机械优化设计篇1
关键词：机械优化设计；应用
科学技术的发展使得大量的机械制造要求要很高的技术水平，机械产品的设计工作变得越来越复杂，要求考虑的内容也越来越多，精确性和科学性都与传统机械设计有巨大差别。面对这种情况，机械优化设计理论应运而生，逐渐发展成为一种现代化的机械设计方法。传统的设计方法只是一种定性分析的结果，没有经过精确的理论计算，期间造成了很多人力，财力的浪费，具有很大的改进潜力。为此，一种现代的设计理念――优化设计产生了。
1传统工业的优化设计应用
传统机械优化设计方法大多应用于机械结构和零件功能的优化设计，针对机械结构的性能和形态进行优化。在机械结构上，内点罚函数优化法，能够对刚度和压弯组合强度结构进行良好的优化，既能够满足尺寸要求又能良好的控制结构自重。在形态方面，典型的是轴对称锻造部件的毛坯形状的优化。在性能方面，采用坐标转换法和黄金分割法对部分两岸结构进行优化设计，使得机械结构更加准确保持运动平衡性，提高了传力性能。这样看来，传统机械优化设计方法依然能够取得良好的效果，所以在机械设计发展中不能忽略传统优化方法的
作用。
2现代工业的优化设计应用
现代高新设计方法在机械优化设计中的应用已越来越广泛。但应该看到，现代的设计不仅仅是单一的完成给定产品的设计，而应该要将产品使用及设备维修等因素统一进行考虑。所以，机械优化设计在强调环保设计和可靠性设计等考虑综合性因素的机械优化设计应用工作更为活跃，机械优化设计的应用领域更加广泛，涉及到航空航天工程机械及通用机械与机床的机械优化设计；涉及到水利、桥梁和船舶机械优化设计；涉及到汽车和铁路运输行业及通讯行业机械优化设计；涉及到轻工纺织行业、能源工业和军事工业机械优化设计；涉及到建筑领域机械优化设计；涉及到石油及石化行业机械优化设计；涉及到食品机械等机械优化设计。机械优化设计的应用还能够解决具有复杂结构的系统问题。
2.1优化设计网络软件的应用
优化算法的研究已经有所成绩，利用网络平台逐渐开发一些工业化在线优化软件，便于工业设计使用。对于在线机械优化设计软件来说，亟待解决的问题就是模型问题，对于非常复杂的系统来说，结构、流程、物料和系统参数等，都非常复杂，如果计算对象比较模糊，运算效率会受到严重的影响，这就给在线优化软件带来了巨大的困难。为了解决这种情况，通过合适的算法解决辨别模型，结合神经网络和学习特点进行数据的识别，让在线优化软件也能够良好的应用于各种模型，比如国内比较成熟的neUmaX软件包，基于神经遗传算法的在线优化软件包，都能够良好的实现各种模型的遗传算法，这些软件已经成功应用于甲醇合成机械设计的优化工作中。
2.2优化设计在matLaB中的应用
在机械设计中引入优化设计方法不仅能使设计的机械零件满足性能要求，还能使其在某些特定方面达到最优。利用matLaB优化工具箱求解机械优化设计问题不仅避免了传统的设计方法中人工试凑、分析比较过程中的繁杂与重复，而且编程简单、结果可靠。在上述实例中，利用matLaB软件中FeminCon函数求解夹具设计问题，最终设计的夹具要比采用传统设计方法设计的质量轻、成本低，并且设计效率高。
2.3人工神经网络法在机械优化设计中的应用
人工神经网络是人类模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统，是理论化的人脑神经网络的数学模型。人工神经网络从事例中学习，可以处理非线性问题，特别擅长处理那些需要人直观判断的信息匮乏的问题，如不完全数据集合，模糊信息以及高度复杂问题等。人工神经网络应用于优化设计，主要体现在以下两个方面：
Hopfield网络2.Bp网络
2.4模糊优化方法在机械优化设计中的应用应用模糊优化理论能够将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化，通过合理给定约束函数、目标函数的容许值、期望值及其模糊分布（隶属函数）来“软化”边界条件，扩大寻优范围和体现专家的经验、观点和某些公认的设计准则。把模糊技术应用于优化设计建模，其特长不仅在于它善于表达模糊概念，处理模糊因素，而且还可将复杂问题简化，使优化模型更加合理。采用模糊理论建立优化设计模型对求解复杂系统优化设计问题具有重要意义。
3总结
从上述可知机械优化设计是一门应用前景十分广泛的学科，无论是传统还是现代方法都显得尤为重要，特别是在应用了计算机后使计算优化更加智能方便，所以这是一门值得深入研究开发其应用的学科。
参考文献
[1]唐小兵，沈成武，陈定方.遗传算法和人工神经网络结合在结构优化中的应用[J].武汉交通科技大学学报，1999，5.
机械优化设计篇2
关键词：机械自动化优化设计分析探讨
1.前言
在机械自动化设计中对于优化设计的应用越来越广泛，在机械设计中利用优化设计，不但可以使机械设备零件得到改善，而且也可以省到10%-35%左右的材料。所以说优化设计受到了人们的高度关注。
2.实现机械自动化优化设计的途径
机械自动化在形式可以代替人或者是人的大脑进和一些劳动及生产；机械自动化在功能上可以取代人力或者脑力劳动者。机械自动化技术之所以可以做到这些，主要是因为利用了自动化技术，使生产周期缩短，生产效率提高，生产成本减少等。让企业可以在保质保量的情况下，利用机械自动化技术。机械自动化技术不仅涉及到机械设备自动化技术应用上，还包括了机械设备自动化的设计中。
根据目前我国的现状，可以有效地实现机械自动化优化设计的重要途径是：利用现在先进的科学技术，提高对机械自动设计，在此基础上对机械自动化优化设计研究新的设计方法，将机械自动化尽快与国际接轨。
3.我国机械自动化的现状分析
机械自动化设计中的CaD技术设计，对于设计的效率的提高以及设计方案的优化都有着一定的功效，还可以减轻设计人员的工作压力，工作周期以及设计标准等。
虽然CaD机械设计技术得到广泛的应用。而且也已经被一些大的企业所应用。但是CaD技术应有较高的局限性。对于一些三维及防真设计上还存在缺陷。Capp技术的出现对于设计人员的劳动强度，以及设计效率大大提高了，而且对机械自动化设计中的工艺设计也提高了不少，对于数据之间实现了人机一体化。将人作为系统中的核心者，使企业生产中可以将生产效率提高，减少成本消耗，保证了产品的质量问题。
CimS机械自动化设计技术是集合于CaD、Capp、QiS等一系列的系统在计算机为基础的条件下所构成的。[1]它是如今机械电子自动化设计中的核心。在如今社会条件下，对于机械自动化的优化设计不是所谓的所有的机械设备连合在一起，所有的生产车间联合在一起，而是将机械自动化为中心，以制造自动化系统为基础。制造自动化系统不只是CimS的数据汇合地，还是CimS的一个重要部分。对机械自动化来说，可以有效地利用这一基础。在这种生产条件下，使各个车间的机械设备进行自动化控制，以人为中心，各个部门的机械设备可以做到相互之间的各谐工作与优化运行。
4.对机械自动化设计的优化分析
通过对以上机械自动化设计现状的分析，应当通过以下几个方面对机械自动化设计进行优化设计分析：
4.1.机械自动化设计迈向数字化
作为机械制造技术中的核心环节，通过对数据进行数字化的方式实现快速传递，相互交流，并以机械设备的市场为基础，对机械自动化优化设计进行科学地、正确地、分析处理。[2]以及对机械设备的防真模拟，正确数据的提供，对生机械自动化设计中的信息提供了全面的支持。对于机械设备占领市场也提供了便利的条件，并且对机械设备自动化的市场变化进行有效地调整。
4.2.机械自动化设计走向智能化
