張列

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的日益提升以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的逐步發(fā)展，國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)均發(fā)生了較大變化，尤其是機(jī)械行業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)如今，煤礦開(kāi)采、工廠生產(chǎn)等領(lǐng)域多應(yīng)用大型機(jī)械設(shè)備，機(jī)械設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用性能直接決定了相關(guān)工作的效率與質(zhì)量。為了進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率，積極改進(jìn)機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能、優(yōu)化相應(yīng)設(shè)計(jì)非常有必要?；诖耍饕U述現(xiàn)有機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際發(fā)展情況，分析機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械行業(yè);性能;效率;質(zhì)量;機(jī)械結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)

在科學(xué)技術(shù)水平日益提升的現(xiàn)代化社會(huì)中，生產(chǎn)科技化已經(jīng)成為共識(shí)。制造產(chǎn)業(yè)要想繼續(xù)在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)上占得一席之地，維持相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益，甚至進(jìn)一步增加經(jīng)濟(jì)效益，必須提升企業(yè)的實(shí)際競(jìng)爭(zhēng)力[1]。在此過(guò)程中，企業(yè)首先要不斷更新現(xiàn)有產(chǎn)品，不斷提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，并保證產(chǎn)品能夠讓消費(fèi)者滿(mǎn)意;其次需不斷改進(jìn)產(chǎn)品的復(fù)雜性，讓產(chǎn)品逐步精細(xì)化、優(yōu)良化，拓寬應(yīng)用范圍，提升產(chǎn)品的實(shí)際價(jià)值。在傳統(tǒng)的產(chǎn)品生產(chǎn)期間，采用的是單一生產(chǎn)方式，生產(chǎn)效率、生產(chǎn)數(shù)量以及生產(chǎn)質(zhì)量均受到限制，所獲取的經(jīng)濟(jì)效益也有限，無(wú)法達(dá)成企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展、占據(jù)更多的市場(chǎng)份額、獲取更多的經(jīng)濟(jì)效益的目的[2]。因此，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)、提升機(jī)械的實(shí)際性能、縮短機(jī)械的工作時(shí)間、提高機(jī)械的工作效率與工作質(zhì)量，可有效縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提升企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)量，為企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展提供更多支持。

1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

在機(jī)械產(chǎn)品的傳統(tǒng)生產(chǎn)制造過(guò)程中，多按照批次、采用單一方法完成機(jī)械產(chǎn)品制造工作，所生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品類(lèi)型比較單一。但是在現(xiàn)代化背景下，這種生產(chǎn)方式發(fā)生了顯著的改變，機(jī)械產(chǎn)品逐漸多樣化，多數(shù)機(jī)械產(chǎn)品的批量較小、種類(lèi)比較多且生產(chǎn)方式豐富，可基于實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)多批次產(chǎn)品一同生產(chǎn)[3]。采用機(jī)械產(chǎn)品的新生產(chǎn)方法，無(wú)疑能有效提高機(jī)械制造企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)效率，可提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，讓企業(yè)占據(jù)更多市場(chǎng)份額，提升機(jī)械企業(yè)的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。在此背景下，針對(duì)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作，繼續(xù)進(jìn)行機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可進(jìn)一步提升企業(yè)的整體效益，改善企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，縮短機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，降低機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提升機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)效率[4]。

根據(jù)實(shí)際情況了解到，現(xiàn)今，我國(guó)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要按照以下流程完成：第一，明確優(yōu)化目標(biāo)。在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)前，先明確目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行充分調(diào)研，明確此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際目的，了解機(jī)械產(chǎn)品的相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)要求。第二，設(shè)計(jì)函數(shù)變量。明確優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)之后，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的函數(shù)變量，明確不同類(lèi)型機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)變量數(shù)值，輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)順利進(jìn)行以及順利完成[5]。第三，設(shè)定約束條件。基于機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，設(shè)定相應(yīng)的約束條件，并在限定優(yōu)化設(shè)計(jì)這一階段，落實(shí)算法變量浮動(dòng)空間，輔助相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，保證優(yōu)化設(shè)計(jì)的針對(duì)性與科學(xué)性。第四，對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)施機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須基于實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)多種不同的優(yōu)化方案，結(jié)合實(shí)際情況，從多種方案中選取最符合目標(biāo)、完成度最高的一項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案[6]。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 拓?fù)?/p>

在開(kāi)展傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)施機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員的注意力更集中于結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化這一工作，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品零部件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重視度比較低，有關(guān)拓?fù)湓O(shè)計(jì)的研究文章也比較少，所以無(wú)法為相應(yīng)工作提供參考。但是，隨著我國(guó)機(jī)械制造水平的日益提升，專(zhuān)業(yè)人員的技能水平日益提升，優(yōu)化設(shè)計(jì)理念日益改變，優(yōu)化設(shè)計(jì)范圍日益拓寬，逐步認(rèn)識(shí)到拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性與重要性[7]。從實(shí)際應(yīng)用可以看出，對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)工作多集中在兩個(gè)方面：一方面是連續(xù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，比較重視空洞形狀、數(shù)量、分布范圍、部分結(jié)構(gòu)邊界等情況;另一方面是離散結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，更側(cè)重不同關(guān)鍵連接點(diǎn)的實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)，但想要順利完成優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，需明確不同設(shè)計(jì)位置的真正關(guān)鍵點(diǎn)，如HyperWorks的柴油機(jī)油底殼拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖1）。

