2011年第22期科技胃向?qū)?科技論壇<>機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)吳佳(浙江萬(wàn)馬集團(tuán)電子有限公司浙江臨安311306)[摘要]機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是剛發(fā)展起來(lái)的一門新的學(xué)科，從60年代開始,由于最優(yōu)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用,為工程設(shè)計(jì)提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法。用這種新的設(shè)計(jì)方法,人們就可以從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找出最佳設(shè)計(jì)方案，從而大大提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。本文闡述機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的、基本理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)及機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用。[關(guān)鍵詞]機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì);產(chǎn)品開發(fā)1.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的代替經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì).用精確設(shè)計(jì)代替近似設(shè)計(jì)用優(yōu)化設(shè)計(jì)代替-般設(shè)計(jì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是以最低的成本獲得最好的效益,這也是設(shè)將 成為設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。計(jì)工作者一直追求的日標(biāo)。從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看,機(jī)械優(yōu)化問題,就是求解4.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用極大值或極小值問題,亦極值問題。一般機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)多局限于簡(jiǎn)單零部件或結(jié)構(gòu)，只涉及到2.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論一種功能或?qū)W科,優(yōu)化過程也分別單獨(dú)應(yīng)用于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),優(yōu)化設(shè)計(jì)是一-門新興學(xué)科,它建 立在數(shù)學(xué)規(guī)劃理論和計(jì)算機(jī)程序制裂 「兩者的關(guān)系。而對(duì)于大型復(fù)雜機(jī)械，整體優(yōu)化發(fā)揮的作用顯然設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,通過計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算能從眾多的設(shè)計(jì)方案中找到盡可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 局部改進(jìn)。在計(jì)算手段日臻完善的今天,要水把優(yōu)化范圍擴(kuò)能完善的或最適宜的設(shè)計(jì)方案，使期望的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，它可以成展為包含 功能、原理方案和總體參數(shù)結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)形狀功地解決解析其它方法難以解決的復(fù)雜問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)提的全設(shè)計(jì)過程 真正達(dá)到優(yōu)化的全局指導(dǎo)作用。但復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量供了一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，因而采用這種設(shè)計(jì)方法能大大提高設(shè)多 、計(jì)算復(fù)雜耗時(shí)過長(zhǎng),且通常為多目標(biāo)多學(xué)科問題,用單-算法解計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。決整個(gè)優(yōu)化問題不可行,由此產(chǎn)生r整體優(yōu)化的數(shù)學(xué)通近和分解協(xié)調(diào)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)包括建立優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的數(shù)學(xué)模型和選擇恰當(dāng)?shù)膬?yōu)化策略。 響應(yīng)面和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都屬于通過數(shù)學(xué)通近來(lái)模擬實(shí)際優(yōu)化模優(yōu)化方法與程序兩方面的內(nèi)容。由于優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用數(shù)學(xué)方法尋求型的方法, 可以減少計(jì)算量、縮短計(jì)算時(shí)間,但存在逼近不準(zhǔn)確等向機(jī)械設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案,所以首先要根據(jù)實(shí)際的機(jī)械設(shè)計(jì)問題建立相應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)機(jī)械構(gòu)件眾多,高度耦合,所以在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中劃分子結(jié)的數(shù)學(xué)模型,即由數(shù)學(xué)形式來(lái)描述實(shí)際設(shè)計(jì)問題。在建立數(shù)學(xué)模型時(shí),構(gòu)的網(wǎng)狀分解方法應(yīng)用閑難,常見的為層狀分解,例如桁架的節(jié)點(diǎn)層、需要運(yùn)用專業(yè)知識(shí)確定設(shè)計(jì)的限制條件和所追求的目標(biāo),確立各設(shè)計(jì)變量之間的相互關(guān)系等。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)向題的數(shù)學(xué)模型可以是解析面 積層優(yōu)化,網(wǎng)狀分解逋常用于解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的多學(xué)科問題，例如式、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式。雖然他們給出的形式不同，但都是反映設(shè)計(jì)多學(xué)科的協(xié)同優(yōu)化。 但在面對(duì)不同的整體優(yōu)化問題時(shí)，卻沒有一 -種普變量之間的數(shù)量關(guān)系。