序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

引 言

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，所涉及的學(xué)科眾多。其中包含物理學(xué)、材料學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)及化學(xué)、應(yīng)用力學(xué)以及計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)等，系處理較為復(fù)雜的設(shè)計(jì)的有效工具之一。此次研究除去闡述優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，還總結(jié)出歸納出無約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法、有約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法、基因遺傳算法三類優(yōu)化設(shè)計(jì)手段，并對三者的特點(diǎn)進(jìn)行論述，最后，對選取優(yōu)化設(shè)計(jì)手段的幾大要素進(jìn)行闡述。

一、優(yōu)化設(shè)計(jì)手段的論述

機(jī)械優(yōu)化領(lǐng)域的設(shè)計(jì)靈魂即是優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)學(xué)科學(xué)迅速發(fā)展，解析法、數(shù)值分析法及非數(shù)值分析法為其所發(fā)展經(jīng)歷的三個(gè)階段。

20世紀(jì)的50年代初，解決最優(yōu)化問題的兩種最主要的數(shù)學(xué)方法是，古典的變分法與微分法。此兩種手段具計(jì)算精準(zhǔn)及概念清晰的主要特征，可是，不足之處是僅限于解決一些小型或是特殊問題，于處理大型的實(shí)際問題之時(shí)，因過大的計(jì)算量，無形中增加了計(jì)算的難度。

20世紀(jì)50年代末，于優(yōu)化設(shè)計(jì)中，其求優(yōu)方法的理論基礎(chǔ)即是數(shù)學(xué)規(guī)劃手段。該方法是以數(shù)值分析為前提，結(jié)合已知的信息及條件，最后通過一連串的迭代過程得出問題最優(yōu)解。但是其相關(guān)的理論還是比較簡單的，計(jì)算的過程亦相對容易，只是計(jì)算的量極其大，可是此亦正是計(jì)算機(jī)所有工作中最為擅長的一項(xiàng)，當(dāng)然，計(jì)算機(jī)也就歸為了數(shù)值優(yōu)化措施工具中最關(guān)鍵的那一類。

20世紀(jì)80年代末，如模擬退火、進(jìn)化規(guī)劃、混沌、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法及禁忌搜索等一些優(yōu)化方法層出不窮，上述算法經(jīng)模擬自然現(xiàn)象及規(guī)律而獲得某些結(jié)論，一步步產(chǎn)生具有特點(diǎn)的優(yōu)化方法，它的內(nèi)容涉及到物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、神經(jīng)學(xué)、人工智能等。

二、設(shè)計(jì)方法

該設(shè)計(jì)方法被大量的應(yīng)用到機(jī)械工程中，主要是因?yàn)樗梢栽谔囟ǖ谋尘爸写_保方案最為合理，而且不需要使用太多的人力物力。該方法從最初的數(shù)值法到后來的數(shù)值分析，最后過渡到非數(shù)值分析。最近幾年由于電腦技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以通過合理的選取設(shè)計(jì)數(shù)值進(jìn)而得到最為優(yōu)秀的方案，而且還能夠大大的縮短用時(shí)。將該方法和電腦科技有效的融會到一起，是時(shí)展的產(chǎn)物，必將得到發(fā)揚(yáng)。

三、類型和特征簡介

1、無約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法

具體的說分成兩個(gè)類型，一種是像共軛梯度法、最速下降法、牛頓法等方法，它是利用目標(biāo)函數(shù)的一階或二階導(dǎo)數(shù)的無約束優(yōu)化方法。另一種是像單形替換法、坐標(biāo)輪換法等，利用目標(biāo)函數(shù)值的無約束優(yōu)化方法。

2、遺傳算法

該方法是對隨機(jī)群體不斷的演變選擇，進(jìn)而獲取最為合理的方法。它非常的類似于自然界的淘汰法則，適應(yīng)社會發(fā)展的必然得到發(fā)展，而落后的必然會被遺棄。該方法有兩大特點(diǎn)，即能夠起到優(yōu)化整體的作用，同時(shí)還有很好的適應(yīng)能力。它被應(yīng)用到很多領(lǐng)域中，比如問題診斷等等。最近幾年它在工程方面也體現(xiàn)出了自身的巨大價(jià)值。接下來就具體的展開論述。第一是它能夠論述可靠性問題。第二是能夠辨別參數(shù)。它能夠大體的分辨結(jié)論數(shù)值，明確了大體的區(qū)間之后，再通過遺傳措施對設(shè)定的數(shù)值以及結(jié)論數(shù)值一起優(yōu)化處理。第三，能夠設(shè)計(jì)機(jī)械方案。為了和目前的編碼體系保持一致，其設(shè)置了一系列的遺傳方法，通過這些方法掌控它的搜索活動，而且通過復(fù)制等活動不斷的迭代，進(jìn)而得到最為優(yōu)秀的方案。除此之外，它還可以應(yīng)用到很多的其他行業(yè)中，比如節(jié)能設(shè)計(jì)以及數(shù)控加工誤差等。上文講述了很多它的優(yōu)點(diǎn)，不過它也并非是完美的。比如目前還無法優(yōu)化其自身的數(shù)值，無法通過新的設(shè)置來提升效率，目前的操作方法還不是很完善等等的一些問題。一般采用懲罰函數(shù)法求解約束優(yōu)化問題時(shí)，其難點(diǎn)是如何選擇合適的懲罰因子。該因子太大的話，會使得搜索工作變得困難，但是如果設(shè)置得太小的話，可能造成整個(gè)懲罰函數(shù)的極小解不是原目標(biāo)函數(shù)的極小解。

3、約束優(yōu)化設(shè)計(jì)法

根據(jù)處理約束條件的方法不同可分為間接法和直接法。間接法常見的有增廣乘子法、懲罰函數(shù)法。它是將非線性優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成線性規(guī)劃問題或是將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成無約束優(yōu)化問題來求解。直接法常見的方法有復(fù)合形法、網(wǎng)絡(luò)法和約束坐標(biāo)輪換法等。它的本質(zhì)是創(chuàng)造一個(gè)迭代的步驟，確保所有的迭代點(diǎn)都能夠在可行區(qū)間之中，進(jìn)而不斷的降低數(shù)值，一直到最為合理為止。

4、蟻群算法

是通過人工模擬螞蟻搜索食物的過程來求解旅行商問題，在1991年由意大利學(xué)者M(jìn).Dorigo等人提出。蟻群算法適合非線性問題的求解，避免了導(dǎo)數(shù)等數(shù)學(xué)信息，對系統(tǒng)優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型沒有很高的要求。主要應(yīng)用在：交通建模及規(guī)劃電信路由控制、集成電路布線設(shè)計(jì)、有序排列問題、二次分配、車間任務(wù)調(diào)度等問題的求解。雖然蟻群算法具有并行計(jì)算、正反饋選擇和群體合作等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著容易出現(xiàn)“停滯”現(xiàn)象和需要較長的搜索時(shí)間兩個(gè)缺陷。吳慶洪等提出了應(yīng)用改進(jìn)型蟻群算法解決有序排列問題，運(yùn)用新的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則，討論不同的軌跡更新規(guī)則對仿真結(jié)果的影響的一種具有變異特征的蟻群算法，并通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了相對于標(biāo)準(zhǔn)的蟻群優(yōu)化算法中，改進(jìn)型蟻群算法的優(yōu)勢所在。

5、模擬退火算法

模擬退火算法，最早在1953年由Metropolis提出，1983年Kirkpatrick成功地應(yīng)用在組合最優(yōu)化問題。模擬退火算法是一種通用的優(yōu)化算法，用以求解不同的非線性問題；能夠發(fā)揮出良好的收斂性特征，而且適應(yīng)能力很是強(qiáng)大；對不可微甚至不連續(xù)的函數(shù)優(yōu)化，能以較大概率求得全局優(yōu)化解；能處理不同類型的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量；并且對目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)沒有任何要求；不需要任何的輔助信息。目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、控制工程、數(shù)值分析和生產(chǎn)調(diào)度等。這個(gè)方法雖然有很多的優(yōu)點(diǎn)，不過它也存在一些缺點(diǎn)，比如它的效果不是很好，而且整個(gè)運(yùn)算活動耗費(fèi)的時(shí)間非常久。通過上文的分析我們得知了這幾種算法本身的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，應(yīng)該盡量的避免其缺陷，將優(yōu)勢結(jié)合到一起，對其進(jìn)行完善。

