時(shí)間：2023-05-24 08:52:15
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
1.優(yōu)化設(shè)計(jì)可以最大限度地節(jié)約設(shè)計(jì)開支和成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益
雖然隨著機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步以及管理流程的簡化，新時(shí)期的機(jī)械設(shè)計(jì)成本開支已經(jīng)有所降低，但是仍然有可以壓縮的空間。需要注意的是，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法對機(jī)械設(shè)計(jì)的成本開支進(jìn)行削減，要基于保障設(shè)計(jì)質(zhì)量的前提；倘若成本的控制要以犧牲質(zhì)量為代價(jià)，則這樣的控制手法必須果斷舍棄。在機(jī)械設(shè)計(jì)中采取優(yōu)化設(shè)計(jì)路線，能夠減輕前期和設(shè)計(jì)過程中的成本開支，為設(shè)計(jì)單位節(jié)省一筆不小的資金。優(yōu)化設(shè)計(jì)的最佳方案往往是符合設(shè)計(jì)流程的，是可以發(fā)揮出現(xiàn)有材料、設(shè)備和人員最大能量的，所以不需要額外耗費(fèi)多余的人力、財(cái)力和物力。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠節(jié)約機(jī)械設(shè)計(jì)的開支成本是有科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)的。
2.優(yōu)化設(shè)計(jì)可以提高機(jī)械產(chǎn)品的科技附加值，從而提高產(chǎn)品的競爭力和提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益
機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是一種自然屬性但是具備商業(yè)價(jià)值的“商品”，這就必然要與市場發(fā)生關(guān)聯(lián)。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠增加機(jī)械產(chǎn)品的科技含量和技術(shù)附加值，大大提高產(chǎn)品的市場競爭力。例如，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展以及相互之間融合度越來越高，機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)化正在形成，即機(jī)械設(shè)計(jì)可以作為一個(gè)單獨(dú)的工程鏈條存在。如果把機(jī)械設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)普通商品看待，這種商品必須是價(jià)格最低、質(zhì)量最好、科技含量最高的，這樣該產(chǎn)品才能在市場中取得占有率，企業(yè)才能因此獲取利益最大化。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)企業(yè)都在努力追求“這樣的機(jī)械產(chǎn)品”，而這樣的產(chǎn)品往往需要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。
優(yōu)化設(shè)計(jì)為機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品的技藝提升、附加值增大提供了全新的路徑，也為機(jī)械設(shè)計(jì)單位和企業(yè)的發(fā)展增添了新的利潤增長點(diǎn)。例如，隨著信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料技術(shù)、液壓技術(shù)、加工制造工藝的不斷發(fā)展和成熟，機(jī)械設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)有一種或多種新技術(shù)的注入，最終的機(jī)械產(chǎn)品往往“飽含科技”，其技術(shù)附加值自然可以達(dá)到一個(gè)高位。類似這樣的高附加值機(jī)械產(chǎn)品，在市場中的價(jià)格是可以預(yù)見的，企業(yè)因此帶來的收益也很高。由此可見，優(yōu)化設(shè)計(jì)對于當(dāng)今的機(jī)械設(shè)計(jì)的重要性。
二、實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效策略
優(yōu)化設(shè)計(jì)可以為機(jī)械設(shè)計(jì)提供質(zhì)量和效益的保證，因此必須引入科學(xué)有序的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使之產(chǎn)生明顯的效果。從當(dāng)前的情況看，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)可以從如下角度考量。其一，機(jī)械設(shè)計(jì)的一維搜索優(yōu)化方法，這種方法也是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的最典型代表，以數(shù)學(xué)函數(shù)為理論基礎(chǔ)，透過搜索區(qū)間的確定，來保證優(yōu)化方案的有效性。一維搜索方法是一維問題的最基本方法，也是多維機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)方法。
眾所周知，機(jī)械設(shè)計(jì)大都是多維的，很少有一維的情況，但是這恰恰說明了一維的重要性和基礎(chǔ)。就好比數(shù)學(xué)中的從0到9的10個(gè)數(shù)字，它們構(gòu)筑了數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，成為數(shù)學(xué)的理論“細(xì)胞”。一維搜索方法在機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用，往往直接影響優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的求解速度。其二，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)用到約束優(yōu)化方法和無約束優(yōu)化方法。在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用的是約束優(yōu)化的方法。除此之外，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以通過線性規(guī)劃方法、多目標(biāo)及離散變量優(yōu)化方法來實(shí)現(xiàn)。總之，諸多優(yōu)化方法的存在和操作為機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了多元化的路徑。（本文來自于《黑龍江科學(xué)》雜志。《黑龍江科學(xué)》雜志簡介詳見。）
三、結(jié)語
關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)；農(nóng)業(yè)機(jī)械；應(yīng)用研究
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(dòng)力學(xué)進(jìn)行自動(dòng)分析的軟件，由美國機(jī)械動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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)
