机械优化设计精选(九篇)
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第1篇：机械优化设计范文
关键词：优化设计；机械设计；效率；最佳方案
我国在工程运用中都取得了非常大的进步与很好的成效,然而和国外的先进优化技术相比还是有非常大的差异,在现实工程中能够起到作用的优化设计方案或者是设计结果所占据的比例并不是非常的大。计算机等辅助装备性能的不断增强、加之市场与科技的双重推进，使优化技术能够在机械设计与制造中的运用得到了迅猛的发展,遗传算法、粒子群法以及神经网络等其它一些智能的优化方法在优化设计中也得到了非常广泛的引用。现代机械正向着大型化、复杂化的方向发展,传统优化设计方法在实际工程的运用中逐渐显表现的有些单调与乏力，已经不能满足产品不断创新的需求,机械优化设计急需创新和发展。
1机械优化设计中的相关定义
优化设计能够展示出人们对于设计规律这个客观世界认知的深化。设计上的优化值具体是指在特定条件的影响下能够取得的最佳设计值。最优值是一个比较相对的概念,其和数学上的极值相比还是有很多不同的。
2机械优化设计研究内容
机械优化设计是一种比较科学、现代化的设计方式,而且是“最优”的。此处的“最优”也是相对而言的,伴随科技的不断发展以及设计条件不断变化,最优的标准也随之改变。优化设计体现了人们对于客观世界认知的深化,需要人们按照事物发展的客观规律,在特定的物质基础与技术情况下完全发挥人的主观能动性,获得最好的设计方案。
2.1优化设计与传统设计的区别
优化设计的最终目的就是最优设计，运用数学手段创建能够达到设计目的的优化模型；在大量能够实施的设计方案里面选择出最好的设计方案；其所运用的手段就是计算机，计算机具有非常快的运算速度，可以从数量较多的方案中挑选出“最优方案”。即使在建模的时候需要进行合适的适简化,或许会导致所得到的结果不是完全可行或者是实际最优的，然而它是以客观规律与数据为基础的，不需要太多费用，所以其具备了经验类比或者是试验手段所没有的特征。传统设计同样也追寻着最优的结果，经常是以调查分析为基石，根据设计需要与实践经验，参照相似的工程设计,经过估算、经验对比、试验以及构思、评价、再构思、再评价的寻优步骤来选择设计方案，接下来需要刚度、强度以及稳定性等其它方面进行计算。经有关实践可以看出，传统的设计还要大量不足之处需要改善，并且最后的结果基本上离不开初始设计的试验范围。
2.2优化设计所研究的内容
优化设计首先需要选择设计变量、制定目标函数、列出约束条件以及构建优化模型,其次是选用比较合适的优化方法进行优化求解,其主要包含了建模与求解。建模的要求:了解与把握优化设计方法的基本理论知识、设计问题抽象与数学模型处理的基本技能；具备此领域丰富的专业知识与设计经验。
2.3机械优化设计特点
机械优化设计其实就是将计算方法与数学规划理论运用到机械设计中去，按照所设定好的目标，凭借电子计算机的运算寻找最佳设计方案的相关参数，进而能够获得更大的技术经济的成效，其具备了普通的机械设计所没有的特征。主要体现在以下几个方面：能够减少机械产品的成本，增强它的性能。
2.4机械优化设计基本思路
在保证基本机械性能的基础上，依托计算机,运用部分具有较高精度的力学与数学规划方法来进行计算。机械优化设计的步骤：对设计变量进行分析，提出目标函数，确定约束条件，建立优化设计的数学模型；选用合适的优化方式，编写优化程序；准备所需要使用的初始数据并且上机进行计算，对计算所得到的结果进行必要的验证。
3机械优化设计方法
优化准则法针对不同类型的约束、变量以及目标函数等需要导出完全不一样的优化准则,通用性非常差,并且基本上都是近似最优解；规划法需要经过大量的迭代、不断进行分析，需要花费大量的资金，这在很大程度上限制了它在实际工程优化设计中的宣传运用。现代化的机械设计复杂程度越来越高,传统的优化算法已经不能跟上时代的潮流。
3.1遗传算法
遗传算法最是早由美国密歇根大学的Holland教授所提出的，是模拟生物进化的过程、高度并行、随机以及自适应的全局优化概率搜索算法。其根据获得最大收益的原则进行随机搜索,不需要使用任何梯度信息,就能够获得全局最优解,具备非常强的灵活性、通用性与全面性；其缺点就是不能够确保下一代比上一代要好。在1980年的时候，被大量的运用到函数优化与人工搜索等其它方面，在最近的几年里更多的是被运用到工程优化设计中，其主要适合设计变量比较少的情况使用。
3.2粒子群算法
Kennedy和Ebehart在1995年的时候提出了模拟鸟群觅食环节的粒子群法，从一个优化解集进行搜索，经过个体之间的相互竞争与合作，实现复杂空间中最优解的全局搜群法与遗传算法相比，容易实现、原理简单以及有记忆性，不需要进行变异与交叉操作，需要调节的参数并不是非常的多，收敛的速度很快，算法所独有的并行搜索不仅能够降低陷入局部极小的可能性，进一步提高了算法的性能与计算的效率。目前，其已经被应用到了对目标函数进行、对优化动态环境进行优化与神经网络训练等其它方面，然而运用在机械优化设计中的研究还是非常少的。
4案例分析
内燃机连杆结构的最优化设计。运用传统的设计是很难使得连杆达到不但要轻而且又非常可靠的目标，而选用最优化方法并结合采用有限元法数值计算技术对连杆结构进行分析，则可圆满完成这一任务，并得出连杆最优化设计后的结构形状。在连杆结构的最优化设计计算中，每向最优方案前进一步，都需要对连杆结构进行有限元研究，其主要目标就是为最优化的设计提供变形、应力以及疲劳安全系数等相关信息。运用有限元的方式对连杆结构在全部720°循环的过程中做动态分析，会获得非常好的效果，然而这就会导致会有一个非常繁琐的计算过程，需呀花费大量的时间。所以，在最优化过程中可配合使用计算比较方便、结果也比较准确以及花费时间比较少的最大拉、压工况下的有限元静力分析，而后对连杆上应力、变形最大及疲劳安全系数最小的特征部位的计算结果进行动态修正。修正值可通过对连杆最优化设计初始方案的动态分析或对已有连杆的动应力电测得到。