四、合理選取方法

通過上文中對設(shè)計(jì)特征的分析，我們得知要想保證設(shè)計(jì)合理，就要正確的選取優(yōu)化方法。這主要是因?yàn)榧词故且粋€(gè)完全相同的內(nèi)容它也會存在很多不一樣的解決措施。然而并非是并存的這幾個(gè)措施都能夠?qū)栴}解決得天衣無縫。比如一些措施會使得設(shè)計(jì)的最終結(jié)果和我們當(dāng)初的設(shè)置不符。要想避免這種現(xiàn)象，就需要我們牢牢此遵守四個(gè)基礎(chǔ)原則。第一，要保證可靠性好，第二要保證使用的計(jì)算程序是合理的，第三要確保其穩(wěn)定，最后要保證效率。除此之外，還需要工作者的工作經(jīng)驗(yàn)豐富，只有這樣才可以分析相關(guān)的函數(shù)值，結(jié)合復(fù)雜性等要素對其進(jìn)行合理的選取判斷。優(yōu)化設(shè)計(jì)的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，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；對于約束函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)較少的問題，采用懲罰函數(shù)法較好；針對那些求導(dǎo)有難度的要使用直接解法；對于高度非線性的函數(shù)，就要選取那些較為穩(wěn)定的措施。

結(jié)束語

從機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全局來看，目前比較先進(jìn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大多數(shù)還停留在設(shè)計(jì)方案后參數(shù)優(yōu)化方面，面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)，應(yīng)將優(yōu)化設(shè)計(jì)拓寬到機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的全生命周期過程，是適應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)。隨著機(jī)械技術(shù)不斷地發(fā)展，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)支持下，現(xiàn)代機(jī)械先進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)將進(jìn)行新一輪的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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1優(yōu)化設(shè)計(jì)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用的意義

要提高我國農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量，就要大力提高農(nóng)機(jī)生產(chǎn)制造水平和設(shè)計(jì)水平，對傳統(tǒng)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件設(shè)計(jì)一般采用經(jīng)驗(yàn)類比，通過力學(xué)簡單計(jì)算來完成。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化方式對設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，很多創(chuàng)新設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)都缺乏數(shù)據(jù)支持，過度的設(shè)計(jì)導(dǎo)致機(jī)械綜合性能提高的同時(shí)，制造成本大幅上升。

2優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本思路

優(yōu)化設(shè)計(jì)是從若干種可行性方案中擇優(yōu)選出一種最佳的設(shè)計(jì)方法，這種選擇是以初始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)化設(shè)計(jì)對軟件計(jì)算能力和模型構(gòu)建能力有較高的依賴，近年來隨著計(jì)算機(jī)科技的不斷發(fā)展和軟件開發(fā)能力的不斷提高，計(jì)算機(jī)在機(jī)械設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要的作用。同時(shí)，計(jì)算機(jī)的發(fā)展也使優(yōu)化設(shè)計(jì)理念得以實(shí)現(xiàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的思路也越來越開闊。

3計(jì)算機(jī)軟件在優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

要實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，先進(jìn)的軟件技術(shù)是必不可少的。設(shè)計(jì)軟件是設(shè)計(jì)者的工具，對于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)者來講，能夠熟練應(yīng)用軟件完成虛擬制造、實(shí)驗(yàn)和測試，對參數(shù)進(jìn)行分析，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要因素[2]。

3.1ANSYS軟件

ANSYS軟件是一種大型有限元分析軟件，由美國ANSYS公司研發(fā)，這種軟件能夠與多種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，被普遍應(yīng)用于汽車工業(yè)、建筑橋梁等方面設(shè)計(jì)中。

3.2ADAMS軟件

ADAMS軟件是一種對機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)進(jìn)行自動分析的軟件，由美國機(jī)械動力公司開發(fā)，通過ADAMS軟件，能夠建立機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)分析，預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、碰撞加速和運(yùn)動范圍等[3]。

4優(yōu)化設(shè)計(jì)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1幾何模型的建立

結(jié)合設(shè)計(jì)零部件的特征、材質(zhì)和其他約束條件，通過Pro/E軟件進(jìn)行幾何模型的建立，本次研究基于Pro/E軟件應(yīng)用的基礎(chǔ)上，采用旋轉(zhuǎn)建模的方法，建立齒輪軸模型。齒輪過渡段圓的半徑R=8.6mm。

4.2模型材料屬性設(shè)置

模型材料屬性包含材料材質(zhì)、密度、彈性模量、泊松比等。

4.3約束與載荷

齒輪的驅(qū)動軸兩端，靠的是軸承作為支撐，加載載荷較為復(fù)雜，本文通過兩種方式加載扭矩，一種是通過運(yùn)動學(xué)模塊進(jìn)行扭矩分析，分析的受力情況信息傳遞到結(jié)構(gòu)分析模塊中；一種是取相近的加載扭矩?cái)?shù)值輸入到結(jié)構(gòu)分析模塊中。經(jīng)過判定，本文采用第二種方式。沿著軸向建立起圓柱坐標(biāo)系，加載圓柱面的殼，厚度取值1mm，這種取值也是為了便于分析，然后找到扭矩加載點(diǎn)，進(jìn)行扭矩加載。這個(gè)環(huán)節(jié)需要注意，驅(qū)動力矩要在軸的中部位置加載，扭矩為8600N.mm，在軸的兩端加阻力扭矩，兩端本別為4300N.mm。

4.4模型分析

在模型分析環(huán)節(jié)中，完成受力和約束參數(shù)設(shè)置后，在利用Pro/E軟件進(jìn)行靜態(tài)模型構(gòu)建，然后對靜態(tài)模型進(jìn)行相應(yīng)的分析。通過軟件對構(gòu)建模型的分析結(jié)果可以確定，最大的應(yīng)力為16.7N/mm2,而設(shè)計(jì)所用材料材質(zhì)為45號鋼，最大的屈服應(yīng)力能夠達(dá)到350N/mm2以上，鋼材的屈服應(yīng)力范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)零部件的最大應(yīng)力，可見在尺寸選擇中相對比較保守。

4.5設(shè)計(jì)參數(shù)的建立

設(shè)計(jì)的過程主要是模型建立的過程，而在模型建立的過程中，設(shè)計(jì)者將要建立許多參數(shù)，其中包括物理性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)等，這些參數(shù)代表著所用材料的基本屬性和要達(dá)到的設(shè)計(jì)性能，當(dāng)參數(shù)發(fā)生了變化，建立的模型性能也將隨著發(fā)生變化。如果針對所有參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將增加設(shè)計(jì)過程中龐大的計(jì)算量，這樣就需要設(shè)計(jì)者對這些參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，結(jié)合不同參數(shù)對模型的影響程度，和對設(shè)計(jì)部件的使用性能的影響，可以優(yōu)先選擇對模型性能影響最大的參數(shù)設(shè)置，這種處理方式，也體現(xiàn)出優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念，實(shí)現(xiàn)參數(shù)選擇上的優(yōu)化，最有效的、影響最大的參數(shù)信息將被利用，而影響較小的參數(shù)將被忽略。在本次分析案例中，將過渡段尺寸參數(shù)當(dāng)做設(shè)計(jì)變量，設(shè)計(jì)變量的初始值為8.6mm。

4.6優(yōu)化設(shè)計(jì)

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一、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的層次與分類

不同的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法是在研究對象、目標(biāo)函數(shù)、約束對象、變量和尋優(yōu)策略的不同要求上派生出來的日。由優(yōu)化目標(biāo)的深淺將結(jié)構(gòu)優(yōu)化劃分為三個(gè)不同層次:尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、布局優(yōu)化和結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化。以上各層次按順序難度依次增加,收益依次增大。

(一)尺寸優(yōu)化

在保持組件原有的結(jié)構(gòu)形狀與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變的情況下,通過對設(shè)計(jì)變量的分析重組,尋求最佳的性能組合關(guān)系的優(yōu)化方法。

(二)形狀優(yōu)化

形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)域內(nèi)的拓?fù)潢P(guān)系保持不變的情況下求得結(jié)構(gòu)的邊界,使得這些邊界構(gòu)成的結(jié)構(gòu)組件達(dá)到理想的幾何形狀,并實(shí)現(xiàn)某種性能的最佳表現(xiàn)。