自打有了人工智能化这一说法以后，人们就可以逐渐地感觉到智能化将比其它所有的技术能都要强悍，都要有优势。在机械自动化的发展过程上，已经难以离开智能制造系统了，这种系统其实就是将智能化的机器和人们的智慧结合在一起共同地行的人机一体化。[3]在对机械设备进行自动化设计时，人工智能系统不可以解决一些传统方法中不能解决的问题。智能化机械电动化设计不仅可以达到人与机器的和谐合作，还可以使人们更好地利用机械自动化。大大减少了人们脑力劳动。对于人们在机械自动化设计中的脑力劳动可以得到很好地发展及延伸。人类已经可以很好地进行思维的复杂化，而人工智能系统可以将人类的这种复杂化思维能力得以辅地延续，并将有效地利用在机械自动化的优化设计中去。将机械自动化优化设计迈向智能化，达到一个新的飞跃。这就需要我们作出努力加强探索。加大机械自动化迈向智能化设计的分析研究。可以使机械自动化转向智能化在企业自身发展中有一个平稳有效地发展。
4.3.机械自动化优化设计的基础--虚拟自动化
对于每个机械自动化设计中都离不开图纸进行设计，对机械设备成品的试验中也是离不开图纸的展示，最后达到机械自动化设计的完成。这样的操作程序不仅浪费时间，而且对人员的浪费，时间上的浪费，以及企业财力方面的浪费都是一批不小的开支。当下计算机技术的发展迅速，以及各种联系方式的发展，电子，网络的迅速普遍。这就给机械自动化优化设计走向模拟化提供了十分便利的条件。人们可以有效地利用电子计算机技术及设备，对于传统中大量的图纸模型以及一些数据上的统计利用计算机将它们模拟出来。利用网络的模拟，可以节省大量的人力，财力以及时间等。利用计算机网络的模拟不仅可以第一时间对机械自动化设计数据进行沟通，交流。
机械自动化设计中不仅要全面地掌握计算机技术，还应该使虚拟环境下的各种技术之间的相互交换，以及各种设备之间的相互交换做到合理性。在一个充分虚拟的环境中将机械自动化进行优化设计工作。
4.4.机械自动化的环保优化设计
随着人们生活水平的提高，对生活环境的要求也越来越高。由于地球的生态环境正在急剧地下降以及恶化中。现在的人们已经开始慢慢地认识到对于环境的珍贵与保护当中。
机械制造业作为一个环境污染的重点企业。对于环境的污染已经够成了相当大的危险。[4]如果环境已经出现了非常重要的污染。所以在进行机械自动化设计时，环保是首先要考虑在内的。在对机械自动化进行优化设计时，顺应环保要求下进行优化设计，要降低机械对于能源的消耗，以于机械在排放可以做节能减排。机械自动化设计的必然趋势是迈向环保型优化设计。
5.总结
机械自动化技术应用在每个国家都有着非常重要的地位，在我国更是如此，机械自动化的优化设计不仅要与世界先进的设计水平共求发展，还要在此基础上研究出技术更高的机械自动化设计技术。使我国的机械制造业可以达到一个整体地发展。机械自动化技术的优化设计要基于以上几个方面基础上而创新发展。才可以有效地推进我国机械制造业的迅速发展。
参考文献：
[1]李振华.机械自动化技术发展趋势探讨[J].科技致富向导，2013，21：339.
[2]刘洋.我国机械自动化发展前景[J].黑龙江科技信息，2011，05：7.
机械优化设计篇3
【关键词】机械优化设计理论方法
1机械优化设计理论概述
1.1机械优化设计的概念
机械优化设计是指最优化技术在机械设计领域的移植和应用，是以最低成本获得最高效益。其根据机械设计理论、方法与标准规范等建立能够正确反映实际工程设计的数学模型，利用数学手段和计算机计算技术，在众多的方法中快速找出最优方案。机械优化设计通过把机械问题转化为数学问题，加以计算机辅助设计，优选设计参数，在满足众多设计目的和约束条件的情况下，获得最令人满意、经济效益最高的方案。目前，机械优化设计已成为解决机械设计问题的有效方法。
1.2机械优化设计研究的内容
机械优化设计主要研究的是其建模和求解两部分内容。如何选择设计变量、列出约束条件、确定目标函数。其中，设计变量是指在设计过程中经过逐步调整，最后达到最优值的独立参数。设计变量的数目确定优化设计的维数，维数越大，优化设计工作越复杂，但效益越高，所以选取适当的设计变量显得尤为重要。约束条件即是对约束变量的限制条件，起着降低设计变量自由度的作用。目标函数即是指各个设计变量的函数表达式，工程中的优化过程即是指找出目标函数的最小值（最大值）的过程。一般而言，目标函数的确定相对容易，但约束条件的选取显得比较困难。
2机械优化设计的一般思路与常见方法
2.1机械优化设计的一般思路
2.1.1分析问题，建立优化设计数学模型
在机械优化设计的过程中，首先需要通过对实际问题的分析，选取适当的设计变量，确定优化问题的目标函数和约束条件，从而建立优化设计的数学模型。
2.1.2选择优化设计方法，编写程序
在设计变量、约束条件和目标函数三大要素已经确定，构建好数学模型的情况下，编写计算机语言程序。
2.1.3分析结果，找到最优方案
准备必须的初始化数据，通过计算机数值计算，对比计算结果，在众多的设计方案中选择最完善或者最适宜的设计方案，使其期望的经济指标达到最高。
2.2机械优化设计中的常见方法
2.2.1传统优化设计理论方法
传统机械优化设计方法的种类有很多，按求解方法的特点可分为准则优化法、线性规划法和非线性规划法。准则优化法是指不应用数学极值原理而是采用力学、物理中的一些手段来谋求最优解的方法。常见的准则优化法有迭代法中的满应力准则法等，其主要特点是直接简单效率高，缺点是只能处理简单的工程问题。线性规划法是指应用数学极值原理，选取适当的设计变量和约束条件，求解目标函数的一种方法。常见的有单纯形法、序列线性规划法。其优点是通过把实际工程问题转化为数学极值问题的求解，使其直接、有效、精度系数高，缺点是工作量大。非线性规划法同样根据数学极值原理求最优问题，可分为无约束直接法、无约束间接法。有约束直接法和有约束间接法。其优点是应用范围广，可应用于大、中、小型工程问题，且都相对简单方便、可靠性高、稳定性强、精度高。
2.2.2现代优化设计理论方法
现代优化设计方法不同于传统优化方法，其无需通过选取设计变量、约束条件、目标函数等因素，便可获得全局最优解，大大地减少了传统优化设计方法花费的人力与财力，在日今复杂的工程问题中，提出了全新的思路与方法。常见的现代优化设计方法有遗传方法、神经网络法、模拟退火法、粒子群算法等。
3机械优化设计的现状与前景
机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术和机械工程相结合的一门学科，包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状优化设计等。二十世纪五十年代以前，用于解决最优问题的数学方法仅限于古典的微分法与变分法，在处理现实问题时，计算量非常大。直到四十年代前后，大型线性规划技术的提出，数学方法首次被运用到结构最优化，使得计算过程不再复杂，有效的解决了数值最优化计算。近年来，随着数学规划理论与计算机技术的飞速发展及广泛应用，许多新兴优化算法，如遗传算法、神经网络法等相继被提出，机械优化设计广泛地被应用到建筑结构、化工、航天航空等诸多领域并取得飞速发展。机械优化设计具有广阔的发展前景。
机械优化设计给机械工程界带来的巨大经济效益是显而易见的，但其工程效应比起预期远远小得多。归结其原因，主要有以下两点：（1）建模难度大。（2）最优方法的选取难度大。
虽然有以上不足之处，但是机械优化设计的发现前景仍是非常广大的，且各领域也在积极做出相关的研究探索，并已取得一定的成就。
4结语
机械优化设计即是指从众多设计方案中需找最优方案的过程，一般包括建立数学模型、选择优化方法、分析计算结果选择出最优方案三个过程。根据不同的分类方式，机械优化设计的方法有很多，从传统角度，最常用到的有线性规则法中的序列线性规则法等等，由于现在各技术领域的发展以及工程问题对优化设计的需求，衍生了很多与传统方法原理完全不同的新兴方法，最常见到的有遗传算法、神经网络法等。纵观几十年来机械优化设计的发展历程，其发展是非常迅速且令人可喜的，虽然仍存在建模困难、优化方法选取等等方面的一些挑战，但是其前景仍旧是非常广阔的。研究机械优化设计的理论与方法无论是学术领域还是实际经济效益方面都具有研究意义。
参考文献：
[1]刘惟信.机械最优化设计[m].北京：清华大学出版社，1993.
