機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用與趨勢

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摘要:在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，優(yōu)化設(shè)計是十分重要的內(nèi)容，計算機作為基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計工具，結(jié)合規(guī)劃理論內(nèi)容，對機械設(shè)計約束條件進行分析，從而找到最優(yōu)的設(shè)計方案，提升機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量。合理的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠解決多樣化問題，提升機械性能。本文對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用進行分析，并探究其發(fā)展趨勢，旨在探尋最佳機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，最大化發(fā)揮機械功能作用。

關(guān)鍵詞:機械結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計;應(yīng)用;趨勢

機械生產(chǎn)企業(yè)想要提升市場競爭力，需加強產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計和研發(fā)，加強產(chǎn)品性能，并及時更新?lián)Q代。隨著市場快速發(fā)展，單一化生產(chǎn)模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻踊a(chǎn)方式，通過優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以有效降低產(chǎn)品成本，并縮短生產(chǎn)周期，提升企業(yè)的市場占有率，在滿足市場需求同時提升企業(yè)自身競爭力。

一、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用現(xiàn)狀研究

隨著社會發(fā)展需求變化以及科學技術(shù)發(fā)展，市場對產(chǎn)品的需求種類和質(zhì)量要求有很大提升，各個企業(yè)都在加強自主創(chuàng)新，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度較快，多品種化的生產(chǎn)模式成為了市場主流。企業(yè)為了能提升市場占有率，不僅需考慮產(chǎn)品制作成本，還需考慮生產(chǎn)周期，因此，需從機械結(jié)構(gòu)設(shè)計方面著手，提升生產(chǎn)效率?？茖W優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過改變結(jié)構(gòu)形式增強機械功能，可以幫助企業(yè)快速的攻占市場，縮短生產(chǎn)周期，提升產(chǎn)品質(zhì)量，滿足市場的需求。機械功能優(yōu)化設(shè)計從上世紀就已經(jīng)被提出，其屬于一種新型的學科，是將優(yōu)化理論與結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合，結(jié)合生產(chǎn)實際在多個方案中選擇最為科學合理的設(shè)計方案，保障機械結(jié)構(gòu)質(zhì)量有所提升。在我國建筑行業(yè)、交通、冶金以及航空等領(lǐng)域中優(yōu)化設(shè)計被廣泛應(yīng)用，其社會經(jīng)濟效益顯而易見。因此，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用具有廣闊的前景，需要專業(yè)人員加強技術(shù)研究和掌握［1］。

二、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計類型分析

(一)結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化。在一般情況下，普通機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計主要是對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，對零件拓撲結(jié)構(gòu)的關(guān)注度不高。隨著市場需求變化，人們對機械產(chǎn)品優(yōu)化意識有所提升，對產(chǎn)品的設(shè)計理念關(guān)注度較高，對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化需求也更加嚴格和規(guī)范，拓撲優(yōu)化是十分重要的環(huán)節(jié)，其屬于幾何學的分支之一。(二)結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化。優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是提升機械性能，提升產(chǎn)品生產(chǎn)效率。在優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用過程中，需對零件結(jié)構(gòu)進行科學優(yōu)化，但與此同時，會衍生而來很多相關(guān)的設(shè)計問題，例如:結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜、結(jié)構(gòu)種類較多、對結(jié)構(gòu)分析較為困難等。由此可見，優(yōu)化結(jié)構(gòu)十分必要。在上世紀末，我國機械領(lǐng)域緊隨國際步伐，對結(jié)構(gòu)形狀的優(yōu)化設(shè)計進行研究。主要是對軸對稱零件形狀優(yōu)化設(shè)計、機械人結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計等，通過對零件性能的分析研究，可以合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)形狀，如下圖所示。(三)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計。機械產(chǎn)品的性能動態(tài)會對結(jié)構(gòu)設(shè)計強度以及機械壽命產(chǎn)生一定影響，因此，需優(yōu)化結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能，從而實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化設(shè)計。結(jié)合對機械結(jié)構(gòu)動態(tài)性能過程的分析和研究，對于大型機械結(jié)構(gòu)來講，動態(tài)結(jié)構(gòu)分析作用較大，需全面搜集機械相關(guān)信息，了解生產(chǎn)需求，從而使設(shè)計更加科學合理［2］。(四)多結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不僅需要對優(yōu)化預(yù)期結(jié)果進行評判，還需要明確優(yōu)化設(shè)計的目標，從整體上構(gòu)思機械結(jié)構(gòu)，促進結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的系統(tǒng)化發(fā)展。MDO理論為一種新型結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論，其被廣泛應(yīng)用于機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化、衛(wèi)星總體設(shè)計、機器人優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域中，為優(yōu)化設(shè)計提供了理論保障和基礎(chǔ)，使產(chǎn)品質(zhì)量大大提升，生產(chǎn)效率也有所提升，在機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化中發(fā)揮重要作用。

