一維搜索方法在機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用，往往直接影響優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的求解速度。其二，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)用到約束優(yōu)化方法和無(wú)約束優(yōu)化方法。在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用的是約束優(yōu)化的方法。除此之外，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以通過(guò)線(xiàn)性規(guī)劃方法、多目標(biāo)及離散變量?jī)?yōu)化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。總之，諸多優(yōu)化方法的存在和操作為機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了多元化的路徑。（本文來(lái)自于《黑龍江科學(xué)》雜志。《黑龍江科學(xué)》雜志簡(jiǎn)介詳見(jiàn)。）

三、結(jié)語(yǔ)

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)范文第2篇

關(guān)鍵詞：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；理論；方法

隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的概念和思維方式也在不斷發(fā)生變化，機(jī)械設(shè)計(jì)能夠在一定程度上反映出社會(huì)群體對(duì)客觀(guān)世界的認(rèn)知，并且遵循客觀(guān)事物的發(fā)展規(guī)律來(lái)開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此加大力度探討機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法，能夠?yàn)闄C(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的未來(lái)發(fā)展指明方向。

1 機(jī)械傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)的對(duì)比

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是基于最優(yōu)化設(shè)計(jì)的，主要以數(shù)學(xué)模型作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本途徑。優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法及思維屬于優(yōu)化方法的范疇之內(nèi)，這種設(shè)計(jì)思想會(huì)使得各種參數(shù)順著理想的方向能夠自我調(diào)節(jié)，在這種模型精確計(jì)算的條件下，從各種可行性相對(duì)較強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案中擇優(yōu)選取最佳的設(shè)計(jì)方案。由于設(shè)計(jì)方案較多，那么就需要使用電子計(jì)算機(jī)加以篩選，這主要得益于電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度非常快，從而從諸多設(shè)計(jì)方案中篩選出最優(yōu)方案。雖然在實(shí)際的數(shù)學(xué)建模過(guò)程中需要進(jìn)行一定地簡(jiǎn)化處理，可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算所得的結(jié)果與實(shí)際值存在一定的差距，但是其基于客觀(guān)規(guī)律以及數(shù)據(jù)，又無(wú)需花費(fèi)太高的費(fèi)用，所以說(shuō)，這種建模計(jì)算的方法具有經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比或者試驗(yàn)途徑不可比擬方面的優(yōu)勢(shì)之處，再加上一定的經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，就能夠獲得一個(gè)非常理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。雖然傳統(tǒng)設(shè)計(jì)也追求最優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果，一般是基于調(diào)查、分析，按照實(shí)際需求以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參照類(lèi)似于工程設(shè)計(jì)，經(jīng)估算、類(lèi)比以及試驗(yàn)等過(guò)程，對(duì)尋優(yōu)過(guò)程進(jìn)行構(gòu)思、評(píng)估、再構(gòu)思以及再評(píng)估等，從而最終確定設(shè)計(jì)方案，最后開(kāi)展剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。然而在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，存在主觀(guān)方面、時(shí)間以及工作量過(guò)多等方面的影響，由于這些影響因素的存在，使得設(shè)計(jì)結(jié)果的最優(yōu)化選擇無(wú)法正常進(jìn)行，這些設(shè)計(jì)結(jié)果的計(jì)算也僅僅具有校對(duì)、核驗(yàn)以及補(bǔ)充等方面的作用，只能對(duì)原有方案的可行性加以證實(shí)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往需要花費(fèi)高額的資金以及人力，而且最終結(jié)果也與初始設(shè)計(jì)試驗(yàn)范圍差不離。所以說(shuō)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要受到主觀(guān)因素的影響，得到的僅僅屬于滿(mǎn)足最初設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)結(jié)果，并非最優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的評(píng)判指標(biāo)

效率要高、可靠性要高、采用成熟的計(jì)算程序、穩(wěn)定性要好。另外選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法時(shí)要進(jìn)行深入的分析優(yōu)化模型的約束條件、約束函數(shù)及目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)復(fù)雜性、準(zhǔn)確性等條件結(jié)合個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。優(yōu)化設(shè)計(jì)的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，通常認(rèn)為，對(duì)于目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)不太多的問(wèn)題，采用懲罰函數(shù)法較好；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)于求導(dǎo)非常困難的問(wèn)題應(yīng)選用直接解法，例如復(fù)合形法；對(duì)于高度非線(xiàn)性的函數(shù)，則應(yīng)選用計(jì)算穩(wěn)定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)相結(jié)合的方法。

