機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用實(shí)踐

魏來(lái)

【摘 要】作為系統(tǒng)優(yōu)化的一個(gè)步驟，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是其中的重要一環(huán)，它需要全方位運(yùn)用設(shè)計(jì)方面的技術(shù)知識(shí)，確定最佳的方法來(lái)滿足相關(guān)的需求。以往傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是操作人員選擇其他相關(guān)產(chǎn)品作為模型，依賴經(jīng)驗(yàn)和細(xì)致的觀察來(lái)確定方法，在設(shè)計(jì)后期還要通過(guò)測(cè)試判斷其是否符合要求，此過(guò)程不僅會(huì)浪費(fèi)過(guò)多的人力物力，并且由于全過(guò)程都是人工操作，仍然存在質(zhì)量等問(wèn)題的安全隱患，降低了產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，確定結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，選用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)和尺寸優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，并進(jìn)行理論的計(jì)算和設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和精細(xì)度，才能既提高工作效率，又可以在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)；運(yùn)用實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是指在系統(tǒng)優(yōu)化背景下，采用綜合運(yùn)用設(shè)計(jì)的方式，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的需求和質(zhì)量，達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案和標(biāo)準(zhǔn)。目前傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要采用機(jī)械產(chǎn)品加工工人和其他類(lèi)型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)為主要的模板，運(yùn)用長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和觀察最后來(lái)確定整體的設(shè)計(jì)方案，在產(chǎn)品加工后期要盡心檢測(cè)來(lái)確定是否符合整體的質(zhì)量要求和標(biāo)準(zhǔn)。這一設(shè)計(jì)過(guò)程不僅僅需要大量的時(shí)間，同時(shí)還會(huì)給機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)埋下安全隱患，給機(jī)械產(chǎn)品加工過(guò)程帶來(lái)問(wèn)題和困難。結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是通過(guò)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)以及尺寸優(yōu)化技術(shù)，利用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方式，確定整體機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。這樣做不僅僅能夠保證機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)也能夠確保機(jī)械加工的精確度，確保效率和質(zhì)量同時(shí)進(jìn)行，提升機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工的水平，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新發(fā)展，滿足時(shí)代進(jìn)步的需求，促進(jìn)企業(yè)能夠在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有優(yōu)勢(shì)。

1結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法和層次

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以分成不同的層次和種類(lèi)，按照優(yōu)化目的的不同可以分為：尺寸優(yōu)化技術(shù)、形狀優(yōu)化技術(shù)、拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)。

（1）尺寸方面的優(yōu)化技術(shù)。在尺寸方面的優(yōu)化技術(shù)主要是指通過(guò)保證機(jī)械產(chǎn)品的形狀和拓?fù)潢P(guān)系不受到改變，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用，在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)尋找適合的尺寸變量，并且通過(guò)運(yùn)行過(guò)程實(shí)現(xiàn)重組，以此來(lái)找到最佳的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

（2）形狀方面的優(yōu)化技術(shù)。機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅僅要保證尺寸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，還要確保外觀形狀能夠滿足施工工程的要求。由此可見(jiàn)，形狀方面的設(shè)計(jì)要保證機(jī)械產(chǎn)品的尺寸以及拓?fù)潢P(guān)系不變，在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中保證形狀變量，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的結(jié)構(gòu)，在最后保證形狀能夠符合工程要求，實(shí)現(xiàn)使用功能。

（3）拓?fù)浞矫娴膬?yōu)化技術(shù)。拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)主要是通過(guò)連續(xù)結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，連續(xù)結(jié)構(gòu)拓?fù)浼夹g(shù)中要主要注意優(yōu)化孔洞的數(shù)量，還包含形狀方面以及分布現(xiàn)象，同時(shí)也要注重對(duì)結(jié)構(gòu)邊界進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)離散結(jié)構(gòu)拓?fù)浼夹g(shù)來(lái)保證相關(guān)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，確保每一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化的連接方式。

2機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用

2.1提高設(shè)計(jì)人員的素質(zhì)水平

首先要提高機(jī)械技術(shù)知識(shí)水平，只有熟練掌握機(jī)械相關(guān)知識(shí)，才能夠靈活運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的優(yōu)化。但除了機(jī)械知識(shí)以外，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)其他知識(shí)的修養(yǎng)，主要有：第一，數(shù)學(xué)建模能力。這是最基本的工作內(nèi)容。設(shè)計(jì)工作人員在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要規(guī)范，還要保證方案能夠被他人理解，只有具備一定數(shù)學(xué)建模能力的人員才能夠使用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)語(yǔ)言將問(wèn)題和設(shè)計(jì)方案表達(dá)出來(lái)，并在此基礎(chǔ)上確定模型，保證模型的實(shí)用性。第二，解答問(wèn)題的能力。僅僅會(huì)建模還不夠，還應(yīng)當(dāng)能夠求解所建立模型的變量以及參數(shù)，這樣才能夠高效得出結(jié)果。比如對(duì)于隨機(jī)變量模型，一定要能夠快速求解隨機(jī)變量模型，才能夠計(jì)算出隨機(jī)變量的目標(biāo)函數(shù)以及變量的數(shù)值。第三，對(duì)問(wèn)題的處理能力。這是因?yàn)樵诖_定完設(shè)計(jì)方案后，一個(gè)極其重要的步驟就是評(píng)價(jià)方案，一旦方案投入生產(chǎn)，就需有更多的人共同配合完成，而參與的人越多，就越容易造成大家對(duì)問(wèn)題本身都一知半解，出現(xiàn)問(wèn)題后也難以找到明確的責(zé)任人。這個(gè)時(shí)候，如果有一個(gè)能夠全程負(fù)責(zé)的人去追蹤過(guò)程，會(huì)在很大程度上降低問(wèn)題的發(fā)生概率。

