淺談機械工程的優化設計

崔會山

摘要：隨著科學技術的發展，我國的機械制造工業取得了很大的進步，機械工程項目開展的也越來越多，在我國經濟中的地位也更加重要。在機械工程設計中，需要對機械進行可靠性的優化設計，進而提高機械工程的質量和性能，實現資源的優化利用。

關鍵詞：機械工程；優化；設計

1 優化設計在機械工程中的應用

機械工程的優化設計在產品的生產與使用周期的各環節都起著重要作用。這些環節主要有產品的設計、制造、使用及售后維修等。以下就機械工程產品的設計、制造及使用三個環節展開討論優化設計問題。

（1）機械工程產品設計環節的優化設計。機械工程產品的設計主要包括裝配整體設計與零件組裝設計。對機械產品進行優化設計時，可以將其當作一個整體，設計的方法主要有兩種，第一種方法為：先大致了解機械的完整系統，并分析組成整體的零部件具有多大程度的可靠性，據此推斷出整體具有多大程度的可靠性；這種方法即為預測整體設計可靠性的手段，預測的結果必須與設計指標相符合。第二種方法為：將整體機械工程優化設計所要求的指標分配到其零部件的設計上，要求零部件必須滿足各自的可靠性指標要求；常用的可靠性的分配方法有：再分配、等分配、比例分配及綜合評分的分配方法。設計單個零件時，盡量采用符合國家規定且已經在生產中大量投入使用的常規零件，并用不同設計方法對重要程度不相同的零件進行優化設計，設計關鍵部件之前，要先行可靠性的試驗。除此之外，要反復驗證及修改機械工程產品設計的可靠性，直到其能夠滿足于優化設計所要求的標準為止。設計機械工程的人機系統也很重要，這方面的設計包括適應性及操作的舒適性設計。

（2）機械工程產品制造中的優化設計。要保證一個產品的質量，在制造環節的質量控制是最關鍵的部分，因此，機械產品在制造的過程中進行優化設計是非常重要的。加工的設備可靠性要得到保證，在選擇加工工藝與工藝流程時，要注意其技術水平，保證制造水平盡量達到最優化。產品制造工藝流程是一個完整的系統，其中的各個方案與工序是工藝流程系統中的子系統，對每個子系統進行優化設計時，都要綜合考慮各方面的因素，如工藝裝備、加工設備、加工材料與工作人員素質等；只有這樣才能為各個子系統設計出可靠性與合理的指標；最后，整合分析各個子系統的指標，并通過合理的方法將總系統的可靠性及優化指標整理出來。

（3） 機械工程產品的使用與維修的優化設計。對機械產品進行維修，能有效延長其使用壽命；良好的售后服務水平是一個公司獲得發展的必備條件。因此，生產機械設備的廠家要認真對待售后服務與維修的問題，運用先進的邏輯分析法，制定出科學的維修內容與維修方式，對機械產品的合理使用壽命作出規劃。機械工程產品具有可維修性及可靠性，兩者在很大程度上是相似的，可維修性是可靠性的具體指標之一。對機械工程產品進行設計時就應當首先考慮到可靠性指標，以便能使設計出的機械產品在發生故障的情況下，易于檢查與維修。進行機械產品維修的優化設計時，要充分考慮維修費用的問題，負責設計工作的人員在進行機械工程優化設計時，要以最少的費用獲得最高程度可靠性作為設計的原則，以便能夠盡量減少發現故障的時間。因此，以優化設計理論作為維修設計的基礎，是非常合理的，也是非常重要的；制定經濟合理的維修設計在現代化與科學化的進程中意義重大。使用符合標準的維修設備進行維修，提高維修工作人員的技能水平，使機械產品的維修工作能夠朝現代化與科學化的方向發展。

2 機械工程的可靠性優化設計

針對目前我國存在的一些機械可靠性設計問題，需要采取相應的策略來做好機械工程的可靠性優化設計工作。以下從機械設計的幾個環節入手來進行可靠性優化設計工作的探討。

（1）產品設計環節中的可靠性優化設計。在機械工程的設計環節中，機械產品的設計工作主要包括兩個部分，即對機械零件的設計以及對產品整體裝配的設計。機械產品整體設計是建立在零部件設計的基礎上進行的。總體來說，機械產品設計環節的可靠性優化設計主要分為兩種形式。具體表現如下：

從部分到整體。從部分到整體的設計方法是根據設計系統的要求，先對機械產品的各個零部件進行詳細的研究，通過分析來對產品的可靠性進行評估，進而從零部件的可靠性分析得出整個機械產品的可靠性設計程度，通過這種方法來實現整體產品的可靠性設計目標。

從整體到部分。通過對產品整體的可靠性把握，對產品的各個零部件進行可靠性分配，進而使產品的整體可靠性需求在零部件上得以實現。這種從整體到部分的機械工程設計方法，需要特別注重做好產品零部件的可靠性分配，主要的分配方式有以下幾種：比例分配法、等分配法、綜合分配法以及再分配法等。機械工程設計過程中，進行單個零部件的設計時，每一個零部件都需要嚴格的符合相關的設計規范，盡量選用已經投入使用而且確定沒有問題的零件來進行參照設計，針對不同零部件的特性以及生產目標，可以采用不同的設計方法，一些重要部位的零件，還需要特別注意進行可靠性試驗，進而滿足實際產品的可靠性需求。

（1）要保證一個產品的質量，在制造環節的質量控制是最關鍵的部分，因此，機械產品在制造的過程中進行可靠性優化設計是非常重要的。加工的設備可靠性要得到保證，在選擇加工工藝與工藝流程時，要注意其技術水平，保證制造水平盡量達到最優化。產品制造工藝流程是一個完整的系統，其中的各個方案與工序是工藝流程系統中的子系統，對每個子系統進行可靠性優化設計時，都要綜合考慮各方面的因素，如工藝裝備、加工設備、加工材料與工作人員素質等；只有這樣才能為各個子系統設計出可靠性與合理的指標；最后，整合分析各個子系統的指標，并通過合理的方法將總系統的可靠性及優化指標整理出來。

隨著我國經濟的發展，機械工程項目也朝著更加復雜更高難度的方向發雜很難，在這種背景下，做好機械工程的可靠性優化設計十分重要。機械工程的可靠性設計以及優化設計是一個有機結合的整體，二者不可偏廢。不能只考慮其中的一項而拋棄另一項。只有將兩者結合起來，同時做好各項設計工作，才能真正將機械工程設計做好，達到最好的設計效果，促進我國機械制造業的發展。

參考文獻：

[1]金雅娟.基于鞍點逼近的機械結構可靠性穩健優化設計[J].工程設計學報，2012（2）

[2]曾剛.基于遺傳算法的機械零部件可靠性優化設計[J].機械設計與制造，2012（10）

（作者身份證號：130123198709273977）