浅谈机械工程的优化设计

崔会山

摘要：随着科学技术的发展，我国的机械制造工业取得了很大的进步，机械工程项目开展的也越来越多，在我国经济中的地位也更加重要。在机械工程设计中，需要对机械进行可靠性的优化设计，进而提高机械工程的质量和性能，实现资源的优化利用。

关键词：机械工程；优化；设计

1 優化设计在机械工程中的应用

机械工程的优化设计在产品的生产与使用周期的各环节都起着重要作用。这些环节主要有产品的设计、制造、使用及售后维修等。以下就机械工程产品的设计、制造及使用三个环节展开讨论优化设计问题。

（1）机械工程产品设计环节的优化设计。机械工程产品的设计主要包括装配整体设计与零件组装设计。对机械产品进行优化设计时，可以将其当作一个整体，设计的方法主要有两种，第一种方法为：先大致了解机械的完整系统，并分析组成整体的零部件具有多大程度的可靠性，据此推断出整体具有多大程度的可靠性；这种方法即为预测整体设计可靠性的手段，预测的结果必须与设计指标相符合。第二种方法为：将整体机械工程优化设计所要求的指标分配到其零部件的设计上，要求零部件必须满足各自的可靠性指标要求；常用的可靠性的分配方法有：再分配、等分配、比例分配及综合评分的分配方法。设计单个零件时，尽量采用符合国家规定且已经在生产中大量投入使用的常规零件，并用不同设计方法对重要程度不相同的零件进行优化设计，设计关键部件之前，要先行可靠性的试验。除此之外，要反复验证及修改机械工程产品设计的可靠性，直到其能够满足于优化设计所要求的标准为止。设计机械工程的人机系统也很重要，这方面的设计包括适应性及操作的舒适性设计。

（2）机械工程产品制造中的优化设计。要保证一个产品的质量，在制造环节的质量控制是最关键的部分，因此，机械产品在制造的过程中进行优化设计是非常重要的。加工的设备可靠性要得到保证，在选择加工工艺与工艺流程时，要注意其技术水平，保证制造水平尽量达到最优化。产品制造工艺流程是一个完整的系统，其中的各个方案与工序是工艺流程系统中的子系统，对每个子系统进行优化设计时，都要综合考虑各方面的因素，如工艺装备、加工设备、加工材料与工作人员素质等；只有这样才能为各个子系统设计出可靠性与合理的指标；最后，整合分析各个子系统的指标，并通过合理的方法将总系统的可靠性及优化指标整理出来。

（3） 机械工程产品的使用与维修的优化设计。对机械产品进行维修，能有效延长其使用寿命；良好的售后服务水平是一个公司获得发展的必备条件。因此，生产机械设备的厂家要认真对待售后服务与维修的问题，运用先进的逻辑分析法，制定出科学的维修内容与维修方式，对机械产品的合理使用寿命作出规划。机械工程产品具有可维修性及可靠性，两者在很大程度上是相似的，可维修性是可靠性的具体指标之一。对机械工程产品进行设计时就应当首先考虑到可靠性指标，以便能使设计出的机械产品在发生故障的情况下，易于檢查与维修。进行机械产品维修的优化设计时，要充分考虑维修费用的问题，负责设计工作的人员在进行机械工程优化设计时，要以最少的费用获得最高程度可靠性作为设计的原则，以便能够尽量减少发现故障的时间。因此，以优化设计理论作为维修设计的基础，是非常合理的，也是非常重要的；制定经济合理的维修设计在现代化与科学化的进程中意义重大。使用符合标准的维修设备进行维修，提高维修工作人员的技能水平，使机械产品的维修工作能够朝现代化与科学化的方向发展。

2 机械工程的可靠性优化设计

针对目前我国存在的一些机械可靠性设计问题，需要采取相应的策略来做好机械工程的可靠性优化设计工作。以下从机械设计的几个环节入手来进行可靠性优化设计工作的探讨。

（1）产品设计环节中的可靠性优化设计。在机械工程的设计环节中，机械产品的设计工作主要包括两个部分，即对机械零件的设计以及对产品整体装配的设计。机械产品整体设计是建立在零部件设计的基础上进行的。总体来说，机械产品设计环节的可靠性优化设计主要分为两种形式。具体表现如下：

从部分到整体。从部分到整体的设计方法是根据设计系统的要求，先对机械产品的各个零部件进行详细的研究，通过分析来对产品的可靠性进行评估，进而从零部件的可靠性分析得出整个机械产品的可靠性设计程度，通过这种方法来实现整体产品的可靠性设计目标。

从整体到部分。通过对产品整体的可靠性把握，对产品的各个零部件进行可靠性分配，进而使产品的整体可靠性需求在零部件上得以实现。这种从整体到部分的机械工程设计方法，需要特别注重做好产品零部件的可靠性分配，主要的分配方式有以下几种：比例分配法、等分配法、综合分配法以及再分配法等。机械工程设计过程中，进行单个零部件的设计时，每一个零部件都需要严格的符合相关的设计规范，尽量选用已经投入使用而且确定没有问题的零件来进行参照设计，针对不同零部件的特性以及生产目标，可以采用不同的设计方法，一些重要部位的零件，还需要特别注意进行可靠性试验，进而满足实际产品的可靠性需求。

（1）要保证一个产品的质量，在制造环节的质量控制是最关键的部分，因此，机械产品在制造的过程中进行可靠性优化设计是非常重要的。加工的设备可靠性要得到保证，在选择加工工艺与工艺流程时，要注意其技术水平，保证制造水平尽量达到最优化。产品制造工艺流程是一个完整的系统，其中的各个方案与工序是工艺流程系统中的子系统，对每个子系统进行可靠性优化设计时，都要综合考虑各方面的因素，如工艺装备、加工设备、加工材料与工作人员素质等；只有这样才能为各个子系统设计出可靠性与合理的指标；最后，整合分析各个子系统的指标，并通过合理的方法将总系统的可靠性及优化指标整理出来。

随着我国经济的发展，机械工程项目也朝着更加复杂更高难度的方向发杂很难，在这种背景下，做好机械工程的可靠性优化设计十分重要。机械工程的可靠性设计以及优化设计是一个有机结合的整体，二者不可偏废。不能只考虑其中的一项而抛弃另一项。只有将两者结合起来，同时做好各项设计工作，才能真正将机械工程设计做好，达到最好的设计效果，促进我国机械制造业的发展。

参考文献：

[1]金雅娟.基于鞍点逼近的机械结构可靠性稳健优化设计[J].工程设计学报，2012（2）

[2]曾刚.基于遗传算法的机械零部件可靠性优化设计[J].机械设计与制造，2012（10）

（作者身份证号：130123198709273977）