机械结构优化设计的应用及趋势探究

何海申

摘 要：在机械结构设计中，优化设计是十分重要的内容，计算机作为基础的优化设计工具，结合规划理论内容，对机械设计约束条件进行分析，从而找到最优的设计方案，提升机械结构设计的质量。合理的机械结构设计能够解决多样化问题，提升机械性能。本文对机械结构优化设计应用进行分析，并探究其发展趋势，旨在探寻最佳机械结构设计方案，最大化发挥机械功能作用。

关键词：机械结构;优化设计;应用;趋势

机械生产企业想要提升市场竞争力，需加强产品优化设计和研发，加强产品性能，并及时更新换代。随着市场快速发展，单一化生产模式逐渐转变为多样化生产方式，通过优化机械结构设计，可以有效降低产品成本，并缩短生产周期，提升企业的市场占有率，在满足市场需求同时提升企业自身竞争力。

一、机械结构优化设计应用现状研究

随着社会发展需求变化以及科学技术发展，市场对产品的需求种类和质量要求有很大提升，各个企业都在加强自主创新，产品更新换代速度较快，多品种化的生产模式成为了市场主流。企业为了能提升市场占有率，不仅需考虑产品制作成本，还需考虑生产周期，因此，需从机械结构设计方面着手，提升生产效率。科学优化机械结构设计，通过改变结构形式增强机械功能，可以帮助企业快速的攻占市场，缩短生产周期，提升产品质量，满足市场的需求。机械功能优化设计从上世纪就已经被提出，其属于一种新型的学科，是将优化理论与结构设计相结合，结合生产实际在多个方案中选择最为科学合理的设计方案，保障机械结构质量有所提升。在我国建筑行业、交通、冶金以及航空等领域中优化设计被广泛应用，其社会经济效益显而易见。因此，机械结构优化设计的应用具有广阔的前景，需要专业人员加强技术研究和掌握[1]。

二、机械结构优化设计类型分析

（一）结构拓扑优化

在一般情况下，普通机械结构优化设计主要是对结构参数进行优化，对零件拓扑结构的关注度不高。随着市场需求变化，人们对机械产品优化意识有所提升，对产品的设计理念关注度较高，对机械结构优化需求也更加严格和规范，拓扑优化是十分重要的环节，其属于几何学的分支之一。

（二）结构形状优化

优化机械结构设计的目的是提升机械性能，提升产品生产效率。在优化设计应用过程中，需对零件结构进行科学优化，但与此同时，会衍生而来很多相关的设计问题，例如：结构形状较为复杂、结构种类较多、对结构分析较为困难等。由此可见，优化结构十分必要。在上世纪末，我国机械领域紧随国际步伐，对结构形状的优化设计进行研究。主要是对轴对称零件形状优化设计、机械人结构形状优化设计等，通过对零件性能的分析研究，可以合理优化结构形状，如下图所示。

（三）系统结构动态优化设计

机械产品的性能动态会对结构设计强度以及机械寿命产生一定影响，因此，需优化结构的动态性能，从而实现机械结构的合理优化设计。结合对机械结构动态性能过程的分析和研究，对于大型机械结构来讲，动态结构分析作用较大，需全面搜集机械相关信息，了解生产需求，从而使设计更加科学合理[2]。

（四）多结构优化设计

机械结构优化设计不仅需要对优化预期结果进行评判，还需要明确优化设计的目标，从整体上构思机械结构，促进结构优化设计的系统化发展。MDO理论为一种新型结构优化理论，其被广泛应用于机械结构优化、卫星总体设计、机器人优化设计等领域中，为优化设计提供了理论保障和基础，使产品质量大大提升，生产效率也有所提升，在机械结构优化中发挥重要作用。

三、机械结构优化设计趋势探究

合理优化机械结构设计能够有效提升企业生产效率，缩短生产工期，从而提升企业市场占有率和竞争力。随着科学技术更新发展，各类分析法被应用于优化设计中，计算机结构和应用条件也发生很大的改变，相关学者对机械结构优化设计的关注度有所提升。有限元分析是较为常见的分析法，其通过对物体及系统进行动静态分析，将其分解为相互关联的几何模型，通过预处理和分析优化机械结构。在国际范围内，相关学者对机械结构优化设计的探究从未停止。随着市场竞争的日益激烈，产品更新换代较快，机械结构优化设计优势十分凸显，可以从以下几个方面进行探究思考：

首先，在对机械结构优化设计过程中需对多个问题进行深入思考和分析，如：可以或者不可以用数学方式表示的问题、处于经验和知识描述之间的问题等，针对模型设计对问题进行求解，对机械随机变量进行优化设计，分析机械实际的情况，研究其随机因素，优化设计这些变量，从而提升机械性能。随机变量设计优化主要是通过确定变量，建立隨机的目标函数，结合模型设计，求出最合理的解。对模糊变量进行合理分析和优化设计，加强系统优化全面性。在机械结构设计中常出现非光滑现象，此种现象需进行优化设计，对于一些目标函数以及约束函数来讲，在优化求解过程中会产生很多问题，解答过程也相对较难，通过非光滑问题的优化设计可以有效解决此类问题，其包含了非光滑以及特殊优化两个技术层面。通过优化设计系统设计决策能力以及处理能力都会有所提升，从而快速完成图形输出以及方案设计等任务;其次，通过多学科结构优化设计，探索集成寻优以及数据管理分析等，形成祸合子系统，从而使机械结构系统能够互相左右[3]。

四、结语

综上所述，机械结构设计优化是现代设计主要的组成部分之一，合理的设计优化方案可以提升企业生产效率和产品质量。作为一种新型设计方式，机械结构优化设计为企业拓展了发展空间，使企业市场竞争力大大提升，为产品质量提供更加全面的保障，值得在各领域中进一步推广和应用。

参考文献：

[1]房灿.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].科技创新与应用，2016.

[2]杨天平，唐宏.机械结构优化设计应用与趋势分析[J].电子制作，2013.

[3]张钟文.试析机械结构优化设计的应用及趋势[J].装备制造技术，2016.