摘 要：要是把讀書比作人類精神文明進步的階梯的話，那么機械毫無疑問就是人類物質(zhì)文化前進的動力。而機械設(shè)計則是機械進步和發(fā)展的“地基”。本文就此話題開展探討，從而增進人們對于現(xiàn)代機械制造的了解，更是再繼承和發(fā)展傳統(tǒng)設(shè)計上，又融入了許許多多的現(xiàn)代化科學(xué)理論和科學(xué)技術(shù)組合而成，是把設(shè)計的產(chǎn)品為目標的知識群體總稱。從現(xiàn)在的角度來說的話，就是一門新興的綜合性、交叉性學(xué)科?，F(xiàn)代社會幾乎所有工程問題，特別是現(xiàn)代設(shè)計問題，都是與數(shù)學(xué)模型緊密聯(lián)系在一起的。建立科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型，就是解決現(xiàn)代設(shè)計問題的主要問題。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)建模;計算機輔助機械設(shè)計;現(xiàn)代機械發(fā)展趨勢;現(xiàn)代機械設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.016

1 現(xiàn)代機械設(shè)計的發(fā)展趨勢以及對計算機和數(shù)學(xué)建模輔助的技術(shù)應(yīng)用

近些年大大小小的國家，都在快速的發(fā)展機械制造的技術(shù)。現(xiàn)在的機械制造已經(jīng)成為了測量一個國家工業(yè)的基礎(chǔ)，慢慢的就成為了國家之間工業(yè)競爭的“武器”?，F(xiàn)在的機械制造技術(shù)在科技進步新工藝、新材料，在同一時代一同出現(xiàn)，使得這一時代的設(shè)計優(yōu)化更加的多樣化，同時精細度也越來越高，所以，所以這個時代的工作者也不只是單單的設(shè)計目標的功能，更多的是附帶的功能如如何更容易在工廠里工作、如何更好的與其他產(chǎn)品更好的兼容工作，另外更是要使得機械優(yōu)化設(shè)計后，其動力的性能、運動的精度可以顯著的改善。現(xiàn)代的機械制造技術(shù)對比原先的傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上，更加完善了信息技術(shù)的了解、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)的操控等，由是加入了集電子、機械材料、信息、與管理技術(shù)等技術(shù)于一體。近些年來得機械優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展，給機械設(shè)計工程帶來了很大的正面影響，對近一些年提高機械產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本和縮短生產(chǎn)周期等方面都起到了正面的影響。但是要看到，目前機械優(yōu)化設(shè)計里面所采用的優(yōu)化算法與工程的實際設(shè)計要求還不相適應(yīng)，這就是現(xiàn)代機械設(shè)計面臨的新挑戰(zhàn)。

1.1 現(xiàn)代機械制造技術(shù)的現(xiàn)狀及其特點

近些年來，先進的制造技術(shù)不斷被我國采用，國外先進技術(shù)也在積極引進實施，復(fù)雜的機械也慢慢變多，也出現(xiàn)了很多需要優(yōu)化的工作，如更好的傳動、更省的能源、更加簡易的操控。現(xiàn)代的機械設(shè)計更加完善每個都具有“互動性”，現(xiàn)在考慮的方向，不但要求設(shè)計者們對基礎(chǔ)有所了解及其深入了解以外，更多的是要融通更多的其他知識使得你的產(chǎn)品可以在市場上更有競爭力可以滿足更多的市場需求，比如學(xué)習(xí)：工程、設(shè)計、材料使用、機械、經(jīng)濟等學(xué)說，從而設(shè)計出更加讓人們查覺到你產(chǎn)品的吸引力，從而開創(chuàng)出更大的市場。我們可以從中看出：“現(xiàn)代設(shè)計”是以市場需求為“指向標”，以知識獲取為中心，以現(xiàn)代設(shè)計思想，以方法為指導(dǎo)，把現(xiàn)代技術(shù)手段為工具，把產(chǎn)品生命期為對象設(shè)計而來得。

