星空体育:机械优化设计十篇
文章出处:本站 人气:发表时间:2024-07-01 14:21
机械优化设计篇1
关键词:机械优化设计;应用
科学技术的发展使得大量的机械制造要求要很高的技术水平,机械产品的设计工作变得越来越复杂,要求考虑的内容也越来越多,精确性和科学性都与传统机械设计有巨大差别。面对这种情况,机械优化设计理论应运而生,逐渐发展成为一种现代化的机械设计方法。传统的设计方法只是一种定性分析的结果,没有经过精确的理论计算,期间造成了很多人力,财力的浪费,具有很大的改进潜力。为此,一种现代的设计理念――优化设计产生了。
1 传统工业的优化设计应用
传统机械优化设计方法大多应用于机械结构和零件功能的优化设计,针对机械结构的性能和形态进行优化。在机械结构上,内点罚函数优化法,能够对刚度和压弯组合强度结构进行良好的优化,既能够满足尺寸要求又能良好的控制结构自重。在形态方面,典型的是轴对称锻造部件的毛坯形状的优化。在性能方面,采用坐标转换法和黄金分割法对部分两岸结构进行优化设计,使得机械结构更加准确保持运动平衡性,提高了传力性能。这样看来,传统机械优化设计方法依然能够取得良好的效果,所以在机械设计发展中不能忽略传统优化方法的
作用。
2 现代工业的优化设计应用
现代高新设计方法在机械优化设计中的应用已越来越广泛。但应该看到,现代的设计不仅仅是单一的完成给定产品的设计,而应该要将产品使用及设备维修等因素统一进行考虑。所以,机械优化设计在强调环保设计和可靠性设计等考虑综合性因素的机械优化设计应用工作更为活跃,机械优化设计的应用领域更加广泛,涉及到航空航天工程机械及通用机械与机床的机械优化设计;涉及到水利、桥梁和船舶机械优化设计;涉及到汽车和铁路运输行业及通讯行业机械优化设计;涉及到轻工纺织行业、能源工业和军事工业机械优化设计;涉及到建筑领域机械优化设计;涉及到石油及石化行业机械优化设计;涉及到食品机械等机械优化设计。机械优化设计的应用还能够解决具有复杂结构的系统问题。
2.1 优化设计网络软件的应用
优化算法的研究已经有所成绩,利用网络平台逐渐开发一些工业化在线优化软件,便于工业设计使用。对于在线机械优化设计软件来说,亟待解决的问题就是模型问题,对于非常复杂的系统来说,结构、流程、物料和系统参数等,都非常复杂,如果计算对象比较模糊,运算效率会受到严重的影响,这就给在线优化软件带来了巨大的困难。为了解决这种情况,通过合适的算法解决辨别模型,结合神经网络和学习特点进行数据的识别,让在线优化软件也能够良好的应用于各种模型,比如国内比较成熟的 NEUMAX 软件包,基于神经遗传算法的在线优化软件包,都能够良好的实现各种模型的遗传算法,这些软件已经成功应用于甲醇合成机械设计的优化工作中。
2.2 优化设计在MATLAB中的应用
在机械设计中引入优化设计方法不仅能使设计的机械零件满足性能要求,还能使其在某些特定方面达到最优。利用 MATLAB优化工具箱求解机械优化设计问题不仅避免了传统的设计方法中人工试凑、分析比较过程中的繁杂与重复,而且编程简单、结果可靠。在上述实例中,利用 MATLAB 软件中FEMINCON函数求解夹具设计问题,最 终设计的 夹具要比采用传统设计方法设计的质量轻、成本低,并且设计效率高。
2.3 人工神经网络法在机械优化设计中的应用
人工神经网络是人类模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统,是理论化的人脑神经网络的数学模型。人工神经网络从事例中学习,可以处理非线性问题,特别擅长处理那些需要人直观判断的信息匮乏的问题,如不完全数据集合,模糊信息以及高度复杂问题等。人工神经网络应用于优化设计,主要体现在以下两个方面:
Hopfield 网络 2.BP 网络
2.4 模糊优化方法在机械优化设计中的应用应用模糊优化理论能够将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化,通过合理给定约束函数、目标函数的容许值、期望值及其模糊分布 (隶属函数) 来 “软化”边界条件,扩大寻优范围和体现专家的经验、观点和某些公认的设计准则。把模糊技术应用于优化设计建模,其特长不仅在于它善于表达模糊概念,处理模糊因素,而且还可将复杂问题简化,使优化模型更加合理。采用模糊理论建立优化设计模型对求解复杂系统优化设计问题具有重要意义。
3 总结
从上述可知机械优化设计是一门应用前景十分广泛的学科,无论是传统还是现代方法都显得尤为重要,特别是在应用了计算机后使计算优化更加智能方便,所以这是一门值得深入研究开发其应用的学科。
参考文献
[1] 唐小兵,沈成武,陈定方.遗传算法和人工神经网络结合在结构优化中的应用[J].武汉交通科技大学学报,1999,5.
