探究機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的回顧與展望

黃 廈門市信達(dá)光電科技股份有限公司

引言：機(jī)械設(shè)計優(yōu)化就是指機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的上限和下限進(jìn)行分析，推導(dǎo)出各項設(shè)計方案，然后在所有設(shè)計方案中選擇最優(yōu)設(shè)計。最優(yōu)設(shè)計就是指在設(shè)計的限制條件中，既能符合結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)功能要求，又能滿足質(zhì)量要求，還是最經(jīng)濟(jì)，最節(jié)省，最方便的方法。目前機(jī)械優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)逐步發(fā)展，所以對機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行回顧與展望。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的回顧

在70年代前，就出現(xiàn)了有關(guān)優(yōu)化設(shè)計的研究項目。但是由于當(dāng)時技術(shù)與知識不夠完善，不夠充足，優(yōu)化設(shè)計，只能停留在非常淺層的設(shè)計方面，不能通過計算來選取精細(xì)的最優(yōu)方案，只能做出粗略的，能少量提高機(jī)械效率的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。在70年代，由于各項有關(guān)優(yōu)化的書籍大量出現(xiàn)，幾何學(xué)，線性規(guī)劃，幾何規(guī)劃等相關(guān)理論大量完善。

我國在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)展的過程中，通過吸收國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為我國機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，做出了極大的貢獻(xiàn)。在我國發(fā)展建設(shè)初期時，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計并不重視。由于國家的原因，我國機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在80年代后才正式發(fā)展起來。盡管如此，在計算機(jī)設(shè)備落后，研究條件欠缺的情況下，我國科研學(xué)者依舊在為機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計而不斷努力。我國國家大力支持機(jī)械優(yōu)化設(shè)計研究，高校都開設(shè)有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的專門課程與專業(yè)，甚至鼓勵機(jī)械設(shè)計優(yōu)化方面研究生對機(jī)械設(shè)計優(yōu)化進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，大力研究。在八七年召開全國科學(xué)大會，吸引個國家重各大科研學(xué)者，進(jìn)行討論探究，鼓舞科研學(xué)者對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的熱情。

2 物理學(xué)和數(shù)學(xué)的應(yīng)用方式

在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的最開始，是主要通過數(shù)學(xué)這一課程來實(shí)現(xiàn)的。通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，以結(jié)構(gòu)的尺寸和重量為變量，將設(shè)計的需求作為定量，通過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)結(jié)果，尋找在數(shù)值上的最優(yōu)設(shè)計。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員將物理學(xué)引入到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化中。通過物理學(xué)中力學(xué)的概念，將滿足條件的數(shù)值作為答案，反向推導(dǎo)滿足這個數(shù)值的答案。

由于隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的不斷更新，數(shù)學(xué)的運(yùn)算量越來越龐大。即使運(yùn)用到數(shù)學(xué)的微積分定積分等，仍然難以計算。數(shù)字的運(yùn)算量，數(shù)據(jù)的精確值，都已經(jīng)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(shù)學(xué)運(yùn)算在優(yōu)化設(shè)計中到達(dá)了瓶頸期。于是引入了物理學(xué)。通過物理學(xué)計算方法，可以用少量的計算來得到最優(yōu)解的答案。但是這種方式卻需要通過不同的基礎(chǔ)和不同的準(zhǔn)則來進(jìn)行，相對于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計人員來說也是十分龐大的工作量。無法設(shè)定通用值對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行計算。所以在80年代后機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計人員將物理學(xué)和數(shù)學(xué)融合在一起，共同作為最優(yōu)設(shè)計的設(shè)計方式。

3 探究機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的展望

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計是在隨著時代不斷發(fā)展，不斷改進(jìn)的。利用目前先進(jìn)的計算機(jī)手段，通過使用高性能計算機(jī)，進(jìn)行模擬設(shè)計，用計算機(jī)的運(yùn)算速度運(yùn)算出實(shí)際所需最優(yōu)方案。通過研究新型高性能材料，新型工藝流程，減少機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的束縛與條件，增加機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的上限。采用最優(yōu)機(jī)械設(shè)計結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備，在實(shí)際工程操作中，不僅能提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的使用壽命，更能提高生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量，還能為制造工廠帶來高額的經(jīng)濟(jì)效益。所以機(jī)械優(yōu)化設(shè)計是基礎(chǔ)工程所關(guān)聯(lián)的重要部分。由此可見，繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計是目前所必須推廣發(fā)展的項目之一。

目前我國已十分關(guān)注機(jī)械優(yōu)化設(shè)計，大量科研人員通過國家所資助的科研基金研究機(jī)械優(yōu)化設(shè)計，其中包括大量新設(shè)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(xiàn)。目前對于性能優(yōu)化，分解與拆裝優(yōu)化，維修與維護(hù)優(yōu)化，全自動優(yōu)化等都有了相應(yīng)的科研項目與科研成果。在80年代，大部分國內(nèi)大學(xué)已經(jīng)開設(shè)有關(guān)于優(yōu)化設(shè)計的課程，在這個時候計算機(jī)的功能也逐漸完善，也出現(xiàn)了大量有關(guān)于機(jī)械設(shè)計的軟件，利用當(dāng)時的計算機(jī)技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計又向前邁進(jìn)了一大步。設(shè)立專款基金，提高科研學(xué)者的研究條件。通過幾年時間，在我國學(xué)者的不斷努力下，我國機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化已經(jīng)有了極其強(qiáng)大的實(shí)力。我國現(xiàn)有的有關(guān)專業(yè)人才，也在不斷努力，通過現(xiàn)在高端技術(shù)，推動我國機(jī)械設(shè)計優(yōu)化發(fā)展。通過對于這些措施進(jìn)行研究，將科研成果應(yīng)用于各項機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，對于機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計來說，是有著重要而深遠(yuǎn)的影響的，是提高我國機(jī)械優(yōu)化設(shè)計能力的重要有力保障。

4 結(jié)束語

社會在不斷進(jìn)步，科研水平在不斷提高，科技在不斷發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計也不是一成不變的。應(yīng)該緊跟時代，緊扣時代主題，以科技為基礎(chǔ)，以落實(shí)為經(jīng)濟(jì)服務(wù)為理念，將機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計不斷更新，不斷優(yōu)化，確保機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化能夠真正將機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化到最好的狀態(tài)。