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機械優化設計范文1

關鍵詞：優化設計；農業機械；應用研究

1優化設計在農業機械設計中應用的意義

要提高我國農機產品的質量，就要大力提高農機生產制造水平和設計水平，對傳統的農機產品設計進行改進。傳統的農業機械零部件設計一般采用經驗類比，通過力學簡單計算來完成。傳統的設計優化方式對設計人員的經驗要求較高，很多創新設計和優化設計都缺乏數據支持，過度的設計導致機械綜合性能提高的同時，制造成本大幅上升。

2優化設計的基本思路

優化設計是從若干種可行性方案中擇優選出一種最佳的設計方法，這種選擇是以初始數據為基礎，采用計算機技術聯合實現的。優化設計對軟件計算能力和模型構建能力有較高的依賴，近年來隨著計算機科技的不斷發展和軟件開發能力的不斷提高，計算機在機械設計中發揮了重要的作用。同時，計算機的發展也使優化設計理念得以實現，優化設計的思路也越來越開闊。

3計算機軟件在優化設計中的應用

要實現優化設計在農業機械設計中的應用，先進的軟件技術是必不可少的。設計軟件是設計者的工具，對于農業機械設計者來講，能夠熟練應用軟件完成虛擬制造、實驗和測試，對參數進行分析，是實現農業機械優化設計的必要因素[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，這種軟件能夠與多種計算機輔助設計軟件實現數據的共享和交換，被普遍應用于汽車工業、建筑橋梁等方面設計中。

3.2ADAMS軟件

ADAMS軟件是一種對機械系統動力學進行自動分析的軟件，由美國機械動力公司開發，通過ADAMS軟件，能夠建立機械系統幾何模型，對虛擬機械系統進行動力學分析，預測機械系統的性能、碰撞加速和運動范圍等[3]。

4優化設計在農業機械設計中的應用

4.1幾何模型的建立

結合設計零部件的特征、材質和其他約束條件，通過Pro/E軟件進行幾何模型的建立，本次研究基于Pro/E軟件應用的基礎上，采用旋轉建模的方法，建立齒輪軸模型。齒輪過渡段圓的半徑R=8.6mm。

4.2模型材料屬性設置

模型材料屬性包含材料材質、密度、彈性模量、泊松比等。

4.3約束與載荷

齒輪的驅動軸兩端，靠的是軸承作為支撐，加載載荷較為復雜，本文通過兩種方式加載扭矩，一種是通過運動學模塊進行扭矩分析，分析的受力情況信息傳遞到結構分析模塊中；一種是取相近的加載扭矩數值輸入到結構分析模塊中。經過判定，本文采用第二種方式。沿著軸向建立起圓柱坐標系，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，進行扭矩加載。這個環節需要注意，驅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

在模型分析環節中，完成受力和約束參數設置后，在利用Pro/E軟件進行靜態模型構建，然后對靜態模型進行相應的分析。通過軟件對構建模型的分析結果可以確定，最大的應力為16.7N/mm2,而設計所用材料材質為45號鋼，最大的屈服應力能夠達到350N/mm2以上，鋼材的屈服應力范圍遠遠大于設計零部件的最大應力，可見在尺寸選擇中相對比較保守。

4.5設計參數的建立

設計的過程主要是模型建立的過程，而在模型建立的過程中，設計者將要建立許多參數，其中包括物理性能參數、結構設計參數等，這些參數代表著所用材料的基本屬性和要達到的設計性能，當參數發生了變化，建立的模型性能也將隨著發生變化。如果針對所有參數進行優化，將增加設計過程中龐大的計算量，這樣就需要設計者對這些參數進行優選，結合不同參數對模型的影響程度，和對設計部件的使用性能的影響，可以優先選擇對模型性能影響最大的參數設置，這種處理方式，也體現出優化設計的理念，實現參數選擇上的優化，最有效的、影響最大的參數信息將被利用，而影響較小的參數將被忽略。在本次分析案例中，將過渡段尺寸參數當做設計變量，設計變量的初始值為8.6mm。

