本论文主题涵盖三篇精品范文，主要包括《机械优化设计论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。摘要：机械优化设计融合了多种学科，具有很强的综合性和理论性，同时也具有很强的应用价值，在机械工程中起到重要的作用，对提升机械性能有很大的帮助，作为一种解决复杂问题的理论工具有很重要的应用意义。本文主要介绍机械优化设计的应用和发展情况，从传统方法和现代化方法进行分析，以及讨论未来优化的发展情况。
第一篇：机械优化设计论文
机械优化设计的应用
【摘 要】机械优化设计主要是以数学计算为基础，目的在于优化机械制造设计，使设计达到最有利的学科，作为一种解决复杂问题的理论工具有重要的现实应用意义。因此，机械优化设计的应用前景十分广泛。对此，本文简要分析了机械优化设计的应用和发展情况，根据机械运行情况制定相应的优化策略，从而有利于确保机械的可靠生产，维持安全稳定生产。
【关键词】机械优化设计;应用
1. 引言
随着科学技术的不断发展，使得大量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加复杂，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，并逐渐发展成为现代化的机械设计方法。
2. 传统机械的优化方法的应用与发展概述分析
2.1 传统机械优化设计方法的应用
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相关优化。
在机械结构上，内点罚函数优化法，对刚度和压弯组合强度结构进行良好优化，一方面满足尺寸要求，另一方面能够良好的控制结构自重。在形态方面，注意轴对称锻造部件的毛坯形状的优化。在性能上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，从而提高机械的传力性能，因此，传统机械优化设计方法取能取得一定良好的效果。
2.2 传统优化设计方法的改进分析
在新的设计方法出现后，传统机械优化设计进行相关改进：设计中普遍采用最优设计方案和设计策略，帮助达到最优组合性能;建立能够反映设计问题的数学模型，提高机械设计的准确性;利用计算机选择最优方案，通过计算机程序解决更加复杂的计算;计算机辅助设计，降低人工设计的误差。
3. 机械可靠性优化设计的重要分析
机械可靠性设计时以成品的可靠性作为基准，将外载力、零部件尺寸、承受能力等各项参数融合进行综合考虑。同时需要应用力学理论、概率理论、数据统计学等做出机械可靠性保障方案。
而在实际应用中机械可靠性设计一般会忽略设计参数的随机性。因此，在实际研究中应注意将力学作为随机变量，机械可靠性设计中认为各个受力因素会受到环境的影响，因为环境因素是一个变量，存在着一定的规律性可循。机械强度受到材料的性能、加工精度、工艺环节的波动等影响，呈现一种波动性规律变化。
机械可靠性设计时，根据设计的不同的要求选取不同特征函数，注意在计算的时候应考虑其离散性，使用概率统计方法进行计算求解。机械可靠性设计时应考虑各个参数的随机分布，据此分析出机械的实际工作状况。
4 .现代机械的优化设计应用分析
现代高新设计方法在机械优化设计中的应用越加广泛。而现代的设计不仅是单一的完成给定产品的设计，而是要将产品使用及设备维修等因素统一进行综合考虑。因此，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;涉及到轻工纺织行业、军事工业机械优化设计;涉及到建筑领域机械优化设计;涉及到食品机械等机械优化设计。
4.1 优化设计网络软件
优化算法的研究已经有所成绩，利用网络平台开发工业化在线优化软件，便于工业设计使用。对在线机械优化设计软件来说，亟待解决的问题是模型问题，对非常复杂的系统来说，结构、流程、物料和系统参数等非常复杂，如果计算对象比较模糊，运算效率会受到严重的影响，会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，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，能良好的实现各种模型的遗传算法，并已成功应用于甲醇合成机械设计的优化工作中。
4.2 在MATLAB中的应用
在机械设计中引入优化设计方法，使设计的机械零件满足性能要求，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，避免传统设计方法中人工试凑、分析比较过程中的繁杂与重复，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，最终设计的夹具比采用传统设计方法设计的质量轻、成本低且设计效率高。
4.3 多层向前神经网络的使用
多层向前神经网络是目前神经网络模型中应用较广的一种，通过输入层、隐层和输出层，将模型输入信息进行单项的传播输出，整个模型中均不存在反馈链接。
多层向前神经网络具有很高的运算速度，非线性的映射能力更突出，在机械优化设计中，能利用这种模型的特点，对机械结构的多目標优化进行映射。
除神经网络模型的应用外，很多专业的数学软件也应用于机械设计工作中，能够很好的将计算问题与实际问题结合起来，在解决大部分工程问题时能够节约大量的时间，而且计算结构也非常精确，因此，在自动化控制和机械设计领域都有很好的应用。
4.4 反馈神经网络在机械优化设计中的应用
反馈神经网络模型的基本内容是双向相连的神经元系统，每个神经元间的连接都具有特别的权值，这个神经网络对于输出和反馈能够统一应用，将整个网络的能量函数和机械设计的目标函数映射起来，神经网络的进化过程则与机械优化设计的最优过程对应起来，在实际应用中，寻找神经网络模型与问题的解的过程十分关键。
5 .结语
总而言之，机械优化设计关系着机械日常生产的安全稳定运行，因此，其重要性不言而喻，那么在实际工作中必须对现代机械设计进行优化。通过优化机械安全运行模式，使得机械在日常工作中发挥出其主要功用，为保持机械稳定生产做贡献，提高机械设计的质量和速度。随着数学理论和计算理论的发展，机械优化设计方法也在不断更新，各种设计方法都得到了不同程度的完善。因此，机械优化设计不但要深化工程设计理论，更要结合多种学科使计算优化更加智能方便。
参考文献：
[1]王霄琳.机械CAD技术在机械可靠性优化设计中的应用[J].中国科技信息，2014(16)：146-147.
