谈机械设计的优化方法

谈机械设计的优化方法浅谈机械设计的优化方法关键词：机械设计，优化，方法谈机械设计的优化方法本文简介：摘要：国民经济高速发展，带动了机械设计领域的变革。作为传统设计学科，机械工程在与现代科技接轨的同时，还应该积极进行设计方法的优化与改革，实现工艺与产品的全面发展。本文以机械设计为内容，对其优化方法进行探讨，以供参考。关键词：现代机械；机械特征；设计方法；优化设计信息化社会背景下，高新科技在机械设计中谈机械设计的优化方法本文内容：摘要：国民经济高速发展，带动了机械设计领域的变革。作为传统设计学科，机械工程在与现代科技接轨的同时，还应该积极进行设计方法的优化与改革，实现工艺与产品的全面发展。本文以机械设计为内容，对其优化方法进行探讨，以供参考。关键词：现代机械；机械特征；设计方法；优化设计信息化社会背景下，高新科技在机械设计中的应用也更加广泛，这大大推动了机械产品的多功能趋势，也使其更加符合当代人对产品的需求。随着时代的变迁，产品设计必然需要不断创新，与时俱进，鉴于机械设计的高精度、高标准，对机械设计优化方法进行深入研究显得更加必要。1机械设计优化方法随着计算机应用技术的不断革新，优化方法也不断升级，并逐渐应用于机械工程等领域。采取的优化方法，通常可以保证某个设计方案达到标准的要求范围。优化以后的方案减少了工作量，因此被广泛重视，致使优化方式也趋于多样化。优化方法经过了多个阶段的演变，逐渐变得稳定，由于其经历了数值法、数值分析法和非数值分析法等阶段，因此最终形成的优化方式能够被应用的途径也更加广泛[1]。近年来，通常将优化系统应用于计算机辅助设置，促使工程设计过程中可以对设计参数进行选择，从中选出最佳设计方案，缩短周期，加快设计速度。在机械产品不断更新的今天，通过优化方案设计的方式，结合计算机辅助设计，促使设计工程实现自动化，这也是将来设计方法中不可阻挡的发展趋势。2机械设计优化方法的分类及特点2.1无约束优化设计法不受约束函数的优化设计限制而形成无约束优化设计。这种设计主要分为以下两类：一种是利用一阶或二阶导数达到目标函数的无约束优化方法；另一种是利用目标函数值的无约束优化方法。2.2约束优化设计法优化设计问题大多与约束有关，在对机械设计进行方案优化时，根据约束条件分为直接法和间接法。直接法又包括复合型法、约束坐标轮换法和网络法。直接法优化形式主要为构造一个迭代过程，通过不断确定迭代点，让其在可行域中执行，并同时完成目标函数值逐渐降低的过程，快速得到最优解。间接法分为：惩罚函数法、增广乘子法。这种方法根据要求取消约束限制，让原有问题转化为无约束优化问题，然后根据无约束优化方法将问题转化为线性或非线性问题进行解决[2]。2.3遗传算法这是一种非确定性的拟自然算法，通过对自然生物进化规律进行模仿，然后对随机产生的群体进行繁衍培育，通过优胜劣汰的淘汰方式，循环往复提高群体素质，让群体中的个体不断演化，最终得到全局最优解。这几年已经将遗传算法应用于机械工程领域，并延展到多个方面，主要的应用领域为：机械结构优化设计；实用性分析；故障诊断；参数辨识；机械方案设计等[3]。遗传算法虽然能够短时间解决多种难题，但这种算法并不完善，由于其本身存在参数优化问题，并且无法避免过早收敛，因此需要对操作手段或方法进行改进，以提高算法优化效率为目的，结合其他优化算法才能加以完善，并被推广运用。2.4蚁群算法受自然界蚁群集体行为的启发，在此基础上通过变换模拟形成了蚁群算法。这种算法对数学模型没有严格要求，只用来解决系统优化问题。这种算法可以避免出现导数等数学信息，优化流程简便，能够快速解决非线性问题，并利用显示表达。2.5模拟退火算法作为全局最优算法，通过模拟物理系统退火过程，而使优化问题的求解过程变得更为简单便捷。这种算法通过适当控制温度下降过程，对退火的全过程进行模拟，因此对优化过程的全局了如指掌。这种方法具有通用性特点，适用于不同非线性问题的解答。在对于不良性函数进行优化时，同样可以通过计算最大概率的方式得到最优解。同时，这种算法处理问题的类型趋于多样化，不需要借助任何辅助信息，对于目标函数和约束函数不设限制，是一种可以处理离散型、连续型和混合型等多种设计变量的优化算法。2.6机械设计优化方法的选择根据机械设计出现问题的特点，选择合适的优化设计方法十分关键。针对某一单一问题，可以有多种解决方案，但是为了节省资源，避免浪费时间，需要尽可能排除不符合要求的低效率优化方案，直接选择最优方式进行解决。优化方法需要遵循以下四个基本原则：效率高、可靠性高、计算机运行程序成熟、稳定性好[4]。同时，选择优化方法之前，可以根据个人经验和喜好，结合优化模型的约束条件进行方法选择，不断优化模型的约束函数及目标函数。根据数学模型的特点，也可以完成优化设计的选择，通常情况下，在解决选择对象为显函数并且设计变量有限的问题时，多半采取惩罚函数法；对含有线性约束的非线性规划问题，采用梯度投影法。无论采取哪种优化方案，都需要参考计算机的稳定性能，才能最终确定优化方案。3结束语通过优化机械设计方法，可以提高机械运行稳定性、安全性，同时还能够增加机械功能性，使之更加符合当代人们对机械的使用需求。本文从多方面对机械设计优化方法进行了研究，旨在助力于我国机械设计领域发展创新。参考文献：[1]樊磊.机械优化设计理论方法分析[J].时代农机，2017，44(7)：19+21.[2]陈建儒.机械产品数字化设计创新与发展[J].南方农机，2018，49(20)：135.[3]孔令涵.机械优化设计理论方法研究分析[J].智能城市，2016，2(7)：270.[4]吕浩明.分析机械设计的优化方法[J].科教导刊（电子版），2016(11)：160.作者：陈帮春单位：黄河科技学院