機械優化設計精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇機械優化設計，期待它們能激發您的靈感。

篇1

1 傳統工業的優化設計應用

傳統機械優化設計方法大多應用于機械結構和零件功能的優化設計，針對機械結構的性能和形態進行優化。在機械結構上，內點罰函數優化法，能夠對剛度和壓彎組合強度結構進行良好的優化，既能夠滿足尺寸要求又能良好的控制結構自重。在形態方面，典型的是軸對稱鍛造部件的毛坯形狀的優化。在性能方面，采用坐標轉換法和黃金分割法對部分兩岸結構進行優化設計，使得機械結構更加準確保持運動平衡性，提高了傳力性能。這樣看來，傳統機械優化設計方法依然能夠取得良好的效果，所以在機械設計發展中不能忽略傳統優化方法的

作用。

2 現代工業的優化設計應用

現代高新設計方法在機械優化設計中的應用已越來越廣泛。但應該看到，現代的設計不僅僅是單一的完成給定產品的設計，而應該要將產品使用及設備維修等因素統一進行考慮。所以，機械優化設計在強調環保設計和可靠性設計等考慮綜合性因素的機械優化設計應用工作更為活躍，機械優化設計的應用領域更加廣泛，涉及到航空航天工程機械及通用機械與機床的機械優化設計；涉及到水利、橋梁和船舶機械優化設計；涉及到汽車和鐵路運輸行業及通訊行業機械優化設計；涉及到輕工紡織行業、能源工業和軍事工業機械優化設計；涉及到建筑領域機械優化設計；涉及到石油及石化行業機械優化設計；涉及到食品機械等機械優化設計。機械優化設計的應用還能夠解決具有復雜結構的系統問題。

2.1 優化設計網絡軟件的應用

優化算法的研究已經有所成績，利用網絡平臺逐漸開發一些工業化在線優化軟件，便于工業設計使用。對于在線機械優化設計軟件來說，亟待解決的問題就是模型問題，對于非常復雜的系統來說，結構、流程、物料和系統參數等，都非常復雜，如果計算對象比較模糊，運算效率會受到嚴重的影響，這就給在線優化軟件帶來了巨大的困難。為了解決這種情況，通過合適的算法解決辨別模型，結合神經網絡和學習特點進行數據的識別，讓在線優化軟件也能夠良好的應用于各種模型，比如國內比較成熟的 NEUMAX 軟件包，基于神經遺傳算法的在線優化軟件包，都能夠良好的實現各種模型的遺傳算法，這些軟件已經成功應用于甲醇合成機械設計的優化工作中。

2.2 優化設計在MATLAB中的應用

在機械設計中引入優化設計方法不僅能使設計的機械零件滿足性能要求，還能使其在某些特定方面達到最優。利用 MATLAB優化工具箱求解機械優化設計問題不僅避免了傳統的設計方法中人工試湊、分析比較過程中的繁雜與重復，而且編程簡單、結果可靠。在上述實例中，利用 MATLAB 軟件中FEMINCON函數求解夾具設計問題，最 終設計的 夾具要比采用傳統設計方法設計的質量輕、成本低，并且設計效率高。

2.3 人工神經網絡法在機械優化設計中的應用

人工神經網絡是人類模仿大腦神經網絡結構和功能而建立的一種信息處理系統，是理論化的人腦神經網絡的數學模型。人工神經網絡從事例中學習，可以處理非線性問題，特別擅長處理那些需要人直觀判斷的信息匱乏的問題，如不完全數據集合，模糊信息以及高度復雜問題等。人工神經網絡應用于優化設計，主要體現在以下兩個方面：

Hopfield 網絡 2.BP 網絡

2.4 模糊優化方法在機械優化設計中的應用應用模糊優化理論能夠將設計中的模糊因素和模糊主觀信息定量化，通過合理給定約束函數、目標函數的容許值、期望值及其模糊分布 （隸屬函數） 來 “軟化”邊界條件，擴大尋優范圍和體現專家的經驗、觀點和某些公認的設計準則。把模糊技術應用于優化設計建模，其特長不僅在于它善于表達模糊概念，處理模糊因素，而且還可將復雜問題簡化，使優化模型更加合理。采用模糊理論建立優化設計模型對求解復雜系統優化設計問題具有重要意義。

