机械产品设计的结构优化技术运用实践

顾永妍1 葛志磊2

（1.扬州宇扬机电有限公司，江苏 扬州 225000；2.扬州市育英钣金机械有限公司，江苏 扬州 225124）

引言

随着我国经济的发展，科学技术水平的提升，我国各个行业都在朝着信息化、自动化的方向大步前进，在激烈的市场竞争中，只有通过优化产品设计、实现产品创新才能立于不败之地，并满足当前社会发展需求。机械产品是我国发展的重要基础，但目前的设计技术并不能满足时代发展需求，因此对机械产品设计的结构优化技术进行深入分析，具有积极的现实意义。

一、结构优化设计的方法和层次

（一）尺寸方面的优化技术

尺寸技术优化是确保拓扑与形状关系不受影响，通过在优化设计中应用计算机技术，找到机械产品最佳的尺寸变量，通过运行实现重新组合，进而制定最高效的优化设计方案。

（二）形状方面的优化技术

在对机械产品进行设计时，不但要保证产品尺寸符合标准，还要在外观上满足实际施工需求。因此，形状优化技术要确保机械产品拓扑关系恒定，在对机械产品进行设计时要找到最佳形状变量，根据设计不同的产品结构，找到能够与实际工程相符的形状，让机械产品发挥使用功能。

（三）拓扑方面的优化技术

拓扑优化技术是利用离散结构对机械产品进行优化的，但在优化过程中，要注意孔洞数量，以及形状与分布现象，还要对结构边界采取优化措施。离散结构拓扑技术是确保机械产品数据准确的核心技术，保证各个关键点可实现最优连接方式。

二、机械优化设计的发展概况

在传统的机械产品制造过程中，采用的生产方式一般是单纯的按批次制造方法，生产的产品类型极具单一特点。现阶段，该种形式已经得到了很好的改善，更多的机械产品生产采用的批量较小、种类较多的生产方式，新生产方式的采用，在很大程度上提升了机械制造企业的生产市场竞争实力，继而在市场中占据更多的市场份额，提升企业自身的经济效益和社会效益。与此同时，机械优化设计的开展还有效的节省了制造企业的生产时间，降低成本的同时，优化了现有的生产效率。另一方面，国内现有的机械优化设计流程主要按照以下内容执行：①在机械结构优化设计之前，需要先行确定优化设计的目标函数。该项流程的执行主要是为了充分满足机械产品的技术指标要求。②设计函数变量。该项操作的执行，主要是为了确定不同机械产品的结构参数变量数值。③设定机械优化设计的约束条件。主要用于限定优化设计期间算法变量浮动空间。④方案评价。在进行机械结构优化方案的设计时，应该同时设计出不同方向的多种优化方案，从其中选取最佳方案运用。

三、机械结构优化设计应用的未来发展前景

（一）更利于大型复杂结构模型构建

机械结构优化工作开展水平的不断提升，与时代的发展、行业的创新之间具有密不可分的联系，20世纪中期以来，机械设计工作的发展方向越来越趋向于结构模型的复杂化，同时对于大型结构模型的有效构建也起到了重要的促进作用，即高度优化了传统制造行业中机械产品模型的构建水平和质量。与此同时，设计变量参数量增加，使得结构分析的推导与数值计算工作开展难度也得到了相应的提升，随着大型机械设备的不断研发更新，传统的结构优化并未及时更新出有效的算法公式，为机械优化设计质量提升造成了一定的不良影响。此时，全新机械结构优化设计方法的运用，能够在很大程度上为大型结构系统的运行优化创造奠定技术应用基础。具体而言，通过将较为复杂的结构进行分解程不同的子结构进行逐一分解优化，甚至可以将涉及到多个学科的优化按照学科的不同进行有效优化。

（二）与计算机技术有效结合

在进行工业生产和制造企业机械结构设计优化工作过程中，现有的机械设计机构优化工作正在面向与计算机技术的有效结合的方向发展。现阶段中，机械结构优化设计正在与计算技术相结合的发展方向前进。通过对计算过程的有效优化，实现了对于整个机械产品结构优化质量的提升，提升工业、制造机械生产产品构件的精确参数值，最终优化生产质量。

（三）机械结构优化设计后能够解决更多的机械设计问题

经过长时间的发展，机械结构优化设计在未来的发展过程中逐渐拥有了处理以下问题的能力：1.建模能力。在机械结构优化设计后，可以直接运用除数学方法之外的经验与知识进行建模处理；2.随机变量优化设计。在该项设计中，主要的设计内容是指将随机设计的变量进行确定,然后构建随机性的目标函数，对机械结构的随机模型进行相应的计算求解，得出最佳设计参数。3.多学科系统优化设计。在该项机械结构优化设计工作开展过程中，主要是将诸如搜索策略与数据分析以及设计管理等内容进行有效的集成，通过对集成结果的分析，总结出整个机械结构工程运行系统的构成情况。在系统的分解研究期间，可以发现机械设备的每一种子系统的变量以及设计函数的构成状况都具有一定的协调性。此时，依据子系统之间的练联系以及优化后的计算结果分析，实现人工参与性质的系统求解进程调控设计目标。

结语

机械产品对于我国的经济发展至关重要，社会将关注点更多的放在了机械产品的设计与质量方面，因此要降低产品残次率，利用结构优化技术保证产品质量，使企业能够更好的发展。