论-浅谈机械设计中优化设计理论与方法选择
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用研究十分重视 ，并开展 了大量工作 ，其基本理论和求
过程也很简单 ，但计算量非常大，而这 正是计算机所擅 长的工作 ，因此计算机成 了解决数值优化方法的重 要工
具。在这个时期涌现 出了很多其他 的优化算法，其中比 较常用 、 效果较好的优化算法有简约梯度法 、 复合形法 、
约束变尺度法、罚函数法 、 随机方向法 、 可行方向法等 。 ２ ０世纪 ８ ０年代后，一些新颖 的优化方法逐渐 出现，如
更广 阔的发展前景。
参 考文 献
收敛性、稳定性等等，这样才能互相 比较 ，从中找到一 个最合适的算法出来 。此外 ，还需深入分析优化 模型的 约束条件、约束函数、设计变量 以及 目标 函数 ，根据 复 杂性、准确 性等条件对它们进行正确地选取和建立 。
［ １ ］ 王 国强 ． 机 械优 化 设 计 ［ Ｍ ］ ． 北 京 ：机械 工 业 出版 社 。
［ ４ ］吴小飞． 探 讨机械 工程 的可靠性优 化设 计［ Ｊ ］ ． 南方农机 ，
２ ０ １ ５ ．４ ６ （ ２ ） ：７ ６ — ７ ７ ．
（ 收稿 日期 ：２ ０ １ ５ — ８ － １ ３ ）
方法 的更新和完善 。 机械优化设计给机械 工程界带来 了
（ 上接第 ４ ７页 ）中冷凝器 安装 局限性大 ，所 以这对于
再者 ， 套片式冷凝器与管带式冷凝器也是比较常见
的汽车空调制冷 系统冷凝器 ，从传热系数 角度看 ，套片
式冷凝器在汽侧 阻力 、内体积和容积 以及重量方面都 比 管片式更强，这 是因为管片式虽然传热系数有所 改善 ，
时 ，一定要考量它在实际情况下的各项参数变化 ，根据
汽车的实际需求来订制空调制冷系统，保持与汽车性能
时 的运行稳定性。另一方面 ，也要 改造它的热负荷 ，让 其具有 ｉ ０ ％ ￣３ ０ ％ 的裕量 。 在选型时， 无论哪一款冷凝器 ， 都要注意它的负荷至少要达到 ７ ． ５ ｋ Ｗ以上 ， 这样能保证 它在 高温环境 下作业时保 证 良好 的传热性 能和制冷 能
力 。
但管 外空气流速大 ，所 以空气阻力也会 随之增大，这样
使机械产 品的质量达到更高的水平 。近年来 ，随着数学 规划理论 的不断发展和工作站计算能力 的不断挖掘 ，机
［ ３ ］ 陈 立周 ． 机械优化设计方法［ Ｍ ］ ． 北 京 ： 冶金 工 业 出版 社 ．
２ ０ ０ ５ ．
械优 化设计方法和手段都有非常大 的突破 。 且优化设计
思路 不断的开 阔，仿生学理论、基因遗传 学理论和人工 智能优化等现代设计理论的引入 ，都大大促进优化设计
（ 如约束条件） ，选取适当的优化方法是非常关键 的。以
下列举 了 ４ 个选择优化方法 的基本原则 ： １ ）效率要高 。
所谓效 率要高就是 所采用 的优 化算法所用 的计算时 间
２ 优化设计方法 的选择
优化设计方法是机械优化设计的灵魂 ，随着数学科
学和计算机技术的飞速发展 ， 优化方法的发展经历了解
如果选择平流式冷凝器，要对 其进行改造 。比如对
［ ２ ］ 薛荣辉． 汽车制冷 系统故障探析 ［ Ｊ ］ ． 知识经济， ２ ０ １ ２ ， （ ２ ４ ）
：１ Ｏ ０ — １ ０ １ ．
［ ３ ］侯彦羽． 汽 车制冷 系统设计及选型 ［ Ｊ ］ ． 黑龙江科技信息，
２ ０ １ ２ ，（ ２ １ ） ：７ ８ － ７ ９ ．
