基于機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用與趨勢(shì)研究

裴煜，萬(wàn)新峰，程輝，邱順利

（武漢第二船舶研究設(shè)計(jì)所，湖北 武漢 430000）

隨著我國(guó)利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)信息處理技術(shù)的飛速進(jìn)步與發(fā)展，全球世界范圍內(nèi)的產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，產(chǎn)品的技術(shù)品種不斷更新?lián)Q代變化速度不斷加快，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不斷得到提高。生產(chǎn)正在逐漸以小批量、多生產(chǎn)品種的專業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)模式逐漸取代以前單一或多個(gè)生產(chǎn)品種的大批量生產(chǎn)。在這樣一種產(chǎn)品采用的是小批量規(guī)模生產(chǎn)的銷售方式下，必須盡量地縮短相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)周期，降低相關(guān)產(chǎn)品的銷售價(jià)格和生產(chǎn)成本，才能真正進(jìn)一步提高其所在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力和所需要占有的份比。因此，運(yùn)用這種現(xiàn)代化的工業(yè)設(shè)計(jì)管理手段和生產(chǎn)方法將有機(jī)會(huì)有效適應(yīng)當(dāng)今設(shè)計(jì)市場(chǎng)劇烈質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展趨勢(shì)，提升工業(yè)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品質(zhì)量，并且大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)的生產(chǎn)周期。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)概述

機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)主要流程指的就是通過(guò)對(duì)各種車床機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特性特征進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)其機(jī)械動(dòng)力學(xué)和機(jī)械模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)建構(gòu)，并在整個(gè)工業(yè)機(jī)床機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)工作中，能夠得到廣泛研究運(yùn)用的一種機(jī)械設(shè)計(jì)工作流程。動(dòng)態(tài)化的仿真機(jī)械部件結(jié)構(gòu)模型產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可以對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)在現(xiàn)階段中可能發(fā)現(xiàn)的一些存在比較薄弱的制造工序和工藝項(xiàng)目，依照產(chǎn)品模型本身所需要仿真的實(shí)際狀況模型對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和不斷改良。在進(jìn)行內(nèi)部動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作過(guò)程中，不僅應(yīng)該有效和選擇設(shè)計(jì)變量參數(shù)信息，對(duì)于初始化的參數(shù)和經(jīng)過(guò)修改后的其他參數(shù)信息，都應(yīng)該對(duì)此進(jìn)行不斷完善和及時(shí)維護(hù)，確保各種機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)化和設(shè)計(jì)運(yùn)行狀況的最佳和優(yōu)化，對(duì)于各種機(jī)械設(shè)備產(chǎn)品的使用時(shí)間表動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)也應(yīng)該要對(duì)此進(jìn)行不斷強(qiáng)化。為能夠確保生產(chǎn)精細(xì)化工程機(jī)械制造產(chǎn)品的各種動(dòng)態(tài)軟件設(shè)計(jì)技術(shù)能夠充分滿足當(dāng)下各類機(jī)械產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)用需要，應(yīng)該嚴(yán)格地要求確保各種動(dòng)態(tài)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本模型和穩(wěn)定，對(duì)其動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的操作方法和進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的技術(shù)流程進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范。

2 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著不斷進(jìn)步的科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)，越來(lái)越迅速地更新?lián)Q代的產(chǎn)品，多個(gè)性質(zhì)、小批量生產(chǎn)的方式正在逐步替代傳統(tǒng)的大批量單一制造模式。為使企業(yè)能夠有效地增加其市場(chǎng)占有率和國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)力，依據(jù)如何降低成本及縮短生產(chǎn)周期的原則，就要考慮如何進(jìn)行小批量生產(chǎn)?，F(xiàn)階段，已經(jīng)將先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用到冶金、建筑、紡織、機(jī)械、交通、航空飛行等各個(gè)領(lǐng)域，在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用和優(yōu)化。21世紀(jì)以后，就開(kāi)始更加注意優(yōu)化和使用設(shè)計(jì)的技術(shù)，需要專業(yè)的相關(guān)人才充分認(rèn)識(shí)和掌握。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)過(guò)程綜合各個(gè)學(xué)科

