吴雪松
宏茂科技（珠海）有限公司
摘要：所谓最优理论，其实是一个相对概念，是根据当时科技的发展水平，受到当时技术的限制达到一个相对最优化的水平。提出机械化优化设计理论概念是具有较强可行性的，包含着大量的科技信息、知识技能、先进理论和实践操作。随着最优理论研究的不断深入，科学技术也会得到发展，那么机械设计优化理论的概念和认知程度也会发生改变，机械设计优化理论会得到更进一步的发展和优化。
关键词：优化理论；机械设计；工程应用；展望
引言
随着新时期以来经济的发展与转型，国内国外对现代化机械设备的功能及技术参数都有了更进一步的要求，基于过去经验的设计显然不能满足人们的需求，在机械设计的持续发展和研究中，优化理论逐渐发挥出较大的作用。作为一种有效的现代化的设计方法，机械优化设计是若干设计方案中最有效的设计方案，提高了设计的效率和质量。现在机械优化设计变得越来越困难的原因是工程装备变得越来越复杂，所以找到新的优化理论设计方法成为了该领域的重要解决部分。在前人研究的基础上，解释优化设计的概念整理机械优化设计的特点及设计方法，描绘机械设计的前景。机械优化设计主要研究两方面的内容：建模和求解的过程。最优质参数的确立需要在设计过程中不断的筛选调整，以达到最优。优化设计的维数会影响设计工作的复杂程度，维数多就意味着难度系数大，但是经济效益以及社会效益会随之增加若干倍。
1机械优化设计理论概述
所谓优化设计，即利用计算机技术，应用高精确度的力学数值分析法来分析与计算，从若干符合给定的设计要求的可行方案中，按预定的指标自动进行选择，最终选出最优的设计方案。伴随计算机技术的发展，优化设计于二十世纪六十年代发展，构成了现代设计方法出现与兴起发展。机械优化设计的综合性和实用性都很强，能够使机械设计更加可靠、高效，大大节约原材料降低成本。我国优化设计起步晚于国外，但通过大量科研人员与相关工作者的辛勤付出，机械优化设计迅猛发展，取得了可喜的成果，但是与国外先进的技术相比，差距在所难免，有效益的优化设计方案在总体设计方案中所占比例不高。计算机等先进仪器以及高超的技术使得机械设计和制造的应用得到了广泛的应用空间。
2优化设计主要过程及应用实例
2.1过程及思路
优化设计即将最优解从不同的方法中找到或者逼近，其基础是数学中的最优解理论，计算机为辅助手段通过一定的条件和设计目的给出目标函数，在符合不同的边界和初始条件的情况下接近最优解，找到最佳的解决方案。机械设计通过这种办法能够很快的革新和达成技术突破。机械优化设计的过程与过去老式的设计方式相比，优化设计的主要特征为其思想为最有设计，其方法为优化方法，其采用的工具是计算机。
2.2应用范围及发展趋势
优化设计用在机械设计领域时间并不久，在全世界的范围中大概是从二十世纪六十年代末期才开始快速发展，在我们国家优化设计被用于机械设计是近些年才开始的，尽管起步的时间很晚但是在机械综合、通用零件设计和工艺设计的各个方面都发展的十分迅速。现阶段机械优化设计正被用在航空、船只制造、机床、化工设备、车辆制造、建筑机械等各方面，效果非常明显。根据优化的实际案例我们可以知道优化设计是能够保证产品性质优良基础上对于减负及降低成本的一种优质设计方式，这种设计方式的运用不仅能保证方案于设定的需求下取得一些优化效果，还可以免除设计和探究人员繁复的计算和比对工作，很大程度上提高了方案设计和优化的效率。至于发展趋势的问题目前仍被限制于参数优化这类数值方面的优化阶段，对于结构形式的优化和选择仍有很大的探究空间。并且优化设计作为一门比较新兴的技术能力，很多传统的机械产业还不能很高的适应和普及。
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3优化设计展望及热点问题探讨
优化设计将最优理论及计算机技术共同兼容并用于设计的方面，给工程设计提供了新的思路，其未来发展的热门方向应为：
3.1算法方面
算法是工程设计中重要的钥匙，更为缜密和先进的算法可以用于解决工程中不断出现的具体问题，高效和严谨的算法可以使得计算的时间和难度大幅降低，并且提高容错率降低出错的可能性。通过对算法方面的优化显然是机械设计优化设计过程中的热门方向。
3.2应用软件方面
好的算法要通过软件来实现，算法的不断更新需要能够配适的软件来完成。能够用于结构优化的软件很多，然而在通用性、上手难度和实用性等方面还存在不足，尤其是机械优化设计的数学模型建立很有难度，在大型的机械系统设计中，这个问题需要不断的研究和修改。
3.3多学科设计优化及总体化优化
以往机械结构优化设计可能将重点放在单一的零部件上，或者仅仅考虑某个方面的参数及相关学科的影响，致使最后的优化效果不好，甚至出现了由于考虑不周全导致的自相矛盾，这就意味着优化设计一定会向着多交叉学科和总体化的趋势发展。例如在进行车辆的优化设计中，仅仅从降低车身重量的方面考虑，若是单纯追求减轻质量，可能会因为某些参数的变化使得车辆的动力学参数发生变化，不仅降低了使用的舒适程度还可能影响安全性。多学科设计优化的理论提出给机械结构优化设计带来了新的方向。
4现代优化设计理论方法
对于不同种类的约束、变量以及目标函数，优化准则法会推导出不同的优化准则，其通用性一般较差，而且大多数属于近似最优解。规划法需要进行多次迭代以及重复验算，代价较高，且效率较低，常常还要求目标函数以及约束条件连续，且可微。这些因素均制约了规划法在现代机械工程项目优化设计中的广泛应用。此外，现代机械设计复杂度也越来越大，传统的优化算法逐渐变得力不从心。现代的优化设计不像传统的设计凭借经验和直观的感觉来确定结构方案，也不像"安全寿命可行设计"方法，即在满足所提出的要求的前提下，先确定结构方案，再根据安全寿命等准则，对方案进行强度、刚度等分析、校核，然后进行修改，以确定结构尺寸。然后借助科学计算机，应用一些较高的力学数值分析方法进行分析计算，并从大量的可行设计方案中寻找出一种最优的设计方案，从而实现用理论设计代替经验设计，用精确计算代替近似计算，用优化设计代替安全寿命的可行性设计。如果您的企业需要机械设计、机械自动化设计、机械优化设计等，那就到一品威客网发布任务需求，百万专业威客给您最好的服务设计。
结语
现代化的机械设计不能再被传统老旧的设计方式所满足，然而由于数学和计算机技术的不断研究和发展，优化理论被逐渐用于机械设计的领域中。现代机械设计的发展情况对我们国家工业生产有着重要的影响，对于机械设计理论和方法的创新和优化都能有效提高机械的作业效率。机械设计研究人员对于设计的革新和优化可以从集成、变形、移植、仿生等各个方面切入，从而设计出更加先进的现代化机械成品。
参考文献
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论文作者:吴雪松
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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