在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)中采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的在于能夠?qū)崿F(xiàn)通過模型的各項(xiàng)功能計(jì)算和設(shè)計(jì)，達(dá)到降低成本，能夠發(fā)揮最優(yōu)性能。在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，要對具有影響效果的約束條件和各類參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。本案例設(shè)計(jì)中，滿足各項(xiàng)受力條件下，所使用的材料質(zhì)量最小，采用過渡段半徑作為設(shè)計(jì)參數(shù)，部件的最大應(yīng)力小于材料許用應(yīng)力。本案例中選擇的45號鋼，最大的屈服應(yīng)力大于350N/mm2，安全系數(shù)設(shè)定為3.0，軸最大應(yīng)力＜114N/mm2，結(jié)合各參數(shù)和約束條件，從而分析出最優(yōu)的結(jié)果。
關(guān)鍵詞：優(yōu)化設(shè)計(jì)；機(jī)械設(shè)計(jì)；效率；最佳方案
我國在工程運(yùn)用中都取得了非常大的進(jìn)步與很好的成效,然而和國外的先進(jìn)優(yōu)化技術(shù)相比還是有非常大的差異,在現(xiàn)實(shí)工程中能夠起到作用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案或者是設(shè)計(jì)結(jié)果所占據(jù)的比例并不是非常的大。計(jì)算機(jī)等輔助裝備性能的不斷增強(qiáng)、加之市場與科技的雙重推進(jìn)，使優(yōu)化技術(shù)能夠在機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中的運(yùn)用得到了迅猛的發(fā)展,遺傳算法、粒子群法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其它一些智能的優(yōu)化方法在優(yōu)化設(shè)計(jì)中也得到了非常廣泛的引用。現(xiàn)代機(jī)械正向著大型化、復(fù)雜化的方向發(fā)展,傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在實(shí)際工程的運(yùn)用中逐漸顯表現(xiàn)的有些單調(diào)與乏力，已經(jīng)不能滿足產(chǎn)品不斷創(chuàng)新的需求,機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)急需創(chuàng)新和發(fā)展。
1機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的相關(guān)定義
優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠展示出人們對于設(shè)計(jì)規(guī)律這個(gè)客觀世界認(rèn)知的深化。設(shè)計(jì)上的優(yōu)化值具體是指在特定條件的影響下能夠取得的最佳設(shè)計(jì)值。最優(yōu)值是一個(gè)比較相對的概念,其和數(shù)學(xué)上的極值相比還是有很多不同的。
2機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)研究內(nèi)容
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種比較科學(xué)、現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方式,而且是“最優(yōu)”的。此處的“最優(yōu)”也是相對而言的,伴隨科技的不斷發(fā)展以及設(shè)計(jì)條件不斷變化,最優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)也隨之改變。優(yōu)化設(shè)計(jì)體現(xiàn)了人們對于客觀世界認(rèn)知的深化,需要人們按照事物發(fā)展的客觀規(guī)律,在特定的物質(zhì)基礎(chǔ)與技術(shù)情況下完全發(fā)揮人的主觀能動(dòng)性,獲得最好的設(shè)計(jì)方案。
2.1優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的區(qū)別
優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的就是最優(yōu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用數(shù)學(xué)手段創(chuàng)建能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的的優(yōu)化模型；在大量能夠?qū)嵤┑脑O(shè)計(jì)方案里面選擇出最好的設(shè)計(jì)方案；其所運(yùn)用的手段就是計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)具有非常快的運(yùn)算速度，可以從數(shù)量較多的方案中挑選出“最優(yōu)方案”。即使在建模的時(shí)候需要進(jìn)行合適的適簡化,或許會(huì)導(dǎo)致所得到的結(jié)果不是完全可行或者是實(shí)際最優(yōu)的，然而它是以客觀規(guī)律與數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，不需要太多費(fèi)用，所以其具備了經(jīng)驗(yàn)類比或者是試驗(yàn)手段所沒有的特征。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)同樣也追尋著最優(yōu)的結(jié)果，經(jīng)常是以調(diào)查分析為基石，根據(jù)設(shè)計(jì)需要與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參照相似的工程設(shè)計(jì),經(jīng)過估算、經(jīng)驗(yàn)對比、試驗(yàn)以及構(gòu)思、評價(jià)、再構(gòu)思、再評價(jià)的尋優(yōu)步驟來選擇設(shè)計(jì)方案，接下來需要?jiǎng)偠取?qiáng)度以及穩(wěn)定性等其它方面進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)有關(guān)實(shí)踐可以看出，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)還要大量不足之處需要改善，并且最后的結(jié)果基本上離不開初始設(shè)計(jì)的試驗(yàn)范圍。
2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)所研究的內(nèi)容
優(yōu)化設(shè)計(jì)首先需要選擇設(shè)計(jì)變量、制定目標(biāo)函數(shù)、列出約束條件以及構(gòu)建優(yōu)化模型,其次是選用比較合適的優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化求解,其主要包含了建模與求解。建模的要求:了解與把握優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本理論知識、設(shè)計(jì)問題抽象與數(shù)學(xué)模型處理的基本技能；具備此領(lǐng)域豐富的專業(yè)知識與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
2.3機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)特點(diǎn)