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【關鍵詞】機械設計；優化設計；方法

引 言

機械優化設計，所涉及的學科眾多。其中包含物理學、材料學、應用數學及化學、應用力學以及計算機程序設計等，系處理較為復雜的設計的有效工具之一。此次研究除去闡述優化設計方法，還總結出歸納出無約束優化設計法、有約束優化設計法、基因遺傳算法三類優化設計手段，并對三者的特點進行論述，最后，對選取優化設計手段的幾大要素進行闡述。

一、優化設計手段的論述

機械優化領域的設計靈魂即是優化設計方法，伴隨計算機技術及數學科學迅速發展，解析法、數值分析法及非數值分析法為其所發展經歷的三個階段。

20世紀的50年代初，解決最優化問題的兩種最主要的數學方法是，古典的變分法與微分法。此兩種手段具計算精準及概念清晰的主要特征，可是，不足之處是僅限于解決一些小型或是特殊問題，于處理大型的實際問題之時，因過大的計算量，無形中增加了計算的難度。

20世紀50年代末，于優化設計中，其求優方法的理論基礎即是數學規劃手段。該方法是以數值分析為前提，結合已知的信息及條件，最后通過一連串的迭代過程得出問題最優解。但是其相關的理論還是比較簡單的，計算的過程亦相對容易，只是計算的量極其大，可是此亦正是計算機所有工作中最為擅長的一項，當然，計算機也就歸為了數值優化措施工具中最關鍵的那一類。

20世紀80年代末，如模擬退火、進化規劃、混沌、人工神經網絡、遺傳算法及禁忌搜索等一些優化方法層出不窮，上述算法經模擬自然現象及規律而獲得某些結論，一步步產生具有特點的優化方法，它的內容涉及到物理學、統計力學、數學、生物學、神經學、人工智能等。

二、設計方法

該設計方法被大量的應用到機械工程中，主要是因為它可以在特定的背景中確保方案最為合理，而且不需要使用太多的人力物力。該方法從最初的數值法到后來的數值分析，最后過渡到非數值分析。最近幾年由于電腦技術的廣泛應用，在設計的時候可以通過合理的選取設計數值進而得到最為優秀的方案，而且還能夠大大的縮短用時。將該方法和電腦科技有效的融會到一起，是時展的產物，必將得到發揚。

三、類型和特征簡介

1、無約束優化設計法

具體的說分成兩個類型，一種是像共軛梯度法、最速下降法、牛頓法等方法，它是利用目標函數的一階或二階導數的無約束優化方法。另一種是像單形替換法、坐標輪換法等，利用目標函數值的無約束優化方法。

2、遺傳算法

該方法是對隨機群體不斷的演變選擇，進而獲取最為合理的方法。它非常的類似于自然界的淘汰法則，適應社會發展的必然得到發展，而落后的必然會被遺棄。該方法有兩大特點，即能夠起到優化整體的作用，同時還有很好的適應能力。它被應用到很多領域中，比如問題診斷等等。最近幾年它在工程方面也體現出了自身的巨大價值。接下來就具體的展開論述。第一是它能夠論述可靠性問題。第二是能夠辨別參數。它能夠大體的分辨結論數值，明確了大體的區間之后，再通過遺傳措施對設定的數值以及結論數值一起優化處理。第三，能夠設計機械方案。為了和目前的編碼體系保持一致，其設置了一系列的遺傳方法，通過這些方法掌控它的搜索活動，而且通過復制等活動不斷的迭代，進而得到最為優秀的方案。除此之外，它還可以應用到很多的其他行業中，比如節能設計以及數控加工誤差等。上文講述了很多它的優點，不過它也并非是完美的。比如目前還無法優化其自身的數值，無法通過新的設置來提升效率，目前的操作方法還不是很完善等等的一些問題。一般采用懲罰函數法求解約束優化問題時，其難點是如何選擇合適的懲罰因子。該因子太大的話，會使得搜索工作變得困難，但是如果設置得太小的話，可能造成整個懲罰函數的極小解不是原目標函數的極小解。

