机械产品设计与结构优化设计分析

于海清

摘 要：随着经济发展水平的不断提升，机械制造行业面临着更加激烈的市场竞争，而要想在其中取得一席之地就应不断对机械产品设计与结构优化设计进行优化。基于此，本文对现代化机械产品设计的原则、特点以及结构优化设计的应用方向展开分析，并提出加强各学科知识综合运用以及提升设计人员专业素质等策略。

关键词：机械产品;机械结构;优化设计

引言：制造业是我国经济发展中重要的组成部分，而机械设计是制造业发展的关键环节。在信息技术水平不断提升的环境下，机械设计理论和方法也面临更多机遇。为了更好地满足人们生活的需求以及市场对机械设计的要求，机械设计行业应进一步针对质量、外观等方面展开优化，从而实现整体设计水平的进一步提升。

1 现代化机械产品设计的原则与特点

1.1原则

在开展机械设计的过程中，应充分考虑到机械革新对经济效益的影响，同时借助相应的社会资产来实现对机械制造产品的全线推进。实际上，任何机械设计都是服务于日常生活的，因此在实际开展相关设计的过程中应充分加强其与人思维方式的贴合程度，同时将这部分创造性的思维方式转化成创新工具以及创新产品，从而进一步提升其社会效益与经济效益。

1.2特点

现代化的机械设计不仅需要掌握相关原则还需要进一步具备某些特征，从而为后续的设计活动提供支持。在当前的市场环境中，用户对机械设计水平的要求不断提升，因此机械设计环节也应充分与市场竞争的特点保持一致，同时兼顾一定的经济性。与此同时，在机械设计当中还应充分体现出产品的动态特性，实现静态特征与动态特征的充分结合，并将整个产品的生命周期考虑其中。结合现代机械设计的实际情况来看，其主要涉及到多种智能设计方法，包括虚拟现实、超媒体工具以及三维图形软件等，从而最大限度地提升机械设计的呈现效果。

2机械结构优化设计的应用方向

2.1拓扑优化

在传统的机械产品设计制造过程中，设计人员往往会将设计重点放在机械结构的优化上，从而在一定程度上忽视了机械零部件上的拓扑结构。随着我国机械制造行业发展水平的不断提升，机械设计人员对拓扑结构优化也开始投入了更多的关注。结合机械零件拓扑结构优化设计的实际情况来看，其中主要存在两个方面需要重点关注：第一是连续结构优化设计，其优化分为主要包括机械零件孔洞的数量、形状以及边界等;第二是离散优化设计，主要针对不同关键连接点的优化开展，将这两种优化方法结合起来以实现拓扑结构的进一步优化[1]。

2.2形状优化

在实际运行的过程中，机械产品性能将会在很大程度上受到其形状的影响，因此如果可以实现对机械结构形状的优化，就可以促进机械设备性能的提升。现阶段，机械设备在制造业和工业领域中发挥了十分关键的作用，但同时开展对机械结构形状的优化也具备一定的难度。尤其是对于一部分大型机械设备来说，其内部结构具备着十分突出的差异性与复杂性，因此在开展相关修缮与优化工作的时候很难对其进行统一的管理与划分，从而大大提升了机械形状优化设计工作的难度。我国开展机械结构形状优化最早可以追溯到上世纪80年代，至今已经取得了更加丰富的研究成果，很多专家学者对机器人结构形状、机器人关键件结构形状等展开优化设计，从而有效提高机械零部件性能，促进机械产品质量的稳步提升。

2.3性能优化

機械结构在受到一定外力作用的时候会产生相应的外形变化，进而可以体现出其运行规律与参数，进而也可以称之为机械产品的动态性能。研究人员通过机械产品的动态性能可以有效了解到其工作强度以及使用寿命。因此为进一步提升产品质量、延长其适应寿命，就需要对机械设备的性能加以优化，进而有效降低其在工作过程中所承受的工作负担，实现工作强度的合理提升。

3 优化机械产品设计与结构优化设计的有效途径

3.1加强各学科专业知识的综合运用

不论是在机械产品的设计环节还是应用环节均体现出较强的高科技特性，这也使得机械产品设计结构优化将会面临更多问题。实际上，机械产品设计当中会涉及到多种学科的专业知识，其中主要包括数学、工程学以及计算机等。值的注意的是，由于机械设计包含多种学科的专业知识，因此在实际开展设计的过程中往往也会借助多方面知识得出相应的结论，进而很大程度上导致了其数据与思路的不同，最终产生的计算结果差异也十分明显。为避免计算差异给最终的设计结果带来不利影响，相关人员在设计最终操作方案的过程中应加强对多方面、多领域的考量，只有兼顾多学科专业知识才能够最大限度上提升设计方案的科学性与合理性。以工程机械设计为例，在对其进行结构优化的过程中，首先应从不同的角度上完成对相关目标函数的设定，进而通过对相关函数的计算完成设计模块的精准划分[2]。完成模块划分工作之后再针对每一模块展开进一步研究，在掌握其各自特点与相互关联的基础上不断提升设计优化方案的完整性与可行性，并为后续的相关工作打下基础。

3.2提升设计人员的专业素质

在开展机械产品结构设计的过程中，很多时候都会涉及到数学专业知识，数学学科可以利用数学语言将结构设计过程描述出来，同时还可以最大程度地保持其理性状态，因此相较于其他专业学科，数学在机械机械产品设计过程中得到了更多的认可与应用，而相关设计工作人员也应更多地使用数学语言将其中的设计问题描述出来。为进一步提升整体设计过程的清晰性与简洁性，相关设计人员应结合实际情况建立数学模型，这也对设计人员的专业素质提出了更高的要求。因此相关设计人员应充分树立终生学习意识，不断提升自身的专业素养，保证具备过硬专业知识的基础上加深对数学建模的了解。只有这样还可以更好地构建最佳数学模型并对机械产品进行优化，进而保证机械产品可以在后续使用过程中发挥出最大的价值。除此以外，相关设计人员还应注意到机械产品的设计工作并不是一成不变的，面对其动态发展的数据信息，设计人员不仅要具备一定的建模能力，还应进一步增强自身解决问题的能力。很多时候其计算过程会因变量不同而造成结果改变，这时设计人员就应及时根据实际情况加以调整，以提升最终计算结果的准确性。

结语：综上所述，现阶段人们对机械产品提出了更高的要求，为获取更多的市场份额，机械制造行业应不断优化机械产品设计，延长其使用寿命。总体来说，优化机械结构设计是提升产品质量的关键所在，相关设计人员应不断提升自身专业素养，合理运用多学科专业知识，从而为提升我国机械制造业发展水平奠定基础。

参考文献：

[1]邢宝庆.机械产品设计的结构优化技术运用实践[J].中国设备工程，2019（12）：79-80.

[2]张荣宝.机械结构优化设计应用与趋势研究[J].设备管理与维修，2019（18）：86-87.