机床厂优化设计

　　机床厂优化设计是以计算机技术为工具，根据最优化原理和方法并综合各方面的因豪，以人机配合的方式或用“自动探索”的方式，在现有工程条件下从众多可行方案中寻求最优设计方案的一种现代设计方法。它是从20世纪60年代开始，随着计算机技术和计算数学的发展与应用逐渐发展起来的一门新学科，目前已在机械、电子、冶金、建筑、航天等多个领域得到广泛应用。

　　机床厂优化设计方法是在堆优化数学理论和现代计算技术的基础上，首先建立优化设计的数学模型，即设计方案的设计变量、目标函数、约束条件，然后选用合适的优化方法，编制相应的优化设计程序，运用计算机自动确定最优设计参数。

　　机床厂优化设计方案中的设计变量是指在优化过程中经过调整或逼近，最后达到最优值的独立参数。目标函数是反映各个设计变量相互关系的数学表达式，用来作为评价设计方案优劣的标准，因此建立目标函数是整个机床厂优化设计中比较重要的问题。机械系统及其零部件的优化设计过程，是在给定的I况（例如载荷）条件下，在对机械系统的性能、几何尺寸关系或其他因素的限制（约束）范围内，选取设计变量，建立目标函数并获得最优值。机床厂在工程设计中目标函数的最优值都采用目标函数的极小值。

　　机床厂机械优化设计一般包括三方面的内容：一是将工程实际问题抽象成为最优化的数学模型，即建立优化方程；=是遗择和应用优化数值方法求解这个数学模型，即优化问题的求解；三是对求解结果进行分析评价并做出决策，即设计方案的评价和决策。

　　在建立数学模型时，一般要避免两种倾向。一种倾向是数学模型过分精细和复杂，导致求解失败或使计算成本过高；另一种倾向是数学模型过分简化，使优化问题没有能反映设计的最本质要求。对于机械结构类型的设计对象，则需要运用力学、机械设计的基础知识和专业知识。对于静态问题，其数学模型通常是建立一个代数方程组；而对于动力学问题，则多为常微分方程组。这些方程组反映了所分析的结构备参数之间的内在联系，因此通过它们就可以研究各参数对设计对象工作性能的影响。

　　数学模型建立以后，就要研究求解的具体方法，即优化设计方法。优化的方法有很多，按目标函数的个数可分为单目标优化和多目标优化方法；按设计变量的赣目可分为一维优化和多维优化方法；按设计对象有无约束分为约束优化和无约束优化等。从本质上讲，优化设计的方法就是函数或泛函求极值的方法，可以用解析法（即微分或变分等分法）求解，也可以用迭代法求解。在机械设计中的问题多数是设计变量较多的约束优化问题，而且多为非线性的，因此不宜采用解析法求解，而大多采用数值迭代珐求解。具体设计方法可参考有关文献资料。

　　由于我国已经编制建立了常用机械零部件及机构优化设计程序库，在完成优化求解的过程中，对一般的设计问题就不需要自己编写优化方法计算程序，只要根据设计题目的具体特点和要求，在优化设计程序库中选用合适的优化设计程序进行优化计算即可。必要时再编制专用优化设计程序来求解各种专门类型的优化设计问题。机床厂日前许多商用计算机辅助设计软件如Pro/Engineer、1-DEAS、ANSYS等软件，都古有进行优化设计的基本模块和功能。

　　对机床厂优化设计的结果和方案进行评价、决策，是优化设计的最后环节，必须以适合生产实际条件为评价目标，分析优化参数是否有必要调整。优化结果是否为在给定条件下的最优解等问题，以作出最合理的选择。

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