試論機械優(yōu)化設(shè)計理論方法

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1、試論機械優(yōu)化設(shè)計理論方法摘要：機械優(yōu)化設(shè)計屬于一門新興學(xué)科，能夠有效的解決復(fù)雜的設(shè)計問題。作為現(xiàn)代社會中重要的設(shè)計理念與方式，機械優(yōu)化設(shè)計能夠從多元化的機械設(shè)計方案中尋找出一種最佳的設(shè)計方案，以切實提高機械設(shè)計的效率和質(zhì)量。本文簡要探討機械優(yōu)化設(shè)計理論方法，僅供相關(guān)人員參考。關(guān)鍵詞：機械優(yōu)化設(shè)計；理論；方法隨著現(xiàn)代社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械設(shè)計領(lǐng)域的概念和思維方式也在不斷發(fā)生變化，機械設(shè)計能夠在一定程度上反映出社會群體對客觀世界的認(rèn)知，并且遵循客觀事物的發(fā)展規(guī)律來開展優(yōu)化設(shè)計。因此加大力度探討機械優(yōu)化設(shè)計理論方法，能夠為機械優(yōu)化設(shè)計的未來發(fā)展指明方向。1機械傳統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化

2、設(shè)計的對比機械優(yōu)化設(shè)計是基于最優(yōu)化設(shè)計的，主要以數(shù)學(xué)模型作為優(yōu)化設(shè)計的基本途徑。優(yōu)化設(shè)計的方法及思維屬于優(yōu)化方法的范疇之內(nèi)，這種設(shè)計思想會使得各種參數(shù)順著理想的方向能夠自我調(diào)節(jié)，在這種模型精確計算的條件下，從各種可行性相對較強的設(shè)計方案中擇優(yōu)選取最佳的設(shè)計方案。由于設(shè)計方案較多，那么就需要使用電子計算機加以篩選，這主要得益于電子計算機的運行速度非?？?，從而從諸多設(shè)計方案中篩選出最優(yōu)方案。雖然在實際的數(shù)學(xué)建模過程中需要進(jìn)行一定地簡化處理，可能會導(dǎo)致計算所得的結(jié)果與實際值存在一定的差距，但是其基于客觀規(guī)律以及數(shù)據(jù)，又無需花費太高的費用，所以說，這種建模計算的方法具有經(jīng)驗類比

3、或者試驗途徑不可比擬方面的優(yōu)勢之處，再加上一定的經(jīng)驗依據(jù)，就能夠獲得一個非常理想的設(shè)計結(jié)果。雖然傳統(tǒng)設(shè)計也追求最優(yōu)化的設(shè)計結(jié)果，一般是基于調(diào)查、分析，按照實際需求以及實踐經(jīng)驗，參照類似于工程設(shè)計，經(jīng)估算、類比以及試驗等過程，對尋優(yōu)過程進(jìn)行構(gòu)思、評估、再構(gòu)思以及再評估等，從而最終確定設(shè)計方案，最后開展剛度、強度以及穩(wěn)定性等方面的計算。然而在傳統(tǒng)設(shè)計過程中，存在主觀方面、時間以及工作量過多等方面的影響，由于這些影響因素的存在，使得設(shè)計結(jié)果的最優(yōu)化選擇無法正常進(jìn)行，這些設(shè)計結(jié)果的計算也僅僅具有校對、核驗以及補充等方面的作用，只能對原有方案的可行性加以證實。傳統(tǒng)設(shè)計往往需要花費