3、約束優化設計法

根據處理約束條件的方法不同可分為間接法和直接法。間接法常見的有增廣乘子法、懲罰函數法。它是將非線性優化問題轉化成線性規劃問題或是將約束優化問題轉化成無約束優化問題來求解。直接法常見的方法有復合形法、網絡法和約束坐標輪換法等。它的本質是創造一個迭代的步驟，確保所有的迭代點都能夠在可行區間之中，進而不斷的降低數值，一直到最為合理為止。

4、蟻群算法

是通過人工模擬螞蟻搜索食物的過程來求解旅行商問題，在1991年由意大利學者M.Dorigo等人提出。蟻群算法適合非線性問題的求解，避免了導數等數學信息，對系統優化問題的數學模型沒有很高的要求。主要應用在：交通建模及規劃電信路由控制、集成電路布線設計、有序排列問題、二次分配、車間任務調度等問題的求解。雖然蟻群算法具有并行計算、正反饋選擇和群體合作等優點，但也存在著容易出現“停滯”現象和需要較長的搜索時間兩個缺陷。吳慶洪等提出了應用改進型蟻群算法解決有序排列問題，運用新的狀態轉移規則，討論不同的軌跡更新規則對仿真結果的影響的一種具有變異特征的蟻群算法，并通過統計數據驗證了相對于標準的蟻群優化算法中，改進型蟻群算法的優勢所在。

5、模擬退火算法

模擬退火算法，最早在1953年由Metropolis提出，1983年Kirkpatrick成功地應用在組合最優化問題。模擬退火算法是一種通用的優化算法，用以求解不同的非線性問題；能夠發揮出良好的收斂性特征，而且適應能力很是強大；對不可微甚至不連續的函數優化，能以較大概率求得全局優化解；能處理不同類型的優化設計變量；并且對目標函數和約束函數沒有任何要求；不需要任何的輔助信息。目前已經廣泛的應用于：神經網絡、圖像處理、控制工程、數值分析和生產調度等。這個方法雖然有很多的優點，不過它也存在一些缺點，比如它的效果不是很好，而且整個運算活動耗費的時間非常久。通過上文的分析我們得知了這幾種算法本身的優點和缺陷，應該盡量的避免其缺陷，將優勢結合到一起，對其進行完善。

四、合理選取方法

通過上文中對設計特征的分析，我們得知要想保證設計合理，就要正確的選取優化方法。這主要是因為即使是一個完全相同的內容它也會存在很多不一樣的解決措施。然而并非是并存的這幾個措施都能夠將問題解決得天衣無縫。比如一些措施會使得設計的最終結果和我們當初的設置不符。要想避免這種現象，就需要我們牢牢此遵守四個基礎原則。第一，要保證可靠性好，第二要保證使用的計算程序是合理的，第三要確保其穩定，最后要保證效率。除此之外，還需要工作者的工作經驗豐富，只有這樣才可以分析相關的函數值，結合復雜性等要素對其進行合理的選取判斷。優化設計的選擇取決于數學模型的特點，對于只含線性約束的非線性規劃問題，最適應采用梯度投影法；對于約束函數和目標函數均為顯函數且設計變量個數較少的問題，采用懲罰函數法較好；針對那些求導有難度的要使用直接解法；對于高度非線性的函數，就要選取那些較為穩定的措施。

結束語

從機械產品設計的全局來看，目前比較先進的優化設計，大多數還停留在設計方案后參數優化方面，面向產品設計，應將優化設計拓寬到機械設計產品的全生命周期過程，是適應機械產品設計。隨著機械技術不斷地發展，在現代科學技術支持下，現代機械先進優化設計技術將進行新一輪的發展。

參考文獻

[1]李秀昌.淺談機械制造中數控技術的應用[J].科技致富向導，2013（9）.