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)其實(shí)就是將計(jì)算方法與數(shù)學(xué)規(guī)劃理論運(yùn)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中去，按照所設(shè)定好的目標(biāo)，憑借電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算尋找最佳設(shè)計(jì)方案的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而能夠獲得更大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的成效，其具備了普通的機(jī)械設(shè)計(jì)所沒有的特征。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：能夠減少機(jī)械產(chǎn)品的成本，增強(qiáng)它的性能。
2.4機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)基本思路
在保證基本機(jī)械性能的基礎(chǔ)上，依托計(jì)算機(jī),運(yùn)用部分具有較高精度的力學(xué)與數(shù)學(xué)規(guī)劃方法來進(jìn)行計(jì)算。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟：對設(shè)計(jì)變量進(jìn)行分析，提出目標(biāo)函數(shù)，確定約束條件，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型；選用合適的優(yōu)化方式，編寫優(yōu)化程序；準(zhǔn)備所需要使用的初始數(shù)據(jù)并且上機(jī)進(jìn)行計(jì)算，對計(jì)算所得到的結(jié)果進(jìn)行必要的驗(yàn)證。
3機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
優(yōu)化準(zhǔn)則法針對不同類型的約束、變量以及目標(biāo)函數(shù)等需要導(dǎo)出完全不一樣的優(yōu)化準(zhǔn)則,通用性非常差,并且基本上都是近似最優(yōu)解；規(guī)劃法需要經(jīng)過大量的迭代、不斷進(jìn)行分析，需要花費(fèi)大量的資金，這在很大程度上限制了它在實(shí)際工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中的宣傳運(yùn)用。現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)復(fù)雜程度越來越高,傳統(tǒng)的優(yōu)化算法已經(jīng)不能跟上時(shí)代的潮流。
3.1遺傳算法
遺傳算法最是早由美國密歇根大學(xué)的Holland教授所提出的，是模擬生物進(jìn)化的過程、高度并行、隨機(jī)以及自適應(yīng)的全局優(yōu)化概率搜索算法。其根據(jù)獲得最大收益的原則進(jìn)行隨機(jī)搜索,不需要使用任何梯度信息,就能夠獲得全局最優(yōu)解,具備非常強(qiáng)的靈活性、通用性與全面性；其缺點(diǎn)就是不能夠確保下一代比上一代要好。在1980年的時(shí)候，被大量的運(yùn)用到函數(shù)優(yōu)化與人工搜索等其它方面，在最近的幾年里更多的是被運(yùn)用到工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中，其主要適合設(shè)計(jì)變量比較少的情況使用。
3.2粒子群算法
Kennedy和Ebehart在1995年的時(shí)候提出了模擬鳥群覓食環(huán)節(jié)的粒子群法，從一個(gè)優(yōu)化解集進(jìn)行搜索，經(jīng)過個(gè)體之間的相互競爭與合作，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜空間中最優(yōu)解的全局搜群法與遺傳算法相比，容易實(shí)現(xiàn)、原理簡單以及有記憶性，不需要進(jìn)行變異與交叉操作，需要調(diào)節(jié)的參數(shù)并不是非常的多，收斂的速度很快，算法所獨(dú)有的并行搜索不僅能夠降低陷入局部極小的可能性，進(jìn)一步提高了算法的性能與計(jì)算的效率。目前，其已經(jīng)被應(yīng)用到了對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行、對優(yōu)化動(dòng)態(tài)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練等其它方面，然而運(yùn)用在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的研究還是非常少的。
4案例分析
內(nèi)燃機(jī)連桿結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是很難使得連桿達(dá)到不但要輕而且又非常可靠的目標(biāo)，而選用最優(yōu)化方法并結(jié)合采用有限元法數(shù)值計(jì)算技術(shù)對連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，則可圓滿完成這一任務(wù)，并得出連桿最優(yōu)化設(shè)計(jì)后的結(jié)構(gòu)形狀。在連桿結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算中，每向最優(yōu)方案前進(jìn)一步，都需要對連桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元研究，其主要目標(biāo)就是為最優(yōu)化的設(shè)計(jì)提供變形、應(yīng)力以及疲勞安全系數(shù)等相關(guān)信息。運(yùn)用有限元的方式對連桿結(jié)構(gòu)在全部720°循環(huán)的過程中做動(dòng)態(tài)分析，會(huì)獲得非常好的效果，然而這就會(huì)導(dǎo)致會(huì)有一個(gè)非常繁瑣的計(jì)算過程，需呀花費(fèi)大量的時(shí)間。所以，在最優(yōu)化過程中可配合使用計(jì)算比較方便、結(jié)果也比較準(zhǔn)確以及花費(fèi)時(shí)間比較少的最大拉、壓工況下的有限元靜力分析，而后對連桿上應(yīng)力、變形最大及疲勞安全系數(shù)最小的特征部位的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正。修正值可通過對連桿最優(yōu)化設(shè)計(jì)初始方案的動(dòng)態(tài)分析或?qū)σ延羞B桿的動(dòng)應(yīng)力電測得到。
5結(jié)語
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)為機(jī)械工程界創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)富，伴隨科技手段的不斷更新，優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展具有非常廣闊的前景。目前的優(yōu)化正逐漸的發(fā)展成為多學(xué)科的優(yōu)化設(shè)計(jì)，完全運(yùn)用最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)是未來發(fā)展的重點(diǎn)，仿真技術(shù)也逐步向著協(xié)同化與系統(tǒng)化的方向不斷發(fā)展。目前依然處在理論探究階段的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)、智能算法優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)、柔性機(jī)械優(yōu)化以及綠色優(yōu)化等都是未來機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)發(fā)展方向。然而我們依然需要注意的是，在逐漸增強(qiáng)優(yōu)化技術(shù)水平的同時(shí)，國內(nèi)的機(jī)械加工的工藝水平、制造技術(shù)以及加工手段也需要同步增強(qiáng)，否則機(jī)械的整體水平依然會(huì)停在原地。這不但要引入先進(jìn)的加工技術(shù)，更為重要的是不斷增強(qiáng)加工設(shè)備自身的性能，特別是數(shù)控機(jī)床的加工水平。增強(qiáng)與國際技術(shù)發(fā)達(dá)國家之間的溝通與合作，軟、硬件技術(shù)共同提升，以期達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)——加工一體化的目的。
