机械优化设计方法基本理

摘 要：在机械应用的实践中,机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法.本文重点在于介绍机械优化设计理论基础的同时,对其特点、评价方式进行了总结,并分析了优化方法的最新研究进展.

关 键 词：机械；优化设计；方法特点

中图分类号：F407.4文献标识码：A文章编号：1001-828X（2013）09-0-01

一、机械优化概述

机械优化设计是为了适应于不断发展的生产现代化而发展起来的.它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过有效的实验数据和科学的评价体系来寻求最适宜的设计方案,以求尽善尽美的解决问题.使企业利益最大化.

1.设计变量

设计变量是指可以影响设计过程的一些参数,一旦这些设计参数全部确定了,设计方案也就完全确定了.他们在整个设计过程中相当于一个个变量,变量的多少与数值大小直接影响着优化工作的复杂程度.也就是说,设计变量数目越多,所操控的界面就越大,相应的优化工作也就越复杂.因此,在选择变量时我们要将能考虑到的方面都考虑进去,在保证优化效果的前提下,提出最合适的方案.

2.约束条件

约束条件值得是一些必须遵守的限制性条件,而优化设计问题大多数是约束的优化问题.针对优化设计数学模型要素的不同情况,可将优化设计方法进行分类.约束条件按其形式分类可以分为显约束条件和隐约束条件两种,线性约束条件是直接限制的条件,隐形约束条件则是间接限制条件.这些约束条件对设计变量的变动要求严格,起着降低设计变量自由度的作用,使其在一定范围内起到重要作用,各司其职.优化设计的过程我们可以将它看成是变量在一定的限制条件下找寻最适合的变量值的过程,使得目标函数达到最优值.

3.目标函数

在优化设计过程中,每一个变量之间都存在着一定的相互关系,而这些关系我们通常用目标函数来反映.这些目标函数可以直接的进行分析评定,得出优劣性.在整个优化设计中,也可以根据变量的多寡将优化设计分为单目标优化设计和多目标优化设计,所谓但目标设计就是针对目标单一的设计方案,而多目标设计就必须各方兼顾,而我们最常见的就是多目标函数优化.一般来说,目标函数越多考虑的方面就越多,设计的效果也就越好,但这样就为优化过程带来了不小的难度.而在面临实际问题是有必须考虑到可行性的问题,所以经常会出现多个目标函数之间存在相互矛盾的情况,为设计者的优化工作带来困难.对这类多目标函数的优化问题的研究,至今尚处在不成熟阶段.

二、机械优化设计的特点

在优化设计过程中,每一种优化方法都是针对于某一种或是一类问题而产生,都有自己无可替代的优越性,而针对于不同领域的设计我们有需要不同的方法来支持.优化设计是以数学建模为基础展开设计的.设计变量、目标函数、约束条件等概念的产生也是为了建立数学模型提供理论依托.设计师可以建立一定的数学模型来模拟机械运行过程,从中找到最科学的运行状态.将机械设计的问题转化为具体的数学问题,然后应用理论推理和验算来找到最优解决途径.

优化设计突破了传统的设计模式,开创了以“数学建模”为工具寻找最佳方案的解决途径.

将传统的被动的模式转换为现代主动模式,将传统的只是分析性能转变为现代的应用参数来掌控机械运营变动.从整体的大局出发找寻最优方案.优化设计的一般过程与传统设计方法有所不同.它是以计算机自动设计选优为其基本特征的.借助于计算机的高速高效率,我们可以可以从大量的方案中选出最优方案.作为一项设计不仅要求方案可行、合理,而且应该是一些指标达到最优的理想方案,这样才能使机械产品为企业带来可观效益.

三、优化设计方法的评判指标

优化方法分门别类,怎样选择就成了我们考虑的重点问题.在选择时我们要充分的考虑到各个问题的特点.因为同一个问题可能有多种不同的解决方案,而每一种方法也有可能会在不同的情况中造成不同的结果,而我们需要的是可以更加体现生产目标的最优方案.所以我们在选择方案时一定要考虑一下四个原则：1.高效率.2.高可靠性.3.成熟的计算程序应用.4.具有良好的稳定性.另外选择适当的优化方法时要进行深入的分析,对于优化模型的设计变量,约束条件及目标函数充分的考虑每一个部分的要点,根据复杂性、准确性、可靠性等条件结合个人的经验进行选择.

优化设计的选择取决于机械设备实际情况的特点,一般来说,对于目标函数和约束函数都为显函数且设计变量个数不多的模型,采用惩罚函数法较好；对于目标函数和约束函数都为隐性约束,并且含有多种复杂参量的模型最适应采用梯度投影法；对于求导非常困难的问题应选用直接解法；对于高度非线性的函数,则应选用可以确定其稳定性的方法.不同的模型选用不同的方法,选择是一定要充分考虑各种情况.

四、结论

机械优化设计是在传统机械设计理论的基础上结合了现代设计方法而产生的一种新型的研究方向,它可以优化机械产品的质量和性能.近几年来,随着数学规划理论的不断完善和计算性能的不断研发,机械优化设计方法和手段也在不断的突破,优化思路不断的开阔.总之,每一种优化方法都是针对于某一种或是一类问题而产生,都有自己无可替代的优越性,而针对于不同领域的设计我们有需要不同的方法来支持.在对机械产品的性能、尺寸和适用范围进行分析后,我们就要选取适当的设计变量,建立合理的目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法,其方法多样依据不同情形选择合理的优化方法才能更简便高效的达到目标.当今的优化正逐步的发展到多元优化设计,充分利用了先进计算机技术和科学的最新成果来怎么写作于机械领域.所以机械优化设计的研究必须与工程实践、数学、力学理论、计算机紧密联系起来,才能具有更广阔的发展前景.