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關鍵詞：優化設計；機械設計；效率；最佳方案

我國在工程運用中都取得了非常大的進步與很好的成效,然而和國外的先進優化技術相比還是有非常大的差異,在現實工程中能夠起到作用的優化設計方案或者是設計結果所占據的比例并不是非常的大。計算機等輔助裝備性能的不斷增強、加之市場與科技的雙重推進，使優化技術能夠在機械設計與制造中的運用得到了迅猛的發展,遺傳算法、粒子群法以及神經網絡等其它一些智能的優化方法在優化設計中也得到了非常廣泛的引用?，F代機械正向著大型化、復雜化的方向發展,傳統優化設計方法在實際工程的運用中逐漸顯表現的有些單調與乏力，已經不能滿足產品不斷創新的需求,機械優化設計急需創新和發展。

1機械優化設計中的相關定義

優化設計能夠展示出人們對于設計規律這個客觀世界認知的深化。設計上的優化值具體是指在特定條件的影響下能夠取得的最佳設計值。最優值是一個比較相對的概念,其和數學上的極值相比還是有很多不同的。

2機械優化設計研究內容

機械優化設計是一種比較科學、現代化的設計方式,而且是“最優”的。此處的“最優”也是相對而言的,伴隨科技的不斷發展以及設計條件不斷變化,最優的標準也隨之改變。優化設計體現了人們對于客觀世界認知的深化,需要人們按照事物發展的客觀規律,在特定的物質基礎與技術情況下完全發揮人的主觀能動性,獲得最好的設計方案。

2.1優化設計與傳統設計的區別

優化設計的最終目的就是最優設計，運用數學手段創建能夠達到設計目的的優化模型；在大量能夠實施的設計方案里面選擇出最好的設計方案；其所運用的手段就是計算機，計算機具有非?？斓倪\算速度，可以從數量較多的方案中挑選出“最優方案”。即使在建模的時候需要進行合適的適簡化,或許會導致所得到的結果不是完全可行或者是實際最優的，然而它是以客觀規律與數據為基礎的，不需要太多費用，所以其具備了經驗類比或者是試驗手段所沒有的特征。傳統設計同樣也追尋著最優的結果，經常是以調查分析為基石，根據設計需要與實踐經驗，參照相似的工程設計,經過估算、經驗對比、試驗以及構思、評價、再構思、再評價的尋優步驟來選擇設計方案，接下來需要剛度、強度以及穩定性等其它方面進行計算。經有關實踐可以看出，傳統的設計還要大量不足之處需要改善，并且最后的結果基本上離不開初始設計的試驗范圍。

2.2優化設計所研究的內容

優化設計首先需要選擇設計變量、制定目標函數、列出約束條件以及構建優化模型,其次是選用比較合適的優化方法進行優化求解,其主要包含了建模與求解。建模的要求:了解與把握優化設計方法的基本理論知識、設計問題抽象與數學模型處理的基本技能；具備此領域豐富的專業知識與設計經驗。

2.3機械優化設計特點

機械優化設計其實就是將計算方法與數學規劃理論運用到機械設計中去，按照所設定好的目標，憑借電子計算機的運算尋找最佳設計方案的相關參數，進而能夠獲得更大的技術經濟的成效，其具備了普通的機械設計所沒有的特征。主要體現在以下幾個方面：能夠減少機械產品的成本，增強它的性能。

2.4機械優化設計基本思路

在保證基本機械性能的基礎上，依托計算機,運用部分具有較高精度的力學與數學規劃方法來進行計算。機械優化設計的步驟：對設計變量進行分析，提出目標函數，確定約束條件，建立優化設計的數學模型；選用合適的優化方式，編寫優化程序；準備所需要使用的初始數據并且上機進行計算，對計算所得到的結果進行必要的驗證。