由于現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械制造產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，因此往往會(huì)涉及更多的學(xué)科專業(yè)知識(shí)，如算法、數(shù)據(jù)分析、查找戰(zhàn)略以及電子計(jì)算機(jī)技術(shù)。所以在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要特別注意做到要從許多學(xué)科角度考慮自己的課程設(shè)計(jì)。首先，需要從建筑工程總體的視角，將整個(gè)建筑設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)劃分成為多個(gè)具有不同設(shè)計(jì)內(nèi)容的板塊，然后通過(guò)運(yùn)用自己相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)其中各板塊進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的確定，函數(shù)的變量和優(yōu)化方法的選擇等等設(shè)定，把每個(gè)獨(dú)立的板塊都設(shè)計(jì)好，其次，要根據(jù)每個(gè)板塊之間的特點(diǎn)和內(nèi)在關(guān)系將它們重新緊密地連接在一起，有機(jī)地緊密組合在一起，最終制定出完整的設(shè)計(jì)。

3.2 進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的施工人員需要有較強(qiáng)的綜合技術(shù)素質(zhì)

機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)總體外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅是因?yàn)樾枰O(shè)計(jì)技術(shù)人員對(duì)于民用機(jī)械行業(yè)的一些相關(guān)設(shè)計(jì)專門知識(shí)需要具備一定的基本了解，還必須還需要熟練掌握以下3個(gè)基本知識(shí)方面的設(shè)計(jì)技術(shù)掌握能力：

（1）必須具備專業(yè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)建模的設(shè)計(jì)能力，工程設(shè)計(jì)者所自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和所生產(chǎn)制作出來(lái)的設(shè)計(jì)方案都不僅是因?yàn)樾枰惶滓?guī)范，并且也是因?yàn)橐?guī)范需要被其他的設(shè)計(jì)人所能夠熟悉和充分理解，所以也認(rèn)為需要設(shè)計(jì)技術(shù)人員必須需要具備一定的專業(yè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)建模設(shè)計(jì)技術(shù)掌握能力，用一種符合數(shù)學(xué)的設(shè)計(jì)語(yǔ)言規(guī)范的將實(shí)際設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和把實(shí)際設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容都通過(guò)描述表現(xiàn)出來(lái)，建立和構(gòu)建一套一個(gè)可以直接幫助有效解決實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題的機(jī)械設(shè)計(jì)管理模型。

（2）由于提高其對(duì)問(wèn)題正確求解的分析能力，設(shè)計(jì)師不僅必須學(xué)習(xí)會(huì)通過(guò)問(wèn)題建模，還要努力學(xué)習(xí)會(huì)通過(guò)問(wèn)題求解分析模型函數(shù)中的一些不同參數(shù)中的變量，掌握不同的應(yīng)用類型分析模型中各種不同參數(shù)中的變量，以便于在問(wèn)題求解的整個(gè)過(guò)程中，更快、準(zhǔn)確地分析并得出正確的問(wèn)題答案，例如，在設(shè)計(jì)應(yīng)用各種隨機(jī)變量分析模型時(shí)，為能夠使及時(shí)能夠更好地進(jìn)行判斷和及時(shí)確定一個(gè)隨機(jī)變量的變量值及它的目標(biāo)變量函數(shù)，就必須對(duì)應(yīng)用隨機(jī)變量分析模型的各種參數(shù)變量進(jìn)行正確求解，以便而且能夠及時(shí)得到較好的實(shí)際應(yīng)用。

（3）缺乏正確處理設(shè)計(jì)問(wèn)題的判斷能力,設(shè)計(jì)方案在加工完成后，還常常需要針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的技術(shù)準(zhǔn)確性能夠進(jìn)行一個(gè)可行性的預(yù)估評(píng)價(jià)，后期將來(lái)還會(huì)大量投入精力到產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案加工和產(chǎn)品制造的整個(gè)操作過(guò)程，這一系列的操作過(guò)程都已經(jīng)是常常需要經(jīng)過(guò)許多幾個(gè)人的辛苦共同努力才可以能夠真正做到，難免會(huì)因此導(dǎo)致設(shè)計(jì)出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)差錯(cuò)，如果在這個(gè)操作過(guò)程中只有一個(gè)人真正愿意能夠?qū)λM(jìn)行一個(gè)全程性的追溯，那么，將會(huì)能夠大大降低一次設(shè)計(jì)錯(cuò)誤事件出現(xiàn)的可能概率。

