机械工程领域中优化设计方法的发展趋势

PAGEIIPAGE机械工程领域中优化设计方法的发展趋势摘要在社会发展和城市建设当中，工业领域发挥着至关重要的作用。随着科技的不断提升，机械制造业也得到了良好的发展，在当前的机械制造当中，对于生产效率的提升和生产安全性的保障十分关键。因此，机械工程设计的自动化发展已经成为了一个必然的发展趋势。作为一种新型的工艺，机械工程设计自动化能够对机械设计制造生产力进行提升，对于产品的质量能够提供更好的保障，对于我国整体工业水平的提升也十分有利。因此，在机械工程设计领域，自动化已经成为了一个重要的发展趋势。关键词：机械工程领域；优化设计方法；发展趋势

ABSTRACTInthesocialdevelopmentandurbanconstruction,industrialareasplayavitalrole.Withthecontinuousimprovementoftechnology,machinerymanufacturingindustryhasalsobeenagooddevelopment,inthecurrentmachinerymanufacturing,fortheproductionefficiencyandsafetyofproductionsecurityiscritical.Therefore,theautomationofmechanicalengineeringdesignhasbecomeaninevitabletrendofdevelopment.Asanewtypeofprocess,mechanicalengineeringdesignautomationcanimprovethemechanicaldesignandmanufacturingproductivity,providebetterprotectionforthequalityoftheproducts,andalsoimprovetheoverallindustriallevelofourcountry.Therefore,inthefieldofmechanicalengineeringdesign,automationhasbecomeanimportantdevelopmenttrend.Keywords:mechanicalengineeringfield;optimizationdesignmethod;developmenttrend