4.6優化設計

在農機設計中采用優化設計的目的在于能夠實現通過模型的各項功能計算和設計，達到降低成本，能夠發揮最優性能。在優化設計的過程中，要對具有影響效果的約束條件和各類參數進行設置。本案例設計中，滿足各項受力條件下，所使用的材料質量最小，采用過渡段半徑作為設計參數，部件的最大應力小于材料許用應力。本案例中選擇的45號鋼，最大的屈服應力大于350N/mm2，安全系數設定為3.0，軸最大應力＜114N/mm2，結合各參數和約束條件，從而分析出最優的結果。

機械優化設計范文2

1 機械可靠性優化設計的重要性

機械可靠性設計時以成品的可靠性作為基準，將外載力、零部件尺寸、承受能力等各項參數融合起來考慮。然后應用力學理論、概率理論、數據統計學等做出機械可靠性保障方案。傳統機械設計方法又被稱為安全系數法，其在機械可靠性優化設計的時候只要確保安全設計系數大于規定的數值即可，但是在實際應用中機械可靠性設計往往忽略了設計參數的隨機性。因此在實際研究中應注意將力學作為隨機變量，機械可靠性設計中認為各個受力因素會受到環境的影響，因為環境因素也是一個變量，還存在著一定的規律性可循[1]。機械強度受到材料的性能、加工精度、工藝環節的波動等影響，也呈現出一種波動性規律變化。機械可靠性設計的時候，應根據設計的不同的要求選取不同的特征函數，注意在計算的時候應考慮其離散性，使用概率統計方法進行計算求解。機械可靠性設計的時候應考慮到各個參數的隨機分布，還應據此來分析出機械的實際工作狀況。

2機械可靠性優化設計案例

本次機械可靠性優化設計研究選取蝸桿減速器優化設計作為研究的主要內容，一級蝸桿減速器的主要失效形式有：渦輪齒面點蝕、渦輪齒折斷、鍵壓潰、軸折斷、軸承實效等幾類。針對蝸桿進行可靠性優化設計的時候，其優化模型為：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。蝸桿減速器進行變量設計的時候，將蝸桿的模數定為m，蝸桿直徑系數為q、蝸桿軸直徑ds、蝸桿頭數zl、傳動比i、渦輪軸長度L。可靠性設計變量表示如圖1所示，其中X={m，z1、q、L、i、ds}。

圖1 蝸桿減速器變量優化設計圖

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函數：

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。則根據蝸桿可靠性優化設計相關計算，必須建立相應的約束條件，其中 ，其中式子中的 表示蝸桿允許的接觸應力。蝸輪軸的強度為 。其中式子中的MD表示危險截面積的彎矩均值。

3 機械可靠性設計建議

3.1 權衡和耐環境設計

針對機械進行耐環境和權衡和設計，有利于設計者找出機械相對可靠的設計方案，并對機械的質量、成本、體積以及可靠性等完成優化。耐環境設計主要是基于綜合考慮的一種設計方式，從機械的零部件出發，將零部件的壽命周期內的各種環境考慮進去[2]。

3.2 預防故障設計法

機械設備正常運行與否關系到機械設備的整體運作功能是否在完整的串聯中各自發揮出自身的作用。整體功能大于部分功能將成為機械可靠性設計的重要目標，機械優化設計中首先要重視機械設備的可靠性，并對零部件進行嚴格的需求控制和選擇控制。預防故障法設計中應對選用的零部件和通用不見進行驗證分析，最大限度對故障進行分析。

3.3 簡化以及余度設計優化

機械優化設計中，簡化設計作為一種基礎設計，其設計思路明確，即零部件的數量應盡可能避免冗余，減少故障出現。機械的可靠性優化設計中必須對其錯誤故障進行統計分析，從小故障處理做起盡可能保障機械的可靠性。通過簡化和余度設計優化可以有效提升可靠性生產以及避開故障的能力[5]。簡化優化設計即對機械生產中的一些不必要方式進行優化，減少一些超標負荷承載工作，調整機械各個部件的生產情況。

