时间：2023-05-24 08:52:15
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇机械优化设计，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
1.优化设计可以最大限度地节约设计开支和成本，提高企业的经济效益
虽然随着机械设计技术的进步以及管理流程的简化，新时期的机械设计成本开支已经有所降低，但是仍然有可以压缩的空间。需要注意的是，运用优化设计的方法对机械设计的成本开支进行削减，要基于保障设计质量的前提；倘若成本的控制要以牺牲质量为代价，则这样的控制手法必须果断舍弃。在机械设计中采取优化设计路线，能够减轻前期和设计过程中的成本开支，为设计单位节省一笔不小的资金。优化设计的最佳方案往往是符合设计流程的，是可以发挥出现有材料、设备和人员最大能量的，所以不需要额外耗费多余的人力、财力和物力。因此，优化设计能够节约机械设计的开支成本是有科学依据和理论基础的。
2.优化设计可以提高机械产品的科技附加值，从而提高产品的竞争力和提高企业的经济效益
机械设计的产品是一种自然属性但是具备商业价值的“商品”，这就必然要与市场发生关联。同时，优化设计方法在机械设计中的应用，能够增加机械产品的科技含量和技术附加值，大大提高产品的市场竞争力。例如，随着现代科技的发展以及相互之间融合度越来越高，机械设计的产业化正在形成，即机械设计可以作为一个单独的工程链条存在。如果把机械设计的产品作为一个普通商品看待，这种商品必须是价格最低、质量最好、科技含量最高的，这样该产品才能在市场中取得占有率，企业才能因此获取利益最大化。所以，机械设计企业都在努力追求“这样的机械产品”，而这样的产品往往需要通过优化设计来实现。
优化设计为机械设计产品的技艺提升、附加值增大提供了全新的路径，也为机械设计单位和企业的发展增添了新的利润增长点。例如，随着信息技术、计算机技术、材料技术、液压技术、加工制造工艺的不断发展和成熟，机械设计的每一个环节都会有一种或多种新技术的注入，最终的机械产品往往“饱含科技”，其技术附加值自然可以达到一个高位。类似这样的高附加值机械产品，在市场中的价格是可以预见的，企业因此带来的收益也很高。由此可见，优化设计对于当今的机械设计的重要性。
二、实现机械设计优化设计的有效策略
优化设计可以为机械设计提供质量和效益的保证，因此必须引入科学有序的优化设计方案，使之产生明显的效果。从当前的情况看，机械优化设计可以从如下角度考量。其一，机械设计的一维搜索优化方法，这种方法也是当前机械设计优化方法的最典型代表，以数学函数为理论基础，透过搜索区间的确定，来保证优化方案的有效性。一维搜索方法是一维问题的最基本方法，也是多维机械设计的基础方法。
众所周知，机械设计大都是多维的，很少有一维的情况，但是这恰恰说明了一维的重要性和基础。就好比数学中的从0到9的10个数字，它们构筑了数学的基础，成为数学的理论“细胞”。一维搜索方法在机械设计的应用，往往直接影响优化设计问题的求解速度。其二，机械优化设计会用到约束优化方法和无约束优化方法。在机械优化设计中，经常使用的是约束优化的方法。除此之外，机械优化设计还可以通过线性规划方法、多目标及离散变量优化方法来实现。总之，诸多优化方法的存在和操作为机械优化设计提供了多元化的路径。（本文来自于《黑龙江科学》杂志。《黑龙江科学》杂志简介详见。）
三、结语
关键词：优化设计；农业机械；应用研究
1优化设计在农业机械设计中应用的意义
要提高我国农机产品的质量，就要大力提高农机生产制造水平和设计水平，对传统的农机产品设计进行改进。传统的农业机械零部件设计一般采用经验类比，通过力学简单计算来完成。传统的设计优化方式对设计人员的经验要求较高，很多创新设计和优化设计都缺乏数据支持，过度的设计导致机械综合性能提高的同时，制造成本大幅上升。
2优化设计的基本思路
优化设计是从若干种可行性方案中择优选出一种最佳的设计方法，这种选择是以初始数据为基础，采用计算机技术联合实现的。优化设计对软件计算能力和模型构建能力有较高的依赖，近年来随着计算机科技的不断发展和软件开发能力的不断提高，计算机在机械设计中发挥了重要的作用。同时，计算机的发展也使优化设计理念得以实现，优化设计的思路也越来越开阔。
3计算机软件在优化设计中的应用
要实现优化设计在农业机械设计中的应用，先进的软件技术是必不可少的。设计软件是设计者的工具，对于农业机械设计者来讲，能够熟练应用软件完成虚拟制造、实验和测试，对参数进行分析，是实现农业机械优化设计的必要因素[2]。
3.1ANSYS软件
ANSYS软件是一种大型有限元分析软件，由美国ANSYS公司研发，这种软件能够与多种计算机辅助设计软件实现数据的共享和交换，被普遍应用于汽车工业、建筑桥梁等方面设计中。
3.2ADAMS软件
ADAMS软件是一种对机械系统动力学进行自动分析的软件，由美国机械动力公司开发，通过ADAMS软件，能够建立机械系统几何模型，对虚拟机械系统进行动力学分析，预测机械系统的性能、碰撞加速和运动范围等[3]。
4优化设计在农业机械设计中的应用
4.1几何模型的建立