3 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法

3.1 準(zhǔn)則優(yōu)化法

在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法中，所謂準(zhǔn)則優(yōu)化法，就是指以物理學(xué)和力學(xué)等原則來(lái)構(gòu)造并優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)的方案，以促進(jìn)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。準(zhǔn)則優(yōu)化法在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的優(yōu)勢(shì)，其概念直觀(guān)性較強(qiáng)，并且計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便，即便是在約束條件相對(duì)較少的條件下，準(zhǔn)則優(yōu)化法的實(shí)際優(yōu)化效率相對(duì)較高，因此在工程中具有良好的應(yīng)用效果。但就機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際情況來(lái)看，準(zhǔn)則優(yōu)化法也不可避免的存在一些不足，尤其是在實(shí)際應(yīng)用中，其所考慮的范圍具有一定局限性，一旦實(shí)際約束條件較多，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率，因此在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)此項(xiàng)因素進(jìn)行深入衡量和分析，以全面提高機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。

3.2 線(xiàn)性規(guī)劃法

在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法中，線(xiàn)性規(guī)劃法是基于數(shù)學(xué)極值的基本原理上所提出的，以目標(biāo)函數(shù)、約束條件以及設(shè)計(jì)變形的線(xiàn)性?xún)?yōu)化為主要因素進(jìn)行分析，以此作為主要的求解方式。線(xiàn)性規(guī)劃法中常用的兩種方式是單純形法與序列線(xiàn)性規(guī)劃法。

其中單純形法是美國(guó)學(xué)者所提出的一種具有直觀(guān)性的線(xiàn)性問(wèn)題求解方法。單純形法在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中也存在一定不足，極易受到收斂條件、壓縮因子以及擴(kuò)展因子等多種因素的影響導(dǎo)致難以準(zhǔn)確計(jì)算出機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的最優(yōu)解。因此為保障機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，應(yīng)當(dāng)全面衡量各項(xiàng)因素，包括初始單純形的各頂點(diǎn)線(xiàn)性獨(dú)立情況以及新單純形構(gòu)成后對(duì)實(shí)際收斂情況進(jìn)行準(zhǔn)確的驗(yàn)算，并嚴(yán)格檢查計(jì)算結(jié)果是否滿(mǎn)足相關(guān)精度要求，從而全面提高機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。

序列線(xiàn)性規(guī)劃法則相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是在初始位置將目標(biāo)函數(shù)集約條件進(jìn)行展開(kāi)，促使非線(xiàn)性規(guī)劃向近似線(xiàn)性規(guī)劃逐漸轉(zhuǎn)化，并對(duì)最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行求解，并采取科學(xué)合理的計(jì)算方式進(jìn)行反復(fù)求解，直至滿(mǎn)足機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的精度標(biāo)準(zhǔn)，從而提高機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。

3.3 非線(xiàn)性規(guī)劃法

就機(jī)械工程的實(shí)際情況來(lái)看，大部分機(jī)械工程的性質(zhì)都屬于非線(xiàn)性規(guī)劃，隨著非線(xiàn)性程度的不斷加大，難以將其完全簡(jiǎn)化為線(xiàn)性問(wèn)題。非線(xiàn)性規(guī)劃正是基于數(shù)學(xué)極值的原理所開(kāi)展的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)無(wú)約束直接法、無(wú)約束間接法和約束直接法、約束間接法等對(duì)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行不斷求解，以保證機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。

3.4 現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法

在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，往往存在不同種類(lèi)的約束、變量及目標(biāo)函數(shù)，為保證機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果，機(jī)械優(yōu)化準(zhǔn)則法能夠結(jié)合機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，積極推導(dǎo)出不同的優(yōu)化準(zhǔn)則，但其實(shí)際通用性并不理想。規(guī)劃法在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行多次重復(fù)驗(yàn)算，此種情況下往往需投入大量的人力物力資源，并且實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率并不理想，甚至在一定程度上限制了規(guī)劃法在現(xiàn)代機(jī)械工程項(xiàng)目?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用深度和廣度。隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械工程中優(yōu)化設(shè)計(jì)的難度也不斷加大，有必要積極選取合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來(lái)提高機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的總體質(zhì)量和效果。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化是基于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上所提出的，通過(guò)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的協(xié)調(diào)配合，促進(jìn)一種科學(xué)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的形成，在機(jī)械工程中，有助于改善機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品達(dá)到高質(zhì)量和高水平。隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法也不斷進(jìn)步，每一種機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法都具有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，能夠針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的性能及其他因素選取核實(shí)的設(shè)計(jì)變量和最優(yōu)的設(shè)計(jì)方法，從而促進(jìn)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳亞明.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用發(fā)展分析[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2015（6）.

