机械优化设计的应用及展望

机械优化设计的应用及展望

机械优化设计是最优化设计技术在机械设计领域的和应用，机械优化设计基本思想是根据机械设计的基本理论，方法和现有的标准规范等建立起能够反映工程设计问题和符合优化所需数学要求的数学模型，并采用数学规划的基本方法和计算机技术自动找出优化设计问题的最优方案。

当前，机械优化设计的基本理论和基本方法随着现代设计理论及方法的发展不断更新，并且优化设计所用工具软件也随着科学技术的发展不断扩展和深化。目前机械优化设计主要是将优化设计的基础理论、国际大型通用化的优化设计工具软件与现代工程应用实例密切结合，通过机械工程实际应用使得工程技术人员掌握优化设计方法的实质内容及工程应用技巧。

所以，加强机械优化设计的应用研究具有一定的实际意义。

1.机械优化设计的内涵

机械优化设计是一门综合性的学科，既涉及到数学、物理学知识，又涉及到应用化学、应用力学和材料学知识，具有理论价值和应用价值，是非常有发展潜力的学科。

机械的优化设计与机构设计、机械传动设计和机械强度评价共同组成了机械设计的内涵。机械优化设计是建立在近代计算机程序设计之上的，所以它是解决复杂设计问题的一种有效工具。机械优化设计是把传统的机械设计与现代优化理论及方法密切结合起来去处理机械设计实际问题，所以其工程实用价值大。现代机械系统的优化设计问题大部分具有复杂性、跨学科性、而且具有多目标性、多约束性、多参数性、和隐含性的特点。

因此，我们必须用现代的设计理论及方法，才能实现现代机械系统的优化设计。现代设计中，不但要求提高机械产品的性能和质量，而且要求缩短设计周期和降低原材料消耗和制造成本，还要求尽量少或无环境污染，提高可回收利用，具有绿色设计的理念。根据机械优化设计的内涵，机械优化设计的变量选择，一方面要注意各设计变量应相互独立，另一方面要避免耦合情况的发生。由于机械优化设计的目标函数及其相应约束的确定，对精密仪器的优化设计应按其精度最高或者误差最小的要求来建立相应的目标函数。机械优化设计的约束条件不可避免会带来与模型和现实系统出现不相吻合现象。

机械优化设计的数学模型确立首先要结合工程实际，参考和优化设计经验，正确把握与目标相关程度大的因素，从而能够尽可能建立确切简洁的、易于使用的数学模型。

所以，机械优化设计工程技术人员可依据实际需求选择最合适的优化设计方法，较灵活的改变和组合相应的设计思路。

2.机械优化设计应用

现代高新设计方法在机械优化设计中的应用已越来越广泛。但应该看到，现代的设计不仅仅是单一的完成给定产品的设计，而应该要将产品使用及设备维修等因素统一进行考虑。

所以，机械优化设计在强调环保设计和可靠性设计等考虑综合性因素的机

械优化设计应用工作更为活跃，机械优化设计的应用领域更加广泛，涉及到航空航天工程机械及通用机械与机床的机械优化设计；涉及到水利、桥梁和船舶机械优化设计；涉及到汽车和铁路运输行业及通讯行业机械优化设计；涉及到轻工纺织行业、能源工业和军事工业机械优化设计；涉及到建筑领域机械优化设计；涉及到石油及石化行业机械优化设计；涉及到食品机械等机械优化设计。

机械优化设计的应用还能够解决具有复杂结构系统问题的设计，涉及到飞机机身及飞机结构整体机械优化设计；涉及到火箭发动机壳体及航空发动机轮盘机械优化设计；涉及到潜艇结构及潜艇外部液压舱机械优化设计；涉及到机器人等机械优化设计。

机械优化设计的理论与方法也应用于大规模的工程建设，涉及到筑桥梁及石油钻井井架机械优化设计；涉及到大型水轮机结构等机械优化设计。机械优化设计还应用于运输工具零件的优化设计，涉及到汽车车架及悬挂机械优化设计；涉及到车身箱形梁结构及起重机机械优化设计；涉及到装载机平面或空间桁架结构机械优化设计；涉及到各类减速器及制动器圆锥机械优化设计；涉及到圆柱齿轮及连杆机构和凸轮机构机械优化设计；涉及到各类弹簧及轴承等机械优化设计。机械优化设计随着现代制造科学的发展应用领域更加广泛。

机械优化设计正以微电子、信息、新材料为代表的新一代工程科学与技术的发展为基础。

所以，机械优化设计一方面极大地拓展了制造领域的深度和广度，另一方面改变了现代制造过程的设计方法、产品结构。同样，现代制造模式与生产管理的理论与方法、制造产品的现代设计理论与方法、制造过程及系统的测量、监控理论和方法，以及制造自动化理论等又丰富了机械优化设计的内容，促进机械优化设计的发展，拓展了机械优化设计的应用范围。

3.机械优化设计展望

展望机械优化设计的发展主要是现代设计方法在机械优化设计中将发挥着重要作用。可持续发展为机械优化设计提供了创新空间，促进机械优化设计的不断创新的。

绿色材料逐渐兴起，相应的绿色产品设计及制造方法成为目前研究的热点。加强基于材料的绿色产品设计与管理研究，加强机械设计、制造、使用过程的资源保护为机械优化设计提供了原动力。

现代设计方法在机械优化设计中将发挥着重要作用：

1）人工神经网络应用于机械优化设计，对于解决组合优化问题显示出其优越性。

2）将模糊优化应用于机械优化设计，建立优化设计模型对求解复杂系统优化设计问题具有重要意义。

3）将计算机辅助设计应用于机械优化设计，简化了大量人工计算及绘图，效率比人工提高几十倍甚至更多.

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