機械優化設計范文3

關鍵詞：機械優化設計；雙語教學；教學實踐

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

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

雙語教學不僅在美國、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施也獲得了良好的效果。反思國內的雙語教學情況，雖然英語教師非常努力地教，學生也非常認真地學，但所取得的效果十分不理想。[1-2]國內一些211和985重點院校（如浙江大學、北京大學等）的雙語教學工作開展順利，已在雙語教學教材、師資隊伍建設以及教學內容和教學方法方面取得許多研究成果。但地方本科院校的機械工程類雙語教學工作進展十分緩慢，尤其是針對本科生開設的“機械優化設計”雙語教學在教學內容與體系、英語教學環境、教學隊伍建設、考核方式等方面嚴重不足，其主要原因是學生英語基礎差、自學能力較弱，“機械優化設計”雙語教學師資也相對薄弱。[3]上述差異決定了地方本科院校難以照搬重點院校的機械工程類雙語教學模式，因此探索一條適合于地方本科院校的“機械優化設計”雙語教學模式極為重要。

一、“機械優化設計”雙語課程現狀

“機械優化設計”是一門把機械設計與優化設計理論及方法相結合、實踐性很強的課程，而雙語教學主要是指教師采用英語或第二語言進行課堂教學。但如何有系統有組織地開展符合三峽大學（以下簡稱“我校”）特點的“機械優化設計”雙語教學，如何處理教材的問題、如何在學時數原本緊張的前提下開展雙語教學、雙語教學方法和教學手段該如何改進、如何建立雙語教學考核體系、如何提高學生的學習興趣等等，這些都是在開展“機械優化設計”雙語教學時所需要研究的問題。雖然目前不少地方本科院校已經開設了機械優化設計雙語課程教學，但大學生英語水平良莠不齊，不少教師的英語水平同樣還沒有達到能真正像漢語一樣熟練地運用英語教學的地步，這使得雙語教學在“機械優化設計”課程中的研究與實踐中碰到以下問題：[4-6]

1.雙語教學效果差

目前國內英語教育主要以應試為目標，大學生的英語聽說能力普遍較弱。“機械優化設計”雙語教學中涉及許多專業詞匯和復雜的句型，如果采用比較單一的授課方式，學生既無興趣，又感到難以接受，無法準確理解該課程專業知識。

2.教學內容單一

我校該課程雙語教學的對象是機械制造及其自動化專業三年級學生，他們雖然已具備一定的數理基礎，但許多同學依然對機械優化設計過程和內容無法真正理解，甚至產生厭學情緒。這就要求雙語教師在進行教學內容的設計時應更加豐富多彩。

3.教學方法問題

在進行“機械優化設計”雙語教學時，若還是采用傳統的滿堂灌教學模式，課程本身的難度和英語的聽力障礙將會導致教學效果不理想。而國際上知名大學多數采取的是引導式、啟發式、互動式相結合的教學方法，后者更為有效，與“機械優化設計”雙語課程教學相適應。

二、雙語教學方法的改革與實踐

依據機械工程類專業的特殊性，應從以下幾方面進行改革和實踐：

1.科學合理選擇教學內容

考慮到我校機械制造及其自動化專業本科教學培養方案的特點及人才培養需要，對“機械優化設計”雙語教學課程內容進行科學設計，主要包括以下教學內容：緒論（介紹機械優化設計的基本概念與發展趨勢）；優化設計方法的數學基礎（介紹矩陣運算和微積分的基礎知識，凸集、凸函數與凸規劃的基本理論）；常用的優化設計方法（介紹一維搜索方法、基于導數的優化方法和非導數優化方法等，包括智能優化方法）；約束優化問題的處理；多目標優化方法和優化設計結果的靈敏度分析技術；MATLAB在機械優化設計實例中的應用。這要求學生一方面掌握優化設計基礎理論，另一方面應學會運用大型通用優化設計工具軟件解決實際工程問題，真正做到學以致用。此外，在雙語教學過程中，應安排大學生講述自己完成機械優化設計過程，以提高大學生英語表達能力，并達到相互啟發的作用。

2.努力營造英文教學環境，提高學生英語水平

作為教師，應認真備好每一堂課，板書、考試和作業批改中都要使用英語，采取全英語對學生進行提問，要求學生用英語回答，這樣有助于鍛煉學生的專業口語能力。同時，教師在給學生布置作業時，最好也是英語的，嚴格要求學生用英語完成，這樣有助于鍛煉學生的專業寫作能力，為將來可能地進一步深造學習奠定了堅實的論文撰寫基礎。實際上，教師在雙語教學活動中，除了布置一些該課程的課后英語作業外，還應當引導學生查找和閱讀與該課程相關的專業英語讀物，比如英文論文等，這樣有助于增強學生的專業英語使用能力，而且還能培養該專業大三學生用英語思考的良好習慣，為將來的進一步學習和深造打下一定的基礎。

