機械產品設計的結構優化技術應用策略研究

黃世暢

摘 要：近年來隨著科學技術不斷發展和進步，我國各個產業都已經邁向自動化以及信息化的發展趨勢，在越來越激烈的市場競爭中，要不斷實現產品的創新發展和逐漸優化產品設計，以滿足社會進步的發展和要求。機械產品在我國產業發展中占有基礎地位，質量問題和技術發展是主要關注的地方。目前我國傳統的設計技術方式已經滿足不了當前高質量高標準的需求，要能夠確保機械產品的質量，充分進行機械產品設計的結構部優化，完善機械產品的設計水平的提升。由此可見，要注重探討最優設計方法，優化技術，設計出滿足市場需求的產品，通過優化產品的技術功能和外形，以提升產品質量，實現產品的創新發展，促進機械產品的優化發展。

關鍵詞：機械產品設計；結構優化技術；應用策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.018

0 引言

機械產品設計的結構優化技術是指在系統優化背景下，采用綜合運用設計的方式，以此來實現機械產品的需求和質量，達到最優設計方案和標準。目前傳統機械產品設計主要采用機械產品加工工人和其他類型的產品設計為主要的模板，運用長時間的設計經驗和觀察最后來確定整體的設計方案，在產品加工后期要盡心檢測來確定是否符合整體的質量要求和標準。這一設計過程不僅僅需要大量的時間，同時還會給機械產品的設計埋下安全隱患，給機械產品加工過程帶來問題和困難。結構優化技術是通過進行拓撲優化技術以及尺寸優化技術，利用科學合理的設計方式，確定整體機械產品設計的最優方案。這樣做不僅僅能夠保證機械產品設計的效率，同時也能夠確保機械加工的精確度，確保效率和質量同時進行，提升機械產品設計加工的水平，利用結構優化技術，實現機械產品的創新發展，滿足時代進步的需求，促進企業能夠在激烈的市場競爭中占有優勢。

1 結構優化設計的方法和層次

結構優化設計可以分成不同的層次和種類，按照優化目的的不同可以分為：尺寸優化技術、形狀優化技術、拓撲優化技術。

（1）尺寸方面的優化技術。在尺寸方面的優化技術主要是指通過保證機械產品的形狀和拓撲關系不受到改變，通過計算機技術應用，在優化設計過程中使用計算機技術來尋找適合的尺寸變量，并且通過運行過程實現重組，以此來找到最佳的優化設計方案。

（2）形狀方面的優化技術。機械產品在設計過程中不僅僅要保證尺寸達到標準，還要確保外觀形狀能夠滿足施工工程的要求。由此可見，形狀方面的設計要保證機械產品的尺寸以及拓撲關系不變，在進行設計過程中保證形狀變量，通過設計不同的結構，在最后保證形狀能夠符合工程要求，實現使用功能。

（3）拓撲方面的優化技術。拓撲優化技術主要是通過連續結構和離散結構進行優化，連續結構拓撲技術中要主要注意優化孔洞的數量，還包含形狀方面以及分布現象，同時也要注重對結構邊界進行優化，通過離散結構拓撲技術來保證相關數據的關鍵，確保每一個關鍵點能夠實現優化的連接方式。

2 結構優化技術的設計方式

（1）要確定目標函數。目標函數是進行機械產品結構優化設計的基本參數，要通過確立目標函數，明確機械產品在技術標準方面進行有效的設定和研究，對工程中提出的具體要求也能夠進行設置和整理，并且通過設定目標函數，盡量減少變形所帶來的壓力和程度。

（2）進行函數變量的設計。在結構優化中確立的函數，下一步要對函數中相關的結構設計參數進行研究和確定，機械產品的參數設定主要有結構組成中的幾何參數以及物理參數，比如在設計中設定零件的長度、寬度、厚度等，這些參數都會影響機械產品和質量和效率。如果在參數設計中存在相關不合理數據，會直接對機械產品的質量產生影響，同時也會影響到企業的發展和經濟效益的提升。

（3）約束條件的規定。在完成函數變量設計之后，要在機械產品設計中增加一些要求，在設計過程中加入一些約束條件，之后才能夠進行加工和制造。約束條件主要是指在計算中要確定函數變量能夠處在相對的約束范圍內，比如能夠設定一些極值的設定和管理。

（4）選擇最佳優化設計方式。選擇最佳優化設計方案是機械產品優化設計的最后過程也是關鍵點。面對各種各樣，各具特點的設計優化方案，要慎重的進行選擇和評價。這就要確定對機械產品工程進行具體分析，結合實際問題和現象進行合理的選擇和研究，最后來選擇一個適合的機械產品的設計方式，在進行加工制造之前，要讓專業技術人員對方案從全方位的監督進行分析和評價，以此來提高機械產品設計的質量和水平。

3 機械產品設計的結構部優化技術應用策略探討

3.1 提高整體技術人員的綜合素質能力

機械產品要能夠實現設計優化，首先要保證技術人員具有專業的工程知識，同時還要具有數學建模能力，工程設計人員在設計方面要符合規范，要注重理解功能的體現，運用規范的數學語言來表達存在的問題和設計內容，確定適合的解決問題的模型。設計人員在掌握建模能力的基礎上，還要具有解決建模中存在的參數問題，利用不同的參數變量，在求解過程中要確定得到準確的答案。

3.2 在結構優化設計中要運用各個學科的綜合能力

機械產品的優化設計具有復雜性，在設計工程中會包含各個學科的專業知識，比如說數學算法、數據分析方式和計算機技術等。要保證在進行設計過程中注意從各個角度進行分析和運用，以此來考慮方案的可行性。首先要從工程整體角度出發，把整個設計系統氛圍不同的設計板塊和內容，通過相對應的知識來進行目標函數的設定，優化函數變量，設計好每一個板塊，要注重掌握每一個板塊的聯系，進行整體的組合，保證優化設計方案的完整特點。

3.3 要注重實現結構優化設計的創新發展

要從市場需求的角度出發，要注重創新發展，通過變革傳統設計方案，實現機械產品設計的創新發展。在新時期，創新能力是企業發展的源泉，要保證企業在市場中能夠占據優勢地位，擁有市場優勢。在改革創新過程中，要摒棄傳統理念，創新設計方案和思維，跟上時代發展的步伐，滿足市場需求。

4 總結

機械產品是我國各行各業發展的重要基礎保障，并且具有重要的影響。目前機械行業中的產品質量和設計是社會關注的重點內容，要減少質量不過關和使用能力差的現象，通過結構優化技術提高機械產品的質量和效率，為機械行業的發展提供創新發展能力。

參考文獻：

[1]曾文忠.機械產品設計的結構優化技術應用策略探究[J].湖南農機，2014（09）：44-45.