[2]王瑾.面向环境的产品设计制造及应用研究[J].机械管理开发，2011.
[3]王维威，解念锁.金属基复合材料的加工方法及应用[J].科技创新导报，2010(29).
[4]史向坤，王健.遗传算法在机械优化设计中的应用价值分析[J].科技风，2012(08).
作者：刘建华 孙亚辉 李金榜
第二篇：机械优化设计的应用发展分析
摘 要：机械优化设计融合了多种学科，具有很强的综合性和理论性，同时也具有很强的应用价值，在机械工程中起到重要的作用，对提升机械性能有很大的帮助，作为一种解决复杂问题的理论工具有很重要的应用意义。本文主要介绍机械优化设计的应用和发展情况，从传统方法和现代化方法进行分析，以及讨论未来优化的发展情况。
关键词：机械优化设计;应用;优化;发展
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。
1 传统优化方法的应用与发展分析
1.1 传统机械优化设计方法的应用
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。
1.2 传统优化设计方法的一些改进
在新的设计方法出现后，传统机械优化设计进行了一些改进：设计中普遍采用最优设计方案和设计策略，帮助达到最优组合性能;建立能够反映设计问题的数学模型，提高机械设计的准确性;利用计算机选择最优方案，通过计算机程序解决更加复杂的计算;计算机辅助设计，降低人工设计的误差。
2 现代机械优化设计方法的应用和发展
随着机械设计要求不断提高，设计工作需要考虑的问题也越来越多，整体需要解决的问题规模和复杂度都有所增强，传统优化方法的问题暴露出来，局部优化和最优解不再适用于大规模问题的设计，这使得机械设计工作者广泛吸取其他学科的理论知识，产生全新的机械设计思路，通过算法来解决一些复杂的设计问题。
2.1 反馈神经网络在机械优化设计中的使用
反馈神经网络模型的基本内容是一些双向相连的神经元系统，每个神经元之间的连接都具有特别的权值，这个神经网络对于输出和反馈能够统一应用，这样将整个网络的能量函数和机械设计的目标函数映射起来，神经网络的进化过程则与机械优化设计的最优过程对应起来，在实际应用中，寻找神经网络模型与问题的解的过程十分关键。
2.2 多层向前神经网络在机械优化设计中的使用
多层向前神经网络也是目前神经网络模型中应用较广的一种，通过输入层、隐层和输出层，将模型输入信息进行单项的传播输出，整个模型中不论是层内还是层间，均不存在反馈链接。多层向前神经网络具有很高的运算速度，非线性的映射能力也更突出，在机械优化设计中，能够利用这种模型的特点，对机械结构的多目标优化进行映射。
除了神经网络模型的应用外，很多专业的数学软件也应用于机械设计工作中，比如MATLAB，作为功能强大的工程数据计算软件，能够很好的将计算问题与实际问题结合起来，其中配置了大量的工程函数，在解决大部分工程问题时能够节约大量的时间，而且计算结构也非常精确，所以在自动化控制和机械设计领域都有很好的应用。
3 遗传算法的应用与发展
遗传算法简称GA，是一种全新的概率优化算法。遗传算法作为一种非确定性的拟合自然算法，模仿了自然界生物进化的特点和规律，对于随机对象进行自然选择，按照自然界的适者生存法则来循环处理数据，最终产生的随机群体会收敛于整体的最优解。遗传算法有很强的自适应性，借助自然界遗产的规律，能够对全局都进行优化处理，同时遗传算法是潜在的并行计算算法，所以拥有很高的计算效率。遗传算法以其全局优化的优越性，主要应用于机器学习和控制领域，最近几年也得到发展被应用于机械优化设计中。
3.1 遗传算法与机械结构优化设计
简单的遗传算法线性适应度非常理想，通过非线性适度与自适应的变异概率来优化一般的遗传算法，以此来解决机械结构的优化问题，多峰值函数极值等都具有实际的参考意义。
