機械產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用策略研究

黃世暢

摘 要：近年來隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和進步，我國各個產(chǎn)業(yè)都已經(jīng)邁向自動化以及信息化的發(fā)展趨勢，在越來越激烈的市場競爭中，要不斷實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展和逐漸優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，以滿足社會進步的發(fā)展和要求。機械產(chǎn)品在我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占有基礎(chǔ)地位，質(zhì)量問題和技術(shù)發(fā)展是主要關(guān)注的地方。目前我國傳統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)方式已經(jīng)滿足不了當前高質(zhì)量高標準的需求，要能夠確保機械產(chǎn)品的質(zhì)量，充分進行機械產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)構(gòu)部優(yōu)化，完善機械產(chǎn)品的設(shè)計水平的提升。由此可見，要注重探討最優(yōu)設(shè)計方法，優(yōu)化技術(shù)，設(shè)計出滿足市場需求的產(chǎn)品，通過優(yōu)化產(chǎn)品的技術(shù)功能和外形，以提升產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展，促進機械產(chǎn)品的優(yōu)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品設(shè)計；結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)；應(yīng)用策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.018

0 引言

機械產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是指在系統(tǒng)優(yōu)化背景下，采用綜合運用設(shè)計的方式，以此來實現(xiàn)機械產(chǎn)品的需求和質(zhì)量，達到最優(yōu)設(shè)計方案和標準。目前傳統(tǒng)機械產(chǎn)品設(shè)計主要采用機械產(chǎn)品加工工人和其他類型的產(chǎn)品設(shè)計為主要的模板，運用長時間的設(shè)計經(jīng)驗和觀察最后來確定整體的設(shè)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(zhì)量要求和標準。這一設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是通過進行拓撲優(yōu)化技術(shù)以及尺寸優(yōu)化技術(shù)，利用科學(xué)合理的設(shè)計方式，確定整體機械產(chǎn)品設(shè)計的最優(yōu)方案。這樣做不僅僅能夠保證機械產(chǎn)品設(shè)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(zhì)量同時進行，提升機械產(chǎn)品設(shè)計加工的水平，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的方法和層次

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(shù)、形狀優(yōu)化技術(shù)、拓撲優(yōu)化技術(shù)。

（1）尺寸方面的優(yōu)化技術(shù)。在尺寸方面的優(yōu)化技術(shù)主要是指通過保證機械產(chǎn)品的形狀和拓撲關(guān)系不受到改變，通過計算機技術(shù)應(yīng)用，在優(yōu)化設(shè)計過程中使用計算機技術(shù)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(shè)計方案。

（2）形狀方面的優(yōu)化技術(shù)。機械產(chǎn)品在設(shè)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(shè)計要保證機械產(chǎn)品的尺寸以及拓撲關(guān)系不變，在進行設(shè)計過程中保證形狀變量，通過設(shè)計不同的結(jié)構(gòu)，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(shù)。拓撲優(yōu)化技術(shù)主要是通過連續(xù)結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，連續(xù)結(jié)構(gòu)拓撲技術(shù)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(jié)構(gòu)邊界進行優(yōu)化，通過離散結(jié)構(gòu)拓撲技術(shù)來保證相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，確保每一個關(guān)鍵點能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化的連接方式。

2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的設(shè)計方式

（1）要確定目標函數(shù)。目標函數(shù)是進行機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本參數(shù)，要通過確立目標函數(shù)，明確機械產(chǎn)品在技術(shù)標準方面進行有效的設(shè)定和研究，對工程中提出的具體要求也能夠進行設(shè)置和整理，并且通過設(shè)定目標函數(shù)，盡量減少變形所帶來的壓力和程度。

