优化设计在机械设计中的应用实践解析

殷延海

摘 要 机械设计优化是最优化技术在设计应用的应用，优化设计的核心思想是按照机械设计的理论进行的，根据其方法和标准规范建立起一系列能夠反映工程实际问题以及与数学规划相匹配的数学模型，利用数学规划方法和计算机计算技术的优势，自动查找出设计最优方案。本文从优化设计和传统设计的差异入手，分析二者之间的区别，并深入探究机械优化的设计方法、特征、思路和内容，旨在进一步提高计算机等辅助装备的性能，促使现代机械朝着大型化、复杂化的方向发展，满足产品创新需求。

关键词 优化设计;机械设计;实践

引言

从我国的机械化开始发展依赖机械系统、机械系统动态性能以及机械加工等各个方面的优化设计研究颇多，主要研究方向为如何提高机械性能、节约能源并降低成本和投入。现阶段我国已经大致掌握了所常用的所有优化设计方案和基本程序，期望开发出一些有着更高解题效率的程序，建立起专业且成熟的程序库。

1优化设计和传统设计之间的差异

优化设计的最终目的就是最优设计，需要利用数学手段创建能够达到设计目的的优化模型，在大量能够落实的设计方案中选择出最好的一个设计方案，这一设计方案主要运用到的手段便是计算机。计算机有着较快的运行速度，再加上它可以从数量较多的方案中准确挑选出最优方案，即便在建模时需要进行适当的适简化，或许会造成所得到结果不是完全可行或是实际最优的，然而它以客观规律和数据作为运行基础无须在设计中投入过多费用，这表明它具备了经验类比或是实验室段中所没有的独特优势。传统设计同样追寻最优结果，通常情况下以调查分析作为基准，要按照设计中所需要的实践经验，参照相似的工程设计，按照估算经验对比以及实验构思评价等寻优步骤进行方案设计，从而保障方案的最优化。随后需要刚度强度以及稳定性等其他方面因素综合考虑进行计算，经过有关实践可以看出传统设计中所存在的大量不足之处，需要进一步进行改善，最后结果基本上不能离开初始设计的试验范围[1]。

2现代机械优化设计方法

首先是反馈神经网络在机械优化设计中的应用。反馈神经网络模型的基本内容大多是一些双向相连的神经元系统，每个神经元之间的连接具有较为特别的权值，这个神经网络不管是输出还是反馈都能对其进行统一应用，如此一来，整个网络的能量函数和机械设计目标函数全部映射出来，神经网络的进化过程中则应该与机械优化设计的最优过程相对应，在实际应用过程中找到神经网络模型和相关问题有着十分重要的含义。其次为多层向前神经网络在机械优化设计中的应用。多层向前神经网络也是现阶段中神经网络模型中应用较为广泛的一种，它通过输入层、隐层和输出层，将模型输入信息进行单项的传播输出，在这个模型各种不论是层内还是层间，都不存在反馈链接。多层向前神经网络有着较高的运算速度，非线性的映射能力十分突出，在机械优化设计中，能够借助这一模型特点来对机械机构多目标优化进行映射。不仅是神经网络模型，有许多的专业数学软件也都应用于机械设计的工作中，例如有MATLAB，这是一个功能十分强大的工程数据计算软件，能够将计算问题和实际问题充分融合起来，这其中都配备了大量的工程函数，在解决了大部分的工程问题时能够节约很多时间，并保障计算结构非常精准，因此在自动化控制和机械设计领域的应用范围十分广泛[2]。

3优化设计在机械设计中的应用措施

3.1 提高机械产品附加值

机械设计产品是一种自然属性，然而其具备一定的商业价值，它属于商品，这表明它会与市场发生关联，且两者之间关系紧密相互影响。优化设计方法在机械设计中的应用能够进一步加强机械产品的科技含量和技术附加值，从而进一步提高产品市场竞争力。对于机械设计企业来说，这是提高经济效益的有效措施，比如说随着现代科技的发展以及相互之间融合程度越来越高，机械设计产业化随之形成，单纯将它看作是普通商品，则商品要满足价格最低、质量最优、科技水平含量最高，只有这样商品才能在行业之中占据一席之地，取得人们的喜爱。因此设计企业应追求这样一种适合市场发展的产品，而这种产品需要通过优化设计来得到，这表明优化设计能够提升机械设计产品的记忆力，提高附加值，为机械设计单位和企业增加经济效益。在机械设计中每一个环节都会或多或少注入一种新技术，最终的机械产品富含科技水平能够在市场中获得较高评价，为企业带来收益[3]。

3.2 满足机械设计中优化设计的基本路径

优化设计能够为机械设计提供质量保障和经济效益，因此优化设计必须通过科学有序的设计方案落实，使之效果更加明显。首先机械设计的一维搜索优化方法，这一方法是现阶段机械设计优化方法的典型代表，它以科学函数为理论基础，利用搜索区间的精准性，保障优化方案的可靠性和有效性。一维搜索方法是一维问题的基本解决方法，同时也是多维机械设计的基础，多维机械设计以它为基础进行优化改革和调整。在现实情况中，机械设计大多都是多维的，因为情况出现很少，然而这样的情况恰好说明了一维的重要性和基础性，例如在数学中从0～9这10个数字，它们是数学的基础，所有的数字组合都离不开它们，可以说它们是数学理论的细胞成分，除此之外，机械优化设计会用到约束优化方法和无约束优化方法，在机械化设计中约束优化这一方法使用频率最高，除此之外机器优化设计还可使用机械规划的方法，通过多目标离散变量优化方法进行相关设计和操作，为机械设计提供更多可能性[4]。

4结束语

机械设计要求的提高致使相关设计工作者要考虑的问题越来越多，整体上都需要解决的问题规模和复杂程度都有所提高和增强，在传统优化方法中的问题纷纷暴露出来，局部优化和最优解决方案不适用所有的大规模问题设计，这造成机械设计工作者要不但丰富自身关于其他学科的理论知识，生成全新的机械设计思路，并通过算法来解决一些程度复杂的问题。

参考文献

[1] 林昶，蔡甫卿，余秀德.关于机械优化设计中可视化方法的研究[J].内燃机与配件，2018（17）：13-14.

[2] 许佳妮.浅谈优化设计在机械设计中的应用实践[J].科技风，2018 （17）：154.

[3] 孙新城，叶军.机械优化设计中可视化方法的研究[J].现代制造技术与装备，2017（9）：86-87.

[4] 张鑫.优化设计在机械设计中的应用浅析[J].工业设计，2016（2）： 100，102.