机械优化设计篇2
关键词:机械自动化 优化设计 分析 探讨
1.前言
在机械自动化设计中对于优化设计的应用越来越广泛,在机械设计中利用优化设计,不但可以使机械设备零件得到改善,而且也可以省到10%-35%左右的材料。所以说优化设计受到了人们的高度关注。
2.实现机械自动化优化设计的途径
机械自动化在形式可以代替人或者是人的大脑进和一些劳动及生产;机械自动化在功能上可以取代人力或者脑力劳动者。机械自动化技术之所以可以做到这些,主要是因为利用了自动化技术,使生产周期缩短,生产效率提高,生产成本减少等。让企业可以在保质保量的情况下,利用机械自动化技术。机械自动化技术不仅涉及到机械设备自动化技术应用上,还包括了机械设备自动化的设计中。
根据目前我国的现状,可以有效地实现机械自动化优化设计的重要途径是:利用现在先进的科学技术,提高对机械自动设计,在此基础上对机械自动化优化设计研究新的设计方法,将机械自动化尽快与国际接轨。
3.我国机械自动化的现状分析
机械自动化设计中的CAD技术设计,对于设计的效率的提高以及设计方案的优化都有着一定的功效,还可以减轻设计人员的工作压力,工作周期以及设计标准等。
虽然CAD机械设计技术得到广泛的应用。而且也已经被一些大的企业所应用。但是CAD技术应有较高的局限性。对于一些三维及防真设计上还存在缺陷。CAPP技术的出现对于设计人员的劳动强度,以及设计效率大大提高了,而且对机械自动化设计中的工艺设计也提高了不少,对于数据之间实现了人机一体化。将人作为系统中的核心者,使企业生产中可以将生产效率提高,减少成本消耗,保证了产品的质量问题。星空体育
CIMS机械自动化设计技术是集合于CAD、CAPP、QIS等一系列的系统在计算机为基础的条件下所构成的。[1]它是如今机械电子自动化设计中的核心。在如今社会条件下,对于机械自动化的优化设计不是所谓的所有的机械设备连合在一起,所有的生产车间联合在一起,而是将机械自动化为中心,以制造自动化系统为基础。制造自动化系统不只是CIMS的数据汇合地,还是CIMS的一个重要部分。对机械自动化来说,可以有效地利用这一基础。在这种生产条件下,使各个车间的机械设备进行自动化控制,以人为中心,各个部门的机械设备可以做到相互之间的各谐工作与优化运行。
4.对机械自动化设计的优化分析
通过对以上机械自动化设计现状的分析,应当通过以下几个方面对机械自动化设计进行优化设计分析:
4.1.机械自动化设计迈向数字化
作为机械制造技术中的核心环节,通过对数据进行数字化的方式实现快速传递,相互交流,并以机械设备的市场为基础,对机械自动化优化设计进行科学地、正确地、分析处理。[2]以及对机械设备的防真模拟,正确数据的提供,对生机械自动化设计中的信息提供了全面的支持。对于机械设备占领市场也提供了便利的条件,并且对机械设备自动化的市场变化进行有效地调整。
4.2.机械自动化设计走向智能化