3.努力加強我校雙語師資隊伍建設

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院主辦的暑期雅思培訓班，取得雅思6.0分及以上成績的教師才能擔任雙語教學課程。為了促進教師英文水平的穩步提高，以提升本校教師科研業務水平，學校定期派中青年教師出國交流學習，這勢必將會對雙語教學和師資隊伍建設有一個很大的促進和提升作用。

4.充分利用本校網絡教學平臺

三峽大學求索學堂為全校提供網絡教學服務，網絡教學平臺包括公共教學平臺、多媒體課件制作系統、網絡實時交互答疑系統。網絡公共教學平臺包括學生工作區、教師工作區、管理工作區三大部分，主要功能模塊有公告欄、答疑、討論區、在線自測、在線作業、下載區、資源等。多媒體課件制作系統提供輔助教師教學的多媒體課件制作平臺；網絡實時交互答疑系統是一個可以在網上傳遞五種不同模式的電子教學、實時協作和通信的平臺，提供網絡教學中的教學雙邊多媒體交互環境。充分利用本校求索學堂，可以促使教師和學生的溝通，同時還可以培養學生的知識獲取能力和自主學習能力。

5.對本校傳統的考核方式進行科學合理的改革

“機械優化設計”課程是機械設計制造及其自動化專業非常重要的一門專業基礎課，屬于專業必修課程，該課程考核方式過去經常是采取閉卷形式。這種考核方式有很大的不足，例如學生死記硬背優化公式，而忽略了利用該課程核心內容優化設計方法理論從工程上解決實際問題的能力，從而不能體現本校人才培養的要求。針對以上這些弊端，對該門課程的傳統考核方式進行了改革，主要分為以下三個部分：閉卷考試成績（占40%）：主要是考查學生對優化理論方法的理解和掌握程度；上機實驗考試成績（占40%）：重點考核學生運用計算機對優化方法的編程和實現能力；平時成績（占20%）：主要是考核學生平時表現和出勤情況。

該課程考核方式的改革，勢必將會促使學生更好地理解和掌握該課程的重難點內容，也會提高學生利用計算機編寫優化程序解決工程實際問題的能力，同時將會提高機械工程類本科生的綜合素質和能力，這也非常符合本校這種“高素質、強能力、應用型”的人才培養目標。

三、結論

雙語教學不但能夠提高學生的學習興趣，而且還可以提高教師和學生的雙語應用能力，對復合型人才的培養具有非常重要的意義。同時，在進行雙語教學的過程中，要根據本校教師的英文水平和學生的認知和接受程度，精心準備和設計教學手段，科學合理安排教學內容，科學而有效地使用評價方法，這樣不僅有助于學生及時了解和掌握本專業的前沿動態，還可以培養其直接閱讀經典、前沿外文資料的能力。本文在對“機械優化設計”課程雙語教學進行了多輪教學實踐的基礎上，對該課程雙語教學的背景、教學內容與體系、英語教學環境、師資隊伍建設、考核方式等問題進行了總結和改革，以期望對二本院校機械工程類“機械優化設計”課程雙語教學與改革有一定的促進作用。

參考文獻：

[1]廖迎春，樊后保，黃榮珍，等.本科院校雙語教學改革的思考及建議[J].科技信息，2010，（19）.

[2]張素芳.對高校雙語教學若干問題的探討[J].中國電力教育，

2007，（1）.

[3]劉卓夫，羅中明，李永波.雙語教學改革存在的問題與思考[J].黑龍江教育學院學報，2010，29（2）：62-64.

[4]孫靖民.機械優化設計[M].北京：機械工業出版社，2007.

