機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

于海清

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提升，機(jī)械制造行業(yè)面臨著更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，而要想在其中取得一席之地就應(yīng)不斷對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。基于此，本文對(duì)現(xiàn)代化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原則、特點(diǎn)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用方向展開分析，并提出加強(qiáng)各學(xué)科知識(shí)綜合運(yùn)用以及提升設(shè)計(jì)人員專業(yè)素質(zhì)等策略。

關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品;機(jī)械結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言：制造業(yè)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要的組成部分，而機(jī)械設(shè)計(jì)是制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在信息技術(shù)水平不斷提升的環(huán)境下，機(jī)械設(shè)計(jì)理論和方法也面臨更多機(jī)遇。為了更好地滿足人們生活的需求以及市場(chǎng)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的要求，機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)應(yīng)進(jìn)一步針對(duì)質(zhì)量、外觀等方面展開優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)水平的進(jìn)一步提升。

1 現(xiàn)代化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的原則與特點(diǎn)

1.1原則

在開展機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到機(jī)械革新對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響，同時(shí)借助相應(yīng)的社會(huì)資產(chǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械制造產(chǎn)品的全線推進(jìn)。實(shí)際上，任何機(jī)械設(shè)計(jì)都是服務(wù)于日常生活的，因此在實(shí)際開展相關(guān)設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)充分加強(qiáng)其與人思維方式的貼合程度，同時(shí)將這部分創(chuàng)造性的思維方式轉(zhuǎn)化成創(chuàng)新工具以及創(chuàng)新產(chǎn)品，從而進(jìn)一步提升其社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

1.2特點(diǎn)

現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)不僅需要掌握相關(guān)原則還需要進(jìn)一步具備某些特征，從而為后續(xù)的設(shè)計(jì)活動(dòng)提供支持。在當(dāng)前的市場(chǎng)環(huán)境中，用戶對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)水平的要求不斷提升，因此機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也應(yīng)充分與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的特點(diǎn)保持一致，同時(shí)兼顧一定的經(jīng)濟(jì)性。與此同時(shí)，在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中還應(yīng)充分體現(xiàn)出產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)特征與動(dòng)態(tài)特征的充分結(jié)合，并將整個(gè)產(chǎn)品的生命周期考慮其中。結(jié)合現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際情況來(lái)看，其主要涉及到多種智能設(shè)計(jì)方法，包括虛擬現(xiàn)實(shí)、超媒體工具以及三維圖形軟件等，從而最大限度地提升機(jī)械設(shè)計(jì)的呈現(xiàn)效果。

2機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用方向

2.1拓?fù)鋬?yōu)化

在傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)將設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化上，從而在一定程度上忽視了機(jī)械零部件上的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。隨著我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展水平的不斷提升，機(jī)械設(shè)計(jì)人員對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化也開始投入了更多的關(guān)注。結(jié)合機(jī)械零件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際情況來(lái)看，其中主要存在兩個(gè)方面需要重點(diǎn)關(guān)注：第一是連續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其優(yōu)化分為主要包括機(jī)械零件孔洞的數(shù)量、形狀以及邊界等;第二是離散優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要針對(duì)不同關(guān)鍵連接點(diǎn)的優(yōu)化開展，將這兩種優(yōu)化方法結(jié)合起來(lái)以實(shí)現(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化[1]。

2.2形狀優(yōu)化

在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，機(jī)械產(chǎn)品性能將會(huì)在很大程度上受到其形狀的影響，因此如果可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀的優(yōu)化，就可以促進(jìn)機(jī)械設(shè)備性能的提升。現(xiàn)階段，機(jī)械設(shè)備在制造業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮了十分關(guān)鍵的作用，但同時(shí)開展對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀的優(yōu)化也具備一定的難度。尤其是對(duì)于一部分大型機(jī)械設(shè)備來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)具備著十分突出的差異性與復(fù)雜性，因此在開展相關(guān)修繕與優(yōu)化工作的時(shí)候很難對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的管理與劃分，從而大大提升了機(jī)械形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)工作的難度。我國(guó)開展機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化最早可以追溯到上世紀(jì)80年代，至今已經(jīng)取得了更加豐富的研究成果，很多專家學(xué)者對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)形狀、機(jī)器人關(guān)鍵件結(jié)構(gòu)形狀等展開優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而有效提高機(jī)械零部件性能，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)步提升。