自打有了人工智能化这一说法以后,人们就可以逐渐地感觉到智能化将比其它所有的技术能都要强悍,都要有优势。在机械自动化的发展过程上,已经难以离开智能制造系统了,这种系统其实就是将智能化的机器和人们的智慧结合在一起共同地行的人机一体化。[3]在对机械设备进行自动化设计时,人工智能系统不可以解决一些传统方法中不能解决的问题。智能化机械电动化设计不仅可以达到人与机器的和谐合作,还可以使人们更好地利用机械自动化。大大减少了人们脑力劳动。对于人们在机械自动化设计中的脑力劳动可以得到很好地发展及延伸。人类已经可以很好地进行思维的复杂化,而人工智能系统可以将人类的这种复杂化思维能力得以辅地延续,并将有效地利用在机械自动化的优化设计中去。将机械自动化优化设计迈向智能化,达到一个新的飞跃。这就需要我们作出努力加强探索。加大机械自动化迈向智能化设计的分析研究。可以使机械自动化转向智能化在企业自身发展中有一个平稳有效地发展。
4.3.机械自动化优化设计的基础--虚拟自动化
对于每个机械自动化设计中都离不开图纸进行设计,对机械设备成品的试验中也是离不开图纸的展示,最后达到机械自动化设计的完成。这样的操作程序不仅浪费时间,而且对人员的浪费,时间上的浪费,以及企业财力方面的浪费都是一批不小的开支。当下计算机技术的发展迅速,以及各种联系方式的发展,电子,网络的迅速普遍。这就给机械自动化优化设计走向模拟化提供了十分便利的条件。人们可以有效地利用电子计算机技术及设备,对于传统中大量的图纸模型以及一些数据上的统计利用计算机将它们模拟出来。利用网络的模拟,可以节省大量的人力,财力以及时间等。利用计算机网络的模拟不仅可以第一时间对机械自动化设计数据进行沟通,交流。
机械自动化设计中不仅要全面地掌握计算机技术,还应该使虚拟环境下的各种技术之间的相互交换,以及各种设备之间的相互交换做到合理性。在一个充分虚拟的环境中将机械自动化进行优化设计工作。
4.4.机械自动化的环保优化设计
随着人们生活水平的提高,对生活环境的要求也越来越高。由于地球的生态环境正在急剧地下降以及恶化中。 现在的人们已经开始慢慢地认识到对于环境的珍贵与保护当中。
机械制造业作为一个环境污染的重点企业。对于环境的污染已经够成了相当大的危险。[4]如果环境已经出现了非常重要的污染。所以在进行机械自动化设计时,环保是首先要考虑在内的。在对机械自动化进行优化设计时,顺应环保要求下进行优化设计,要降低机械对于能源的消耗,以于机械在排放可以做节能减排。机械自动化设计的必然趋势是迈向环保型优化设计。
5.总结
机械自动化技术应用在每个国家都有着非常重要的地位,在我国更是如此,机械自动化的优化设计不仅要与世界先进的设计水平共求发展,还要在此基础上研究出技术更高的机械自动化设计技术。使我国的机械制造业可以达到一个整体地发展。机械自动化技术的优化设计要基于以上几个方面基础上而创新发展。才可以有效地推进我国机械制造业的迅速发展。
参考文献:
[1]李振华. 机械自动化技术发展趋势探讨[J]. 科技致富向导,2013,21:339.
[2]刘洋. 我国机械自动化发展前景[J]. 黑龙江科技信息,2011,05:7.
