机械产品设计的结构优化技术运用实践

宋忠超

摘要：随着我国经济的发展，科学技术水平的提升，我国各个行业都在朝着信息化、自动化的方向大步前进，在激烈的市场竞争中，只有通过优化产品设计、实现产品创新才能立于不败之地，并满足当前社会发展需求。机械产品是我国发展的重要基础，但目前的设计技术并不能满足时代发展需求，因此对机械产品设计的结构优化技术进行深入分析，具有积极的现实意义。

关键词：机械产品设计；结构优化技术；运用实践

引言

机械产品设计的结构优化技术是指在系统优化背景下，采用综合运用设计的方式，以此来实现机械产品的需求和质量，达到最优设计方案和标准。目前传统机械产品设计主要采用机械产品加工工人和其他类型的产品设计为主要的模板，运用长时间的设计经验和观察最后来确定整体的设计方案，在产品加工后期要尽心检测来确定是否符合整体的质量要求和标准。这一设计过程不仅仅需要大量的时间，同时还会给机械产品的设计埋下安全隐患，给机械产品加工过程带来问题和困难。结构优化技术是通过进行拓扑优化技术以及尺寸优化技术，利用科学合理的设计方式，确定整体机械产品设计的最优方案。这样做不仅仅能够保证机械产品设计的效率，同时也能够确保机械加工的精确度，确保效率和质量同时进行，提升机械产品设计加工的水平，利用结构优化技术，实现机械产品的创新发展，满足时代进步的需求，促进企业能够在激烈的市场竞争中占有优势。

1结构优化设计的方法和层次

1.1尺寸方面的优化技术

尺寸技术优化是确保拓扑与形状关系不受影响，通过在优化设计中应用计算机技术，找到机械产品最佳的尺寸变量，通过运行实现重新组合，进而制定最高效的优化设计方案。

1.2形状方面的优化技术

在对机械产品进行设计时，不但要保证产品尺寸符合标准，还要在外观上满足实际施工需求。因此，形状优化技术要确保机械产品拓扑关系恒定，在对机械产品进行设计时要找到最佳形状变量，根据设计不同的产品结构，找到能够与实际工程相符的形状，让机械产品发挥使用功能。

1.3拓扑方面的优化技术

拓扑优化技术是利用离散结构对机械产品进行优化的，但在优化过程中，要注意孔洞数量，以及形状与分布现象，还要对结构边界采取优化措施。离散结构拓扑技术是确保机械产品数据准确的核心技术，保证各个关键点可实现最优连接方式。

2结构优化技术的设计方式

2.1要确定目标函数

目标函数是进行机械产品结构优化设计的基本参数，要通过确立目标函数，明确机械产品在技术标准方面进行有效的设定和研究，对工程中提出的具体要求也能够进行设置和整理，并且通过设定目标函数，尽量减少变形所带来的压力和程度。

2.2进行函数变量的设计

在结构优化中确立的函数，下一步要对函数中相关的结构设计参数进行研究和确定，机械产品的参数设定主要有结构组成中的几何参数以及物理参数，比如在设计中设定零件的长度、宽度、厚度等，这些参数都会影响机械产品和质量和效率。如果在参数设计中存在相关不合理数据，会直接对机械产品的质量产生影响，同时也会影响到企业的发展和经济效益的提升。

2.3约束条件的规定

在完成函数变量设计之后，要在机械产品设计中增加一些要求，在设计过程中加入一些约束条件，之后才能够进行加工和制造。约束条件主要是指在计算中要确定函数变量能够处在相对的约束范围内，比如能够设定一些极值的设定和管理。

2.4选择最佳优化设计方式

选择最佳优化设计方案是机械产品优化设计的最后过程也是关键点。面对各种各样，各具特点的设计优化方案，要慎重的进行选择和评价。这就要确定对机械产品工程进行具体分析，结合实际问题和现象进行合理的选择和研究，最后来选择一个适合的机械产品的设计方式，在进行加工制造之前，要让专业技术人员对方案从全方位的监督进行分析和评价，以此来提高机械产品设计的质量和水平。

3机械产品设计的结构部优化技术应用策略

3.1提高设计人员的素质水平

首先要提高机械技术知识水平，只有熟练掌握机械相关知识，才能够灵活运用，实现产品设计的优化。但除了机械知识以外，还应当加强其他知识的修养，主要有：第一，数学建模能力。这是最基本的工作内容。设计工作人员在进行方案设计时，不仅要规范，还要保证方案能够被他人理解，只有具备一定数学建模能力的人员才能够使用规范标准的数学语言将问题和设计方案表达出来，并在此基础上确定模型，保证模型的实用性。第二，解答问题的能力。仅仅会建模还不够，还应当能够求解所建立模型的变量以及参数，这样才能够高效得出结果。比如对于随机变量模型，一定要能够快速求解随机变量模型，才能够计算出随机变量的目标函数以及变量的数值。第三，对问题的处理能力。这是因为在确定完设计方案后，一个极其重要的步骤就是评价方案，一旦方案投入生产，就需有更多的人共同配合完成，而参与的人越多，就越容易造成大家对问题本身都一知半解，出现问题后也难以找到明确的责任人。这个时候，如果有一个能够全程负责的人去追踪过程，会在很大程度上降低问题的发生概率。

3.2综合运用所有学科的知识

设计的过程需要综合运用所有学科的知识点，因为机械产品的结构设计不仅需要机械的专业知识，还附带数学算法、数据分析、计算机等多个其他学科的知识，只有将这些所学的知识综合运用，才能设计出合理、方便的机械产品。在进行学科知识总结运用过程中，首先要放眼全局，从整体角度出发，综合考虑。然后再将设计的产品系统逐步分解，按照知识板块分解成若干个单元，按照相对应的知识体系进行相应目标函数的确定，再按照理论知识的原理进行函数变量和优化方法的设定。分别设计好后，按照它们之间的联系，一个一个地将它们连接起来，这样就组成了一个完整的设计方案，最后可以根据整体设计的需求进行轻微地调试变动。

3.3创新思维，杜绝重复

在设计过程中必须要做到自主创新，坚决避免重复，从现实角度出发，一定要有创新才能有广阔的市场空间，重复的、没有创意的东西很难赢得市场的青睐，也就是说，一个公司要想成长和进步，就必须推旧出新，避免墨守成规，最终导致被市场大环境所淘汰。因此，作为一个出色的企业，就要不断创新，不断保持市场活力，但在创新过程中要防止抄袭、重复等，作为设计研发人员，要不断转变思路，积极对产品进行改造，在推出新产品的同时，也要对原有产品进行改造，最终目的都是为了适应市场需求，使企业具有一定的竞争力。

结语

随着行业的发展，技术的进步，机械设计的难度越来越大，很容易让设计研发人员陷入到无休止且烦琐、混乱的工作中，机械设计优化方法的出现，解放了设计人员，特别是近年来，优化方法和CAE分析技术的结合，大大降低了设计人员的工作强度。随着各种CAE软件，如：ANSYS、MARC、ABAQUS等的投入应用，利用现代化的手段进行新产品的开发设计，满足了越来越多的客户需求。通过优化设计，在降低产品重量、提高产品性能的同时，把设计人员从繁重的工作中解放出来，激发了他们设计创新的热情与积极创新的设计思路。机械制造工业正经历一次深刻地变革。

参考文献

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（作者单位：中车青岛四方机车车辆股份有限公司）