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)范文第3篇

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；應(yīng)用趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，產(chǎn)品品種的換代速度加快，產(chǎn)品的復(fù)雜性在不斷增加。所以產(chǎn)品生產(chǎn)正在以小批量、多品種的生產(chǎn)方式取代過(guò)去的單一品種大批量生產(chǎn)方式[1]。而這種生產(chǎn)方式，肯定會(huì)縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，產(chǎn)品的成本也會(huì)降低，產(chǎn)品提高市場(chǎng)的占有率和競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)提高。所以在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用優(yōu)化設(shè)計(jì)是滿(mǎn)足市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

目前，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，很多的機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中都會(huì)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，才用優(yōu)化設(shè)計(jì)能解決結(jié)構(gòu)重量擴(kuò)展到降低應(yīng)力水平，還還能改進(jìn)結(jié)構(gòu)性能以及提高產(chǎn)品安全壽命等問(wèn)題。

對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法有：用遺傳算法對(duì)空間桿桁架的桿截面進(jìn)行尺寸優(yōu)化，從而得到空間桁架較好的結(jié)構(gòu)。對(duì)一些結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有：用數(shù)值解法計(jì)算機(jī)械產(chǎn)品的形狀優(yōu)化，并采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法進(jìn)行形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)。下面介紹下在振動(dòng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的對(duì)比分析 ：

筋板在連接結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁，能提高其抗彎和抗扭剛度；對(duì)開(kāi)式截面的結(jié)構(gòu)，作用很明顯；而對(duì)閉式結(jié)構(gòu)作用影響不大。筋板作為壁板加強(qiáng)時(shí)，剛度作用增強(qiáng)，能抵抗局部變形。

無(wú)論采用何種優(yōu)化方法，在迭代過(guò)程中求解目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的值是必不可少的，在一些方法中，需要求解目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的1階甚至2階偏導(dǎo)數(shù)。這些約束函數(shù)往往是結(jié)構(gòu)的性能要求，如結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移、頻率、穩(wěn)定性、可靠性等，這些性能經(jīng)常是設(shè)計(jì)變量的高階非線(xiàn)性函數(shù)。如果采用經(jīng)典的力學(xué)公式能獲得滿(mǎn)足工程要求的結(jié)果，則在優(yōu)化過(guò)程中，不斷調(diào)用這些公式計(jì)算當(dāng)前函數(shù)值或?qū)?shù)值，就可以完成優(yōu)化迭代。在這樣的方法中，由于函數(shù)最終表達(dá)為顯式，因而計(jì)算所化的時(shí)間和存儲(chǔ)量以當(dāng)前的計(jì)算機(jī)技術(shù)看來(lái)是不難做到的。但是，對(duì)于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，采用力學(xué)公式求解往往就不能勝任了。在有限元等數(shù)值方法快速發(fā)展的今天，自然被用在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的分析中。由于這些數(shù)值方法應(yīng)用廣泛，可以求解結(jié)構(gòu)的各類(lèi)問(wèn)題，包括靜力、動(dòng)力、彈塑性、熱傳導(dǎo)等，因此，隨著計(jì)算機(jī)的軟件和硬件技術(shù)快速發(fā)展，在過(guò)去經(jīng)常被視作瓶頸的計(jì)算速度和存儲(chǔ)量，對(duì)于一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化已經(jīng)不是太大的問(wèn)題時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化中越來(lái)越多地采用數(shù)學(xué)規(guī)劃+數(shù)值計(jì)算的模式。這種模式最大的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性好，使用方便，適合各類(lèi)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題，包括大型桿系結(jié)構(gòu)、三維連續(xù)體和板殼結(jié)構(gòu)以及各種載荷和約束條件下的優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是，隨著優(yōu)化迭代次數(shù)的增加，重分析次數(shù)也大幅度上升，尤其對(duì)于大規(guī)模的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，特別是涉及動(dòng)力、可靠性問(wèn)題，如果單次有限元分析的時(shí)間就很長(zhǎng)，再加上求偏導(dǎo)數(shù)時(shí)的重分析時(shí)間將可能使求解變得過(guò)于耗時(shí)，以致不可行。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用趨勢(shì)