［ ４ ］李晓科，纪威 ． 汽车余热澳化锂吸收式制冷研 究［ Ｊ ］ ． 现代
机械 ，２ ０ ０ ７ ，（ ６ ） ：３ ５ － ３ ７ ．
其翅片 的间距与 高度进行改进 ，按照管带式冷凝器的带
wenku.baidu.com
（ 收稿 日期：２ ０ １ ５ － ８ — １ ２ ）
计算精确 的特点 ， 但 只限于解决小型或特殊 的问题 ，在
处理大 多数实际 问题时 ，由于计算量很大 ，计算难度 也
增加很 多。２ ０世纪 ５ ０年代末 ，数学规划方法成为了优
化 设计 中求优方法的理论基础。这种方 法建立在数值分 析的基础之上 ，利用 己知的信息和条，通过一系列迭代
过程求得 问题的最优解 。它 的相关理论并不复杂 ，计算
汽 车制冷 系统 的设计 与安装 来说是一 个矛盾 问题 。要 保 持原有冷 凝器 的结 构设计 和安装格局 的 同时 ，还要 加 强冷凝器 的传热功 能性 ，就应该设计 在冷凝 器的管 外侧 进行 空气换热 。这种设 计利用 了强制通风 效应 ，
宽进行改造，这样能加 强它在不 良路况 中由于受到颠簸
模拟退火、混沌、进化 规划 、 遗传算法、人工神经网络、
解手段 已逐渐成熟 。国内优化 设计起步较 晚，但在众多
禁忌搜索等。 。 ，这些算法通过模拟 自然现象或者 自然规 律得 出一些结论， 逐渐形成 了其具有鲜 明特色 的优化方 法 ，其内容涉及生物 学、神经学、物理学、数学、人工
智能、统计力学等 。 在优化设计中， 对于 同一优 化问题往往可 以有不 同 的优化方法 。有 的优化方法效果较好， 有的则较差 ，甚 至会导致错误 的结果。因此，根据优化设计问题 的特点
学者和 科研人 员的不懈努力 下 ，机械优化 设计发展 迅
猛， 在理论上和工程应用 中都取得 了很大进步和丰硕成
用优化算法的特点要非常清楚 ，比如它 们的计算精度 、
巨大经济 效益 ，随着技术更新和产 品竞争 的加剧 ，优化
设计 的发展前景非常的广 阔。当今 的优化正逐步的发展
到多学科优化设计，充分利用 了先进计算机技术和科学
的最新成果 。所 以机械优化 设计 的研 究必须与工程 实 践 、数学、力学理论、计算机紧密联系起来 ，才能具有
４ ８
２ ０ １ ５ ． ９
南方农 机
制 造 与 研 发
浅谈机械设计 中优化设计理论 与方法选择
熊海 根
（ 南 昌凯马有 限 公司 ，江西 南 昌 ３ ３ ０ １ ０ １ ）
摘 要 ：一个 国家的机械制造水平体现着这个国家的发展程度 ，而机械 设计理论与方法是 支撑机械 制造的顶梁柱 。 在机械设 计中，
２ ０ ０ ９ ．
３ 结 束语
机 械优 化设计作 为传 统机械设 计理 论基础上 结合
［ ２ ］张运节． 机械优化设计综述 与展望 ［ Ｊ ］ ． 科技信 息，２ ０ ０ ９ 。
２ ６（ ６ ） ：７ ０ ３ － ７ ０ ４ ．
现代 设计方法而 出现 的一种更科学的优化设计方法 ， 可
果 ，但与国外先进优化技术相 比还存在一定差距，在实 际工程 中发挥 效益 的优化 设计 方案或 设计结果所 占比
例不大 。计算机等辅助设备性能的提高 、科技与市场
的双重驱动 ， 使得优化技术在机械设计和制造 中的应用
得到了长足发展 ，遗传算法 、神经 网络 、粒子群法等智
能优 化方法也在优化 设计 中得到了成功应用 。
１ 械优 化设 计的基本理 论