機械優化設計范文4

關鍵詞：新課程標準；中職教育；計算機制圖；創新思維

一、中職機械制圖教學優化設計實踐理論

現代教育技術引入到機械制圖教學中，能夠使教學過程和教學活動更加豐富和優化。在機械制圖教學實踐中發現，以多媒體教學、翻轉課堂、微課教學等為代表的現代教育技術模式發揮了突出的作用。現代教育技術沖擊了傳統的中職教育模式，對教師的工作方式產生了巨大的影響，改變了師生雙方在教學活動中的角色和地位，使學生更多地站在了學習的主體地位，這極大地激發了學生的學習興趣和學習欲望。基于現代教育技術的中職機械制圖教學設計以系統方法為指導，重視對學生的分析，教學設計要包含整個教學過程和教學操作。此外，教學設計還應重視教學效果的評價，要從評價中獲得更優秀的設計方案。通常來說，基于現代教育技術的機械制圖教學設計優化由以下幾個基本要素構成，即學習需求分析、學習內容分析、學習者特征分析、學習目標闡明、學習策略制定、教學媒體選擇以及教學設計成果評價。

二、機械制圖教學設計改進與優化

在中職機械專業教學中，機械制圖課程是最基本也最重要的基礎課程之一，機械制圖教學要先進行傳統的教學設計，然后在此基礎上進行改造和優化。以機械制圖課程中重點知識板塊“組合體視圖”為例進行課程教學設計。組合體視圖主要由相貫線、截交線和組合體視圖的補圖補線等組成，對學生的空間想象能力具有一定的要求。1.機械制圖傳統教學設計模式結合課程設計的流程和內容，將機械制圖課程中“組合體視圖”教學設計分為七個環節。（1）機械制圖的需求分析。在該課程環節，學生基本已經掌握了基本幾何體表面求點、求線的知識，但對于幾何體平面截切、貫穿截交線、相貫線的繪制等存在較多問題，多數學生混淆各種相貫線、截交線的形狀，甚至不知其繪制方法，這對后續的教學產生了較大的影響。因此教學設計有較大的需求。（2）學習者分析和學習環境分析。教師在教學設計過程中必須結合學生的實際情況進行，否則容易使教學設計與教學過程脫節，進而影響教學效果。學習者分析的內容包括對該板塊知識的掌握、學生的學習動機和學習能力水平、學習偏好和對教師的態度、學生在學習中的共性特征等；學習環境分析內容包括教學點對教學需求的滿足程度、教學點模擬應用環境的適應性、在教學點運用多種教學策略的可行性、可營銷教學設計和傳遞的限制等。（3）確立教學目標。“組合體視圖”教學的知識技能目標設定為理解概念，將組合體拆分為基本幾何體，培養學生組合體形狀的空間想象能力，并補畫出第三視圖。教學過程中的目標是使學生達到自主觀察與分析、自主操作的能力，并掌握組合體視圖方法。要使學生樹立起機械制圖課程的興趣，以積極向上的態度學習。總體來講包括語言技能、智慧技能、動作技能、態度技能、認知技能。（4）明確教學難點和重點。在機械制圖課程的“組合體視圖”模塊，學習的重點和難點為組合體的組合方式，讀出組合體視圖，并補畫第三視圖，要求學生掌握繪制組合體平面圖的技能。（5）教學策略的選擇和教學設計思路的確定。在“組合體視圖”教學中，教師可選擇任務驅動法、協作學習法、討論交流學習法等教學方法。教學手段借助相關教學課件、平面圖、組合體模型等。學生的方法為自主學習和小組協作學習相結合的方法，學習的過程則為“接受任務思考討論合作操練總結鞏固”。（6）制定清晰明確的教學過程。教學過程的整體內容包括教學環節、教師的教學活動和學生的學習活動、教學媒體的選擇、設計意圖和教學反饋評價。單純從“組合體視圖”知識模塊的教學來講，教學過程為：創設環境引入課前知識的引入引入新課分析組合體組合方式逐個繪制簡單基本幾何體的畫法分析繪制幾何體外部連接部分的畫法分析繪制幾何體內部銜接部分的畫法想象組合體的空間立體形狀通過組合體的空間立體性狀并補畫第三視圖。（7）作業評價。在課堂教學環節結束之后，教師應結合“組合體視圖”教學的實際情況給學生布置合適的作業，作業的內容為補畫第三視圖。教師對學生作業的評價方式與工具為三角板等繪圖儀，評價的內容包括學生的作業是否符合視圖投影規律，繪制圖線是否達到要求，視圖補畫是否正確，包括外形正確和細節補畫完整與否。2.機械制圖教學改進設計與實踐由于機械制圖課程需要較高的空間想象能力，其在教學中最好能夠給學生展現立體形象，這樣能夠加深學生對機械繪圖的理解和記憶。三維形式的組合體視圖展示對學生的學習至關重要，而現代教育技術的引入對于實現這種教學要求具有極大的幫助。因此在引入現代教育技術時，組合體視圖教學需要對傳統教學設計進行修改和優化。首先，教學目標需要結合現代教育技術進行修改和優化，補充學生空間思維能力培養、空間轉化為平面作圖能力、讀圖能力與計算機畫圖能力的培養。其次，整合調整教學內容，包括投影基礎、制圖基礎、機械圖、計算機基礎等幾個部分。在組合體視圖教學中，將抽象的組合體平面圖轉化為三維立體圖借助多媒體展現出來，實現實物與圖的轉換。在線面切割、拉伸、并、差等造型三維體教學展示中，引入三維CAD/CAM軟件，使學生能夠更為直觀的觀察和理解。對于生產中常見的標準件畫法和讀圖、裝配圖展示，引入多媒體進行教學演示，加深學生記憶。其后，在“組合體視圖”教學中引入建構主義理論，將教學過程分為五個環節，即進入知識情境、建立支架、獨立自主探索、協作合作學習、總體效果評價。比如在“螺紋連接”教學環節，教師借助多媒體來演示螺栓結構，并用動畫說明螺栓連接的工藝過程，然后讓學生以小組的形式進行討論交流，教師通過注釋和演示細節來加深學生印象。然后，在現代教育技術的支持下，創新空間想象能力的培養方式，比如點線面的投影、借助CAD/CAM軟件展示組合體立體模型的形成，讓學生找到易切削的材料進行三維空間思維能力培訓。最后，在多媒體的輔助下，教師將機械制圖的教學理論和實踐相結合，在教學中調整了實踐性內容，加大徒手畫草圖的訓練，并結合實際生產中的例子對學生進行講解。