5结语
机械优化设计为机械工程界创造了巨大的经济财富，伴随科技手段的不断更新，优化设计的发展具有非常广阔的前景。目前的优化正逐渐的发展成为多学科的优化设计，完全运用最先进的计算机技术。虚拟设计技术是未来发展的重点，仿真技术也逐步向着协同化与系统化的方向不断发展。目前依然处在理论探究阶段的结构拓扑优化、结构动态性能优化设计、智能算法优化设计、可靠性稳健设计、柔性机械优化以及绿色优化等都是未来机械优化设计的重点发展方向。然而我们依然需要注意的是，在逐渐增强优化技术水平的同时，国内的机械加工的工艺水平、制造技术以及加工手段也需要同步增强，否则机械的整体水平依然会停在原地。这不但要引入先进的加工技术，更为重要的是不断增强加工设备自身的性能，特别是数控机床的加工水平。增强与国际技术发达国家之间的沟通与合作，软、硬件技术共同提升，以期达到机械设计——加工一体化的目的。
作者:张鑫 单位:西京学院
参考文献:
第2篇：机械优化设计范文
关键词：机械优化；设计理论；方法研究
引言
机械优化设计在一定程度上是机械领域移植中最优设计，优化设计对机械应该过程有着重要的推动作用。机械设计不仅利于方案的优化设计，能够把繁琐的设计问题进一步的简单化，同时也是机械设计过程中比较重要方案之一。
1.机械优化设计过程中的理论特点
1.1具有一定的针对性
针对机械优化设计而言，其特点在一定程度上具有针对性，相应优化方式能够对应优化问题，每个不同的优化设计形式不仅具有一定的范畴，同时也具有相应的领域要求。在对机械优化进行设计的过程中，要对情况进行具体的分析，对数据进行参考，对其蕴含变量形式进行有效的考虑，在一定程度上对效果的最佳状态进行优化。
1.2具有客观性
客观性体现主要是在数学模型基础上进行建立的，在对机械进行优化的过程中，应该注意把一些具体的设计问题进一步的转换为具体的数学问题。按照可观性进行分析，对其相应的函数变量进行有效的分析，结合具体形式制定出具体的设计优化形式，对数学模型进行建立，分析机械优化数据，对优化的形式进行不断的完善。
1.3具有一定的创新性
针对创新而言，它是新时代的新思想，只要拥有创新，社会经济才能够在一定程度上不断的发展。机械在进行优化设计时，也不能够离开创新思想，优化设计属于传统优化设计所优化的结果，针对传统的优化型设计而言，其设计相对来说比较老旧，不适合现代生活成产中的优化，现代生产过程中的机械优化设计能够对产品的性能进行主动分析。由于科学时代的发展，人们对计算机应用方式进行不断的借助，对函数进行大规模运算，通过运算能够在一定程度上得出机械优化设计中的最优方案。
2.机械优化设计过程中的方法
2.1对准则进行优化
针对准则化而言，它在一定程度上是优化设计过程中一种传统的表现形式，原理的形成不是根据数学进行计算，而是结合物理学角度以及力学角度等进行有效的分析，具有一定的主观性。其优点就是对概念进行更加直观的优化，计算所根据的物理原理相对来说比较简单，在单一目标函数形势下有着更加好的优化效果，在一定程度上适合传统工程的应用。但是有力也有弊，弊端就是在对多目标函数进行优化的过程中，比较容易出现问题，优化效率相对来说也是比较低的。
2.2对于线性规划
针对线性规划而言，在一定程度上对数学极值原理的方式进行有效的运用以及优化，是机械优化设计过程中比较重要的方法。线性规划方法不仅可以分为单纯形法，同时还可以分为序列线性规划法。单纯形法一开始是由美国学者进行提出的，是对优化设计方式进行解答的一个简单和直接的方法，单纯形法对单一目标进行相应的分析，并且具有优化的作用，但是在对多函数进行运算的过程中，显得不是特别有效。序列线性规划法能够在一定程度上拆解机械设计问题，对部分优化模式也能够进行有效的求解，对其进行分步骤的进行求解，在对每部进行解答后在对其进行有效的整合，进行重新求解，最终对准确的数值进行有效的求解。这样能够让机械优化设计过程在一定程度上更具有准确性，但是针对计算形式来说，比较繁琐，具有较大的计算工作量，因此。效率性的缺少，不利于机械优化设计。
2.3对于非线性规划
针对非线性规划而言，在实际生产以及生活的过程中，非线性规划应用相对来说是比较广泛的。对机械优化设计过程中起到推动性作用，对线性规划进行完全运用的解读的结果是比较片面的，因此非线性规划运用在一定程度上是一项比较重要的革新方式。非线性规划在数学模式进行计算的过程中，不仅可以分为无约束直接法，还可以分为无约束间接法。针对无约束直接法在一定程度上主要是对机械优化设计方式中的已有数据进行分析，同时也对再生信息进行试探分析，对最优值形式进行求出。然而无约束间接法在一定程度上是对数学原理进行利用，对函数进行计算求优方式。是机械优化设计过程中比较重要的组成部分。
3.机械在进行优化设计过程中的主要展望
在目前生产生活当中，机械优化设计的应用还不是很广泛，其原因就是具有较大的建模难度，现今技术模式在进行计算的过程中，显得比较低，具有较低的准确性，对复杂的优化产品难以进行处理，对全局进行解答都是比较吃力的，所以在进行研究优化的过程中，可以先从简单的部件进行有效地优化，对优化效率进行不断的提升。在原有基础上加入先进的生产技术，对生产优化的方式和方法进行有效的探究，促进系统优化的全面性。
4.总结
随着经济时代的不断发展，计算机应用技术在一定程度上在机械优化设计中得到了比较广泛的应用，这让优化设计产业得到了一定的发展。所以，在进行优化设计时，应该注意理论和实践这两者的结合，这样才能够让机械化设计得到广阔的发展空间。
参考文献：
[1]董立立，赵益萍，梁林泉，朱煜，段广洪.机械优化设计理论方法研究综述[J].机床与液压，2010，15：114-119.