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著最優(yōu)化方法的不斷發(fā)展和改善， 已逐漸得以發(fā)展。近些年來(lái)， 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)算法的方面，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)偏向于采用接近實(shí)際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型來(lái)模擬一些大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)， 由于設(shè)計(jì)的變量數(shù)目比較大，所以研究新的準(zhǔn)則優(yōu)化方法非常受到重視，但是如何去針對(duì)一些特殊的結(jié)構(gòu)才設(shè)計(jì)相應(yīng)的公式，解決在數(shù)值計(jì)算與推導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題，同時(shí)還可以使用一些機(jī)械系統(tǒng)的分解與優(yōu)化方法， 在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，可以按優(yōu)化多級(jí)分解或進(jìn)行子結(jié)構(gòu)分解，對(duì)于一些多學(xué)科的較為復(fù)雜的系統(tǒng)可以采用學(xué)科分解優(yōu)化的方法。分解的算法關(guān)鍵在于如何去建立各個(gè)子問(wèn)題之間的耦合關(guān)系，比如可以通過(guò)采用線(xiàn)性分解和使用最優(yōu)解對(duì)參數(shù)的靈敏度等方法來(lái)建立起耦合關(guān)系，讓一些子問(wèn)題的解相容，從而確保迭代收斂，但是問(wèn)題是怎樣保證一定能求解。并采用計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中去。像人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 遺傳算法等方法， 在最近十余年來(lái)被機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展很快。它們對(duì)連續(xù)混合與離散變量的全局優(yōu)化， 這對(duì)發(fā)展結(jié)構(gòu)近似重分析的專(zhuān)家系統(tǒng)有重要的作用。現(xiàn)在的問(wèn)題就是該如何去提高優(yōu)化精度、質(zhì)量、加快收斂， 增加方法的通用性[2]。形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化和材料優(yōu)化的集成在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化中具有非常重要的價(jià)值，是并行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要組成部分，也是以后的研究重點(diǎn)。

拓?fù)鋬?yōu)化在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中是重要的參考依據(jù)， 讓復(fù)雜部件和結(jié)構(gòu)在概念設(shè)計(jì)階段即可理性地、靈活地優(yōu)選方案，并有可能解決一些大型實(shí)際結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。拓?fù)鋬?yōu)化在研究中所提出的均勻化等方法，可以將形狀優(yōu)化、布局優(yōu)化和材料選擇集成一體，為機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、工藝和材料提供科學(xué)的手段。但是如果要處理一些龐大的優(yōu)化模型和有限元的計(jì)算量非常大，應(yīng)力需要約束處理、對(duì)“多孔狀”材料分布圓整化，單元消失有可能會(huì)引起計(jì)算模型病態(tài)等問(wèn)題。

機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)在工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的具有非常重要的實(shí)用價(jià)值，如要解決優(yōu)化設(shè)計(jì)中有限元模型的龐大性問(wèn)題、多學(xué)科設(shè)計(jì)與解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題交叉問(wèn)題。對(duì)于機(jī)械設(shè)備、結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的健壯性與可靠性是機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)非常關(guān)心的問(wèn)題， 綜合考慮健壯性、可靠性及成本的全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、理論及其應(yīng)用，則會(huì)給出更加接近實(shí)際的結(jié)果，應(yīng)當(dāng)應(yīng)予重視[3]。在研究這類(lèi)問(wèn)題中，對(duì)包括隨機(jī)性和模糊性的不確定因素也應(yīng)當(dāng)應(yīng)予注意。為增強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)盡可能的為工程實(shí)際所服務(wù)， 進(jìn)一步開(kāi)展設(shè)計(jì)的實(shí)用性。所以開(kāi)發(fā)和完善通用性的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)變得十分迫切。

從近幾年來(lái)國(guó)家自然科學(xué)基金所資助的項(xiàng)目來(lái)看，單就機(jī)械學(xué)科相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的項(xiàng)目就有將近20項(xiàng)，其中包括廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)，模糊優(yōu)化，全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，分解優(yōu)化設(shè)計(jì)，可靠性?xún)?yōu)化，人機(jī)一體化設(shè)計(jì)與光機(jī)電一體化，有機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)化也有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，復(fù)雜機(jī)電耦合設(shè)計(jì)理論與方法與系統(tǒng)解耦研究以及機(jī)電產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)方法與理論等，在今年還提出的軋制件模具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法， 面向產(chǎn)品的創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)等課題， 這些方面的研究充分反映出我國(guó)已經(jīng)非常重視機(jī)械設(shè)計(jì)的研究工作和機(jī)械機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向[4]。

參考文獻(xiàn)

[1] 張紅友.優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少建筑投資成本[J].陜西建筑，2008（11）.