(三)拓?fù)鋬?yōu)化

結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化包括了連續(xù)結(jié)構(gòu)和離散結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化。連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化,包括孔洞個(gè)數(shù)及形狀分布的優(yōu)化,以及結(jié)構(gòu)的邊界形狀的優(yōu)化:離散結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化,就是在給定節(jié)點(diǎn)位置情況下,確定各節(jié)點(diǎn)的最佳聯(lián)結(jié)關(guān)系Ⅲ。

二、產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)

產(chǎn)品生命周期(Product Ljfecycle,PLC)的概念源于生產(chǎn)管理領(lǐng)域的產(chǎn)品的市場戰(zhàn)略。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展,產(chǎn)品生命周期的概念和內(nèi)涵也在不斷發(fā)展變化H。并行工程概念提出促使產(chǎn)品生命周期的概念逐漸從經(jīng)濟(jì)管理領(lǐng)域擴(kuò)展到了工程制造領(lǐng)域,將產(chǎn)品命周期的范圍從市場階段擴(kuò)展到了研制階段,覆蓋了包括需求分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原料采購、制造裝配以及銷售維護(hù)階段。20世紀(jì)90年代以來,全球機(jī)械產(chǎn)品市場進(jìn)入了大規(guī)模定制與個(gè)性化需求并舉的時(shí)代。在這種情況下,規(guī)?；纳a(chǎn)能力與機(jī)械產(chǎn)品的可靠性固然重要,而能否根據(jù)潛在客戶需求做出快速響應(yīng),已經(jīng)成為未來裝備制造企業(yè)在激烈競爭中取勝的關(guān)鍵。這里我們將規(guī)?；瘷C(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程加以分離,重點(diǎn)研究在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上尋求創(chuàng)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)的思路,以期快速響應(yīng)客戶需求。

三、基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法

產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法是指設(shè)計(jì)人員根據(jù)創(chuàng)造性思維的發(fā)展規(guī)律,在優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上總結(jié)的一系列的原理、技巧以及方法。這些方法或技巧,可以在各種創(chuàng)造、創(chuàng)新過程中得到借鑒,同時(shí)提高人們的創(chuàng)造、創(chuàng)新思維的能力和促進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新成果的實(shí)現(xiàn)效率。產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新的方法對創(chuàng)新有十分重要的作用,它既能產(chǎn)生直接的創(chuàng)新成果提高創(chuàng)新概念到產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的效率,同時(shí)也可啟發(fā)設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)新思維,提高創(chuàng)新的能力。機(jī)械產(chǎn)品的市場需求是進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新的基礎(chǔ),要把產(chǎn)品需求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)成果,必須經(jīng)過在原有的外形、尺寸及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新功能。機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新分為兩個(gè)層次:一是運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)的技術(shù)以及方法,以產(chǎn)品需求為基礎(chǔ),開發(fā)出全新的產(chǎn)品,成為原創(chuàng)型設(shè)計(jì)創(chuàng)新:二是運(yùn)用現(xiàn)代工業(yè)的設(shè)計(jì)方法對原有產(chǎn)品進(jìn)行外觀以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與改進(jìn),實(shí)現(xiàn)局部改進(jìn)創(chuàng)新,稱為次生型設(shè)計(jì)創(chuàng)新。實(shí)際上,人類數(shù)百年的工業(yè)發(fā)展史中,開創(chuàng)性的原創(chuàng)型設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)品所占的比例微乎其微,大量實(shí)用性高的創(chuàng)新產(chǎn)品都是次生型設(shè)計(jì)創(chuàng)新的產(chǎn)物。同時(shí),由于無需進(jìn)行原創(chuàng)型設(shè)計(jì)創(chuàng)新所需要進(jìn)行的大量原型設(shè)計(jì),因而能夠有效提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率,減少設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)所占用的時(shí)間。本文所介紹的基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法屬于次生型設(shè)計(jì)創(chuàng)新的范疇。

四、機(jī)械產(chǎn)品的次生型優(yōu)化創(chuàng)新方法

針對機(jī)械產(chǎn)品的次生型優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)新是指以在原有產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,在保留原有產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心功能與產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),對該產(chǎn)品外形、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等進(jìn)行優(yōu)化和再設(shè)計(jì),使得新產(chǎn)品具備原有產(chǎn)品所不具備的 新功能和特征。產(chǎn)品的次生型優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)新是建立在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化層次分類基礎(chǔ)上的創(chuàng)新活動,機(jī)械結(jié)構(gòu)的布局包括尺寸、形狀、拓?fù)淙齻€(gè)方面的信息,而尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)優(yōu)化中三個(gè)不同層次的問題月。針對機(jī)械產(chǎn)品尺寸、形狀、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì),以產(chǎn)品基本架構(gòu)組成零件之間的裝配關(guān) 系為前提,結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)注點(diǎn)是有待改進(jìn)或者進(jìn)一步開發(fā)的結(jié)構(gòu)要素。通常,這些結(jié)構(gòu)要素在設(shè)計(jì)之初并不明確,隱藏在復(fù)雜的形狀、色彩以及結(jié)構(gòu)形態(tài)之中,只有通過對多變的市場需求、多方面的用戶期望以及現(xiàn)有同類產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行深入分析,才能找出最具創(chuàng)新價(jià)值的結(jié)構(gòu)優(yōu)化要素。成功地選擇結(jié)構(gòu)優(yōu)化關(guān)注要素,為機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新思考確定清晰的方向。對機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新問題包含了優(yōu)化問題的三個(gè)要素,即設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)以及約束條件,機(jī)械產(chǎn)品的次生型優(yōu)化創(chuàng)新方法是TRJz。

篇（4）

一、優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論

優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法的重要內(nèi)容之一。它以數(shù)學(xué)規(guī)劃為理論基礎(chǔ)，以電子計(jì)算機(jī)為工具，在充分考慮多種設(shè)計(jì)約束的前提下，需求滿足預(yù)定目標(biāo)的最佳設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)能比較好的把現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和經(jīng)過長期實(shí)踐驗(yàn)證的設(shè)計(jì)內(nèi)容結(jié)合起來。這種技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用潛力，它的推廣應(yīng)用，對促進(jìn)我國設(shè)計(jì)工作現(xiàn)代化，起到良好的作用。

優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠成功的解決解析等其他方法難以解決的復(fù)雜問題，為工程設(shè)計(jì)提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，大大提高了設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)方面：一是如何將設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為確切反映問題實(shí)質(zhì)并適合于優(yōu)化計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，建立數(shù)學(xué)模型包括：選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)變量，建立優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。目標(biāo)函數(shù)是設(shè)計(jì)問題所要求的最優(yōu)指標(biāo)和設(shè)計(jì)變量之間的函數(shù)關(guān)系式，約束條件反映的是設(shè)計(jì)變量取得范圍和相互之間的關(guān)系；二是如何求得該數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)解；可歸結(jié)為在給定的條件下求目標(biāo)函數(shù)的極值或最優(yōu)值問題。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在給定載荷或環(huán)境下，在機(jī)械產(chǎn)品的形態(tài)、幾何尺寸關(guān)系或其他因素的限制范圍內(nèi)，以機(jī)械系統(tǒng)的功能、強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性等為優(yōu)化對象，選取設(shè)計(jì)變量，建立目標(biāo)函數(shù)和約束條件，并使目標(biāo)函數(shù)獲得最優(yōu)值一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，目前機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)已廣泛應(yīng)用于航天、航空和國防等各部門。

二、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)者采用的是經(jīng)驗(yàn)類比的設(shè)計(jì)方法。其設(shè)計(jì)過程可概括為“設(shè)計(jì)―分析―再設(shè)計(jì)”的過程，即首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求進(jìn)行調(diào)查，研究和搜集有關(guān)資料，參照相同或類比現(xiàn)有的、已完成的較為成熟的設(shè)計(jì)方案，憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，輔以必要的分析及計(jì)算，確定一個(gè)合適的設(shè)計(jì)方案，并通過估算，初步確定有關(guān)參數(shù)；然后對初定方案進(jìn)行必要的分析及校核計(jì)算；如果某些設(shè)計(jì)要求得不到滿足，則可進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改，并再一次進(jìn)行分析及較和計(jì)算，如此反復(fù)，直到獲得滿意的設(shè)計(jì)方案為止。這個(gè)設(shè)計(jì)過程是人工試湊與類比分析的過程，不僅需要花費(fèi)較多的設(shè)計(jì)時(shí)間，增長設(shè)計(jì)周期，而且只限于在少數(shù)幾個(gè)候選方案中進(jìn)行比較。

