導(dǎo)語(yǔ)：優(yōu)化理論在機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著新時(shí)期以來經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與轉(zhuǎn)型，國(guó)內(nèi)國(guó)外對(duì)現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備的功能及技術(shù)參數(shù)都有了更進(jìn)一步的要求，基于過去經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)顯然不能滿足人們的需求，在機(jī)械設(shè)計(jì)的持續(xù)發(fā)展和研究中，優(yōu)化理論逐漸發(fā)揮出較大的作用。本篇文章說明了優(yōu)化理論在機(jī)械設(shè)計(jì)中的發(fā)展?fàn)顩r，設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用情況和前景，以及對(duì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)問題進(jìn)行了進(jìn)一步的探討。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化理論；機(jī)械設(shè)計(jì)；工程應(yīng)用；展望

每一部機(jī)械都是一套精密的系統(tǒng)，若想改進(jìn)設(shè)計(jì)的質(zhì)量，就需要科學(xué)合理的方法。過去的機(jī)械設(shè)計(jì)所采用的主要為設(shè)計(jì)及操作人員的經(jīng)驗(yàn)，在不同的方案之間做出取舍和對(duì)比，從中選取較好的方案，然而這種情況僅能在有限數(shù)目的方案中做出取舍，并不是所有情況中的最優(yōu)解，這種過去的方式明顯缺乏整體性，僅僅是一些條件下的最好情況。

1優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展簡(jiǎn)述

優(yōu)化這一理念很早就被人們用于各種領(lǐng)域中，在十四世紀(jì)時(shí)就有一些如黃金比例分割及分?jǐn)?shù)法的數(shù)學(xué)優(yōu)化概念萌生，但是能夠系統(tǒng)并科學(xué)地表述優(yōu)化的理念還要追溯到十七世紀(jì)時(shí)數(shù)學(xué)方面的理論的發(fā)展。上世紀(jì)40年代，古典的優(yōu)化方法主要是運(yùn)用微分法和變分法來進(jìn)行問題的優(yōu)化處理，五十年代時(shí)則運(yùn)用線性及非線性規(guī)劃以及梯度法來進(jìn)行問題優(yōu)化，到了六十年代時(shí)就出現(xiàn)了更為先進(jìn)的多維非線性約束條件規(guī)劃的罰函數(shù)方法。二戰(zhàn)時(shí)，因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)的原因誘使運(yùn)籌學(xué)出現(xiàn)，從而解決了很多古典微分法及變分法無法得到的優(yōu)化解，此時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)就能被適用于具體問題的解決和優(yōu)化了。自一九七零年外國(guó)科學(xué)家發(fā)表了一篇使用幾何規(guī)劃方法解決了液體動(dòng)壓軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以說優(yōu)化設(shè)計(jì)真正在機(jī)械設(shè)計(jì)中開始了應(yīng)用以及發(fā)展的步伐。同時(shí)，因?yàn)閿?shù)學(xué)思想方法和現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步優(yōu)化設(shè)計(jì)正成為一門擁內(nèi)容豐富的工學(xué)學(xué)科，在機(jī)械設(shè)計(jì)中起到了重要的作用[1]。

