機械結構優化設計應用

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在科學技術不斷研發更新的當前時期下，制造生產企業想要在現有的經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，企業自身制造業生產產品的更新、提升產品的復雜性就成為適應市場發展的重要手段。在傳統的工業生產期間，產品的生產方式比較單一，新形式的生產方法研發，在很大程度上降低了生產成本并縮短了生產周期，高效提升企業的市場競爭力。基于此，針對機械結構優化設計應用與研究這一課題進行深入研究對于生產效率的提升具有重要現實意義。

1機械優化設計的發展概況

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

2機械結構優化設計應用

2.1優化結構設計拓撲

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

2.2優化結構設計形狀

在進行機械結構的形狀優化設計工作時，由于提升機械設備性能需要設計到諸多的施工任務，所以在具體的工作開展時應該進行深入研發探究。具體來講，大部分的工業或制造業中都需要應用到大型機械設備，在該種類型的設備中，其內部的結構十分復雜，不同構件的形狀也各不相同，很難進行統一性的規劃分析，繼而為機械設計的優化工作開展制造了相應的難度。自20時期中期以來，工業、制造業等行業興起，為了充分提升生產效率，國內外分別針對機械制造設計優化進行了大量的研究，在國內，對于機械設備結構的優化重點主要集中在形狀設計優化、制造業機器人優化以及機械零部件的結構優化設計等幾個方面。

2.3優化結構設計科學結構

開展機械設計科學結構的優化時，為了更好的完成優化目標，提高生產效率，就一定要專門針對科多科學結構設計進行綜合性的分析，使得機械設計工作能夠面向總體性、系統性的方向發展進步。另一方面，在具體的優化設計研究期間，如果設計人員僅是從一個方面進行研發，有很大幾率會出現優化結果與預期設計思想不符合的問題。現階段，為了有效解決該類問題，應用MOD理論進行機械設計的新興優化分析，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優化設計提供有效的理論基礎保障，最終才能有效實現產品優化效果的全面提升。

2.4優化機械結構設計尺寸

在工業與制造業中，進行各種生產設備的機械結構優化工作時，機械結構本身的尺寸設計就成為整體設計工作中的關鍵工作內容，同時對于設計尺寸的要求也十分精準。正式開展機械結構設計時，作為研發人員，需要意識到零件自身尺寸的大小必須與生產需求相適應。在經由多個不同零部件組建而成的機械設備中，一旦出現某一個零部件不符合生產需求，就會接連對各類零部件的聯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，更嚴重者會導致整體生產設備無法投入生產運行，出現報廢問題。換言之，如果一個零部件所關聯到的其他構件數量越多，那么對其尺寸的精確度要求就越高。另一方面，在進行機械結構設計的尺寸優化作業時，必須確保機械結構產品的形狀與拓撲之間的關系維持不變。然后在這一基礎上再去應用計算機技術將尺寸面向精確度更高的方面進行優化調整，最終提升機械產品的使用性能。

2.5優化機械結構設計動態性能

進行機械機構的動態性能分析時，能夠發現，影響其應用效果最直接的因素就是當機械結構本身受到來自外界各種力的作用時，其所呈現出來的外形變化規律與相關設計參數浮動變化情況之間緊密的聯系。想要有效實現在工作強度不變的狀況下將機械產品的使用壽命進行一定程度的延長，就一定要進行機械結構動態性能的優化設計，主要是通過對該方面的優化能夠更好的反映出機械產品現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，針對機械產品結構的動態性能進行優化設計時，對于機械產品本身工作任務量以及工作負擔的減少也具有很好的促進作用。

3機械結構優化設計應用的未來發展前景

3.1更利于大型復雜結構模型構建

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

3.2與計算機技術有效結合

在進行工業生產和制造企業機械結構設計優化工作過程中，現有的機械設計機構優化工作正在面向與計算機技術的有效結合的方向發展。現階段中，機械結構優化設計正在與計算技術相結合的發展方向前進。通過對計算過程的有效優化，實現了對于整個機械產品結構優化質量的提升，提升工業、制造機械生產產品構件的精確參數值，最終優化生產質量。

3.3機械結構優化設計后能夠解決更多的機械設計問題

經過長時間的發展，機械結構優化設計在未來的發展過程中逐漸擁有了處理以下問題的能力：①建模能力。在機械結構優化設計后，可以直接運用除數學方法之外的經驗與知識進行建模處理；②隨機變量優化設計。在該項設計中，主要的設計內容是指將隨機設計的變量進行確定,然后構建隨機性的目標函數，對機械結構的隨機模型進行相應的計算求解，得出最佳設計參數。③多學科系統優化設計。在該項機械結構優化設計工作開展過程中，主要是將諸如搜索策略與數據分析以及設計管理等內容進行有效的集成，通過對集成結果的分析，總結出整個機械結構工程運行系統的構成情況。在系統的分解研究期間，可以發現機械設備的每一種子系統的變量以及設計函數的構成狀況都具有一定的協調性。此時，依據子系統之間的練聯系以及優化后的計算結果分析，實現人工參與性質的系統求解進程調控設計目標。

4總結

綜上所述，在制造業機械結構生產研發過程中，機械結構的優化設計,在很大程度上推動了制造業機械產品的質量提升和性能優化，同時，也為機械行業實現可持續發展帶來的發展機遇。另一方面，機械結構優化設計工作的展開，也在很大層面上有效縮短了機械產品的生產周期，提升了制造行業企業本身的市場競爭實力，最終推動了國內整個工業、制造行業的技術應用水平。由于受到多種因素的影響，文中的內容并不全面，有待補充，希望其中的部分內容能夠為后續關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發展有限公司