機械優(yōu)化設計論文

1、機械優(yōu)化設計論文班 級： 學 號： 姓 名： 授課教師： 完成日期： 摘要:機械優(yōu)化設計的目的是以最低的成本獲得最好的效益,是設計工作者一直追求的目標,從數(shù)學的觀點看,工程中的優(yōu)化問題,就是求解極大值或極小值問題,亦即極值問題。本文從優(yōu)化設計的基本理論、優(yōu)化設計與產(chǎn)品開發(fā)、優(yōu)化設計特點及優(yōu)化設計應用等方面闡述優(yōu)化設計的基本方法理論。關鍵詞: 機械優(yōu)化設計 產(chǎn)品開發(fā) 正文：一、械優(yōu)化設計的基本理論優(yōu)化設計是一門新興學科,它建立在數(shù)學規(guī)劃理論和計算機程序設計基礎上,通過計算機的數(shù)值計算,能從眾多的設計方案中尋到盡可能完善的或最適宜的設計方案,使期望的經(jīng)濟指標達到最優(yōu),它可以成功地解決解析等其它方法

2、難以解決的復雜問題,優(yōu)化設計為工程設計提供了一種重要的科學設計方法,因而采用這種設計方法能大大提高設計效率和設計質(zhì)量。優(yōu)化設計主要包括兩個方面:一是如何將設計問題轉(zhuǎn)化為確切反映問題實質(zhì)并適合于優(yōu)化計算的數(shù)學模型,建立數(shù)學模型包括:選取適當?shù)脑O計變量,建立優(yōu)化問題的目標函數(shù)和約束條件。目標函數(shù)是設計問題所要求的最優(yōu)指標與設計變量之間的函數(shù)關系式,約束條件反映的是設計變量取得范圍和相互之間的關系;二是如何求得該數(shù)學模型的最優(yōu)解:可歸結為在給定的條件下求目標函數(shù)的極值或最優(yōu)值的問題。機械優(yōu)化設計就是在給定的載荷或環(huán)境條件下,在機械產(chǎn)品的形態(tài)、幾何尺寸關系或其它因素的限制范圍內(nèi),以機械系統(tǒng)的功能、強度

3、和經(jīng)濟性等為優(yōu)化對象,選取設計變量,建立目標函數(shù)和約束條件,并使目標函數(shù)獲得最優(yōu)值一種現(xiàn)代設計方法,目前機械優(yōu)化設計已廣泛應用于航天、航空和國防等各部門。二、機械優(yōu)化設計與產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品生產(chǎn)是企業(yè)的中心任務,而產(chǎn)品的競爭力影響著企業(yè)的生存與發(fā)展。產(chǎn)品的競爭力主要在于它的性能和質(zhì)量,也取決于經(jīng)濟性,而這些因素都與設計密切相關,可以說產(chǎn)品的水平主要取決于設計水平。隨著生產(chǎn)的日益增長,要求機器向著高速、高效、低消耗方向發(fā)展,并且由于商品的競爭,要求不斷縮短設計周期,因而對產(chǎn)品的設計已不是僅考慮產(chǎn)品本身,還要考慮對系統(tǒng)和環(huán)境的影響;不僅要考慮技術領域,還要考慮經(jīng)濟、社會效益;不僅考慮當前,還要考慮長遠發(fā)

4、展。在這種情況下,所謂傳統(tǒng)的設計方法已越來越顯得適應不了發(fā)展的需要。由于科學技術的迅速發(fā)展,對客觀世界的認識不斷深入,設計工作所需的理論基礎和手段有了很大進步,使產(chǎn)品的設計發(fā)生了很大的變化,特別是電子計算機的發(fā)展及應用,對設計工作產(chǎn)生了革命性的突變,為設計工作提供了實現(xiàn)設計自動化和精密計算的條件。因此,用理論設計代替經(jīng)驗設計、用精確設計代替近似設計、用優(yōu)化設計代替一般設計將成為設計的必然發(fā)展趨勢。三、機械優(yōu)化設計的特點優(yōu)化設計是以建立數(shù)學模型進行設計的。優(yōu)化設計引用了一些新的概念和術語,如前所述的設計變量、目標函數(shù)、約束條件等。機械優(yōu)化設計將機械設計的具體要求構造成數(shù)學模型,將機械設計問題轉(zhuǎn)化