[2]陈立周.机械优化设计技术的发展现状及其新问题.2000年中国机械科学部份研究的征文，1984.
[3]秦东晨，陈江义，胡滨生等.机械结构优化设计的综述与展望[J].中国科技信息，2005（9）.
[4]高卫华，谢剑英.动态模糊神经网络及其在非线性系统中的应用[J].电气自动化，2000.
机械优化设计篇4
关键词：机械零件优化设计可靠性
提升机械零件的可靠性，需要从设计的环节解决机械产品固有的可靠性要求，同时还需要在制造过程中提供可靠保证。面对市场的激烈竞争，机械产品需要具备良好的可靠性指标，才能拥有最基础的立足根本，由此可见机械零件的可靠性优化设计至关重要。机械零件的设计应该跟随时代的发展适当的创新，同时体现出时代的特色，注重零件的使用质量和安全可靠，掌握科学合理的优化设计技巧。
一、机械零件可靠性优化设计的意义
可靠性对于机械零件来说具有至关重要的影响，主要是指通过形成产品的可靠性作目标的设计方案，同时也被称作概率设计，主要是涵盖了外荷载、承受能力及想相关尺寸等具体的指标，在服从随机因素的基础上，避免零部件出现破坏，从而形成合理的科学的设计方案，保证机械零件的可靠性和结构的安全可靠，控制好失效的发生概率。优化设计方案的提出，可以依照具体的计算展开设计的过程，确保产品的可靠程度，同时根相关的任务指标，确立可靠性标准，同时归纳零件的具体参数，帮助设计人员和生产者更好的掌握零件设计的可靠性原则。
二、机械零件可靠性优化设计的现状分析
现阶段，依靠可靠性优化设计的方案仍然较为传统，因此在设计零件的时候，还是会将零件的具体强度、应力和安全系数等作为单值分析，把安全系数和根据具体使用的某一数值进行比较分析，发现如果前者相较于后者更大，则证明零件符合安全标准。但是并没有分析各个参数存在的随机性，将各个设计参数看作是单一的确定值，无法准确的预测零部件可靠运行的实际概率，所以难以客观的选出最优方案，相关的设计人员也难以把握设计产品的可靠性。
通过概率论和数理统计的方式，可以准确的分析零件的可靠性设计技巧，这个过程就避开了主观人为因素的影响，同时，也能更加准确的把握外界条件的变化，确保设计的结果更加贴合客观情况。可靠性的设计被广泛的运用于机械零件可靠性优化设计的多种问题中，通过更加科学的方案，解决了诸多较为繁琐的传统设计方式带来的不便，更有助于满足现代社会对于精巧设计的需求。
三、机械零件可靠性优化设计的具体方案
机械零件可靠性优化设计的具体方案应该跟随时代的发展不断创新，同时也需要时刻关注零件的具体质量，确保在可靠性设计的时候，更好的掌握科学的方式方法。机械零件的可靠性优化设计相较于传统的机械设计方案来说，更有助于综合分析机械产品的功能和结构形态，体现出因势利导的优势。
（一）权衡与耐环境设计
权衡设计对于机械零件的可靠性影响深远，因此可以综合分析零件的质量、体积和成本等各个要素，确保制定出更为合理科学的设计方案。耐环境设计则可以综合分析，涉及到机械零件的诞生到运用，在机械零件生产之初，可以充分考虑到零件在整个寿命周期内所能遭遇到的各种环境，其中涉及到运输的碰撞问题、空气的干湿程度对机械零件产生的影响，经过对相关环境因素的综合分析，可以对零件生产过程中的用料、技艺等适当优化，由此确保零件自身和整个设备的安全可靠。
（二）预防故障设计法
机械设备在实际运作的过程中，往往需要调动整体运作，所以始终处于串联式的系统中。为了实现整体功能之和大于部分功能之和的目标，需要适当的优化机械零件的可靠性设计，通过对机械零件的严格挑选和控制，加之对外购零件的严格分析，可以及时明确零件本身存在的主要问题。在选用相关的零件时，还应该经过分析与验证的过程，确保在最大的程度上分析故障成果，利用较为成熟到位的经验适当分析验证零件的可靠性。
（三）简化及余度的设计
简化设计主要是指在满足了特定的功能基础上，设计的过程必须要适当的简化，比如零部件的数量应该适当的减少，避免出现冗余的情况。在机械设备运用的过程中，如果涉及到的零部件较多，则越容易出现一系列的问题和错误，可见可靠性的优化设计极为重要。简化和余度设计属于可靠性优化设计的基本原则，能够有效的避免故障并提升可靠性。简化的过程就是适当的减少不必要的部分，但是并不是减少超负荷的工作，零部件的简化应该从全方位的角度分析，仔细的分析零件的组合和具体的配合方式。余度设计需要适当的结合整体分析，也可以将其看作是备份过程。经过对完成功能设置重复的结构和备件等，确保因为局部的故障问题，影响机械设备整体系统的稳定性。
（四）概率设计法
这种方式主要是通过应力-强度干涉理论的指导作用，将应力和强度变作是分布随机变量的处理。处理设计的对象是机械零件的参数和变量部分，同时也应该符合特定的统计规律随机变量，确保构建起更为合理的可靠性设计标准概率数学模型。经过概率和数理统计理论的应用，在给定的条件下，得出零件发生破坏时的概率公式，由此计算出相应的尺寸和寿命等，确保设计出更符合要求的参数。这种方式可以及时弥补常规设计的缺陷，同时又能及时贴近生产的实际过程。
结语
综合分析，机械可靠性优化设计就是对传统设计方式的发展和完善。机械零件的可靠性优化设计能够及时掌握相关参数的随机性，同时也能在设计的过程中，及时预测零部件的可靠程度，确保更好的实现全局性的贯穿。为了更好的在竞争中占有一席之地，机械零件生产商应该注重可靠性优化设计的实践，通过正视机械零件可靠性的优化设计的重要性，在展开相关课题的讨论时，适当的加入创新思想，从而更贴合时代的发展需要。
参考文献
[1]赵雷.关于CaD技术在机械可靠性优化设计中的应用分析[J].科技展望，2015，36：45.
[2]帅宗良.汽车机械式变速器的可靠性优化设计[J].电子技术与软件工程，2015，04：256.
