機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)分析

1、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)分析摘要：隨著我國科技進步與科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，在社會生產(chǎn)生活中，機械設(shè)備 成為重要的生產(chǎn)工具?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展使機械結(jié)構(gòu)不斷完善，突破傳統(tǒng)的機械結(jié) 構(gòu)設(shè)計模式，提高機械產(chǎn)品的動態(tài)設(shè)計能力。通過分析當(dāng)前機械行業(yè)的發(fā)展了解 到，機械結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計是機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的重中之重。因此，應(yīng)根據(jù)機械結(jié)構(gòu)的整 體發(fā)展需求完善結(jié)構(gòu)，突出機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的動態(tài)化，使機械制造品能夠符合當(dāng)前 時代的發(fā)展需求。關(guān)鍵詞：機械結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；優(yōu)化措施一、簡析機械優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用范圍就當(dāng)前情況來看，機械結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)應(yīng)用在了現(xiàn)代化科技建設(shè)中， 如航空航天、汽車工業(yè)、機械自動化等，同時在應(yīng)用的過程中也取得了一定

2、的成 績。距2018年底的不完全統(tǒng)計，關(guān)于機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的論文共2063篇，其中以 優(yōu)化為關(guān)鍵詞的論文有65324篇，由此可以看出，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在當(dāng)前時代 中尤為重要。（1）航空航天航空航天技術(shù)是我國當(dāng)前先進的科學(xué)技術(shù)，航空航天技術(shù)發(fā)展代表著我國的 綜合水平與科技能力。在當(dāng)前時代中，大量的科學(xué)技術(shù)都是在航空航天領(lǐng)域首先 研發(fā)、推廣的，而在這之中，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展最快，并且應(yīng)用面廣，是個在 航空航天領(lǐng)域加以應(yīng)用。航空航天領(lǐng)域在我國有著極其重要的地位，因此機械結(jié) 構(gòu)優(yōu)化設(shè)計得到了廣泛的應(yīng)用，并且也得到了我國的充分重視。就當(dāng)前情況來看，我國結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究基本集中在航天航空領(lǐng)取，大量 的研究

3、論文與研究報告也都出自航空航天領(lǐng)域，無論國外還是國內(nèi)都是這樣的現(xiàn) 象。國內(nèi)在機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化時研究了飛機機身與飛機整體結(jié)構(gòu)，同時也研究了火箭 的發(fā)動機裝載體與航空發(fā)動機輪盤，并以此發(fā)表了大量的機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化論文與研 究報告，為我國機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了方向。我國的航空航天業(yè)研究機械結(jié)構(gòu)取得 了巨大的成功，同時也為我國航天航空的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，促進了我國綜合水平 與科技能力的提升。（2）船舶制造業(yè)船舶制造業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計相對國外的船舶制造業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計起步較晚， 我國自20世紀(jì)開始研究船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，相對于國外晚了近10年。但是，就 目前情況來看，我國船舶制造業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究依然取得了巨大的突破，

4、收 獲了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的研究成果。例如，在潛艇結(jié)構(gòu)、游輪表面結(jié)構(gòu)、貨倉結(jié)構(gòu)、 液壓倉結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計都取得了成果，提高了船舶制造業(yè)的發(fā)展，并為船舶 制造業(yè)提供了可靠精確的結(jié)構(gòu)設(shè)計1。圖1.貨倉機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化機械臂（3）汽車產(chǎn)業(yè)在當(dāng)前時代中，汽車產(chǎn)業(yè)是我國機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一， 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在汽車產(chǎn)業(yè)中不斷創(chuàng)新，同時汽車產(chǎn)業(yè)也是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要行 業(yè)。全國的各個地區(qū)都十分重視汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此，將銜接的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 應(yīng)用在汽車產(chǎn)業(yè)中可以提高汽車產(chǎn)業(yè)的質(zhì)量，為我國經(jīng)濟發(fā)展做好鋪墊。我國汽 車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)有了大量的研究成果，國內(nèi)學(xué)者將DDDU-2軟件包應(yīng)用 在了汽車產(chǎn)業(yè)的結(jié)

5、構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，一些國內(nèi)學(xué)者也進行了萬向節(jié)傳動布局的支撐 動態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，并對汽車機械結(jié)構(gòu)框架以優(yōu)化設(shè)計進行了研究，提升了汽車 懸掛系統(tǒng)的實際應(yīng)用效率，并對汽車發(fā)動機與汽車車身以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行了研 究，得出了大量的研究報告，為我國企業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有效推動了。國外也對汽車產(chǎn)業(yè)進行了大量的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究，例如Bae研究了公共汽 車的立柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化，Takahashi進行了公共汽車車身機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究等，其 主要目的是為了提高汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。圖2.汽車機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程（4）通用機械與機床通用機械與機床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計是我國機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計成功應(yīng)用的領(lǐng)域之 一，其主要研究方面是將現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)