3機械優化設計方法

優化準則法針對不同類型的約束、變量以及目標函數等需要導出完全不一樣的優化準則,通用性非常差,并且基本上都是近似最優解；規劃法需要經過大量的迭代、不斷進行分析，需要花費大量的資金，這在很大程度上限制了它在實際工程優化設計中的宣傳運用?，F代化的機械設計復雜程度越來越高,傳統的優化算法已經不能跟上時代的潮流。

3.1遺傳算法

遺傳算法最是早由美國密歇根大學的Holland教授所提出的，是模擬生物進化的過程、高度并行、隨機以及自適應的全局優化概率搜索算法。其根據獲得最大收益的原則進行隨機搜索,不需要使用任何梯度信息,就能夠獲得全局最優解,具備非常強的靈活性、通用性與全面性；其缺點就是不能夠確保下一代比上一代要好。在1980年的時候，被大量的運用到函數優化與人工搜索等其它方面，在最近的幾年里更多的是被運用到工程優化設計中，其主要適合設計變量比較少的情況使用。

3.2粒子群算法

Kennedy和Ebehart在1995年的時候提出了模擬鳥群覓食環節的粒子群法，從一個優化解集進行搜索，經過個體之間的相互競爭與合作，實現復雜空間中最優解的全局搜群法與遺傳算法相比，容易實現、原理簡單以及有記憶性，不需要進行變異與交叉操作，需要調節的參數并不是非常的多，收斂的速度很快，算法所獨有的并行搜索不僅能夠降低陷入局部極小的可能性，進一步提高了算法的性能與計算的效率。目前，其已經被應用到了對目標函數進行、對優化動態環境進行優化與神經網絡訓練等其它方面，然而運用在機械優化設計中的研究還是非常少的。

4案例分析

內燃機連桿結構的最優化設計。運用傳統的設計是很難使得連桿達到不但要輕而且又非?？煽康哪繕耍x用最優化方法并結合采用有限元法數值計算技術對連桿結構進行分析，則可圓滿完成這一任務，并得出連桿最優化設計后的結構形狀。在連桿結構的最優化設計計算中，每向最優方案前進一步，都需要對連桿結構進行有限元研究，其主要目標就是為最優化的設計提供變形、應力以及疲勞安全系數等相關信息。運用有限元的方式對連桿結構在全部720°循環的過程中做動態分析，會獲得非常好的效果，然而這就會導致會有一個非常繁瑣的計算過程，需呀花費大量的時間。所以，在最優化過程中可配合使用計算比較方便、結果也比較準確以及花費時間比較少的最大拉、壓工況下的有限元靜力分析，而后對連桿上應力、變形最大及疲勞安全系數最小的特征部位的計算結果進行動態修正。修正值可通過對連桿最優化設計初始方案的動態分析或對已有連桿的動應力電測得到。

5結語

機械優化設計為機械工程界創造了巨大的經濟財富，伴隨科技手段的不斷更新，優化設計的發展具有非常廣闊的前景。目前的優化正逐漸的發展成為多學科的優化設計，完全運用最先進的計算機技術。虛擬設計技術是未來發展的重點，仿真技術也逐步向著協同化與系統化的方向不斷發展。目前依然處在理論探究階段的結構拓撲優化、結構動態性能優化設計、智能算法優化設計、可靠性穩健設計、柔性機械優化以及綠色優化等都是未來機械優化設計的重點發展方向。然而我們依然需要注意的是，在逐漸增強優化技術水平的同時，國內的機械加工的工藝水平、制造技術以及加工手段也需要同步增強，否則機械的整體水平依然會停在原地。這不但要引入先進的加工技術，更為重要的是不斷增強加工設備自身的性能，特別是數控機床的加工水平。增強與國際技術發達國家之間的溝通與合作，軟、硬件技術共同提升，以期達到機械設計——加工一體化的目的。

作者:張鑫 單位:西京學院

參考文獻:

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關鍵詞：機械自動化 優化設計 分析 探討

1.前言

在機械自動化設計中對于優化設計的應用越來越廣泛，在機械設計中利用優化設計，不但可以使機械設備零件得到改善，而且也可以省到10%-35%左右的材料。所以說優化設計受到了人們的高度關注。

2.實現機械自動化優化設計的途徑

機械自動化在形式可以代替人或者是人的大腦進和一些勞動及生產；機械自動化在功能上可以取代人力或者腦力勞動者。機械自動化技術之所以可以做到這些，主要是因為利用了自動化技術，使生產周期縮短，生產效率提高，生產成本減少等。讓企業可以在保質保量的情況下，利用機械自動化技術。機械自動化技術不僅涉及到機械設備自動化技術應用上，還包括了機械設備自動化的設計中。

根據目前我國的現狀，可以有效地實現機械自動化優化設計的重要途徑是：利用現在先進的科學技術，提高對機械自動設計，在此基礎上對機械自動化優化設計研究新的設計方法，將機械自動化盡快與國際接軌。

3.我國機械自動化的現狀分析

機械自動化設計中的CAD技術設計，對于設計的效率的提高以及設計方案的優化都有著一定的功效，還可以減輕設計人員的工作壓力，工作周期以及設計標準等。

雖然CAD機械設計技術得到廣泛的應用。而且也已經被一些大的企業所應用。但是CAD技術應有較高的局限性。對于一些三維及防真設計上還存在缺陷。CAPP技術的出現對于設計人員的勞動強度，以及設計效率大大提高了，而且對機械自動化設計中的工藝設計也提高了不少，對于數據之間實現了人機一體化。將人作為系統中的核心者，使企業生產中可以將生產效率提高，減少成本消耗，保證了產品的質量問題。

CIMS機械自動化設計技術是集合于CAD、CAPP、QIS等一系列的系統在計算機為基礎的條件下所構成的。[1]它是如今機械電子自動化設計中的核心。在如今社會條件下，對于機械自動化的優化設計不是所謂的所有的機械設備連合在一起，所有的生產車間聯合在一起，而是將機械自動化為中心，以制造自動化系統為基礎。制造自動化系統不只是CIMS的數據匯合地，還是CIMS的一個重要部分。對機械自動化來說，可以有效地利用這一基礎。在這種生產條件下，使各個車間的機械設備進行自動化控制，以人為中心，各個部門的機械設備可以做到相互之間的各諧工作與優化運行。

4.對機械自動化設計的優化分析

通過對以上機械自動化設計現狀的分析，應當通過以下幾個方面對機械自動化設計進行優化設計分析：

4.1.機械自動化設計邁向數字化

作為機械制造技術中的核心環節，通過對數據進行數字化的方式實現快速傳遞，相互交流，并以機械設備的市場為基礎，對機械自動化優化設計進行科學地、正確地、分析處理。[2]以及對機械設備的防真模擬，正確數據的提供，對生機械自動化設計中的信息提供了全面的支持。對于機械設備占領市場也提供了便利的條件，并且對機械設備自動化的市場變化進行有效地調整。

4.2.機械自動化設計走向智能化

自打有了人工智能化這一說法以后，人們就可以逐漸地感覺到智能化將比其它所有的技術能都要強悍，都要有優勢。在機械自動化的發展過程上，已經難以離開智能制造系統了，這種系統其實就是將智能化的機器和人們的智慧結合在一起共同地行的人機一體化。[3]在對機械設備進行自動化設計時，人工智能系統不可以解決一些傳統方法中不能解決的問題。智能化機械電動化設計不僅可以達到人與機器的和諧合作，還可以使人們更好地利用機械自動化。大大減少了人們腦力勞動。對于人們在機械自動化設計中的腦力勞動可以得到很好地發展及延伸。人類已經可以很好地進行思維的復雜化，而人工智能系統可以將人類的這種復雜化思維能力得以輔地延續，并將有效地利用在機械自動化的優化設計中去。將機械自動化優化設計邁向智能化，達到一個新的飛躍。這就需要我們作出努力加強探索。加大機械自動化邁向智能化設計的分析研究。可以使機械自動化轉向智能化在企業自身發展中有一個平穩有效地發展。