机械优化设计篇5
关键词：社会经济；结构设计；机械生产
中图分类号：F407文献标识码：a
引言
机械制造业的不断发展，随之而来的是对机械结构设计要求的不断提高，因此，对于机械结构的设计需要在满足机械设计原则的基础上不断创新，改变原来的设计方法，根据机械产品的功能充分发挥创造力，综合运用先进的技术，借鉴优秀的研究成果，在全新的设计理念和基本设计原则的指导下，创造出更具有价值的机械结构。
1、机械结构设计概述
对于机械结构而言，根据不同的设计方法生产出来的结构也不尽相同，比如在材料、毛坯选择上，应当根据材料价值和特性进行选择，充分利用机械结构材料自身的性能；同时，还要注意利用代用材料。如果只是制造毛坯，则制造难度就会明显降低；切削加工过程中，选用切削加工费用低的方法；机械结构设计过程中，要求结构应当便于装夹和定位，并且适用于标准刀具以及量具，适合标注尺寸等
2、机械结构设计原则
2.1应当满足机械结构的应用要求
在结构设计过程中，机械结构应当可以有效实现预定的指标；同时，还要确保设计出来的机械结构可有效完成任务，满足强度、刚度、精确度以及使用寿命的要求，同时还要确保该机械结构在使用过程中的安全可靠性。
2.2应当有效满足经济性要求
对于机械结构设计而言，其经济性实际上是一个综合性的指标，全面体现在设计、制造和应用全过程。其中，设计与制造经济性，主要体现在设计、制造过程中的成本有效控制；应用过程中的经济性，主要表现在高生产率、高效率等方面，同时还要求维护费用较低。这些都是设计过程中应当充分考虑的问题。
2.3应当关注机械设备操作人员的安全
机械结构设计过程中，应当注意技术安全问题，最大限度地去改善操作人员的劳动条件、强度；同时，还要注意机械结构外形的美观度，并能有效满足特殊要求，比如机床在长期应用中的精度、大型机械的运输方便性等。
2.4与质量技术指标相适应
由于机械结构是机器产品的基本组成要素，因此对结构质量的要求十分严格，但质量技术指标越高，用在结构设计和制造上的成本和时间也越多，当质量技术指标达到要求时，再添加其它的要求势必会导致工时和成本急剧增加，生产效率明显下降。在这样的条件下，生产出来的结构将无法实现最理想的经济效益。因此，在对机械结构的结构进行设计时，结构的结构工艺性必须在满足使用条件的前提下与质量技术指标相适应，实现机械结构最高的实用性和最大的经济效益。
3、机械结构设计方法
3.1理论设计
理论设计主要以人们已掌握的合乎规律的理论和实践知识为基础，结合理论力学、材料力学、机械原理、金属学等理论知识进行机械结构的结构设计。根据结构的整体载荷情况，运用理论计算公式确定结构的几何尺寸。结构的尺寸计算必须满足载荷情况、材料性能、结构工作情况和应力分布规律等方面的条件。运用计算公式初步确定机械结构的尺寸及形状后，再利用校核计算对结构危险剖面的安全系数计算值进行校核。这个过程多用于应力分布规律复杂，但又能用材料力学公式表示出来的结构设计，同时也适用于应力分布规律简单但必须已知结构尺寸的情况，如轴和弹簧的设计。在进行机械结构的结构设计时，一些具有足够实践经验的设计工作者也常为了简化计算过程，在粗略的估算和相关资料的基础上直接进行结构设计，然后采用校核计算。理论设计的基础是熟知机械结构的材料性能和应力分布规律，是经过大量感性知识而总结出来的设计规律，因此是一种具有一定科学性和先进性的设计方法，值得广泛采用。但是任何一种理论都存在不完善的地方，所以不应把理论设计当作完美的机械结构机构设计方法。
3.2模型实验设计
模型实验设计主要针对一些尚无法运用理论知识进行详细分析的大型的、结构复杂且具有一定重要性的机械结构进行结构设计。具体来说，就是对结构作出初步设计，形成模型，对模型进行反复试验，再根据实验结果加以修改。这种设计方法同样也是对理论不足的一种弥补，同时也有效地避免了经验设计中缺乏科学性的成分。模型实验设计决定了大型复杂结构中的工作应力分布情况和结构的极限承受能力，是将经验设计转化为理论设计的途径之一。
3.3经验设计法
即实际设计过程中，根据某类机械结构现有设计、应用经验，总结出经验公式，根据设计人员自身的设计经验，选一类比法进行设计。虽然该种方法没有较为详尽的理论科学分析依据，但也具有科学统计性特点，因此应用价值也比较大。实践中可以看到，因该种方法是基于通过实践总结出来的经验，所以它经得起实践检验。比如，机架以及变速箱设计过程中，经验设计法便可在理论设计的基础上加以应用和实现，实际上它是理论设计的初级方法。
4、机械结构优化的发展展望
结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善，已逐渐得以发展。近些年来，在结构优化算法方面，结构优化设计趋向于采用接近实际的复杂结构模型模拟大型结构系统，由于设计变量数目大，研究新的有效的准则优化方法受到重视，但仍有如何去解决针对各种特殊的结构优化问题建立相应的公式，解决解析推导和数值计算的实现问题；再是使用大型系统的分解优化方法，对于大型结构优化，可以按子结构分解或者进行多级分解优化，对于多学科的复杂系统可以按学科分解优化。分解算法的关键在于建立各个子问题之间的稿合关系，比如通过使用最优解对参数的灵敏度和采用线性分解等法建立起稿合关系，使得子问题的解相容，从而保证迭代收敛，问题是如何保证一定能求解。并行计算技术引入结构优化设计是一个较新的方向。像遗传算法，人工神经网络的方法，在近十年来被引入结构优化设计并发展很快。它们对离散与连续混合变量的全局优化，对发展结构近似重分析的专家系统有其独到之处。现在的问题是怎样提高优化质量、精度、加快收敛，增加方法的通用性。
拓扑优化、材料优化和形状优化的集成在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值，是近年来出现的并行设计的重要组成部分，仍将是下一步研究工作的重点。拓扑优化能够为结构的方案设计提供科学的依据，使复杂结构和部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地优选方案，有望用于大型实际结构优化设计求解。但是要处理庞大的有限元和优化模型计算量增大，应力约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失可能会对计算模型造成病态等问题。
从近几年来国家自然科学基金所资助的内容来看，单就机械学科涉及优化设计的项目就有近20项，有广义优化设计，全性能优化设计，模糊优化，可靠性优化，分解优化设计，光机电一体化与人机一体化设计，有基于人工神经网络的复杂结构优化研究及机械传动系统性能优化，复杂机电系统解稿与稿合设计理论与方法研究，机电产品的绿色设计理论与方法等，以及今年提出的面向产品的创新的概念设计，轧制件模具的现代设计方法等课题，反映我国已经注意追踪或跨入世界领先领域的研究工作。另外，优化新方法的研究，形状优化和拓扑优化，多学科优化，结构优化建模，可靠性问题，结构重分析与灵敏度分析，遗传算法，神经网络，人工智能，大规模问题求解，因特网应用等都是继续深入研究的热门课题。
结束语
机械结构优化设计是提高产品性能、节约生产成本的有效方法。其直接关系着整个机械产品的性能和质量，因此在机械结构机构设计过程中，应当加强思想重视和设计思路创新，只有这样才能确保设计质量。
参考文献
[1]王丽敏，计小辈，李颖芝.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].邢台职业技术学院学报，2008，03：46-48.