第3篇：机械优化设计范文
【关键词】优化设计 创新平台 大学教育
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2012）23-0097-01
一 机械优化设计创新平台建设的意义
创新，也叫创造。创造是个体根据一定目的和任务，运用一切已知的条件，产生出新颖、有价值的成果（精神的、物质的）的认知和行为活动。创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。我国已确定了在2020年把我国建设成为创新型国家的奋斗目标，这标志着我国进入了创新型国家建设时期。提高自主创新能力，建设创新型国家是国家发展战略的核心，是提高综合国力的关键。创新型国家要由创新人才来创造，因此创新型国家的基础是创新人才。美国心理学家和教育家泰勒提出：创造活动不但对科技进步，而且对国家乃至全世界都有着重要的影响，哪个国家能最大限度地发现、发展、鼓励人民的潜在创造性，哪个国家在世界上就处于十分重要的地位，就可立于不败之地。
大学生是最具创新潜力的群体之一。党的十七大提出“优先发展教育，建设人力资源强国”，强调“实施扩大就业的发展战略，促进以创业带动就业”，“完善支持自主创业，自谋职业政策，加强就业观念教育，使更多劳动者成为创业者”。在高等学校开展创新创业教育，积极鼓励高校学生自主创业，是教育系统深入学习实践科学发展观，服务于创新型国家建设的重大战略举措；是深化高等教育教学改革，培养学生创新精神和实践能力的重要途径；是落实以创业带动就业，促进高校毕业生充分就业的重要措施。为贯彻落实党的十七大提出的“提高自主创新能力，建设创新型国家”和“促进以创业带动就业”的发展战略，教育部下发了《关于大力推进高等学校创新创业教育和大学生自主创业工作的意见》（以下简称《意见》）。《意见》要求高等学校创新创业教育要面向全体学生，融入人才培养全过程。要在专业教育基础上，以转变教育思想、更新教育观念为先导，以提升学生的社会责任感、创新精神、创业意识和创业能力为核心，以改革人才培养模式和课程体系为重点，大力推进高等学校创新创业教育工作，不断提高人才培养质量。
创新教育起源于20世纪80年代的欧美国家，而1997年清华大学发起的“清华大学创业计划大赛”标志着我国高等学校创新、创业教育的开始。同年，团中央、中国科协、全国学联决定举行首届“挑战杯”大学生创业大赛，掀起我国各知名高校探索、发展大学生创业教育的。2002年教育部确定清华大学、北京航空航天大学等9所大学为我国创业教育试点院校，给予政策和经费支持，探索我国高校学生创业教育的基本方法和发展模式。现阶段，高等院校积极开展大学生创新、创业教育对有效缓解大学生就业压力，深化教育改革，强化大学生人格发展以及促进教育与社会经济协调发展均具有极为重要的社会意义与实践价值。
以上表明，我国已将大学生创新活动纳入高等教育培养目标，并将其提到一个相当重要的位置。
二 机械优化设计创新平台建设的基本思路和内容
对于机械优化设计创新平台来说，它首先是创新了工科院校应用型人才培养模式，是建设创新型国家对高等工程教育发展提出的历史性要求。我们准备建设的创新平台，主要是要利用农业大学工科教学现状和自身客观条件，利用计算机技术和网络资源，创设良好的创新学习环境，以弥补目前课程硬件设施的不足。学生可利用计算机随时登录机械优化设计创新视频和实践教学平台，根据自己的需要观察学习各式各类机器机构、各种优化设计实例，有效开阔学生的工程实践视野，帮助学生充实和积累学生创新感性认识。为学生具体创新活动提供充实可用的创作素材；利用视频实践教学平台，学生不仅能够掌握传统机械工程设计的基本方法，而且能够学习先进的工程优化设计软件。提高农业院校本科生的新设计方法的自我学习能力，缩小农业院校学生与重点院校学生在专业技术软件运用能力之间的差距。视频实践教学平台的建立能极大地方便了学生工程创新能力和实践能力的提高。
其次是构建多元化应用型创新人才培养模式，是适应我国大众化高等教育的发展，满足社会多层次人才质量标准需求的必由之路。教育部部长周济指出：到2005年底，中国的高等学校数为2300余所，在校的大学生总数已超过2300余万人，高等教育的毛入学率已提高到21%，实现了高等教育大众化的历史目标。大众教育的形成促使高校培养的人才尽快由知识型、技术型向学习型和能力型转化。同时越来越复杂、广泛和变化不定的社会市场对人才的需求，也为大众化教育下多元化应用型人才培养模式提供了广阔的发展前景。
最后是创新工科院校应用型人才培养模式，面向地方经济的快速发展，培养具有创新精神和实践能力的高素质创新人才，是教育为振兴河南工业基地建设和服务的重要任务，也是标本兼治、提高毕业生就业能力的重要途径。河南作为产业基地（主要是制造业）的地位日益突出，以技术引进、吸收、改造、提高与创新成为该省社会经济持续发展的主要驱动力。社会经济发展对现代工程师也提出了更高的要求，而创新则是现代工程的本质属性。培养具备良好的知识、能力、素质，能综合运用科学理论和技术手段来分析与解决各种工程问题的能力的高素质创新人才，是高等工科院校研究与建构应用型人才培养的教育体系的核心内容。