结合设计零部件的特征、材质和其他约束条件，通过Pro/E软件进行几何模型的建立，本次研究基于Pro/E软件应用的基础上，采用旋转建模的方法，建立齿轮轴模型。齿轮过渡段圆的半径R=8.6mm。
4.2模型材料属性设置
模型材料属性包含材料材质、密度、弹性模量、泊松比等。
4.3约束与载荷
齿轮的驱动轴两端，靠的是轴承作为支撑，加载载荷较为复杂，本文通过两种方式加载扭矩，一种是通过运动学模块进行扭矩分析，分析的受力情况信息传递到结构分析模块中；一种是取相近的加载扭矩数值输入到结构分析模块中。经过判定，本文采用第二种方式。沿着轴向建立起圆柱坐标系，加载圆柱面的壳，厚度取值1mm，这种取值也是为了便于分析，然后找到扭矩加载点，进行扭矩加载。这个环节需要注意，驱动力矩要在轴的中部位置加载，扭矩为8600N.mm，在轴的两端加阻力扭矩，两端本别为4300N.mm。
4.4模型分析
在模型分析环节中，完成受力和约束参数设置后，在利用Pro/E软件进行静态模型构建，然后对静态模型进行相应的分析。通过软件对构建模型的分析结果可以确定，最大的应力为16.7N/mm2,而设计所用材料材质为45号钢，最大的屈服应力能够达到350N/mm2以上，钢材的屈服应力范围远远大于设计零部件的最大应力，可见在尺寸选择中相对比较保守。
4.5设计参数的建立
设计的过程主要是模型建立的过程，而在模型建立的过程中，设计者将要建立许多参数，其中包括物理性能参数、结构设计参数等，这些参数代表着所用材料的基本属性和要达到的设计性能，当参数发生了变化，建立的模型性能也将随着发生变化。如果针对所有参数进行优化，将增加设计过程中庞大的计算量，这样就需要设计者对这些参数进行优选，结合不同参数对模型的影响程度，和对设计部件的使用性能的影响，可以优先选择对模型性能影响最大的参数设置，这种处理方式，也体现出优化设计的理念，实现参数选择上的优化，最有效的、影响最大的参数信息将被利用，而影响较小的参数将被忽略。在本次分析案例中，将过渡段尺寸参数当做设计变量，设计变量的初始值为8.6mm。
4.6优化设计
在农机设计中采用优化设计的目的在于能够实现通过模型的各项功能计算和设计，达到降低成本，能够发挥最优性能。在优化设计的过程中，要对具有影响效果的约束条件和各类参数进行设置。本案例设计中，满足各项受力条件下，所使用的材料质量最小，采用过渡段半径作为设计参数，部件的最大应力小于材料许用应力。本案例中选择的45号钢，最大的屈服应力大于350N/mm2，安全系数设定为3.0，轴最大应力＜114N/mm2，结合各参数和约束条件，从而分析出最优的结果。
关键词：优化设计；机械设计；效率；最佳方案
我国在工程运用中都取得了非常大的进步与很好的成效,然而和国外的先进优化技术相比还是有非常大的差异,在现实工程中能够起到作用的优化设计方案或者是设计结果所占据的比例并不是非常的大。计算机等辅助装备性能的不断增强、加之市场与科技的双重推进，使优化技术能够在机械设计与制造中的运用得到了迅猛的发展,遗传算法、粒子群法以及神经网络等其它一些智能的优化方法在优化设计中也得到了非常广泛的引用。现代机械正向着大型化、复杂化的方向发展,传统优化设计方法在实际工程的运用中逐渐显表现的有些单调与乏力，已经不能满足产品不断创新的需求,机械优化设计急需创新和发展。
1机械优化设计中的相关定义
优化设计能够展示出人们对于设计规律这个客观世界认知的深化。设计上的优化值具体是指在特定条件的影响下能够取得的最佳设计值。最优值是一个比较相对的概念,其和数学上的极值相比还是有很多不同的。
2机械优化设计研究内容
机械优化设计是一种比较科学、现代化的设计方式,而且是“最优”的。此处的“最优”也是相对而言的,伴随科技的不断发展以及设计条件不断变化,最优的标准也随之改变。优化设计体现了人们对于客观世界认知的深化,需要人们按照事物发展的客观规律,在特定的物质基础与技术情况下完全发挥人的主观能动性,获得最好的设计方案。
2.1优化设计与传统设计的区别
优化设计的最终目的就是最优设计，运用数学手段创建能够达到设计目的的优化模型；在大量能够实施的设计方案里面选择出最好的设计方案；其所运用的手段就是计算机，计算机具有非常快的运算速度，可以从数量较多的方案中挑选出“最优方案”。即使在建模的时候需要进行合适的适简化,或许会导致所得到的结果不是完全可行或者是实际最优的，然而它是以客观规律与数据为基础的，不需要太多费用，所以其具备了经验类比或者是试验手段所没有的特征。传统设计同样也追寻着最优的结果，经常是以调查分析为基石，根据设计需要与实践经验，参照相似的工程设计,经过估算、经验对比、试验以及构思、评价、再构思、再评价的寻优步骤来选择设计方案，接下来需要刚度、强度以及稳定性等其它方面进行计算。经有关实践可以看出，传统的设计还要大量不足之处需要改善，并且最后的结果基本上离不开初始设计的试验范围。
2.2优化设计所研究的内容
优化设计首先需要选择设计变量、制定目标函数、列出约束条件以及构建优化模型,其次是选用比较合适的优化方法进行优化求解,其主要包含了建模与求解。建模的要求:了解与把握优化设计方法的基本理论知识、设计问题抽象与数学模型处理的基本技能；具备此领域丰富的专业知识与设计经验。