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)具備常規(guī)設(shè)計(jì)不具備的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)兩個(gè)方面：

1）優(yōu)化設(shè)計(jì)能使各種設(shè)計(jì)參數(shù)自動向更優(yōu)的方向進(jìn)行調(diào)整，直至找到一個(gè)盡可能完善的或最合適的設(shè)計(jì)方案。

2）優(yōu)化設(shè)計(jì)的手段是采用電子計(jì)算機(jī)，在較短的時(shí)間內(nèi)從大量的方案中選出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，并借助于計(jì)算機(jī)尋求優(yōu)化參數(shù)，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果?？梢越档蜋C(jī)械產(chǎn)品成本，提高它的性能；優(yōu)化過程中獲得的大量數(shù)據(jù)可以幫助我們獲得數(shù)據(jù)的變化趨勢，有利于對今后設(shè)計(jì)結(jié)果作出正確的判斷，從而不斷提高系列產(chǎn)品的性能；

用優(yōu)化設(shè)計(jì)方可合理解決多參數(shù)、多目標(biāo)的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題。

三、可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)能保證產(chǎn)品具有最佳的工作性能和參數(shù)匹配，最小的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量，但不能確保可靠性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)?？煽啃栽O(shè)計(jì)可以確?；蝾A(yù)測所設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的概率，確保產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)實(shí)現(xiàn)，但它不能保證產(chǎn)品具有最佳的工作性能和參數(shù)匹配，最小的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量，最低成本和最大效益。因此，要是產(chǎn)品既有可靠性要求，又有最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果，就必須將可靠性設(shè)計(jì)理論與最優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來，即采用可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。按這種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，既能定量的給出產(chǎn)品在使用中的可靠性，又能得到產(chǎn)品在功能、參數(shù)匹配、結(jié)構(gòu)尺寸與質(zhì)量、成本等方面的參數(shù)的最優(yōu)解。另外，在可靠性設(shè)計(jì)中也常采用最優(yōu)方法進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性分配。

四、優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展

隨著科學(xué)發(fā)展的需要， 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的不斷提高， 設(shè)計(jì)周期的白益縮短， 要求設(shè)計(jì)者考慮的因素也愈來愈多， 其計(jì)算方法的復(fù)雜性和精確性都是二般傳統(tǒng)設(shè)計(jì)難以完成的。面對這種技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀， 設(shè)計(jì)者便開始求助于新的理論和新的設(shè)計(jì)方法。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在這種情況下， 發(fā)展起來的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。

機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中發(fā)展較早的領(lǐng)域，不僅研究了連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)等再現(xiàn)函數(shù)和軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，而且還提出一些標(biāo)準(zhǔn)化程序。機(jī)構(gòu)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面也有很大進(jìn)展，如慣性力的最優(yōu)平衡，主動件力矩的最小波動等的優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最近20多年也有很大發(fā)展，主要是研究各種減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，滑動軸承和滾動軸承的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及軸、彈簧、制動器等的機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。除此之外，在機(jī)床、鍛壓設(shè)備、壓延設(shè)備、起重運(yùn)輸設(shè)備，汽車等的基本參數(shù)、基本工作機(jī)構(gòu)和豬蹄機(jī)構(gòu)方面也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

結(jié)束語

現(xiàn)實(shí)生活中，優(yōu)化問題存在于很多方面，已經(jīng)受到科研機(jī)構(gòu)、政府部門和產(chǎn)業(yè)部門的高度重視。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品市場經(jīng)濟(jì)日趨激烈，工礦企業(yè)迫切期望提高產(chǎn)品性能，減少原材料消耗，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的競爭力，這使得機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍越來越廣，收到的效益也愈來愈顯著。

篇（5）

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)時(shí)以成品的可靠性作為基準(zhǔn)，將外載力、零部件尺寸、承受能力等各項(xiàng)參數(shù)融合起來考慮。然后應(yīng)用力學(xué)理論、概率理論、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)等做出機(jī)械可靠性保障方案。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方法又被稱為安全系數(shù)法，其在機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候只要確保安全設(shè)計(jì)系數(shù)大于規(guī)定的數(shù)值即可，但是在實(shí)際應(yīng)用中機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)往往忽略了設(shè)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)性。因此在實(shí)際研究中應(yīng)注意將力學(xué)作為隨機(jī)變量，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中認(rèn)為各個(gè)受力因素會受到環(huán)境的影響，因?yàn)榄h(huán)境因素也是一個(gè)變量，還存在著一定的規(guī)律性可循[1]。機(jī)械強(qiáng)度受到材料的性能、加工精度、工藝環(huán)節(jié)的波動等影響，也呈現(xiàn)出一種波動性規(guī)律變化。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的不同的要求選取不同的特征函數(shù)，注意在計(jì)算的時(shí)候應(yīng)考慮其離散性，使用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算求解。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)考慮到各個(gè)參數(shù)的隨機(jī)分布，還應(yīng)據(jù)此來分析出機(jī)械的實(shí)際工作狀況。

2機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)案例

本次機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)研究選取蝸桿減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)作為研究的主要內(nèi)容，一級蝸桿減速器的主要失效形式有：渦輪齒面點(diǎn)蝕、渦輪齒折斷、鍵壓潰、軸折斷、軸承實(shí)效等幾類。針對蝸桿進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，其優(yōu)化模型為：Rs=Rcf?Rch?Rz?Rj?Rg。其中Rcf表示蝸輪齒根彎曲疲勞的可靠度；Rch表示渦輪齒面接觸疲勞可靠度；Rz表示輪軸的可靠度；Rg表示滾動輪軸可靠度；Rj表示鍵可靠度。蝸桿減速器進(jìn)行變量設(shè)計(jì)的時(shí)候，將蝸桿的模數(shù)定為m，蝸桿直徑系數(shù)為q、蝸桿軸直徑ds、蝸桿頭數(shù)zl、傳動比i、渦輪軸長度L。可靠性設(shè)計(jì)變量表示如圖1所示，其中X={m，z1、q、L、i、ds}。

圖1 蝸桿減速器變量優(yōu)化設(shè)計(jì)圖

蝸桿減速器的體積主要受到蝸輪、蝸輪軸、蝸桿等因素的影響，因此取三者的體積作為目標(biāo)函數(shù)：

Minf1（x）=π/4{B2（mz2）2+L1（mq）2+m?（q-2.4）2（0.9mz2-L1）+ds2[L-（1.5ds-B2）]}。其中蝸輪齒寬度為B2=[m（q+2）-0.5m]sina+0.8m。a=50°，a表示蝸輪齒寬度。則根據(jù)蝸桿可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算，必須建立相應(yīng)的約束條件，其中 ，其中式子中的 表示蝸桿允許的接觸應(yīng)力。蝸輪軸的強(qiáng)度為 。其中式子中的MD表示危險(xiǎn)截面積的彎矩均值。

3 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)建議

3.1 權(quán)衡和耐環(huán)境設(shè)計(jì)

針對機(jī)械進(jìn)行耐環(huán)境和權(quán)衡和設(shè)計(jì)，有利于設(shè)計(jì)者找出機(jī)械相對可靠的設(shè)計(jì)方案，并對機(jī)械的質(zhì)量、成本、體積以及可靠性等完成優(yōu)化。耐環(huán)境設(shè)計(jì)主要是基于綜合考慮的一種設(shè)計(jì)方式，從機(jī)械的零部件出發(fā)，將零部件的壽命周期內(nèi)的各種環(huán)境考慮進(jìn)去[2]。

3.2 預(yù)防故障設(shè)計(jì)法

機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行與否關(guān)系到機(jī)械設(shè)備的整體運(yùn)作功能是否在完整的串聯(lián)中各自發(fā)揮出自身的作用。整體功能大于部分功能將成為機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的重要目標(biāo)，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中首先要重視機(jī)械設(shè)備的可靠性，并對零部件進(jìn)行嚴(yán)格的需求控制和選擇控制。預(yù)防故障法設(shè)計(jì)中應(yīng)對選用的零部件和通用不見進(jìn)行驗(yàn)證分析，最大限度對故障進(jìn)行分析。

