身份证：13062719910609XXXX
摘要：机械结构优化设计能有效提高机械产品的质量和性能，缩短机械产品的生产周期，因此在机械产品的设计中有重要作用。分析机械机构优化的发展情况，介绍机械结构优化设计的应用，并对其发展趋势进行探讨。
关键词：机械结构；优化设计；发展趋势
0 引言
随着科学技术的快速发展，机械产品更新换代的节奏在不断加快，产品的复杂性逐渐上升，生产模式已经从单一品种的大批量生产转化为多品种的小批量生产。在这样的市场环境下，机械制造企业想要生存和发展，必须缩短产品的生产周期，并且降低其生产成本，只有这样才能在日益激烈的市场竞争中抢占市场份额。因此，企业需要应用优化设计方法，提高产品的设计质量，缩短其设计周期。
优化设计是现代设计方法中的重要一种，是一种基于数学规划理论，通过计算机辅助，在对多种设计约束条件进行充分考虑的基础上，对设计进行优化、确定最佳的设计方案，从而获取最优的技术手段效果的方法。在机械产品的设计中应用优化设计，能够为复杂的设计提供解决方案，在众多设计方案中确定最佳设计方案，从而有效提高设计的质量和效果，在提高机械产品质量的同时缩短机械产品的设计周期，提高机械制造企业的竞争力。
1 机械结构优化的发展概况
随着科学的快速发展，机械产品更新换代的速度越来越快，传统的、大批量单品种的生产模式已经不能够满足市场的需求，当前机械产品的制造以小批量、多种类的方式为主。因此企业为了提高竞争力，抢占市场，需要尽可能地缩短机械产品的生产周期，降低生产成本。而通过应用机械优化设计，就能够有效地缩短机械产品设计时间，从而缩短机械产品的生产周期，降低企业的成产成本，从而使企业可以更快速地抢占市场，在激烈的市场竞争中占据有利地位。
机械结构优化设计最早是在 20 世纪 60 年代初出现的，它结合数学最优理论以及工程设计学，根据工程设计学的理论，使用数学方法在众多设计方案中挑选出最佳的一个，从而在提高机械产品性能的同时，降低生产成本，并且有效缩短生产周期。当前，机械结构设计优化已经得到了非常广泛的应用，在航空航天、船舶制造、冶金、交通工具制造等众多领域，都起着重要作用。
当前，国内企业在应用机械结构优化设计时，主要按照以下步骤进行。
（1）确定优化设计的目标函数。在开始进行机械结构的优化设计之前，要先进行优化设计的目标函数的确定工作，这一过程的目的是最大限度地满足机械产品的技术指标要求。
（2）设计函数变量。在目标函数确定之后，需要设计函数变量，通过其来确定机械产品的参数变量值，这一变量主要包括产品的弧度、长度、厚度等。
（3）机械优化设计的优化条件设定。对计算过程中变量的浮动范围进行限定。
（4）方案评价。在机械产品的优化设计中，会设计出多种设计方案，通过对这些方案进行评价，从中确定出最佳的方案应用于实际的生产活动。
2 机械结构优化设计应用
2.1 结构设计拓扑优化
在传统的机械产品设计制造活动中，设计人员在进行机械结构的优化设计工作时，往往会重点进行机械结构的优化，而很少对机械零部件上的拓扑结构进行优化。随着我国机械制造业的快速发展、技术水平不断提高，机械设计人员越来越重视机械零部件的拓扑结构优化设计。在进行机械零件的拓扑结构优化设计时，需要重点关注两方面问题，分别是连续结构优化设计和离散优化设计：前者主要是对机械零件的孔洞数量、形状、分布范围以及结构边界的有效优化；而后者则主要关注不同关键连接点的优化设计，在这项工作中需要提前确定不同设计位置的关键点。
2.2 结构设计形状优化
机械产品的性能和其形状有着密切的关系，因此通过优化机械结构的形状，能够有效提高机械设备的性能。机械结构的形状优化具有一定的难度，尤其是大型的机械设备，这些设备在制造业和工业中都有重要的应用，这类设备的内部结构非常的复杂，不同构架的形状也有很大的差异性，很难对其进行统一性地划分，这就导致了给针对其的优化设计工作造成了很大的难度。机械结构形状优化在国内机械制造业的兴起要追溯到 20 世纪80 年代，经过几十年的发展，国内针对机械结构形状优化的研究工作取得了很多成果。王世军对机器人结构进行了形状优化设计，孙玉燕对装校机器人关键件的结构进行了形状优化设计，通过结构形状优化设计，有效地提高了机械零部件的性能，最终提高了产品的质量。
2.3 多科学结构的优化设计
设计人员在进行机械结构的优化设计时，为了达到优化的目的，提高机械产品的生产效率，就不能仅仅考虑一个性能或者学科，而是要针对多学科结构进行综合性的分析，从而从总体上、系统性地进行机械结构设计优化工作，提高机械结构优化的质量和水平。如果仅从一个性能或学科方面开展优化设计，优化结果很难和预期设计思想达到一致，导致预期的优化目标难以实现。随着科学的发展，现在出现了一个新的结构优化设计理论，
3 机械结构优化设计发展趋势
机械结构统优化设计的应用，能够给机械制造业带来良好的经济效益，而且技术的进步也在不断提高机械结构优化设计的水平，有限元研究的进展以及计算机技术的不断发展，为机械结构优化设计提供了良好的技术支持，在这一背景下人们对机械结构优化设计的研究热情比较高。从当前的情况来看，机械结构优化会向以下两方面发展。
3.1 设计能力的发展方向
（1）建模能力。为了提高机械结构优化设计的水平，提高建模能力，一些是能够使用数学方法进行描述的，而有一些则只能够凭借经验来知识进行描述，不能使用数学方法进行描述，另外就是介于两者之间的一类。通过提升建模能力，能够提升机械结构优化设计水平。
（2）求解能力。求解能力，顾名思义是解决各类设计模型的能力。在机械结构优化中，需要进行变量的优化设计。在实际的机械结构设计工作中，对于随机变量的优化设计时，需要考虑一些随机性因素对机械结构设计的影响，这样才能够做好随机变量的优化工作。
（3）设计后处理能力。设计后处理能力是指对优化设计的结果进行评估的能力，涉及到从方案设计到图形输出的全部设计活动。
3.2 多学科协同优化设计
多学科系统优化设计是只用过将算法、寻优搜索策略和数据分析及管理等进行集成，通过这一方式来实现构建相互左右或耦合的子系统组成的系统，实现协同优化设计。
4 结论
随着社会的发展，人们对机械产品要求越来越高，机械产品更新换代的速度也不断加快，市场竞争日趋激烈。在这样的条件下，机械制造企业需要不断提高机械产品的质量，缩短生产周期，降低生产成本。机械结构优化设计的发展，为企业提供了有效的解决方案，因此机械制造企业应积极开展机械结构优化设计的研究，提高优化设计的技术水平，从而提升自身竞争力，促进我国机械制造业的发展。
参考文献：
［1］刘宪访，林密叶.机械结构优化设计与应用趋势研究［J］.卷宗，2013（6）：185.
［2］杨天平，唐宏.机械结构优化设计应用与趋势分析［J］.电子制作，2013（11）：189.
［3］张钟文.试析机械结构优化设计的应用及趋势［J］.装备制造技术，2016（7）：270-271.