（2）進行函數(shù)變量的設(shè)計。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中確立的函數(shù)，下一步要對函數(shù)中相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)進行研究和確定，機械產(chǎn)品的參數(shù)設(shè)定主要有結(jié)構(gòu)組成中的幾何參數(shù)以及物理參數(shù)，比如在設(shè)計中設(shè)定零件的長度、寬度、厚度等，這些參數(shù)都會影響機械產(chǎn)品和質(zhì)量和效率。如果在參數(shù)設(shè)計中存在相關(guān)不合理數(shù)據(jù)，會直接對機械產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響，同時也會影響到企業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟效益的提升。

（3）約束條件的規(guī)定。在完成函數(shù)變量設(shè)計之后，要在機械產(chǎn)品設(shè)計中增加一些要求，在設(shè)計過程中加入一些約束條件，之后才能夠進行加工和制造。約束條件主要是指在計算中要確定函數(shù)變量能夠處在相對的約束范圍內(nèi)，比如能夠設(shè)定一些極值的設(shè)定和管理。

（4）選擇最佳優(yōu)化設(shè)計方式。選擇最佳優(yōu)化設(shè)計方案是機械產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計的最后過程也是關(guān)鍵點。面對各種各樣，各具特點的設(shè)計優(yōu)化方案，要慎重的進行選擇和評價。這就要確定對機械產(chǎn)品工程進行具體分析，結(jié)合實際問題和現(xiàn)象進行合理的選擇和研究，最后來選擇一個適合的機械產(chǎn)品的設(shè)計方式，在進行加工制造之前，要讓專業(yè)技術(shù)人員對方案從全方位的監(jiān)督進行分析和評價，以此來提高機械產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量和水平。

3 機械產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)構(gòu)部優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用策略探討

3.1 提高整體技術(shù)人員的綜合素質(zhì)能力

機械產(chǎn)品要能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計優(yōu)化，首先要保證技術(shù)人員具有專業(yè)的工程知識，同時還要具有數(shù)學(xué)建模能力，工程設(shè)計人員在設(shè)計方面要符合規(guī)范，要注重理解功能的體現(xiàn)，運用規(guī)范的數(shù)學(xué)語言來表達存在的問題和設(shè)計內(nèi)容，確定適合的解決問題的模型。設(shè)計人員在掌握建模能力的基礎(chǔ)上，還要具有解決建模中存在的參數(shù)問題，利用不同的參數(shù)變量，在求解過程中要確定得到準確的答案。

3.2 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中要運用各個學(xué)科的綜合能力

機械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計具有復(fù)雜性，在設(shè)計工程中會包含各個學(xué)科的專業(yè)知識，比如說數(shù)學(xué)算法、數(shù)據(jù)分析方式和計算機技術(shù)等。要保證在進行設(shè)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(shè)計系統(tǒng)氛圍不同的設(shè)計板塊和內(nèi)容，通過相對應(yīng)的知識來進行目標函數(shù)的設(shè)定，優(yōu)化函數(shù)變量，設(shè)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(shè)計方案的完整特點。

3.3 要注重實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展

要從市場需求的角度出發(fā)，要注重創(chuàng)新發(fā)展，通過變革傳統(tǒng)設(shè)計方案，實現(xiàn)機械產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展。在新時期，創(chuàng)新能力是企業(yè)發(fā)展的源泉，要保證企業(yè)在市場中能夠占據(jù)優(yōu)勢地位，擁有市場優(yōu)勢。在改革創(chuàng)新過程中，要摒棄傳統(tǒng)理念，創(chuàng)新設(shè)計方案和思維，跟上時代發(fā)展的步伐，滿足市場需求。

4 總結(jié)

機械產(chǎn)品是我國各行各業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)保障，并且具有重要的影響。目前機械行業(yè)中的產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計是社會關(guān)注的重點內(nèi)容，要減少質(zhì)量不過關(guān)和使用能力差的現(xiàn)象，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)提高機械產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，為機械行業(yè)的發(fā)展提供創(chuàng)新發(fā)展能力。

參考文獻：

[1]曾文忠.機械產(chǎn)品設(shè)計的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用策略探究[J].湖南農(nóng)機，2014（09）：44-45.