[2] 秦東晨，陳江義等.機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的綜述與展望[J].工程論壇，2005，（9）：

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)范文第4篇

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用概況

在機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論中，其根本思想是按照產(chǎn)品功能的要求來(lái)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)的部分進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，并做動(dòng)態(tài)性分析，然后根據(jù)產(chǎn)品在動(dòng)態(tài)性上的要求或預(yù)定的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的修改、再設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足機(jī)械結(jié)構(gòu)在動(dòng)態(tài)性上的設(shè)計(jì)要求。

目前，機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)在我國(guó)的機(jī)械行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，其在汽車(chē)、航空航天、船舶行業(yè)、建筑機(jī)械等行業(yè)中均取得了重大的成果。在汽車(chē)行業(yè)中，隨著社會(huì)的發(fā)展和人們需求的更新，汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了客車(chē)車(chē)身輕量化的優(yōu)化設(shè)計(jì)、汽車(chē)車(chē)身形態(tài)仿生的優(yōu)化設(shè)計(jì)、汽車(chē)車(chē)身安全性的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及面向行人下肢碰撞保護(hù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等目標(biāo)。在航空航天行業(yè)，其作為國(guó)家科學(xué)技術(shù)綜合水平和實(shí)力的體現(xiàn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)在航空航天行業(yè)得到了高度的重視，并應(yīng)用到航空航天技術(shù)中每一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上。在船舶行業(yè)，我國(guó)經(jīng)過(guò)自主創(chuàng)新研究，對(duì)潛艇外部液壓艙、油船剖面、潛艇結(jié)構(gòu)等方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，旨在提高船舶行業(yè)各研究對(duì)象的性能。與此同時(shí)，結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)在高速公路瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)、液壓縮管機(jī)模具、雙層組合套管、基床結(jié)構(gòu)等很多方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)上也發(fā)揮著重要的作用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二、優(yōu)化策略與流程

1.優(yōu)化策略結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)變量的類(lèi)型和求解難易程度，可分為尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化三個(gè)層次，每個(gè)層次對(duì)應(yīng)不同的設(shè)計(jì)階段。為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)化，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)：首先，根據(jù)產(chǎn)品功能要求建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，將剛度、強(qiáng)度等約束條件參數(shù)化，利用拓?fù)鋬?yōu)化方法計(jì)算冗余材料所在單元（即要?dú)⑺赖膯卧⑦M(jìn)行冗余材料邊界單元和節(jié)點(diǎn)的遍歷搜索，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)資源情況建立邊界關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)原模型進(jìn)行參數(shù)化變形設(shè)計(jì)，得到拓?fù)鋬?yōu)化后的模型；然后，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性要求對(duì)其進(jìn)行邊界形狀優(yōu)化和尺寸參數(shù)的優(yōu)化，并通過(guò)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)模型的更新，最終得到滿(mǎn)足剛、強(qiáng)度要求的CAD模型。

2.三級(jí)優(yōu)化流程

在參數(shù)優(yōu)化三級(jí)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，拓?fù)鋬?yōu)化階段主要通過(guò)變密度法求解密度較小的單元，自動(dòng)生成拓?fù)鋬?yōu)化后的概念模型。形狀優(yōu)化階段首先針對(duì)前期優(yōu)化結(jié)果模型進(jìn)行微小單元的去除，充分利用曲線(xiàn)擬合技術(shù)構(gòu)建密度較小的冗余單元邊界關(guān)鍵點(diǎn)組成的輪廓，并根據(jù)零部件生產(chǎn)資源情況進(jìn)行邊界形狀的修正，通過(guò)參數(shù)化變形設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)原模型進(jìn)行布爾減操作，得到拓?fù)鋬?yōu)化后的CAD模型，將其導(dǎo)入CAE系統(tǒng)，然后通過(guò)形狀優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型尋找結(jié)構(gòu)的最佳邊界形狀或者內(nèi)部幾何形狀，以改善其力學(xué)特性。尺寸優(yōu)化階段根據(jù)結(jié)構(gòu)的受力情況確定設(shè)計(jì)變量及其變化范圍，建立目標(biāo)函數(shù)，然后通過(guò)遺傳算法迭代求解較優(yōu)的參數(shù)方案，從中選取最優(yōu)方案參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)模型，生成優(yōu)化結(jié)果模型。方法流程如圖1所示。

