鄧鵬遠(yuǎn) 袁智威 程龍

摘要：在現(xiàn)今機(jī)械產(chǎn)業(yè)及現(xiàn)代科技快速發(fā)展的推動(dòng)下，使得機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)所采用的技術(shù)也在不斷的優(yōu)化及完善，尤其是在現(xiàn)今信息化、自動(dòng)化等技術(shù)高速發(fā)展的背景下，使工業(yè)行業(yè)對(duì)對(duì)其產(chǎn)品的功能及質(zhì)量提出了更多的要求。為此在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中則需要采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)達(dá)到提升機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)整體水平的目的。同時(shí)在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需按照其規(guī)定的流程要求來(lái)進(jìn)行操作，以此來(lái)確保結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用的科學(xué)性及合理性。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品；設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；技術(shù)

在我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中其機(jī)械產(chǎn)品傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)今社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出的高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的要求，而要想有效的使機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量可以達(dá)到理想的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)要求，則需要通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式來(lái)提升機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際設(shè)計(jì)水平。本文詳細(xì)的分析了現(xiàn)今在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中其結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要流程及要點(diǎn)，并指出了在其設(shè)計(jì)中不同類型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，以此來(lái)為提升機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量提供可行性建議。

一、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的流程

第一，首先設(shè)定好目標(biāo)函數(shù)。作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)，目標(biāo)函數(shù)能夠精準(zhǔn)確定機(jī)械產(chǎn)品的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并采用此函數(shù)做具體設(shè)計(jì)的要求設(shè)置，同時(shí)在確定目標(biāo)函數(shù)時(shí)，還應(yīng)當(dāng)相應(yīng)縮小應(yīng)力以及變形程度的設(shè)計(jì)。第二，設(shè)計(jì)函數(shù)變量。在設(shè)定完目標(biāo)函數(shù)后，需要進(jìn)行函數(shù)變量的設(shè)計(jì)，主要包括過(guò)程中的參數(shù)，零部件的長(zhǎng)度、寬度、角度，這些是影響機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量和水平的重要原因，如果不能科學(xué)合理地確定這些參數(shù)的設(shè)置，就會(huì)在生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)不合格品，造成原料的大量浪費(fèi)，直接增加了經(jīng)濟(jì)成本，降低經(jīng)濟(jì)收益率。第三，確定約束條件。設(shè)計(jì)完函數(shù)變量后，還有一個(gè)重要的工作步驟，就是確定約束條件，這些約束條件就是對(duì)函數(shù)變量施加束縛和一定的約束，包括極值、臨界范圍等。第四，確定和評(píng)估設(shè)計(jì)方法。確定設(shè)計(jì)方法是對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化的最后一步，也是最為重要的一步，由于目前的設(shè)計(jì)方法種類繁多且各具優(yōu)勢(shì)，就需要在眾多的方法中選出最適合的一種方法，并根據(jù)實(shí)際操作情況安排確定性價(jià)比最高的方法。在確定好方法后，實(shí)質(zhì)上也就確定了機(jī)械產(chǎn)品的一套設(shè)計(jì)方案，但并不能根據(jù)這個(gè)方法就進(jìn)行生產(chǎn)，實(shí)際投入使用前，還須經(jīng)過(guò)專業(yè)技術(shù)人員的評(píng)估，從技術(shù)角度確定方案的可行性，只有這樣才能夠做到萬(wàn)無(wú)一失，降低錯(cuò)誤發(fā)生的幾率。

二、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的類型

1、尺寸優(yōu)化

尺寸優(yōu)化是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)之一，在尺寸優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用中需要保證機(jī)械產(chǎn)品其拓樸關(guān)系不發(fā)生改變，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行改變及重組的方式來(lái)提升機(jī)械產(chǎn)品整體的組合性能，以此來(lái)達(dá)到對(duì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效優(yōu)化的目的，使設(shè)計(jì)效果得到進(jìn)一步提升。

2、形狀優(yōu)化

在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化中其形狀優(yōu)化與尺寸優(yōu)化的理念相似，在實(shí)際中都需要保證產(chǎn)品的拓?fù)潢P(guān)系不發(fā)生改變，在進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中通過(guò)求解的方式來(lái)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品其結(jié)構(gòu)的邊界進(jìn)行重新計(jì)算，并對(duì)產(chǎn)品的邊界組合進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，通過(guò)組合成新的形狀來(lái)使機(jī)械產(chǎn)品的性能狀態(tài)得到提升，使其處于良好的狀態(tài)效果。

