机械设计中优化设计的重要性和实现路径的探讨

唐建勇，李宏业

（秦皇岛方华埃西姆机械有限公司，河北 秦皇岛 066000）

机械优化设计指的是运用数学模型方法和计算机技术找到最佳设计方案和路径的过程，也是当前机械设计领域的研究热点。在新时期，对机械优化设计的重要性和意义进行探讨，并析其实现的路径和办法是极为必要的。

1 机械设计优化设计的重要性

A.优化设计可以保证机械设计的工艺与质量。在机械设计的过程中，设计师不仅要考虑设计流程、设计时间和成本、功效等问题，更重要的是必须考虑设计产品的工艺水准和实用价值，也可以理解为设计产品的质量。机械产品往往用于工业生产及大型的工程项目，其质量的优劣关系重大，因此必须予以重视。换言之，机械设计的质量是第一位的，倘若失去了优质的保证，那么这样的机械设计毫无价值。所以，找到更好的设计路径和策略，维持设计的质量和工艺，成为整个机械设计的关键。在现实操作中，设计者往往利用数学函数及相关模型对各种设计方案进行综合评估，做出最佳的选择。诸多设计方案中的最佳方案，往往具备以下几个特点。其一，该方案应该是效率最快，成本最省：其二，该方案要具备现实的操作可能，要能实现设计的规划。总之，机械优化设计的过程其实是筛查最佳设计方案的过程，这个过程中的方案选择是最符合机械设计实际需求的，也是最具有质量保证的。

B.优化设计可以最大限度地节约设计开支和成本，提高企业的经济效益。机械设计是一项繁琐、浩大的工程，往往需要很长的时间才能完成，不存在所谓的捷径和“小道”。所以，在维持长时间设计流程的同时，必须做好高额开支和成本支出的准备。事实证明，机械设计的成本开支往往令主管单位“不堪重负”。虽然随着机械设计技术的进步以及管理流程的简化，新时期的机械设计成本开支已经有所降低，但是仍然有可以压缩的空间。需要注意的是，运用优化设计的方法对机械设计的成本开支进行削减，要基于保障设计质量的前提；倘若成本的控制要以牺牲质量为代价，则这样的控制手法必须果断舍弃。在机械设计中采取优化设计路线，能够减轻前期和设计过程中的成本开支，为设计单位节省一笔不小的资金。优化设计的最佳方案往往是符合设计流程的，是可以发挥出现有材料、设备和人员最大能量的，所以不需要额外耗费多余的人力、财力和物力。因此，优化设计能够节约机械设计的开支成本是有科学依据和理论基础的。

C.优化设计可以提高机械产品的科技附加值，从而提高产品的竞争力和提高企业的经济效益。机械设计的产品是一种自然属性但是具备商业价值的“商品”，这就必然要与市场发生关联。同时，优化设计方法在机械设计中的应用，能够增加机械产品的科技含量和技术附加值，大大提高产品的市场竞争力。例如，随着现代科技的发展以及相互之间融合度越来越高，机械设计的产业化正在形成，即机械设计可以作为一个单独的工程链条存在。如果把机械设计的产品作为一个普通商品看待，这种商品必须是价格最低、质量最好、科技含量最高的，这样该产品才能在市场中取得占有率，企业才能因此获取利益最大化。所以，机械设计企业都在努力追求“这样的机械产品”，而这样的产品往往需要通过优化设计来实现。优化设计为机械设计产品的技艺提升、附加值增大提供了全新的路径，也为机械设计单位和企业的发展增添了新的利润增长点。例如，随着信息技术、计算机技术、材料技术、液压技术、加工制造工艺的不断发展和成熟，机械设计的每一个环节都会有一种或多种新技术的注入，最终的机械产品往往“饱含科技”，其技术附加值自然可以达到一个高位。类似这样的高附加值机械产品，在市场中的价格是可以预见的，企业因此带来的收益也很高。由此可见，优化设计对于当今的机械设计的重要性。

2 实现机械设计优化设计的有效策略

优化设计可以为机械设计提供质量和效益的保证，因此必须引入科学有序的优化设计方案，使之产生明显的效果。从当前的情况看，机械优化设计可以从如下角度考量。其一，机械设计的一维搜索优化方法，这种方法也是当前机械设计优化方法的最典型代表，以数学函数为理论基础，透过搜索区间的确定，来保证优化方案的有效性。一维搜索方法是一维问题的最基本方法，也是多维机械设计的基础方法。众所周知，机械设计大都是多维的，很少有一维的情况，但是这恰恰说明了一维的重要性和基础性功能。就好比数学中的从0到9的10个数字，它们构筑了数学的基础，成为数学的理论“细胞”。一维搜索方法在机械设计的应用，往往直接影响优化设计问题的求解速度。其二，机械优化设计会用到约束优化方法和无约束优化方法。在机械优化设计中，经常使用的是约束优化的方法。除此之外，机械优化设计还可以通过线性规划方法、多目标及离散变量优化方法来实现。总之，诸多优化方法的存在和操作为机械优化设计提供了多元化的路径。

3 结语

从机械产品设计的全局来看，目前比较先进的优化设计，大多数还停留在设计方案后参数优化方面，面向产品设计，应将优化设计拓宽到机械设计产品的全生命周期过程，使之适应机械产品设计。

［1］张殿江.浅谈机械设计在机械制造中的重要性［J］.城市建设理论研究，2013，（07）：146-147.

［2］蔡余友.机械设计的重要性和实现路径［J］.中国机械，2013，（06）：32-33.