三、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

1.機(jī)械結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化

過(guò)去一般機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要集中在結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，而對(duì)于機(jī)械零部件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很少涉及。但是，隨著人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新意識(shí)的提高，特別是機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的提出和應(yīng)用，人們對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了更高的要求――機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。1985年，M.P.Bendsoe和N.Kikuchi將均勻化方法應(yīng)用于連續(xù)體的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化，推動(dòng)了連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化發(fā)展。同時(shí)，連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化已經(jīng)從平面問(wèn)題擴(kuò)展到板殼和三維連續(xù)體問(wèn)題。另外，一些新的方法，如生物生長(zhǎng)模擬法、密度法、泡泡法等，被提出并得到應(yīng)用。目前，結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法也已被工業(yè)界所接受，例如Ford公司等正在加快研究步伐，推出了一些應(yīng)用的實(shí)例。機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化將把結(jié)構(gòu)優(yōu)化推到一個(gè)新的、更高的產(chǎn)品設(shè)計(jì)層次。

2.機(jī)械結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化

在機(jī)械零部件中，連續(xù)體結(jié)構(gòu)非常多，形狀比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)分析存在一定的難度，而結(jié)構(gòu)形狀對(duì)機(jī)械零部件的性能影響很大。因此，機(jī)械零部件的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化可以大大提高其性能。20世紀(jì)80年代開(kāi)始，機(jī)械行業(yè)開(kāi)始興起結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的研究，Haftka、Ding和Hassani進(jìn)行了綜述，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了許多該方面的研究成果，伊莉、錢(qián)惠林、林橋等研究了壓力容器部分的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)；陳汝訓(xùn)、張東旭等研究了航空器部分零部件的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化；Schwarz研究了對(duì)應(yīng)于彈塑性結(jié)構(gòu)響應(yīng)的拓?fù)渑c形狀優(yōu)化；等等。靈敏度分析是結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的關(guān)鍵之一，程耿東和Haftka同時(shí)提出了半解析法，并被普遍采用。機(jī)械結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化也是提高零部件機(jī)械性能的重要方法之一。

3.智能優(yōu)化算法和仿生優(yōu)化

算法優(yōu)化算法的研究一直是優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要研究領(lǐng)域，特別是機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中一般零部件的結(jié)構(gòu)分析非常復(fù)雜，有限元分析需要很長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，優(yōu)化迭代次數(shù)很多。因此，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)優(yōu)化算法要求很高，主要要求優(yōu)化算法具有強(qiáng)收斂性、高可靠性、強(qiáng)穩(wěn)定性等，研究人員不斷地進(jìn)行優(yōu)化算法的發(fā)展和改進(jìn)。目前，數(shù)學(xué)規(guī)劃法中一些算法（如SQP等）比較適合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的求解，優(yōu)化準(zhǔn)則法也是一種有效的算法，國(guó)內(nèi)也開(kāi)發(fā)了一些優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件包，例如大連理工大學(xué)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序系統(tǒng)DDDU、華中科技大學(xué)（原華中理工大學(xué)）的優(yōu)化方法程序庫(kù)OPB―2等。由于現(xiàn)代學(xué)科之間的大量交叉，特別是人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)、不確定數(shù)學(xué)、基因遺傳等理論和方法的引入，為優(yōu)化算法的發(fā)展提供了新的發(fā)展空間，例如遺傳算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法、螞蟻算法、模擬退火法等等。這些新的算法已經(jīng)成功應(yīng)用于優(yōu)化問(wèn)題的求解，用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題的求解目前正處于研究階段。這些算法具有很好的特性，經(jīng)過(guò)研究人員的努力，一定能夠在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到推廣和應(yīng)用。

四、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展展望

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著最優(yōu)化方法的不斷發(fā)展和改善，已逐漸得以發(fā)展。近些年來(lái)，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法方面，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)趨向于采用接近實(shí)際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型模擬大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，由于設(shè)計(jì)變量數(shù)目大，研究新的有效的準(zhǔn)則優(yōu)化方法受到重視，但仍有如何去解決針對(duì)各種特殊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題建立相應(yīng)的公式，解決解析推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題；再是使用大型系統(tǒng)的分解優(yōu)化方法，對(duì)于大型結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以按子結(jié)構(gòu)分解或者進(jìn)行多級(jí)分解優(yōu)化，對(duì)于多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)可以按學(xué)科分解優(yōu)化。分解算法的關(guān)鍵在于建立各個(gè)子問(wèn)題之間的稿合關(guān)系，比如通過(guò)使用最優(yōu)解對(duì)參數(shù)的靈敏度和采用線(xiàn)性分解等法建立起稿合關(guān)系，使得子問(wèn)題的解相容，從而保證迭代收斂，問(wèn)題是如何保證一定能求解。并行計(jì)算技術(shù)引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)較新的方向。像遺傳算法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，在近十年來(lái)被引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)并發(fā)展很快。它們對(duì)離散與連續(xù)混合變量的全局優(yōu)化，對(duì)發(fā)展結(jié)構(gòu)近似重分析的專(zhuān)家系統(tǒng)有其獨(dú)到之處。現(xiàn)在的問(wèn)題是怎樣提高優(yōu)化質(zhì)量、精度、加快收斂，增加方法的通用性。