3.2 遗传性算法与可靠性分析
框架结构系统结合遗传算法，能够对系统结构的可靠性进行优化分析。
3.3 遗传算法与故障诊断
遗传算法网络模型中，各个神经元之间的权值可以作为染色体向量，模拟基因多点交叉变异能够对随机对象进行优化选择，这种遗传算法能够应用于变压器故障的诊断。
4 机械优化设计软件的应用与发展
4.1 专用软件的应用与发展
目前国内机械优化设计专用软件开发和使用的都比较少，机械优化设计软件的开发还需要积累足够的经验，根据工作经验转换成计算机功能组成专用软件。计算机辅助设计软件的使用，能够帮助解决很多机械设计中的工程问题，结合人工神经网络和遗传算法，开发计算与图形化功能，专业软件的发展速度也是越来越快。
4.2 网络在线机械优化设计软件
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。
5 总结
机械优化设计在传统机械设计的基础上，结合了大量的先进科学得到了高效的设计方法，大大提高了机械设计的质量和速度，随着数学理论和计算理论的发展，机械优化设计方法也在不断更新，思维更加开阔，各种设计方法也都得到了不同程度的完善。所以机械优化设计不但要深化工程设计理论，更要结合多种学科打开更加广阔的发展未来。
参考文献：
[1]王瑾.面向环境的产品设计制造及应用研究[J].机械管理开发，2011(01).
[2]王维威，解念锁.金属基复合材料的加工方法及应用[J].科技创新导报，2010(29).
[3]王瑾.基于材料的绿色产品设计与管理研究[J].科技创新导报，2009(32).
[4]张运节.机械优化设计综述与展望[J].科技信息.2009(06).
[5]孙学军.人工神经网络在机械优化设计中的应用[J].黑龙江科技信息，2011(32).
[6]史向坤，王健.遗传算法在机械优化设计中的应用价值分析[J].科技风，2012(08).
作者：吴亚明
第三篇：培养创新思维优化机械设计教学
摘 要： 学习的主体是学生，思考的主体是学生，实践的主体还是学生，教学应该做到以人为本，在改革的大好形势下与时俱进，探索育才良方，以收获最佳教学效果。
关键词： 机械设计;课程改革;做大贡献
课程改革前，由于内容之间相对独立，各机构之间的结构各有特点，相互之间联系少，课程重点不突出。学习时没有细化的明确任务和目标，学生接受很被动，学生普遍反映这门课“难学”“不太理解”“听不懂”，通过率也是各类课程里面最低的。学生上课积极性不高，课堂气氛低沉，学习效果不好。改革后，由于章节环环相扣，第一步就是学生为自己设计喜欢或相关的机构，后面的每一步都是为了实现机构的运动目标而实践，学生学起来有方向、有程序，特别是小组讨论方案，气氛非常活跃。教师在其中只是起到引导和帮助解决问题的作用，学习的主体是学生，思考的主体是学生，实践的主体还是学生，收到了较好的学习效果。
一、培养学生自学能力，开启创新的源泉
为此，笔者做了如下努力：①激发学生兴趣，提高学生学习自主能动性首先要向学生介绍本课程与自己专业的关系。尤其是船舶、汽车、飞机相关专业的学生习惯的认为机械设计应该是机制、机设、机电专业的课程，与他们关系不大。老师第一次上课就应该先向学生介绍机械设计与他们所学专业的关系。比如第一次给汽车班上课，可以先提问学生汽车变速箱里面是什么结构，或者开车挂挡为什么要踩离合器等问题，给飞机班上课可以提问飞机降落时地面给机轮的力为什么不会使得机轮转动等问题，让学生在第一节课就知道本课程与自己专业密切相关，使他们端正对本课程的态度，产生学习的兴趣，提高了他们学习的自主能动性。其次要向学生阐述本课程的意义及学习本课程的重要性。随着科学技术不断发展进步，机械类行业的竞争越来越激烈，而生存的核心竞争力就是不断创新并开发出新的产品。