機械設(shè)計中優(yōu)化設(shè)計的重要性和實現(xiàn)路徑的探討

唐建勇，李宏業(yè)

（秦皇島方華埃西姆機械有限公司，河北 秦皇島 066000）

機械優(yōu)化設(shè)計指的是運用數(shù)學(xué)模型方法和計算機技術(shù)找到最佳設(shè)計方案和路徑的過程，也是當(dāng)前機械設(shè)計領(lǐng)域的研究熱點。在新時期，對機械優(yōu)化設(shè)計的重要性和意義進行探討，并析其實現(xiàn)的路徑和辦法是極為必要的。

1 機械設(shè)計優(yōu)化設(shè)計的重要性

A.優(yōu)化設(shè)計可以保證機械設(shè)計的工藝與質(zhì)量。在機械設(shè)計的過程中，設(shè)計師不僅要考慮設(shè)計流程、設(shè)計時間和成本、功效等問題，更重要的是必須考慮設(shè)計產(chǎn)品的工藝水準(zhǔn)和實用價值，也可以理解為設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量。機械產(chǎn)品往往用于工業(yè)生產(chǎn)及大型的工程項目，其質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系重大，因此必須予以重視。換言之，機械設(shè)計的質(zhì)量是第一位的，倘若失去了優(yōu)質(zhì)的保證，那么這樣的機械設(shè)計毫無價值。所以，找到更好的設(shè)計路徑和策略，維持設(shè)計的質(zhì)量和工藝，成為整個機械設(shè)計的關(guān)鍵。在現(xiàn)實操作中，設(shè)計者往往利用數(shù)學(xué)函數(shù)及相關(guān)模型對各種設(shè)計方案進行綜合評估，做出最佳的選擇。諸多設(shè)計方案中的最佳方案，往往具備以下幾個特點。其一，該方案應(yīng)該是效率最快，成本最省：其二，該方案要具備現(xiàn)實的操作可能，要能實現(xiàn)設(shè)計的規(guī)劃?？傊?，機械優(yōu)化設(shè)計的過程其實是篩查最佳設(shè)計方案的過程，這個過程中的方案選擇是最符合機械設(shè)計實際需求的，也是最具有質(zhì)量保證的。

B.優(yōu)化設(shè)計可以最大限度地節(jié)約設(shè)計開支和成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。機械設(shè)計是一項繁瑣、浩大的工程，往往需要很長的時間才能完成，不存在所謂的捷徑和“小道”。所以，在維持長時間設(shè)計流程的同時，必須做好高額開支和成本支出的準(zhǔn)備。事實證明，機械設(shè)計的成本開支往往令主管單位“不堪重負”。雖然隨著機械設(shè)計技術(shù)的進步以及管理流程的簡化，新時期的機械設(shè)計成本開支已經(jīng)有所降低，但是仍然有可以壓縮的空間。需要注意的是，運用優(yōu)化設(shè)計的方法對機械設(shè)計的成本開支進行削減，要基于保障設(shè)計質(zhì)量的前提；倘若成本的控制要以犧牲質(zhì)量為代價，則這樣的控制手法必須果斷舍棄。在機械設(shè)計中采取優(yōu)化設(shè)計路線，能夠減輕前期和設(shè)計過程中的成本開支，為設(shè)計單位節(jié)省一筆不小的資金。優(yōu)化設(shè)計的最佳方案往往是符合設(shè)計流程的，是可以發(fā)揮出現(xiàn)有材料、設(shè)備和人員最大能量的，所以不需要額外耗費多余的人力、財力和物力。因此，優(yōu)化設(shè)計能夠節(jié)約機械設(shè)計的開支成本是有科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)的。