拓?fù)鋬?yōu)化、材料優(yōu)化和形狀優(yōu)化的集成在機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件設(shè)計(jì)中具有重要的實(shí)用價(jià)值，是近年來(lái)出現(xiàn)的并行設(shè)計(jì)的重要組成部分，仍將是下一步研究工作的重點(diǎn)。拓?fù)鋬?yōu)化能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)，使復(fù)雜結(jié)構(gòu)和部件在概念設(shè)計(jì)階段即可靈活地、理性地優(yōu)選方案，有望用于大型實(shí)際結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)求解。但是要處理龐大的有限元和優(yōu)化模型計(jì)算量增大，應(yīng)力約束處理、對(duì)“多孔狀”材料分布圓整化，單元消失可能會(huì)對(duì)計(jì)算模型造成病態(tài)等問(wèn)題。動(dòng)態(tài)特性?xún)?yōu)化是機(jī)械系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用研究的一個(gè)重要方向f}P-zo。特征向量、動(dòng)力響應(yīng)量的靈敏度分析、高度密集頻率的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，大型動(dòng)力優(yōu)化問(wèn)題的建模和求解方法，非線(xiàn)性分析在優(yōu)化中的應(yīng)用，使優(yōu)化技術(shù)的作用從對(duì)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化延伸到加工工藝過(guò)程的優(yōu)化，仍是極富有研究和應(yīng)用價(jià)值。

綜上所述，未來(lái)，機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)和技術(shù)的運(yùn)用，還需要不斷分析與探討.只有不斷完善技術(shù)力量，才能更好地跟隨科技的變化而不斷地進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

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機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)范文第5篇

【關(guān)鍵詞】機(jī)械；優(yōu)化設(shè)計(jì)；方法特點(diǎn)

一、機(jī)械優(yōu)化概述

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)于不斷發(fā)展的生產(chǎn)現(xiàn)代化而發(fā)展起來(lái)的。它建立在數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，通過(guò)有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)的評(píng)價(jià)體系來(lái)從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋到盡可能完善的或最適宜的設(shè)計(jì)方案。該領(lǐng)域的研究和應(yīng)用進(jìn)展非常迅速，并且取得了可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。那就讓我們關(guān)注機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中那些重要的量。

1.設(shè)計(jì)變量

設(shè)計(jì)變量是指在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們必須全面考慮確定的各項(xiàng)獨(dú)立參數(shù)，一旦這些設(shè)計(jì)參數(shù)全部確定了，設(shè)計(jì)方案也就完全確定了。他們?cè)谡麄€(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中相當(dāng)于一個(gè)個(gè)變量，變量的多少與數(shù)值大小直接影響著優(yōu)化工作的復(fù)雜程度。也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)變量數(shù)目越多，設(shè)計(jì)空間的維數(shù)越大，優(yōu)化設(shè)計(jì)工作也就越復(fù)雜，同時(shí)效益也越顯著。因此在選擇設(shè)計(jì)變量時(shí)。必須兼顧優(yōu)化效果的顯著性和優(yōu)化過(guò)程的復(fù)雜性。

2.約束條件

約束條件是設(shè)計(jì)變量間或設(shè)計(jì)變量本身應(yīng)該遵循的限制條件，而優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題大多數(shù)是約束的優(yōu)化問(wèn)題。針對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型要素的不同情況，可將優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分類(lèi)。約束條件的形式有顯約束和隱約束兩種，前者是對(duì)某個(gè)或某組設(shè)計(jì)變量的直接限制，后者則是對(duì)某個(gè)或某組變量的間接限制。等式約束對(duì)設(shè)計(jì)變量的約束嚴(yán)格，起著降低設(shè)計(jì)變量自由度的作用。優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程就是在設(shè)計(jì)變量的允許范圍內(nèi)，找出一組優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量值，使得目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)值。

3.目標(biāo)函數(shù)

在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，每一個(gè)變量之間都存在著一定的相互關(guān)系這就是用目標(biāo)函數(shù)來(lái)反映。他可以直接用來(lái)評(píng)價(jià)方案的好壞。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)變量的多寡將優(yōu)化設(shè)計(jì)分為單目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題和多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，而我們最常見(jiàn)的就是多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化。