2.3性能優(yōu)化

機(jī)械結(jié)構(gòu)在受到一定外力作用的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的外形變化，進(jìn)而可以體現(xiàn)出其運(yùn)行規(guī)律與參數(shù)，進(jìn)而也可以稱之為機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能。研究人員通過(guò)機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)性能可以有效了解到其工作強(qiáng)度以及使用壽命。因此為進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)其適應(yīng)壽命，就需要對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能加以優(yōu)化，進(jìn)而有效降低其在工作過(guò)程中所承受的工作負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)工作強(qiáng)度的合理提升。

3 優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效途徑

3.1加強(qiáng)各學(xué)科專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用

不論是在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)還是應(yīng)用環(huán)節(jié)均體現(xiàn)出較強(qiáng)的高科技特性，這也使得機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化將會(huì)面臨更多問(wèn)題。實(shí)際上，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中會(huì)涉及到多種學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，其中主要包括數(shù)學(xué)、工程學(xué)以及計(jì)算機(jī)等。值的注意的是，由于機(jī)械設(shè)計(jì)包含多種學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，因此在實(shí)際開展設(shè)計(jì)的過(guò)程中往往也會(huì)借助多方面知識(shí)得出相應(yīng)的結(jié)論，進(jìn)而很大程度上導(dǎo)致了其數(shù)據(jù)與思路的不同，最終產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果差異也十分明顯。為避免計(jì)算差異給最終的設(shè)計(jì)結(jié)果帶來(lái)不利影響，相關(guān)人員在設(shè)計(jì)最終操作方案的過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)多方面、多領(lǐng)域的考量，只有兼顧多學(xué)科專業(yè)知識(shí)才能夠最大限度上提升設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與合理性。以工程機(jī)械設(shè)計(jì)為例，在對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過(guò)程中，首先應(yīng)從不同的角度上完成對(duì)相關(guān)目標(biāo)函數(shù)的設(shè)定，進(jìn)而通過(guò)對(duì)相關(guān)函數(shù)的計(jì)算完成設(shè)計(jì)模塊的精準(zhǔn)劃分[2]。完成模塊劃分工作之后再針對(duì)每一模塊展開進(jìn)一步研究，在掌握其各自特點(diǎn)與相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上不斷提升設(shè)計(jì)優(yōu)化方案的完整性與可行性，并為后續(xù)的相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。

3.2提升設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)

在開展機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，很多時(shí)候都會(huì)涉及到數(shù)學(xué)專業(yè)知識(shí)，數(shù)學(xué)學(xué)科可以利用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程描述出來(lái)，同時(shí)還可以最大程度地保持其理性狀態(tài)，因此相較于其他專業(yè)學(xué)科，數(shù)學(xué)在機(jī)械機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了更多的認(rèn)可與應(yīng)用，而相關(guān)設(shè)計(jì)工作人員也應(yīng)更多地使用數(shù)學(xué)語(yǔ)言將其中的設(shè)計(jì)問(wèn)題描述出來(lái)。為進(jìn)一步提升整體設(shè)計(jì)過(guò)程的清晰性與簡(jiǎn)潔性，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況建立數(shù)學(xué)模型，這也對(duì)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)素質(zhì)提出了更高的要求。因此相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分樹立終生學(xué)習(xí)意識(shí)，不斷提升自身的專業(yè)素養(yǎng)，保證具備過(guò)硬專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上加深對(duì)數(shù)學(xué)建模的了解。只有這樣還可以更好地構(gòu)建最佳數(shù)學(xué)模型并對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而保證機(jī)械產(chǎn)品可以在后續(xù)使用過(guò)程中發(fā)揮出最大的價(jià)值。除此以外，相關(guān)設(shè)計(jì)人員還應(yīng)注意到機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作并不是一成不變的，面對(duì)其動(dòng)態(tài)發(fā)展的數(shù)據(jù)信息，設(shè)計(jì)人員不僅要具備一定的建模能力，還應(yīng)進(jìn)一步增強(qiáng)自身解決問(wèn)題的能力。很多時(shí)候其計(jì)算過(guò)程會(huì)因變量不同而造成結(jié)果改變，這時(shí)設(shè)計(jì)人員就應(yīng)及時(shí)根據(jù)實(shí)際情況加以調(diào)整，以提升最終計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，現(xiàn)階段人們對(duì)機(jī)械產(chǎn)品提出了更高的要求，為獲取更多的市場(chǎng)份額，機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)不斷優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)其使用壽命。總體來(lái)說(shuō)，優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是提升產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵所在，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷提升自身專業(yè)素養(yǎng)，合理運(yùn)用多學(xué)科專業(yè)知識(shí)，從而為提升我國(guó)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展水平奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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