2.3机械优化设计特点
机械优化设计其实就是将计算方法与数学规划理论运用到机械设计中去，按照所设定好的目标，凭借电子计算机的运算寻找最佳设计方案的相关参数，进而能够获得更大的技术经济的成效，其具备了普通的机械设计所没有的特征。主要体现在以下几个方面：能够减少机械产品的成本，增强它的性能。
2.4机械优化设计基本思路
在保证基本机械性能的基础上，依托计算机,运用部分具有较高精度的力学与数学规划方法来进行计算。机械优化设计的步骤：对设计变量进行分析，提出目标函数，确定约束条件，建立优化设计的数学模型；选用合适的优化方式，编写优化程序；准备所需要使用的初始数据并且上机进行计算，对计算所得到的结果进行必要的验证。
3机械优化设计方法
优化准则法针对不同类型的约束、变量以及目标函数等需要导出完全不一样的优化准则,通用性非常差,并且基本上都是近似最优解；规划法需要经过大量的迭代、不断进行分析，需要花费大量的资金，这在很大程度上限制了它在实际工程优化设计中的宣传运用。现代化的机械设计复杂程度越来越高,传统的优化算法已经不能跟上时代的潮流。
3.1遗传算法
遗传算法最是早由美国密歇根大学的Holland教授所提出的，是模拟生物进化的过程、高度并行、随机以及自适应的全局优化概率搜索算法。其根据获得最大收益的原则进行随机搜索,不需要使用任何梯度信息,就能够获得全局最优解,具备非常强的灵活性、通用性与全面性；其缺点就是不能够确保下一代比上一代要好。在1980年的时候，被大量的运用到函数优化与人工搜索等其它方面，在最近的几年里更多的是被运用到工程优化设计中，其主要适合设计变量比较少的情况使用。
3.2粒子群算法
Kennedy和Ebehart在1995年的时候提出了模拟鸟群觅食环节的粒子群法，从一个优化解集进行搜索，经过个体之间的相互竞争与合作，实现复杂空间中最优解的全局搜群法与遗传算法相比，容易实现、原理简单以及有记忆性，不需要进行变异与交叉操作，需要调节的参数并不是非常的多，收敛的速度很快，算法所独有的并行搜索不仅能够降低陷入局部极小的可能性，进一步提高了算法的性能与计算的效率。目前，其已经被应用到了对目标函数进行、对优化动态环境进行优化与神经网络训练等其它方面，然而运用在机械优化设计中的研究还是非常少的。
4案例分析
内燃机连杆结构的最优化设计。运用传统的设计是很难使得连杆达到不但要轻而且又非常可靠的目标，而选用最优化方法并结合采用有限元法数值计算技术对连杆结构进行分析，则可圆满完成这一任务，并得出连杆最优化设计后的结构形状。在连杆结构的最优化设计计算中，每向最优方案前进一步，都需要对连杆结构进行有限元研究，其主要目标就是为最优化的设计提供变形、应力以及疲劳安全系数等相关信息。运用有限元的方式对连杆结构在全部720°循环的过程中做动态分析，会获得非常好的效果，然而这就会导致会有一个非常繁琐的计算过程，需呀花费大量的时间。所以，在最优化过程中可配合使用计算比较方便、结果也比较准确以及花费时间比较少的最大拉、压工况下的有限元静力分析，而后对连杆上应力、变形最大及疲劳安全系数最小的特征部位的计算结果进行动态修正。修正值可通过对连杆最优化设计初始方案的动态分析或对已有连杆的动应力电测得到。
5结语
机械优化设计为机械工程界创造了巨大的经济财富，伴随科技手段的不断更新，优化设计的发展具有非常广阔的前景。目前的优化正逐渐的发展成为多学科的优化设计，完全运用最先进的计算机技术。虚拟设计技术是未来发展的重点，仿真技术也逐步向着协同化与系统化的方向不断发展。目前依然处在理论探究阶段的结构拓扑优化、结构动态性能优化设计、智能算法优化设计、可靠性稳健设计、柔性机械优化以及绿色优化等都是未来机械优化设计的重点发展方向。然而我们依然需要注意的是，在逐渐增强优化技术水平的同时，国内的机械加工的工艺水平、制造技术以及加工手段也需要同步增强，否则机械的整体水平依然会停在原地。这不但要引入先进的加工技术，更为重要的是不断增强加工设备自身的性能，特别是数控机床的加工水平。增强与国际技术发达国家之间的沟通与合作，软、硬件技术共同提升，以期达到机械设计——加工一体化的目的。
作者:张鑫 单位:西京学院
参考文献:
关键词：机械优化设计；理论；方法
随着现代社会科学技术的发展，机械设计领域的概念和思维方式也在不断发生变化，机械设计能够在一定程度上反映出社会群体对客观世界的认知，并且遵循客观事物的发展规律来开展优化设计。因此加大力度探讨机械优化设计理论方法，能够为机械优化设计的未来发展指明方向。
1 机械传统设计与优化设计的对比
