機械產品設計技術應用研究論文
摘要:主要從結構優化設計的流程、優化類型和優化技術方法幾個方面展開論述，探討了結構優化的特性。
關鍵詞:機械產品;設計;結構優化;技術應用
作為系統優化的一個步驟，結構優化設計是其中的重要一環，它需要全方位運用設計方面的技術知識，確定最佳的方法來滿足相關的需求。以往傳統的設計方法是操作人員選擇其他相關產品作為模型，依賴經驗和細致的觀察來確定方法，在設計后期還要通過測試判斷其是否符合要求，此過程不僅會浪費過多的人力物力，并且由于全過程都是人工操作，仍然存在質量等問題的安全隱患，降低了產品的質量。因此，確定結構優化技術，選用拓撲優化技術和尺寸優化技術相結合，并進行理論的計算和設計，確保產品的質量和精細度，才能既提高工作效率，又可以在激烈的市場競爭中占據一席之地。
1結構優化的流程
第一，首先設定好目標函數。作為結構優化的基礎，目標函數能夠精準確定機械產品的相關標準，并采用此函數做具體設計的要求設置，同時在確定目標函數時，還應當相應縮小應力以及變形程度的設計。第二，設計函數變量。在設定完目標函數后，需要進行函數變量的設計，主要包括過程中的參數，零部件的長度、寬度、角度，這些是影響機械產品質量和水平的重要原因，如果不能科學合理地確定這些參數的設置，就會在生產時出現不合格品，造成原料的大量浪費，直接增加了經濟成本，降低經濟收益率。第三，確定約束條件。設計完函數變量后，還有一個重要的工作步驟，就是確定約束條件，這些約束條件就是對函數變量施加束縛和一定的約束，包括極值、臨界范圍等。第四，確定和評估設計方法。確定設計方法是對機械產品進行設計和優化的最后一步，也是最為重要的一步，由于目前的設計方法種類繁多且各具優勢，就需要在眾多的方法中選出最適合的一種方法，并根據實際操作情況安排確定性價比最高的方法。在確定好方法后，實質上也就確定了機械產品的一套設計方案，但并不能根據這個方法就進行生產，實際投入使用前，還須經過專業技術人員的評估，從技術角度確定方案的可行性，只有這樣才能夠做到萬無一失，降低錯誤發生的幾率。
2結構優化的類型
2.1尺寸優化。尺寸優化是在機械產品外形和拓撲結構不變的情況下，改變設計變量或者進行分析重組，從而優化組合性能的優化方法。2.2形狀優化。形狀優化和尺寸優化相似，是在保證機械產品設計域內拓撲關系不變的情況下，去求解機械的結構邊界，通過改變邊界組合，組成新的形狀，從而使之表現出最好的性能狀態。2.3拓撲優化。按照機械產品設計優化的特點進行劃分，優化方法主要有三種:參數優化、形狀優化和拓撲優化，其中拓撲優化的工作原理是按照設定的目標采用合適的計算方法將應力較小區域中的材料進行剔除，能夠在設定好的空間中選擇最佳的材料種類和分布形式，從而幫助設計工作過程做出結構和性能最佳的零部件、框架結構以及內部加強筋的分布形式，從這里可以看出，拓撲優化不僅保證了產品的外觀形貌，并且也獲得了最合理的理論概念模型，可以有效促進產品的結構設計，充分發揮設計開發人員的創新理念，增強市場競爭力。2.4快速分析方法。提高控制性能函數的計算效率是目前急需克服的重難點問題。加強結構性能的優化才能夠有效配合實現綜合性能的最優。產品結構的動靜結合優化過程在近幾年也受到了相關技術人員的關注。采用近似分析技術能夠高效提高函數的計算過程，保證工作效率，然而這種方法在使用之前須做好前期的準備分析工作，并且計算過程通常也不夠精確。因此，引進新型的計算方法可以有效解決上述問題，實現協同優化。
3機械產品設計優化的方法策略
3.1提高設計人員的素質水平。首先要提高機械技術知識水平，只有熟練掌握機械相關知識，才能夠靈活運用，實現產品設計的優化。但除了機械知識以外，還應當加強其他知識的修養，主要有:第一，數學建模能力。這是最基本的工作內容。設計工作人員在進行方案設計時，不僅要規范，還要保證方案能夠被他人理解，只有具備一定數學建模能力的人員才能夠使用規范標準的數學語言將問題和設計方案表達出來，并在此基礎上確定模型，保證模型的實用性。第二，解答問題的能力。僅僅會建模還不夠，還應當能夠求解所建立模型的變量以及參數，這樣才能夠高效得出結果。比如對于隨機變量模型，一定要能夠快速求解隨機變量模型，才能夠計算出隨機變量的目標函數以及變量的數值。第三，對問題的處理能力。這是因為在確定完設計方案后，一個極其重要的步驟就是評價方案，一旦方案投入生產，就需有更多的人共同配合完成，而參與的人越多，就越容易造成大家對問題本身都一知半解，出現問題后也難以找到明確的責任人。這個時候，如果有一個能夠全程負責的人去追蹤過程，會在很大程度上降低問題的發生概率。3.2綜合運用所有學科的知識。設計的過程需要綜合運用所有學科的知識點，因為機械產品的結構設計不僅需要機械的專業知識，還附帶數學算法、數據分析、計算機等多個其他學科的知識，只有將這些所學的知識綜合運用，才能設計出合理、方便的機械產品。在進行學科知識總結運用過程中，首先要放眼全局，從整體角度出發，綜合考慮。然后再將設計的產品系統逐步分解，按照知識板塊分解成若干個單元，按照相對應的知識體系進行相應目標函數的確定，再按照理論知識的原理進行函數變量和優化方法的設定。分別設計好后，按照它們之間的聯系，一個一個地將它們連接起來，這樣就組成了一個完整的設計方案，最后可以根據整體設計的需求進行輕微地調試變動。3.3創新思維，杜絕重復。在設計過程中必須要做到自主創新，堅決避免重復，從現實角度出發，一定要有創新才能有廣闊的市場空間，重復的、沒有創意的東西很難贏得市場的青睞，也就是說，一個公司要想成長和進步，就必須推舊出新，避免墨守成規，最終導致被市場大環境所淘汰。因此，作為一個出色的企業，就要不斷創新，不斷保持市場活力，但在創新過程中要防止抄襲、重復等，作為設計研發人員，要不斷轉變思路，積極對產品進行改造，在推出新產品的同時，也要對原有產品進行改造，最終目的都是為了適應市場需求，使企業具有一定的競爭力。
4結語
隨著行業的發展，技術的進步，機械設計的難度越來越大，很容易讓設計研發人員陷入到無休止且煩瑣、混亂的工作中，機械設計優化方法的出現，解放了設計人員，特別是近年來，優化方法和CAE分析技術的結合，大大降低了設計人員的工作強度。隨著各種CAE軟件，如:ANSYS、MAＲC、ABAQUS等的投入應用，利用現代化的手段進行新產品的開發設計，滿足了越來越多的客戶需求。通過優化設計，在降低產品重量、提高產品性能的同時，把設計人員從繁重的工作中解放出來，激發了他們設計創新的熱情與積極創新的設計思路。機械制造工業正經歷一次深刻地變革。
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