优化设计是 ２ ０世纪 ６ Ｏ 年代随计算机技术发展起来 的一 门新学科，是构成和推进现代设计方法产生 与发展 的重要 内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强 的 理论和技术，为机械设计提供了一种可靠、高效 的科学 设计方法， 使设计者 由被动地分析、 校核进入主动 设计， 能节约原材料 ，降低成本 ，缩短设计周期 ，提高设计效 率和水平，提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国 内外相 关学者和科 研人员对优 化设计理论 方法及其应
所 以目前在汽车空调中 已经很少使用管片式冷凝器 。我 国道路大多路况较差 ， 所 以在颠簸状态下冷凝器很容出 现脱焊现 象，导致其寿命无法长久 。而且 它的制造工艺 复杂，在 国内没有专 门的生产线，所以一般来说这种 冷 凝器都来 自于国外生产线，其生产成本较高 ，不适合于 广 大国内用户 。
或计算函数的次数要尽可能地少 。２ ）可靠性要高 。可
靠性要 高是指在一定 的精度要求下，在一定 迭代次数 内
或一定计算时 间内，求解优化 问题的成功率要尽可能地 高 。３ ）采用成熟的计算程序。解题过程 中要尽可能采 用现有的成熟 的计算程序 ，以使解题简便并且不容易出
析法、数值分析法和非数值分析法 ３个阶段。２ Ｏ世纪
作者简介 ：熊海根 （ １ ９ ６ ４ 一 ） ，男，江西南 昌人，工程师，研究方 向
机械设计制造。
错 。４ ）稳定性要好 。稳定性好是指对于高度 非线 性偏 心率大 的函数不会 因计算机字长截 断误差迭代 过程 正
制 造与 研 发
南方农机
２ ０ １ ５ ． ９
４ ９
常运行而 中断计算过程 。除 了上述 ４ 个基本原则外 ，选 择恰 当的优 化方法还需要个人的经验， 这样 可以运用 一 些技巧 ，简便解题程序和步骤 。这些经验包括对各种常
空调风扇 的功耗也会大 幅度增加 ， 使制冷系统噪 音不 断 增大 。所 以选择在管外增加肋片 的设计 ，它能使得管外 侧的换热面积随着空气 的增强而发生大幅扰动 ， 从而强
化 了传热效果 。
３ 结论
本文 简要分析 了汽车 空调制冷系 统中制冷压 缩机 和冷凝 器两大核心部件的设计开发与选 型思维 ， 证 明了 制冷系统在设计方面要涉及 许多外在因素，是相 当复杂 的具有 联动性 的车 内系统 。在 进行 空调制冷系统 设计
优化设计是解 决复杂设计问题的一种有 效手段 。本文在介绍机械优化设计 的基本理论的同时，并重点分析 了设计中优化方法的选
择。
关键词 ：机械设计 ：优化设计：理论 与方法
中图分类号 ：Ｔ Ｈ １ ２ ２
文献标识码 ：Ａ
文章编码 ：１ ６ ７ ２ － ３ ８ ７ ２（ ２ ０ １ ５ ）０ ９ － ０ ０ ４ ８ － ０ ２
相 吻合 。
参考文献
［ １ ］ 刘 全禄 ． 现 代 汽 车制 冷 系统 其 它辅 件 工 艺分析 ［ Ｊ ］ ． 黑 龙 江
科技信息， ２ ０ １ ３ ，（ ８ ） ：４ ．
但是 它 的管 片之间如 果长时 间使用 就会 出现 由震动 而
导致的松 动或膨胀 ，这使得它的内部塑变 内应力 降低 ，
机械优化 设计是最优 化技术在 机械设 计领 域 的移
植和应用 ，其基本思想是根据机械设计的理论，方法和 标准规 范等建立一反 映工程设计 问题和符合数 学规划 要求 的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机计算 技术 自动找出设计 问题的最优方案 。
