機械產(chǎn)品設計的結構優(yōu)化技術運用實踐

魏來

【摘 要】作為系統(tǒng)優(yōu)化的一個步驟，結構優(yōu)化設計是其中的重要一環(huán)，它需要全方位運用設計方面的技術知識，確定最佳的方法來滿足相關的需求。以往傳統(tǒng)的設計方法是操作人員選擇其他相關產(chǎn)品作為模型，依賴經(jīng)驗和細致的觀察來確定方法，在設計后期還要通過測試判斷其是否符合要求，此過程不僅會浪費過多的人力物力，并且由于全過程都是人工操作，仍然存在質量等問題的安全隱患，降低了產(chǎn)品的質量。因此，確定結構優(yōu)化技術，選用拓撲優(yōu)化技術和尺寸優(yōu)化技術相結合，并進行理論的計算和設計，確保產(chǎn)品的質量和精細度，才能既提高工作效率，又可以在激烈的市場競爭中占據(jù)一席之地。

【關鍵詞】機械產(chǎn)品設計；結構優(yōu)化技術；運用實踐

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A

引言

機械產(chǎn)品設計的結構優(yōu)化技術是指在系統(tǒng)優(yōu)化背景下，采用綜合運用設計的方式，以此來實現(xiàn)機械產(chǎn)品的需求和質量，達到最優(yōu)設計方案和標準。目前傳統(tǒng)機械產(chǎn)品設計主要采用機械產(chǎn)品加工工人和其他類型的產(chǎn)品設計為主要的模板，運用長時間的設計經(jīng)驗和觀察最后來確定整體的設計方案，在產(chǎn)品加工后期要盡心檢測來確定是否符合整體的質量要求和標準。這一設計過程不僅僅需要大量的時間，同時還會給機械產(chǎn)品的設計埋下安全隱患，給機械產(chǎn)品加工過程帶來問題和困難。結構優(yōu)化技術是通過進行拓撲優(yōu)化技術以及尺寸優(yōu)化技術，利用科學合理的設計方式，確定整體機械產(chǎn)品設計的最優(yōu)方案。這樣做不僅僅能夠保證機械產(chǎn)品設計的效率，同時也能夠確保機械加工的精確度，確保效率和質量同時進行，提升機械產(chǎn)品設計加工的水平，利用結構優(yōu)化技術，實現(xiàn)機械產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展，滿足時代進步的需求，促進企業(yè)能夠在激烈的市場競爭中占有優(yōu)勢。

1結構優(yōu)化設計的方法和層次

結構優(yōu)化設計可以分成不同的層次和種類，按照優(yōu)化目的的不同可以分為：尺寸優(yōu)化技術、形狀優(yōu)化技術、拓撲優(yōu)化技術。

（1）尺寸方面的優(yōu)化技術。在尺寸方面的優(yōu)化技術主要是指通過保證機械產(chǎn)品的形狀和拓撲關系不受到改變，通過計算機技術應用，在優(yōu)化設計過程中使用計算機技術來尋找適合的尺寸變量，并且通過運行過程實現(xiàn)重組，以此來找到最佳的優(yōu)化設計方案。

（2）形狀方面的優(yōu)化技術。機械產(chǎn)品在設計過程中不僅僅要保證尺寸達到標準，還要確保外觀形狀能夠滿足施工工程的要求。由此可見，形狀方面的設計要保證機械產(chǎn)品的尺寸以及拓撲關系不變，在進行設計過程中保證形狀變量，通過設計不同的結構，在最后保證形狀能夠符合工程要求，實現(xiàn)使用功能。

（3）拓撲方面的優(yōu)化技術。拓撲優(yōu)化技術主要是通過連續(xù)結構和離散結構進行優(yōu)化，連續(xù)結構拓撲技術中要主要注意優(yōu)化孔洞的數(shù)量，還包含形狀方面以及分布現(xiàn)象，同時也要注重對結構邊界進行優(yōu)化，通過離散結構拓撲技術來保證相關數(shù)據(jù)的關鍵，確保每一個關鍵點能夠實現(xiàn)優(yōu)化的連接方式。

2機械產(chǎn)品設計的結構優(yōu)化技術運用

2.1提高設計人員的素質水平

首先要提高機械技術知識水平，只有熟練掌握機械相關知識，才能夠靈活運用，實現(xiàn)產(chǎn)品設計的優(yōu)化。但除了機械知識以外，還應當加強其他知識的修養(yǎng)，主要有：第一，數(shù)學建模能力。這是最基本的工作內容。設計工作人員在進行方案設計時，不僅要規(guī)范，還要保證方案能夠被他人理解，只有具備一定數(shù)學建模能力的人員才能夠使用規(guī)范標準的數(shù)學語言將問題和設計方案表達出來，并在此基礎上確定模型，保證模型的實用性。第二，解答問題的能力。僅僅會建模還不夠，還應當能夠求解所建立模型的變量以及參數(shù)，這樣才能夠高效得出結果。比如對于隨機變量模型，一定要能夠快速求解隨機變量模型，才能夠計算出隨機變量的目標函數(shù)以及變量的數(shù)值。第三，對問題的處理能力。這是因為在確定完設計方案后，一個極其重要的步驟就是評價方案，一旦方案投入生產(chǎn)，就需有更多的人共同配合完成，而參與的人越多，就越容易造成大家對問題本身都一知半解，出現(xiàn)問題后也難以找到明確的責任人。這個時候，如果有一個能夠全程負責的人去追蹤過程，會在很大程度上降低問題的發(fā)生概率。