4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的類型

4.1 優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)?/h3>

一般而言，傳統(tǒng)的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)基本上是為進(jìn)行機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化所采取的結(jié)構(gòu)參數(shù)，但是，并沒(méi)有太多地注重改善機(jī)械部件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。隨著不斷提高對(duì)于設(shè)計(jì)與優(yōu)化各種機(jī)械產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)，逐漸引入機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)概念，人們更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)匾?guī)范對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的要求，也越來(lái)越多地進(jìn)行對(duì)優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的拓?fù)洹?/p>

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)

優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的整體動(dòng)態(tài)控制性能將嚴(yán)重地直接影響機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際使用壽命與勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)最終需要優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一個(gè)根本途徑就是還需要不斷提高經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的整體動(dòng)態(tài)控制性能。分析這些結(jié)構(gòu)的后期動(dòng)態(tài)應(yīng)用性能雖然往往屬于一個(gè)復(fù)雜的研究過(guò)程，特別是需要引起注意，尤其是對(duì)于一些性能比較大型的原始結(jié)構(gòu)而言，但是，在研究分析這些結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能結(jié)構(gòu)的過(guò)程同時(shí)也往往會(huì)力求使其性能具有一定的應(yīng)用價(jià)值，以便于全面地分析搜集與其性能相關(guān)的原始結(jié)構(gòu)材料，影響并達(dá)到該類結(jié)構(gòu)產(chǎn)品后期技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用的實(shí)際效果。

4.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)多科學(xué)結(jié)構(gòu)

在發(fā)展優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，對(duì)于產(chǎn)品機(jī)械部件結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)用，很多時(shí)候，如果單純地只是簡(jiǎn)單地想去分析某個(gè)設(shè)計(jì)方面的可能影響，往往這種可能性就會(huì)直接影響導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)中就會(huì)出現(xiàn)不可能完全符合所實(shí)際預(yù)期的需要優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，因此，為了能夠?qū)崿F(xiàn)更好地發(fā)展優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)，就往往需要從整體性、系統(tǒng)化的三個(gè)角度入手來(lái)研究發(fā)展對(duì)需要優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。mdo結(jié)構(gòu)理論被廣泛認(rèn)為是新興的一種機(jī)械優(yōu)化結(jié)構(gòu)工藝?yán)碚?，不少機(jī)械技術(shù)行業(yè)專家也已經(jīng)積極開(kāi)始深入地學(xué)習(xí)研究上述結(jié)構(gòu)理論，為以后進(jìn)一步地開(kāi)發(fā)研究生產(chǎn)機(jī)械先進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化工藝產(chǎn)品提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)保障，以便于及時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械優(yōu)化結(jié)構(gòu)工藝產(chǎn)品的研究全局性。

5 機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

具體而言，現(xiàn)代裝備設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面：第一，產(chǎn)品質(zhì)量高成本的壓力已經(jīng)給裝備設(shè)計(jì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)者帶來(lái)嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。第二，環(huán)境及其生態(tài)功能的屬性正在逐步與產(chǎn)品功能的屬性相媲美。第三，設(shè)計(jì)的運(yùn)行管理和生產(chǎn)制造必須以其所滿足的內(nèi)容為基礎(chǔ)，而不是簡(jiǎn)單地將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中；第四，即設(shè)計(jì)的獨(dú)立性逐步向工作中的協(xié)同操縱轉(zhuǎn)型，甚至可以是并行運(yùn)作狀態(tài)；第五，能夠充分挖掘出個(gè)體潛力的創(chuàng)新性，這就使得人們更加注重高科技數(shù)字化建設(shè)。

6 結(jié)語(yǔ)

以上就我國(guó)工程機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了深入的研究。在當(dāng)代的社會(huì)，機(jī)械設(shè)計(jì)和技術(shù)的關(guān)系影響整個(gè)機(jī)械和裝備制造業(yè)的生存和發(fā)展，因此，這一問(wèn)題值得進(jìn)行深入的研究，發(fā)現(xiàn)它的發(fā)展目標(biāo)和現(xiàn)狀，并且對(duì)它的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行推測(cè)，從而正確地把握良好的機(jī)械設(shè)計(jì)和技術(shù)的未來(lái)發(fā)展。