机械优化设计篇6
【关键词】机械设计制造；自动化特点；优势分析
0.引言
在进行机械设计制造的过程当中，设计制造者主要是以自动化技术以及电子科技为主，并在其中能够联合与渗透其它的高新科技，进而实现全面升级生产过程，达到智能化连续性生产的目的[2]。整个机械设计制造的过程既展示了智能化的现代技术特点，又体现了人性化的服务模式。机械设计制造自动化能够将高精密度的机械工程与电子控制技术有机地结合在一起，从而实现协调统一的发展目标。机械设计制造自动化技术作为一种新兴科技手段，不仅可以有效提高实际生产效率，还能够完美地控制好具体的生产成本，从而实现企业生产效益的最大化。
1.机械设计制造及其自动化概述
当前的现代机械设计制造设备与传统机器相比，具有明显的优势。当前的机械设计制造利用先进的高科技自动化技术、微控制技术以及现代信息处理技术等多种科技联合在一起，进而不断提升了机械设计制造的自动化、智能化水平，而且有效提高了生产过程的安全性与准确度，促进了实际生产效率的提升。传统的机械设计制造一般是需要专人来负责操作，而且具体操作过程繁杂，难度系数较高。但机械设计制造自动化技术却可以完美地解决这一缺陷，设计制造者只需要在设备中输入相应的控制程序就可以完成整个生产过程，非常的简单快捷。与此同时，机械设计制造自动化技术不会像传统机械制造一样，容易发生安全事故，因为先进的自动化控制技术能够自动检测机械设备，进而及时发现其中存在的一些问题及故障，相关人员就可以因此而采取相应的措施来解决机械故障，进而达到有效提升设备安全性与稳定性的目的[2]。而传统的机械制造设备却无法具备这一功能，设备不能够对存在的故障与问题进行自动检测，而人工排查与修复又较为困难，并且实际效果不佳，因此容易使得机械设备发生故障，甚至引发安全事故。当前的机械设计制造拥有先进的电子元器件，能够在延长设备实际使用寿命的同时，增加生产过程中的安全性。除此之外，目前的机械设计制造自动化技术与许多高新前沿科技融合在一起，进而强化了其实际使用功能，使得机械设备能够适应多种工作环境。
2.机械设计制造及其自动化特点
智能化与自动化是机械设计制造自动化技术与传统机械制造的本质区别。机械制造的自动化技术并不是单纯将多种高新技术简单地叠加，而是多种先进技术的融合应用，实际效果实现了1+1>2。机械设计制造自动化技术基于各种高新科技的融合应用，进而实现了生产过程整体协调发展的目标，从而实现了机械设计制造过程自动化与智能化的特点。除此之外，机械设计制造自动化技术能够满足机械设备对功能的内在需求，达到产品符合要求的特性。相关操作人员只需要通过机械设计制造自动化系统来进行产品设计生产，就能够实现由产品输入端所产生的需要从产品输出端实现的功能需求[3]。与此同时，机械设计制造自动化技术是一个系统性的概念，其中包含了机电一体化及机电一体化产品的具体含义，能够将对产品的设计制造与功能的实现看作是一个整体，进而实现最初的生产目标。
3.机械设计制造及其自动化优势
3.1提高工作效率还有工作质量
机械设计制造自动化的优势体现在能够充分利用先进的高科技自动化技术、信息处理技术及微控制技术等一些科技手段来有效提升机械设计制造的自动化水平，从而实现智能化的生产过程。应用自动化技术进行机械设计制造，能够让机械设备来代替人工操作，进而高效准确地实现生产目标，并能够有效降低生产成本，有效提升企业的综合效益。自动化机械设计制造技术在提升工作效率的同时，还提高了产品的实际生产质量。而且，使用自动化机械设计制造技术能够使设备性能更加完善，从而在一些条件比较恶劣的情况下也能够进行代替人工进行设计制造生产。
3.2保证工作的稳定性与可靠性
传统的机械设备在发生故障时，无法发出相应的提示信号，只能够单纯依靠人工来进行检测。这使得在增加了员工工作量的同时，还无法有效保障机械设备的顺利运行。当机械设备发生故障时，就需要专门的维修人员进行检测与维修，这极大地耽误了生产效率的提升，也很容易发生相应的安全事故。但是，利用机械设计制造自动化技术的话，就可以在机械设备发生故障与问题的初期，及时检测出来，进而能够通过其内在的功能设置进行自动修复处理，从而极大地提升了生产过程的可靠性与稳定性，也减少了安全事故的发生，从真正意义上实现了安全生产的目标。总而言之，机械设计制造自动化技术可以通过自我诊断与自我处理来有效提升设备的实际运行效率，进而达到延长设备使用寿命的基本目标，从而减少安全事故的发生。
3.3操作简单快捷与适用范围广
先进的机械设计制造自动化技术具有强大的控制功能，能够实现生产过程的机械化与自动化，许多操作都无需人工进行，只需要输入相应的程序设置便可以使机械设备自动运行程序，进而大大的缩减了相应的操作流程，减少了实际操作难度，从而实现了优化生产的目标。机械设计自动化操作技术是一门由多种学科技术综合在一起的科技手段，利用机械设计制造自动化生产技术所制造出来的产品极具复合性，不仅广泛应用于我们的日常生活与生产之中，还应用在了一些极端或恶劣的工作条件之下。因此先进的机械设计制造自动化技术具有操作简单快捷与适用范围广的特点，能够应用在各种实际环境之中，其多样性的功能设置能够满足不同操作人群的现实需求。
4.结语
总而言之，机械设计制造自动化生产操作技术的实际应用，弥补了传统机械制造中存在的一些缺陷，有效提高了机械设备在实际生产过程当中的可靠性与稳定性，进而满足了实际生产生活的需要。与此同时，先进的自动化控制技术也能够有效扩大机械产品的应用范围，进而增加我国工业生产中的科技含量，有效提高企业的综合生产效益。所以，基于这种情况之下，发展机械设计制造自动化技术是未来工业生产的大势所趋，也是加快我国工业现代化建设，促进工业生产科学可持续发展的重要保障。
参考文献
[1]何来浩.机械设计制造及其自动化特点和优势及发展趋势探析[J].科技与企业，2015，06：203.
机械优化设计篇7
关键词：机械优化设计；双语教学；教学实践
作者简介：王林军（1982-），男，湖北黄冈人，三峡大学机械与材料学院，讲师；吴海华（1970-），男，湖北黄冈人，三峡大学机械与材料学院，教授。（湖北宜昌443002）
中图分类号：G642.0文献标识码：a文章编号：1007-0079（2013）04-0104-01
双语教学不仅在美国、加拿大、卢森堡、新西兰等双语国家或多语国家获得了成功，而且在俄罗斯、日本、澳大利亚、保加利亚、匈牙利等单语国家实施也获得了良好的效果。反思国内的双语教学情况，虽然英语教师非常努力地教，学生也非常认真地学，但所取得的效果十分不理想。[1-2]国内一些211和985重点院校（如浙江大学、北京大学等）的双语教学工作开展顺利，已在双语教学教材、师资队伍建设以及教学内容和教学方法方面取得许多研究成果。但地方本科院校的机械工程类双语教学工作进展十分缓慢，尤其是针对本科生开设的“机械优化设计”双语教学在教学内容与体系、英语教学环境、教学队伍建设、考核方式等方面严重不足，其主要原因是学生英语基础差、自学能力较弱，“机械优化设计”双语教学师资也相对薄弱。[3]上述差异决定了地方本科院校难以照搬重点院校的机械工程类双语教学模式，因此探索一条适合于地方本科院校的“机械优化设计”双语教学模式极为重要。
