機械優化設計的應用

黃一軒

摘 要：機械優化設計是一門以數學計算為基礎，旨在優化機械制造，設計，使設計達到最有利的學科，那么能看出來機械優化設計的應用前景是很廣泛的。本文本文主要介紹機械優化設計的應用和發展情況，從傳統方法和現代化方法進行分析，以及討論未來優化的發展情況。

關鍵詞：機械優化設計；應用

科學技術的發展使得大量的機械制造要求要很高的技術水平，機械產品的設計工作變得越來越復雜，要求考慮的內容也越來越多，精確性和科學性都與傳統機械設計有巨大差別。面對這種情況，機械優化設計理論應運而生，逐漸發展成為一種現代化的機械設計方法。傳統的設計方法只是一種定性分析的結果，沒有經過精確的理論計算，期間造成了很多人力，財力的浪費，具有很大的改進潛力。為此，一種現代的設計理念——優化設計產生了。

1 傳統工業的優化設計應用

傳統機械優化設計方法大多應用于機械結構和零件功能的優化設計，針對機械結構的性能和形態進行優化。在機械結構上，內點罰函數優化法，能夠對剛度和壓彎組合強度結構進行良好的優化，既能夠滿足尺寸要求又能良好的控制結構自重。在形態方面，典型的是軸對稱鍛造部件的毛坯形狀的優化。在性能方面，采用坐標轉換法和黃金分割法對部分兩岸結構進行優化設計，使得機械結構更加準確保持運動平衡性，提高了傳力性能。這樣看來，傳統機械優化設計方法依然能夠取得良好的效果，所以在機械設計發展中不能忽略傳統優化方法的

作用。

2 現代工業的優化設計應用

現代高新設計方法在機械優化設計中的應用已越來越廣泛。但應該看到，現代的設計不僅僅是單一的完成給定產品的設計，而應該要將產品使用及設備維修等因素統一進行考慮。所以，機械優化設計在強調環保設計和可靠性設計等考慮綜合性因素的機械優化設計應用工作更為活躍，機械優化設計的應用領域更加廣泛，涉及到航空航天工程機械及通用機械與機床的機械優化設計；涉及到水利、橋梁和船舶機械優化設計；涉及到汽車和鐵路運輸行業及通訊行業機械優化設計；涉及到輕工紡織行業、能源工業和軍事工業機械優化設計；涉及到建筑領域機械優化設計；涉及到石油及石化行業機械優化設計；涉及到食品機械等機械優化設計。機械優化設計的應用還能夠解決具有復雜結構的系統問題。

2.1 優化設計網絡軟件的應用

優化算法的研究已經有所成績，利用網絡平臺逐漸開發一些工業化在線優化軟件，便于工業設計使用。對于在線機械優化設計軟件來說，亟待解決的問題就是模型問題，對于非常復雜的系統來說，結構、流程、物料和系統參數等，都非常復雜，如果計算對象比較模糊，運算效率會受到嚴重的影響，這就給在線優化軟件帶來了巨大的困難。為了解決這種情況，通過合適的算法解決辨別模型，結合神經網絡和學習特點進行數據的識別，讓在線優化軟件也能夠良好的應用于各種模型，比如國內比較成熟的 NEUMAX 軟件包，基于神經遺傳算法的在線優化軟件包，都能夠良好的實現各種模型的遺傳算法，這些軟件已經成功應用于甲醇合成機械設計的優化工作中。

2.2 優化設計在MATLAB中的應用

在機械設計中引入優化設計方法不僅能使設計的機械零件滿足性能要求，還能使其在某些特定方面達到最優。利用 MATLAB優化工具箱求解機械優化設計問題不僅避免了傳統的設計方法中人工試湊、分析比較過程中的繁雜與重復，而且編程簡單、結果可靠。在上述實例中，利用 MATLAB 軟件中FEMINCON函數求解夾具設計問題，最 終設計的 夾具要比采用傳統設計方法設計的質量輕、成本低，并且設計效率高。

2.3 人工神經網絡法在機械優化設計中的應用

人工神經網絡是人類模仿大腦神經網絡結構和功能而建立的一種信息處理系統，是理論化的人腦神經網絡的數學模型。人工神經網絡從事例中學習，可以處理非線性問題，特別擅長處理那些需要人直觀判斷的信息匱乏的問題，如不完全數據集合，模糊信息以及高度復雜問題等。人工神經網絡應用于優化設計，主要體現在以下兩個方面：

Hopfield 網絡 2.BP 網絡

2.4 模糊優化方法在機械優化設計中的應用應用模糊優化理論能夠將設計中的模糊因素和模糊主觀信息定量化，通過合理給定約束函數、目標函數的容許值、期望值及其模糊分布 （隸屬函數） 來 “軟化”邊界條件，擴大尋優范圍和體現專家的經驗、觀點和某些公認的設計準則。把模糊技術應用于優化設計建模，其特長不僅在于它善于表達模糊概念，處理模糊因素，而且還可將復雜問題簡化，使優化模型更加合理。采用模糊理論建立優化設計模型對求解復雜系統優化設計問題具有重要意義。

3 總結

從上述可知機械優化設計是一門應用前景十分廣泛的學科，無論是傳統還是現代方法都顯得尤為重要，特別是在應用了計算機后使計算優化更加智能方便，所以這是一門值得深入研究開發其應用的學科。

參考文獻

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