目录摘要 I一、机械工程设计及其自动化概述 1（一）机械工程设计及其自动化的概念 1（二）机械工程设计及其自动化的应用原则 1二、机械工程设计及其自动化特点及优势 1（一）机械工程设计自动化的特点 1（二）机械工程设计自动化的优势 2三、机械优化设计现状及发展趋势 2（一）机械优化设计数学模型面临的挑战 3（二）优化方法所面临的挑战 41.关于混合离散变量的算法 42.关于多目标优化设计 43.关于大型优化设计问题 44.关于全域最优化的方法 5结语 5参考文献 5PAGE5一、机械工程设计及其自动化概述（一）机械工程设计及其自动化的概念机械设计主要是指对机械的构造、原理、运行方式、润滑方法、零件的材料及形状尺寸、力和能量的传递方式等进行计算、分析和思考，从而具体的对其进行描述，为人为制造提供依据。在工程设计当中，机械设计十分关键，对于国家整体的制造业发展水平都有着很大的影响。而自动化则是指通过对自动化技术的应用，使上述的这些流程自动完成。（二）机械工程设计及其自动化的应用原则基于控制理论的支持，融合人的指导作用、生产的工序等，在机械设计制造当中，对多种绷弋化的机械技术以及自动化技术进行应用。由于绷弋科学技术的发展速度飞快，因而传统的机械工程设计难以满足应用需求，同时缺乏良好的自动调控性能和智能性，因面对于机械制造业的发展较为不利。所以在实际应用中，应当对产品的创新性进行强化。对于各种机械自动化技术，应当进行大力的发展和应用，体现出良好的综合性。同时也应对其它专业的概念和技术进行引入，例如电力电子技术、计算机技术、仿真技术、电子技术等。由于机械工程设计及其自动化属于一种新型的生产制造模式，因而会对管理人员的知识与能力提出更高的要求，所以，技术人员要想满足机械工程设计及其自动化的应用要求，必须对自身的知识与技能进行提升。二、机械工程设计及其自动化特点及优势（一）机械工程设计自动化的特点相比于传统的机械工程设计，机械工程设计自动化具有很多方面的特点，例如安全、节能、应用范围大、微型化等特点。如果传统的机械产品发生故障，维修需要停机，有时还会由于故障原因自动停机，因而安全性难以得到有效的保障。而机械自动化产品具有更为良好的安全性，在发生故障的时候，机械设备能够对问题进行自动的分析和处理，同时采用有效的措施加以保护，避免发生安全事故，以降低发生安全事故的概率。同时，机械的自动故障处理分析功能，对于生产效率的提升也有着良好的作用。基于机械工程设计自动化，能够生产出体积更小的机械产品，从而节省大量的资源。在驱动机械产品的过程中，需能够节省一定的能源，对于生产能耗的降低和绿色环保的实现较为有利，因而具有良好的环保性。在机械工程设计自动化当中，融合了很多相关的技术，功能性十分强大，因而除了应用机械制造业当中以外，还能够良好的应用于其他领域，对于很多行业的发展需求，都能够进行有效的满足。此外，通过机械工程设计自动化能够设计和生产出更小的产品，因而具有微型化的特点。（二）机械工程设计自动化的优势在机械工程设计当中，自动化技术的应用，能够发挥出很多方面的优势，例如自动化的信息和控制，能够避免很多人工操作中出现的差错，从而更好的确保产品质量，对于机械行业的发展十分有利。在过去的机械工程设计当中，资源、能源、时间的浪费情况都较为严重，而在机械工程设计自动化当中，能够有效的节省人力、物力、财力，从而使我国机械工程设计的发展结构得到优化和改善。在机械工程设计当中，具有更加广泛的基数范围，对于设计水平的提升和相关领域的发展，都具有较大的推动作用，对于产品结构，也能够实现调整和优化。在机械工程设计自动化技术中，与计算机技术有着密切的联系，通过计算机对设计过程进行良好的控制，从而确保良好的设计效果。三、机械优化设计现状及发展趋势在现代化的科技进步中，机械产品的质量需要提高才能够跟上时代的步伐。在进行产品设计的时候，设计的时间也越来越短。设计的主要目的也尽可能的和设计人员的要求相适应。这种计算的方式都是较为复杂的，但是计算的效果却非常准确。在这种形式下，设计人员就开始运用较为新颖的方式完成最终的设计模式。机械优化设计是较为现代化创新的一种发展方式，在现在的设计中使用最为广泛，同时的得到了很多人的喜欢和研究。机械优化设计，目前在国内应用情况还难作出估计。但不少工程实例表明机械优化设计在现代产品设计中的经济效果还是很显著的。例如，对某大型一级减速器，优化设计结果使其重量减轻12%。对某行星减速器，优化设计结果使体积缩小13%。对20台桥式起重机箱形主梁，优化结果使其重量减轻14%等等。另外，化设计后，其动力性能、运动精度得到了显著的改善。息前，对各种机构进行优机械优化设计已开始由对零部件和机构的设计转向整机或系统设计。总之，近十儿年来的机械优化设计发展，给机械工程带来了很大的效益，对进一步提高机械产品质量、降低一成本缩短生产周期等方面产生了深刻的影响。但要看到，目前大多数机诫优化设计所采用的优化算法与实际工程设计的要求还不相适应，乃是当今优化设计面临的新的挑战。（一）机械优化设计数学模型面临的挑战将一个较为繁琐的工程实现合理的简化，能够进一步得到相对应的数学模型。在进行工程设计的时候，通常都是先将模型转化为数学模型然后实现研究。而怎样准确的运用数学模型非常重要，简单来说，运用最接近的数学模型能够得到便于处理的方式。但是非常简答的时候，又不能够准确的反应模型的重要性。所以，这两种形式需要折中存在。设计人员在设计的时候，通常需要做的就是能够进行矛盾的解决。首先，在人们进行问题研究时候，将设计看作一种定律的形式。在现在使用最为广泛的就是优化的方式。通过优化能够使得问题简单化，但是所有的问题都存在一种不够确定的形式。也就是随机的，而随机就会使得数学模型不够规范。因此，在进行数学明星建立的时候，要通过概率的形式进行建立，这种形式能够较为概括的展示在工程中容易出现的问题。通常在进行概率模型求解的时候，多是运用蒙特卡罗和马尔柯夫模型进行研究。然而在现在运用混合的离散变量模式进行优化的也有很多。一些研究人员开始运用概率的形式进行分布的研究，从而能够将概率模型变成参数的期望值模型。在现在，模型的优化正在面向更为准确的方向发展，但是具体的方式还是有待研究。此外，不确定型模型还有可靠性模型与模糊性模型。目前，这两种模型的处理都只限于强度设计时的约束函数处理。在过去所研究的强度优化设计中，通常，都是按照常规设计规划所给出的合适安全系数来进行处理的。这种狭义的优化设计，造成了设计方法先进和建立数学模型落后的十分不协调现象，使得优化出来的结果有时意义不大。而可靠型和模糊型模型则是从工程实际出发，并考虑到参数、材料性质和载荷等的随机性和模糊性，按照概率强度和其隶属函数的性质来建立的模型。因而，它更能符合实际工程设计的要求。但是，由于我国目前有关零、部件的数据库极少，因此，往往所作的可靠型和模糊优化设计，带有很大的人为影响因素，影响设计效果。可以确信，随着我国数据库的发展完善，传统型数学模型必将被匕述更合乎于工程实际的数学模型所淘汰。这是发展的必然趋势。另外，机械动态系的数学模型以及其灵敏度的分析也是当前需要解决的课题。（二）优化方法所面临的挑战在进行约束参数或非线性规划问题的研究时，通常是采取应用数学和计算数学数值的研究。在现在，这些方面的研究已经存在了很多较为合理的算法，在后期的发展前景较为广阔。但是问题的并没有得到更好的解决，实际上，复杂的方式必须要求较为繁琐的组合方式求解。通过在现在国内外的研究，能够得到优化的方法，在下面的几种形式：1.关于混合离散变量的算法如何实现多变量只能从有限的表格中的取值的研究，是现在解决问题的关键。在现在的工程中，不管是什么形式的产品的参数，参数值都存在很多间隔。除此之外，设计参数的间隔化，使在解决约柬非线性离散变量问题时的最优性条件也与常规的优化方法完全不同。2.关于多目标优化设计在现在的实际工程项目的研究中，进行单项指标的确定和研究是非常少的。从另一个角度来看，更多的情形是设计变量在满足两项或多项指标函数，才能更好地表达所期求的设计。然而，这些目标函数可能是相互补充或相互矛盾的。如何权衡多项设计指标，过去有不少文章和一些专著讨论这个问题。利用博奕论和排序论等解决多目标问题已取得一些很有希望的进展。3.关于大型优化设计问题运用什么形式的研究能够更好的进行较为繁琐的问题的研究？怎样才可以使得非线性约束的规划问题得到解决，是现在研究的重点。在以前的研究当中，通常会将问题进行简化，从而处理起来更为方便。但是从整体的效果来看，这种方式出现的问题也有很多，会使得整体的价值有所降低。所以，在这些年的研究当中，都是运用稀疏性或利用分治策略的方法来进行研究。4.关于全域最优化的方法在现在，很多算法本身并不是可以得到期望的非凸问题的全域最优解。在进行很多维度的问题研究的时候，就很难来解决。维尔德教授曾经认为，在后期的发展形式中，人们对于这种优化方式的研究能力会有所提高，进而使得全域最优化方法得以实现，进而解决问题。在这基础之上，进行专门的软件形式的研究，能够通过软件的性能更好的加强研究的能力。简单来讲。虽然在现在的优化理论等问题上，我们还欠缺很多，但是设计的未来还是较为明朗的。结语对于一个国家的综合实力