4.3.機械自動化優化設計的基礎--虛擬自動化

對于每個機械自動化設計中都離不開圖紙進行設計，對機械設備成品的試驗中也是離不開圖紙的展示，最后達到機械自動化設計的完成。這樣的操作程序不僅浪費時間，而且對人員的浪費，時間上的浪費，以及企業財力方面的浪費都是一批不小的開支。當下計算機技術的發展迅速，以及各種聯系方式的發展，電子，網絡的迅速普遍。這就給機械自動化優化設計走向模擬化提供了十分便利的條件。人們可以有效地利用電子計算機技術及設備，對于傳統中大量的圖紙模型以及一些數據上的統計利用計算機將它們模擬出來。利用網絡的模擬，可以節省大量的人力，財力以及時間等。利用計算機網絡的模擬不僅可以第一時間對機械自動化設計數據進行溝通，交流。

機械自動化設計中不僅要全面地掌握計算機技術，還應該使虛擬環境下的各種技術之間的相互交換，以及各種設備之間的相互交換做到合理性。在一個充分虛擬的環境中將機械自動化進行優化設計工作。

4.4.機械自動化的環保優化設計

隨著人們生活水平的提高，對生活環境的要求也越來越高。由于地球的生態環境正在急劇地下降以及惡化中。 現在的人們已經開始慢慢地認識到對于環境的珍貴與保護當中。

機械制造業作為一個環境污染的重點企業。對于環境的污染已經夠成了相當大的危險。[4]如果環境已經出現了非常重要的污染。所以在進行機械自動化設計時，環保是首先要考慮在內的。在對機械自動化進行優化設計時，順應環保要求下進行優化設計，要降低機械對于能源的消耗，以于機械在排放可以做節能減排。機械自動化設計的必然趨勢是邁向環保型優化設計。

5.總結

機械自動化技術應用在每個國家都有著非常重要的地位，在我國更是如此，機械自動化的優化設計不僅要與世界先進的設計水平共求發展，還要在此基礎上研究出技術更高的機械自動化設計技術。使我國的機械制造業可以達到一個整體地發展。機械自動化技術的優化設計要基于以上幾個方面基礎上而創新發展。才可以有效地推進我國機械制造業的迅速發展。

參考文獻：

[1]李振華. 機械自動化技術發展趨勢探討[J]. 科技致富向導，2013，21：339.

[2]劉洋. 我國機械自動化發展前景[J]. 黑龍江科技信息，2011，05：7.

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關鍵詞：機械；優化設計；參數化；數學規劃；可靠性設計。

一、優化設計的基本理論

優化設計是現代化設計方法的重要內容之一。它以數學規劃為理論基礎，以電子計算機為工具，在充分考慮多種設計約束的前提下，需求滿足預定目標的最佳設計。優化設計能比較好的把現代設計理論和經過長期實踐驗證的設計內容結合起來。這種技術在設計領域中具有巨大的應用潛力，它的推廣應用，對促進我國設計工作現代化，起到良好的作用。

優化設計能夠成功的解決解析等其他方法難以解決的復雜問題，為工程設計提供了一種重要的科學設計方法，大大提高了設計效率和設計質量。優化設計主要包括兩個方面：一是如何將設計問題轉化為確切反映問題實質并適合于優化計算的數學模型，建立數學模型包括：選取適當的設計變量，建立優化問題的目標函數和約束條件。目標函數是設計問題所要求的最優指標和設計變量之間的函數關系式，約束條件反映的是設計變量取得范圍和相互之間的關系；二是如何求得該數學模型的最優解；可歸結為在給定的條件下求目標函數的極值或最優值問題。機械優化設計就是在給定載荷或環境下，在機械產品的形態、幾何尺寸關系或其他因素的限制范圍內，以機械系統的功能、強度和經濟性等為優化對象，選取設計變量，建立目標函數和約束條件，并使目標函數獲得最優值一種現代設計方法，目前機械優化設計已廣泛應用于航天、航空和國防等各部門。