作者:張鑫 單位:西京學(xué)院
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；理論；方法
隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的概念和思維方式也在不斷發(fā)生變化，機(jī)械設(shè)計(jì)能夠在一定程度上反映出社會(huì)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(jì)。因此加大力度探討機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法，能夠?yàn)闄C(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的未來發(fā)展指明方向。
1 機(jī)械傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)的對比
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是基于最優(yōu)化設(shè)計(jì)的，主要以數(shù)學(xué)模型作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本途徑。優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法及思維屬于優(yōu)化方法的范疇之內(nèi)，這種設(shè)計(jì)思想會(huì)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(jì)算的條件下，從各種可行性相對較強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案中擇優(yōu)選取最佳的設(shè)計(jì)方案。由于設(shè)計(jì)方案較多，那么就需要使用電子計(jì)算機(jī)加以篩選，這主要得益于電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度非常快，從而從諸多設(shè)計(jì)方案中篩選出最優(yōu)方案。雖然在實(shí)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(huì)導(dǎo)致計(jì)算所得的結(jié)果與實(shí)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(fèi)太高的費(fèi)用，所以說，這種建模計(jì)算的方法具有經(jīng)驗(yàn)類比或者試驗(yàn)途徑不可比擬方面的優(yōu)勢之處，再加上一定的經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，就能夠獲得一個(gè)非常理想的設(shè)計(jì)結(jié)果。雖然傳統(tǒng)設(shè)計(jì)也追求最優(yōu)化的設(shè)計(jì)結(jié)果，一般是基于調(diào)查、分析，按照實(shí)際需求以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，參照類似于工程設(shè)計(jì)，經(jīng)估算、類比以及試驗(yàn)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(jì)方案，最后開展剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。然而在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，存在主觀方面、時(shí)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(jì)結(jié)果的最優(yōu)化選擇無法正常進(jìn)行，這些設(shè)計(jì)結(jié)果的計(jì)算也僅僅具有校對、核驗(yàn)以及補(bǔ)充等方面的作用，只能對原有方案的可行性加以證實(shí)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往需要花費(fèi)高額的資金以及人力，而且最終結(jié)果也與初始設(shè)計(jì)試驗(yàn)范圍差不離。所以說，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)要求的設(shè)計(jì)結(jié)果，并非最優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。
2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的評判指標(biāo)
效率要高、可靠性要高、采用成熟的計(jì)算程序、穩(wěn)定性要好。另外選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法時(shí)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(gè)人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。優(yōu)化設(shè)計(jì)的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，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(jì)變量個(gè)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(jì)算穩(wěn)定性較好的方法，例如BFGS變尺度法和內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)相結(jié)合的方法。
3 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法
3.1 準(zhǔn)則優(yōu)化法
在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)的方案，以促進(jìn)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。準(zhǔn)則優(yōu)化法在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的優(yōu)勢，其概念直觀性較強(qiáng)，并且計(jì)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(shí)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(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)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(shí)際應(yīng)用中，其所考慮的范圍具有一定局限性，一旦實(shí)際約束條件較多，會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率，因此在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)對此項(xiàng)因素進(jìn)行深入衡量和分析，以全面提高機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。
3.2 線性規(guī)劃法