机械优化设计篇3
【关键词】 机械 优化设计 理论 方法
1 机械优化设计理论概述
1.1 机械优化设计的概念
机械优化设计是指最优化技术在机械设计领域的移植和应用,是以最低成本获得最高效益。其根据机械设计理论、方法与标准规范等建立能够正确反映实际工程设计的数学模型,利用数学手段和计算机计算技术,在众多的方法中快速找出最优方案。机械优化设计通过把机械问题转化为数学问题,加以计算机辅助设计,优选设计参数,在满足众多设计目的和约束条件的情况下,获得最令人满意、经济效益最高的方案。目前,机械优化设计已成为解决机械设计问题的有效方法。
1.2 机械优化设计研究的内容
机械优化设计主要研究的是其建模和求解两部分内容。 如何选择设计变量、列出约束条件、确定目标函数。其中,设计变量是指在设计过程中经过逐步调整,最后达到最优值的独立参数。设计变量的数目确定优化设计的维数,维数越大,优化设计工作越复杂,但效益越高,所以选取适当的设计变量显得尤为重要。约束条件即是对约束变量的限制条件,起着降低设计变量自由度的作用。目标函数即是指各个设计变量的函数表达式,工程中的优化过程即是指找出目标函数的最小值(最大值)的过程。一般而言,目标函数的确定相对容易,但约束条件的选取显得比较困难。
2 机械优化设计的一般思路与常见方法
2.1 机械优化设计的一般思路
2.1.1 分析问题,建立优化设计数学模型
在机械优化设计的过程中,首先需要通过对实际问题的分析,选取适当的设计变量,确定优化问题的目标函数和约束条件,从而建立优化设计的数学模型。
2.1.2 选择优化设计方法,编写程序
在设计变量、约束条件和目标函数三大要素已经确定,构建好数学模型的情况下,编写计算机语言程序。
2.1.3 分析结果,找到最优方案
准备必须的初始化数据,通过计算机数值计算,对比计算结果,在众多的设计方案中选择最完善或者最适宜的设计方案,使其期望的经济指标达到最高。
2.2 机械优化设计中的常见方法
2.2.1 传统优化设计理论方法
传统机械优化设计方法的种类有很多,按求解方法的特点可分为准则优化法、线性规划法和非线性规划法。准则优化法是指不应用数学极值原理而是采用力学、物理中的一些手段来谋求最优解的方法。常见的准则优化法有迭代法中的满应力准则法等,其主要特点是直接简单效率高,缺点是只能处理简单的工程问题。线性规划法是指应用数学极值原理,选取适当的设计变量和约束条件,求解目标函数的一种方法。常见的有单纯形法、序列线性规划法。其优点是通过把实际工程问题转化为数学极值问题的求解,使其直接、有效、精度系数高,缺点是工作量大。非线性规划法同样根据数学极值原理求最优问题,可分为无约束直接法、无约束间接法。有约束直接法和有约束间接法。其优点是应用范围广,可应用于大、中、小型工程问题,且都相对简单方便、可靠性高、稳定性强、精度高。
2.2.2 现代优化设计理论方法
现代优化设计方法不同于传统优化方法,其无需通过选取设计变量、约束条件、目标函数等因素,便可获得全局最优解,大大地减少了传统优化设计方法花费的人力与财力,在日今复杂的工程问题中,提出了全新的思路与方法。常见的现代优化设计方法有遗传方法、神经网络法、模拟退火法、粒子群算法等。
3 机械优化设计的现状与前景
机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术和机械工程相结合的一门学科,包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状优化设计等。二十世纪五十年代以前,用于解决最优问题的数学方法仅限于古典的微分法与变分法,在处理现实问题时,计算量非常大。直到四十年代前后,大型线性规划技术的提出,数学方法首次被运用到结构最优化,使得计算过程不再复杂,有效的解决了数值最优化计算。近年来,随着数学规划理论与计算机技术的飞速发展及广泛应用,许多新兴优化算法,如遗传算法、神经网络法等相继被提出,机械优化设计广泛地被应用到建筑结构、化工、航天航空等诸多领域并取得飞速发展。机械优化设计具有广阔的发展前景。