三 结束语
近年来，河南高校的学科专业建设工作取得了很大成绩，培养了大批专业人才，为推进该省经济发展作出了重要贡献。目前，该省工业调整振兴的任务十分繁重，对各类工程技术人才特别是创新型人才提出了更加紧迫的需求。在新形势下，充分发挥企业与高校的优势和作用，做好河南企校共建工科专业工作，是贯彻落实科学发展观，加强企校合作的一种机制创新；是加快企业人才培养，壮大创新人才队伍，推进该省工业调整振兴与经济发展的重要举措；是推动企校人才供需对接，实现企校优势互补、资源共享的有效形式，对于更好地贯彻落实河南省委、省政府重要部署，推进经济文化强省建设，具有十分重要的战略意义。
参考文献
第4篇：机械优化设计范文
自动化控制设计，应用计算机智能控制，实现自动感应、自动配置、自动控制操作提高安全性能。可靠性设计，避免过多的更换零部件，提高整机可靠性能，减少污染，符合人性化的设计原则。系统设计，采用多级防尘设计结构，防止异物进入，应用自动加注设施，高效集中，定时定量，减少成本，环保方便。
二、绿色环保机械的优化设计
（一）材料选择
在材料选择上要尽量考虑可再生利用的资源，选用可回收、易分解、可再生且环保的材料，尤其是结构件的设计要满足无毒、对环境无害的选配要求，以提高机械材料的再生率为宗旨。基于低能耗、长寿命、无污染的原则，尽可能提高耐久性能，实现机械化高效率。
（二）电机选择
在选择电机的过程中，要选择低油耗、低排放、低噪声的低公害电机，采用先进的科学发展技术，降低污染，减少噪声影响。比如，环保型水冷增压柴油机，噪声小、排放低、油耗小，运行安全可靠。
（三）优化技术改进
1.降低机械产品的振动和噪音影响
机械振动和噪音是机械设计中的焦点问题，一直备受人们的关注。降低噪声不仅体现了环保，也贯彻实施了人性化的设计策略。例如，在主机系统设计中可采用液压马达驱动代替发动机驱动冷却风扇，不仅达到了降低噪声的目的，还可以降低液压油泵振动、油管振动产生的噪声。又如，在装载机设计中，采用双向减振悬挂系统克服整机动力传动系统与车架间的共振及动力系统的磨损。
2.液压系统的清洁和防渗漏改进
注意保持液压系统的清洁对机械工程来说是非常重要的。在液压系统设计阶段要特别的精心，要采用国内外先进的科学技术、高端的设计，这样不仅可以除去油液中的垃圾，还可以减少机械部件的磨损，延长使用寿命。做好液压系统保洁可以避免油温升高过快，延长更换机油的时间。比如，采用增压液压油箱，可以防止灰尘和水分的进入，达到液压清洁的目的。因此，采用耐腐蚀、优良性能的液压管道,再加上精心的设计，是防止渗漏污染，保持液压系统清洁的有效结合。
（四）节能设计
绿色环保是当前机械工程发展的新要求，是符合人性化追求的设计宗旨。低消耗、无污染是机械设计的一个重要理念。在机械系统设计过程中，一定要做好高效节能的设计。在设备选材过程中选用节能发动机，可以考虑采用双泵分合流技术、液压负荷传感技术和静液驱动技术等设计方式达到高效节能的目的，实现环境的有效保护。
三、总结
第5篇：机械优化设计范文
关键词：《机械优化设计》；课程设计；《机械设计》课程体系
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）08-0212-02
一、国内教学现状
《机械优化设计》是机械设计制造类本科专业的专业基础课，是数学规划与计算机技术高度结合的学科。本课程通常以理论教学为主，涉及的数学知识与优化算法较多，其内容理论性强，又很抽象，不易理解，导致学生学习该课程的热情普遍不高。江苏大学是国内较早开始《机械优化设计》课程的学校之一。马履中等[1]在教学改革中，将教材内容不断更新、注意优化软件建设，不断更新和自编新的优化软件，注意教学手段的改革，积极推行多媒体教学及双语教学；注意收集学生的优秀作业、应用实例、优化软件。长江大学汪建华等[2]重视对学生知识应用能力和实际操作能力的培养，以适应社会需要为目标，着重“应用”二字，以“应用”为主旨和特征构建教学内容，重视对学生的技术应用能力的培养。教学中引入Matlab优化工具箱，减少学生编程与调试的工作量，将课程教学重点放在数学模型的建立上，优化方法的选择，以及Matlab优化工具箱中优化函数的使用上，使学生既学到了优化的思想与理论方法，又能够把实际决策问题用数学建模的方法转化为优化模型。河南工业大学武照云等[3]加大实验环节的学时安排（10学时左右为宜），开发基于Matlab的算法程序库，运用面向对象的程序语言Visual Basic进行软件开发，采用算法可视化技术。何亚银[4]开展课堂板书、多媒体教学和网络教学相结合的授课方式，将《机械优化设计》与C语言相结合，通过C语言编程来实现相关算法。