在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中也存在一定不足，極易受到收斂條件、壓縮因子以及擴(kuò)展因子等多種因素的影響導(dǎo)致難以準(zhǔn)確計(jì)算出機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的最優(yōu)解。因此為保障機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際效果，應(yīng)當(dāng)全面衡量各項(xiàng)因素，包括初始單純形的各頂點(diǎn)線性獨(dú)立情況以及新單純形構(gòu)成后對實(shí)際收斂情況進(jìn)行準(zhǔn)確的驗(yàn)算，并嚴(yán)格檢查計(jì)算結(jié)果是否滿足相關(guān)精度要求，從而全面提高機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)算方式進(jìn)行反復(fù)求解，直至滿足機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的精度標(biāo)準(zhǔn)，從而提高機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。
3.3 非線性規(guī)劃法
就機(jī)械工程的實(shí)際情況來看，大部分機(jī)械工程的性質(zhì)都屬于非線性規(guī)劃，隨著非線性程度的不斷加大，難以將其完全簡化為線性問題。非線性規(guī)劃正是基于數(shù)學(xué)極值的原理所開展的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過無約束直接法、無約束間接法和約束直接法、約束間接法等對優(yōu)化問題進(jìn)行不斷求解，以保證機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果。
3.4 現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法
在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，往往存在不同種類的約束、變量及目標(biāo)函數(shù)，為保證機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果，機(jī)械優(yōu)化準(zhǔn)則法能夠結(jié)合機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，積極推導(dǎo)出不同的優(yōu)化準(zhǔn)則，但其實(shí)際通用性并不理想。規(guī)劃法在實(shí)際應(yīng)用中需要進(jìn)行多次重復(fù)驗(yàn)算，此種情況下往往需投入大量的人力物力資源，并且實(shí)際優(yōu)化設(shè)計(jì)的效率并不理想，甚至在一定程度上限制了規(guī)劃法在現(xiàn)代機(jī)械工程項(xiàng)目優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用深度和廣度。隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械工程中優(yōu)化設(shè)計(jì)的難度也不斷加大，有必要積極選取合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來提高機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的總體質(zhì)量和效果。
結(jié)束語
總而言之，機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化是基于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)上所提出的，通過與現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的協(xié)調(diào)配合，促進(jìn)一種科學(xué)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的形成，在機(jī)械工程中，有助于改善機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效果，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品達(dá)到高質(zhì)量和高水平。隨著現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法也不斷進(jìn)步，每一種機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法都具有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，能夠針對機(jī)械產(chǎn)品的性能及其他因素選取核實(shí)的設(shè)計(jì)變量和最優(yōu)的設(shè)計(jì)方法，從而促進(jìn)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1]吳亞明.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用發(fā)展分析[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2015（6）.
1 機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性
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(huì)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(dòng)等影響，也呈現(xiàn)出一種波動(dòng)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(dòng)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(dòng)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
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中，簡化設(shè)計(jì)作為一種基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)思路明確，即零部件的數(shù)量應(yīng)盡可能避免冗余，減少故障出現(xiàn)。機(jī)械的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)中必須對其錯(cuò)誤故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從小故障處理做起盡可能保障機(jī)械的可靠性。通過簡化和余度設(shè)計(jì)優(yōu)化可以有效提升可靠性生產(chǎn)以及避開故障的能力[5]。簡化優(yōu)化設(shè)計(jì)即對機(jī)械生產(chǎn)中的一些不必要方式進(jìn)行優(yōu)化，減少一些超標(biāo)負(fù)荷承載工作，調(diào)整機(jī)械各個(gè)部件的生產(chǎn)情況。
關(guān)鍵詞：機(jī)械優(yōu)化；設(shè)計(jì)理論；方法研究
引言
機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)在一定程度上是機(jī)械領(lǐng)域移植中最優(yōu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)對機(jī)械應(yīng)該過程有著重要的推動(dòng)作用。機(jī)械設(shè)計(jì)不僅利于方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠把繁瑣的設(shè)計(jì)問題進(jìn)一步的簡單化，同時(shí)也是機(jī)械設(shè)計(jì)過程中比較重要方案之一。
1.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的理論特點(diǎn)
1.1具有一定的針對性