对于才开始接触机械行业的学生来说，《机械设计基础》这门课程就是他们认知机械行业巨人的开始。该课程可使学生获得机械设计方面知识，掌握设计简单机械传动装置的能力。除此之外，重点培养学生分析解决问题的能力，提高学生创新设计能力，以此实现高等技术应用型人才的培养目标。②引导学生课前预习，课后自学，夯实基础知识，建立知识框架在课堂结尾，老师以提问的方式告知学生下节课的重点，让学生课下有针对性的学习，下次课可以集中精力在课堂上解决预习中未解决的疑问，提高学习效率，缩短基本知识授课时间，增加老师发散性问题的教学时间，来培养学生的创新思维。要求学生课后巩固所学知识点的同时引导学生通过网络资源和图书馆资源来更深入理解课上发散性问题的相关知识，拓宽思维方式，培养创新能力。
二、采用多样性教学，注重培养创新思维
第一，启发式教学，培养学生积极思维能力在教学内容上时刻坚持讲授本课程的重点、难点，突出讲解如何应用本课程知识分析问题和解决问题的思路与方法。在教学中多创设问题情境，实施启发式教学，激起学生思维的积极性和求知的需要。如讲解齿轮传动设计时，先给图片展示生活中的齿轮传动，让大家有个感性认识，然后提出诸如齿轮的参数怎么定，齿轮的结构如何设计之类的问题，让学生有了疑问，对齿轮的设计过程有了积极的思考，同时，使学生把所学的理论知识与实际生活紧密相连，巩固了基础理论知识，又为学生创新思维的形成有推波助澜作用。第二，任务驱动式教学“任务驱动”是教学过程中，以某一任务为中心，通过完成任务来学习知识和技能的方法。任务的设计要有开放性，这样可以为学生提供广阔的创造空间，有利于创新思维形成。如在讲解轴的设计内容时，给学生布置任务设计圆锥圆柱齿轮减速器输出轴的结构，主要确定轴的合理的外形、各段直径和长度。该任务具有一定开放性，轴上零件的定位与固定方式多种多样，为学生提供广阔的创造空间。第三，现场教学，注重实践，培养学生创新能力机械设计基础的理论知识比较抽象，如何把抽象的理论转化为形象的产品是每个学生内心期待解答的疑惑。以下两点不仅可以答疑解惑，还可以引导学生向更高的创新层次迈进：①车间现场教学，培养学生理论为实践服务的概念学以致用是人类学习知识的最终目标，是课堂理论与实践相结合的最终体现。如带学生去工厂参观齿轮的加工车间，不仅可以了解齿轮加工的全过程，还可以了解加工机械的工作原理，拓展学生的视野，启发思维，建立理论转变为现实的概念，为以后的创新设计打下坚实的基础。②开发探索性实验，培养学生信心的同时启发他们的创新思维验证性实验具有束缚性，不能调动学生的主观能动性，因此必须设计一些探索性实验来培养学生自主分析和解决问题的能力。如可以开设机构设计实验，让学生自行设计机构，利用ADAMS软件建立机构虚拟模型并进行运动仿真，这样可以开拓学生思维，提高他们创新设计能力。
三，改革课程设计，注重创新实践
《机械设计基础》课程设计是一项重要环节，而传统课程设计题目都是设计减速器，束缚了学生的想象空间，导致学生为了完成要求而选择利用现成的减速器结构图，不利于实现本课程实际存在的意义。可以适当增加一些新颖的题目，拓宽学生设计思路，提高创新能力。比如汽车类学生可以设计差速器，机制类学生可以设计多工位镗铣床主传动系统，或者允许学生自选题目。这样不仅提高了学生的兴趣和自主能动性，还真正培养了学生独立工作能力和创新设计能力，从而实现高等技术应用型人才的培养目标。
总之，教学的改革除了得到高职学院的政策支持和相关考试政策支持外，教师作为课程改革的主体也应该得到重视。因此不断提高教师的学术水平与课程改革能力和熟悉高职教学理论同样重要。教学改革这条路任重道远，只有通过教师不断的努力，在以人为本的理念下，不断提高机械设计基础课程的效果，提高学生的能力，提高其职业性，才能为职业教育和国家的产业建设做贡献。
作者：周晓玲