芻議機(jī)械設(shè)計(jì)中優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性和實(shí)現(xiàn)路徑

摘要：優(yōu)化設(shè)計(jì)是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)中的熱點(diǎn)，也是實(shí)踐過程中的難點(diǎn)。本文就以機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)為主要話題，論述了機(jī)械設(shè)計(jì)中優(yōu)化設(shè)計(jì)的作用和重要性，并簡要闡述了實(shí)現(xiàn)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法和路徑，希望可以為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法

機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展歷程，其實(shí)是社會(huì)生產(chǎn)力進(jìn)步的過程，也是設(shè)計(jì)者謀求設(shè)計(jì)最優(yōu)化的過程。在此過程中，各種機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)、技能和技藝會(huì)隨著科學(xué)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、理論的提升而提升，這其實(shí)是一種必然的邏輯關(guān)系。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)其實(shí)指的就是運(yùn)營數(shù)學(xué)模型方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)找到最佳設(shè)計(jì)方案和路徑的過程，也是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在新時(shí)期，對機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性和意義進(jìn)行探討，并剖析其實(shí)現(xiàn)的路徑和辦法，極為必要。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)中優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性

所謂的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其實(shí)不僅僅存在于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，而是存在于各種學(xué)科和應(yīng)用中。優(yōu)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是透過多種科學(xué)手段和研究步驟，篩選出多種解決問題的方案和措施，然后“優(yōu)中選優(yōu)”，找到最佳的路線和策略。之于機(jī)械設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能性作用是毋庸置疑的，具體可以從如下方面考量。

1.1優(yōu)化設(shè)計(jì)可以保證機(jī)械設(shè)計(jì)的工藝與質(zhì)量

在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)師不僅要考慮設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)時(shí)間和成本、功效等問題，更重要的是必須考慮設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工藝水準(zhǔn)和實(shí)用價(jià)值，也可以理解為設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量。要知道，機(jī)械產(chǎn)品往往用于工業(yè)生產(chǎn)及大型的工程項(xiàng)目，其質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系重大，絕對不能兒戲視之。簡言之，機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量是第一位，倘若失去了優(yōu)質(zhì)的保證，那么這樣的機(jī)械設(shè)計(jì)毫無價(jià)值。所以，找到更好的設(shè)計(jì)路徑和策略，維持設(shè)計(jì)的質(zhì)量和工藝，就成為了整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。這里，優(yōu)化設(shè)計(jì)雖然也不能從設(shè)計(jì)流程和細(xì)節(jié)上保證機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量高低，但是優(yōu)化設(shè)計(jì)最起碼可以提供多種設(shè)計(jì)方案和選擇，為設(shè)計(jì)師的路線選擇提供了豐富的內(nèi)容。在現(xiàn)實(shí)操作中，設(shè)計(jì)者往往利用數(shù)學(xué)函數(shù)及相關(guān)模型對各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評估，做出最佳的選擇。諸多設(shè)計(jì)方案中的最佳方案，往往具備這樣幾個(gè)特點(diǎn)。首先，該方案應(yīng)該是效率最快的，成本最省的；其次，該方案要具備現(xiàn)實(shí)的操作可能，要能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的規(guī)劃。

總之，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程其實(shí)是篩查最佳設(shè)計(jì)方案的過程，這個(gè)過程中的方案選擇是最符合機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)際需求的，也是最具質(zhì)量保證的。

1.2優(yōu)化設(shè)計(jì)可以最大限度的節(jié)約設(shè)計(jì)開支和成本

機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)繁瑣、浩大的工程，往往需要很久的時(shí)間才能完全，不存在所謂的捷徑和“小道”。所以，在維系長時(shí)間設(shè)計(jì)流程的同時(shí)，必須做好高額開支和成本支出的準(zhǔn)備。事實(shí)證明，機(jī)械設(shè)計(jì)的成本開支往往令主管單位“不堪重負(fù)”。誠然，隨著機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步以及管理流程的簡化，新時(shí)期的機(jī)械設(shè)計(jì)成本開支以及有所降低，但是仍然有壓縮的空間。要清楚的是，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法對機(jī)械設(shè)計(jì)的成本開支進(jìn)行削減，完全要基于保障設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提；倘若成本的控制要以犧牲質(zhì)量為代價(jià)，那么這樣的控制手法必須果斷舍棄。

