機械設計中優化設計的重要性和實現路徑的探討

唐建勇，李宏業

（秦皇島方華埃西姆機械有限公司，河北 秦皇島 066000）

機械優化設計指的是運用數學模型方法和計算機技術找到最佳設計方案和路徑的過程，也是當前機械設計領域的研究熱點。在新時期，對機械優化設計的重要性和意義進行探討，并析其實現的路徑和辦法是極為必要的。

1 機械設計優化設計的重要性

A.優化設計可以保證機械設計的工藝與質量。在機械設計的過程中，設計師不僅要考慮設計流程、設計時間和成本、功效等問題，更重要的是必須考慮設計產品的工藝水準和實用價值，也可以理解為設計產品的質量。機械產品往往用于工業生產及大型的工程項目，其質量的優劣關系重大，因此必須予以重視。換言之，機械設計的質量是第一位的，倘若失去了優質的保證，那么這樣的機械設計毫無價值。所以，找到更好的設計路徑和策略，維持設計的質量和工藝，成為整個機械設計的關鍵。在現實操作中，設計者往往利用數學函數及相關模型對各種設計方案進行綜合評估，做出最佳的選擇。諸多設計方案中的最佳方案，往往具備以下幾個特點。其一，該方案應該是效率最快，成本最省：其二，該方案要具備現實的操作可能，要能實現設計的規劃。總之，機械優化設計的過程其實是篩查最佳設計方案的過程，這個過程中的方案選擇是最符合機械設計實際需求的，也是最具有質量保證的。

B.優化設計可以最大限度地節約設計開支和成本，提高企業的經濟效益。機械設計是一項繁瑣、浩大的工程，往往需要很長的時間才能完成，不存在所謂的捷徑和“小道”。所以，在維持長時間設計流程的同時，必須做好高額開支和成本支出的準備。事實證明，機械設計的成本開支往往令主管單位“不堪重負”。雖然隨著機械設計技術的進步以及管理流程的簡化，新時期的機械設計成本開支已經有所降低，但是仍然有可以壓縮的空間。需要注意的是，運用優化設計的方法對機械設計的成本開支進行削減，要基于保障設計質量的前提；倘若成本的控制要以犧牲質量為代價，則這樣的控制手法必須果斷舍棄。在機械設計中采取優化設計路線，能夠減輕前期和設計過程中的成本開支，為設計單位節省一筆不小的資金。優化設計的最佳方案往往是符合設計流程的，是可以發揮出現有材料、設備和人員最大能量的，所以不需要額外耗費多余的人力、財力和物力。因此，優化設計能夠節約機械設計的開支成本是有科學依據和理論基礎的。

C.優化設計可以提高機械產品的科技附加值，從而提高產品的競爭力和提高企業的經濟效益。機械設計的產品是一種自然屬性但是具備商業價值的“商品”，這就必然要與市場發生關聯。同時，優化設計方法在機械設計中的應用，能夠增加機械產品的科技含量和技術附加值，大大提高產品的市場競爭力。例如，隨著現代科技的發展以及相互之間融合度越來越高，機械設計的產業化正在形成，即機械設計可以作為一個單獨的工程鏈條存在。如果把機械設計的產品作為一個普通商品看待，這種商品必須是價格最低、質量最好、科技含量最高的，這樣該產品才能在市場中取得占有率，企業才能因此獲取利益最大化。所以，機械設計企業都在努力追求“這樣的機械產品”，而這樣的產品往往需要通過優化設計來實現。優化設計為機械設計產品的技藝提升、附加值增大提供了全新的路徑，也為機械設計單位和企業的發展增添了新的利潤增長點。例如，隨著信息技術、計算機技術、材料技術、液壓技術、加工制造工藝的不斷發展和成熟，機械設計的每一個環節都會有一種或多種新技術的注入，最終的機械產品往往“飽含科技”，其技術附加值自然可以達到一個高位。類似這樣的高附加值機械產品，在市場中的價格是可以預見的，企業因此帶來的收益也很高。由此可見，優化設計對于當今的機械設計的重要性。

2 實現機械設計優化設計的有效策略

優化設計可以為機械設計提供質量和效益的保證，因此必須引入科學有序的優化設計方案，使之產生明顯的效果。從當前的情況看，機械優化設計可以從如下角度考量。其一，機械設計的一維搜索優化方法，這種方法也是當前機械設計優化方法的最典型代表，以數學函數為理論基礎，透過搜索區間的確定，來保證優化方案的有效性。一維搜索方法是一維問題的最基本方法，也是多維機械設計的基礎方法。眾所周知，機械設計大都是多維的，很少有一維的情況，但是這恰恰說明了一維的重要性和基礎性功能。就好比數學中的從0到9的10個數字，它們構筑了數學的基礎，成為數學的理論“細胞”。一維搜索方法在機械設計的應用，往往直接影響優化設計問題的求解速度。其二，機械優化設計會用到約束優化方法和無約束優化方法。在機械優化設計中，經常使用的是約束優化的方法。除此之外，機械優化設計還可以通過線性規劃方法、多目標及離散變量優化方法來實現。總之，諸多優化方法的存在和操作為機械優化設計提供了多元化的路徑。

3 結語

從機械產品設計的全局來看，目前比較先進的優化設計，大多數還停留在設計方案后參數優化方面，面向產品設計，應將優化設計拓寬到機械設計產品的全生命周期過程，使之適應機械產品設計。

［1］張殿江.淺談機械設計在機械制造中的重要性［J］.城市建設理論研究，2013，（07）：146-147.

［2］蔡余友.機械設計的重要性和實現路徑［J］.中國機械，2013，（06）：32-33.