目前国内外的机械工程教育向着复合型人才和工程应用能力培养的趋势发展，学生不仅需要有坚实的数理科学知识，同时需要工程实践方面的训练，强调理解知识、掌握学习的方法、培养独立分析与解决工程实践问题的能力。机械设计类现行的且已延续了几十年的教学方式中，《机械原理》、《机械设计》的课程及课程设计四个教学环节孤立地完成，教学内容不连贯，学生接受《机械设计》的有关知识和技能缺乏系统性。传统的机械产品开发方法中，其设计、制造及检测环节相互独立，严重脱节，须反复进行产品样机的试制—检测—修改设计。即使这样，一些严重的结构缺陷及设计原理、基本参数的错误在设计阶段也往往不能及时被发现，有的到了产品开发的后期或正式生产时甚至在投入使用一段时间后才发现，有时产品还不得不返回到设计构造阶段以便进行必要的设计变更。这样的产品开发程序效率低，浪费了大量时间、人力和资金。目前，《机械优化设计》的教学方法仍然有很多值得探索的地方。如何提高学生的学习积极性，摆脱传统的以讲授数学原理为主的教学方法，对本课程的教学内容、教学模式、教学手段进行改革，已经势在必行。
二、我校开展《机械优化设计》的实践与总结
本课程所依托的《机械设计》课程为山东省精品课程，所在教学团队为省级团队。长期以来，青岛理工大学机械工程学院《机械设计》教研室在林晨老师和杨志强老师的领导和带动下，具有良好的教学研究基础和传统。《机械优化设计》课程教学的顺利执行，必需与《机械原理》和《机械设计》课程相结合。为了推进该课程的教学，我们在《机械原理》课程的教学中即引进优化设计的理论，即在平面连杆机构设计这部分教学时，初步讲授优化设计理论。2012年我们选用了清华大学出版社出版、李万祥老师主编的《工程优化设计与MATLAB实现》[5]这本书，笔者和同学普遍感觉挺好。该书的优点在于对应每一个算法，都附有相应的MATLAB程序。学生可以在掌握算法的基本知识点以后，利用这些程序上机操作。MATLAB语言简洁，代码灵活，具有极其丰富的库函数资源，并且对代码的书写形式没有很严格的限制，同时利用丰富的库函数简化了子程序的编写任务；具有功能强大的图形功能，可以将计算结果生成图形或进行运动仿真。传统教材仅介绍算法。程序需要学生自己编写。这对于我们仅有32学时的选修课来说，要求学生编写简单的程序是可能的，但是要书写较长的、本身就比较复杂的算法是不容易的。笔者长期从事数值模拟工作，在实践中发现，教给学生掌握编程技术最简单高效的方法，就是给学生现成的程序，然后在其基础上进行修改。在上课过程中，采用多媒体教学方法，并安排4～6学时的上机学时。在教学过程中，为了让同学对优化设计方法的应用有更深的认识，要求学生对机械产品的优化设计情况、先进的优化设计方法等方面进行调研，并通过图书馆“维普数据库”查阅文献资料，书写读书报告。课程进行过程中，结合平行进行的《机械设计》课程的内容，让同学们进行轴和带传动的优化设计等计算。在课程结束时，结合平行进行的减速器的课程设计，要求同学使用优化理论对减速器进行设计。同学们最开始都觉得比较难，经任课教师答疑，他们最终调试好程序，计算出优化后的结果，同学们普遍有豁然开朗之感。根据以上的教学思想，这样就可以简单方便地把《机械原理》、《机械设计》和《机械优化设计》这三门课程有序地结合起来。
三、思考
数学语言描述了机械工程中的各类现象，所以《机械优化设计》这门课给出了各种数值计算方法及相关数学模型。但学生在学习课本前面的数值方法时往往容易糊涂。所以我们在讲授这门课时，必须先提出工程实际问题，然后再根据实际问题提炼出数学模型，再进行求解。这门课的理念，应该不只局限于机械产品的优化设计本身。优化设计的教学目的并非只是教给学生如何建立数学模型，甚至是如何编程并上机，最终的目的应是为了解决实际工程问题，并在生活和工作中贯彻优化设计的理念，给生活和工作提供方便。优化设计的理念在《机械设计》中可以应用到各个方面，并且和其他先进设计方法如摩擦学设计、可靠性设计、系统设计相结合。比如，能源短缺问题已成为世界各国密切关注的重要问题。我国的能源形势十分紧张，能源供需矛盾突出。受技术水平制约，我国许多能耗设备效率较低，在能源紧张的同时还存在着比较严重的浪费现象。因此，节能是我国国民经济发展中的长期战略任务。那么如何能够设计出节能的机械，哪怕只节省1%，那么节省的能源数量也是惊人的。教学的目的是为了工程实际应用，而不是与工程实际脱节。所以在接下来的教学过程中，笔者设想，应该增加与工厂生产实际相关联的设计题目。而且作为教研室的教学储备，打算以本科生毕业设计的形式做一些优化设计的工程题目。这个难度要求虽然更高，但比较有意义。
参考文献：
[1]马履中，杨启志，尹小琴，等.“机械优化设计”课程教学改革[J].江苏大学学报，2003，25（4）：95-97.
[2]汪建华.袁新梅.《机械优化设计》课程教学改革与探索[J].长江大学学报（自然科学版），2011，8（10）：119-121.
[3]武照云，刘晓霞，刘楠皤，李丽.《机械优化设计》课程教学研究与改革[J].机械管理开发，2011，（1）：190-191.