一、“机械优化设计”双语课程现状
“机械优化设计”是一门把机械设计与优化设计理论及方法相结合、实践性很强的课程，而双语教学主要是指教师采用英语或第二语言进行课堂教学。但如何有系统有组织地开展符合三峡大学（以下简称“我校”）特点的“机械优化设计”双语教学，如何处理教材的问题、如何在学时数原本紧张的前提下开展双语教学、双语教学方法和教学手段该如何改进、如何建立双语教学考核体系、如何提高学生的学习兴趣等等，这些都是在开展“机械优化设计”双语教学时所需要研究的问题。虽然目前不少地方本科院校已经开设了机械优化设计双语课程教学，但大学生英语水平良莠不齐，不少教师的英语水平同样还没有达到能真正像汉语一样熟练地运用英语教学的地步，这使得双语教学在“机械优化设计”课程中的研究与实践中碰到以下问题：[4-6]
1.双语教学效果差
目前国内英语教育主要以应试为目标，大学生的英语听说能力普遍较弱。“机械优化设计”双语教学中涉及许多专业词汇和复杂的句型，如果采用比较单一的授课方式，学生既无兴趣，又感到难以接受，无法准确理解该课程专业知识。
2.教学内容单一
我校该课程双语教学的对象是机械制造及其自动化专业三年级学生，他们虽然已具备一定的数理基础，但许多同学依然对机械优化设计过程和内容无法真正理解，甚至产生厌学情绪。这就要求双语教师在进行教学内容的设计时应更加丰富多彩。
3.教学方法问题
在进行“机械优化设计”双语教学时，若还是采用传统的满堂灌教学模式，课程本身的难度和英语的听力障碍将会导致教学效果不理想。而国际上知名大学多数采取的是引导式、启发式、互动式相结合的教学方法，后者更为有效，与“机械优化设计”双语课程教学相适应。
二、双语教学方法的改革与实践
依据机械工程类专业的特殊性，应从以下几方面进行改革和实践：
1.科学合理选择教学内容
考虑到我校机械制造及其自动化专业本科教学培养方案的特点及人才培养需要，对“机械优化设计”双语教学课程内容进行科学设计，主要包括以下教学内容：绪论（介绍机械优化设计的基本概念与发展趋势）；优化设计方法的数学基础（介绍矩阵运算和微积分的基础知识，凸集、凸函数与凸规划的基本理论）；常用的优化设计方法（介绍一维搜索方法、基于导数的优化方法和非导数优化方法等，包括智能优化方法）；约束优化问题的处理；多目标优化方法和优化设计结果的灵敏度分析技术；matLaB在机械优化设计实例中的应用。这要求学生一方面掌握优化设计基础理论，另一方面应学会运用大型通用优化设计工具软件解决实际工程问题，真正做到学以致用。此外，在双语教学过程中，应安排大学生讲述自己完成机械优化设计过程，以提高大学生英语表达能力，并达到相互启发的作用。
2.努力营造英文教学环境，提高学生英语水平
作为教师，应认真备好每一堂课，板书、考试和作业批改中都要使用英语，采取全英语对学生进行提问，要求学生用英语回答，这样有助于锻炼学生的专业口语能力。同时，教师在给学生布置作业时，最好也是英语的，严格要求学生用英语完成，这样有助于锻炼学生的专业写作能力，为将来可能地进一步深造学习奠定了坚实的论文撰写基础。实际上，教师在双语教学活动中，除了布置一些该课程的课后英语作业外，还应当引导学生查找和阅读与该课程相关的专业英语读物，比如英文论文等，这样有助于增强学生的专业英语使用能力，而且还能培养该专业大三学生用英语思考的良好习惯，为将来的进一步学习和深造打下一定的基础。
3.努力加强我校双语师资队伍建设
为了提高教师的英语水平，每年安排教师参加由我校国际交流学院主办的暑期雅思培训班，取得雅思6.0分及以上成绩的教师才能担任双语教学课程。为了促进教师英文水平的稳步提高，以提升本校教师科研业务水平，学校定期派中青年教师出国交流学习，这势必将会对双语教学和师资队伍建设有一个很大的促进和提升作用。
4.充分利用本校网络教学平台
三峡大学求索学堂为全校提供网络教学服务，网络教学平台包括公共教学平台、多媒体课件制作系统、网络实时交互答疑系统。网络公共教学平台包括学生工作区、教师工作区、管理工作区三大部分，主要功能模块有公告栏、答疑、讨论区、在线自测、在线作业、下载区、资源等。多媒体课件制作系统提供辅助教师教学的多媒体课件制作平台；网络实时交互答疑系统是一个可以在网上传递五种不同模式的电子教学、实时协作和通信的平台，提供网络教学中的教学双边多媒体交互环境。充分利用本校求索学堂，可以促使教师和学生的沟通，同时还可以培养学生的知识获取能力和自主学习能力。
5.对本校传统的考核方式进行科学合理的改革
“机械优化设计”课程是机械设计制造及其自动化专业非常重要的一门专业基础课，属于专业必修课程，该课程考核方式过去经常是采取闭卷形式。这种考核方式有很大的不足，例如学生死记硬背优化公式，而忽略了利用该课程核心内容优化设计方法理论从工程上解决实际问题的能力，从而不能体现本校人才培养的要求。针对以上这些弊端，对该门课程的传统考核方式进行了改革，主要分为以下三个部分：闭卷考试成绩（占40%）：主要是考查学生对优化理论方法的理解和掌握程度；上机实验考试成绩（占40%）：重点考核学生运用计算机对优化方法的编程和实现能力；平时成绩（占20%）：主要是考核学生平时表现和出勤情况。
该课程考核方式的改革，势必将会促使学生更好地理解和掌握该课程的重难点内容，也会提高学生利用计算机编写优化程序解决工程实际问题的能力，同时将会提高机械工程类本科生的综合素质和能力，这也非常符合本校这种“高素质、强能力、应用型”的人才培养目标。
三、结论
双语教学不但能够提高学生的学习兴趣，而且还可以提高教师和学生的双语应用能力，对复合型人才的培养具有非常重要的意义。同时，在进行双语教学的过程中，要根据本校教师的英文水平和学生的认知和接受程度，精心准备和设计教学手段，科学合理安排教学内容，科学而有效地使用评价方法，这样不仅有助于学生及时了解和掌握本专业的前沿动态，还可以培养其直接阅读经典、前沿外文资料的能力。本文在对“机械优化设计”课程双语教学进行了多轮教学实践的基础上，对该课程双语教学的背景、教学内容与体系、英语教学环境、师资队伍建设、考核方式等问题进行了总结和改革，以期望对二本院校机械工程类“机械优化设计”课程双语教学与改革有一定的促进作用。
参考文献：
[1]廖迎春，樊后保，黄荣珍，等.本科院校双语教学改革的思考及建议[J].科技信息，2010，（19）.
[2]张素芳.对高校双语教学若干问题的探讨[J].中国电力教育，
2007，（1）.
[3]刘卓夫，罗中明，李永波.双语教学改革存在的问题与思考[J].黑龙江教育学院学报，2010，29（2）：62-64.
[4]孙靖民.机械优化设计[m].北京：机械工业出版社，2007.