1.2 計算機輔助機械設(shè)計方法及優(yōu)勢

機械設(shè)計分為兩類，狹義的機械設(shè)計和廣義的機械設(shè)計。狹義的機械設(shè)計緊緊指的是技術(shù)性的設(shè)計過程;廣義的機械設(shè)計指的是根據(jù)現(xiàn)有條件和使用要求，分析機械原理，構(gòu)思機械整體結(jié)構(gòu)和各個零部件的形狀尺寸，計算其中力和能量的傳遞方式，選擇適合型號的潤滑方法，整合所有信息形成文字，說明制造機械的依據(jù)。機械設(shè)計的重要意義在于他是生產(chǎn)機器的前提，他對機械的性能起到?jīng)Q定性作用，通俗地說，機械設(shè)計在很大程度上決定了所生產(chǎn)出來的機器的質(zhì)量和機器的工作性能。這就帶來了很多方便。

可以提高工作效率從而使得產(chǎn)品更加具有市場吸引力，現(xiàn)代想要使得一個作品更加的高效就要學(xué)會使用計算機輔助設(shè)計，輔助設(shè)計時，可以盡可能的展現(xiàn)出它的全部特點和優(yōu)缺點。設(shè)計軟件，可做到自動計算，可以做到降低設(shè)計的工作時間。使得設(shè)計更加方便甚至全民參與，多元從而更容易出現(xiàn)，新零件更加容易調(diào)試更加容易檢查故障處理，更加方便工作，同時也可以處理不同類別、不同產(chǎn)品里零件兼容里面的問題。

1.3 數(shù)學(xué)建模的由來和發(fā)展及實踐

機械設(shè)計在長期的生產(chǎn)和實踐里，很早就已經(jīng)應(yīng)用數(shù)學(xué)的方法解決了許多的問題。如：求周長其所圍面積最大問題和求定表面積所圍體積最大問題。這些問題都為后來的問題及解法做出重大貢獻，這些問題也是現(xiàn)代最優(yōu)問題的雛形。在這之前處理最優(yōu)化問題大部分都是采用以前的變分法和微分法。二戰(zhàn)以后人們就慢慢改變思路采用當時的運籌學(xué)，使得那些古典法無法解決的最優(yōu)化問題得到了改變，新的思路被人們漸漸挖掘而出。20世紀50年代后，發(fā)展數(shù)學(xué)的規(guī)劃理論為現(xiàn)代設(shè)計做好了理論的基礎(chǔ)的鋪墊。20世紀60年代后，這些方法也開始慢慢的應(yīng)用在機械設(shè)計等各個領(lǐng)域，并得到了高度利用和發(fā)展。

設(shè)計的變量可能影響設(shè)計的結(jié)果、設(shè)計的質(zhì)量等一系列的可變參數(shù)，在機械優(yōu)化的設(shè)計里，設(shè)計變量就是圖紙里面各個參數(shù)也是這個圖紙最有價值也是最核心的內(nèi)容。在優(yōu)化機械設(shè)計的數(shù)學(xué)模型里，設(shè)計的變量數(shù)量的選擇內(nèi)容越多，盡管可以酣暢淋漓的描述出問題來，但也使的建模的內(nèi)容變得愈加困難，導(dǎo)致難以得出一個正確的解;從另一面來想的話，設(shè)優(yōu)化機械設(shè)計的答案少，最佳設(shè)計結(jié)果雖然有的時難以得到，問題的正確答案變量少。

2 機械設(shè)計優(yōu)化思路與產(chǎn)品的創(chuàng)造和開發(fā)

現(xiàn)代社會競爭力取決與產(chǎn)品質(zhì)量，而競爭力取決于在于產(chǎn)品的性能和價格，雖跟資金自主有著關(guān)系，但是更多的是跟設(shè)計密切相關(guān)，從這個公司的設(shè)計水平可以看出這個公司的產(chǎn)品質(zhì)量及公司人員的能力?，F(xiàn)在的市場競爭力日益提高，設(shè)計周期更是被不斷縮減，現(xiàn)在的產(chǎn)品又要向著高速、高效、低消耗的方向發(fā)展，現(xiàn)在不只是要遵守以前的規(guī)則來做到初始規(guī)定的目標，還要做到比初始設(shè)計更加完美把工作環(huán)境融入其中如：讓每個零件具有更高的兼容、讓其更容易融入工廠環(huán)境等方面得到更好的完善，總的來說不止要考慮到當前的發(fā)展更要為以后的長遠發(fā)展做出準備。