C.優(yōu)化設(shè)計可以提高機械產(chǎn)品的科技附加值，從而提高產(chǎn)品的競爭力和提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。機械設(shè)計的產(chǎn)品是一種自然屬性但是具備商業(yè)價值的“商品”，這就必然要與市場發(fā)生關(guān)聯(lián)。同時，優(yōu)化設(shè)計方法在機械設(shè)計中的應(yīng)用，能夠增加機械產(chǎn)品的科技含量和技術(shù)附加值，大大提高產(chǎn)品的市場競爭力。例如，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展以及相互之間融合度越來越高，機械設(shè)計的產(chǎn)業(yè)化正在形成，即機械設(shè)計可以作為一個單獨的工程鏈條存在。如果把機械設(shè)計的產(chǎn)品作為一個普通商品看待，這種商品必須是價格最低、質(zhì)量最好、科技含量最高的，這樣該產(chǎn)品才能在市場中取得占有率，企業(yè)才能因此獲取利益最大化。所以，機械設(shè)計企業(yè)都在努力追求“這樣的機械產(chǎn)品”，而這樣的產(chǎn)品往往需要通過優(yōu)化設(shè)計來實現(xiàn)。優(yōu)化設(shè)計為機械設(shè)計產(chǎn)品的技藝提升、附加值增大提供了全新的路徑，也為機械設(shè)計單位和企業(yè)的發(fā)展增添了新的利潤增長點。例如，隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)、材料技術(shù)、液壓技術(shù)、加工制造工藝的不斷發(fā)展和成熟，機械設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)都會有一種或多種新技術(shù)的注入，最終的機械產(chǎn)品往往“飽含科技”，其技術(shù)附加值自然可以達到一個高位。類似這樣的高附加值機械產(chǎn)品，在市場中的價格是可以預(yù)見的，企業(yè)因此帶來的收益也很高。由此可見，優(yōu)化設(shè)計對于當(dāng)今的機械設(shè)計的重要性。

2 實現(xiàn)機械設(shè)計優(yōu)化設(shè)計的有效策略

優(yōu)化設(shè)計可以為機械設(shè)計提供質(zhì)量和效益的保證，因此必須引入科學(xué)有序的優(yōu)化設(shè)計方案，使之產(chǎn)生明顯的效果。從當(dāng)前的情況看，機械優(yōu)化設(shè)計可以從如下角度考量。其一，機械設(shè)計的一維搜索優(yōu)化方法，這種方法也是當(dāng)前機械設(shè)計優(yōu)化方法的最典型代表，以數(shù)學(xué)函數(shù)為理論基礎(chǔ)，透過搜索區(qū)間的確定，來保證優(yōu)化方案的有效性。一維搜索方法是一維問題的最基本方法，也是多維機械設(shè)計的基礎(chǔ)方法。眾所周知，機械設(shè)計大都是多維的，很少有一維的情況，但是這恰恰說明了一維的重要性和基礎(chǔ)性功能。就好比數(shù)學(xué)中的從0到9的10個數(shù)字，它們構(gòu)筑了數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，成為數(shù)學(xué)的理論“細胞”。一維搜索方法在機械設(shè)計的應(yīng)用，往往直接影響優(yōu)化設(shè)計問題的求解速度。其二，機械優(yōu)化設(shè)計會用到約束優(yōu)化方法和無約束優(yōu)化方法。在機械優(yōu)化設(shè)計中，經(jīng)常使用的是約束優(yōu)化的方法。除此之外，機械優(yōu)化設(shè)計還可以通過線性規(guī)劃方法、多目標(biāo)及離散變量優(yōu)化方法來實現(xiàn)?？傊?，諸多優(yōu)化方法的存在和操作為機械優(yōu)化設(shè)計提供了多元化的路徑。

3 結(jié)語

從機械產(chǎn)品設(shè)計的全局來看，目前比較先進的優(yōu)化設(shè)計，大多數(shù)還停留在設(shè)計方案后參數(shù)優(yōu)化方面，面向產(chǎn)品設(shè)計，應(yīng)將優(yōu)化設(shè)計拓寬到機械設(shè)計產(chǎn)品的全生命周期過程，使之適應(yīng)機械產(chǎn)品設(shè)計。

［1］張殿江.淺談機械設(shè)計在機械制造中的重要性［J］.城市建設(shè)理論研究，2013，（07）：146-147.

［2］蔡余友.機械設(shè)計的重要性和實現(xiàn)路徑［J］.中國機械，2013，（06）：32-33.