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机械优化设计论文

机械优化设计论文

班级：11机自1班

学号：1110121121

姓名：张杰

授课教师：屈光老师

摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发

力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点

介绍机械优化设计方法的同时，对其优化方法、数学模型及优化应用

进行了总结，并分析了优化方法的必威体育精装版研究进展。

关键词：机械优化设计；优化方法；数学模型；优化应用。

一、械优化设计的基本理论

优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科，

是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是

综合性和实用性都很强的理论和技术，为机械设计提供了一种可靠、

高效的科学设计方法，使设计者由被动地分析、校核进入主动设计，

能节约原材料，降低成本，缩短设计周期，提高设计效率和水平，提

升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对

优化设计理论方法及其应用研究十分重视，并开展了大量工作，其基

本理论和求解手段已逐渐成熟。国内优化设计起步较晚，但在众多学

者和科研人员的不懈努力下，机械优化设计发展迅猛，在理论上和工

程应用中都取得了很大进步和丰硕成果，但与国外先进优化技术相比

还存在一定差距，在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果

所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱

动，使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足

发展，遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化

设计中得到了成功应用。

二、机械优化设计数学模型建立方法

（1）、目标函数的建立

目标函数是以设计变量表示设计所要追求的某种性能指标的解析

表达式，目标函数的构造与选择，关系到优化结果的实用性，从不同

角度出发或根据设计对象和要求的不同，可能条件中筛选出最合理的

标准作为目标函数，一般没有量化的原则和规律可以遵循，但根据以

往机械优化设计的许多案例作参考。

（2）、约束条件的确定

产品的设计过程通常对设计变量有各种限制，这些限制用函数的

形式反映在模型中，就称为设计变量的约束条件，或简称为设计约束。

在机械设计领域，设计的限制是多种多样的，但一般都归属于两大类，

第一类称为性态约束，是预测可能被破坏或失效的特征，性态约束具

体表现为设计对象的某项性能指标，因而一般性态约束也可以当作目

标函数来处理。从计算角度上讲，性态约束的检验相对容易处理，因

此可利用目标函数和设计约束相互置换的特点，根据具体问题的具体

要求，更加灵活地处理和利用。第二类称为边界约束，用来规定设计

变量的取值范围。不论是哪一类的约束条件，为了能定量处理，都必

须是连，还可同时使用一个排烟道。随着人们生活水平不断提高，电

冰箱已不再做为奢侈品放在起居厅，微波炉、电烤箱等厨房电气产品

不断增多，若将厨房使用面积增加2.ore左右，使用功能却会大大

提高，这样的厨房一定会身受广大住户的喜爱。

（3）、数学模型的尺度变换

数学模型的尺度变换就是通过放大和缩小某些坐标的比例尺，从

而改善数学模型的性态使之易于求解的技巧，多数情况下，数学模型

经过尺度变化后，可以加速优化计算的收敛，提高计算过程的稳定性，

（4）、数据表和线图资料的使用

在机械优化设计中，经常需要使用以数据表、线图等形式给出的

设计数据，不同的数据来源其特点也有所；

（5）、优化结果的分析与处理

优化设计方法和其它的设计方法一样，是一种解决复杂问题的工

具，而不是解决问题的原则。在优化设计中，建立正确的数学模型和

选用适当的优化方法固然是取得正确设计结果的先决条件，但绝非充

要条件。由于工程问题的复杂性，在优化求解后，还必须依据初始数

据、中间结果和最终结果进行认真对比、分析，以查明优化计算过程

是否正常和最终结果是否具有合理性和可行性。目标函数的最优值是

对计算结果分析的重要依据。将它与原始方案的目标函数值作比较，

可以看出优化设计比原设计方案改进的效果。若多给几个不同的初始

点进行计算，从其结果可大致看出全局最优解。利用目标函数值的几

组中间输出数据作曲线或列表，可查看其最优化过程进行的是否正常。

对于大多数机械优化设计问题，最优解往往位于一个或几个不等式约

束条件的约束界面上，