機械產(chǎn)品設計技術應用研究論文

　　摘要:主要從結構優(yōu)化設計的流程、優(yōu)化類型和優(yōu)化技術方法幾個方面展開論述，探討了結構優(yōu)化的特性。

　　關鍵詞:機械產(chǎn)品;設計;結構優(yōu)化;技術應用

　　作為系統(tǒng)優(yōu)化的一個步驟，結構優(yōu)化設計是其中的重要一環(huán)，它需要全方位運用設計方面的技術知識，確定最佳的方法來滿足相關的需求。以往傳統(tǒng)的設計方法是操作人員選擇其他相關產(chǎn)品作為模型，依賴經(jīng)驗和細致的觀察來確定方法，在設計后期還要通過測試判斷其是否符合要求，此過程不僅會浪費過多的人力物力，并且由于全過程都是人工操作，仍然存在質(zhì)量等問題的安全隱患，降低了產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，確定結構優(yōu)化技術，選用拓撲優(yōu)化技術和尺寸優(yōu)化技術相結合，并進行理論的計算和設計，確保產(chǎn)品的質(zhì)量和精細度，才能既提高工作效率，又可以在激烈的市場競爭中占據(jù)一席之地。

　　1結構優(yōu)化的流程

　　第一，首先設定好目標函數(shù)。作為結構優(yōu)化的基礎，目標函數(shù)能夠精準確定機械產(chǎn)品的相關標準，并采用此函數(shù)做具體設計的要求設置，同時在確定目標函數(shù)時，還應當相應縮小應力以及變形程度的設計。第二，設計函數(shù)變量。在設定完目標函數(shù)后，需要進行函數(shù)變量的設計，主要包括過程中的參數(shù)，零部件的長度、寬度、角度，這些是影響機械產(chǎn)品質(zhì)量和水平的重要原因，如果不能科學合理地確定這些參數(shù)的設置，就會在生產(chǎn)時出現(xiàn)不合格品，造成原料的大量浪費，直接增加了經(jīng)濟成本，降低經(jīng)濟收益率。第三，確定約束條件。設計完函數(shù)變量后，還有一個重要的工作步驟，就是確定約束條件，這些約束條件就是對函數(shù)變量施加束縛和一定的約束，包括極值、臨界范圍等。第四，確定和評估設計方法。確定設計方法是對機械產(chǎn)品進行設計和優(yōu)化的最后一步，也是最為重要的一步，由于目前的設計方法種類繁多且各具優(yōu)勢，就需要在眾多的方法中選出最適合的一種方法，并根據(jù)實際操作情況安排確定性價比最高的方法。在確定好方法后，實質(zhì)上也就確定了機械產(chǎn)品的一套設計方案，但并不能根據(jù)這個方法就進行生產(chǎn)，實際投入使用前，還須經(jīng)過專業(yè)技術人員的評估，從技術角度確定方案的可行性，只有這樣才能夠做到萬無一失，降低錯誤發(fā)生的幾率。

　　2結構優(yōu)化的類型

　　2.1尺寸優(yōu)化。尺寸優(yōu)化是在機械產(chǎn)品外形和拓撲結構不變的情況下，改變設計變量或者進行分析重組，從而優(yōu)化組合性能的優(yōu)化方法。2.2形狀優(yōu)化。形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化相似，是在保證機械產(chǎn)品設計域內(nèi)拓撲關系不變的情況下，去求解機械的結構邊界，通過改變邊界組合，組成新的形狀，從而使之表現(xiàn)出最好的性能狀態(tài)。2.3拓撲優(yōu)化。按照機械產(chǎn)品設計優(yōu)化的特點進行劃分，優(yōu)化方法主要有三種:參數(shù)優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓撲優(yōu)化，其中拓撲優(yōu)化的工作原理是按照設定的目標采用合適的計算方法將應力較小區(qū)域中的材料進行剔除，能夠在設定好的空間中選擇最佳的材料種類和分布形式，從而幫助設計工作過程做出結構和性能最佳的零部件、框架結構以及內(nèi)部加強筋的分布形式，從這里可以看出，拓撲優(yōu)化不僅保證了產(chǎn)品的外觀形貌，并且也獲得了最合理的理論概念模型，可以有效促進產(chǎn)品的結構設計，充分發(fā)揮設計開發(fā)人員的創(chuàng)新理念，增強市場競爭力。2.4快速分析方法。提高控制性能函數(shù)的計算效率是目前急需克服的重難點問題。加強結構性能的優(yōu)化才能夠有效配合實現(xiàn)綜合性能的最優(yōu)。產(chǎn)品結構的動靜結合優(yōu)化過程在近幾年也受到了相關技術人員的關注。采用近似分析技術能夠高效提高函數(shù)的計算過程，保證工作效率，然而這種方法在使用之前須做好前期的準備分析工作，并且計算過程通常也不夠精確。因此，引進新型的計算方法可以有效解決上述問題，實現(xiàn)協(xié)同優(yōu)化。