一般而言，目標(biāo)函數(shù)越多，設(shè)計(jì)的綜合效果越好，但問(wèn)題求解越復(fù)雜。在實(shí)際的設(shè)計(jì)問(wèn)題中，常常會(huì)遇到在多目標(biāo)函數(shù)的某些目標(biāo)之間存在矛盾的情況，這就要求設(shè)計(jì)者正確處理各目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系。對(duì)這類(lèi)多目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問(wèn)題的研究，至今還沒(méi)有單目標(biāo)函數(shù)那樣成熟。

二、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，每一種優(yōu)化方法都是針對(duì)某一種問(wèn)題而產(chǎn)生的，都有各自的特點(diǎn)和各自的應(yīng)用領(lǐng)域。優(yōu)化設(shè)計(jì)是以建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)的。它引用了一些新的概念和術(shù)語(yǔ)，如前面所述的設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件等用來(lái)作為機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論依托。設(shè)計(jì)師可以將機(jī)械設(shè)計(jì)的具體要求構(gòu)造成數(shù)學(xué)模型，將機(jī)械設(shè)計(jì)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)學(xué)問(wèn)題，然后應(yīng)用理論推理和驗(yàn)算來(lái)找到最優(yōu)解決途徑。優(yōu)化設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，開(kāi)創(chuàng)了應(yīng)用新的有效的解決機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題的途徑。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法是被動(dòng)地重復(fù)分析產(chǎn)品的性能，而現(xiàn)代的優(yōu)化設(shè)計(jì)卻能夠主動(dòng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的參數(shù)，從整體的大局出發(fā)找尋最優(yōu)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有所不同。它是以計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)計(jì)選優(yōu)為其基本特征的。借助于計(jì)算機(jī)的高速高效率，我們可以可以從大量的方案中選出最優(yōu)方案。

作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)不僅要求方案可行、合理，而且應(yīng)該是一些指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的理想方案，這樣才能使機(jī)械產(chǎn)品為企業(yè)帶來(lái)可觀(guān)效益。

三、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的評(píng)判指標(biāo)

根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中所要解決問(wèn)題的特點(diǎn)，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方案是非常關(guān)鍵的。因?yàn)榻鉀Q同一個(gè)問(wèn)題可能有多種方法，而每一種方法也有可能會(huì)導(dǎo)致不同的結(jié)果，而我們需要的是可以更加體現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)的最優(yōu)方案。所以我們?cè)谶x擇方案時(shí)一定要考慮一下四個(gè)原則：（1）效率要高。（2）可靠性要高。（3）采用成熟的計(jì)算程序。（4）穩(wěn)定性要好。另外選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法時(shí)要進(jìn)行深入的分析優(yōu)化模型的約束條件、約束函數(shù)及目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)復(fù)雜性、準(zhǔn)確性等條件結(jié)合個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。優(yōu)化設(shè)計(jì)的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，通常認(rèn)為，對(duì)于目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)不太多的問(wèn)題，采用懲罰函數(shù)法較好；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)于求導(dǎo)非常困難的問(wèn)題應(yīng)選用直接解法，例如復(fù)合形法；對(duì)于高度非線(xiàn)性的函數(shù)，則應(yīng)選用計(jì)算穩(wěn)定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)相結(jié)合的方法。

四、結(jié)論

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)作為傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法而出現(xiàn)的一種更科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可使機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量達(dá)到更高的水平。近年來(lái)，隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的不斷發(fā)展和工作站計(jì)算能力的不斷挖掘，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和手段都有非常大的突破。且優(yōu)化設(shè)計(jì)思路不斷的開(kāi)闊。總之，每一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法都是針對(duì)某一類(lèi)問(wèn)題而產(chǎn)生的，都有各自的特點(diǎn)，都有各自的應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在給定的載荷和環(huán)境下，在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的性能、幾何尺寸關(guān)系或其它因素的限制范圍內(nèi)，選取設(shè)計(jì)變量，建立目標(biāo)函數(shù)并使其獲得最優(yōu)值的一種新的設(shè)計(jì)方法，其方法多樣依據(jù)不同情形選擇合理的優(yōu)化方法才能更簡(jiǎn)便高效的達(dá)到目標(biāo)。當(dāng)今的優(yōu)化正逐步的發(fā)展到多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分利用了先進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)和科學(xué)的最新成果。所以機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究必須與工程實(shí)踐、數(shù)學(xué)、力學(xué)理論、計(jì)算機(jī)緊密聯(lián)系起來(lái)，才能具有更廣闊的發(fā)展前景。

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