学号：1310111131 姓名汪海超班级：13机制2班
机械优化设计技术
摘要:机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法, 能从众多的设计方案中找出最佳方案, 从而大大提高设计的效率和质量。

现代工程装备的复杂性使得机械优化设计变得越来越困难, 利用新的科学理论探索新的优化设计法是该研究领域的一个重要方面。

在综合大量文献的基础上, 阐述机械优化设计的含义、目的及必要性, 总结机械优化设计的特点,从优化设计数学模型建立和求解算法两方面探讨现代机械优化设计的理论方法和研究现状, 并指出该领中应当进一步研究的问题和发展方向
关键词：机械;优化设计;数学模型;优化方法;智能优化
优化设计是 20世纪 60年代随计算机技术发展起来的一门新学科 , 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。

机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术 , 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法 , 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计 , 能节约原材料 , 降低成本 , 缩短设计周期 , 提高设计效率和水平 , 提升企业竞争力、经济效益与社会效益[ 1 - 2].国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视 , 并开展了量工作 , 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。

国内优化设计起步较晚 , 但在众多学者和科研人员的不懈努力下 , 机械优化设计发展迅猛。

1 机械优化设计研究内容
机械优化设计是一种现代、科学的设计方法 , 集思考、绘图、计算、实验于一体 , 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。

该“最优”是相对的 , 随着科技的发展以及设计条件的改变 , 最优标准也将发生变化。

优化设计反映了人们对客观世界认识的深化 ,要求人们根据事物的客观规律 , 在一定的物质基础和技术条件下充分发挥人的主观能动性 , 得出最优的设计方案。

2 传统优化设计理论方法
传统优化设计方法种类很多 , 按求解方法特点分为准则优化法、线性规划法和非线性规划法。

作者仅从工程应用角度对之进行归纳和整理 , 具体算法可参考其他资料。

3 现代优化设计理论方法
优化准则法对于不同类型的约束、变量、目标函数等需导出不同的优化准则 , 通用性较差 , 且多为近似最优解 ;规划法需多次迭代、重复分析 , 代价昂贵 , 效率较低 , 往往还要求目标函数和约束条件连续、可微 , 这都
机械优化设计论文
限制了其在实际工程优化设计中的推广应用。

而且现代机械设计日趋复杂 , 传统优化算法渐显力不从心。

因此 , 遗传算法、神经网络、粒子群算法、进化算法等智能优化法于 20世纪 80年代相继提出 , 不需要目标函数和约束条件的导数信息 , 且可获得全局最优解 , 为复杂机械的优化设计提供了新的思路和方法 , 取得了良好效果 , 并在实际工程优化设计中有了成功应用。

神经网络是一个大规模自适应的非线性动力系统 , 具有联想、概括、类比、并行处理以及很强的鲁棒性 , 且局部损伤不影响整体结果。

美国物理学家H o p f i e l d 最早发现神经网络具有优化能力 , 并根据系统动力学和统计学原理 , 将系统稳态与最优状态相对应 , 系统能量函数与优化目标函数相对应 , 神经网络参数与优化设计变量相对应 , 系统演化过程与优化寻优过程相对应 , 与 T a n k 在 1986年提出了第一个求解线性优化问题的 T H选型优化神经网络。

该方法利用神经网络的稳定平衡点总是对应网络能量函数的极小点进行优化设计 , 并利用神经网络强大的并行计算、近似分析和非线性建模能力 , 提高优化计算的效率 ,其关键是神经网络的构造 , 多用于求解组合优化、约束优化和复杂优化。

近些年 , 神经网络法有较大发展 , B e r k e 等将神经网络用于航空工程结构件的优化设计 ;A d e l i 和 P a r k 将结构优化设计与罚函数法、L y a p u n o v 稳定性定理、 K - T 条件等神经动力学概念相结合 , 提出了具有极高稳定性和鲁棒性的神经动力学模型 , 特别适用于大型结构的自动设计与优化设计结合随机摄动技术和随机模拟方法 , 提出了可靠性优化设计的数值逼近法 , 可以迅速准确地获得优化设计结果。

参考文献:
【 1】白新理. 结构优化设计 [ M] . 河南: 黄河水利出版社,
2008.
【 2】国家自然科学基金委员会 - 工程与材料科学部. 学科发
展战略研究报告 - 机械与制造科学[ M] . 北京: 科学出
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3】王科社. 机械优化设计[ M] . 北京: 国防工业出版社,
2007.
【 4】郭中泽, 张卫红, 陈裕泽. 结构拓扑优化设计综述 [ J ] .
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