3.3 簡化以及余度設(shè)計(jì)優(yōu)化

篇（6）

VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的一門新學(xué)科，隨著數(shù)學(xué)規(guī)劃論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它與機(jī)械設(shè)計(jì)理論相結(jié)合，解決了在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中最優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。通過這種新的設(shè)計(jì)方法，可以從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找最佳的設(shè)計(jì)方案，從而大大減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動強(qiáng)度并提高了設(shè)計(jì)效率。

一、VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.含義。VB程序設(shè)計(jì)語言是一門面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是最優(yōu)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的移植和應(yīng)用，其基本思想是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的理論、方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等建立反映工程設(shè)計(jì)問題和符合數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的數(shù)學(xué)模型，然后采用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和計(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)自動找出設(shè)計(jì)問題的最優(yōu)方案。

2.現(xiàn)狀。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與機(jī)械設(shè)計(jì)水平的不斷提高，人們對機(jī)械工程結(jié)構(gòu)性能要求也越來越高。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很難適應(yīng)這些要求，因此在工程設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了多種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法就是其中之一。到目前為止，優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究工作很大程度上仍然局限于拓寬和加深優(yōu)化方法領(lǐng)域。以數(shù)學(xué)方法為主并配以應(yīng)用程序，如多目標(biāo)優(yōu)化，混合離散變量優(yōu)化或?qū)⑷斯ぶ悄堋⑷斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)及基因遺傳等算法應(yīng)用于優(yōu)化。經(jīng)過多年的努力，優(yōu)化理論得到進(jìn)一步完善?，F(xiàn)行的各種優(yōu)化方法及其程序幾乎完全能使大多數(shù)設(shè)計(jì)問題得到解決。

從70年代起，優(yōu)化方法開始應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中，并利用計(jì)算機(jī)求解實(shí)際工程設(shè)計(jì)問題。隨之各專業(yè)的優(yōu)化研究工作有了不同程度的發(fā)展，出現(xiàn)了許多與各專業(yè)相聯(lián)系的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。在機(jī)械行業(yè)中有許多用于工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化軟件。目前最常見的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件有華中科技大學(xué)的《優(yōu)化方法程序庫OPB-2》和《優(yōu)化方法程序庫OPB-1》等。這類優(yōu)化軟件著重于優(yōu)化方法的研究和實(shí)現(xiàn)，提供了一批可處理混合離散設(shè)計(jì)變量優(yōu)化問題的方法和程序。其中《優(yōu)化方法程序庫OPB-2》包含了許多現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，如人工智能等方法，另外還有與機(jī)械專業(yè)聯(lián)系十分緊密的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，如常見的減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件等，基本為各應(yīng)用單位自己研制，有很強(qiáng)的針對性，這些應(yīng)用軟件豐富多樣，大大推動了優(yōu)化方法在機(jī)械工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

二、VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的研究與實(shí)現(xiàn)

1.設(shè)計(jì)步驟。VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)步驟為：①將設(shè)計(jì)問題的物理模型轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型時(shí)要選取設(shè)計(jì)變量、確定目標(biāo)函數(shù)、給出約束條件；②采用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法求解數(shù)學(xué)模型；③編制優(yōu)化設(shè)計(jì)程序；④求解優(yōu)化結(jié)果；⑤分析優(yōu)化結(jié)果。

2.特點(diǎn)。VB是一個(gè)高級的矩陣/陣列語言，它包含控制語句、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、函數(shù)輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c(diǎn)。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序后再一起運(yùn)行。版本的VB新語言是基于最為流行的C++語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與C++語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員對數(shù)學(xué)表達(dá)式的書寫格式，更利于非計(jì)算機(jī)專業(yè)的科技人員使用。且這種語言可植性好、拓展性極強(qiáng)，這也是VB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因，VB由一系列工具組成，這些工具方便用戶使用VB的函數(shù)和文件，其中許多工具采用的是圖形用戶界面，包括VB桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。簡單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。

3.基于VB優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)軟件的程序編寫。本程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，設(shè)置一個(gè)主窗口程序和若干子窗口程序，各種優(yōu)化方法在子窗口程序中具體實(shí)現(xiàn)，使程序結(jié)構(gòu)變得清晰，簡化了程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行中通過主程序調(diào)用各優(yōu)化方法的子窗口程序。程序以主窗口程序?yàn)楹诵?，窗口中給出了本校機(jī)械專業(yè)大綱要求掌握的主要優(yōu)化算法，算法按照教材章節(jié)由易到難的順序依此給出了三類優(yōu)化問題的具體求解方法。選擇需要學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的優(yōu)化方法，點(diǎn)擊“下一步”按鈕，進(jìn)入子窗口程序。

三、結(jié)語

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已不能滿足現(xiàn)代設(shè)計(jì)的需要。所以，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)資源的廣泛共享，研究基于Internet的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。利用VB腳本語言和語言實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法數(shù)據(jù)庫、優(yōu)化設(shè)計(jì)算法模塊、機(jī)械零件優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊、設(shè)計(jì)軟件模塊和客戶留言模塊。系統(tǒng)界面優(yōu)美簡潔，易操作，具有很強(qiáng)的交互性，是集在線優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算、資料查詢和技術(shù)交流等功能為一體的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)資源服務(wù)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]任曉丹.基于VB機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的研究與實(shí)現(xiàn).

篇（7）

可視化（Visual）程序設(shè)計(jì)是一種全新的程序設(shè)計(jì)方法，避免許多繁瑣的代碼語句。它主要是讓程序設(shè)計(jì)人員利用軟件本身所提供的各種控件，像搭積木式地構(gòu)造應(yīng)用程序的各種界面。它涉及到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，成為研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)?？茖W(xué)計(jì)算可視化能夠把科學(xué)數(shù)據(jù)，包括測量獲得的數(shù)值、圖像或是計(jì)算中涉及、產(chǎn)生的數(shù)字信息變?yōu)橹庇^的、以圖形圖像信息表示的、隨時(shí)間和空間變化的物理現(xiàn)象或物理量呈現(xiàn)在研究者面前，使他們能夠觀察、模擬和計(jì)算。

1、視優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容

對機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行可視優(yōu)化設(shè)計(jì)，通常包括以下3個(gè)方面，即加工裝配過程可視化、運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)可視化、控制過程可視化。可視優(yōu)化設(shè)計(jì)法從研究內(nèi)容上主要體現(xiàn)兩方面：一是“檢驗(yàn)”；二是“優(yōu)化”?！皺z驗(yàn)”是指應(yīng)用可視優(yōu)化設(shè)計(jì)法，在設(shè)計(jì)階段就能完成對可加工性、可裝配性、運(yùn)動形態(tài)、動態(tài)性能、工作狀況、控制方案的全面檢驗(yàn)?！皟?yōu)化”是指在可視優(yōu)化設(shè)計(jì)中，可以通過優(yōu)化理論尋優(yōu)或方案對比尋優(yōu)，達(dá)到在設(shè)計(jì)階段優(yōu)化加工工藝、裝配工藝、運(yùn)動參數(shù)、動態(tài)特性、工作參數(shù)、控制策略的目的。

2、機(jī)械可視優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺設(shè)計(jì)

搭建設(shè)計(jì)平臺是一種將設(shè)計(jì)系統(tǒng)化與集成化的思想，設(shè)計(jì)平臺可以很好地將設(shè)計(jì)理念實(shí)施到具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中去。因此，國內(nèi)外在進(jìn)行與可視優(yōu)化相關(guān)研究時(shí)通常創(chuàng)建相應(yīng)的應(yīng)用平臺。機(jī)械實(shí)施可視優(yōu)化設(shè)計(jì)法也有必要搭建設(shè)計(jì)平臺來實(shí)現(xiàn)，搭建振動機(jī)械可視優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺可從其功能要求、功能模塊組成、軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各模塊的具體實(shí)現(xiàn)方法等環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)。