５ ０ 年代 以前 ， 古典的微分法和变分法是解 决最优化问题 的最主要 的两种数学方法 。 这两种方法 具有概念清 晰和
过程也很简单 ，但计算量非常大，而这 正是计算机所擅 长的工作 ，因此计算机成 了解决数值优化方法的重 要工
具。在这个时期涌现 出了很多其他 的优化算法，其中比 较常用 、 效果较好的优化算法有简约梯度法 、 复合形法 、
约束变尺度法、罚函数法 、 随机方向法 、 可行方向法等 。 ２ ０世纪 ８ ０年代后，一些新颖 的优化方法逐渐 出现，如
更广 阔的发展前景。
参 考文 献
收敛性、稳定性等等，这样才能互相 比较 ，从中找到一 个最合适的算法出来 。此外 ，还需深入分析优化 模型的 约束条件、约束函数、设计变量 以及 目标 函数 ，根据 复 杂性、准确 性等条件对它们进行正确地选取和建立 。
［ １ ］ 王 国强 ． 机 械优 化 设 计 ［ Ｍ ］ ． 北 京 ：机械 工 业 出版 社 。
［ ４ ］吴小飞． 探 讨机械 工程 的可靠性优 化设 计［ Ｊ ］ ． 南方农机 ，
２ ０ １ ５ ．４ ６ （ ２ ） ：７ ６ — ７ ７ ．
（ 收稿 日期 ：２ ０ １ ５ — ８ － １ ３ ）
方法 的更新和完善 。 机械优化设计给机械 工程界带来 了
（ 上接第 ４ ７页 ）中冷凝器 安装 局限性大 ，所 以这对于
再者 ， 套片式冷凝器与管带式冷凝器也是比较常见
的汽车空调制冷 系统冷凝器 ，从传热系数 角度看 ，套片
式冷凝器在汽侧 阻力 、内体积和容积 以及重量方面都 比 管片式更强，这 是因为管片式虽然传热系数有所 改善 ，
时 ，一定要考量它在实际情况下的各项参数变化 ，根据
汽车的实际需求来订制空调制冷系统，保持与汽车性能
时 的运行稳定性。另一方面 ，也要 改造它的热负荷 ，让 其具有 ｉ ０ ％ ￣３ ０ ％ 的裕量 。 在选型时， 无论哪一款冷凝器 ， 都要注意它的负荷至少要达到 ７ ． ５ ｋ Ｗ以上 ， 这样能保证 它在 高温环境 下作业时保 证 良好 的传热性 能和制冷 能
力 。
但管 外空气流速大 ，所 以空气阻力也会 随之增大，这样
使机械产 品的质量达到更高的水平 。近年来 ，随着数学 规划理论 的不断发展和工作站计算能力 的不断挖掘 ，机
［ ３ ］ 陈 立周 ． 机械优化设计方法［ Ｍ ］ ． 北 京 ： 冶金 工 业 出版 社 ．
２ ０ ０ ５ ．
械优 化设计方法和手段都有非常大 的突破 。 且优化设计
思路 不断的开 阔，仿生学理论、基因遗传 学理论和人工 智能优化等现代设计理论的引入 ，都大大促进优化设计
（ 如约束条件） ，选取适当的优化方法是非常关键 的。以
下列举 了 ４ 个选择优化方法 的基本原则 ： １ ）效率要高 。
所谓效 率要高就是 所采用 的优 化算法所用 的计算时 间
２ 优化设计方法 的选择
优化设计方法是机械优化设计的灵魂 ，随着数学科
学和计算机技术的飞速发展 ， 优化方法的发展经历了解
如果选择平流式冷凝器，要对 其进行改造 。比如对
［ ２ ］ 薛荣辉． 汽车制冷 系统故障探析 ［ Ｊ ］ ． 知识经济， ２ ０ １ ２ ， （ ２ ４ ）
：１ Ｏ ０ — １ ０ １ ．
［ ３ ］侯彦羽． 汽 车制冷 系统设计及选型 ［ Ｊ ］ ． 黑龙江科技信息，
２ ０ １ ２ ，（ ２ １ ） ：７ ８ － ７ ９ ．
［ ４ ］李晓科，纪威 ． 汽车余热澳化锂吸收式制冷研 究［ Ｊ ］ ． 现代
机械 ，２ ０ ０ ７ ，（ ６ ） ：３ ５ － ３ ７ ．