在機(jī)械設(shè)計(jì)中采取優(yōu)化設(shè)計(jì)路線，能夠減輕前期和設(shè)計(jì)過程中的成本開支，為設(shè)計(jì)單位節(jié)省一筆不小的資金。之所以這樣說，是因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)的最佳方案往往是符合設(shè)計(jì)流程的，是可以發(fā)揮出現(xiàn)有材料、設(shè)備和人員最大能量的，所以不需要額外耗費(fèi)多余的人力、財(cái)力和物力。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠節(jié)約機(jī)械設(shè)計(jì)的開支成本是有科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)的。

1.3優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提高機(jī)械產(chǎn)品的科技附加值

機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是一種自然屬性但是具備商業(yè)價(jià)值的“商品”，這就必然要與市場發(fā)生關(guān)聯(lián)。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠增加機(jī)械產(chǎn)品的科技含量和技術(shù)附加值，大大提高產(chǎn)品的市場競爭力，這對機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)而言無疑是一大利好。例如，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展以及相互之間融合度越來越高，機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)化正在形成，即機(jī)械設(shè)計(jì)可以作為一個(gè)單獨(dú)的工程鏈條存在。如果我們把機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)普通商品看待，那么這種商品必須是價(jià)格最低、質(zhì)量最好、科技含量最高的，唯有此，該產(chǎn)品才能在市場中取得占有率，企業(yè)才能因此獲取利益最大化。所以，所有的機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)都在努力的追求“這樣的機(jī)械產(chǎn)品”，而這樣的產(chǎn)品往往需要透過優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。

所以，優(yōu)化設(shè)計(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技藝提升、附加值增大提供了全新的路徑，也為機(jī)械設(shè)計(jì)單位和企業(yè)的發(fā)展增添了新的利潤增長點(diǎn)。例如，隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料技術(shù)、液壓技術(shù)、加工制造工藝的不斷發(fā)展和成熟，機(jī)械設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)有一種或多種新技術(shù)的注入，最終的機(jī)械產(chǎn)品往往“飽含科技”，其技術(shù)附加值自然可以達(dá)到一個(gè)高位。類似這樣的高附加值機(jī)械產(chǎn)品，在市場中的價(jià)格是可以想見的，企業(yè)因此帶來的收益也是很高的。所以，如果把機(jī)械設(shè)計(jì)中優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一種生產(chǎn)選擇方式來衡量，那么優(yōu)化設(shè)計(jì)為產(chǎn)品的開發(fā)和流動(dòng)，為設(shè)計(jì)單位、企業(yè)的利益最大化帶來的貢獻(xiàn)是很難估量。由此可見，優(yōu)化設(shè)計(jì)對于當(dāng)今的機(jī)械設(shè)計(jì)是多么的重要。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)路徑

既然優(yōu)化設(shè)計(jì)可以為機(jī)械設(shè)計(jì)提供質(zhì)量和效益的保證，那么就必須引入科學(xué)有序的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使之產(chǎn)生明顯的效果。從當(dāng)前的情況看，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)可以從如下角度考量。

首先，機(jī)械設(shè)計(jì)的一維搜索優(yōu)化方法，這種方法也是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的最典型代表，以數(shù)學(xué)函數(shù)為理論基礎(chǔ)，透過搜索區(qū)間的確定，來保證優(yōu)化方案的有效性。一維搜索方法是一維問題的最基本方法，也是多維機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法。眾所周知，機(jī)械設(shè)計(jì)大都是多維的，很少有一維的情況，但是這恰恰說明了一維的重要性和基礎(chǔ)性功能。就好比數(shù)學(xué)中的從0到9的10個(gè)數(shù)字，它們構(gòu)筑了數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，成為數(shù)學(xué)的理論“細(xì)胞”。所以，一維搜索方法在機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用，往往直接影響優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的求解速度。其次，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)用到約束優(yōu)化方法和無約束優(yōu)化方法。在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用的是約束優(yōu)化的方法。

除此之外，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以通過線性規(guī)劃方法、多目標(biāo)及離散變量優(yōu)化方法來實(shí)現(xiàn)。總之，諸多優(yōu)化方法的存在和操作為機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了多元化的路徑，這是我們所樂見的。

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