3、拓?fù)鋬?yōu)化

根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用情況來(lái)看，拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的應(yīng)用可以有效的對(duì)機(jī)械產(chǎn)品性能、質(zhì)量等進(jìn)行提升，在拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的應(yīng)用中其可以通過(guò)計(jì)算來(lái)分析出機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)力，集中區(qū)域的特點(diǎn)，保證在實(shí)際中可以更加準(zhǔn)確的獲取機(jī)械產(chǎn)品具體參數(shù)，并在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以將機(jī)械產(chǎn)品其多余區(qū)域的材料進(jìn)行剔除，這樣可以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中更好的對(duì)機(jī)械產(chǎn)品其空間內(nèi)的材料分布形式進(jìn)行設(shè)定，并選擇最佳的材料種類，從而幫助設(shè)計(jì)工作過(guò)程做出結(jié)構(gòu)和性能最佳的零部件、框架結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部加強(qiáng)筋的分布形式，拓?fù)鋬?yōu)化不僅保證了產(chǎn)品的外觀形貌，并且也獲得了最合理的理論概念模型，可以有效優(yōu)化績(jī)效產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

三、機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化的方法策略

1、提高設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)水平

第一，數(shù)學(xué)建模能力。這是最基本的工作內(nèi)容。設(shè)計(jì)工作人員在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，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(xué)建模能力的人員才能夠使用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)語(yǔ)言將問(wèn)題和設(shè)計(jì)方案表達(dá)出來(lái)，并在此基礎(chǔ)上確定模型，保證模型的實(shí)用性。第二，解答問(wèn)題的能力。僅僅會(huì)建模還不夠，還應(yīng)當(dāng)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(jié)果。比如對(duì)于隨機(jī)變量模型，一定要能夠快速求解隨機(jī)變量模型，才能夠計(jì)算出隨機(jī)變量的目標(biāo)函數(shù)以及變量的數(shù)值。第三，對(duì)問(wèn)題的處理能力。這是因?yàn)樵诖_定完設(shè)計(jì)方案后，一個(gè)極其重要的步驟就是評(píng)價(jià)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(duì)問(wèn)題本身都一知半解，出現(xiàn)問(wèn)題后也難以找到明確的責(zé)任人。這個(gè)時(shí)候，如果有一個(gè)能夠全程負(fù)責(zé)的人去追蹤過(guò)程，會(huì)在很大程度上降低問(wèn)題的發(fā)生概率。

2、綜合運(yùn)用所有學(xué)科的知識(shí)

設(shè)計(jì)的過(guò)程需要綜合運(yùn)用所有學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)，因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅需要機(jī)械的專業(yè)知識(shí)，還附帶數(shù)學(xué)算法、數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)等多個(gè)其他學(xué)科的知識(shí)，只有將這些所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用，才能設(shè)計(jì)出合理、方便的機(jī)械產(chǎn)品。在進(jìn)行學(xué)科知識(shí)總結(jié)運(yùn)用過(guò)程中，首先要放眼全局，從整體角度出發(fā)，綜合考慮。然后再將設(shè)計(jì)的產(chǎn)品系統(tǒng)逐步分解，按照知識(shí)板塊分解成若干個(gè)單元，按照相對(duì)應(yīng)的知識(shí)體系進(jìn)行相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)的確定，再按照理論知識(shí)的原理進(jìn)行函數(shù)變量和優(yōu)化方法的設(shè)定。分別設(shè)計(jì)好后，按照它們之間的聯(lián)系，一個(gè)一個(gè)地將它們連接起來(lái)，這樣就組成了一個(gè)完整的設(shè)計(jì)方案，最后可以根據(jù)整體設(shè)計(jì)的需求進(jìn)行輕微地調(diào)試變動(dòng)。

3、創(chuàng)新思維，杜絕重復(fù)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要做到自主創(chuàng)新，堅(jiān)決避免重復(fù)，從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)，一定要有創(chuàng)新才能有廣闊的市場(chǎng)空間，重復(fù)的、沒(méi)有創(chuàng)意的東西很難贏得市場(chǎng)的青睞，也就是說(shuō)，一個(gè)公司要想成長(zhǎng)和進(jìn)步，就必須推舊出新，避免墨守成規(guī)，最終導(dǎo)致被市場(chǎng)大環(huán)境所淘汰。因此，作為一個(gè)出色的企業(yè)，就要不斷創(chuàng)新，不斷保持市場(chǎng)活力，但在創(chuàng)新過(guò)程中要防止抄襲、重復(fù)等，作為設(shè)計(jì)研發(fā)人員，要不斷轉(zhuǎn)變思路，積極對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改造，在推出新產(chǎn)品的同時(shí)，也要對(duì)原有產(chǎn)品進(jìn)行改造，最終目的都是為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，使企業(yè)具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。

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