2.2創(chuàng)新思維，杜絕重復

在設計過程中必須要做到自主創(chuàng)新，堅決避免重復，從現(xiàn)實角度出發(fā)，一定要有創(chuàng)新才能有廣闊的市場空間，重復的、沒有創(chuàng)意的東西很難贏得市場的青睞，也就是說，一個公司要想成長和進步，就必須推舊出新，避免墨守成規(guī)，最終導致被市場大環(huán)境所淘汰。因此，作為一個出色的企業(yè)，就要不斷創(chuàng)新，不斷保持市場活力，但在創(chuàng)新過程中要防止抄襲、重復等，作為設計研發(fā)人員，要不斷轉變思路，積極對產(chǎn)品進行改造，在推出新產(chǎn)品的同時，也要對原有產(chǎn)品進行改造，最終目的都是為了適應市場需求，使企業(yè)具有一定的競爭力。

2.3要注重實現(xiàn)結構優(yōu)化設計的創(chuàng)新發(fā)展

根據(jù)市場實際需求，通過對設計方案進行變革，保證機械產(chǎn)品的創(chuàng)新性。隨著社會的發(fā)展，企業(yè)要想在市場中獲得競爭力，創(chuàng)新能力尤為重要，進而讓企業(yè)在激烈的市場中立于不敗之地。在進行創(chuàng)新改革時，要打破傳統(tǒng)觀念的束縛，創(chuàng)新思維要與時俱進，緊跟時代步伐，深入市場進行調研，設計出能夠滿足市場需求的機械產(chǎn)品。

2.4結構優(yōu)化技術的設計方式

（1）要確定目標函數(shù)

機械產(chǎn)品設計的結構優(yōu)化中，目標函數(shù)是最基本的參數(shù)，利用目標函數(shù)確保機械產(chǎn)品技術標準進行有效設定，能夠對加工中的具體要求進行整理，通過目標函數(shù)還能降低機械產(chǎn)品的變形程度。

（2）進行函數(shù)變量的設計

在確定目標函數(shù)后，就要確定函數(shù)中的設計參數(shù)。對于機械產(chǎn)品參數(shù)設定來說，一般包括物理參數(shù)與幾何參數(shù)兩種，例如零件設計中的厚度、長、寬等，任何參數(shù)出現(xiàn)偏差，都會對整個產(chǎn)品造成嚴重影響，不但會影響機械產(chǎn)品質量，還會對企業(yè)的經(jīng)濟效益與健康發(fā)展造成阻礙。

（3）選擇最佳優(yōu)化設計方式

在機械產(chǎn)品優(yōu)化設計中，確定最佳設計方案是最關鍵的環(huán)節(jié)。由于優(yōu)化設計方案多種多樣，而且各具特色，所以要在全部的優(yōu)化設計方案中選擇最佳的方案就要慎重選擇。因此，在選擇時要根據(jù)實際情況與機械產(chǎn)品工程相結合來進行分析，最后確定最為適合的設計方案。而且在進行產(chǎn)品加工時，要求專業(yè)人員對該方案進行評價，進而提升產(chǎn)品設計水平與產(chǎn)品質量。

2.5在結構優(yōu)化設計中要運用各個學科的綜合能力

機械產(chǎn)品的優(yōu)化設計具有復雜性，在設計工程中會包含各個學科的專業(yè)知識，比如說數(shù)學算法、數(shù)據(jù)分析方式和計算機技術等。要保證在進行設計過程中注意從各個角度進行分析和運用，以此來考慮方案的可行性。首先要從工程整體角度出發(fā)，把整個設計系統(tǒng)氛圍不同的設計板塊和內容，通過相對應的知識來進行目標函數(shù)的設定，優(yōu)化函數(shù)變量，設計好每一個板塊，要注重掌握每一個板塊的聯(lián)系，進行整體的組合，保證優(yōu)化設計方案的完整特點。

結束語

綜上所述，機械產(chǎn)品是我國各行各業(yè)發(fā)展的重要基礎保障，并且具有重要的影響。目前機械行業(yè)中的產(chǎn)品質量和設計是社會關注的重點內容，要減少質量不過關和使用能力差的現(xiàn)象，通過結構優(yōu)化技術提高機械產(chǎn)品的質量和效率，為機械行業(yè)的發(fā)展提供創(chuàng)新發(fā)展能力。

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（作者單位：哈爾濱城林科技股份有限公司）