2.1平臺功能模塊

振動機(jī)械不同于普通機(jī)械，其動態(tài)性能是影響其最終質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在振動機(jī)械的方案設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段一般都要對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)計(jì)算、分析、仿真實(shí)驗(yàn)等操作。此外，作為一種機(jī)械設(shè)備，設(shè)計(jì)過程中自然也要考慮各零件間的可裝配性問題、具體的設(shè)計(jì)計(jì)算等問題。

2.2平臺軟件系統(tǒng)

可視優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺必須具有功能強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)支持方能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能目標(biāo)，可喜的是目前已有眾多的商業(yè)性軟件可用于機(jī)械產(chǎn)品的可視優(yōu)化設(shè)計(jì)，這些軟件按其主要功能可分為三維建模類、工程模擬類、控制仿真類、有限元計(jì)算類、軟件開發(fā)編程類等。產(chǎn)品研發(fā)部門應(yīng)該考慮平臺的功能模塊結(jié)構(gòu)、軟件的功能與價(jià)格、本單位人員的基本素質(zhì)等多方面因素，選擇合適的軟件搭建軟件集成平臺，搭建振動機(jī)械可視優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺選擇的軟件系統(tǒng)包括：三維建模類，常見的有So1idworks、Pro/E、UG等；工程模擬類ADAMS、DADS、SIMPACK等；有限元計(jì)算類ANSYS，NASTRAN，MARC等；軟件開發(fā)與編程類VB、VC++、Delphi、Visual Fortran等。

3、功能模塊實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3.1裝配過程的模塊實(shí)現(xiàn)方法

裝配質(zhì)量對振動機(jī)械工作性能的影響很大，在設(shè)計(jì)中必須給予重點(diǎn)考慮，對振動機(jī)械進(jìn)行裝配過程可視化研究的目標(biāo)是考慮設(shè)計(jì)的零件能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的裝配，以及確定合理的裝配順序。此外，裝配過程可視化模塊也負(fù)責(zé)向其他模塊提供零部件及整機(jī)的實(shí)體模型。因此如何快速實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)建也是此模塊重點(diǎn)考慮的問題，在實(shí)現(xiàn)方法上可考慮用編程軟件對三維建模軟件進(jìn)行二次開發(fā)創(chuàng)建某類振動機(jī)械的快速建模及裝配系統(tǒng)。一般的編程類軟件都可以編制上述可視化計(jì)算程序，因?yàn)閷φ駝拥那蠼馍婕按罅康木仃囘\(yùn)算，因此考慮用可視化編程能力強(qiáng)的VB軟件與矩陣計(jì)算能力強(qiáng)的Matrix VB結(jié)合可快速實(shí)現(xiàn)該模塊的研發(fā)。振動機(jī)械工作過程可視優(yōu)化研究目標(biāo)就是通過創(chuàng)建的振動機(jī)械數(shù)字樣機(jī)模型進(jìn)行各種試驗(yàn)，從而確保機(jī)械設(shè)備各方面性能滿足要求，各運(yùn)行參數(shù)得到相應(yīng)的優(yōu)化。其實(shí)現(xiàn)方法上與運(yùn)動可視化研究相似，可采用三維建模軟件與工程模擬軟件結(jié)合起來進(jìn)行研究。

3.2動態(tài)性能模塊實(shí)現(xiàn)方法

振動機(jī)械動態(tài)性能直接影響著機(jī)器的最終質(zhì)量性能和運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，因此設(shè)計(jì)中必須給予重點(diǎn)考慮。對振動機(jī)械進(jìn)行動力學(xué)可視化研究，目標(biāo)是通過三維實(shí)體模型，判斷振動機(jī)械的精確模態(tài)特性和在特定激勵(lì)作用下的響應(yīng)情況。此外，動力學(xué)可視化研究還用于求解振動機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)及停機(jī)時(shí)應(yīng)力、應(yīng)變變化情況。在實(shí)現(xiàn)方法上可考慮用三維建模軟件創(chuàng)建實(shí)體模型，接著導(dǎo)入到有限元分析軟件進(jìn)行動態(tài)性能可視化仿真研究。振動機(jī)械的運(yùn)動形態(tài)直接影響著該類機(jī)械設(shè)備的工藝效果，因此在設(shè)計(jì)過程要保證其運(yùn)動形式符合相關(guān)設(shè)計(jì)要求。對振動機(jī)械進(jìn)行運(yùn)動可視化研究，目標(biāo)就是檢驗(yàn)振動機(jī)的主運(yùn)動參數(shù)是否滿足要求，運(yùn)動是否發(fā)生干涉等問題。在實(shí)現(xiàn)方法上可考慮用三維建模軟件創(chuàng)建實(shí)體模型，接著導(dǎo)入到工程模擬類軟件進(jìn)行運(yùn)動狀態(tài)可視化仿真研究。

3.3數(shù)據(jù)存儲模塊實(shí)現(xiàn)方法

振動機(jī)械可視優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺研究環(huán)節(jié)眾多，且很多情況下需要反復(fù)運(yùn)行，相關(guān)的數(shù)據(jù)量較大。另外，平臺涉及的數(shù)據(jù)類型也很多，常見的有文字信息、數(shù)據(jù)、二維或三維圖形、結(jié)果報(bào)表、音頻及視頻多媒體數(shù)據(jù)等。因此，有效的管理和利用這些數(shù)據(jù)同樣是成功實(shí)施可視優(yōu)化設(shè)計(jì)法的關(guān)鍵，該模塊的實(shí)現(xiàn)方法可考慮創(chuàng)建功能相對齊全的中心數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理。

4、結(jié)束語

可視優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)方法在生產(chǎn)振動機(jī)械企業(yè)中的應(yīng)用還處于起步階段，相關(guān)的理論方法，如平臺的搭建策略、設(shè)計(jì)的協(xié)同性、試驗(yàn)驗(yàn)證方法等問題還有待進(jìn)一步研究。

篇（8）

作者簡介：王林軍（1982-），男，湖北黃岡人，三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，講師；吳海華（1970-），男，湖北黃岡人，三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院，教授。（湖北 宜昌 443002）

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）04-0104-01

雙語教學(xué)不僅在美國、加拿大、盧森堡、新西蘭等雙語國家或多語國家獲得了成功，而且在俄羅斯、日本、澳大利亞、保加利亞、匈牙利等單語國家實(shí)施也獲得了良好的效果。反思國內(nèi)的雙語教學(xué)情況，雖然英語教師非常努力地教，學(xué)生也非常認(rèn)真地學(xué)，但所取得的效果十分不理想。[1-2]國內(nèi)一些211和985重點(diǎn)院校（如浙江大學(xué)、北京大學(xué)等）的雙語教學(xué)工作開展順利，已在雙語教學(xué)教材、師資隊(duì)伍建設(shè)以及教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法方面取得許多研究成果。但地方本科院校的機(jī)械工程類雙語教學(xué)工作進(jìn)展十分緩慢，尤其是針對本科生開設(shè)的“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)在教學(xué)內(nèi)容與體系、英語教學(xué)環(huán)境、教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)、考核方式等方面嚴(yán)重不足，其主要原因是學(xué)生英語基礎(chǔ)差、自學(xué)能力較弱，“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)師資也相對薄弱。[3]上述差異決定了地方本科院校難以照搬重點(diǎn)院校的機(jī)械工程類雙語教學(xué)模式，因此探索一條適合于地方本科院校的“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)模式極為重要。

一、“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語課程現(xiàn)狀

“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”是一門把機(jī)械設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及方法相結(jié)合、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，而雙語教學(xué)主要是指教師采用英語或第二語言進(jìn)行課堂教學(xué)。但如何有系統(tǒng)有組織地開展符合三峽大學(xué)（以下簡稱“我?！保┨攸c(diǎn)的“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)，如何處理教材的問題、如何在學(xué)時(shí)數(shù)原本緊張的前提下開展雙語教學(xué)、雙語教學(xué)方法和教學(xué)手段該如何改進(jìn)、如何建立雙語教學(xué)考核體系、如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等等，這些都是在開展“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)時(shí)所需要研究的問題。雖然目前不少地方本科院校已經(jīng)開設(shè)了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)雙語課程教學(xué)，但大學(xué)生英語水平良莠不齊，不少教師的英語水平同樣還沒有達(dá)到能真正像漢語一樣熟練地運(yùn)用英語教學(xué)的地步，這使得雙語教學(xué)在“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程中的研究與實(shí)踐中碰到以下問題：[4-6]