三、機械制圖教學設計優化實踐效果分析

機械優化設計范文5

關鍵詞：《機械優化設計》；形象化；實踐；教學方法

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）39-0098-02

優化設計是20世紀60年代初發展起來的一門新學科，它是將最優化原理和計算技術應用于設計領域，為工程設計提供一種重要的科學設計方法。利用這種新的設計方法，人們可以從眾多的設計方案中尋找出最佳設計方案，從而大大提高設計的效率和質量。最優化設計成功運用于機械設計還是在20世紀60年代后期，雖然發展時間不長，但是發展迅速。在機構綜合、機械零部件設計、專用機械設計和工藝設計方面都得到了應用并取得了一定的成果[1-3]。目前國內許多高校機械專業都開設了《機械優化設計》這門課程。通過《機械優化設計》這門課程的學習，首先應當使學生具有優化的思想，了解一些優化方法的原理，掌握一些優化的方法，為以后更好的工作打下扎實的基礎。但是本課程中一些枯燥的數學推導及公式難以引起學生的學習激情。如何提高學生的學習熱情，并使學生較快掌握一些優化方法，一直是筆者在從事《機械優化設計》課程教學中思考的問題。下面介紹筆者在從事《機械優化設計》課程中采用的一些方法和經驗。

一、培養學生學習本課程的熱情

學習《機械優化設計》這門課程的學生早已先修了機械原理、機械設計等課程，筆者在教學之初常常告誡同學，對于一名工程師設計人員來說，僅僅具有機械原理機械設計方面的知識是遠遠不夠的，只能進行一些傳統的設計。而傳統的設計只是重復分析產品的性能，而不是主動地去設計優化產品的參數。從某種意義上講它沒有真正體現“設計”的含義。因此，對一個工程設計人員來講，應當在產品設計的過程中始終要有優化的思想。當然光有優化的思想仍然是不夠的，還要有優化的能力，掌握一些優化方法。筆者在開課之初，通常會給學生這樣一個假設。如果甲、乙兩位同學供職在同一個企業，企業老板讓兩人分別提出他們的方案來解決公司中某一產品的問題。甲很快將自已的解決方案提交給公司老板。乙經過分析考慮，在甲之后也提交了方案，乙的方案不僅解決了產品問題，而且優化了產品的參數，降低了成本。筆者問學生甲、乙兩位同學誰將會被重用，誰將獲得更多的職位升遷的機會。這個答案是不言而喻的。通過上述的假設，使學生懂得具有優化的思想和優化設計的方法還與他們個人在工作崗位的升遷機會有關。這極大地提高了學生學習這門課的熱情，也讓優化思想概念植根于學生思想之中。