4、高額的資金以及人力，而且最終結(jié)果也與初始設(shè)計試驗范圍差不離。所以說，傳統(tǒng)設(shè)計主要受到主觀因素的影響，得到的僅僅屬于滿足最初設(shè)計要求的設(shè)計結(jié)果，并非最優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。2優(yōu)化設(shè)計方法的評判指標(biāo)效率要高、可靠性要高、采用成熟的計算程序、穩(wěn)定性要好。另外選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法時要進(jìn)行深入的分析優(yōu)化模型的約束條件、約束函數(shù)及目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)復(fù)雜性、準(zhǔn)確性等條件結(jié)合個人的經(jīng)驗進(jìn)行選擇。優(yōu)化設(shè)計的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點，通常認(rèn)為，對于目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計變量個數(shù)不太多的問題，采用懲罰函數(shù)法較好；對于只含線性約束的非線性規(guī)劃問題，最適應(yīng)采用梯度投影法；對于求導(dǎo)非常困難的問題應(yīng)選

5、用直接解法，例如復(fù)合形法；對于高度非線性的函數(shù)，則應(yīng)選用計算穩(wěn)定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內(nèi)點懲罰函數(shù)相結(jié)合的方法。3機械優(yōu)化設(shè)計理論方法3.1準(zhǔn)則優(yōu)化法在機械優(yōu)化設(shè)計理論方法中，所謂準(zhǔn)則優(yōu)化法，就是指以物理學(xué)和力學(xué)等原則來構(gòu)造并優(yōu)化機械設(shè)計的方案，以促進(jìn)機械優(yōu)化設(shè)計的順利進(jìn)行。準(zhǔn)則優(yōu)化法在實際應(yīng)用中具有良好的優(yōu)勢，其概念直觀性較強，并且計算過程簡便，即便是在約束條件相對較少的條件下，準(zhǔn)則優(yōu)化法的實際優(yōu)化效率相對較高，因此在工程中具有良好的應(yīng)用效果。但就機械優(yōu)化設(shè)計的實際情況來看，準(zhǔn)則優(yōu)化法也不可避免的存在一些不足，尤其是在實際應(yīng)用中，其所考慮的范圍具有一定局

6、限性，一旦實際約束條件較多，會嚴(yán)重影響機械優(yōu)化設(shè)計的效率，因此在機械優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)對此項因素進(jìn)行深入衡量和分析，以全面提高機械優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量和效果。3.2線性規(guī)劃法在機械優(yōu)化設(shè)計理論方法中，線性規(guī)劃法是基于數(shù)學(xué)極值的基本原理上所提出的，以目標(biāo)函數(shù)、約束條件以及設(shè)計變形的線性優(yōu)化為主要因素進(jìn)行分析，以此作為主要的求解方式。線性規(guī)劃法中常用的兩種方式是單純形法與序列線性規(guī)劃法。其中單純形法是美國學(xué)者所提出的一種具有直觀性的線性問題求解方法。單純形法在機械優(yōu)化設(shè)計中也存在一定不足，極易受到收斂條件、壓縮因子以及擴展因子等多種因素的影響導(dǎo)致難以準(zhǔn)確計算出機械優(yōu)化設(shè)計的最優(yōu)解。

7、因此為保障機械優(yōu)化設(shè)計的實際效果，應(yīng)當(dāng)全面衡量各項因素，包括初始單純形的各頂點線性獨立情況以及新單純形構(gòu)成后對實際收斂情況進(jìn)行準(zhǔn)確的驗算，并嚴(yán)格檢查計算結(jié)果是否滿足相關(guān)精度要求，從而全面提高機械優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量和效果。序列線性規(guī)劃法則相對簡單，主要是在初始位置將目標(biāo)函數(shù)集約條件進(jìn)行展開，促使非線性規(guī)劃向近似線性規(guī)劃逐漸轉(zhuǎn)化，并對最優(yōu)結(jié)果進(jìn)行求解，并采取科學(xué)合理的計算方式進(jìn)行反復(fù)求解，直至滿足機械優(yōu)化設(shè)計的精度標(biāo)準(zhǔn)，從而提高機械優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量和效果。3.3非線性規(guī)劃法就機械工程的實際情況來看，大部分機械工程的性質(zhì)都屬于非線性規(guī)劃，隨著非線性程