機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用

序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]一篇機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

在科學技術(shù)不斷研發(fā)更新的當前時期下，制造生產(chǎn)企業(yè)想要在現(xiàn)有的經(jīng)濟市場競爭中贏得有效的立足之地，就必須提升自身的市場競爭實力。在這一過程中，企業(yè)自身制造業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的更新、提升產(chǎn)品的復(fù)雜性就成為適應(yīng)市場發(fā)展的重要手段。在傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)期間，產(chǎn)品的生產(chǎn)方式比較單一，新形式的生產(chǎn)方法研發(fā)，在很大程度上降低了生產(chǎn)成本并縮短了生產(chǎn)周期，高效提升企業(yè)的市場競爭力。基于此，針對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用與研究這一課題進行深入研究對于生產(chǎn)效率的提升具有重要現(xiàn)實意義。

1機械優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展概況

在傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品制造過程中，采用的生產(chǎn)方式一般是單純的按批次制造方法，生產(chǎn)的產(chǎn)品類型極具單一特點。現(xiàn)階段，該種形式已經(jīng)得到了很好的改善，更多的機械產(chǎn)品生產(chǎn)采用的批量較小、種類較多的生產(chǎn)方式，新生產(chǎn)方式的采用，在很大程度上提升了機械制造企業(yè)的生產(chǎn)市場競爭實力，繼而在市場中占據(jù)更多的市場份額，提升企業(yè)自身的經(jīng)濟效益和社會效益。與此同時，機械優(yōu)化設(shè)計的開展還有效的節(jié)省了制造企業(yè)的生產(chǎn)時間，降低成本的同時，優(yōu)化了現(xiàn)有的生產(chǎn)效率。另一方面，國內(nèi)現(xiàn)有的機械優(yōu)化設(shè)計流程主要按照以下內(nèi)容執(zhí)行：①在機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計之前，需要先行確定優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)。該項流程的執(zhí)行主要是為了充分滿足機械產(chǎn)品的技術(shù)指標要求。②設(shè)計函數(shù)變量。該項操作的執(zhí)行，主要是為了確定不同機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)變量數(shù)值。③設(shè)定機械優(yōu)化設(shè)計的約束條件。主要用于限定優(yōu)化設(shè)計期間算法變量浮動空間。④方案評價。在進行機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案的設(shè)計時，應(yīng)該同時設(shè)計出不同方向的多種優(yōu)化方案，從其中選取最佳方案運用。

2機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用

2.1優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計拓撲

傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)機械制造工作中，在進行機械的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，技術(shù)設(shè)計人員普遍會將設(shè)計的精力集中在結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化工作中，但是對于機械零部件上的拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計則比較少，相應(yīng)的文獻研究內(nèi)容也比較匱乏。伴隨著國內(nèi)工業(yè)機械制造水平的不斷提升，專業(yè)人員在該方面的設(shè)計重視程度有了很好的提升，相應(yīng)的機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計意識也得到了很好的培養(yǎng)。具體而言，在進行拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計工作時,設(shè)計工作的重點通常集中在兩個方面，其一是連續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，其二是離散結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。前者的優(yōu)化設(shè)計主要是指對于空洞的數(shù)量、形狀、分布范圍以及部分的結(jié)構(gòu)邊界的有效優(yōu)化。與前者相比，后者的優(yōu)化設(shè)計重點主要集中于不同關(guān)鍵連接點的設(shè)計著手，同時需要提前確定不同設(shè)計位置的關(guān)鍵點。

2.2優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計形狀

在進行機械結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化設(shè)計工作時，由于提升機械設(shè)備性能需要設(shè)計到諸多的施工任務(wù)，所以在具體的工作開展時應(yīng)該進行深入研發(fā)探究。具體來講，大部分的工業(yè)或制造業(yè)中都需要應(yīng)用到大型機械設(shè)備，在該種類型的設(shè)備中，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，不同構(gòu)件的形狀也各不相同，很難進行統(tǒng)一性的規(guī)劃分析，繼而為機械設(shè)計的優(yōu)化工作開展制造了相應(yīng)的難度。自20時期中期以來，工業(yè)、制造業(yè)等行業(yè)興起，為了充分提升生產(chǎn)效率，國內(nèi)外分別針對機械制造設(shè)計優(yōu)化進行了大量的研究，在國內(nèi)，對于機械設(shè)備結(jié)構(gòu)的優(yōu)化重點主要集中在形狀設(shè)計優(yōu)化、制造業(yè)機器人優(yōu)化以及機械零部件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等幾個方面。

