机械产品设计的结构优化技术运用实践
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【摘 要】作为系统优化的一个步骤，结构优化设计是其中的重要一环，它需要全方位运用设计方面的技术知识，确定最佳的方法来满足相关的需求。以往传统的设计方法是操作人员选择其他相关产品作为模型，依赖经验和细致的观察来确定方法，在设计后期还要通过测试判断其是否符合要求，此过程不仅会浪费过多的人力物力，并且由于全过程都是人工操作，仍然存在质量等问题的安全隐患，降低了产品的质量。因此，确定结构优化技术，选用拓扑优化技术和尺寸优化技术相结合，并进行理论的计算和设计，确保产品的质量和精细度，才能既提高工作效率，又可以在激烈的市场竞争中占据一席之地。
【关键词】机械产品设计；结构优化技术；运用实践
中图分类号：TH122 文献标识码：A
引言
机械产品设计的结构优化技术是指在系统优化背景下，采用综合运用设计的方式，以此来实现机械产品的需求和质量，达到最优设计方案和标准。目前传统机械产品设计主要采用机械产品加工工人和其他类型的产品设计为主要的模板，运用长时间的设计经验和观察最后来确定整体的设计方案，在产品加工后期要尽心检测来确定是否符合整体的质量要求和标准。这一设计过程不仅仅需要大量的时间，同时还会给机械产品的设计埋下安全隐患，给机械产品加工过程带来问题和困难。结构优化技术是通过进行拓扑优化技术以及尺寸优化技术，利用科学合理的设计方式，确定整体机械产品设计的最优方案。这样做不仅仅能够保证机械产品设计的效率，同时也能够确保机械加工的精确度，确保效率和质量同时进行，提升机械产品设计加工的水平，利用结构优化技术，实现机械产品的创新发展，满足时代进步的需求，促进企业能够在激烈的市场竞争中占有优势。
1结构优化设计的方法和层次
结构优化设计可以分成不同的层次和种类，按照优化目的的不同可以分为：尺寸优化技术、形状优化技术、拓扑优化技术。
（1）尺寸方面的优化技术。在尺寸方面的优化技术主要是指通过保证机械产品的形状和拓扑关系不受到改变，通过计算机技术应用，在优化设计过程中使用计算机技术来寻找适合的尺寸變量，并且通过运行过程实现重组，以此来找到最佳的优化设计方案。
（2）形状方面的优化技术。机械产品在设计过程中不仅仅要保证尺寸达到标准，还要确保外观形状能够满足施工工程的要求。由此可见，形状方面的设计要保证机械产品的尺寸以及拓扑关系不变，在进行设计过程中保证形状变量，通过设计不同的结构，在最后保证形状能够符合工程要求，实现使用功能。
（3）拓扑方面的优化技术。拓扑优化技术主要是通过连续结构和离散结构进行优化，连续结构拓扑技术中要主要注意优化孔洞的数量，还包含形状方面以及分布现象，同时也要注重对结构边界进行优化，通过离散结构拓扑技术来保证相关数据的关键，确保每一个关键点能够实现优化的连接方式。
2机械产品设计的结构优化技术运用
2.1提高设计人员的素质水平
首先要提高机械技术知识水平，只有熟练掌握机械相关知识，才能够灵活运用，实现产品设计的优化。但除了机械知识以外，还应当加强其他知识的修养，主要有：第一，数学建模能力。这是最基本的工作内容。设计工作人员在进行方案设计时，不仅要规范，还要保证方案能够被他人理解，只有具备一定数学建模能力的人员才能够使用规范标准的数学语言将问题和设计方案表达出来，并在此基础上确定模型，保证模型的实用性。第二，解答问题的能力。仅仅会建模还不够，还应当能够求解所建立模型的变量以及参数，这样才能够高效得出结果。比如对于随机变量模型，一定要能够快速求解随机变量模型，才能够计算出随机变量的目标函数以及变量的数值。第三，对问题的处理能力。这是因为在确定完设计方案后，一个极其重要的步骤就是评价方案，一旦方案投入生产，就需有更多的人共同配合完成，而参与的人越多，就越容易造成大家对问题本身都一知半解，出现问题后也难以找到明确的责任人。这个时候，如果有一个能够全程负责的人去追踪过程，会在很大程度上降低问题的发生概率。
2.2创新思维，杜绝重复
在设计过程中必须要做到自主创新，坚决避免重复，从现实角度出发，一定要有创新才能有广阔的市场空间，重复的、没有创意的东西很难赢得市场的青睐，也就是说，一个公司要想成长和进步，就必须推旧出新，避免墨守成规，最终导致被市场大环境所淘汰。因此，作为一个出色的企业，就要不断创新，不断保持市场活力，但在创新过程中要防止抄袭、重复等，作为设计研发人员，要不断转变思路，积极对产品进行改造，在推出新产品的同时，也要对原有产品进行改造，最终目的都是为了适应市场需求，使企业具有一定的竞争力。
2.3要注重实现结构优化设计的创新发展
根据市场实际需求，通过对设计方案进行变革，保证机械产品的创新性。随着社会的发展，企业要想在市场中获得竞争力，创新能力尤为重要，进而让企业在激烈的市场中立于不败之地。在进行创新改革时，要打破传统观念的束缚，创新思维要与时俱进，紧跟时代步伐，深入市场进行调研，设计出能够满足市场需求的机械产品。
2.4结构优化技术的设计方式
（1）要确定目标函数
机械产品设计的结构优化中，目标函数是最基本的参数，利用目标函数确保机械产品技术标准进行有效设定，能够对加工中的具体要求进行整理，通过目标函数还能降低机械产品的变形程度。
（2）进行函数变量的设计
在确定目标函数后，就要确定函数中的设计参数。对于机械产品参数设定来说，一般包括物理参数与几何参数两种，例如零件设计中的厚度、长、宽等，任何参数出现偏差，都会对整个产品造成严重影响，不但会影响机械产品质量，还会对企业的经济效益与健康发展造成阻碍。
（3）选择最佳优化设计方式
在机械产品优化设计中，确定最佳设计方案是最关键的环节。由于优化设计方案多种多样，而且各具特色，所以要在全部的优化设计方案中选择最佳的方案就要慎重选择。因此，在选择时要根据实际情况与机械产品工程相结合来进行分析，最后确定最为适合的设计方案。而且在进行产品加工时，要求专业人员对该方案进行评价，进而提升产品设计水平与产品质量。
2.5在结构优化设计中要运用各个学科的综合能力
机械产品的优化设计具有复杂性，在设计工程中会包含各个学科的专业知识，比如说数学算法、数据分析方式和计算机技术等。要保证在进行设计过程中注意从各个角度进行分析和运用，以此来考虑方案的可行性。首先要从工程整体角度出发，把整个设计系统氛围不同的设计板块和内容，通过相对应的知识来进行目标函数的设定，优化函数变量，设计好每一个板块，要注重掌握每一个板块的联系，进行整体的组合，保证优化设计方案的完整特点。
结束语
综上所述，机械产品是我国各行各业发展的重要基础保障，并且具有重要的影响。目前机械行业中的产品质量和设计是社会关注的重点内容，要减少质量不过关和使用能力差的现象，通过结构优化技术提高机械产品的质量和效率，为机械行业的发展提供创新发展能力。
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（作者单位：哈尔滨城林科技股份有限公司）
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