第6篇：机械优化设计范文
随着我国经济的发展，城市发展速度也越来越快，越来越多的农村人口开始向城市转移。为了解决有限的建筑面积和不断增多的人口之间的矛盾，高层建筑的应用越来越广泛，这也造成了电梯在人们生活中的大量应用。在现实生活中时常会出现电梯故障，这给人们的生活和工作带来巨大的影响。为了能解决这一问题，尽可能的降低电梯故障对人们生活的影响，文章从电梯起重机械入手，深入分析电梯故障产生的原因，并有针对性的提出了改进建议，最后还详细阐述了电梯起重机械故障诊断系统在现实生活中的应用。
关键词：
起重机械；故障诊断；优化设计
随着高层建筑在城市的大规模应用，电梯起重机械在人们的生活中已成为不可缺少的代步工具，起的作用越来越大。但冲顶、墩地、溜梯等电梯故障的出现给人们的生活也带来了巨大的不便，严重的甚至危及人们的生命安全。为了尽可能的减少这些故障问题的出现，保障人们的生命财产安全，文章通过对当前已知的电梯起重械的故障特点进行分析，有针对性的提出了一些故障检测与优化改良的措施。
1电梯起重机械故障特征
为了方便建筑高层居民的生活，电梯在高层建筑中被非常广泛的应用。相关机构通过一系列的调查发现，电梯的安全度比爬楼梯安全要高出50倍。除此之外，我国在欧洲EN81标准基础上制定了GB7588《电梯制造与安装安全规范》标准，这项规定也使得我国成为电梯方面要求最高的国家。这项条文出台不久国家就规定所有相关机构必须严格遵守，强制落实。根据此条文的相关内容。电梯的零部件要先经过相关的权威机构进行检验和型式试验合格后方可实用。另外在新电梯投入使用前或者经过改造再次运行前都要由相关的机构进行严格详细的检测。尽管这些规定在法律法规、标准、规范、规程上保障了电梯的安全性，但电梯实际故障还是时常发生。这就要求我们对已经出现的电梯故障加以分析并提出解决这类问题的有效方法方案。
1.1机械疲劳引发的故障
随着科技的发展，电梯中的荷载称量方式也应与时俱进，那些与时展脱节的技术与设备应该及时淘汰。举例来说，当前电梯中采用的电磁式称量装置能够对对电梯荷载进行持续的检测，并通过与群控系统关联对电梯的启动与运行进行适时的调节，保证电梯的顺利、安全运行，这是传统的开关荷载检测技术与设备无法实现的。
1.2系统出现的故障
相比其他部件，电梯门是故障发生率最高的部位。为了保障电梯的安全性，一般会在电梯上的轿箱的底盘上安装两个微动开关，只要电梯的荷载不超过满载值（满载值一般是极限载重额的80%）只会触发一个微动开关，这时电梯能正常运行；一旦超过满载值就会同时触发两个微动开关，电梯将停止运行，并发出警示，同时电梯门也不会关闭。
1.3自然磨损引起的故障
如同其他的机械部件，电梯内的部件也会随者使用时间的延长而逐渐磨损。尽管这种现象不可避免，我们还是可以通过一些手段减小磨损带来的影响，避免电梯出现故障。
2电梯起重机械故障诊断系统优化设计措施
为了保障人们的生命安全，现实生活中的电梯都会有一定的保护措施。这种保护作用通常是通过一些保护装置来实现的，装置会在特定的情况下如电梯超载时发出警示同时阻断电梯的运行，以此来保护电梯里的人们。这些装置种类繁多，按照安装位置的不同可以分为以下几类。
2.1活动轿厢
这种荷载装置是将橡胶固定在底盘和轿厢底盘的中间。通过橡胶的形变来感知荷载的变化，将这个装置与控制系统联动。一旦超载，橡胶发生形变触发保护机制。由于这种方法费用低、安全性好，是当前应用最为广泛的装置，这种方法唯一的缺点就是一旦损坏更换极其不方便。
2.2活动轿厢地板这种装置
主要是被安装在电梯内部，但是并不会直接与电梯部件接触。当电梯内有荷载时，电梯的地板会发生轻微形变向下凹陷，当荷载超过一定值时，地板就会与装置接触引发保护机制。
2.3轿顶称量装置
顾名思义，这种装置通常是被安装在电梯箱的顶部的绳头组合处，它的主要部件是杠杆和弹簧组。该装置通过杠杆的摆动幅度来反映电梯箱内荷载的大小，一旦超载，杠杆摆动幅度达到一定程度就会出发保护机制。
2.4机房称量装置
如果超载装置无法安装在轿底或轿顶，而且电梯采用2：1绕法的时候，可以在机房中安装超载装置。这种装置与轿顶的称量装置比较类似，也是安装在电梯顶部的绳头结合处。不同的是这种装置的杠杆是随着绳头组纵向移动。一旦荷载超过一定值，刚好自动达到一定距离就触发保护机制。
2.5电磁式称量装置
随着科技的发展，电梯技术也取得了很大的成就，为了准确获取所有的电梯荷载情况，以便及时的对电梯的运行状况进行调整电梯的群控技术得到了很大程度的发展。
3电梯起重机械故障诊断系统的应用及改善
（1）电梯主要是用来垂直输送人员或者材料的装置，电梯作用的发挥离不开各个部件的正常运作。只有电梯的各个部件都符合相关的安全规定，各个运行环节都按照相关要求进行操作，电梯顺利进行，才能保证电梯的安全。这就需要设计人员在设计电梯时充分考虑所有因素，设计出最合理的电梯结构，施工单位认真负责，严格按照设计和相关规范施工，确保施工质量，投入运行后相关的人员及时维护。只有通过多方努力才能实现电梯安全。
（2）对电梯的维护通常由以下两种方式来进行：a.通过科学的管理对电梯发生的故障进行预测，并做好预防措施，降低故障率，保证电梯的顺利运行，即维护形式的措施；b.而维护类别的措施也是一种在做好预测、预防措施的同时根据实际的情况进行调整以减小部件的磨损度。通过平时的小规模维修来减少大规模修理的次数。这也是当前应用最广的方法。
（3）除了对电梯进行及时的维修外，还要注意对电梯备用部件的管理。a.通过协调各个部门，及时的采购相关的部件，并对采购的部件进行严格的检测保证其质量。b.注意加强对仓库的监管，确保替换的备用部件达到相关标准的要求。对于电梯也要进行及时的检测，依据检测结果，对电梯故障进行预测，有针对性的进行预防和优化改良。降低电梯的故障率，降低对人们生活的影响。
4坚持定期检验检测
为确保电梯安全运行，最重要的是严格执行《特种设备安全法》的规定，坚持定期检验，《特种设备安全法》第40条明确规定“未经定期检验或者检验不合格的特种设备，不得继续使用”违反了《特种设备安全法》的这一规定，属违法行为。综上所述，对电梯起重械进行故障诊断对减少电梯起重械故障有着非常显著的效果。因此必须通过科学的检测手段、先进的检测技术、专业的检测设备对电梯起重机械进行系统、严格的检测，预防电梯起重机械故障。并根据对已知的电梯故障的分析结果提出相应的优化方案。
参考文献：
[1]陈本明.起重机械存在的安全隐患及其分析[J].科技资讯，2015（16）.
