郭永鳳

摘 要：作為一種有效的現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是若干設(shè)計(jì)方案中最有效的設(shè)計(jì)方案，提高了設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量?，F(xiàn)在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)變得越來越困難的原因是工程裝備變得越來越復(fù)雜，所以找到新的優(yōu)化理論設(shè)計(jì)方法成為了該領(lǐng)域的重要解決部分。在前人研究的基礎(chǔ)上，解釋優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念整理機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及設(shè)計(jì)方法，描繪機(jī)械設(shè)計(jì)的前景。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)主要研究?jī)煞矫娴膬?nèi)容：建模和求解的過程。最優(yōu)質(zhì)參數(shù)的確立需要在設(shè)計(jì)過程中不斷的篩選調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的維數(shù)會(huì)影響設(shè)計(jì)工作的復(fù)雜程度，維數(shù)多就意味著難度系數(shù)大，但是經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益會(huì)隨之增加若干倍。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；優(yōu)化設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；創(chuàng)新理論

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）02-0083-02

1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論概述

所謂優(yōu)化設(shè)計(jì)，即利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，應(yīng)用高精確度的力學(xué)數(shù)值分析法來分析與計(jì)算，從若干符合給定的設(shè)計(jì)要求的可行方案中，按預(yù)定的指標(biāo)自動(dòng)進(jìn)行選擇，最終選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計(jì)于二十世紀(jì)六十年代發(fā)展，構(gòu)成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)與興起發(fā)展[1]。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的綜合性和實(shí)用性都很強(qiáng)，能夠使機(jī)械設(shè)計(jì)更加可靠、高效，大大節(jié)約原材料降低成本。我國(guó)優(yōu)化設(shè)計(jì)起步晚于國(guó)外，但通過大量科研人員與相關(guān)工作者的辛勤付出，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)迅猛發(fā)展，取得了可喜的成果，但是與國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)相比，差距在所難免，有效益的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案在總體設(shè)計(jì)方案中所占比例不高。計(jì)算機(jī)等先進(jìn)儀器以及高超的技術(shù)使得機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的應(yīng)用得到了廣泛的應(yīng)用空間。

2 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的理論特點(diǎn)

2.1 針對(duì)性

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)在一定程度上具有針對(duì)性，相應(yīng)的優(yōu)化方式能夠解決相應(yīng)的問題，在特定領(lǐng)域滿足特定的需求，解決需要解決的問題。對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，要具體問題具體分析，參考數(shù)據(jù)，對(duì)其中制約的變量進(jìn)行有效分析，使其結(jié)果達(dá)到最優(yōu)的狀態(tài)。

2.2 客觀性

建立數(shù)學(xué)模型要遵循一定的客觀性規(guī)律，這也是機(jī)械有化過程中要遵循的。建立數(shù)據(jù)模型的過程就是將一些優(yōu)化設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化成為數(shù)學(xué)問題，按照可行性分析，將問題的關(guān)鍵因素轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)變量，結(jié)合具體要求建立數(shù)學(xué)模型，分析變量數(shù)據(jù)，完善優(yōu)化的形式[2]。

2.3 創(chuàng)新性

創(chuàng)新的力量不得不說，他關(guān)系個(gè)人的成長(zhǎng)，企業(yè)的發(fā)展，社會(huì)的前進(jìn)，只有創(chuàng)新，民族才會(huì)不斷壯大成長(zhǎng)。所以，機(jī)械在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候也不能夠離開創(chuàng)新力量，脫離保守迂腐的思想，更新完善傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)沒有創(chuàng)新的地方，使結(jié)果更加優(yōu)化。傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)只能處理簡(jiǎn)單的工程問題，工作量大，復(fù)雜的問題解決不了。現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法不同與傳統(tǒng)優(yōu)化方法，不需要選取設(shè)計(jì)變、約束條件、目標(biāo)函數(shù)等，就能夠獲得全局性的解決辦法，節(jié)約了人力、時(shí)間成本。

3 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)方法

3.1 優(yōu)化準(zhǔn)則

準(zhǔn)則在一定程度上保留了傳統(tǒng)的表現(xiàn)形式。結(jié)合物理學(xué)角度以及力學(xué)角度等進(jìn)行有效分析，具有一定的主觀性。更加直接的更新優(yōu)化概念，在相應(yīng)的物理學(xué)原理達(dá)到更簡(jiǎn)單的計(jì)算，在單一目標(biāo)函數(shù)的情況下具有更好的優(yōu)化效果，更加適合傳統(tǒng)工程的應(yīng)用。事物都有兩面性，有利就有弊，弊端就是，在多目標(biāo)函數(shù)好的情況下比較容易出現(xiàn)問題，大大降低優(yōu)化效率。

3.2 對(duì)于線性規(guī)劃

所謂線性規(guī)劃，是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種重要方法，有效運(yùn)用及優(yōu)化數(shù)學(xué)極值原理。線性規(guī)劃方法可以分為單純形式和有序列形式。單純形式一開始由美國(guó)的專家提出，針對(duì)單一目標(biāo)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供了簡(jiǎn)單和直接的方法，并且具有優(yōu)化的作用[3]。對(duì)于多函數(shù)的運(yùn)算過程就顯得不那么有效。序列線性形式在一定程度上將機(jī)械問題進(jìn)行拆解，在將每一部分進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)其整體分步驟的進(jìn)行求解優(yōu)化，最終對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)有效求解。這樣做的目的會(huì)讓機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確、可靠。

