機械產品設計的結構優化技術運用實踐

顧永妍1 葛志磊2

（1.揚州宇揚機電有限公司，江蘇 揚州 225000；2.揚州市育英鈑金機械有限公司，江蘇 揚州 225124）

引言

隨著我國經濟的發展，科學技術水平的提升，我國各個行業都在朝著信息化、自動化的方向大步前進，在激烈的市場競爭中，只有通過優化產品設計、實現產品創新才能立于不敗之地，并滿足當前社會發展需求。機械產品是我國發展的重要基礎，但目前的設計技術并不能滿足時代發展需求，因此對機械產品設計的結構優化技術進行深入分析，具有積極的現實意義。

一、結構優化設計的方法和層次

（一）尺寸方面的優化技術

尺寸技術優化是確保拓撲與形狀關系不受影響，通過在優化設計中應用計算機技術，找到機械產品最佳的尺寸變量，通過運行實現重新組合，進而制定最高效的優化設計方案。

（二）形狀方面的優化技術

在對機械產品進行設計時，不但要保證產品尺寸符合標準，還要在外觀上滿足實際施工需求。因此，形狀優化技術要確保機械產品拓撲關系恒定，在對機械產品進行設計時要找到最佳形狀變量，根據設計不同的產品結構，找到能夠與實際工程相符的形狀，讓機械產品發揮使用功能。

（三）拓撲方面的優化技術

拓撲優化技術是利用離散結構對機械產品進行優化的，但在優化過程中，要注意孔洞數量，以及形狀與分布現象，還要對結構邊界采取優化措施。離散結構拓撲技術是確保機械產品數據準確的核心技術，保證各個關鍵點可實現最優連接方式。

二、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。

三、機械結構優化設計應用的未來發展前景

（一）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。

（二）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。

（三）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。

結語

機械產品對于我國的經濟發展至關重要，社會將關注點更多的放在了機械產品的設計與質量方面，因此要降低產品殘次率，利用結構優化技術保證產品質量，使企業能夠更好的發展。