机械优化设计是基于最优化设计的，主要以数学模型作为优化设计的基本途径。优化设计的方法及思维属于优化方法的范畴之内，这种设计思想会使得各种参数顺着理想的方向能够自我调节，在这种模型精确计算的条件下，从各种可行性相对较强的设计方案中择优选取最佳的设计方案。由于设计方案较多，那么就需要使用电子计算机加以筛选，这主要得益于电子计算机的运行速度非常快，从而从诸多设计方案中筛选出最优方案。虽然在实际的数学建模过程中需要进行一定地简化处理，可能会导致计算所得的结果与实际值存在一定的差距，但是其基于客观规律以及数据，又无需花费太高的费用，所以说，这种建模计算的方法具有经验类比或者试验途径不可比拟方面的优势之处，再加上一定的经验依据，就能够获得一个非常理想的设计结果。虽然传统设计也追求最优化的设计结果，一般是基于调查、分析，按照实际需求以及实践经验，参照类似于工程设计，经估算、类比以及试验等过程，对寻优过程进行构思、评估、再构思以及再评估等，从而最终确定设计方案，最后开展刚度、强度以及稳定性等方面的计算。然而在传统设计过程中，存在主观方面、时间以及工作量过多等方面的影响，由于这些影响因素的存在，使得设计结果的最优化选择无法正常进行，这些设计结果的计算也仅仅具有校对、核验以及补充等方面的作用，只能对原有方案的可行性加以证实。传统设计往往需要花费高额的资金以及人力，而且最终结果也与初始设计试验范围差不离。所以说，传统设计主要受到主观因素的影响，得到的仅仅属于满足最初设计要求的设计结果，并非最优化设计结果。
2 优化设计方法的评判指标
效率要高、可靠性要高、采用成熟的计算程序、稳定性要好。另外选择适当的优化方法时要进行深入的分析优化模型的约束条件、约束函数及目标函数，根据复杂性、准确性等条件结合个人的经验进行选择。优化设计的选择取决于数学模型的特点，通常认为，对于目标函数和约束函数均为显函数且设计变量个数不太多的问题，采用惩罚函数法较好；对于只含线性约束的非线性规划问题，最适应采用梯度投影法；对于求导非常困难的问题应选用直接解法，例如复合形法；对于高度非线性的函数，则应选用计算稳定性较好的方法，例如BFGS变尺度法和内点惩罚函数相结合的方法。
3 机械优化设计理论方法
3.1 准则优化法
在机械优化设计理论方法中，所谓准则优化法，就是指以物理学和力学等原则来构造并优化机械设计的方案，以促进机械优化设计的顺利进行。准则优化法在实际应用中具有良好的优势，其概念直观性较强，并且计算过程简便，即便是在约束条件相对较少的条件下，准则优化法的实际优化效率相对较高，因此在工程中具有良好的应用效果。但就机械优化设计的实际情况来看，准则优化法也不可避免的存在一些不足，尤其是在实际应用中，其所考虑的范围具有一定局限性，一旦实际约束条件较多，会严重影响机械优化设计的效率，因此在机械优化设计中，应当对此项因素进行深入衡量和分析，以全面提高机械优化设计的质量和效果。
3.2 线性规划法
在机械优化设计理论方法中，线性规划法是基于数学极值的基本原理上所提出的，以目标函数、约束条件以及设计变形的线性优化为主要因素进行分析，以此作为主要的求解方式。线性规划法中常用的两种方式是单纯形法与序列线性规划法。
其中单纯形法是美国学者所提出的一种具有直观性的线性问题求解方法。单纯形法在机械优化设计中也存在一定不足，极易受到收敛条件、压缩因子以及扩展因子等多种因素的影响导致难以准确计算出机械优化设计的最优解。因此为保障机械优化设计的实际效果，应当全面衡量各项因素，包括初始单纯形的各顶点线性独立情况以及新单纯形构成后对实际收敛情况进行准确的验算，并严格检查计算结果是否满足相关精度要求，从而全面提高机械优化设计的质量和效果。
序列线性规划法则相对简单，主要是在初始位置将目标函数集约条件进行展开，促使非线性规划向近似线性规划逐渐转化，并对最优结果进行求解，并采取科学合理的计算方式进行反复求解，直至满足机械优化设计的精度标准，从而提高机械优化设计的质量和效果。
3.3 非线性规划法
就机械工程的实际情况来看，大部分机械工程的性质都属于非线性规划，随着非线性程度的不断加大，难以将其完全简化为线性问题。非线性规划正是基于数学极值的原理所开展的机械优化设计，通过无约束直接法、无约束间接法和约束直接法、约束间接法等对优化问题进行不断求解，以保证机械优化设计的质量和效果。
3.4 现代优化设计理论方法
在机械优化设计中，往往存在不同种类的约束、变量及目标函数，为保证机械优化设计的质量和效果，机械优化准则法能够结合机械优化设计的实际情况，积极推导出不同的优化准则，但其实际通用性并不理想。规划法在实际应用中需要进行多次重复验算，此种情况下往往需投入大量的人力物力资源，并且实际优化设计的效率并不理想，甚至在一定程度上限制了规划法在现代机械工程项目优化设计中的应用深度和广度。随着现代社会科学技术的发展，机械工程中优化设计的难度也不断加大，有必要积极选取合理的优化设计方法来提高机械优化设计的总体质量和效果。
结束语
总而言之，机械设计优化是基于传统机械设计理论基础上所提出的，通过与现代设计方法的协调配合，促进一种科学化的优化设计方法的形成，在机械工程中，有助于改善机械优化设计的质量和效果，促进机械产品达到高质量和高水平。随着现代社会科学技术的发展，机械优化设计方法也不断进步，每一种机械优化设计方法都具有各自的特点和应用领域，能够针对机械产品的性能及其他因素选取核实的设计变量和最优的设计方法，从而促进机械优化设计目标的实现，为机械优化设计的发展奠定坚实的基础。
参考文献
[1]吴亚明.机械优化设计的应用发展分析[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2015（6）.