5、為數(shù)學問題,構成一個完整的數(shù)學規(guī)劃命題,逐步求解這個規(guī)劃命題,使其最佳地滿足設計要求,從而獲得可行方案中的最優(yōu)設計方案。優(yōu)化設計改變了傳統(tǒng)的設計方式。傳統(tǒng)設計方法是被動地重復分析產(chǎn)品的性能,而不是主動設計產(chǎn)品的參數(shù)。作為一項設計不僅要求方案可行、合理,而且應該是某些指標達到最優(yōu)的理想方案。并從大量的可行設計方案中找出種最優(yōu)化的設計方案,從而實現(xiàn)最優(yōu)化的設計。優(yōu)化設計可以滿足多方面的性能要求。產(chǎn)品要求總體結構尺寸小,傳動效率高,生產(chǎn)成本低等,這些要求用傳統(tǒng)設計方法設計是無法解決的。實踐證明,最優(yōu)化設計是保證產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能,減輕自重或體積,降低工程造價的一種有效設計方法。待添加的隱藏文字內(nèi)容3

6、優(yōu)化設計的一般過程與傳統(tǒng)設計方法有所不同。它是以計算機自動設計選優(yōu)為其基本特征的。由于計算機的運用速快,分析計算一個方案只要幾秒以至千分之一秒鐘,因而可以從大量的方案中選出最優(yōu)方案。因此可以為設計人員提供大量的設計分析數(shù)據(jù),有助于考察設計結果,從而可以提高機械產(chǎn)品的設計質(zhì)量。四、機械優(yōu)化設計的應用機構運動參數(shù)的優(yōu)化設計是機械優(yōu)化設計中發(fā)展較早的領域,不僅研究了連桿機構、凸輪機構等再現(xiàn)函數(shù)和軌跡的優(yōu)化設計問題,而且還提出一些標準化程序。機械零、部件的優(yōu)化設計最近十幾年也有很大發(fā)展,主要是研究各種減速器的優(yōu)化設計、液壓軸承和滾動軸承的優(yōu)化設計以及軸、彈簧、制動器等的結構參數(shù)優(yōu)化。除此之外,在機床、

7、鍛壓設備、壓延設備、起重運輸設備、汽車等的基本參數(shù)、基本工作機構和主體結構方面也進行了優(yōu)化設計工作。近年來發(fā)展起來的計算機輔助設計(cad) 引入優(yōu)化設計方法后,把優(yōu)化設計方法與計算機輔助設計結合起來,使設計過程完全自動化,已成為設計應用技術。計數(shù)器在生活中非常有用。用單片機自制,不但電路簡單,外圍元件少,運用靈活,實用性強,而且功能可根據(jù)需要自行設計。由74系列,40系列小規(guī)模數(shù)字芯片設計的計數(shù)器非常多,電路復雜,可靠性差,使用起來不方便,成本高,調(diào)整參數(shù)不靈活,為此我們用單片機at89c51自制計數(shù)器來實現(xiàn)計數(shù)和倒計數(shù)功能。五、總結總的看來,機械優(yōu)化設計是適應生產(chǎn)現(xiàn)代化要求發(fā)展起來的,是一

8、門嶄新的學科。它是在現(xiàn)代機械設計理論的基礎上提出的一種更科學的設計方法,它可使機械產(chǎn)品的設計質(zhì)量達到更高的要求。因此,在加強現(xiàn)代機械設計理論研究的同時,還要進一步加強最優(yōu)設計數(shù)學模型的研究,以便在近代數(shù)學、力學和物理學的新成就基礎上,使其更能反映客觀實際。同時機械優(yōu)化設計的研究還必須與工程實踐、數(shù)學力學理論、計算技術和電子計算機的應用等緊密聯(lián)系起來,才能具有更廣闊的發(fā)展前景。六、參考文獻【 1 】王鳳歧 現(xiàn)代設計方法，天津大學 2002【 2 】高 健 機械優(yōu)化設計基礎，科學出版社 2006【 3 】孫靖民 機械優(yōu)化設計，機械工業(yè)出版社 1999【 4 】陳立周 機械優(yōu)化設計方法，冶金工業(yè)出版社 1985【 5