[2]刘钰，周鑫.浅谈起重机械的安全管理[J].品牌与标准化，2015（14）.
[3]孙丽.浅谈起重机械的电气检验[J].企业技术开发，2015（13）.
第7篇：机械优化设计范文
[关键词] 机械系统 人机界面 优化设计
人机界面的内容较多，研究人机界面对体统运作功效和操作人员身心健康的影响存在一定的难度。到目前为止，国内外人机界面优化方法仍不完善。由于人机界面设计中个元部件几何未知的布置非常重要。所以优化设计机械系统人机界面至关重要。
一、机械系统人机界面概述
机械系统的人机界面值得是操作人员和机器之间相互作用的区域，是人机之间传送信息的媒介。他主要包括三部分，机器显示器与人的信息通道的界面，机上操作器与人的运动器官的的界面，人机系统与环境之间的界面。机器的构成有其自身的规律，操作环境或生活环境也会因个各种因素在空间和时间上受到某种限制，如经济上的可行性，技术上的可能性，机器本身性能要求的条件，以及使用机器时的外界环境条件等。为了适应这些情况，就要求对人的因素予以限制和训练，尽量发挥人的因素有一定可塑性的特点，让人去适应机器的要求，以保证人机系统具有最佳效果。其实人机界面除上述硬件设备外，还应该包括操作规程，维护手册的等。也有人将上述人机界面称为硬件，而将人与计算机组成的人机界面称为软件人机界面。
二、机械系统人机界面构成要素
机械系统人机界面设计包含多重因素。根据人机工程学得基本原理和机械系统人机界面设计原则，借鉴一般机械系统人机界面的特点和设计要求，可以认为机械系统人机界面的构成要素主要包括，人体、工作台、视觉元件、受控操纵元件、脚控操作元件、工作座椅等。
人机功能：人机功能分配是人机系统设计的重要一环，其目的是根据系统工作要求，使人机系统可靠、有效的发挥作用，达到人与机器的最佳配合。人机功能分配，必须参照人和机器各自的功能特点。但是，功能分配的基本策略则应根据实际情况把系统的操作看作一个整体，同时也应注意为操作人员创造一个有意义、有激励、富有挑战性的工作情景。
人机界面：人与机器发生作用的交界面称为人机界面。对它的研究是人机系统研究的核心内容。人机界面通常可以分成机器显示器和人的感觉器官(眼、耳、鼻等)之间，以及人的效应器官（手、足等）和机器控制器之间两种界面。人与机之间的信息沟通是在人机界面上实现的（见图）。人的感觉器官接收已转换成某种标志或图像形式的机器加工过程，或被控对象状态的信息，并传递到大脑。大脑对已感知到的各种信息进行加工、解释,转化为实际状态的信息,并把它与预期的结果进行比较、分析、作出决策,发出指令信息。根据这些指令,效应器官作用于机器控制器,将人的输出信息转换成机器的输入信息。机器对输入信息进行加工，并通过显示器将机器加工过的信息作用于人。这样，操作人员就可以不断地对机器工作状态加以调整、控制，最终完成一定的系统功能。
显示器：显示器是人机界面的重要组成部分，其功能是向人提供各种有关的信息。显示器一般可分为视觉、听觉、触觉和嗅觉等显示器。
控制器：控制器是人机界面中另一个重要组成部分，其功能是将人的有关控制信息传递给机器。最常见的控制器是手、足控制器和言语控制器。
三、机械系统人机界面优化方法
人机工程学的研究广泛采用了人体科学和生命科学等相关科学的研究方法及手段，也采取了系统工程、控制理论、统计学等其它学科的一些研究方法，而且本学科的研究也建立了一些独特的新方法，以探讨人、机、环境要素间复杂的关系问题。这些方法中包括：测量人体各部分静态和动态数据：调查、询问或直接观察人在作业时的行为和反应特征：对时间和动作的分析研究；测量人在作业前后以及作业过程中的心理状态和各种生理指标的动态变化；观察和分析作业过程和工艺流程中存在的问题；分析差错和意外事故的原因：进行模型实验或用计算机进行模拟实验：运用数字和统计学的方法找出各变数之间的相互关系，以便从中得出正确的结论或发展成有关理论。
目前常育的研究方法有：
a观察法：为研究系统中人机的工作状态，常采用备种各样的观察方法，如工人操作动作的分析、功能分析和工艺流程分析等大都采用观察法。
实测法：是一种借助于机器设备进行实际测量的方法。例如对人体静态和动态参数的测量对系统参数及作业环境参数的测量等。
b实验法：它是当实测法受到限制时采用的一种研究方法，一般在实验室进行．但也可以在作业现场进行，如为了获得人对各种不同显示仪表的认读速度和差错率的数据时，一股在实验室进行。
c模拟和模型实验法：由于机器系统一般比较复杂，因而在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机器模型以及各种人体模型等。
d计算机数值仿真法：由于人机系统中的操作者是具有主观意志的生命体，模拟和模型方法研究人机系统，往往不能完全反映系统中生命体的特征，其结果与实际相比必有一定误差。数值仿真是在计算机上利用系统的数学模型进行仿真性实验研究，如人体动作分析仿真等。在电子计算机的推动下，最优化理论与方法在经济计划、工程设计、生产管理、交通运输等方面得到了广泛应用，成为一门十分活跃的学科。将优化设计理论和方法应用于机械产品结构设计的范畴来说，大致可分为结构参数优化、形状优化和拓扑优化。产品设计首先要解决的是参数优化，也是最早引入机械设计中的内容之一。通过寻找最佳参数可以直接得到好的设计，它是在已定结构方案、零部件结构形状和选择材料下完成参数设计的优化。形状优化是在结构类型、材料和布局已定条件下，对结构几何形状进行优化，包括二维和三维的形状优化及与形状有关的参数优化，这是优化设计的深化。而拓扑优化是对结构中的构件布局和节点的联接关系进行优化，即在外部设计要求下首先要从结构方案、类型、布局等方面去寻优，这是更高层次的优化也是更富有创新的概念设计。从目前研究和应用的成熟程度来看，形状优化的提出尽管已经历了近20多年，还处在研究和应用探索阶段。