1 机械可靠性优化设计的重要性
机械可靠性设计时以成品的可靠性作为基准，将外载力、零部件尺寸、承受能力等各项参数融合起来考虑。然后应用力学理论、概率理论、数据统计学等做出机械可靠性保障方案。传统机械设计方法又被称为安全系数法，其在机械可靠性优化设计的时候只要确保安全设计系数大于规定的数值即可，但是在实际应用中机械可靠性设计往往忽略了设计参数的随机性。因此在实际研究中应注意将力学作为随机变量，机械可靠性设计中认为各个受力因素会受到环境的影响，因为环境因素也是一个变量，还存在着一定的规律性可循[1]。机械强度受到材料的性能、加工精度、工艺环节的波动等影响，也呈现出一种波动性规律变化。机械可靠性设计的时候，应根据设计的不同的要求选取不同的特征函数，注意在计算的时候应考虑其离散性，使用概率统计方法进行计算求解。机械可靠性设计的时候应考虑到各个参数的随机分布，还应据此来分析出机械的实际工作状况。
2机械可靠性优化设计案例
本次机械可靠性优化设计研究选取蜗杆减速器优化设计作为研究的主要内容，一级蜗杆减速器的主要失效形式有：涡轮齿面点蚀、涡轮齿折断、键压溃、轴折断、轴承实效等几类。针对蜗杆进行可靠性优化设计的时候，其优化模型为：Rs=Rcf?Rch?Rz?Rj?Rg。其中Rcf表示蜗轮齿根弯曲疲劳的可靠度；Rch表示涡轮齿面接触疲劳可靠度；Rz表示轮轴的可靠度；Rg表示滚动轮轴可靠度；Rj表示键可靠度。蜗杆减速器进行变量设计的时候，将蜗杆的模数定为m，蜗杆直径系数为q、蜗杆轴直径ds、蜗杆头数zl、传动比i、涡轮轴长度L。可靠性设计变量表示如图1所示，其中X={m，z1、q、L、i、ds}。
图1 蜗杆减速器变量优化设计图
蜗杆减速器的体积主要受到蜗轮、蜗轮轴、蜗杆等因素的影响，因此取三者的体积作为目标函数：
Minf1（x）=π/4{B2（mz2）2+L1（mq）2+m?（q-2.4）2（0.9mz2-L1）+ds2[L-（1.5ds-B2）]}。其中蜗轮齿宽度为B2=[m（q+2）-0.5m]sina+0.8m。a=50°，a表示蜗轮齿宽度。则根据蜗杆可靠性优化设计相关计算，必须建立相应的约束条件，其中 ，其中式子中的 表示蜗杆允许的接触应力。蜗轮轴的强度为 。其中式子中的MD表示危险截面积的弯矩均值。
3 机械可靠性设计建议
3.1 权衡和耐环境设计
针对机械进行耐环境和权衡和设计，有利于设计者找出机械相对可靠的设计方案，并对机械的质量、成本、体积以及可靠性等完成优化。耐环境设计主要是基于综合考虑的一种设计方式，从机械的零部件出发，将零部件的寿命周期内的各种环境考虑进去[2]。
3.2 预防故障设计法
机械设备正常运行与否关系到机械设备的整体运作功能是否在完整的串联中各自发挥出自身的作用。整体功能大于部分功能将成为机械可靠性设计的重要目标，机械优化设计中首先要重视机械设备的可靠性，并对零部件进行严格的需求控制和选择控制。预防故障法设计中应对选用的零部件和通用不见进行验证分析，最大限度对故障进行分析。
3.3 简化以及余度设计优化
机械优化设计中，简化设计作为一种基础设计，其设计思路明确，即零部件的数量应尽可能避免冗余，减少故障出现。机械的可靠性优化设计中必须对其错误故障进行统计分析，从小故障处理做起尽可能保障机械的可靠性。通过简化和余度设计优化可以有效提升可靠性生产以及避开故障的能力[5]。简化优化设计即对机械生产中的一些不必要方式进行优化，减少一些超标负荷承载工作，调整机械各个部件的生产情况。
关键词：机械优化；设计理论；方法研究
引言
机械优化设计在一定程度上是机械领域移植中最优设计，优化设计对机械应该过程有着重要的推动作用。机械设计不仅利于方案的优化设计，能够把繁琐的设计问题进一步的简单化，同时也是机械设计过程中比较重要方案之一。
1.机械优化设计过程中的理论特点
1.1具有一定的针对性
针对机械优化设计而言，其特点在一定程度上具有针对性，相应优化方式能够对应优化问题，每个不同的优化设计形式不仅具有一定的范畴，同时也具有相应的领域要求。在对机械优化进行设计的过程中，要对情况进行具体的分析，对数据进行参考，对其蕴含变量形式进行有效的考虑，在一定程度上对效果的最佳状态进行优化。
1.2具有客观性
客观性体现主要是在数学模型基础上进行建立的，在对机械进行优化的过程中，应该注意把一些具体的设计问题进一步的转换为具体的数学问题。按照可观性进行分析，对其相应的函数变量进行有效的分析，结合具体形式制定出具体的设计优化形式，对数学模型进行建立，分析机械优化数据，对优化的形式进行不断的完善。
1.3具有一定的创新性
针对创新而言，它是新时代的新思想，只要拥有创新，社会经济才能够在一定程度上不断的发展。机械在进行优化设计时，也不能够离开创新思想，优化设计属于传统优化设计所优化的结果，针对传统的优化型设计而言，其设计相对来说比较老旧，不适合现代生活成产中的优化，现代生产过程中的机械优化设计能够对产品的性能进行主动分析。由于科学时代的发展，人们对计算机应用方式进行不断的借助，对函数进行大规模运算，通过运算能够在一定程度上得出机械优化设计中的最优方案。
2.机械优化设计过程中的方法
2.1对准则进行优化
针对准则化而言，它在一定程度上是优化设计过程中一种传统的表现形式，原理的形成不是根据数学进行计算，而是结合物理学角度以及力学角度等进行有效的分析，具有一定的主观性。其优点就是对概念进行更加直观的优化，计算所根据的物理原理相对来说比较简单，在单一目标函数形势下有着更加好的优化效果，在一定程度上适合传统工程的应用。但是有力也有弊，弊端就是在对多目标函数进行优化的过程中，比较容易出现问题，优化效率相对来说也是比较低的。
