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摘要：随着社会现代化进程的加快，越来越多的机械被应用于企业生产制造过程中，并在其中发挥着重要作用。机械的广泛使用对机械结构优化设计提出更高的要求，因此有必要对其进行完善。基于此，笔者结合实际工作经验，以在线分析仪器为例阐述机械结构优化设计的重要性。
关键词：机械结构；优化设计；发展趋势
机械结构优化设计可以在确保设备质量的基础上提高工作效率，因此在实际中有着较为广泛的应用。但实际中机械结构优化设计应用中依然存在一些问题，影响应用效果，并不能达到预期的设计目标。本文中分析机械结构优化设计的现状，应用概况及优化策略。
一、机械结构优化设计现状的分析
现如今是一个知识爆炸的时代，大量新技术及设备出现在人们生活工作中，提高人们生活及生产水平。在这样的背景下企业生产方式也逐渐转变为小批量多品种的生产模式，实际中为提高企业产品的市场竞争力就需要将成本及生产周期压缩到极致，因此机械设计中就出现结构优化设计，这种设计模式可以提高生产效率，缩短生产周期，帮助企业在尽可能短的时间内抢占市场，最终在激烈的市场竞争中脱颖而出，赢得生产发展空间。优化设计是诞生于上世纪六十年代的学科，它是充分结合工程设计及最优理论结合，在大量设计方案中找到最合适，实现效率及效益最大化的目的。
二、机械结构优化设计的应用概况
2.1通用机械和机床通用机械和机床的结构优化设计也是一个机械结构优化设计成功应用的领域，把有限元技术与优化技术结合，机械结构优化设计对大型复杂机械结构的设计是一种有效、精确的方法。由于一般的机械零部件都是连续体结构，结构分析非常复杂，进行结构优化设计比较困难。国内的相关研究比较突出，发表了大量的研究论文和报告。通过这些研究工作的开展，机械和机床的设计有了一种快速，有效、可靠的设计方法，提高了机械产品的设计水平。
2.2汽车工业是一个不断创新，发展的重要行业，各个国家和地区都十分重视汽车工业的发展。因此，先进的机械结构优化设计方法也就在此行业得到推广和应用，国内外出现了大量的研究成果。隋允康等研究了把DDDU-2软件包应用于汽车的结构优化设计：冯振东等进行了万向节传动布局的支承动态结果优化设计；田振中研究了特种汽车车身的结构设计；冯国胜对汽车加工的结构优化设计进行了研究。目前汽车工业已经成为机械结构优化设计广泛应用的一个领域。
2.3船舶工业船舶结构优化设计方法研究相对起步较晚，我国自20世纪70年代末开始研究船舶结构优化设计，比国外差不多晚了10年。但是，我国的船舶结构优化设计也取得了较大的成果，在潜艇结构、中小型集装箱结构、游船剖面、潜艇外部液压舱等结构优化设计方面进行了研究，提高了相关研究对象的性能，为船舶设计提供了一种可靠、精确的设计方法。
2.4航空航天技术代表着一个国家科学技术的综合水平与实力，大量的先进科学技术首先在航空航天领域推广应用或发明、开发，而机械结构优化设计发展最快、应用最广和作用最大的领域也在航空航天。由于该领域的特殊地位，机械结构优化设计得到了广泛的应用和充分的重视。
三、优化设计方法的选择
根据优化设计问题的特点（如约束问题），选择适当的优化方法是非常关键的，因为同一个问题可以有多种方法，而有的方法可能会导致优化设计的结果不符合要求。选择优化方法有四个基本原则：效率要高、可靠性要高、采用成熟的计算程序、稳定性要好。另外选择适当的优化方法还需要个人经验，深入分析优化模型的约束条件、约束函数及目标函数，根据复杂性、准确性等条件对它们进行正确的选择和建立。
