淺析機械優化設計方法基本理論
產業經濟
作者：李雨田
摘要：在機械應用的實踐中，機械優化設計是一種非常重要的現代設計方法。本文重點在於介紹機械優化設計理論基礎的同時，對其特點、評價方式進行了總結，並分析了優化方法的最新研究進展。
關鍵詞：機械；優化設計；方法特點
中圖分類號：F407.4 文獻標識碼：A 文章編號：1001-828X（2013）09-0-01
一、機械優化概述
機械優化設計是為了適應於不斷發展的生產現代化而發展起來的。它建立在數學規劃理論和計算機程序設計基礎上，通過有效的實驗數據和科學的評價體係來尋求最適宜的設計方案，以求盡善盡美的解決問題。使企業利益最大化。
1.設計變量
設計變量是指可以影響設計過程的一些參數，一旦這些設計參數全部確定了，設計方案也就完全確定了。他們在整個設計過程中相當於一個個變量，變量的多少與數值大小直接影響著優化工作的複雜程度。也就是說，設計變量數目越多，所操控的界麵就越大，相應的優化工作也就越複雜。因此，在選擇變量時我們要將能考慮到的方麵都考慮進去，在保證優化效果的前提下，提出最合適的方案。
2.約束條件
約束條件值得是一些必須遵守的限製性條件，而優化設計問題大多數是約束的優化問題。針對優化設計數學模型要素的不同情況，可將優化設計方法進行分類。約束條件按其形式分類可以分為顯約束條件和隱約束條件兩種，線性約束條件是直接限製的條件，隱形約束條件則是間接限製條件。這些約束條件對設計變量的變動要求嚴格，起著降低設計變量自由度的作用，使其在一定範圍內起到重要作用，各司其職。優化設計的過程我們可以將它看成是變量在一定的限製條件下找尋最適合的變量值的過程，使得目標函數達到最優值。
3.目標函數
在優化設計過程中，每一個變量之間都存在著一定的相互關係，而這些關係我們通常用目標函數來反映。這些目標函數可以直接的進行分析評定，得出優劣性。在整個優化設計中，也可以根據變量的多寡將優化設計分為單目標優化設計和多目標優化設計，所謂但目標設計就是針對目標單一的設計方案，而多目標設計就必須各方兼顧，而我們最常見的就是多目標函數優化。一般來說，目標函數越多考慮的方麵就越多，設計的效果也就越好，但這樣就為優化過程帶來了不小的難度。而在麵臨實際問題是有必須考慮到可行性的問題，所以經常會出現多個目標函數之間存在相互矛盾的情況，為設計者的優化工作帶來困難。對這類多目標函數的優化問題的研究，至今尚處在不成熟階段。
二、機械優化設計的特點
在優化設計過程中，每一種優化方法都是針對於某一種或是一類問題而產生，都有自己無可替代的優越性，而針對於不同領域的設計我們有需要不同的方法來支持。優化設計是以數學建模為基礎展開設計的。設計變量、目標函數、約束條件等概念的產生也是為了建立數學模型提供理論依托。設計師可以建立一定的數學模型來模擬機械運行過程，從中找到最科學的運行狀態。將機械設計的問題轉化為具體的數學問題，然後應用理論推理和驗算來找到最優解決途徑。