机械优化设计

2011年第22期科技胃向导<科技论坛<>机械优化设计吴佳(浙江万马集团电子有限公司浙江临安311306)[摘要]机械优化设计是刚发展起来的一门新的学科，从60年代开始,由于最优化技术和计算机技术在设计领域的应用,为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。用这种新的设计方法,人们就可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。本文阐述机械优化设计的目的、基本理论、优化设计与产品开发及机械优化设计应用。[关键词]机械优化设计;产品开发1.机械优化设计的目的代替经验设计.用精确设计代替近似设计用优化设计代替-般设计机械优化设计的目的是以最低的成本获得最好的效益,这也是设将 成为设计的必然发展趋势。计工作者一直追求的日标。从数学的观点看,机械优化问题,就是求解4.机械优化设计应用极大值或极小值问题,亦极值问题。一般机械结构的优化设计多局限于简单零部件或结构，只涉及到2.机械优化设计的基本理论一种功能或学科,优化过程也分别单独应用于机构设计和结构设计,优化设计是一-门新兴学科,它建 立在数学规划理论和计算机程序制裂 「两者的关系。而对于大型复杂机械，整体优化发挥的作用显然设计基础上,通过计算机的数值计算能从众多的设计方案中找到尽可远远大于 局部改进。在计算手段日臻完善的今天,要水把优化范围扩能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成展为包含 功能、原理方案和总体参数结构方案、结构参数结构形状功地解决解析其它方法难以解决的复杂问题，优化设计为机械设计提的全设计过程 真正达到优化的全局指导作用。但复杂结构设计变量供了一种重要的科学设计方法，因而采用这种设计方法能大大提高设多 、计算复杂耗时过长,且通常为多目标多学科问题,用单-算法解计效率和设计质量。决整个优化问题不可行,由此产生r整体优化的数学通近和分解协调机械优化设计包括建立优化设计问题的数学模型和选择恰当的优化策略。 响应面和神经网络都属于通过数学通近来模拟实际优化模优化方法与程序两方面的内容。由于优化机械设计应用数学方法寻求型的方法, 可以减少计算量、缩短计算时间,但存在逼近不准确等向机械设计的最优方案,所以首先要根据实际的机械设计问题建立相应复杂结构机械构件众多,高度耦合,所以在结构优化中划分子结的数学模型,即由数学形式来描述实际设计问题。在建立数学模型时,构的网状分解方法应用闲难,常见的为层状分解,例如桁架的节点层、需要运用专业知识确定设计的限制条件和所追求的目标,确立各设计变量之间的相互关系等。机械优化设计向题的数学模型可以是解析面 积层优化,网状分解逋常用于解决结构优化中的多学科问题，例如式、实验数据或经验公式。虽然他们给出的形式不同，但都是反映设计多学科的协同优化。 但在面对不同的整体优化问题时，却没有一 -种普变量之间的数量关系。适的方法指导分解,不当的分解协调反而使优化问题更复杂。数学模型- -且建立,机槭优化设计向题就变成-个数学求解问所以在机械结构设计基本方法的基础上,应建立结构的分层优化题,就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态几何尺寸关模型,将优化向题分为整体层和局部层,综合利用理论分析模型及有系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为限元分析模型, 并通过层间协调使总体设计和结构设计联系起来,使优化对象,选取设计变量，建立日标函数和约束条件,并使目标函数获二者互相影响， 而不是独立的优化过程,真正达到整体优化设计的目得最优值一种现代设计方法。的。3.机械优化设计与产品开发5.总结产品生产是企业的中心任务,而产品的竞争力影响着企业的生存机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的,是一门崭新的与发展。产品的竞争力主要在于它的性能和质量,也取决于经济性,而学科, 它是在现代机械设计理论的基础上提出的一种更科学的设计方这些因素都与设计密切相关,可以说产品的水平主要取决于设计水法。 随着计算机技术和优化技术的发展,利用数值模拟技术对T.件进平。随着生产的日益增长，要求机器向着高速高效低消耗方向发展，行仿真数值模拟 为优化工艺参数提供了极为有力的工具。把产品质并且由于商品的竞争，要求不断缩短设计周期,因而对产品的设计已不量从传统的被动控制(生产工艺和生产过程控制) ,转到设计方案上的是仅考虑产品本身、还要考虑对系统和环境的影响:不仅要考虑技术优化设计, 它可使机械产品的设计质量达到更高的要求。因此,在加强领域,还要考虑经济、社会效益;不仅考虑当前,还要考虑长远发展。在现代机械设计理 论研究的同时,还要进- -步 加强最优设计数学模型的这种情况下所谓的传统设计方法已越来越不适应现代发展需要了。研究, 以便在近代数学力学和物理学的新成就基础上,使其更能反映科学技术的迅速发展，对客观世界的认识不断深人，设计工作所需客观实际。 同时机械优化设计的研究还必须与工程实践数学力学理的理论基础和手段有r很大进步,使产品的设计发生了很大的变化,特论 、计算技术和电子计算机的发展等紧密联系起来,才能具有更广阔别是电子计算机的发展和应用，对设计工作产生了革命性的变化,为设的发展前最。 ( ”计工作提供了实现设计自动化和精密计算的条件。因此用理论设计(上接第73页)(5)相关的单位部门资料工程部T.程师项目经理施工员、材料员共8人参加确定价值工程活我们大致掌握了建设单位对本工程的基本要求,本工程的设计情动对象的恳谈会， 会上各人畅所欲言、各抒己见,最后确定将原设计中况,工程的各部门大致造价,工程相关材料性能、价格及本公司对建造的结构转换层混凝 土工程作为价值工程活动对象。功能系统分析为了本工程的预期质量利润等指标及技术支援等情报，为价值工程的进能够明确对象 |中国煤化工十创条件。(一步开展应用打下了坚实的基础。3.2.2 确定价值工程活动对象*CCHCNMHG为「降低工程造价节约施T成本提高本企业的施T技术水平。[1]王爱林.价值工程及其在建筑工程中的应用门，安徽建筑 20.0.鉴于本企业施T经历丰富、技术力量强的特点,我们采用经验分析法[2]秦爱国,白胜瑜.工程造价管理研究[J.经济论坛199.022).确定本工程施工中应用价值工程的活动对象。我们邀请本公司的公司方方数据