2.2創(chuàng)新思維，杜絕重復(fù)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要做到自主創(chuàng)新，堅(jiān)決避免重復(fù)，從現(xiàn)實(shí)角度出發(fā)，一定要有創(chuàng)新才能有廣闊的市場(chǎng)空間，重復(fù)的、沒(méi)有創(chuàng)意的東西很難贏得市場(chǎng)的青睞，也就是說(shuō)，一個(gè)公司要想成長(zhǎng)和進(jìn)步，就必須推舊出新，避免墨守成規(guī)，最終導(dǎo)致被市場(chǎng)大環(huán)境所淘汰。因此，作為一個(gè)出色的企業(yè)，就要不斷創(chuàng)新，不斷保持市場(chǎng)活力，但在創(chuàng)新過(guò)程中要防止抄襲、重復(fù)等，作為設(shè)計(jì)研發(fā)人員，要不斷轉(zhuǎn)變思路，積極對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改造，在推出新產(chǎn)品的同時(shí)，也要對(duì)原有產(chǎn)品進(jìn)行改造，最終目的都是為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，使企業(yè)具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.3要注重實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的創(chuàng)新發(fā)展

根據(jù)市場(chǎng)實(shí)際需求，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行變革，保證機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新性。隨著社會(huì)的發(fā)展，企業(yè)要想在市場(chǎng)中獲得競(jìng)爭(zhēng)力，創(chuàng)新能力尤為重要，進(jìn)而讓企業(yè)在激烈的市場(chǎng)中立于不敗之地。在進(jìn)行創(chuàng)新改革時(shí)，要打破傳統(tǒng)觀念的束縛，創(chuàng)新思維要與時(shí)俱進(jìn)，緊跟時(shí)代步伐，深入市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)研，設(shè)計(jì)出能夠滿足市場(chǎng)需求的機(jī)械產(chǎn)品。

2.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的設(shè)計(jì)方式

（1）要確定目標(biāo)函數(shù)

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，目標(biāo)函數(shù)是最基本的參數(shù)，利用目標(biāo)函數(shù)確保機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效設(shè)定，能夠?qū)庸ぶ械木唧w要求進(jìn)行整理，通過(guò)目標(biāo)函數(shù)還能降低機(jī)械產(chǎn)品的變形程度。

（2）進(jìn)行函數(shù)變量的設(shè)計(jì)

在確定目標(biāo)函數(shù)后，就要確定函數(shù)中的設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品參數(shù)設(shè)定來(lái)說(shuō)，一般包括物理參數(shù)與幾何參數(shù)兩種，例如零件設(shè)計(jì)中的厚度、長(zhǎng)、寬等，任何參數(shù)出現(xiàn)偏差，都會(huì)對(duì)整個(gè)產(chǎn)品造成嚴(yán)重影響，不但會(huì)影響機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與健康發(fā)展造成阻礙。

（3）選擇最佳優(yōu)化設(shè)計(jì)方式

在機(jī)械產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)中，確定最佳設(shè)計(jì)方案是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。由于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案多種多樣，而且各具特色，所以要在全部的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案中選擇最佳的方案就要慎重選擇。因此，在選擇時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況與機(jī)械產(chǎn)品工程相結(jié)合來(lái)進(jìn)行分析，最后確定最為適合的設(shè)計(jì)方案。而且在進(jìn)行產(chǎn)品加工時(shí)，要求專業(yè)人員對(duì)該方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平與產(chǎn)品質(zhì)量。

2.5在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中要運(yùn)用各個(gè)學(xué)科的綜合能力

機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)工程中會(huì)包含各個(gè)學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，比如說(shuō)數(shù)學(xué)算法、數(shù)據(jù)分析方式和計(jì)算機(jī)技術(shù)等。要保證在進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中注意從各個(gè)角度進(jìn)行分析和運(yùn)用，以此來(lái)考慮方案的可行性。首先要從工程整體角度出發(fā)，把整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)氛圍不同的設(shè)計(jì)板塊和內(nèi)容，通過(guò)相對(duì)應(yīng)的知識(shí)來(lái)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的設(shè)定，優(yōu)化函數(shù)變量，設(shè)計(jì)好每一個(gè)板塊，要注重掌握每一個(gè)板塊的聯(lián)系，進(jìn)行整體的組合，保證優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的完整特點(diǎn)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械產(chǎn)品是我國(guó)各行各業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)保障，并且具有重要的影響。目前機(jī)械行業(yè)中的產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)是社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，要減少質(zhì)量不過(guò)關(guān)和使用能力差的現(xiàn)象，通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，為機(jī)械行業(yè)的發(fā)展提供創(chuàng)新發(fā)展能力。

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（作者單位：哈爾濱城林科技股份有限公司）