机械结构优化设计的分析及探讨

张列

摘要：随着我国社会经济水平的日益提升以及经济建设的逐步发展，国内各个行业均发生了较大变化，尤其是机械行业领域。现如今，煤矿开采、工厂生产等领域多应用大型机械设备，机械设备的实际应用性能直接决定了相关工作的效率与质量。为了进一步提升生产效率，积极改进机械设备的结构性能、优化相应设计非常有必要。基于此，主要阐述现有机械优化设计的实际发展情况，分析机械结构优化设计的实际应用。

关键词：机械行业;性能;效率;质量;机械结构;优化设计

在科学技术水平日益提升的现代化社会中，生产科技化已经成为共识。制造产业要想继续在竞争日益激烈的市场上占得一席之地，维持相应的经济效益，甚至进一步增加经济效益，必须提升企业的实际竞争力[1]。在此过程中，企业首先要不断更新现有产品，不断提升产品的生产效率与生产质量，并保证产品能够让消费者满意;其次需不断改进产品的复杂性，让产品逐步精细化、优良化，拓宽应用范围，提升产品的实际价值。在传统的产品生产期间，采用的是单一生产方式，生产效率、生产数量以及生产质量均受到限制，所获取的经济效益也有限，无法达成企业进一步发展、占据更多的市场份额、获取更多的经济效益的目的[2]。因此，对机械结构进行优化设计、提升机械的实际性能、缩短机械的工作时间、提高机械的工作效率与工作质量，可有效缩短产品的生产周期，提升企业的实际生产数量，为企业的进一步发展提供更多支持。

1 机械优化设计现状

在机械产品的传统生产制造过程中，多按照批次、采用单一方法完成机械产品制造工作，所生产的机械产品类型比较单一。但是在现代化背景下，这种生产方式发生了显著的改变，机械产品逐渐多样化，多数机械产品的批量较小、种类比较多且生产方式丰富，可基于实际情况，实现多批次产品一同生产[3]。采用机械产品的新生产方法，无疑能有效提高机械制造企业的实际生产效率，可提升企业的市场竞争力，让企业占据更多市场份额，提升机械企业的实际经济效益。在此背景下，针对现有机械产品的设计工作，继续进行机械优化设计，还可进一步提升企业的整体效益，改善企业的产品生产质量，缩短机械产品的生产周期，降低机械产品的生产成本，提升机械产品的生产效率[4]。

根据实际情况了解到，现今，我国机械结构优化设计主要按照以下流程完成：第一，明确优化目标。在进行机械结构优化设计前，先明确目标函数，进行充分调研，明确此次优化设计的实际目的，了解机械产品的相应技术指标要求。第二，设计函数变量。明确优化设计目标之后，必须设计相应的函数变量，明确不同类型机械产品的实际结构参数变量数值，辅助优化设计顺利进行以及顺利完成[5]。第三，设定约束条件。基于机械结构优化设计的实际情况，设定相应的约束条件，并在限定优化设计这一阶段，落实算法变量浮动空间，辅助相应的设计工作，保证优化设计的针对性与科学性。第四，对方案进行评价。实施机械结构优化设计时，必须基于实际优化设计目标，设计多种不同的优化方案，结合实际情况，从多种方案中选取最符合目标、完成度最高的一项优化设计方案[6]。

2 机械结构优化设计的实际应用

2.1 拓扑

在开展传统机械产品的生产过程中，实施机械结构优化设计时，技术人员的注意力更集中于结构参数优化这一工作，对机械产品零部件拓扑结构设计的重视度比较低，有关拓扑设计的研究文章也比较少，所以无法为相应工作提供参考。但是，随着我国机械制造水平的日益提升，专业人员的技能水平日益提升，优化设计理念日益改变，优化设计范围日益拓宽，逐步认识到拓扑结构优化设计的必要性与重要性[7]。从实际应用可以看出，对拓扑结构实施优化设计时，设计工作多集中在两个方面：一方面是连续结构的优化设计，比较重视空洞形状、数量、分布范围、部分结构边界等情况;另一方面是离散结构的优化设计，更侧重不同关键连接点的实际优化设计，但想要顺利完成优化设计工作，需明确不同设计位置的真正关键点，如HyperWorks的柴油机油底壳拓扑优化设计（见图1）。

