探究機械結構優化設計的回顧與展望

黃 廈門市信達光電科技股份有限公司

引言：機械設計優化就是指機械結構在設計過程中，通過機械結構的上限和下限進行分析，推導出各項設計方案，然后在所有設計方案中選擇最優設計。最優設計就是指在設計的限制條件中，既能符合結構基礎功能要求，又能滿足質量要求，還是最經濟，最節省，最方便的方法。目前機械優化設計已經逐步發展，所以對機械結構優化設計進行回顧與展望。

1 機械結構優化設計的回顧

在70年代前，就出現了有關優化設計的研究項目。但是由于當時技術與知識不夠完善，不夠充足，優化設計，只能停留在非常淺層的設計方面，不能通過計算來選取精細的最優方案，只能做出粗略的，能少量提高機械效率的機械結構設計。在70年代，由于各項有關優化的書籍大量出現，幾何學，線性規劃，幾何規劃等相關理論大量完善。

我國在機械結構設計發展的過程中，通過吸收國外的先進經驗，為我國機械結構優化設計，做出了極大的貢獻。在我國發展建設初期時，對于機械結構設計并不重視。由于國家的原因，我國機械結構優化設計在80年代后才正式發展起來。盡管如此，在計算機設備落后，研究條件欠缺的情況下，我國科研學者依舊在為機械結構優化設計而不斷努力。我國國家大力支持機械優化設計研究，高校都開設有關機械結構設計優化的專門課程與專業，甚至鼓勵機械設計優化方面研究生對機械設計優化進行深入學習，大力研究。在八七年召開全國科學大會，吸引個國家重各大科研學者，進行討論探究，鼓舞科研學者對于機械結構設計的熱情。

2 物理學和數學的應用方式

在機械優化設計的最開始，是主要通過數學這一課程來實現的。通過構建數學模型，以結構的尺寸和重量為變量，將設計的需求作為定量，通過數學公式推導結果，尋找在數值上的最優設計。機械結構的設計人員將物理學引入到機械結構設計優化中。通過物理學中力學的概念，將滿足條件的數值作為答案，反向推導滿足這個數值的答案。

由于隨著機械結構設計優化的不斷更新，數學的運算量越來越龐大。即使運用到數學的微積分定積分等，仍然難以計算。數字的運算量，數據的精確值，都已經超過了人為可控的計算范圍，通過大量計算，仍然可能得到錯誤的計算答案。所以數學運算在優化設計中到達了瓶頸期。于是引入了物理學。通過物理學計算方法，可以用少量的計算來得到最優解的答案。但是這種方式卻需要通過不同的基礎和不同的準則來進行，相對于機械結構設計人員來說也是十分龐大的工作量。無法設定通用值對機械結構設計進行計算。所以在80年代后機械結構設計人員將物理學和數學融合在一起，共同作為最優設計的設計方式。

3 探究機械結構優化設計的展望

機械優化設計是在隨著時代不斷發展，不斷改進的。利用目前先進的計算機手段，通過使用高性能計算機，進行模擬設計，用計算機的運算速度運算出實際所需最優方案。通過研究新型高性能材料，新型工藝流程，減少機械優化設計的束縛與條件，增加機械優化設計的上限。采用最優機械設計結構的機械設備，在實際工程操作中，不僅能提高機械結構的使用壽命，更能提高生產出的產品質量，還能為制造工廠帶來高額的經濟效益。所以機械優化設計是基礎工程所關聯的重要部分。由此可見，繼續優化設計是目前所必須推廣發展的項目之一。

目前我國已十分關注機械優化設計，大量科研人員通過國家所資助的科研基金研究機械優化設計，其中包括大量新設計新方法。對于我國來說，這是緊跟世界步伐，踏足在世界前列的表現。目前對于性能優化，分解與拆裝優化，維修與維護優化，全自動優化等都有了相應的科研項目與科研成果。在80年代，大部分國內大學已經開設有關于優化設計的課程，在這個時候計算機的功能也逐漸完善，也出現了大量有關于機械設計的軟件，利用當時的計算機技術，優化設計又向前邁進了一大步。設立專款基金，提高科研學者的研究條件。通過幾年時間，在我國學者的不斷努力下，我國機械結構設計優化已經有了極其強大的實力。我國現有的有關專業人才，也在不斷努力，通過現在高端技術，推動我國機械設計優化發展。通過對于這些措施進行研究，將科研成果應用于各項機械結構優化設計，對于機械結構優化設計來說，是有著重要而深遠的影響的，是提高我國機械優化設計能力的重要有力保障。

4 結束語

社會在不斷進步，科研水平在不斷提高，科技在不斷發展，機械結構優化設計也不是一成不變的。應該緊跟時代，緊扣時代主題，以科技為基礎，以落實為經濟服務為理念，將機械結構設計不斷更新，不斷優化，確保機械結構設計優化能夠真正將機械結構優化到最好的狀態。