2.3優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計科學結(jié)構(gòu)

開展機械設(shè)計科學結(jié)構(gòu)的優(yōu)化時，為了更好的完成優(yōu)化目標，提高生產(chǎn)效率，就一定要專門針對科多科學結(jié)構(gòu)設(shè)計進行綜合性的分析，使得機械設(shè)計工作能夠面向總體性、系統(tǒng)性的方向發(fā)展進步。另一方面，在具體的優(yōu)化設(shè)計研究期間，如果設(shè)計人員僅是從一個方面進行研發(fā)，有很大幾率會出現(xiàn)優(yōu)化結(jié)果與預(yù)期設(shè)計思想不符合的問題。現(xiàn)階段，為了有效解決該類問題，應(yīng)用MOD理論進行機械設(shè)計的新興優(yōu)化分析，首先需要做到的就是利用該較為完整的理論為即將開展的機械機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供有效的理論基礎(chǔ)保障，最終才能有效實現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化效果的全面提升。

2.4優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸

在工業(yè)與制造業(yè)中，進行各種生產(chǎn)設(shè)備的機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作時，機械結(jié)構(gòu)本身的尺寸設(shè)計就成為整體設(shè)計工作中的關(guān)鍵工作內(nèi)容，同時對于設(shè)計尺寸的要求也十分精準。正式開展機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，作為研發(fā)人員，需要意識到零件自身尺寸的大小必須與生產(chǎn)需求相適應(yīng)。在經(jīng)由多個不同零部件組建而成的機械設(shè)備中，一旦出現(xiàn)某一個零部件不符合生產(chǎn)需求，就會接連對各類零部件的聯(lián)接效果造成不良影響，加大使用期間各個部件間的磨損程度，更嚴重者會導(dǎo)致整體生產(chǎn)設(shè)備無法投入生產(chǎn)運行，出現(xiàn)報廢問題。換言之，如果一個零部件所關(guān)聯(lián)到的其他構(gòu)件數(shù)量越多，那么對其尺寸的精確度要求就越高。另一方面，在進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的尺寸優(yōu)化作業(yè)時，必須確保機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的形狀與拓撲之間的關(guān)系維持不變。然后在這一基礎(chǔ)上再去應(yīng)用計算機技術(shù)將尺寸面向精確度更高的方面進行優(yōu)化調(diào)整，最終提升機械產(chǎn)品的使用性能。

2.5優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計動態(tài)性能

進行機械機構(gòu)的動態(tài)性能分析時，能夠發(fā)現(xiàn)，影響其應(yīng)用效果最直接的因素就是當機械結(jié)構(gòu)本身受到來自外界各種力的作用時，其所呈現(xiàn)出來的外形變化規(guī)律與相關(guān)設(shè)計參數(shù)浮動變化情況之間緊密的聯(lián)系。想要有效實現(xiàn)在工作強度不變的狀況下將機械產(chǎn)品的使用壽命進行一定程度的延長，就一定要進行機械結(jié)構(gòu)動態(tài)性能的優(yōu)化設(shè)計，主要是通過對該方面的優(yōu)化能夠更好的反映出機械產(chǎn)品現(xiàn)階段能夠接受的最大工作強度，并計算出其最長使用壽命。另一方面，針對機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能進行優(yōu)化設(shè)計時，對于機械產(chǎn)品本身工作任務(wù)量以及工作負擔的減少也具有很好的促進作用。

