機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)讀書筆記

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法-優(yōu)化設(shè)計(jì)--鄧明松1.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法概述：在設(shè)計(jì)越來越顯示其重要性的今天，掌握新的設(shè)計(jì)思想、應(yīng)用新的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)、采用新的設(shè)計(jì)工具，對(duì)于提高企業(yè)產(chǎn)品競爭力，具有非常重要的意義?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已經(jīng)不再僅僅考慮產(chǎn)品本身，而且還要考慮對(duì)系統(tǒng)和環(huán)境的影響;不僅要考慮技術(shù)領(lǐng)域，還要考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益；不僅要考慮當(dāng)前，還要考慮長遠(yuǎn)的發(fā)展。隨著越來越多的新技術(shù)和新理論的產(chǎn)生，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法也呈現(xiàn)出多樣性，以下是目前機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的機(jī)械設(shè)計(jì)方法：優(yōu)化設(shè)計(jì)(Optimaldesign)可靠性設(shè)計(jì)(Reliabilitydesign)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)計(jì)算機(jī)輔助工程人機(jī)工程設(shè)計(jì)(Man-machineengineering，ergonomics)工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)(Visualdesign)智能設(shè)計(jì)價(jià)值工程(Valueengineering)機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)(Dynamicdesign)模塊化設(shè)計(jì)(Modulardesign)反求工程(Inverseengineering)有限元法(Finiteelementmethod)相似性設(shè)計(jì)(Similaritydesign)系統(tǒng)化設(shè)計(jì)(Systematizationdesign)并行設(shè)計(jì)(Concurrentdesign)模態(tài)設(shè)計(jì)(Modaldesign)但是眾多的設(shè)計(jì)方法，我們究竟該選用那一種設(shè)計(jì)方法呢？這就取決于我們所要運(yùn)用的系統(tǒng)和產(chǎn)品了，可能在系統(tǒng)中我們運(yùn)用一種或者幾種設(shè)計(jì)方案，或者我們系統(tǒng)的子系統(tǒng)中運(yùn)用一種設(shè)計(jì)方法另外一子系統(tǒng)中運(yùn)用別的設(shè)計(jì)方法。比如我們?cè)O(shè)計(jì)某一系統(tǒng)時(shí)會(huì)用到可靠性設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算而且運(yùn)用了有限元分析。每一種設(shè)計(jì)方法都不是孤立存在的，他們相互關(guān)聯(lián)和嵌套的。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)概念：目前機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中運(yùn)用非常廣泛，那么什么又是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)呢？優(yōu)化設(shè)計(jì)(OptimalDesign)是將工程設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，借助于計(jì)算機(jī)(高速度、高精度和大存儲(chǔ)量)的處理，從而滿足設(shè)計(jì)要求的一切可行方案中，按照預(yù)定的目標(biāo)尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)方法。它是一種將設(shè)計(jì)變量表示為產(chǎn)品性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)指標(biāo)或運(yùn)動(dòng)參數(shù)指標(biāo)的函數(shù)(稱為目標(biāo)函數(shù))，然后在產(chǎn)品規(guī)定的性態(tài)、幾何和運(yùn)動(dòng)等其它條件的限制(稱為約束條件)的范圍內(nèi)，尋找滿足一個(gè)目標(biāo)函數(shù)或多個(gè)目標(biāo)函數(shù)最大或最小的設(shè)計(jì)變量組合的數(shù)學(xué)方法。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)一般過程為:a） 建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。b） 選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法。c） 編寫計(jì)算機(jī)程序。d） .準(zhǔn)備必須的初始數(shù)據(jù)并上機(jī)計(jì)算。e） 對(duì)計(jì)算機(jī)求得的結(jié)果進(jìn)行必要的分析。3.1優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)變量 —［工］、乂。、工彳■約束條件，=',2,…，p

&x）=0,i=l,2,…,qq<n目標(biāo)函數(shù)minF（A-）=F（x1?x,…，xn）數(shù)學(xué)模型的三要素：設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件3.1.1,設(shè)計(jì)變量的選擇在充分了解設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響程度分析其主次，應(yīng)盡量減少設(shè)計(jì)變量的數(shù)目，以簡化優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。應(yīng)注意各設(shè)計(jì)變量應(yīng)相互獨(dú)立，否則會(huì)使目標(biāo)函數(shù)出現(xiàn)“山脊”或“溝谷”，給優(yōu)化帶來困難.。3.12.目標(biāo)函數(shù)的確定把最重要的指標(biāo)作為目標(biāo)函數(shù)，其余的次要的指標(biāo)可作為約束條件。對(duì)于一般機(jī)械，可按重量最輕或體積最小的要求建立目標(biāo)函數(shù)；對(duì)應(yīng)力集中現(xiàn)象尤其突出的構(gòu)件，則以應(yīng)力集中系數(shù)最小為追求的目標(biāo)。對(duì)于精密儀器，應(yīng)按其精度最高或誤差最小的要求建立目標(biāo)函數(shù)。3.1.3.約束條件的確定約束條件是就工程設(shè)計(jì)本身而提出的對(duì)設(shè)計(jì)變量取值范圍的限制條件。4.優(yōu)化方法選擇原則：算法的通，在一定精度要求下，對(duì)各種不同特性的優(yōu)化問題都能獲得成功。計(jì)算目標(biāo)函數(shù)的次數(shù)。在同樣精度下，希望計(jì)算目標(biāo)函數(shù)次數(shù)越少越好。計(jì)算時(shí)間。同樣精度情況下，計(jì)算時(shí)間越少越好。優(yōu)化設(shè)計(jì)分類：按目標(biāo)函數(shù)的多少：單目標(biāo)優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化按所能求解的維數(shù)：一維優(yōu)化和多維優(yōu)化按約束情況：無約束優(yōu)化和約束優(yōu)化按求優(yōu)的途徑：數(shù)學(xué)迭代法、解析法、圖解法數(shù)值迭代法：利用已有信息及再生信息進(jìn)行試探及迭代求優(yōu)的方法，便于采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，是目前優(yōu)化設(shè)計(jì)中廣泛采用的方法。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的作用：使傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中，求解可行解上升為求解最優(yōu)解成為可能；使傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)中，性能指標(biāo)的校核可以不再進(jìn)行；使機(jī)械設(shè)計(jì)的部分評(píng)價(jià)，由定性改定量成為可能；使零缺陷（廢品）設(shè)計(jì)成為可能；大大提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。機(jī)械優(yōu)化設(shè)