1.雙語教學(xué)效果差

目前國內(nèi)英語教育主要以應(yīng)試為目標(biāo)，大學(xué)生的英語聽說能力普遍較弱。“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)中涉及許多專業(yè)詞匯和復(fù)雜的句型，如果采用比較單一的授課方式，學(xué)生既無興趣，又感到難以接受，無法準(zhǔn)確理解該課程專業(yè)知識。

2.教學(xué)內(nèi)容單一

我校該課程雙語教學(xué)的對象是機(jī)械制造及其自動化專業(yè)三年級學(xué)生，他們雖然已具備一定的數(shù)理基礎(chǔ)，但許多同學(xué)依然對機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程和內(nèi)容無法真正理解，甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒。這就要求雙語教師在進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)更加豐富多彩。

3.教學(xué)方法問題

在進(jìn)行“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)時(shí)，若還是采用傳統(tǒng)的滿堂灌教學(xué)模式，課程本身的難度和英語的聽力障礙將會導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。而國際上知名大學(xué)多數(shù)采取的是引導(dǎo)式、啟發(fā)式、互動式相結(jié)合的教學(xué)方法，后者更為有效，與“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語課程教學(xué)相適應(yīng)。

二、雙語教學(xué)方法的改革與實(shí)踐

依據(jù)機(jī)械工程類專業(yè)的特殊性，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行改革和實(shí)踐：

1.科學(xué)合理選擇教學(xué)內(nèi)容

考慮到我校機(jī)械制造及其自動化專業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)方案的特點(diǎn)及人才培養(yǎng)需要，對“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”雙語教學(xué)課程內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，主要包括以下教學(xué)內(nèi)容：緒論（介紹機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念與發(fā)展趨勢）；優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（介紹矩陣運(yùn)算和微積分的基礎(chǔ)知識，凸集、凸函數(shù)與凸規(guī)劃的基本理論）；常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法（介紹一維搜索方法、基于導(dǎo)數(shù)的優(yōu)化方法和非導(dǎo)數(shù)優(yōu)化方法等，包括智能優(yōu)化方法）；約束優(yōu)化問題的處理；多目標(biāo)優(yōu)化方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的靈敏度分析技術(shù)；MATLAB在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例中的應(yīng)用。這要求學(xué)生一方面掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論，另一方面應(yīng)學(xué)會運(yùn)用大型通用優(yōu)化設(shè)計(jì)工具軟件解決實(shí)際工程問題，真正做到學(xué)以致用。此外，在雙語教學(xué)過程中，應(yīng)安排大學(xué)生講述自己完成機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，以提高大學(xué)生英語表達(dá)能力，并達(dá)到相互啟發(fā)的作用。

2.努力營造英文教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)生英語水平

作為教師，應(yīng)認(rèn)真?zhèn)浜妹恳惶谜n，板書、考試和作業(yè)批改中都要使用英語，采取全英語對學(xué)生進(jìn)行提問，要求學(xué)生用英語回答，這樣有助于鍛煉學(xué)生的專業(yè)口語能力。同時(shí)，教師在給學(xué)生布置作業(yè)時(shí)，最好也是英語的，嚴(yán)格要求學(xué)生用英語完成，這樣有助于鍛煉學(xué)生的專業(yè)寫作能力，為將來可能地進(jìn)一步深造學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的論文撰寫基礎(chǔ)。實(shí)際上，教師在雙語教學(xué)活動中，除了布置一些該課程的課后英語作業(yè)外，還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生查找和閱讀與該課程相關(guān)的專業(yè)英語讀物，比如英文論文等，這樣有助于增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)英語使用能力，而且還能培養(yǎng)該專業(yè)大三學(xué)生用英語思考的良好習(xí)慣，為將來的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和深造打下一定的基礎(chǔ)。

3.努力加強(qiáng)我校雙語師資隊(duì)伍建設(shè)

為了提高教師的英語水平，每年安排教師參加由我校國際交流學(xué)院主辦的暑期雅思培訓(xùn)班，取得雅思6.0分及以上成績的教師才能擔(dān)任雙語教學(xué)課程。為了促進(jìn)教師英文水平的穩(wěn)步提高，以提升本校教師科研業(yè)務(wù)水平，學(xué)校定期派中青年教師出國交流學(xué)習(xí)，這勢必將會對雙語教學(xué)和師資隊(duì)伍建設(shè)有一個(gè)很大的促進(jìn)和提升作用。

4.充分利用本校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

三峽大學(xué)求索學(xué)堂為全校提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺包括公共教學(xué)平臺、多媒體課件制作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交互答疑系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)公共教學(xué)平臺包括學(xué)生工作區(qū)、教師工作區(qū)、管理工作區(qū)三大部分，主要功能模塊有公告欄、答疑、討論區(qū)、在線自測、在線作業(yè)、下載區(qū)、資源等。多媒體課件制作系統(tǒng)提供輔助教師教學(xué)的多媒體課件制作平臺；網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)交互答疑系統(tǒng)是一個(gè)可以在網(wǎng)上傳遞五種不同模式的電子教學(xué)、實(shí)時(shí)協(xié)作和通信的平臺，提供網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的教學(xué)雙邊多媒體交互環(huán)境。充分利用本校求索學(xué)堂，可以促使教師和學(xué)生的溝通，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生的知識獲取能力和自主學(xué)習(xí)能力。

5.對本校傳統(tǒng)的考核方式進(jìn)行科學(xué)合理的改革

“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)非常重要的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，屬于專業(yè)必修課程，該課程考核方式過去經(jīng)常是采取閉卷形式。這種考核方式有很大的不足，例如學(xué)生死記硬背優(yōu)化公式，而忽略了利用該課程核心內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計(jì)方法理論從工程上解決實(shí)際問題的能力，從而不能體現(xiàn)本校人才培養(yǎng)的要求。針對以上這些弊端，對該門課程的傳統(tǒng)考核方式進(jìn)行了改革，主要分為以下三個(gè)部分：閉卷考試成績（占40%）：主要是考查學(xué)生對優(yōu)化理論方法的理解和掌握程度；上機(jī)實(shí)驗(yàn)考試成績（占40%）：重點(diǎn)考核學(xué)生運(yùn)用計(jì)算機(jī)對優(yōu)化方法的編程和實(shí)現(xiàn)能力；平時(shí)成績（占20%）：主要是考核學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)和出勤情況。

該課程考核方式的改革，勢必將會促使學(xué)生更好地理解和掌握該課程的重難點(diǎn)內(nèi)容，也會提高學(xué)生利用計(jì)算機(jī)編寫優(yōu)化程序解決工程實(shí)際問題的能力，同時(shí)將會提高機(jī)械工程類本科生的綜合素質(zhì)和能力，這也非常符合本校這種“高素質(zhì)、強(qiáng)能力、應(yīng)用型”的人才培養(yǎng)目標(biāo)。

三、結(jié)論

雙語教學(xué)不但能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且還可以提高教師和學(xué)生的雙語應(yīng)用能力，對復(fù)合型人才的培養(yǎng)具有非常重要的意義。同時(shí)，在進(jìn)行雙語教學(xué)的過程中，要根據(jù)本校教師的英文水平和學(xué)生的認(rèn)知和接受程度，精心準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)教學(xué)手段，科學(xué)合理安排教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)而有效地使用評價(jià)方法，這樣不僅有助于學(xué)生及時(shí)了解和掌握本專業(yè)的前沿動態(tài)，還可以培養(yǎng)其直接閱讀經(jīng)典、前沿外文資料的能力。本文在對“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程雙語教學(xué)進(jìn)行了多輪教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對該課程雙語教學(xué)的背景、教學(xué)內(nèi)容與體系、英語教學(xué)環(huán)境、師資隊(duì)伍建設(shè)、考核方式等問題進(jìn)行了總結(jié)和改革，以期望對二本院校機(jī)械工程類“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”課程雙語教學(xué)與改革有一定的促進(jìn)作用。

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篇（9）

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0013-01

在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要對參數(shù)模型進(jìn)行求解和優(yōu)化，特別是在大型的復(fù)雜的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，需要重復(fù)建模、重復(fù)優(yōu)化模型。除了遺傳算法等數(shù)學(xué)方法使用外，CAD技術(shù)應(yīng)用對復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化問題取得了較好的效果并產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效果。