2.2对于线性规划
针对线性规划而言，在一定程度上对数学极值原理的方式进行有效的运用以及优化，是机械优化设计过程中比较重要的方法。线性规划方法不仅可以分为单纯形法，同时还可以分为序列线性规划法。单纯形法一开始是由美国学者进行提出的，是对优化设计方式进行解答的一个简单和直接的方法，单纯形法对单一目标进行相应的分析，并且具有优化的作用，但是在对多函数进行运算的过程中，显得不是特别有效。序列线性规划法能够在一定程度上拆解机械设计问题，对部分优化模式也能够进行有效的求解，对其进行分步骤的进行求解，在对每部进行解答后在对其进行有效的整合，进行重新求解，最终对准确的数值进行有效的求解。这样能够让机械优化设计过程在一定程度上更具有准确性，但是针对计算形式来说，比较繁琐，具有较大的计算工作量，因此。效率性的缺少，不利于机械优化设计。
2.3对于非线性规划
针对非线性规划而言，在实际生产以及生活的过程中，非线性规划应用相对来说是比较广泛的。对机械优化设计过程中起到推动性作用，对线性规划进行完全运用的解读的结果是比较片面的，因此非线性规划运用在一定程度上是一项比较重要的革新方式。非线性规划在数学模式进行计算的过程中，不仅可以分为无约束直接法，还可以分为无约束间接法。针对无约束直接法在一定程度上主要是对机械优化设计方式中的已有数据进行分析，同时也对再生信息进行试探分析，对最优值形式进行求出。然而无约束间接法在一定程度上是对数学原理进行利用，对函数进行计算求优方式。是机械优化设计过程中比较重要的组成部分。
3.机械在进行优化设计过程中的主要展望
在目前生产生活当中，机械优化设计的应用还不是很广泛，其原因就是具有较大的建模难度，现今技术模式在进行计算的过程中，显得比较低，具有较低的准确性，对复杂的优化产品难以进行处理，对全局进行解答都是比较吃力的，所以在进行研究优化的过程中，可以先从简单的部件进行有效地优化，对优化效率进行不断的提升。在原有基础上加入先进的生产技术，对生产优化的方式和方法进行有效的探究，促进系统优化的全面性。
4.总结
随着经济时代的不断发展，计算机应用技术在一定程度上在机械优化设计中得到了比较广泛的应用，这让优化设计产业得到了一定的发展。所以，在进行优化设计时，应该注意理论和实践这两者的结合，这样才能够让机械化设计得到广阔的发展空间。
参考文献：
[1]董立立，赵益萍，梁林泉，朱煜，段广洪.机械优化设计理论方法研究综述[J].机床与液压，2010，15：114-119.
关键词：机械结构；优化设计；应用趋势
随着现代科学技术的发展，市场产品竞争也越来越激烈，产品品种的换代速度加快，产品的复杂性在不断增加。所以产品生产正在以小批量、多品种的生产方式取代过去的单一品种大批量生产方式[1]。而这种生产方式，肯定会缩短产品的生产周期，产品的成本也会降低，产品提高市场的占有率和竞争力也会提高。所以在机械结构设计中采用优化设计是满足市场竞争的需要。
1 机械结构优化设计方法
目前，机械结构优化设计的应用已经应用到各个领域，很多的机械产品在设计中都会采用优化设计，才用优化设计能解决结构重量扩展到降低应力水平，还还能改进结构性能以及提高产品安全寿命等问题。
对机械结构的尺寸优化设计的应用方法有：用遗传算法对空间杆桁架的杆截面进行尺寸优化，从而得到空间桁架较好的结构。对一些结构的形状优化设计方法有：用数值解法计算机械产品的形状优化，并采用数学规划的方法进行形状优化设计。下面介绍下在振动机械优化设计中的对比分析 ：
筋板在连接结构的内壁，能提高其抗弯和抗扭刚度；对开式截面的结构，作用很明显；而对闭式结构作用影响不大。筋板作为壁板加强时，刚度作用增强，能抵抗局部变形。
无论采用何种优化方法，在迭代过程中求解目标函数和约束函数的值是必不可少的，在一些方法中，需要求解目标函数和约束函数的1阶甚至2阶偏导数。这些约束函数往往是结构的性能要求，如结构的应力、位移、频率、稳定性、可靠性等，这些性能经常是设计变量的高阶非线性函数。如果采用经典的力学公式能获得满足工程要求的结果，则在优化过程中，不断调用这些公式计算当前函数值或导数值，就可以完成优化迭代。在这样的方法中，由于函数最终表达为显式，因而计算所化的时间和存储量以当前的计算机技术看来是不难做到的。但是，对于复杂的机械结构来说，采用力学公式求解往往就不能胜任了。在有限元等数值方法快速发展的今天，自然被用在机械结构优化的分析中。由于这些数值方法应用广泛，可以求解结构的各类问题，包括静力、动力、弹塑性、热传导等，因此，随着计算机的软件和硬件技术快速发展，在过去经常被视作瓶颈的计算速度和存储量，对于一般的机械结构优化已经不是太大的问题时，机械结构优化中越来越多地采用数学规划+数值计算的模式。这种模式最大的优点是适应性好，使用方便，适合各类机械结构优化问题，包括大型杆系结构、三维连续体和板壳结构以及各种载荷和约束条件下的优化设计。但是，随着优化迭代次数的增加，重分析次数也大幅度上升，尤其对于大规模的结构问题，特别是涉及动力、可靠性问题，如果单次有限元分析的时间就很长，再加上求偏导数时的重分析时间将可能使求解变得过于耗时，以致不可行。
2 机械结构优化的应用趋势