其翅片 的间距与 高度进行改进 ，按照管带式冷凝器的带
wenku.baidu.com
（ 收稿 日期：２ ０ １ ５ － ８ — １ ２ ）
计算精确 的特点 ， 但 只限于解决小型或特殊 的问题 ，在
处理大 多数实际 问题时 ，由于计算量很大 ，计算难度 也
增加很 多。２ ０世纪 ５ ０年代末 ，数学规划方法成为了优
化 设计 中求优方法的理论基础。这种方 法建立在数值分 析的基础之上 ，利用 己知的信息和条，通过一系列迭代
过程求得 问题的最优解 。它 的相关理论并不复杂 ，计算
汽 车制冷 系统 的设计 与安装 来说是一 个矛盾 问题 。要 保 持原有冷 凝器 的结 构设计 和安装格局 的 同时 ，还要 加 强冷凝器 的传热功 能性 ，就应该设计 在冷凝 器的管 外侧 进行 空气换热 。这种设 计利用 了强制通风 效应 ，
宽进行改造，这样能加 强它在不 良路况 中由于受到颠簸
模拟退火、混沌、进化 规划 、 遗传算法、人工神经网络、
解手段 已逐渐成熟 。国内优化 设计起步较 晚，但在众多
禁忌搜索等。 。 ，这些算法通过模拟 自然现象或者 自然规 律得 出一些结论， 逐渐形成 了其具有鲜 明特色 的优化方 法 ，其内容涉及生物 学、神经学、物理学、数学、人工
智能、统计力学等 。 在优化设计中， 对于 同一优 化问题往往可 以有不 同 的优化方法 。有 的优化方法效果较好， 有的则较差 ，甚 至会导致错误 的结果。因此，根据优化设计问题 的特点
学者和 科研人 员的不懈努力 下 ，机械优化 设计发展 迅
猛， 在理论上和工程应用 中都取得 了很大进步和丰硕成
用优化算法的特点要非常清楚 ，比如它 们的计算精度 、
巨大经济 效益 ，随着技术更新和产 品竞争 的加剧 ，优化
设计 的发展前景非常的广 阔。当今 的优化正逐步的发展
到多学科优化设计，充分利用 了先进计算机技术和科学
的最新成果 。所 以机械优化 设计 的研 究必须与工程 实 践 、数学、力学理论、计算机紧密联系起来 ，才能具有
４ ８
２ ０ １ ５ ． ９
南方农 机
制 造 与 研 发
浅谈机械设计 中优化设计理论 与方法选择
熊海 根
（ 南 昌凯马有 限 公司 ，江西 南 昌 ３ ３ ０ １ ０ １ ）
摘 要 ：一个 国家的机械制造水平体现着这个国家的发展程度 ，而机械 设计理论与方法是 支撑机械 制造的顶梁柱 。 在机械设 计中，
２ ０ ０ ９ ．
３ 结 束语
机 械优 化设计作 为传 统机械设 计理 论基础上 结合
［ ２ ］张运节． 机械优化设计综述 与展望 ［ Ｊ ］ ． 科技信 息，２ ０ ０ ９ 。
２ ６（ ６ ） ：７ ０ ３ － ７ ０ ４ ．
现代 设计方法而 出现 的一种更科学的优化设计方法 ， 可
果 ，但与国外先进优化技术相 比还存在一定差距，在实 际工程 中发挥 效益 的优化 设计 方案或 设计结果所 占比
例不大 。计算机等辅助设备性能的提高 、科技与市场
的双重驱动 ， 使得优化技术在机械设计和制造 中的应用
得到了长足发展 ，遗传算法 、神经 网络 、粒子群法等智
能优 化方法也在优化 设计 中得到了成功应用 。
１ 械优 化设 计的基本理 论