机械优化设计给机械工程界带来的巨大经济效益是显而易见的,但其工程效应比起预期远远小得多。归结其原因,主要有以下两点:(1)建模难度大。(2)最优方法的选取难度大。
虽然有以上不足之处,但是机械优化设计的发现前景仍是非常广大的,且各领域也在积极做出相关的研究探索,并已取得一定的成就。
4 结语
机械优化设计即是指从众多设计方案中需找最优方案的过程,一般包括建立数学模型、选择优化方法、分析计算结果选择出最优方案三个过程。根据不同的分类方式,机械优化设计的方法有很多,从传统角度,最常用到的有线性规则法中的序列线性规则法等等,由于现在各技术领域的发展以及工程问题对优化设计的需求,衍生了很多与传统方法原理完全不同的新兴方法,最常见到的有遗传算法、神经网络法等。纵观几十年来机械优化设计的发展历程,其发展是非常迅速且令人可喜的,虽然仍存在建模困难、优化方法选取等等方面的一些挑战,但是其前景仍旧是非常广阔的。研究机械优化设计的理论与方法无论是学术领域还是实际经济效益方面都具有研究意义。
参考文献:
[1]刘惟信.机械最优化设计[M].北京:清华大学出版社,1993.
[2]陈立周.机械优化设计技术的发展现状及其新问题.2000年中国机械科学部份研究的征文,1984.
[3]秦东晨,陈江义,胡滨生等.机械结构优化设计的综述与展望[J].中国科技信息,2005(9).
[4]高卫华,谢剑英.动态模糊神经网络及其在非线性系统中的应用[J].电气自动化,2000.
机械优化设计篇4
关键词:机械零件 优化设计 可靠性
提升机械零件的可靠性,需要从设计的环节解决机械产品固有的可靠性要求,同时还需要在制造过程中提供可靠保证。面对市场的激烈竞争,机械产品需要具备良好的可靠性指标,才能拥有最基础的立足根本,由此可见机械零件的可靠性优化设计至关重要。机械零件的设计应该跟随时代的发展适当的创新,同时体现出时代的特色,注重零件的使用质量和安全可靠,掌握科学合理的优化设计技巧。
一、机械零件可靠性优化设计的意义
可靠性对于机械零件来说具有至关重要的影响,主要是指通过形成产品的可靠性作目标的设计方案,同时也被称作概率设计,主要是涵盖了外荷载、承受能力及想相关尺寸等具体的指标,在服从随机因素的基础上,避免零部件出现破坏,从而形成合理的科学的设计方案,保证机械零件的可靠性和结构的安全可靠,控制好失效的发生概率。优化设计方案的提出,可以依照具体的计算展开设计的过程,确保产品的可靠程度,同时根相关的任务指标,确立可靠性标准,同时归纳零件的具体参数,帮助设计人员和生产者更好的掌握零件设计的可靠性原则。
二、机械零件可靠性优化设计的现状分析
现阶段,依靠可靠性优化设计的方案仍然较为传统,因此在设计零件的时候,还是会将零件的具体强度、应力和安全系数等作为单值分析,把安全系数和根据具体使用的某一数值进行比较分析,发现如果前者相较于后者更大,则证明零件符合安全标准。但是并没有分析各个参数存在的随机性,将各个设计参数看作是单一的确定值,无法准确的预测零部件可靠运行的实际概率,所以难以客观的选出最优方案,相关的设计人员也难以把握设计产品的可靠性。
通过概率论和数理统计的方式,可以准确的分析零件的可靠性设计技巧,这个过程就避开了主观人为因素的影响,同时,也能更加准确的把握外界条件的变化,确保设计的结果更加贴合客观情况。可靠性的设计被广泛的运用于机械零件可靠性优化设计的多种问题中,通过更加科学的方案,解决了诸多较为繁琐的传统设计方式带来的不便,更有助于满足现代社会对于精巧设计的需求。