结构优化设计随着最优化方法的不断发展和改善， 已逐渐得以发展。近些年来， 在结构优化结构算法的方面，结构优化设计偏向于采用接近实际的复杂结构模型来模拟一些大型结构系统， 由于设计的变量数目比较大，所以研究新的准则优化方法非常受到重视，但是如何去针对一些特殊的结构才设计相应的公式，解决在数值计算与推导实现的相关问题，同时还可以使用一些机械系统的分解与优化方法， 在机械结构优化中，可以按优化多级分解或进行子结构分解，对于一些多学科的较为复杂的系统可以采用学科分解优化的方法。分解的算法关键在于如何去建立各个子问题之间的耦合关系，比如可以通过采用线性分解和使用最优解对参数的灵敏度等方法来建立起耦合关系，让一些子问题的解相容，从而确保迭代收敛，但是问题是怎样保证一定能求解。并采用计算技术应用到结构优化设计中去。像人工神经网络， 遗传算法等方法， 在最近十余年来被机械结构优化设计的发展很快。它们对连续混合与离散变量的全局优化， 这对发展结构近似重分析的专家系统有重要的作用。现在的问题就是该如何去提高优化精度、质量、加快收敛， 增加方法的通用性[2]。形状优化、拓扑优化和材料优化的集成在机械结构优化中具有非常重要的价值，是并行结构优化的重要组成部分，也是以后的研究重点。
拓扑优化在结构优化中是重要的参考依据， 让复杂部件和结构在概念设计阶段即可理性地、灵活地优选方案，并有可能解决一些大型实际结构优化设计。拓扑优化在研究中所提出的均匀化等方法，可以将形状优化、布局优化和材料选择集成一体，为机械设计结构、工艺和材料提供科学的手段。但是如果要处理一些庞大的优化模型和有限元的计算量非常大，应力需要约束处理、对“多孔状”材料分布圆整化，单元消失有可能会引起计算模型病态等问题。
机械结构优化技术在工程机械设计中的具有非常重要的实用价值，如要解决优化设计中有限元模型的庞大性问题、多学科设计与解决结构优化问题交叉问题。对于机械设备、结构和机构的健壮性与可靠性是机械设计时非常关心的问题， 综合考虑健壮性、可靠性及成本的全性能优化设计方法、理论及其应用，则会给出更加接近实际的结果，应当应予重视[3]。在研究这类问题中，对包括随机性和模糊性的不确定因素也应当应予注意。为增强优化设计尽可能的为工程实际所服务， 进一步开展设计的实用性。所以开发和完善通用性的结构化设计软件已经变得十分迫切。
从近几年来国家自然科学基金所资助的项目来看，单就机械学科相关的优化设计的项目就有将近20项，其中包括广义优化设计，模糊优化，全性能优化设计，分解优化设计，可靠性优化，人机一体化设计与光机电一体化，有机械传动系统性能优化也有基于人工神经网络的复杂结构优化研究，复杂机电耦合设计理论与方法与系统解耦研究以及机电产品的绿色设计方法与理论等，在今年还提出的轧制件模具的现代设计方法， 面向产品的创新的概念设计等课题， 这些方面的研究充分反映出我国已经非常重视机械设计的研究工作和机械机构优化设计的发展方向[4]。
参考文献
[1] 张红友.优化结构设计减少建筑投资成本[J].陕西建筑，2008（11）.
[2] 秦东晨，陈江义等.机械结构优化设计的综述与展望[J].工程论坛，2005，（9）：
关键词：机械优化设计；双语教学；教学实践
作者简介：王林军（1982-），男，湖北黄冈人，三峡大学机械与材料学院，讲师；吴海华（1970-），男，湖北黄冈人，三峡大学机械与材料学院，教授。（湖北 宜昌 443002）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0104-01
双语教学不仅在美国、加拿大、卢森堡、新西兰等双语国家或多语国家获得了成功，而且在俄罗斯、日本、澳大利亚、保加利亚、匈牙利等单语国家实施也获得了良好的效果。反思国内的双语教学情况，虽然英语教师非常努力地教，学生也非常认真地学，但所取得的效果十分不理想。[1-2]国内一些211和985重点院校（如浙江大学、北京大学等）的双语教学工作开展顺利，已在双语教学教材、师资队伍建设以及教学内容和教学方法方面取得许多研究成果。但地方本科院校的机械工程类双语教学工作进展十分缓慢，尤其是针对本科生开设的“机械优化设计”双语教学在教学内容与体系、英语教学环境、教学队伍建设、考核方式等方面严重不足，其主要原因是学生英语基础差、自学能力较弱，“机械优化设计”双语教学师资也相对薄弱。[3]上述差异决定了地方本科院校难以照搬重点院校的机械工程类双语教学模式，因此探索一条适合于地方本科院校的“机械优化设计”双语教学模式极为重要。
一、“机械优化设计”双语课程现状
“机械优化设计”是一门把机械设计与优化设计理论及方法相结合、实践性很强的课程，而双语教学主要是指教师采用英语或第二语言进行课堂教学。但如何有系统有组织地开展符合三峡大学（以下简称“我校”）特点的“机械优化设计”双语教学，如何处理教材的问题、如何在学时数原本紧张的前提下开展双语教学、双语教学方法和教学手段该如何改进、如何建立双语教学考核体系、如何提高学生的学习兴趣等等，这些都是在开展“机械优化设计”双语教学时所需要研究的问题。虽然目前不少地方本科院校已经开设了机械优化设计双语课程教学，但大学生英语水平良莠不齐，不少教师的英语水平同样还没有达到能真正像汉语一样熟练地运用英语教学的地步，这使得双语教学在“机械优化设计”课程中的研究与实践中碰到以下问题：[4-6]
1.双语教学效果差
目前国内英语教育主要以应试为目标，大学生的英语听说能力普遍较弱。“机械优化设计”双语教学中涉及许多专业词汇和复杂的句型，如果采用比较单一的授课方式，学生既无兴趣，又感到难以接受，无法准确理解该课程专业知识。
2.教学内容单一