三、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計趨勢探究

合理優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠有效提升企業(yè)生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)工期，從而提升企業(yè)市場占有率和競爭力。隨著科學技術(shù)更新發(fā)展，各類分析法被應(yīng)用于優(yōu)化設(shè)計中，計算機結(jié)構(gòu)和應(yīng)用條件也發(fā)生很大的改變，相關(guān)學者對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)注度有所提升。有限元分析是較為常見的分析法，其通過對物體及系統(tǒng)進行動靜態(tài)分析，將其分解為相互關(guān)聯(lián)的幾何模型，通過預(yù)處理和分析優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)。在國際范圍內(nèi)，相關(guān)學者對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的探究從未停止。隨著市場競爭的日益激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代較快，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計優(yōu)勢十分凸顯，可以從以下幾個方面進行探究思考:首先，在對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計過程中需對多個問題進行深入思考和分析，如:可以或者不可以用數(shù)學方式表示的問題、處于經(jīng)驗和知識描述之間的問題等，針對模型設(shè)計對問題進行求解，對機械隨機變量進行優(yōu)化設(shè)計，分析機械實際的情況，研究其隨機因素，優(yōu)化設(shè)計這些變量，從而提升機械性能。隨機變量設(shè)計優(yōu)化主要是通過確定變量，建立隨機的目標函數(shù)，結(jié)合模型設(shè)計，求出最合理的解。對模糊變量進行合理分析和優(yōu)化設(shè)計，加強系統(tǒng)優(yōu)化全面性。在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中常出現(xiàn)非光滑現(xiàn)象，此種現(xiàn)象需進行優(yōu)化設(shè)計，對于一些目標函數(shù)以及約束函數(shù)來講，在優(yōu)化求解過程中會產(chǎn)生很多問題，解答過程也相對較難，通過非光滑問題的優(yōu)化設(shè)計可以有效解決此類問題，其包含了非光滑以及特殊優(yōu)化兩個技術(shù)層面。通過優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計決策能力以及處理能力都會有所提升，從而快速完成圖形輸出以及方案設(shè)計等任務(wù);其次，通過多學科結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，探索集成尋優(yōu)以及數(shù)據(jù)管理分析等，形成禍合子系統(tǒng)，從而使機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)能夠互相左右［3］。

四、結(jié)語

綜上所述，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化是現(xiàn)代設(shè)計主要的組成部分之一，合理的設(shè)計優(yōu)化方案可以提升企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。作為一種新型設(shè)計方式，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計為企業(yè)拓展了發(fā)展空間，使企業(yè)市場競爭力大大提升，為產(chǎn)品質(zhì)量提供更加全面的保障，值得在各領(lǐng)域中進一步推廣和應(yīng)用。

參考文獻:

［1］房燦．機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用與趨勢研究［J］．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016．

［2］楊天平，唐宏．機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用與趨勢分析［J］．電子制作，2013．

［3］張鐘文．試析機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用及趨勢［J］．裝備制造技術(shù)，2016．261

作者:何海申 單位:斗山工程機械(中國)有限公司