針對機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)而言，其特點(diǎn)在一定程度上具有針對性，相應(yīng)優(yōu)化方式能夠?qū)?yīng)優(yōu)化問題，每個(gè)不同的優(yōu)化設(shè)計(jì)形式不僅具有一定的范疇，同時(shí)也具有相應(yīng)的領(lǐng)域要求。在對機(jī)械優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要對情況進(jìn)行具體的分析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行參考，對其蘊(yùn)含變量形式進(jìn)行有效的考慮，在一定程度上對效果的最佳狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。
1.2具有客觀性
客觀性體現(xiàn)主要是在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行建立的，在對機(jī)械進(jìn)行優(yōu)化的過程中，應(yīng)該注意把一些具體的設(shè)計(jì)問題進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)學(xué)問題。按照可觀性進(jìn)行分析，對其相應(yīng)的函數(shù)變量進(jìn)行有效的分析，結(jié)合具體形式制定出具體的設(shè)計(jì)優(yōu)化形式，對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行建立，分析機(jī)械優(yōu)化數(shù)據(jù)，對優(yōu)化的形式進(jìn)行不斷的完善。
1.3具有一定的創(chuàng)新性
針對創(chuàng)新而言，它是新時(shí)代的新思想，只要擁有創(chuàng)新，社會(huì)經(jīng)濟(jì)才能夠在一定程度上不斷的發(fā)展。機(jī)械在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，也不能夠離開創(chuàng)新思想，優(yōu)化設(shè)計(jì)屬于傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)所優(yōu)化的結(jié)果，針對傳統(tǒng)的優(yōu)化型設(shè)計(jì)而言，其設(shè)計(jì)相對來說比較老舊，不適合現(xiàn)代生活成產(chǎn)中的優(yōu)化，現(xiàn)代生產(chǎn)過程中的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠?qū)Ξa(chǎn)品的性能進(jìn)行主動(dòng)分析。由于科學(xué)時(shí)代的發(fā)展，人們對計(jì)算機(jī)應(yīng)用方式進(jìn)行不斷的借助，對函數(shù)進(jìn)行大規(guī)模運(yùn)算，通過運(yùn)算能夠在一定程度上得出機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的最優(yōu)方案。
2.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的方法
2.1對準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化
針對準(zhǔn)則化而言，它在一定程度上是優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中一種傳統(tǒng)的表現(xiàn)形式，原理的形成不是根據(jù)數(shù)學(xué)進(jìn)行計(jì)算，而是結(jié)合物理學(xué)角度以及力學(xué)角度等進(jìn)行有效的分析，具有一定的主觀性。其優(yōu)點(diǎn)就是對概念進(jìn)行更加直觀的優(yōu)化，計(jì)算所根據(jù)的物理原理相對來說比較簡單，在單一目標(biāo)函數(shù)形勢下有著更加好的優(yōu)化效果，在一定程度上適合傳統(tǒng)工程的應(yīng)用。但是有力也有弊，弊端就是在對多目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的過程中，比較容易出現(xiàn)問題，優(yōu)化效率相對來說也是比較低的。
2.2對于線性規(guī)劃
針對線性規(guī)劃而言，在一定程度上對數(shù)學(xué)極值原理的方式進(jìn)行有效的運(yùn)用以及優(yōu)化，是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中比較重要的方法。線性規(guī)劃方法不僅可以分為單純形法，同時(shí)還可以分為序列線性規(guī)劃法。單純形法一開始是由美國學(xué)者進(jìn)行提出的，是對優(yōu)化設(shè)計(jì)方式進(jìn)行解答的一個(gè)簡單和直接的方法，單純形法對單一目標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的分析，并且具有優(yōu)化的作用，但是在對多函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算的過程中，顯得不是特別有效。序列線性規(guī)劃法能夠在一定程度上拆解機(jī)械設(shè)計(jì)問題，對部分優(yōu)化模式也能夠進(jìn)行有效的求解，對其進(jìn)行分步驟的進(jìn)行求解，在對每部進(jìn)行解答后在對其進(jìn)行有效的整合，進(jìn)行重新求解，最終對準(zhǔn)確的數(shù)值進(jìn)行有效的求解。這樣能夠讓機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程在一定程度上更具有準(zhǔn)確性，但是針對計(jì)算形式來說，比較繁瑣，具有較大的計(jì)算工作量，因此。效率性的缺少，不利于機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.3對于非線性規(guī)劃
針對非線性規(guī)劃而言，在實(shí)際生產(chǎn)以及生活的過程中，非線性規(guī)劃應(yīng)用相對來說是比較廣泛的。對機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中起到推動(dòng)性作用，對線性規(guī)劃進(jìn)行完全運(yùn)用的解讀的結(jié)果是比較片面的，因此非線性規(guī)劃運(yùn)用在一定程度上是一項(xiàng)比較重要的革新方式。非線性規(guī)劃在數(shù)學(xué)模式進(jìn)行計(jì)算的過程中，不僅可以分為無約束直接法，還可以分為無約束間接法。針對無約束直接法在一定程度上主要是對機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方式中的已有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)也對再生信息進(jìn)行試探分析，對最優(yōu)值形式進(jìn)行求出。然而無約束間接法在一定程度上是對數(shù)學(xué)原理進(jìn)行利用，對函數(shù)進(jìn)行計(jì)算求優(yōu)方式。是機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中比較重要的組成部分。
3.機(jī)械在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的主要展望
在目前生產(chǎn)生活當(dāng)中，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用還不是很廣泛，其原因就是具有較大的建模難度，現(xiàn)今技術(shù)模式在進(jìn)行計(jì)算的過程中，顯得比較低，具有較低的準(zhǔn)確性，對復(fù)雜的優(yōu)化產(chǎn)品難以進(jìn)行處理，對全局進(jìn)行解答都是比較吃力的，所以在進(jìn)行研究優(yōu)化的過程中，可以先從簡單的部件進(jìn)行有效地優(yōu)化，對優(yōu)化效率進(jìn)行不斷的提升。在原有基礎(chǔ)上加入先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，對生產(chǎn)優(yōu)化的方式和方法進(jìn)行有效的探究，促進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化的全面性。
4.總結(jié)