3機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用的未來發(fā)展前景

3.1更利于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作開展水平的不斷提升，與時代的發(fā)展、行業(yè)的創(chuàng)新之間具有密不可分的聯(lián)系，20世紀中期以來，機械設(shè)計工作的發(fā)展方向越來越趨向于結(jié)構(gòu)模型的復(fù)雜化，同時對于大型結(jié)構(gòu)模型的有效構(gòu)建也起到了重要的促進作用，即高度優(yōu)化了傳統(tǒng)制造行業(yè)中機械產(chǎn)品模型的構(gòu)建水平和質(zhì)量。與此同時，設(shè)計變量參數(shù)量增加，使得結(jié)構(gòu)分析的推導(dǎo)與數(shù)值計算工作開展難度也得到了相應(yīng)的提升，隨著大型機械設(shè)備的不斷研發(fā)更新，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化并未及時更新出有效的算法公式，為機械優(yōu)化設(shè)計質(zhì)量提升造成了一定的不良影響。此時，全新機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法的運用，能夠在很大程度上為大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的運行優(yōu)化創(chuàng)造奠定技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)。具體而言，通過將較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)進行分解程不同的子結(jié)構(gòu)進行逐一分解優(yōu)化，甚至可以將涉及到多個學科的優(yōu)化按照學科的不同進行有效優(yōu)化。

3.2與計算機技術(shù)有效結(jié)合

在進行工業(yè)生產(chǎn)和制造企業(yè)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化工作過程中，現(xiàn)有的機械設(shè)計機構(gòu)優(yōu)化工作正在面向與計算機技術(shù)的有效結(jié)合的方向發(fā)展。現(xiàn)階段中，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計正在與計算技術(shù)相結(jié)合的發(fā)展方向前進。通過對計算過程的有效優(yōu)化，實現(xiàn)了對于整個機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化質(zhì)量的提升，提升工業(yè)、制造機械生產(chǎn)產(chǎn)品構(gòu)件的精確參數(shù)值，最終優(yōu)化生產(chǎn)質(zhì)量。

3.3機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計后能夠解決更多的機械設(shè)計問題

經(jīng)過長時間的發(fā)展，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在未來的發(fā)展過程中逐漸擁有了處理以下問題的能力：①建模能力。在機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計后，可以直接運用除數(shù)學方法之外的經(jīng)驗與知識進行建模處理；②隨機變量優(yōu)化設(shè)計。在該項設(shè)計中，主要的設(shè)計內(nèi)容是指將隨機設(shè)計的變量進行確定,然后構(gòu)建隨機性的目標函數(shù)，對機械結(jié)構(gòu)的隨機模型進行相應(yīng)的計算求解，得出最佳設(shè)計參數(shù)。③多學科系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。在該項機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計工作開展過程中，主要是將諸如搜索策略與數(shù)據(jù)分析以及設(shè)計管理等內(nèi)容進行有效的集成，通過對集成結(jié)果的分析，總結(jié)出整個機械結(jié)構(gòu)工程運行系統(tǒng)的構(gòu)成情況。在系統(tǒng)的分解研究期間，可以發(fā)現(xiàn)機械設(shè)備的每一種子系統(tǒng)的變量以及設(shè)計函數(shù)的構(gòu)成狀況都具有一定的協(xié)調(diào)性。此時，依據(jù)子系統(tǒng)之間的練聯(lián)系以及優(yōu)化后的計算結(jié)果分析，實現(xiàn)人工參與性質(zhì)的系統(tǒng)求解進程調(diào)控設(shè)計目標。

4總結(jié)

綜上所述，在制造業(yè)機械結(jié)構(gòu)生產(chǎn)研發(fā)過程中，機械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,在很大程度上推動了制造業(yè)機械產(chǎn)品的質(zhì)量提升和性能優(yōu)化，同時，也為機械行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展帶來的發(fā)展機遇。另一方面，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計工作的展開，也在很大層面上有效縮短了機械產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提升了制造行業(yè)企業(yè)本身的市場競爭實力，最終推動了國內(nèi)整個工業(yè)、制造行業(yè)的技術(shù)應(yīng)用水平。由于受到多種因素的影響，文中的內(nèi)容并不全面，有待補充，希望其中的部分內(nèi)容能夠為后續(xù)關(guān)于本課題的研究提供參考。

作者:韋培培 單位:西安中飛航空測試技術(shù)發(fā)展有限公司