机械优化设计篇8
关键词：机械设计；优化；先进技术
中图分类号：tD402文献标识码：a
现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。工程实际中还逐渐出现了许多新的设计思想和设计方法。随着社会的发展、人们思想观念的更新和科学技术的发展而提出，对节能、环保、改进产品性能和增加产品市场竞争能力等方面的重要性而受到越来越多的重视。传统的设计运用力学和数学形成经验作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。我们熟悉的优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、有限元法等,这些设计方法已经较为成熟,形成了完整的设计体系。机械优化设计是在进行某种机械产品设计时，根据规定的约束条件，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值。
它是以设计产品为目标的一个总的知识群体的统称，提高设计质量和缩短设计周期，是为了适应市场剧烈竞争的需要，以及计算机在设计中的广泛应用。60年代以来，在设计领域相继诞生与发展的一系列新兴学科的集成。产品设计的“最优值”或“最佳值”，系指在满足多种设计目标和约束条件下所获得的最令人满意和最适宜的值。最优值的概念是相对的，随着科学技术的发展及设计条件的变动，最优化的标准也将发生变化。这种选择不仅保证多参数的组合方案满足各种设计要求，而且又使设计指标达到最优值。由于传统设计所用的计算方法和参考数据偏重于经验的概括和总结，往往忽略了一些难解或非主要因素。在信息处理、参量统计和选取、经验或状态的存储和调用等还没有一个理想的有效方法，解算和绘图也多用手工完成，这不仅影响设计速度和设计质量的提高，也难以做到精确和优化的效果。因此，求解优化设计问题就是一种用数学规划理论和计算机自动选优技术来求解最优化的问题。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化，它要求人们根据事物的客观规律，在一定的物质基础和技术条件下，得出最优的设计方案。机械优化设计可解决设计方案参数的最佳选择问题。
1现代设计方法
1.1创新设计
创新是设计的本质，随着科学技术突飞猛进的发展，产品的市场竞争也日益激烈。们消费观念不断变化，产品的创新性，创新产品能满足甚至创造出新的需求宜人性等因素愈来愈受到重视，大量科技成果转化为生产力，在竞争中占据着突出地位。在这种形势下，创新设计是产品适应新的市场形势的最好途径，因而必然有较强的市场竞争力。
1.2智能设计
为了提高制造业对市场变化，在CimS环境下，设计正在向集成化、自动化等方向发展。就必须大大加强设计专家与计算机工具，使计算机能在更大范围内，这一人机结合的设计系统中机器的智能，更高水平上帮助或代替人类专家处理数据、信息与知识，大幅度提高设计自动化的水平。智能设计就是要研究如何提高人机系统中计算机的智能水平，做出各种设计决策，使计算机更好地承担设计中各种复杂任务，智能化是设计活动的显著特点，也是走向设计自动化的重要途径。
1.3响应设计
随着市场竞争的加剧，使得产品的更新换代不断加快，市场寿命周期不断缩短。现代科技的日新月异，建立快速捕捉市场动态需求信息的决策机制。实施快速响应设计技术，适应市场环境的变化，面对瞬息万变的市场环境，用户需求的转移，增强企业市场竞争的有效途径。更要求企业具有高度的灵敏性，不断地迅速开发新产品，能抓稍纵即逝的机遇，变被动适应用户，这样才能保证企业在竞争中立于不败之地。在这种时代背景下，市场竞争的焦点就转移到速度上来，快速提高更高的性能/价格比产品的企业，将具有更高的竞争力。为提高快速响应能力，企业首先应当能迅速捕捉复杂多变的市场动态信息，并及时作出正确的预测和决策。
2现代设计优化技术方法
2.1现代方法与传统方法比较
整个传统设计的过程，参照同类产品，通过估算、经验类比或试验等方法来确定产品的初步设计方案，是人工试凑和定性分析比较的过程。机械产品的设计，一般需要经过需求分析、方案设计、分析计算、市场调查、结构设计、工程绘图和编制技术文件等一系列工作过程。传统设计方法通常是在调查分析的基础上，优化设计理论的研究和应用实践，从经验、感性和类比为主的传统设计方法过渡到科学、理性和立足于计算分析的现代设计方法，又能满足生产的工艺性、使用的可靠性和安全性要求，使传统设计方法发生了根本变革，机械产品设计正在逐步向自动化、集成化和智能化方向发展，按照传统方法得出的设计方案，可能存在有较大改进和提高的余地。机械产品设计工作的任务就是使设计的产品既具有优良的技术性能指标，且消耗和成本最低等。根据经验或直观判断对设计参数进行修改。但是由于传统设计方法受到计算方法和手段等条件的限制，设计人员可以在有限的几种合格设计方案中，这是很难找出最优设计方案的。
2.2优化设计
随着计算机及其计算技术的迅速发展，对结构的参数化模型进行加载与求解。工程设计中较复杂的一些优化问题取得了较好的技术和经济效果，把状态变量提取出来供优化处理器进行优化参数评价。促进了工程优化设计理论和方法的发展，并结合工程优化设计的特点，为以后软件修正模型提供可能。如果最优，完成迭代，退出优化循环圈。利用Cae软件的参数化建模功能，将要参与优化的数据定义为模型参数，重新投入循环，与上次循环提供的优化参数作比较之后确定该次循环目标函数是否达到了最小。在多目标优化，混合离散变量优化、模糊优化以及人工智能、神经网络及遗传算法，应用于优化设计等方面都获得一些显著的成果，已完成的优化循环和当前优化变量的状态修正设计变量，逐步形成以计算机和优化技术为基础的近代优化设计。
结论
从机械产品设计的全局来看，目前比较先进的优化设计，大多数还停留在设计方案后参数优化方面，面向产品设计，应将优化设计拓宽到机械设计产品的全生命周期过程，是适应机械产品设计。随着CaD技术不断地发展，现代科学技术支持下，现代机械先进优化设计技术将进行新一轮的发展。
参考文献
[1]现代设计方法[m].武汉:武汉理工大学出版社，2001.
[2]先进制造技术[m].北京:机械工业出版社，2000.
机械优化设计篇9
关键词：机械可靠性；优化设计；技术
中图分类号：F407.4文献标识码：a文章编号：
1可靠性设计及其发展
为了了解可靠性设计技术，我们必须首先了解什么是产品的可靠性。可靠性的经典定义是“：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。”定义中的“产品”是作为单位研究和分别试验对象的任何元件、器件、设备或系统，甚至可以把人的作用也包括进去。在产品设计中，应用可靠性的理论和技术、根据需要和可能、优先考虑可靠性要求。在满足性能、费用、时间等条件下，使设计的产品具有满意的可靠性要求，这就是产品的可靠性设计。可靠性设计不仅涉及传统设计技术，而且还与系统工程、价值工程、环境工程、工程心理学、质量控制技术和计算机技术等密切相关。因此，它是一个多学科、多技术相融合的新兴技术。它不但应用于产品的设计过程，而且还广泛应用于产品的制造生产、试验、使用、维护、管理等各个环节。因此，这项新兴技术在军工、航空、航天、电子、机械等工业领域得到广泛的应用。
1.1可靠性的发展史
人类从开始研究可靠性技术至今，大约经历了60余年的历史。研究其发展过程，可归纳为初期研究、形成发展和进一步国际化三个阶段。
（1）初期研究阶段（20世纪30～40年代）：二次世界大战爆发后，美国参战的飞机、军舰等重要军事装备常因故障贻误战机，为此军事装备的可靠性问题逐渐引起了人们的关注，开始着手研究如何避免和减少这些“意外”事故的发生并最早提出了产品的定量可靠性问题。接着美国、德国的专家针对飞机、V-Ⅱ火箭诱导装置的可靠性又提出了相应的指标。1942年美国麻省理工学院的一个研究室对真空管的可靠性进行了相当深入的研究。所有这些都表明可靠性研究已进入了定量研究的初期阶段。
（2）形成发展阶段（20世纪50～60年代）：在这一时期，世界上一些工业发达的国家，如美国、前苏联、原西德、日本等对可靠性开始了有组织的研究工作，并取得了许多重要成果，基本上确定了可靠性研究的理论基础和研究方向，使可靠性研究进入了一个新的发展阶
段。这一时期，研究范围不断扩大，从电子产品扩展到机械产品，从军工产品扩展到民用产品，可靠性技术进一步完善，理论研究不断深入，为可靠性设计技术的进一步国际化奠定了基础。
（3）国际化阶段（20世纪70年代后）：随着可靠性技术的不断发展和广泛应用，其优越性越来越受到世界各国的高度重视，并相继投入了大量的人力物力开展这项研究工作。各种国际学术会议的召开、国际可靠性和可维护性技术委员会的成立，标志着可靠性设计技术已经进入了国际化时代。
1.2我国可靠性研究现状
我国对可靠性的研究起步较晚，直到20世纪80年代才得到了较快发展，个别行业还成立了可靠性学术组织，开展了对可靠性技术人才的培养，制定了一系列的可靠性标准。但从总体来看，理论研究较多，实际应用较少，与工业发达国家相比还有较大差距。
2可靠性设计在机械中的应用
产品的可靠性贯穿于其整个寿命周期，目前机械工程设计中的可靠性设计主要应用在产品的设计、制造、使用和维修等方面。
2.1机械产品的设计
机械产品设计包括整机产品设计及其零部件设计。对整机产品可将其作为一个系统进行设计，设计的方式主要有以下两种：第一种方式是根据零部件的可靠性预测结果，计算产品系统的可靠性指标，这就是系统的可靠性预测，其结果只要满足指标要求即可，如果不能满足要求就要按第二种方式进行设计；第二种方式是对零部件进行可靠性分配，即把系统指标分配到各个零部件上，可靠性分配方法主要有等分配法、再分配法、比例分配法和综合评分分配法四种。零部件设计时，应尽量采用标准件或质量成熟的零件，一般零部件可按类比法设计，重要的零件按概率法设计，对一些关键零部件还应进行可靠性试验。对产品的可靠性应进行评审、修改、再评审、再修改，直到满足指标要求为止。另外，还要进行人机系统的设计，这方面主要包括操作性和适应性设计。
2.2制造过程可靠性设计
制造过程的可靠性设计是保证产品质量的关键，除了要选用可靠性好的先进加工设备和工艺装备外，重点是对工艺方案和工艺流程的设计。产品的工艺流程相当于一个系统，每一个工艺方案或工序相当于一个子系统。每一个子系统的可靠度设计都要综合考虑设备、工艺装备、工艺材料及操作人员的素质等因素，确定出合理的子系统可靠度指标，然后按子系统之间的关系（串联、并联或混联）得出系统的预测可靠度（如自动线、流水线等的设计）。
2.3使用维修的可靠性设计
产品以可靠性为中心维修应采用逻辑分析决断法，科学地制定维修内容和优选维修方式，合理确定使用期，以控制机械设备使用的可靠性。机械产品的可维修性与可靠性一样，其是机械设备本身的一个可靠性指标。在对产品进行可靠性设计时就要考虑其维修性，使设计的产品在使用过程中做到故障易发现、易检查、易修复，力求防患于未然。对产品进行维修性设计时要以最低的费用来维护和提高设备的可靠性水平，尽量减少排除故障所用的维修时间。因此，要在可靠性理论的基础上制定合理、经济的维修规则，采用先进的故障诊断技术和合理的维修方式（如视情维修方法、监控事后维修方法），使用标准的维修工具及设备，提高维修人员的技术水平，使机械维修工作进一步走向科学化和现代化。
3小结
常规优化设计方法在设计中没有考虑可靠性指标，因此不能反映产品运行的真实情况；而可靠性设计方法在设计中不考虑成本、重量、体积等指标。对某些设计问题，仅采用优化设计方法或仅采用可靠性设计方法，都很难得到理想的设计结果，而可靠性优化设计方法将优化技术与可靠性设计理论有机地结合在一起，弥补了各自的不足。随着机械产品的日益大型化、复杂化，可靠性优化设计方法在机械工程产品设计中的应用将会越来越广泛。
参考文献：
［1］崔健锚固工程设计与应用［J］铁道建筑，2006.