我校该课程双语教学的对象是机械制造及其自动化专业三年级学生，他们虽然已具备一定的数理基础，但许多同学依然对机械优化设计过程和内容无法真正理解，甚至产生厌学情绪。这就要求双语教师在进行教学内容的设计时应更加丰富多彩。
3.教学方法问题
在进行“机械优化设计”双语教学时，若还是采用传统的满堂灌教学模式，课程本身的难度和英语的听力障碍将会导致教学效果不理想。而国际上知名大学多数采取的是引导式、启发式、互动式相结合的教学方法，后者更为有效，与“机械优化设计”双语课程教学相适应。
二、双语教学方法的改革与实践
依据机械工程类专业的特殊性，应从以下几方面进行改革和实践：
1.科学合理选择教学内容
考虑到我校机械制造及其自动化专业本科教学培养方案的特点及人才培养需要，对“机械优化设计”双语教学课程内容进行科学设计，主要包括以下教学内容：绪论（介绍机械优化设计的基本概念与发展趋势）；优化设计方法的数学基础（介绍矩阵运算和微积分的基础知识，凸集、凸函数与凸规划的基本理论）；常用的优化设计方法（介绍一维搜索方法、基于导数的优化方法和非导数优化方法等，包括智能优化方法）；约束优化问题的处理；多目标优化方法和优化设计结果的灵敏度分析技术；MATLAB在机械优化设计实例中的应用。这要求学生一方面掌握优化设计基础理论，另一方面应学会运用大型通用优化设计工具软件解决实际工程问题，真正做到学以致用。此外，在双语教学过程中，应安排大学生讲述自己完成机械优化设计过程，以提高大学生英语表达能力，并达到相互启发的作用。
2.努力营造英文教学环境，提高学生英语水平
作为教师，应认真备好每一堂课，板书、考试和作业批改中都要使用英语，采取全英语对学生进行提问，要求学生用英语回答，这样有助于锻炼学生的专业口语能力。同时，教师在给学生布置作业时，最好也是英语的，严格要求学生用英语完成，这样有助于锻炼学生的专业写作能力，为将来可能地进一步深造学习奠定了坚实的论文撰写基础。实际上，教师在双语教学活动中，除了布置一些该课程的课后英语作业外，还应当引导学生查找和阅读与该课程相关的专业英语读物，比如英文论文等，这样有助于增强学生的专业英语使用能力，而且还能培养该专业大三学生用英语思考的良好习惯，为将来的进一步学习和深造打下一定的基础。
3.努力加强我校双语师资队伍建设
为了提高教师的英语水平，每年安排教师参加由我校国际交流学院主办的暑期雅思培训班，取得雅思6.0分及以上成绩的教师才能担任双语教学课程。为了促进教师英文水平的稳步提高，以提升本校教师科研业务水平，学校定期派中青年教师出国交流学习，这势必将会对双语教学和师资队伍建设有一个很大的促进和提升作用。
4.充分利用本校网络教学平台
三峡大学求索学堂为全校提供网络教学服务，网络教学平台包括公共教学平台、多媒体课件制作系统、网络实时交互答疑系统。网络公共教学平台包括学生工作区、教师工作区、管理工作区三大部分，主要功能模块有公告栏、答疑、讨论区、在线自测、在线作业、下载区、资源等。多媒体课件制作系统提供辅助教师教学的多媒体课件制作平台；网络实时交互答疑系统是一个可以在网上传递五种不同模式的电子教学、实时协作和通信的平台，提供网络教学中的教学双边多媒体交互环境。充分利用本校求索学堂，可以促使教师和学生的沟通，同时还可以培养学生的知识获取能力和自主学习能力。
5.对本校传统的考核方式进行科学合理的改革
“机械优化设计”课程是机械设计制造及其自动化专业非常重要的一门专业基础课，属于专业必修课程，该课程考核方式过去经常是采取闭卷形式。这种考核方式有很大的不足，例如学生死记硬背优化公式，而忽略了利用该课程核心内容优化设计方法理论从工程上解决实际问题的能力，从而不能体现本校人才培养的要求。针对以上这些弊端，对该门课程的传统考核方式进行了改革，主要分为以下三个部分：闭卷考试成绩（占40%）：主要是考查学生对优化理论方法的理解和掌握程度；上机实验考试成绩（占40%）：重点考核学生运用计算机对优化方法的编程和实现能力；平时成绩（占20%）：主要是考核学生平时表现和出勤情况。
该课程考核方式的改革，势必将会促使学生更好地理解和掌握该课程的重难点内容，也会提高学生利用计算机编写优化程序解决工程实际问题的能力，同时将会提高机械工程类本科生的综合素质和能力，这也非常符合本校这种“高素质、强能力、应用型”的人才培养目标。
三、结论
双语教学不但能够提高学生的学习兴趣，而且还可以提高教师和学生的双语应用能力，对复合型人才的培养具有非常重要的意义。同时，在进行双语教学的过程中，要根据本校教师的英文水平和学生的认知和接受程度，精心准备和设计教学手段，科学合理安排教学内容，科学而有效地使用评价方法，这样不仅有助于学生及时了解和掌握本专业的前沿动态，还可以培养其直接阅读经典、前沿外文资料的能力。本文在对“机械优化设计”课程双语教学进行了多轮教学实践的基础上，对该课程双语教学的背景、教学内容与体系、英语教学环境、师资队伍建设、考核方式等问题进行了总结和改革，以期望对二本院校机械工程类“机械优化设计”课程双语教学与改革有一定的促进作用。
参考文献：
[1]廖迎春，樊后保，黄荣珍，等.本科院校双语教学改革的思考及建议[J].科技信息，2010，（19）.
[2]张素芳.对高校双语教学若干问题的探讨[J].中国电力教育，
2007，（1）.
[3]刘卓夫，罗中明，李永波.双语教学改革存在的问题与思考[J].黑龙江教育学院学报，2010，29（2）：62-64.
[4]孙靖民.机械优化设计[M].北京：机械工业出版社，2007.
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