機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)分析

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)分析摘要：隨著我國(guó)科技進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，在社會(huì)生產(chǎn)生活中，機(jī)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(jī)械結(jié)構(gòu)不斷完善，突破傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)模式，提高機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)能力。通過分析當(dāng)前機(jī)械行業(yè)的發(fā)展了解 到，機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重。因此，應(yīng)根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的整 體發(fā)展需求完善結(jié)構(gòu)，突出機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)化，使機(jī)械制造品能夠符合當(dāng)前 時(shí)代的發(fā)展需求。關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化措施一、簡(jiǎn)析機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍就當(dāng)前情況來看，機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)械自動(dòng)化等，同時(shí)在應(yīng)用的過程中也取得了一定

2、的成 績(jī)。距2018年底的不完全統(tǒng)計(jì)，關(guān)于機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在當(dāng)前時(shí)代 中尤為重要。（1）航空航天航空航天技術(shù)是我國(guó)當(dāng)前先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，航空航天技術(shù)發(fā)展代表著我國(guó)的 綜合水平與科技能力。在當(dāng)前時(shí)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(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展最快，并且應(yīng)用面廣，是個(gè)在 航空航天領(lǐng)域加以應(yīng)用。航空航天領(lǐng)域在我國(guó)有著極其重要的地位，因此機(jī)械結(jié) 構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)得到了廣泛的應(yīng)用，并且也得到了我國(guó)的充分重視。就當(dāng)前情況來看，我國(guó)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(bào)告也都出自航空航天領(lǐng)域，無論國(guó)外還是國(guó)內(nèi)都是這樣的現(xiàn) 象。國(guó)內(nèi)在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)研究了飛機(jī)機(jī)身與飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)，同時(shí)也研究了火箭 的發(fā)動(dòng)機(jī)裝載體與航空發(fā)動(dòng)機(jī)輪盤，并以此發(fā)表了大量的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化論文與研 究報(bào)告，為我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了方向。我國(guó)的航空航天業(yè)研究機(jī)械結(jié)構(gòu)取得 了巨大的成功，同時(shí)也為我國(guó)航天航空的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，促進(jìn)了我國(guó)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(jì)相對(duì)國(guó)外的船舶制造業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)起步較晚， 我國(guó)自20世紀(jì)開始研究船舶結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，相對(duì)于國(guó)外晚了近10年。但是，就 目前情況來看，我國(guó)船舶制造業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)的研究成果。例如，在潛艇結(jié)構(gòu)、游輪表面結(jié)構(gòu)、貨倉(cāng)結(jié)構(gòu)、 液壓倉(cāng)結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)1。圖1.貨倉(cāng)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化機(jī)械臂（3）汽車產(chǎn)業(yè)在當(dāng)前時(shí)代中，汽車產(chǎn)業(yè)是我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域之一， 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在汽車產(chǎn)業(yè)中不斷創(chuàng)新，同時(shí)汽車產(chǎn)業(yè)也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行 業(yè)。全國(guó)的各個(gè)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(jì) 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(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做好鋪墊。我國(guó)汽 車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)有了大量的研究成果，國(guó)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(jì)中，一些國(guó)內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了萬向節(jié)傳動(dòng)布局的支撐 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)框架以優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提升了汽車 懸掛系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效率，并對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車車身以結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研 究，得出了大量的研究報(bào)告，為我國(guó)企業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了有效推動(dòng)了。國(guó)外也對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了大量的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，例如Bae研究了公共汽 車的立柱結(jié)構(gòu)優(yōu)化，Takahashi進(jìn)行了公共汽車車身機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程（4）通用機(jī)械與機(jī)床通用機(jī)械與機(jī)床的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)進(jìn)行有效結(jié)合，使復(fù)雜 的大型通用機(jī)械與機(jī)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(jī)械零部件都是連續(xù)體結(jié)構(gòu)，將連續(xù)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解時(shí)非常復(fù)雜，因此對(duì)機(jī)械零 部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)較為困難。我國(guó)的相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)中的離 散設(shè)計(jì)變量來完成的研究，并提出了離散設(shè)計(jì)變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法。在我國(guó) 的一些研究報(bào)告與論文中對(duì)機(jī)床床身零部件機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與原著拉壓彈簧動(dòng) 載結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了突破性創(chuàng)新，將機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用到了機(jī)械與機(jī)床中。 這些參考文獻(xiàn)：與研究工作的開展使得我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)更加

7、快速，且使機(jī) 械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)變的更為有效，成為了當(dāng)前時(shí)代中機(jī)械與機(jī)床中的可靠設(shè)計(jì)方法， 提高了機(jī)械與機(jī)床產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平。二、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的內(nèi)容分析（1）綜合各個(gè)學(xué)科的設(shè)計(jì)由于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程十分復(fù)雜，因此在設(shè)計(jì)過程中，要注意要從多個(gè)學(xué) 科的角度對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合性考慮。首先需要從工程整體的角度，運(yùn)用相應(yīng)的 知識(shí)對(duì)其進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的確定，將整體設(shè)計(jì)系統(tǒng)以板塊進(jìn)行區(qū)分，使函數(shù)變量得 以優(yōu)化。在板塊設(shè)計(jì)完成后，要根據(jù)其內(nèi)容將其從新連接，實(shí)現(xiàn)有機(jī)組合，是使 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)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(qiáng)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(gè)計(jì)算點(diǎn)為基礎(chǔ)，優(yōu)化了機(jī)械結(jié)構(gòu) 計(jì)算的過程，使數(shù)據(jù)更加精。遺傳算法的優(yōu)化可以同時(shí)操作計(jì)算過程中的多個(gè)計(jì) 算點(diǎn)，將所有計(jì)算點(diǎn)作為一個(gè)整體，將結(jié)果優(yōu)化后使結(jié)果成為最優(yōu)解。我國(guó)學(xué)者 應(yīng)用遺傳算法對(duì)天線罩的結(jié)構(gòu)壁進(jìn)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(jī)器人的控制系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)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(duì)將 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的管道線路進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(tái)，開發(fā)了

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

10、勢(shì)可以將機(jī)械設(shè)計(jì)的未來發(fā)展趨勢(shì)劃分為三點(diǎn)，首先是產(chǎn)品質(zhì)量的高成本壓力， 這樣的情況為設(shè)計(jì)競(jìng)爭(zhēng)帶來了挑戰(zhàn)。其次是，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)符合當(dāng)前時(shí)代 中的多種要求。再次使設(shè)計(jì)的經(jīng)營(yíng)管理要以實(shí)際制造為基礎(chǔ)，完善結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的獨(dú)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(jìn)行結(jié) 合，挖掘設(shè)計(jì)人員的潛力，使設(shè)計(jì)人員對(duì)數(shù)字化工作更為重視。在我國(guó)機(jī)械化結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)的推動(dòng)下，現(xiàn)代機(jī)械制造的主要研究方向已經(jīng)基本全面，從設(shè)計(jì)方法學(xué)、 到動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)學(xué)，使機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不斷完善，提高了我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 為未來我國(guó)科學(xué)技術(shù)的延伸奠定了基礎(chǔ)3。結(jié)束語(yǔ)在當(dāng)前時(shí)代中，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)乎著我國(guó)航空航天、船舶制造、汽車產(chǎn) 業(yè)與機(jī)械機(jī)床等多種領(lǐng)域，因此應(yīng)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)一步研究，使其能夠貫 穿我國(guó)科技