3.3 對(duì)于非線性規(guī)則

非線性規(guī)則在實(shí)際生活中的應(yīng)用非常廣泛，推動(dòng)了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程進(jìn)程。線性規(guī)劃的求解是比較片面的，在此非線性規(guī)劃的運(yùn)用將查漏補(bǔ)缺。它在運(yùn)算過程中不用約束直接法，也可以無約束間接法。無約束直接法在一定程度上是將機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)將再生信息試探分析，求出最優(yōu)值。并且，無約束間接法是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中重要的組成內(nèi)容，是在利用數(shù)學(xué)原理的基礎(chǔ)上對(duì)函數(shù)進(jìn)行的求優(yōu)方法。

4 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的展望

優(yōu)化設(shè)計(jì)的出現(xiàn)是設(shè)計(jì)質(zhì)量有了保障，大大縮短了設(shè)計(jì)周期，前景應(yīng)用廣闊，必將在市場(chǎng)占有一席之地，成為機(jī)械設(shè)計(jì)必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)在，優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了不少的成就，不管是經(jīng)濟(jì)方面還是社會(huì)方面。但，工程應(yīng)用上的成績(jī)遠(yuǎn)比預(yù)期值要低很多?？梢詺w納為以下四點(diǎn)原因：①僅僅優(yōu)化了參數(shù)和結(jié)構(gòu)方面取得了有效的反饋，在方案的諸多方面比如設(shè)計(jì)、選取、決定有一定不足[4]。②數(shù)學(xué)建模方面需要很高的專業(yè)技能與知識(shí)積累，建模難度系數(shù)高，技術(shù)專業(yè)性強(qiáng)，更不用說在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用了，及時(shí)數(shù)學(xué)模型建立起來，但其描述出來的東西很有限，錯(cuò)誤率極高。③對(duì)于一些程序問題，如何做到有效的求解要求很高，更不用說復(fù)雜的和形態(tài)不穩(wěn)定的設(shè)計(jì)了，很難求出全局最優(yōu)解。④目前機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代日新月異，對(duì)于復(fù)雜程度和性能的要求越來越高，這就需要?jiǎng)?chuàng)新力來幫助實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化和多功能的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，當(dāng)然傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)早已跟不上時(shí)代潮流顯得勢(shì)單力薄，不能滿足創(chuàng)新時(shí)代的需求。

以下幾個(gè)方面能夠有效提高優(yōu)化設(shè)計(jì)的求解能力和使用效率：①實(shí)先從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從不分到整體的整合，整合優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)全過程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。②在研究方法方面，實(shí)現(xiàn)多角度、多方位的的優(yōu)化研究，利用各個(gè)學(xué)科：力學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)學(xué)、等，將各學(xué)科融合為一體服務(wù)于機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成新的求解理論體系；③建立有效的數(shù)學(xué)模型，尋求有效的目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)，向自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展優(yōu)化建模；④優(yōu)化目前現(xiàn)有的計(jì)算方法，尋找新的創(chuàng)新性計(jì)算方法，產(chǎn)漏補(bǔ)缺，各取所長(zhǎng)，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，相互結(jié)合解決復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)問題；⑤優(yōu)化程序，將每個(gè)程序的的編碼優(yōu)化簡(jiǎn)單，將集成環(huán)境優(yōu)化改善。

5 結(jié) 語

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)將所有滿足要求的設(shè)計(jì)方案中找出最優(yōu)的方案，包括幾個(gè)主要環(huán)節(jié)：數(shù)學(xué)建模、選擇優(yōu)化方法、分析結(jié)果。縱觀機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的歷史，相信每個(gè)人都會(huì)體會(huì)到新方法帶來的效益，其發(fā)展迅速，并且取得了可喜的成績(jī)。雖然存在建模難、選取優(yōu)化方法難的難題，但是不能否認(rèn)其前景的寬闊。研究機(jī)械化優(yōu)化設(shè)計(jì)理論具有重要的理論意義和實(shí)際意義。經(jīng)濟(jì)時(shí)代的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)成為人們生活、學(xué)習(xí)、工作中不可或缺的一部分，計(jì)算機(jī)技術(shù)是的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用得到了廣泛的推廣。同樣也使得優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上。有一點(diǎn)建議在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，應(yīng)注重理論和實(shí)際的相互結(jié)合，理論指導(dǎo)實(shí)踐。實(shí)際生活中，優(yōu)化問題已經(jīng)波及到生活的方方面面，得到各個(gè)領(lǐng)域：科研、政府機(jī)關(guān)、產(chǎn)業(yè)部門等相關(guān)部門的重視。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期短之又短，競(jìng)爭(zhēng)激烈，企業(yè)追求高利潤(rùn)低成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，使得機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，得到的效益肯定也會(huì)越來越多。

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