2優(yōu)化設(shè)計(jì)主要過程及應(yīng)用實(shí)例

2.1過程及思路。優(yōu)化設(shè)計(jì)即將最優(yōu)解從不同的方法中找到或者逼近，其基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)中的最優(yōu)解理論，計(jì)算機(jī)為輔助手段通過一定的條件和設(shè)計(jì)目的給出目標(biāo)函數(shù)，在符合不同的邊界和初始條件的情況下接近最優(yōu)解，找到最佳的解決方案。機(jī)械設(shè)計(jì)通過這種辦法能夠很快的革新和達(dá)成技術(shù)突破[2]。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程與過去老式的設(shè)計(jì)方式相比，優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要特征為其思想為最有設(shè)計(jì)，其方法為優(yōu)化方法，其采用的工具是計(jì)算機(jī)。2.2應(yīng)用范圍及發(fā)展趨勢(shì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)用在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域時(shí)間并不久，在全世界的范圍中大概是從二十世紀(jì)六十年代末期才開始快速發(fā)展，在我們國(guó)家優(yōu)化設(shè)計(jì)被用于機(jī)械設(shè)計(jì)是近些年才開始的，盡管起步的時(shí)間很晚但是在機(jī)械綜合、通用零件設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的各個(gè)方面都發(fā)展的十分迅速。現(xiàn)階段機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)正被用在航空、船只制造、機(jī)床、化工設(shè)備、車輛制造、建筑機(jī)械等各方面，效果非常明顯。根據(jù)優(yōu)化的實(shí)際案例我們可以知道優(yōu)化設(shè)計(jì)是能夠保證產(chǎn)品性質(zhì)優(yōu)良基礎(chǔ)上對(duì)于減負(fù)及降低成本的一種優(yōu)質(zhì)設(shè)計(jì)方式，這種設(shè)計(jì)方式的運(yùn)用不僅能保證方案于設(shè)定的需求下取得一些優(yōu)化效果，還可以免除設(shè)計(jì)和探究人員繁復(fù)的計(jì)算和比對(duì)工作，很大程度上提高了方案設(shè)計(jì)和優(yōu)化的效率。至于發(fā)展趨勢(shì)的問題目前仍被限制于參數(shù)優(yōu)化這類數(shù)值方面的優(yōu)化階段，對(duì)于結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化和選擇仍有很大的探究空間。并且優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一門比較新興的技術(shù)能力，很多傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)業(yè)還不能很高的適應(yīng)和普及。

3優(yōu)化設(shè)計(jì)展望及熱點(diǎn)問題探討

優(yōu)化設(shè)計(jì)將最優(yōu)理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)共同兼容并用于設(shè)計(jì)的方面，給工程設(shè)計(jì)提供了新的思路，其未來發(fā)展的熱門方向應(yīng)為：3.1算法方面。算法是工程設(shè)計(jì)中重要的鑰匙，更為縝密和先進(jìn)的算法可以用于解決工程中不斷出現(xiàn)的具體問題，高效和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃惴梢允沟糜?jì)算的時(shí)間和難度大幅降低，并且提高容錯(cuò)率降低出錯(cuò)的可能性。通過對(duì)算法方面的優(yōu)化顯然是機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的熱門方向。3.2應(yīng)用軟件方面。好的算法要通過軟件來實(shí)現(xiàn)，算法的不斷更新需要能夠配適的軟件來完成。能夠用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的軟件很多，然而在通用性、上手難度和實(shí)用性等方面還存在不足，尤其是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型建立很有難度，在大型的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，這個(gè)問題需要不斷的研究和修改。3.3多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化及總體化優(yōu)化。以往機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可能將重點(diǎn)放在單一的零部件上，或者僅僅考慮某個(gè)方面的參數(shù)及相關(guān)學(xué)科的影響，致使最后的優(yōu)化效果不好，甚至出現(xiàn)了由于考慮不周全導(dǎo)致的自相矛盾，這就意味著優(yōu)化設(shè)計(jì)一定會(huì)向著多交叉學(xué)科和總體化的趨勢(shì)發(fā)展。例如在進(jìn)行車輛的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，僅僅從降低車身重量的方面考慮，若是單純追求減輕質(zhì)量，可能會(huì)因?yàn)槟承﹨?shù)的變化使得車輛的動(dòng)力學(xué)參數(shù)發(fā)生變化，不僅降低了使用的舒適程度還可能影響安全性。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化的理論提出給機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來了新的方向。

4結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)不能再被傳統(tǒng)老舊的設(shè)計(jì)方式所滿足，然而由于數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷研究和發(fā)展，優(yōu)化理論被逐漸用于機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域中。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展情況對(duì)我們國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)有著重要的影響，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法的創(chuàng)新和優(yōu)化都能有效提高機(jī)械的作業(yè)效率。機(jī)械設(shè)計(jì)研究人員對(duì)于設(shè)計(jì)的革新和優(yōu)化可以從集成、變形、移植、仿生等各個(gè)方面切入，從而設(shè)計(jì)出更加先進(jìn)的現(xiàn)代化機(jī)械成品。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙小慧.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論與方法[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2019(06):170-171.

[2]周劍琦,王茁.探究基于機(jī)械制造工藝的機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化策略[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2019(01):92-93.

作者:李淵 張明慧 蘇芳 單位:山西大同大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院