二、機械優化設計特點

傳統設計者采用的是經驗類比的設計方法。其設計過程可概括為“設計―分析―再設計”的過程，即首先根據設計任務及要求進行調查，研究和搜集有關資料，參照相同或類比現有的、已完成的較為成熟的設計方案，憑借設計者的經驗，輔以必要的分析及計算，確定一個合適的設計方案，并通過估算，初步確定有關參數；然后對初定方案進行必要的分析及校核計算；如果某些設計要求得不到滿足，則可進行設計方案的修改，并再一次進行分析及較和計算，如此反復，直到獲得滿意的設計方案為止。這個設計過程是人工試湊與類比分析的過程，不僅需要花費較多的設計時間，增長設計周期，而且只限于在少數幾個候選方案中進行比較。

機械優化設計具備常規設計不具備的特點，主要表現兩個方面：

1）優化設計能使各種設計參數自動向更優的方向進行調整，直至找到一個盡可能完善的或最合適的設計方案。

2）優化設計的手段是采用電子計算機，在較短的時間內從大量的方案中選出最優的設計方案。

機械優化設計采用數學規劃的方法，并借助于計算機尋求優化參數，獲得較好的經濟效果?？梢越档蜋C械產品成本，提高它的性能；優化過程中獲得的大量數據可以幫助我們獲得數據的變化趨勢，有利于對今后設計結果作出正確的判斷，從而不斷提高系列產品的性能；

用優化設計方可合理解決多參數、多目標的復雜產品設計問題。

三、可靠性優化設計

機械優化設計能保證產品具有最佳的工作性能和參數匹配，最小的結構尺寸和質量，但不能確?？煽啃灾笜说膶崿F。可靠性設計可以確?；蝾A測所設計的機械產品在規定的使用條件下和規定的使用時間內完成規定的功能的概率，確保產品的可靠性指標實現，但它不能保證產品具有最佳的工作性能和參數匹配，最小的結構尺寸和質量，最低成本和最大效益。因此，要是產品既有可靠性要求，又有最優的設計結果，就必須將可靠性設計理論與最優化技術結合起來，即采用可靠性優化設計。按這種方法進行設計，既能定量的給出產品在使用中的可靠性，又能得到產品在功能、參數匹配、結構尺寸與質量、成本等方面的參數的最優解。另外，在可靠性設計中也常采用最優方法進行系統的可靠性分配。

四、優化設計的發展

隨著科學發展的需要， 機械產品設計質量的不斷提高， 設計周期的白益縮短， 要求設計者考慮的因素也愈來愈多， 其計算方法的復雜性和精確性都是二般傳統設計難以完成的。面對這種技術發展的現狀， 設計者便開始求助于新的理論和新的設計方法。機械優化設計就是在這種情況下， 發展起來的一種現代設計方法。

機構運動參數的優化設計是機械優化設計中發展較早的領域，不僅研究了連桿機構，凸輪機構等再現函數和軌跡的優化設計問題，而且還提出一些標準化程序。機構動力學優化設計方面也有很大進展，如慣性力的最優平衡，主動件力矩的最小波動等的優化設計。機械零部件的優化設計，最近20多年也有很大發展，主要是研究各種減速器的優化設計，滑動軸承和滾動軸承的優化設計以及軸、彈簧、制動器等的機構參數優化。除此之外，在機床、鍛壓設備、壓延設備、起重運輸設備，汽車等的基本參數、基本工作機構和豬蹄機構方面也進行了優化設計工作。

結束語

現實生活中，優化問題存在于很多方面，已經受到科研機構、政府部門和產業部門的高度重視。隨著市場經濟的發展，產品市場經濟日趨激烈，工礦企業迫切期望提高產品性能，減少原材料消耗，降低生產成本，增強產品的競爭力，這使得機械優化設計的應用范圍越來越廣，收到的效益也愈來愈顯著。

參考文獻