優(yōu)化設(shè)計：是如何可以把設(shè)計里的問題轉(zhuǎn)化為適用于優(yōu)化計算的數(shù)學(xué)模型，建立的數(shù)學(xué)模型里包括：采取適合的設(shè)計變量，建立優(yōu)化問題的目標函數(shù)、約束條件。目標函數(shù)就是設(shè)計問題所要求的最佳指標與其設(shè)計變量之間的函數(shù)關(guān)系式，設(shè)計變量取得范圍和相互之間的關(guān)系也是約束條件的一種反映?，F(xiàn)在的機械優(yōu)化設(shè)計已在航天、航空和國防等，國家和民用企業(yè)中應(yīng)用。

3 現(xiàn)代機械的特點優(yōu)化

同傳統(tǒng)設(shè)計相比，可以看出現(xiàn)代機械設(shè)計的具有的三個特點：（1）創(chuàng)建一個正確的可以反映實際工程設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型;（2）思想和策略來采用最優(yōu);（3）尋找最佳方案。如：從數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)開始進行優(yōu)化。它引用了很多新的概念及術(shù)語。設(shè)計師們可以將機械設(shè)計的理念、思想、具體等根據(jù)要求構(gòu)造成數(shù)學(xué)模型，然后轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題，后利用應(yīng)用理論推理和驗算快速從而找到最優(yōu)的解決途徑及問題答案所在。根據(jù)原本的機械設(shè)計加以修改讓后讓其與現(xiàn)代科技相結(jié)合，所開創(chuàng)了應(yīng)用新的有效的解決機械設(shè)計問題的途徑。傳統(tǒng)設(shè)計方法就是被動地分析產(chǎn)品的性能，而現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計則是主動設(shè)計產(chǎn)品的參數(shù)，從整體的大局出發(fā)找尋最優(yōu)方案。優(yōu)化設(shè)計的一般過程與傳統(tǒng)設(shè)計方法有所不同。它是以計算機自動設(shè)計選優(yōu)為其基本特征的。借助于云傳遞的高速高效率，我們可以從大量的方案中挑選出最優(yōu)的方案?？梢詮闹刑舫鲆徊糠?，可以達到目的的方案或找出最優(yōu)指標的理想方案，只有這樣才能使得機械產(chǎn)品給企業(yè)帶來極高的效益。

4 總結(jié)

現(xiàn)在的機械優(yōu)化，選擇適當?shù)膬?yōu)化方案是十分有必要的，因為，每個問題都有很多不同的解決方案或方法，現(xiàn)在有很多的方案使得與產(chǎn)品本身的設(shè)計不大相關(guān)其實都可融入，作的更加完善，從而使得產(chǎn)品更加的完善甚至超越產(chǎn)品最初的創(chuàng)造。從總體來看：機械優(yōu)化已經(jīng)逐漸完善了，也代表著一門全新的科目的誕生。深使得現(xiàn)代機器優(yōu)化可以和現(xiàn)代學(xué)科融合從而做好理論的“地基”，這樣可以使得機械產(chǎn)品設(shè)計可以從而達到質(zhì)量上的飛躍。近年來機械優(yōu)化的設(shè)計手段和方法都有著較大的突破，工作站計算能力的不斷加強和數(shù)學(xué)規(guī)劃理論的不斷發(fā)展都是其主要原因。同時，又因優(yōu)化設(shè)計思路的不斷開闊，基因遺傳學(xué)、仿生學(xué)理論和人工智能優(yōu)化等許多現(xiàn)代化設(shè)計理論的引入，進一步促進優(yōu)化設(shè)計的更新與完善的速度。給機械工程界帶來巨大經(jīng)濟效益的是機械優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展前景是非常廣闊的，因為它往往伴隨著技術(shù)的更新和產(chǎn)品競爭的日益加劇。當今的機械優(yōu)化正逐步發(fā)展向多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計，其充分利用到了科學(xué)技術(shù)和先進計算機技術(shù)的最新研究成果。所以其研究必須與數(shù)學(xué)、計算機、力學(xué)理論、工程實踐等領(lǐng)域密切聯(lián)系起來，方能擁有更為廣闊的發(fā)展前景。

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作者簡介：劉長陽（1982-），男，山東沂南人，本科，研究方向：機械設(shè)計。