二、采用形象化的教學方法

《機械優化設計》中許多枯燥的公式和推導，學生一時會難以掌握，有時會導致學生喪失學習的興趣。在教學中筆者注重采用形象化的教學方法，例如一維搜索方法中的確定搜索區間的外推法可以用盲人探路的方法來加以引導[4]。具體可以表述為：一個盲人想去一個山谷谷底，他向前探出一步，如果發現在上坡，說明前進方向錯誤，谷底應在身體后方，應該轉身再前行。如果探出一步，發現是下坡，表明谷底在前方，可以繼續前行，直至走出一步出現上坡的感覺，據此可以判斷谷底就在最后兩步之間。

三、課堂教學與生產實踐相聯系

課堂教學與生產實踐相聯系，提高學生學習興趣，提高學生走上崗位解決問題的能力。例如坐標輪換法，坐標輪換法是每次搜索只允許一個變量變化，其余保持不變，即沿坐標方向輪流進行搜索的尋優方法。在介紹坐標輪換法思想時，筆者以注塑產品為例加以介紹，注塑產品的質量與溫度、噴嘴壓力、保壓時間、注塑速度等工藝參數有關。在試模過程中為了獲得較好的產品質量，需要調試出這些工藝參數值。有經驗的注塑人員往往采用坐標輪換法思想以節約試模時間。首先逐漸改變某一個工藝參數值，而其余工藝參數保持不變，觀察注塑產品質量。在注塑產品質量不再提高時甚至開始降低時，再調整另一個參數值，直至注塑產品質量達到要求為止。如果同時對這些工藝參數進行調整，很難確定調整這些工藝參數的方向，會花費較長時間才能調試出合格的注塑產品。

四、加強與學生的互動

現代教學論指出：教學是教師的教與學生的學的統一，這種統一的實質就是師生之間的互動。《機械優化設計》課程師生之間的互動可充分發揮學生的主體作用和主動精神，提高學生的學習激情，進一步提高學生的優化設計能力、創新思維。在課堂上筆者注重與學生之間的互動。經常提出一個問題，讓學生思考如何采用優化的方法去解決這一問題，以提高學生采用優化方法解決問題的能力。筆者常常讓學生走上講臺，介紹他們采用的優化方法，并讓學生們充分討論思考有沒有更好的優化方法，充分調動學生的積極性。在課堂教學最后，筆者完全將講臺交給學生，讓學生們介紹學習《機械優化設計》這門課的心得和體會。通過課堂的互動，調動了課堂學習的氣氛，學生在互動中學到了一些優化方法，牢固了優化設計的思想，提高了優化設計的能力。

雖然《機械優化設計》的基本尋優思想和方法在20世紀60年代已近完備，但是仍有需要改進之處，特別是該課程的教學方法。教學方法的優劣將會影響學生的接受程度。采用各種生動的方法將會提高學生的學習興趣，牢固掌握一些優化的方法，讓優化的概念植根于學生思想之中，為他們走上工作崗位更好地工作打下扎實的基礎。筆者通過采用上述的教學方法發現，學生學習《機械優化設計》課程的興趣提高了，分析問題解決問題的工程實踐能力也得到了增強。有些畢業了的學生在與筆者聯系時，提到他們工作時常常想到并主動去優化。優化創新思維已成為他們固有的一種思維模式。

參考文獻：

[1]葉元烈.機械優化理論與設計[M].北京：中國計量出版社，2001.

[2]方世杰，綦耀光主編.機械優化設計[M].北京：機械工業出版社，2003.

[3]孫靖民.機械優化設計（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2005.

機械優化設計范文6

關鍵詞:VB;機械優化設計;軟件;實現

Realization and Implementation of Mechanical Optimal Design Software Based on Visual Basic

REN Xiao-dan

(Electrical Engineering Department, Inner Mongolia Machine Electricity Occupation Technical College, Hohhot, 010051, China )

Abstract: Mechanical optimal design method is an important means of the modern mechanical design process to identify the most optimum design. Using VB as a development platform to the exploit optimization software applied in the process of mechanical design based on the commonly used optimize method calculation, use which to meet the mechanical design process optimization requirements.

