探究機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的回顧與展望

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引言：機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化就是指機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的上限和下限進(jìn)行分析，推導(dǎo)出各項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，然后在所有設(shè)計(jì)方案中選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)。最優(yōu)設(shè)計(jì)就是指在設(shè)計(jì)的限制條件中，既能符合結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)功能要求，又能滿足質(zhì)量要求，還是最經(jīng)濟(jì)，最節(jié)省，最方便的方法。目前機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)逐步發(fā)展，所以對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行回顧與展望。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的回顧

在70年代前，就出現(xiàn)了有關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究項(xiàng)目。但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)與知識(shí)不夠完善，不夠充足，優(yōu)化設(shè)計(jì)，只能停留在非常淺層的設(shè)計(jì)方面，不能通過計(jì)算來(lái)選取精細(xì)的最優(yōu)方案，只能做出粗略的，能少量提高機(jī)械效率的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在70年代，由于各項(xiàng)有關(guān)優(yōu)化的書籍大量出現(xiàn)，幾何學(xué)，線性規(guī)劃，幾何規(guī)劃等相關(guān)理論大量完善。

我國(guó)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展的過程中，通過吸收國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，做出了極大的貢獻(xiàn)。在我國(guó)發(fā)展建設(shè)初期時(shí)，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不重視。由于國(guó)家的原因，我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在80年代后才正式發(fā)展起來(lái)。盡管如此，在計(jì)算機(jī)設(shè)備落后，研究條件欠缺的情況下，我國(guó)科研學(xué)者依舊在為機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)而不斷努力。我國(guó)國(guó)家大力支持機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，高校都開設(shè)有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的專門課程與專業(yè)，甚至鼓勵(lì)機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方面研究生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，大力研究。在八七年召開全國(guó)科學(xué)大會(huì)，吸引個(gè)國(guó)家重各大科研學(xué)者，進(jìn)行討論探究，鼓舞科研學(xué)者對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的熱情。

2 物理學(xué)和數(shù)學(xué)的應(yīng)用方式

在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的最開始，是主要通過數(shù)學(xué)這一課程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，以結(jié)構(gòu)的尺寸和重量為變量，將設(shè)計(jì)的需求作為定量，通過數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)結(jié)果，尋找在數(shù)值上的最優(yōu)設(shè)計(jì)。機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)人員將物理學(xué)引入到機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中。通過物理學(xué)中力學(xué)的概念，將滿足條件的數(shù)值作為答案，反向推導(dǎo)滿足這個(gè)數(shù)值的答案。

由于隨著機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的不斷更新，數(shù)學(xué)的運(yùn)算量越來(lái)越龐大。即使運(yùn)用到數(shù)學(xué)的微積分定積分等，仍然難以計(jì)算。數(shù)字的運(yùn)算量，數(shù)據(jù)的精確值，都已經(jīng)超過了人為可控的計(jì)算范圍，通過大量計(jì)算，仍然可能得到錯(cuò)誤的計(jì)算答案。所以數(shù)學(xué)運(yùn)算在優(yōu)化設(shè)計(jì)中到達(dá)了瓶頸期。于是引入了物理學(xué)。通過物理學(xué)計(jì)算方法，可以用少量的計(jì)算來(lái)得到最優(yōu)解的答案。但是這種方式卻需要通過不同的基礎(chǔ)和不同的準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行，相對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)也是十分龐大的工作量。無(wú)法設(shè)定通用值對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算。所以在80年代后機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員將物理學(xué)和數(shù)學(xué)融合在一起，共同作為最優(yōu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方式。

3 探究機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的展望

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是在隨著時(shí)代不斷發(fā)展，不斷改進(jìn)的。利用目前先進(jìn)的計(jì)算機(jī)手段，通過使用高性能計(jì)算機(jī)，進(jìn)行模擬設(shè)計(jì)，用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度運(yùn)算出實(shí)際所需最優(yōu)方案。通過研究新型高性能材料，新型工藝流程，減少機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的束縛與條件，增加機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的上限。采用最優(yōu)機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的機(jī)械設(shè)備，在實(shí)際工程操作中，不僅能提高機(jī)械結(jié)構(gòu)的使用壽命，更能提高生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量，還能為制造工廠帶來(lái)高額的經(jīng)濟(jì)效益。所以機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)工程所關(guān)聯(lián)的重要部分。由此可見，繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)是目前所必須推廣發(fā)展的項(xiàng)目之一。

目前我國(guó)已十分關(guān)注機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，大量科研人員通過國(guó)家所資助的科研基金研究機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中包括大量新設(shè)計(jì)新方法。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，這是緊跟世界步伐，踏足在世界前列的表現(xiàn)。目前對(duì)于性能優(yōu)化，分解與拆裝優(yōu)化，維修與維護(hù)優(yōu)化，全自動(dòng)優(yōu)化等都有了相應(yīng)的科研項(xiàng)目與科研成果。在80年代，大部分國(guó)內(nèi)大學(xué)已經(jīng)開設(shè)有關(guān)于優(yōu)化設(shè)計(jì)的課程，在這個(gè)時(shí)候計(jì)算機(jī)的功能也逐漸完善，也出現(xiàn)了大量有關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)的軟件，利用當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)又向前邁進(jìn)了一大步。設(shè)立?？罨?，提高科研學(xué)者的研究條件。通過幾年時(shí)間，在我國(guó)學(xué)者的不斷努力下，我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化已經(jīng)有了極其強(qiáng)大的實(shí)力。我國(guó)現(xiàn)有的有關(guān)專業(yè)人才，也在不斷努力，通過現(xiàn)在高端技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化發(fā)展。通過對(duì)于這些措施進(jìn)行研究，將科研成果應(yīng)用于各項(xiàng)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，是有著重要而深遠(yuǎn)的影響的，是提高我國(guó)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)能力的重要有力保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

社會(huì)在不斷進(jìn)步，科研水平在不斷提高，科技在不斷發(fā)展，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)也不是一成不變的。應(yīng)該緊跟時(shí)代，緊扣時(shí)代主題，以科技為基礎(chǔ)，以落實(shí)為經(jīng)濟(jì)服務(wù)為理念，將機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不斷更新，不斷優(yōu)化，確保機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化能夠真正將機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化到最好的狀態(tài)。