e分析法：它是在上述各种方法中获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。目前人机工程学研究采用的分析法包括瞬间分析法、知觉与运动信息分析法、动作负荷分析 法、频率分析法、危象分析法和相关分析法。
f调查研究法：人机工程学专家采用各种调查研究方法来抽样分析操作者或使用者的意见和建议。
参 考 文 献
第8篇：机械优化设计范文
关键词：蚁群算法；遗传算法；元胞原理；四杆机构
中图分类号：tg316 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）3-0048-02
随着科学技术和工业水平的不断提高，目前在机械优化设计的要求也越来越高，原来传统的图解法、解析法等设计方法已不能完全满足现在的要求。虽然后来也出现了比如蚁群算法这样的优秀设计方法，但是其自身也存在停滞现象、收敛速度慢等问题，不能很有效的进行机械结构的优化设计。于是基于蚁群算法、遗传算法、元胞原理可提出两种优秀的设计方法：遗传蚁群算法、元胞蚁群算法。这两种设计方法可以有效的克服基本蚁群算法的缺点，改进设计效果，使机械设计变得更加优化。下面我们将分别根据不同的条件，然后运用遗传蚁群算法和元胞蚁群算法进行平面四杆机构再现轨迹的优化进行设计，使机械的优化设计问题得到不同程度的解决。
1 蚁群算法
1.1 蚁群算法基本原理
蚁群算法是由Marco Dorigo于1992年在他的博士论文中提出的一种用来寻找最优优路径的概率型算法。蚁群算法的基本原理和模型来源于蚂蚁在找食物时选择路线的过程。我们都知道自然界的蚂蚁即使在没有任何外界导向信息的情况下，蚂蚁也总是能找到从巢穴到食物的最短路线。Marco Dorigo等人发现，自然界蚂蚁寻找到从巢穴到食物的最短路线，是通过一种正反馈效应实现的。具体表现为：单个的蚂蚁每次会在自己行走的路线下留下一种挥发性的分泌物，我们称其为信息激素。这样就使最优路径上的激素浓度越来越大，而其它路径上的激素浓度会随着蚂蚁的不断运动而逐渐减少，最终使最优路径被找出。
1.2 蚁群算法基本模型及其实现
根据Dorigo等人提出的关于蚁群算法的基本观点，我们可以将蚁群算法的基本实现过程和原理描述以下几个步骤：
①搜索结果不满足预期效果时，蚂蚁继续寻找另一条路线；②搜索过程中非最优路径上的信息激素浓度减少，最优路径上的信息激素增加；③信息激素浓度等根据搜索结果进行实时更新；④搜索到最终结果。但是通过实践发现这种基本蚁群算法原理在求解结果的过程中会出现搜索速度慢等缺点。因此如若将蚁群算法与遗传算法、元胞模型等原理相结合，就出现了遗传蚁群算法、元胞蚁群算法，这些复合的算法就可以有效的克服简单蚁群算法的缺点。
2 遗传蚁群算法
2.1 遗传蚁群算法原理
在上述蚂蚁的转移概率的定义式中，信息启发式因子？鄣和期望值启发式因子？茁，以及信息量残留系数？籽都可以进行用数学方法进行计算分析，因此，如果将？鄣、？茁和？籽这三个因素看成代表蚂蚁搜索求解过程中典型的3段代码，并将？鄣、？茁、？籽编码为实数。然后通过遗传算法中的遗传算子进行变异处理，这样就可以在原有的算法结果的基础上进行优化。这样就把基本的蚁群算法与遗传算法中的遗传变异效应相结合起来。这样遗传蚁群算法原理就产生了。
2.2 遗传蚁群算法模型及其实现（以平面四杆机构优化设计为例）
4 结 语
蚁群算法是模拟自然界蚂蚁的觅食行为的一种模型方法，虽然在机构的优化设计中有一定的优势，但是其自身也存在一些问题，故将蚁群算法和遗传算法、元胞模型进行综合运用，克服了原有基本蚁群算法的缺点。为机构的优化设计提供了更为简便、优秀的设计方法，并且可以根据实际情况的已知条件选择恰当的设计方法。这样我们在实际的设计中可以根据自身的情况选择遗传蚁群算法或者元胞蚁群算法，这为我们的设计提供了较大的选择空间。
参考文献：
[1] 刘国光.基于改进蚁群算法的四杆机构优化设计[J].农业机械学报，2006，37（1）：149-151.
第9篇：机械优化设计范文
【关键词】机械工程；优化；设计
在进行机械工程的产品设计时，将可靠性理论与技术应用于其中，并根据需要与可能，将产品的可靠性使用作为优先考虑的设计准则；在满足时间、费用及性能的基础上，让设计出的机械工程产品符合可靠性的要求。设计问题在涉及传统的设计技术的同时，也与价值工程、系统工程、环境工程及质量控制工程等有着密切的关系。因此，可靠性设计是多学科与多技术相互交叉融合的一种新兴技术。
一、机械工程产品的优化设计现状分析
由于我国的特殊历史原因，机械工程制造业与西方发达国家机械制造业相比，显得相对落后，尤其是在可靠性设计的研究方面更是显得滞后。直到二十世纪八十年代，我国在机械工程的可靠性研究才取得了一些初步的成效，在某些个别的行业还成立了专门从事优化设计研究的组织与团体，并为社会培养了大批的优化设计研究的技术人才，制定出了整套优化设计的规范标准。从总体上来看，过去的优化设计研究比较偏重于理论，但在生产实践中，对于理论的应用则是比较少，就这一点而言，与制造业相对较为发达的国家相比较，存在着许多不足之处。
二、优化设计在机械工程中的应用
机械工程产品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，易于检查与维修。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。