適的方法指導(dǎo)分解,不當(dāng)?shù)姆纸鈪f(xié)調(diào)反而使優(yōu)化問題更復(fù)雜。數(shù)學(xué)模型- -且建立,機(jī)槭優(yōu)化設(shè)計(jì)向題就變成-個(gè)數(shù)學(xué)求解問所以在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本方法的基礎(chǔ)上,應(yīng)建立結(jié)構(gòu)的分層優(yōu)化題,就是在給定的載荷或環(huán)境條件下,在機(jī)械產(chǎn)品的形態(tài)幾何尺寸關(guān)模型,將優(yōu)化向題分為整體層和局部層,綜合利用理論分析模型及有系或其它因素的限制范圍內(nèi),以機(jī)械系統(tǒng)的功能、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性等為限元分析模型, 并通過層間協(xié)調(diào)使總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái),使優(yōu)化對(duì)象,選取設(shè)計(jì)變量，建立日標(biāo)函數(shù)和約束條件,并使目標(biāo)函數(shù)獲二者互相影響， 而不是獨(dú)立的優(yōu)化過程,真正達(dá)到整體優(yōu)化設(shè)計(jì)的目得最優(yōu)值一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。的。3.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)5.總結(jié)產(chǎn)品生產(chǎn)是企業(yè)的中心任務(wù),而產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力影響著企業(yè)的生存機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)代化要求發(fā)展起來(lái)的,是一門嶄新的與發(fā)展。產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力主要在于它的性能和質(zhì)量,也取決于經(jīng)濟(jì)性,而學(xué)科, 它是在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上提出的一種更科學(xué)的設(shè)計(jì)方這些因素都與設(shè)計(jì)密切相關(guān),可以說產(chǎn)品的水平主要取決于設(shè)計(jì)水法。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展,利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)T.件進(jìn)平。隨著生產(chǎn)的日益增長(zhǎng)，要求機(jī)器向著高速高效低消耗方向發(fā)展，行仿真數(shù)值模擬 為優(yōu)化工藝參數(shù)提供了極為有力的工具。把產(chǎn)品質(zhì)并且由于商品的競(jìng)爭(zhēng)，要求不斷縮短設(shè)計(jì)周期,因而對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已不量從傳統(tǒng)的被動(dòng)控制(生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程控制) ,轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)方案上的是僅考慮產(chǎn)品本身、還要考慮對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境的影響:不僅要考慮技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì), 它可使機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到更高的要求。因此,在加強(qiáng)領(lǐng)域,還要考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益;不僅考慮當(dāng)前,還要考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理 論研究的同時(shí),還要進(jìn)- -步 加強(qiáng)最優(yōu)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的這種情況下所謂的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法已越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展需要了。研究, 以便在近代數(shù)學(xué)力學(xué)和物理學(xué)的新成就基礎(chǔ)上,使其更能反映科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)不斷深人，設(shè)計(jì)工作所需客觀實(shí)際。 同時(shí)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究還必須與工程實(shí)踐數(shù)學(xué)力學(xué)理的理論基礎(chǔ)和手段有r很大進(jìn)步,使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)發(fā)生了很大的變化,特論 、計(jì)算技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展等緊密聯(lián)系起來(lái),才能具有更廣闊別是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用，對(duì)設(shè)計(jì)工作產(chǎn)生了革命性的變化,為設(shè)的發(fā)展前最。 ( ”計(jì)工作提供了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)自動(dòng)化和精密計(jì)算的條件。因此用理論設(shè)計(jì)(上接第73頁(yè))(5)相關(guān)的單位部門資料工程部T.程師項(xiàng)目經(jīng)理施工員、材料員共8人參加確定價(jià)值工程活我們大致掌握了建設(shè)單位對(duì)本工程的基本要求,本工程的設(shè)計(jì)情動(dòng)對(duì)象的懇談會(huì)， 會(huì)上各人暢所欲言、各抒己見,最后確定將原設(shè)計(jì)中況,工程的各部門大致造價(jià),工程相關(guān)材料性能、價(jià)格及本公司對(duì)建造的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層混凝 土工程作為價(jià)值工程活動(dòng)對(duì)象。功能系統(tǒng)分析為了本工程的預(yù)期質(zhì)量利潤(rùn)等指標(biāo)及技術(shù)支援等情報(bào)，為價(jià)值工程的進(jìn)能夠明確對(duì)象 |中國(guó)煤化工十創(chuàng)條件。(一步開展應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3.2.2 確定價(jià)值工程活動(dòng)對(duì)象*CCHCNMHG為「降低工程造價(jià)節(jié)約施T成本提高本企業(yè)的施T技術(shù)水平。[1]王愛林.價(jià)值工程及其在建筑工程中的應(yīng)用門，安徽建筑 20.0.鑒于本企業(yè)施T經(jīng)歷豐富、技術(shù)力量強(qiáng)的特點(diǎn),我們采用經(jīng)驗(yàn)分析法[2]秦愛國(guó),白勝瑜.工程造價(jià)管理研究[J.經(jīng)濟(jì)論壇199.022).確定本工程施工中應(yīng)用價(jià)值工程的活動(dòng)對(duì)象。我們邀請(qǐng)本公司的公司方方數(shù)據(jù)