三、机械零件可靠性优化设计的具体方案
机械零件可靠性优化设计的具体方案应该跟随时代的发展不断创新,同时也需要时刻关注零件的具体质量,确保在可靠性设计的时候,更好的掌握科学的方式方法。机械零件的可靠性优化设计相较于传统的机械设计方案来说,更有助于综合分析机械产品的功能和结构形态,体现出因势利导的优势。
(一)权衡与耐环境设计
权衡设计对于机械零件的可靠性影响深远,因此可以综合分析零件的质量、体积和成本等各个要素,确保制定出更为合理科学的设计方案。耐环境设计则可以综合分析,涉及到机械零件的诞生到运用,在机械零件生产之初,可以充分考虑到零件在整个寿命周期内所能遭遇到的各种环境,其中涉及到运输的碰撞问题、空气的干湿程度对机械零件产生的影响,经过对相关环境因素的综合分析,可以对零件生产过程中的用料、技艺等适当优化,由此确保零件自身和整个设备的安全可靠。
(二)预防故障设计法
机械设备在实际运作的过程中,往往需要调动整体运作,所以始终处于串联式的系统中。为了实现整体功能之和大于部分功能之和的目标,需要适当的优化机械零件的可靠性设计,通过对机械零件的严格挑选和控制,加之对外购零件的严格分析,可以及时明确零件本身存在的主要问题。在选用相关的零件时,还应该经过分析与验证的过程,确保在最大的程度上分析故障成果,利用较为成熟到位的经验适当分析验证零件的可靠性。
(三)简化及余度的设计
简化设计主要是指在满足了特定的功能基础上,设计的过程必须要适当的简化,比如零部件的数量应该适当的减少,避免出现冗余的情况。在机械设备运用的过程中,如果涉及到的零部件较多,则越容易出现一系列的问题和错误,可见可靠性的优化设计极为重要。简化和余度设计属于可靠性优化设计的基本原则,能够有效的避免故障并提升可靠性。简化的过程就是适当的减少不必要的部分,但是并不是减少超负荷的工作,零部件的简化应该从全方位的角度分析,仔细的分析零件的组合和具体的配合方式。余度设计需要适当的结合整体分析,也可以将其看作是备份过程。经过对完成功能设置重复的结构和备件等,确保因为局部的故障问题,影响机械设备整体系统的稳定性。
(四)概率设计法
这种方式主要是通过应力-强度干涉理论的指导作用,将应力和强度变作是分布随机变量的处理。处理设计的对象是机械零件的参数和变量部分,同时也应该符合特定的统计规律随机变量,确保构建起更为合理的可靠性设计标准概率数学模型。经过概率和数理统计理论的应用,在给定的条件下,得出零件发生破坏时的概率公式,由此计算出相应的尺寸和寿命等,确保设计出更符合要求的参数。这种方式可以及时弥补常规设计的缺陷,同时又能及时贴近生产的实际过程。
结语
综合分析,机械可靠性优化设计就是对传统设计方式的发展和完善。机械零件的可靠性优化设计能够及时掌握相关参数的随机性,同时也能在设计的过程中,及时预测零部件的可靠程度,确保更好的实现全局性的贯穿。为了更好的在竞争中占有一席之地,机械零件生产商应该注重可靠性优化设计的实践,通过正视机械零件可靠性的优化设计的重要性,在展开相关课题的讨论时,适当的加入创新思想,从而更贴合时代的发展需要。
参考文献
[1]赵雷.关于CAD技术在机械可靠性优化设计中的应用分析[J].科技展望,2015,36:45.
[2]帅宗良.汽车机械式变速器的可靠性优化设计[J].电子技术与软件工程,2015,04:256.
机械优化设计篇5
关键词:社会经济;结构设计;机械生产
中图分类号:F407 文献标识码: A
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