2.2 形狀

在實(shí)際開(kāi)展機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，形狀也是重要內(nèi)容之一。對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其根本目的在于提升機(jī)械產(chǎn)品的性能水平，拓寬機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用范圍，讓機(jī)械產(chǎn)品能夠應(yīng)用于更多的施工任務(wù)[8]。所以在實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況著手。具體來(lái)講，在多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)或制造中，均需應(yīng)用大量的大型機(jī)械設(shè)備。但經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)，不同類(lèi)型、不同形狀的機(jī)械設(shè)備具有不同的應(yīng)用價(jià)值。大型機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往較為復(fù)雜，不同設(shè)備部件的實(shí)際形狀也不一樣，所以無(wú)法統(tǒng)一實(shí)施規(guī)劃分析，導(dǎo)致機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)存在較大難度。從20世紀(jì)中期開(kāi)始，制造業(yè)以及工業(yè)均進(jìn)入了鼎盛時(shí)期并迅速發(fā)展。為了提升實(shí)際生產(chǎn)效率，國(guó)內(nèi)外均針對(duì)機(jī)械制造設(shè)計(jì)優(yōu)化展開(kāi)了大量研究，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究更重視機(jī)械設(shè)備的形狀設(shè)計(jì)優(yōu)化、制造業(yè)智能化優(yōu)化、機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的實(shí)際優(yōu)化等方面。為了保證優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，在開(kāi)始之前，必須明確機(jī)械產(chǎn)品的內(nèi)部部件形狀，盡可能對(duì)形狀統(tǒng)一的內(nèi)部部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證優(yōu)化設(shè)計(jì)后部件應(yīng)用的廣泛性，提升優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際價(jià)值。

2.3 結(jié)構(gòu)

對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也是重點(diǎn)優(yōu)化內(nèi)容。為了更好地完成相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，提升機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)效率，必須針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)施多學(xué)科、綜合性、個(gè)體化分析，促使機(jī)械設(shè)計(jì)工作逐步朝著系統(tǒng)性、總體性以及全面性出發(fā)。此外，在實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)期間，若設(shè)計(jì)人員是從某個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，待設(shè)計(jì)完成后，出現(xiàn)優(yōu)化結(jié)果與機(jī)械設(shè)備預(yù)期設(shè)計(jì)思想不契合現(xiàn)象的概率會(huì)大大提高，或者優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果完全不能在這一種機(jī)械設(shè)備中使用，難以保證兩者的契合性與統(tǒng)一性，所以不建議設(shè)計(jì)人員從某個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，建議全面了解機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)之后，從大局出發(fā)，基于完整性與全面性，開(kāi)展相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，提升優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)今，為了有效解決優(yōu)化設(shè)計(jì)單一這一問(wèn)題，多基于MOD理論實(shí)施最新的機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化分析。在此期間，首先要利用相關(guān)理論，提供更多、更有效、更完整的理論基礎(chǔ)保障;其次開(kāi)展相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，保證機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)效果，最大限度地發(fā)揮優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的與價(jià)值。

2.4 尺寸

在工業(yè)生產(chǎn)與制造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用的各種機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備往往存在多樣性與多樣化特點(diǎn)，不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、產(chǎn)品類(lèi)型使用的機(jī)械設(shè)備尺寸也不一樣。所以，開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要將尺寸作為重要內(nèi)容與主要目的，對(duì)機(jī)械設(shè)備尺寸實(shí)施科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)，機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)際尺寸設(shè)計(jì)其實(shí)就是機(jī)械產(chǎn)品整體優(yōu)化設(shè)計(jì)工作中的主要內(nèi)容，部分優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)尺寸有明確、規(guī)范、精準(zhǔn)的要求，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵循相應(yīng)要求，才能保證優(yōu)化設(shè)計(jì)工作順利完成。正式開(kāi)展機(jī)械產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員不能單純依靠提供的數(shù)據(jù)確定產(chǎn)品的實(shí)際尺寸，應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，保證產(chǎn)品尺寸和提供的信息相契合，并確保產(chǎn)品尺寸和生產(chǎn)需求相契合。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，若優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容是機(jī)械設(shè)備零件，也需在生產(chǎn)前后對(duì)零件持續(xù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，保證零件尺寸大小和生產(chǎn)需求相契合。若機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，由大量零件組成，則需保證優(yōu)化設(shè)計(jì)期間考慮到部件的方方面面，保證該零件與原有零件一樣，能夠和其他零件進(jìn)行有效連接與安裝，保證機(jī)械設(shè)備的完整性與整體性，進(jìn)而保證優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際意義。若優(yōu)化設(shè)計(jì)后零件尺寸發(fā)生變化，則無(wú)法和其他零件進(jìn)行有效連接，進(jìn)而無(wú)法讓機(jī)械設(shè)備進(jìn)入正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，很容易出現(xiàn)報(bào)廢問(wèn)題。此外，若優(yōu)化設(shè)計(jì)的零件所關(guān)聯(lián)的其他零件越多，優(yōu)化設(shè)計(jì)的難度越大，對(duì)尺寸的精準(zhǔn)要求越高。優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，必須保證產(chǎn)品的形狀和拓?fù)潢P(guān)系不變。在這一背景下，只有積極應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)精準(zhǔn)測(cè)量產(chǎn)品的實(shí)際尺寸，進(jìn)一步提升尺寸的精準(zhǔn)度，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能保證所優(yōu)化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品真正可用，保證機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用性能，進(jìn)而順利完成相應(yīng)的機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

3 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)械結(jié)構(gòu)制造生產(chǎn)過(guò)程中，積極進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，無(wú)疑可推動(dòng)現(xiàn)有機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，可提升機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量，并且可促使機(jī)械制造業(yè)進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。再者，基于現(xiàn)有狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，可最大限度地優(yōu)化產(chǎn)品性能，提升產(chǎn)品價(jià)值。

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