［2］宋庆德工程机械产品可靠性统计模式设计［J］工程机械，2002.
机械优化设计篇10
【关键词】机械设计；matLaB；LabView
1引言
机械优化设计的目的就是在给定的载荷或环境条件作用下，对机械产品的性能、几何尺寸或其它因素的限制（约束）范围内，选取设计变量，建立目标函数并使其获得最优值。
matLaB和LabView是最经典的两种编程语言，但这两种语言有各自的特点和使用范围。matLaB具有强大的数学运算功能，而LabView在用户界面设计和快速开发等方面具有独特优势，但功能相对单一。因此，通过两种语言的接口技术来实现matLaB和LabView的混合编程，有利于充分发挥两者优势，快速高效地完成比较复杂的设计任务。
2matLaB和LabView软件简介
matLaB软件集数值计算、符号计算、可视化建模、仿真和图形处理等多种功能于一体，是数学计算方面功能最强、操作最简单的语言。该语言被广泛应用于机械设计、自动控制和数理统计、信号处理等工程领域。应用matLaB优化工具箱可求解机械设计中的线形规划，非线形规划，二次规划，多目标优化问题以及基于启发式算法等优化问题。对大多数机械优化问题，matLaB通过调用优化工具箱中的优化函数均可实现。
LabView语言即“实验室虚拟仪器集成环境”，是一种虚拟仪器软件开发平台，它采用编译型图形化语言。最大特点是编程简单、直观、开发效率高。它除了具备常规函数功能外，内部还集成了大量的生成图形界面模块，具备对RS232、GpiB、VXi、数据采集板卡和网络等硬件进行设备驱动的功能，以及可满足控制系统中的各种信号处理要求。
3混合编程的实现方法
混合编程的基本方法是利用LabView作为前端开发工具，将LabView前面板中的用户自定义初始值送到matLaB中进行相应较复杂的数学运算处理，然后输出和显示在LabView前面板上。两种语言的通讯方法一般有以下4种：
（1）activeX是一个技术集的统称，其基础是组件对象模型Com。Com是跨语言的操作系统级标准，它定义了对象之间的存取方法，不同的应用程序可以各自开发一系列公共对象，它们具有开放的属性和方法。activeX技术可以使用重复代码，并能将多个程序连接在一起实现复杂的计算要求。
（2）动态连接库（DLL）是基于windows程序设计的一个重要组成部分。DLL是一个位于程序外部的过程库，它可以从应用程序中调用和共享。因此，在LabView和matLaB之间应用DLL可以实现数据传输和函数调用。
（3）动态数据交换（DDe）是windows应用程序之间的通讯协议。利用DDe，在客户程序和服务程序之间可以互相发送或接受命令及数据。在LabView函数模板的DDeVi可将LabView程序设置为DDe服务器程序或者DDe客户程序，从而实现对matLaB程序的创建或调用。
（4）matLaBScript节点法是实现LabView和matLaB间通讯和混合编程的常用方法。这种方法容易实现，但打开脚本速度快，可满足多输入多输出，信息处理量大。缺点是不能控制matLaB服务器，当节点脚本执行完毕后，matLaB程序不能自动关闭，不利于较大应用程序开发。
4仿真验证
在机械优化设计中的应用分析在机械设计中，经常会遇到连杆机构、凸轮机构、齿轮传动、弹簧、螺栓、轴、衍架以及液压、气动元件等零部件的设计问题。因此可将LabView和matLaB混合编程技术应用于机械优化设计领域，提高工作效率。现以某车床主轴的优化设计为例进行说明。设该轴内径d=8mm，轴外伸长a=100mm，作用在其外伸端的载荷F=15000n，许用挠度[y]=0.125mm，许用切应力[τ]=220mpa，许用转角[θ]=0.02rad。轴材料密度ρ=7800kg/m3，剪切模量G=81mpa，转速n=80r/min，轴最大输出功率p=7.5kw。设计要求在满足刚度要求的条件下，使轴的质量最小。
按照matLaB中进行优化设计的思路认为，该轴的优化设计模型包括设计变量、目标函数、和约束条件（即抗弯强度、抗扭强度、刚度、结构尺寸限制）。因要求轴的质量最小，需用到matLaB优化工具箱中的fmincon函数.编制好的优化设计程序前面板如图1所示.
从图1中可知，前面板中设置了8个数值输入控件，2个数值显示控件，分别用于轴的参数输入和计算结果输出。为便于研究轴的最小质量与外径及轴长的关系，引入了三维曲面图形函数。此外，为形象直观地显现主轴的结构，在前面板中还导入了轴的力学结构简图.
由图2可以看出，程序框图引用了matLaBScript节点。该程序框图主要调用了优化函数fmincon和三维绘图函数surfc，而fmincon函数所用到的目标函数和约束函数，则是在matLaB环境下分别编制的m文件。从车床主轴优化设计的前面板和程序框图可知，只需要在LabView的前面板中修改相关参数（内径、功率、外伸长度等），就能得到不同设计条件下的极值点和对应的轴最小质量，且界面清晰直观，编程思路明确，效率得到了明显提高。
4结语
本文分析了matLaB和LabView这两种软件的特点和各自使用优势，并对应用matLaBScript节点法实现混合编程进行了重点讨论。在此基础上，提出了将混合编程技术应用于机械优化设计领域的新思路，并通过车床主轴的混合编程优化设计示例，说明该方法在机械优化设计中具有广泛的应用价值。
参考文献
[1]梁尚明，殷国富.现代机械优化设计方法[m].北京：化学工业出版社，2005.
[2]李万祥.工程优化设计与matLaB实现[m].北京：清华大学出版社，2010.