1 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的CAD技術(shù)

單體機(jī)械機(jī)構(gòu)的優(yōu)化對象主要是零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，涉及的學(xué)科少、優(yōu)化的功能單一，優(yōu)化的過程只限于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)構(gòu)成之間的關(guān)系。對于復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)，優(yōu)化的對象對體現(xiàn)整體優(yōu)化思維，即整體優(yōu)化大于局部優(yōu)化。在這個(gè)過程中就需要采用合理的手段和方法優(yōu)化的范圍綜合起來。計(jì)算機(jī)輔助手段日臻完善，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中把原理方案、功能，結(jié)構(gòu)方案、總體參數(shù)以及結(jié)構(gòu)性狀的全部設(shè)計(jì)包含在內(nèi)，真正的做到全局優(yōu)化。

復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜、方法多變，涉及多學(xué)科多目標(biāo)，而優(yōu)化更要在這些方法找到更有效的方案更為困難。因此單一的方法來解決整體的優(yōu)化問題肯定不行，但是采用CAD進(jìn)行整體的優(yōu)化和分解協(xié)調(diào)優(yōu)化，通過模型建立，減少計(jì)算縮短優(yōu)化時(shí)間。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中器件多，耦合度高，利用CAD技術(shù)可以在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中應(yīng)用網(wǎng)狀分解的方法，將其分解，這種分解方法除了提高CAD利用效率之外還可以解決優(yōu)化過程中的交叉學(xué)科問題，例如利用CAD機(jī)械設(shè)計(jì)的協(xié)同優(yōu)化。在整體優(yōu)化中目前的CAD技術(shù)還沒有形成普遍使用的分解方法，因此分解的正確性并不是可以控制的，這成為CAD的在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用的瓶頸。但是優(yōu)化設(shè)計(jì)分層優(yōu)化取得比較好的效果，由此建立起來的CAD優(yōu)化發(fā)展。

2 CAD機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)建模應(yīng)用

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)就是設(shè)計(jì)者借助CAD技術(shù)將設(shè)計(jì)形體可視化、模擬化、可修改、可分析優(yōu)化，進(jìn)一步通過計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化實(shí)體模型。產(chǎn)品的優(yōu)化可以在CAD中進(jìn)行三維幾何重現(xiàn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)通過三維虛擬優(yōu)化，采用幾何模型描述對象的位置、結(jié)構(gòu)、大小和性狀，并尋求最高效的組合途徑，通過優(yōu)化的賦值可以將對象的顏色、紋理等信息進(jìn)行詳細(xì)描述，優(yōu)化產(chǎn)品的原型，在這個(gè)過程中CAD的建模優(yōu)化是最常見的優(yōu)化方法。

2.1 參數(shù)建模優(yōu)化

這種優(yōu)化是通過工程關(guān)系以及幾何方法在CAD中給予產(chǎn)品的性狀特征，從而可以在產(chǎn)品功能上和設(shè)計(jì)方法上尋求類似的模型，通過模型的優(yōu)化達(dá)到設(shè)計(jì)優(yōu)化。在CAD中建立產(chǎn)品與參數(shù)之間的關(guān)系，而參數(shù)作為變量形成變量集合。在優(yōu)化過程中通過參數(shù)的變化影響設(shè)計(jì)對象的變化，參數(shù)優(yōu)化模型采用修改和定義的幾何建模。參數(shù)建模優(yōu)化包含工程優(yōu)化、拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、尺寸優(yōu)化等，這些都是CAD參數(shù)建模優(yōu)化中需要考慮的因素。

2.2 特征建模優(yōu)化

這種優(yōu)化是在CAD環(huán)境下從整個(gè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段來優(yōu)化設(shè)計(jì)，可表述為集成優(yōu)化。進(jìn)行集成優(yōu)化需要在CAD條件下建立系統(tǒng)的、完整的、全面的描述需要優(yōu)化的信息，使得各種特征能夠從設(shè)計(jì)中顯現(xiàn)優(yōu)化的策略。特征建模優(yōu)化可以明確的表示優(yōu)化邏輯關(guān)系、互動關(guān)系以及關(guān)聯(lián)特征方面進(jìn)行表述和描述。特征建模優(yōu)化能夠在CAD環(huán)境中建立高層次的產(chǎn)品功能要素，對優(yōu)化的信息進(jìn)行聯(lián)動管理，體現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化中，對形狀、結(jié)構(gòu)等復(fù)雜產(chǎn)品優(yōu)化建模是思想，將產(chǎn)品的多特征進(jìn)行特征分解，根據(jù)分解的特征相互建立優(yōu)化途徑，通過特征之間的運(yùn)算達(dá)到優(yōu)化整個(gè)設(shè)計(jì)的目的。

3 具備知識庫智能CAD在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的發(fā)展

優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)高度智慧的創(chuàng)新的活動。CAD技術(shù)系統(tǒng)引入知識庫，產(chǎn)生智能的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這成為ACD機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向之一。知識庫智能CAD能夠在信息優(yōu)化、知識優(yōu)化的基礎(chǔ)上建立基于優(yōu)化思維的知識庫。它能夠及時(shí)對優(yōu)化設(shè)計(jì)的方向進(jìn)行評估，利用知識庫的評價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)信息的交換和共享，解決優(yōu)化設(shè)計(jì)中對信息和知識和需求。機(jī)械設(shè)計(jì)問題是模糊的，而優(yōu)化的方式和途徑也多樣，對復(fù)雜產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，建立知識庫信息獲取、組織和表達(dá)。因此具備知識庫智能CAD快速發(fā)展，為CAD在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供了新的途徑。在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)不僅具有創(chuàng)意，而且優(yōu)化應(yīng)具備整體性和科學(xué)性。優(yōu)化設(shè)計(jì)可以根據(jù)優(yōu)化的途徑分為優(yōu)化搜索和優(yōu)化創(chuàng)新。優(yōu)化搜索可以根據(jù)各種方案選擇一種最好的組合達(dá)到優(yōu)化目的。在知識庫智能CAD中具備的專家系統(tǒng)，采用參數(shù)匹配、信息匹配、結(jié)構(gòu)匹配的方法將優(yōu)化的產(chǎn)品進(jìn)行搜索，選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，遍歷知識庫中相似結(jié)構(gòu)的模型。如果知識庫建立的足夠大，足夠科學(xué)則搜索優(yōu)化的優(yōu)化度更高；優(yōu)化創(chuàng)新是直接通過知識庫得到最佳的優(yōu)化結(jié)果。這種優(yōu)化方法可以通過CAD的知識庫，將設(shè)計(jì)的參數(shù)、模型、結(jié)構(gòu)導(dǎo)入直接產(chǎn)生優(yōu)化結(jié)果。但是不論是那種優(yōu)化方法都要依據(jù)設(shè)計(jì)的原始信息，根據(jù)實(shí)際情況綜合分析智能CAD優(yōu)化結(jié)果，得出優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案。

4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能CAD在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的發(fā)展

在優(yōu)化設(shè)計(jì)中如果將優(yōu)化的任務(wù)進(jìn)行分解，形成各階段優(yōu)化的方案過多，而后面的的優(yōu)化組成數(shù)量也迅速增加，這樣就容易形成優(yōu)化組合爆炸。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中面臨如此大的優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)，往往需要更高層次的歸納和綜合，對綜合的信息進(jìn)行少量分析即可找到優(yōu)化的決策。一般CAD的優(yōu)化只能在參數(shù)、簡單結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行優(yōu)化，而在如此復(fù)雜的框架優(yōu)化、整體優(yōu)化中顯然不能滿足優(yōu)化要求。因此具備神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能CAD能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)的信息通過人工網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化決策方式進(jìn)行模擬。將優(yōu)化的各層次和任務(wù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)，共同完成階段的優(yōu)化工作。

5 結(jié)論

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要的工具。在知識庫研究、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究、以及模糊控制研究方面已經(jīng)取得了很多經(jīng)驗(yàn)并發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要借助CAD這個(gè)途徑將這些研究的思維移植并實(shí)現(xiàn)將大大提高CAD機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率，產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。

篇（10）

工程機(jī)械一體化監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容