优化设计是 ２ ０世纪 ６ Ｏ 年代随计算机技术发展起来 的一 门新学科，是构成和推进现代设计方法产生 与发展 的重要 内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强 的 理论和技术，为机械设计提供了一种可靠、高效 的科学 设计方法， 使设计者 由被动地分析、 校核进入主动 设计， 能节约原材料 ，降低成本 ，缩短设计周期 ，提高设计效 率和水平，提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国 内外相 关学者和科 研人员对优 化设计理论 方法及其应
所 以目前在汽车空调中 已经很少使用管片式冷凝器 。我 国道路大多路况较差 ， 所 以在颠簸状态下冷凝器很容出 现脱焊现 象，导致其寿命无法长久 。而且 它的制造工艺 复杂，在 国内没有专 门的生产线，所以一般来说这种 冷 凝器都来 自于国外生产线，其生产成本较高 ，不适合于 广 大国内用户 。
或计算函数的次数要尽可能地少 。２ ）可靠性要高 。可
靠性要 高是指在一定 的精度要求下，在一定 迭代次数 内
或一定计算时 间内，求解优化 问题的成功率要尽可能地 高 。３ ）采用成熟的计算程序。解题过程 中要尽可能采 用现有的成熟 的计算程序 ，以使解题简便并且不容易出
析法、数值分析法和非数值分析法 ３个阶段。２ Ｏ世纪
作者简介 ：熊海根 （ １ ９ ６ ４ 一 ） ，男，江西南 昌人，工程师，研究方 向
机械设计制造。
错 。４ ）稳定性要好 。稳定性好是指对于高度 非线 性偏 心率大 的函数不会 因计算机字长截 断误差迭代 过程 正
制 造与 研 发
南方农机
２ ０ １ ５ ． ９
４ ９
常运行而 中断计算过程 。除 了上述 ４ 个基本原则外 ，选 择恰 当的优 化方法还需要个人的经验， 这样 可以运用 一 些技巧 ，简便解题程序和步骤 。这些经验包括对各种常
空调风扇 的功耗也会大 幅度增加 ， 使制冷系统噪 音不 断 增大 。所 以选择在管外增加肋片 的设计 ，它能使得管外 侧的换热面积随着空气 的增强而发生大幅扰动 ， 从而强
化 了传热效果 。
３ 结论
本文 简要分析 了汽车 空调制冷系 统中制冷压 缩机 和冷凝 器两大核心部件的设计开发与选 型思维 ， 证 明了 制冷系统在设计方面要涉及 许多外在因素，是相 当复杂 的具有 联动性 的车 内系统 。在 进行 空调制冷系统 设计
优化设计是解 决复杂设计问题的一种有 效手段 。本文在介绍机械优化设计 的基本理论的同时，并重点分析 了设计中优化方法的选
择。
关键词 ：机械设计 ：优化设计：理论 与方法
中图分类号 ：Ｔ Ｈ １ ２ ２
文献标识码 ：Ａ
文章编码 ：１ ６ ７ ２ － ３ ８ ７ ２（ ２ ０ １ ５ ）０ ９ － ０ ０ ４ ８ － ０ ２
相 吻合 。
参考文献
［ １ ］ 刘 全禄 ． 现 代 汽 车制 冷 系统 其 它辅 件 工 艺分析 ［ Ｊ ］ ． 黑 龙 江
科技信息， ２ ０ １ ３ ，（ ８ ） ：４ ．
但是 它 的管 片之间如 果长时 间使用 就会 出现 由震动 而
导致的松 动或膨胀 ，这使得它的内部塑变 内应力 降低 ，
机械优化 设计是最优 化技术在 机械设 计领 域 的移
植和应用 ，其基本思想是根据机械设计的理论，方法和 标准规 范等建立一反 映工程设计 问题和符合数 学规划 要求 的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机计算 技术 自动找出设计 问题的最优方案 。
５ ０ 年代 以前 ， 古典的微分法和变分法是解 决最优化问题 的最主要 的两种数学方法 。 这两种方法 具有概念清 晰和