　　3機械產(chǎn)品設計優(yōu)化的方法策略

　　3.1提高設計人員的素質(zhì)水平。首先要提高機械技術知識水平，只有熟練掌握機械相關知識，才能夠靈活運用，實現(xiàn)產(chǎn)品設計的優(yōu)化。但除了機械知識以外，還應當加強其他知識的修養(yǎng)，主要有:第一，數(shù)學建模能力。這是最基本的工作內(nèi)容。設計工作人員在進行方案設計時，不僅要規(guī)范，還要保證方案能夠被他人理解，只有具備一定數(shù)學建模能力的人員才能夠使用規(guī)范標準的數(shù)學語言將問題和設計方案表達出來，并在此基礎上確定模型，保證模型的實用性。第二，解答問題的能力。僅僅會建模還不夠，還應當能夠求解所建立模型的變量以及參數(shù)，這樣才能夠高效得出結果。比如對于隨機變量模型，一定要能夠快速求解隨機變量模型，才能夠計算出隨機變量的目標函數(shù)以及變量的數(shù)值。第三，對問題的處理能力。這是因為在確定完設計方案后，一個極其重要的步驟就是評價方案，一旦方案投入生產(chǎn)，就需有更多的人共同配合完成，而參與的人越多，就越容易造成大家對問題本身都一知半解，出現(xiàn)問題后也難以找到明確的責任人。這個時候，如果有一個能夠全程負責的人去追蹤過程，會在很大程度上降低問題的發(fā)生概率。3.2綜合運用所有學科的知識。設計的過程需要綜合運用所有學科的知識點，因為機械產(chǎn)品的結構設計不僅需要機械的專業(yè)知識，還附帶數(shù)學算法、數(shù)據(jù)分析、計算機等多個其他學科的知識，只有將這些所學的知識綜合運用，才能設計出合理、方便的機械產(chǎn)品。在進行學科知識總結運用過程中，首先要放眼全局，從整體角度出發(fā)，綜合考慮。然后再將設計的產(chǎn)品系統(tǒng)逐步分解，按照知識板塊分解成若干個單元，按照相對應的知識體系進行相應目標函數(shù)的確定，再按照理論知識的原理進行函數(shù)變量和優(yōu)化方法的設定。分別設計好后，按照它們之間的聯(lián)系，一個一個地將它們連接起來，這樣就組成了一個完整的設計方案，最后可以根據(jù)整體設計的需求進行輕微地調(diào)試變動。3.3創(chuàng)新思維，杜絕重復。在設計過程中必須要做到自主創(chuàng)新，堅決避免重復，從現(xiàn)實角度出發(fā)，一定要有創(chuàng)新才能有廣闊的市場空間，重復的、沒有創(chuàng)意的東西很難贏得市場的青睞，也就是說，一個公司要想成長和進步，就必須推舊出新，避免墨守成規(guī)，最終導致被市場大環(huán)境所淘汰。因此，作為一個出色的企業(yè)，就要不斷創(chuàng)新，不斷保持市場活力，但在創(chuàng)新過程中要防止抄襲、重復等，作為設計研發(fā)人員，要不斷轉(zhuǎn)變思路，積極對產(chǎn)品進行改造，在推出新產(chǎn)品的同時，也要對原有產(chǎn)品進行改造，最終目的都是為了適應市場需求，使企業(yè)具有一定的競爭力。

　　4結語

　　隨著行業(yè)的發(fā)展，技術的進步，機械設計的難度越來越大，很容易讓設計研發(fā)人員陷入到無休止且煩瑣、混亂的工作中，機械設計優(yōu)化方法的出現(xiàn)，解放了設計人員，特別是近年來，優(yōu)化方法和CAE分析技術的結合，大大降低了設計人員的工作強度。隨著各種CAE軟件，如:ANSYS、MAＲC、ABAQUS等的投入應用，利用現(xiàn)代化的手段進行新產(chǎn)品的開發(fā)設計，滿足了越來越多的客戶需求。通過優(yōu)化設計，在降低產(chǎn)品重量、提高產(chǎn)品性能的同時，把設計人員從繁重的工作中解放出來，激發(fā)了他們設計創(chuàng)新的熱情與積極創(chuàng)新的設計思路。機械制造工業(yè)正經(jīng)歷一次深刻地變革。

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