隨著經(jīng)濟(jì)時(shí)代的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)在一定程度上在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到了比較廣泛的應(yīng)用，這讓優(yōu)化設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)得到了一定的發(fā)展。所以，在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意理論和實(shí)踐這兩者的結(jié)合，這樣才能夠讓機(jī)械化設(shè)計(jì)得到廣闊的發(fā)展空間。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；應(yīng)用趨勢
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場產(chǎn)品競爭也越來越激烈，產(chǎn)品品種的換代速度加快，產(chǎn)品的復(fù)雜性在不斷增加。所以產(chǎn)品生產(chǎn)正在以小批量、多品種的生產(chǎn)方式取代過去的單一品種大批量生產(chǎn)方式[1]。而這種生產(chǎn)方式，肯定會(huì)縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，產(chǎn)品的成本也會(huì)降低，產(chǎn)品提高市場的占有率和競爭力也會(huì)提高。所以在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用優(yōu)化設(shè)計(jì)是滿足市場競爭的需要。
1 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
目前，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，很多的機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中都會(huì)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，才用優(yōu)化設(shè)計(jì)能解決結(jié)構(gòu)重量擴(kuò)展到降低應(yīng)力水平，還還能改進(jìn)結(jié)構(gòu)性能以及提高產(chǎn)品安全壽命等問題。
對機(jī)械結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法有：用遺傳算法對空間桿桁架的桿截面進(jìn)行尺寸優(yōu)化，從而得到空間桁架較好的結(jié)構(gòu)。對一些結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有：用數(shù)值解法計(jì)算機(jī)械產(chǎn)品的形狀優(yōu)化，并采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法進(jìn)行形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)。下面介紹下在振動(dòng)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的對比分析 ：
筋板在連接結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁，能提高其抗彎和抗扭剛度；對開式截面的結(jié)構(gòu)，作用很明顯；而對閉式結(jié)構(gòu)作用影響不大。筋板作為壁板加強(qiáng)時(shí)，剛度作用增強(qiáng)，能抵抗局部變形。
無論采用何種優(yōu)化方法，在迭代過程中求解目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的值是必不可少的，在一些方法中，需要求解目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的1階甚至2階偏導(dǎo)數(shù)。這些約束函數(shù)往往是結(jié)構(gòu)的性能要求，如結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、位移、頻率、穩(wěn)定性、可靠性等，這些性能經(jīng)常是設(shè)計(jì)變量的高階非線性函數(shù)。如果采用經(jīng)典的力學(xué)公式能獲得滿足工程要求的結(jié)果，則在優(yōu)化過程中，不斷調(diào)用這些公式計(jì)算當(dāng)前函數(shù)值或?qū)?shù)值，就可以完成優(yōu)化迭代。在這樣的方法中，由于函數(shù)最終表達(dá)為顯式，因而計(jì)算所化的時(shí)間和存儲(chǔ)量以當(dāng)前的計(jì)算機(jī)技術(shù)看來是不難做到的。但是，對于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)來說，采用力學(xué)公式求解往往就不能勝任了。在有限元等數(shù)值方法快速發(fā)展的今天，自然被用在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的分析中。由于這些數(shù)值方法應(yīng)用廣泛，可以求解結(jié)構(gòu)的各類問題，包括靜力、動(dòng)力、彈塑性、熱傳導(dǎo)等，因此，隨著計(jì)算機(jī)的軟件和硬件技術(shù)快速發(fā)展，在過去經(jīng)常被視作瓶頸的計(jì)算速度和存儲(chǔ)量，對于一般的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化已經(jīng)不是太大的問題時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化中越來越多地采用數(shù)學(xué)規(guī)劃+數(shù)值計(jì)算的模式。這種模式最大的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性好，使用方便，適合各類機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，包括大型桿系結(jié)構(gòu)、三維連續(xù)體和板殼結(jié)構(gòu)以及各種載荷和約束條件下的優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是，隨著優(yōu)化迭代次數(shù)的增加，重分析次數(shù)也大幅度上升，尤其對于大規(guī)模的結(jié)構(gòu)問題，特別是涉及動(dòng)力、可靠性問題，如果單次有限元分析的時(shí)間就很長，再加上求偏導(dǎo)數(shù)時(shí)的重分析時(shí)間將可能使求解變得過于耗時(shí)，以致不可行。
2 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用趨勢