2.2 形状

在实际开展机械结构优化设计时，形状也是重要内容之一。对机械产品进行优化设计，其根本目的在于提升机械产品的性能水平，拓宽机械产品的实际应用范围，让机械产品能够应用于更多的施工任务[8]。所以在实际优化设计时，必须从实际情况着手。具体来讲，在多数工业生产或制造中，均需应用大量的大型机械设备。但经过实际应用后发现，不同类型、不同形状的机械设备具有不同的应用价值。大型机械设备的内部结构往往较为复杂，不同设备部件的实际形状也不一样，所以无法统一实施规划分析，导致机械优化设计存在较大难度。从20世纪中期开始，制造业以及工业均进入了鼎盛时期并迅速发展。为了提升实际生产效率，国内外均针对机械制造设计优化展开了大量研究，国内相关研究更重视机械设备的形状设计优化、制造业智能化优化、机械零部件结构的实际优化等方面。为了保证优化设计的实际效果，在开始之前，必须明确机械产品的内部部件形状，尽可能对形状统一的内部部件进行优化设计，保证优化设计后部件应用的广泛性，提升优化设计的实际价值。

2.3 结构

对机械产品进行优化设计时，机械产品结构也是重点优化内容。为了更好地完成相应的设计目标，提升机械产品的实际生产效率，必须针对机械产品结构设计实施多学科、综合性、个体化分析，促使机械设计工作逐步朝着系统性、总体性以及全面性出发。此外，在实际优化设计期间，若设计人员是从某个方面进行优化设计，待设计完成后，出现优化结果与机械设备预期设计思想不契合现象的概率会大大提高，或者优化设计的结果完全不能在这一种机械设备中使用，难以保证两者的契合性与统一性，所以不建议设计人员从某个方面进行优化设计，建议全面了解机械產品的实际结构之后，从大局出发，基于完整性与全面性，开展相应的优化设计工作，提升优化设计方案的实际应用价值。现今，为了有效解决优化设计单一这一问题，多基于MOD理论实施最新的机械设计优化分析。在此期间，首先要利用相关理论，提供更多、更有效、更完整的理论基础保障;其次开展相应的优化设计工作，保证机械产品的实际优化设计效果，最大限度地发挥优化设计的目的与价值。

2.4 尺寸

在工业生产与制造业生产过程中，应用的各种机械生产设备往往存在多样性与多样化特点，不同的生产环节、产品类型使用的机械设备尺寸也不一样。所以，开展优化设计工作时，需要将尺寸作为重要内容与主要目的，对机械设备尺寸实施科学合理的优化设计。根据实际情况发现，机械结构实际尺寸设计其实就是机械产品整体优化设计工作中的主要内容，部分优化设计对尺寸有明确、规范、精准的要求，所以在设计过程中，必须严格遵循相应要求，才能保证优化设计工作顺利完成。正式开展机械产品优化设计工作时，设计人员不能單纯依靠提供的数据确定产品的实际尺寸，应该使用标准测量方法，对产品进行实际测量，保证产品尺寸和提供的信息相契合，并确保产品尺寸和生产需求相契合。在设计过程中，若优化设计的内容是机械设备零件，也需在生产前后对零件持续进行实际测量，保证零件尺寸大小和生产需求相契合。若机械设备的内部结构十分复杂，由大量零件组成，则需保证优化设计期间考虑到部件的方方面面，保证该零件与原有零件一样，能够和其他零件进行有效连接与安装，保证机械设备的完整性与整体性，进而保证优化设计的实际意义。若优化设计后零件尺寸发生变化，则无法和其他零件进行有效连接，进而无法让机械设备进入正常生产运营状态，很容易出现报废问题。此外，若优化设计的零件所关联的其他零件越多，优化设计的难度越大，对尺寸的精准要求越高。优化设计机械结构尺寸时，必须保证产品的形状和拓扑关系不变。在这一背景下，只有积极应用计算机技术精准测量产品的实际尺寸，进一步提升尺寸的精准度，并在此基础上进行优化设计，才能保证所优化设计的产品真正可用，保证机械产品的实际应用性能，进而顺利完成相应的机械设计工作。

3 结语

在机械结构制造生产过程中，积极进行机械结构优化设计，无疑可推动现有机械制造业的发展与进步，可提升机械产品的实际质量，并且可促使机械制造业进入可持续发展状态。再者，基于现有状态进行相应的优化设计工作，可最大限度地优化产品性能，提升产品价值。

[参考文献]

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