6、與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行有效結(jié)合，使復(fù)雜 的大型通用機械與機床的結(jié)構(gòu)更加合理、數(shù)據(jù)更加精確。在通常情況下，一般的 機械零部件都是連續(xù)體結(jié)構(gòu)，將連續(xù)體結(jié)構(gòu)進行分解時非常復(fù)雜，因此對機械零 部件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計較為困難。我國的相關(guān)機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究較為突出， 可以查找到大量的結(jié)構(gòu)優(yōu)化參考文獻(xiàn)：，一些參考文獻(xiàn)：是根據(jù)機械設(shè)計中的離 散設(shè)計變量來完成的研究，并提出了離散設(shè)計變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計方法。在我國 的一些研究報告與論文中對機床床身零部件機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與原著拉壓彈簧動 載結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進行了突破性創(chuàng)新，將機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用到了機械與機床中。 這些參考文獻(xiàn)：與研究工作的開展使得我國機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計更加

7、快速，且使機 械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計變的更為有效，成為了當(dāng)前時代中機械與機床中的可靠設(shè)計方法， 提高了機械與機床產(chǎn)品的設(shè)計水平。二、機械優(yōu)化設(shè)計中的內(nèi)容分析（1）綜合各個學(xué)科的設(shè)計由于機械產(chǎn)品的設(shè)計過程十分復(fù)雜，因此在設(shè)計過程中，要注意要從多個學(xué) 科的角度對設(shè)計方案進行綜合性考慮。首先需要從工程整體的角度，運用相應(yīng)的 知識對其進行目標(biāo)函數(shù)的確定，將整體設(shè)計系統(tǒng)以板塊進行區(qū)分，使函數(shù)變量得 以優(yōu)化。在板塊設(shè)計完成后，要根據(jù)其內(nèi)容將其從新連接，實現(xiàn)有機組合，是使 機械優(yōu)化設(shè)計更加完善2。（2）優(yōu)化遺傳算法遺傳算法的哲學(xué)基礎(chǔ)使達(dá)爾文理論的延伸，其強調(diào)物從天降，適者生存遺 傳算法放棄了傳統(tǒng)遺傳算法的優(yōu)化算法，

8、以單個計算點為基礎(chǔ)，優(yōu)化了機械結(jié)構(gòu) 計算的過程，使數(shù)據(jù)更加精。遺傳算法的優(yōu)化可以同時操作計算過程中的多個計 算點，將所有計算點作為一個整體，將結(jié)果優(yōu)化后使結(jié)果成為最優(yōu)解。我國學(xué)者 應(yīng)用遺傳算法對天線罩的結(jié)構(gòu)壁進行了厚度上的優(yōu)化，部分學(xué)者應(yīng)用遺傳算法將 水下機器人的控制系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，將編碼策略應(yīng)用在了模糊控制中， 并討論了復(fù)制與變異的遺傳操作，是模糊控制器的應(yīng)用達(dá)到當(dāng)前時代的最優(yōu)化， 最優(yōu)化的模糊控制器的反應(yīng)速度更快，且超調(diào)更小。部分學(xué)者利用遺傳算法對將 航空發(fā)動機的管道線路進行了機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以傳統(tǒng)遺傳算法為基礎(chǔ)，將一 串算法不斷優(yōu)化，在通用有限元軟件NASTRAN的平臺，開發(fā)了

9、機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序， 使航空發(fā)動機的管道線路所得遺傳算法值為最優(yōu)解。在實際的生產(chǎn)中，有大量的 遺傳算法的實際例子，由此可以得出遺傳算法在機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的各個領(lǐng)域中都有 良好的應(yīng)用效果。（3）提高設(shè)計人員的自身能力機械設(shè)計優(yōu)化人員對專業(yè)能力的要求較高，因此應(yīng)對其以高標(biāo)準(zhǔn)進行要求， 使其掌握多方面的能力。在實際工作中，應(yīng)當(dāng)加強對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計人員的考 核制度以及對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計人員的培訓(xùn)。通過邀請行業(yè)專家來進行機械結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計講座，進而提高機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計人員的專業(yè)水平，同時，在機械結(jié)構(gòu) 優(yōu)化設(shè)計人員的招聘中，也要提高招聘標(biāo)準(zhǔn)，從而保證機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計能夠符 合實際需求。三、機械設(shè)計的未來發(fā)展趨

10、勢可以將機械設(shè)計的未來發(fā)展趨勢劃分為三點，首先是產(chǎn)品質(zhì)量的高成本壓力， 這樣的情況為設(shè)計競爭帶來了挑戰(zhàn)。其次是，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)符合當(dāng)前時代 中的多種要求。再次使設(shè)計的經(jīng)營管理要以實際制造為基礎(chǔ)，完善結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。 機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的獨立形式已經(jīng)開始轉(zhuǎn)變成了協(xié)作形式，因此應(yīng)將兩者進行結(jié) 合，挖掘設(shè)計人員的潛力，使設(shè)計人員對數(shù)字化工作更為重視。在我國機械化結(jié) 構(gòu)設(shè)計的推動下，現(xiàn)代機械制造的主要研究方向已經(jīng)基本全面，從設(shè)計方法學(xué)、 到動態(tài)化設(shè)計學(xué)，使機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計不斷完善，提高了我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 為未來我國科學(xué)技術(shù)的延伸奠定了基礎(chǔ)3。結(jié)束語在當(dāng)前時代中，機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計關(guān)乎著我國航空航天、船舶制造、汽車產(chǎn) 業(yè)與機械機床等多種領(lǐng)域，因此應(yīng)對機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進一步研究，使其能夠貫 穿我國科技