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著最優(yōu)化方法的不斷發(fā)展和改善， 已逐漸得以發(fā)展。近些年來， 在結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)算法的方面，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)偏向于采用接近實(shí)際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型來模擬一些大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)， 由于設(shè)計(jì)的變量數(shù)目比較大，所以研究新的準(zhǔn)則優(yōu)化方法非常受到重視，但是如何去針對一些特殊的結(jié)構(gòu)才設(shè)計(jì)相應(yīng)的公式，解決在數(shù)值計(jì)算與推導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)問題，同時(shí)還可以使用一些機(jī)械系統(tǒng)的分解與優(yōu)化方法， 在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，可以按優(yōu)化多級分解或進(jìn)行子結(jié)構(gòu)分解，對于一些多學(xué)科的較為復(fù)雜的系統(tǒng)可以采用學(xué)科分解優(yōu)化的方法。分解的算法關(guān)鍵在于如何去建立各個(gè)子問題之間的耦合關(guān)系，比如可以通過采用線性分解和使用最優(yōu)解對參數(shù)的靈敏度等方法來建立起耦合關(guān)系，讓一些子問題的解相容，從而確保迭代收斂，但是問題是怎樣保證一定能求解。并采用計(jì)算技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中去。像人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)， 遺傳算法等方法， 在最近十余年來被機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展很快。它們對連續(xù)混合與離散變量的全局優(yōu)化， 這對發(fā)展結(jié)構(gòu)近似重分析的專家系統(tǒng)有重要的作用。現(xiàn)在的問題就是該如何去提高優(yōu)化精度、質(zhì)量、加快收斂， 增加方法的通用性[2]。形狀優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化和材料優(yōu)化的集成在機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化中具有非常重要的價(jià)值，是并行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要組成部分，也是以后的研究重點(diǎn)。
拓?fù)鋬?yōu)化在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中是重要的參考依據(jù)， 讓復(fù)雜部件和結(jié)構(gòu)在概念設(shè)計(jì)階段即可理性地、靈活地優(yōu)選方案，并有可能解決一些大型實(shí)際結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。拓?fù)鋬?yōu)化在研究中所提出的均勻化等方法，可以將形狀優(yōu)化、布局優(yōu)化和材料選擇集成一體，為機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、工藝和材料提供科學(xué)的手段。但是如果要處理一些龐大的優(yōu)化模型和有限元的計(jì)算量非常大，應(yīng)力需要約束處理、對“多孔狀”材料分布圓整化，單元消失有可能會(huì)引起計(jì)算模型病態(tài)等問題。
機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)在工程機(jī)械設(shè)計(jì)中的具有非常重要的實(shí)用價(jià)值，如要解決優(yōu)化設(shè)計(jì)中有限元模型的龐大性問題、多學(xué)科設(shè)計(jì)與解決結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題交叉問題。對于機(jī)械設(shè)備、結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的健壯性與可靠性是機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)非常關(guān)心的問題， 綜合考慮健壯性、可靠性及成本的全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、理論及其應(yīng)用，則會(huì)給出更加接近實(shí)際的結(jié)果，應(yīng)當(dāng)應(yīng)予重視[3]。在研究這類問題中，對包括隨機(jī)性和模糊性的不確定因素也應(yīng)當(dāng)應(yīng)予注意。為增強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)盡可能的為工程實(shí)際所服務(wù)， 進(jìn)一步開展設(shè)計(jì)的實(shí)用性。所以開發(fā)和完善通用性的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)變得十分迫切。
從近幾年來國家自然科學(xué)基金所資助的項(xiàng)目來看，單就機(jī)械學(xué)科相關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的項(xiàng)目就有將近20項(xiàng)，其中包括廣義優(yōu)化設(shè)計(jì)，模糊優(yōu)化，全性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，分解優(yōu)化設(shè)計(jì)，可靠性優(yōu)化，人機(jī)一體化設(shè)計(jì)與光機(jī)電一體化，有機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)性能優(yōu)化也有基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，復(fù)雜機(jī)電耦合設(shè)計(jì)理論與方法與系統(tǒng)解耦研究以及機(jī)電產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)方法與理論等，在今年還提出的軋制件模具的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法， 面向產(chǎn)品的創(chuàng)新的概念設(shè)計(jì)等課題， 這些方面的研究充分反映出我國已經(jīng)非常重視機(jī)械設(shè)計(jì)的研究工作和機(jī)械機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向[4]。
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關(guān)鍵詞：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)；雙語教學(xué)；教學(xué)實(shí)踐
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“我校”）特點(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(dòng)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(huì)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(dòng)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(dòng)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(huì)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(dòng)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(huì)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(dòng)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(huì)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(huì)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(huì)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(dòng)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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