优化设计的选择取决于数学模型的特点，通常认为，对于目标函数和约束函数均为显函数且设计变量个数不太多的问题，采用惩罚函数法较好；对于只含线性约束的非线性规划问题，最适应采用梯度投影法；对于求导非常困难的问题应选用直接解法，例如复合形法；对于高度非线性的函数，则应选用计算稳定性较好的方法，例如BFGS变尺度法和内点惩罚函数相结合的方法。
四、机械产品设计的结构部优化技术应用策略探讨
4.1提高整体技术人员的综合素质能力
机械产品要能够实现设计优化，首先要保证技术人员具有专业的工程知识，同时还要具有数学建模能力，工程设计人员在设计方面要符合规范，要注重理解功能的体现，运用规范的数学语言来表达存在的问题和设计内容，确定适合的解决问题的模型。设计人员在掌握建模能力的基础上，还要具有解决建模中存在的问题，利用不同的参数变量，在求解过程中要确定得到准确的答案。
4.2在结构优化设计中要运用各个学科的综合能力
机械产品的优化设计具有复杂性，在设计工程中会包含各个学科的专业知识，比如说数学算法、数据分析方式和计算机技术等。要保证在进行设计过程中注意从各个角度进行分析和运用，以此来考虑方案的可行性。首先要从工程整体角度出发，把整个设计系统氛围不同的设计板块和内容，通过相对应的知识来进行目标函数的设定，优化函数变量，设计好每一个板块，要注重掌握每一个板块的联系，进行整体的组合，保证优化设计方案的完整特点。
4.3要注重实现结构优化设计的创新发展
要从市场需求的角度出发，要注重创新发展，通过变革传统设计方案，实现机械产品设计的创新发展。在新时期，创新能力是企业发展的源泉，要保证企业在市场中能够占据优势地位，拥有市场优势。在改革创新过程中，要摒弃传统理念，创新设计方案和思维，跟上时代发展的步伐，满足市场需求。
五、机械结构优化的发展趋势
机械结构的优化设计，是随着时代和行业的发展而不断变化的。近年来，机械结构的优化设计开始趋向于结构模型的复杂化和结构系统的大型化。设计变量的增加，导致结构的分析推导和数值的计算难度增加，一些特殊的结构优化没有相应的公式。采用大型的结构系统进行优化设计，可以将一些复杂的结构分解为各个子结构进行优化，对于一些涉及多个学科的设计优化，也可以按照学科不同来进行优化。
并行计算技术的运用，是机械结构的优化设计的另一个发展方向。这一技术的主要代表有遗传算法和模仿神经网络的人工算法。这种算法适用于离散与连续混合变量的全局优化，能够提高机械产品的质量和精确度。
拓扑结构的优化设计仍然是结构优化设计的主要研究内容。拓扑结构的优化，能够为结构方案的设计提供科学依据，可以根据产品的需要灵活选择设计方案，一般运用在大型机械的结构设计上，需要构建大型的结构模型，进行复杂的结算。拓扑结构的优化，同时也能促进机械结构尺寸的优化和形状的优化，提升机械产品的性能。目前这方面主要存在的问题有对于应力约束的处理、“多孔状”材料的分布、计算模型的病态等。解决这些难题，是拓扑结构优化在未来的重点工作内容。
我国对机械结构的优化设计展开的研究也涉及到了很多方面，比如广义角度的优化设计、全性能的优化设计、模糊优化设计、可靠性的优化、光机电的一体化、人机一体化等等。这说明我国在机械优化设计的研究已经迈入了世界先进领域。在未来，我国的主要研究课题有多学科优化、结构优化的模型建立、结果分析与灵敏度分析、大规模问题的求解等。
结束语：
总而言之，设计优化在我国设计行业中占据着重要地位，这种新型的设计方法给机械结构设计提高了更为广阔的发展空间。机械结构优化设计可以有效提高机械设计质量，促进产品生产效率的提高，为社会主义现代化建设提供更多的产品支持。
参考文献：
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