Key words:visual basic; mechanical optimal design; software; realization

最優化設計是20世紀60年代初發展起來的一門新學科,隨著數學規劃論和計算機技術的發展,它與機械設計理論相結合,解決了在機械設計領域中最優化設計問題。通過這種新的設計方法,可以從眾多的設計方案中尋找最佳的設計方案,從而大大減輕了設計人員的勞動強度,提高了設計效率和質量。

在機械優化設計過程中,將遇到如何選擇合適的優化方法這一問題,由于求解問題的性質、規模及解題思路和策略不同,優化算法種類很多,設計人員需要尋找合適的算法,滿足機械設計方案的要求。為了方便設計人員使用最優化方法,通過可視化語言VB開發了機械優化設計軟件,能夠滿足工程人員的設計需要。

1 機械優化設計概述

機械設計優化問題,就是在給定的約束范圍內,選取設計變量,建立目標函數并使其獲得最優值的一種新的設計方法。其設計步驟為:

1) 將設計問題的物理模型轉變為數學模型。建立數學模型時要選取設計變量、確定目標函數、給出約束條件;

2) 采用適當的最優化方法求解數學模型;

3) 編制優化設計程序;

4) 求解優化結果;

5) 分析優化結果。

機械優化設計常用的優化方法有一維搜索最優化方法、多變量無約束優化方法、約束最優化方法。一維搜索法主要包括黃金分割法和二次插值法。多變量無約束優化方法主要包括變量輪換法、鮑威爾法、梯度法、牛頓法、變尺度法等。約束最優化方法主要包括隨機方向法、復合形法、懲罰函數法等。

2 軟件開發

VB是一種Microsoft Windows應用程序的開發工具,采用了“可視化設計”和“面向對象設計”技術,初學者只要掌握幾個關鍵技術就可以建立實用的應用程序。軟件開發的效率大幅度提高,輸入輸出界面也都采用了Windows的標準,軟件的維護和擴充也十分方便。用VB開發出的應用軟件,其操作界面美觀大方,使用方便,具有人性化的特點,更易為用戶所接受。同時,程序編程語句直接簡捷,在程序的調試過程中,容易跟蹤程序的運行進程,從而發現問題,以進行改進和調整。

程序設計主要包括機械優化設計中常用的優化算法,所有功能都可以在菜單中進行操作。同時在軟件左側設計下拉式菜單,方便用戶對優化算法的快捷訪問,用戶登錄界面如圖1所示。在函數方程輸入的設計中,利用了ScriptControl控件。在使用ScriptControl控件前,先通過“工程/部件”菜單命令選擇Microsoft Script Control 1.0選項,添加ScriptControl控件。實現步驟如下:

1) 將ScriptControl控件添加到工具箱;

2) 在窗體上放置ScriptControl控件;

3) 設置ScriptControl控件的Language屬性為vbscript;利用Eval方法使用戶可以根據實際需要,在界面輸入需要優化的方程。

3 應用實例

針對工程技術中的許多問題,建立的目標函數常可歸結為函數f(x)的形式,其最優化設計的數學模型可簡化為:min f(x),x∈En或max f(x),x∈En。選取文獻[1]上的一個例題進行驗證。利用黃金分割法求目標函數為f(x)= x^2-7x+10的最優解。已知初始區間為[2、8],取迭代精度e=0.35。

在軟件中選取黃金分割法優化界面,輸入已知條件,如圖2所示。觀察輸出結果,可以得到極值點x=3.58344,極值f(x)= -2.24304。根據軟件優化結果,發現和理論計算結果一致。

4 結束語

機械優化設計軟件可以幫助工作設計人員簡化計算,縮短設計周期。但是,每一種優化方法都具有一定的局限性,在設計時應考慮求解問題的規模、數學模型的特性和復雜程度,及各類優化方法的特點和應用范圍,選取合適的算法進行優化。

參考文獻:

[1] 陳秀寧.機械優化設計[M].杭州:浙江大學出版社,2002.

[2] 孫靖民.機械優化設計[M].北京:機械工業出版社,2004.

[3] 孟兆明,常德功.機械最優設計技術[M].北京:化學工業出版社,2002.