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1.机械优化设计应用
2.现代设计都是面向市场、实现功能及产品优势的设计。创新设计、绿色设计、优化设计、可靠性设计等现代设计方法备受国内外机械设计领域的关注。而机械的优化设计与机构设计、机械传动设计和机械强度评价共同组成了机械设计的内涵。机械优化设计是建立在近代应用数学、物理学、应用化学、应用力学和材料学和计算机程序设计之上的，是解决复杂设计问题的一种有效工具。机械优化设计是把机械设计与优化理沦及方法密切结合起来去处理机械设计问题，工程实用价值大作者利用CNK}知识网络服务平台对中国期刊全文/中国优秀硕博学位沦文/中国重要会议沦文进行机械优化设计文献检索，根据不完全统计发现自1999年至今十年内我国科技工作者在此方面约3500篇沦文发表，特别是从2002开始，机械优化设计的研究和应用工作更为活跃，应用领域更加的广泛，涉及到航空航天、工程机械、通用机械与机床、水利、桥梁、船舶/汽车/铁路运输行业、通讯行业、轻工纺织、能源工业、军事工业、建筑机械、石油及石化行业、食品机械等诸多方面，主要处理那些具有复杂结构系统的设计，如飞机机身、飞机结构整体、火箭发动机壳体、航空发动机轮盘、潜艇结构、潜艇外部液压舱阴、机器人等，或大规模的工程建设，如建筑、桥梁、石油钻井井架、大型水轮机结构等，或产量大的汽车车架/悬挂/车身、箱形梁结构、起重机、装载机、平面或空间衔架结构、各类减速器/制动器、圆锥/圆柱齿轮、连杆机构/凸轮机构、各类弹簧/轴承等。解决问题从减轻结构重量扩展到降低应力水平、改进结构静态/动态性能、提高全寿命周期和绿色创新元素添加等更多的方面
机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用，其基本思想是根据机械设计的理论，方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型，然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算，能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。因而采用这种设计方法大大提高设计效率和设计质量。最优化技术进人了蓬勃发展的时期，主要是近代科学技术和生产的迅速发展，提出了许多用经典最优化技术无法解决的最优化问题。为了取得重大的解决与军事.效果，又必将解决这些问题，这种客观需要极大地推动了最优化的研究与应用。另一方面，近代科学，特别是数学、力学、技术和计算机科学发展。以及专业理论、数学规划和计算机的不断发展，为最优化技术提供了有效手段。传统设计者采用的是经验类比的设计方法。其设计过程可概括为为设计一分析一再设计过程，即首先根据设计任务及要求进行调查，研究和搜集有关资料，参照相同或类比现有的、已完成的较为成熟的设计方案，凭借设计者的经验，辅以必要的分析及计算，确定一个合适的设计方案，并通过估算，初步确定有关参数;然后对初定方案进行必要的分析及校核计算;如果某些设计要求得不到满足，则可进行设计方案的修改，并再一次进行分析及较和计算，如此反复，直到获得满意的设计方案为止。这个设计过程是人工试凑与类比分析的过程，不仅需要花费较多的设计时间，增长了设计周期，而且只限于在少数几个候选方案中进行比较。机械优化设计是把数学规划理论与计算方法应用于机械设计，按照预定的目标，借助于电子计算机的运算寻求最优设计方案的有关参数，从而获得好的技术经济效果，具有常规的机械设计所不具备的一些特点。主要表现在以下几个方面:(1)可以降低机械产品成本，提高它的性能;(2)优化设计过程中所获得的大量数据，可以帮助我们摸清各项指标的变化舰律，有利于对今后设计结果作出正确的判断，从而不断提高系列产品的
优化是一个人们普遍理解和接受的概念，也是人们始终的追求，优化思想在日常生活中更是随处可见，甚至自然界的万物演化也遵循优化的规律。当人们按理性行为从事一项工作时，总希望把它尽量做好，做出效率，做出效益，这就是优化。
在设计过程中，常常需要根据产品设计的要求合理确定各种参数，例如：质量、成本、性能、承载能力、效率等，以达到最优的设计目标。
实际上，随着生产、经济和技术的发展，工程技术、管理人员在实际工作中常常会面临这样一类问题：在工程设计中，怎样选取参数使得设计既能满足要求又能降低成本；在资源分配中，怎样的分配方案既能满足各方面的基本要求，又能获得好的经济效益；在生产计划安排中，选择怎样的计划方案才能提高产值和利润；在原料配比问题中，怎样确定各种成分的比例才能提高质量、降低成本；在城建规划中，怎样安排工厂、机关、学校、商店、医院、住宅和其他单位的合理布局，才能方便群众，有利于城市各行业的发展。这一类问题的共同点是选出最合理、达到最优目标的方案，这就是工程优化问题。
优化设计(OptimalDesign)是从20世纪60年代初期发展起来的一门新的学科，它是最优化技术和计算机计算技术在设计领域应用的结果。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，在解决复杂设计问题时，它能从众多的设计方案中找到比较理想的设计方案。早在17世纪，英国伟大科学家牛顿(Newton)开创微积分时代时，已经提出极值问题；后来出现拉格朗日(Lagrangian)乘数法，1847年法国数学家Cancky研究了函数沿什么方向下降最快的问题；1949年苏联数学家KaHTOPOBNq提出解决下料问题和运输问题这两种线性规划问题的求解方法。但是受到计算手段等条件的限制，在20世纪50年代以前，最优化理论还不能形成一门学科。
2．1优化设计的基本概念
2．1．1优化设计的基本术语
1．设计变量在设计过程中，进行选择并最终必须确定的各项独立参数称为设计变量(designvariables)。在选择过程中它们是变量，但是这些变量一旦被确定后，则设计对象也就被确定了。优化是研究怎样合理地优选这些设计变量的一种现代设计方法。没计变量的个数就是优化问题的维数。如有卵个设计变量，则称为T／维设计问题。在一般情况下，若有个设计变量，把第i(i一1，2，，行)个设计变量记为z，，则其全部设计变量可用卵维向量的形式表示为x一[z1，T2，，z，，，丁。]1或x∈R(2一1)这种以九个独立变量为坐标轴组成的钾维向量空间是一个卵维实数空间，用R表示。如果其中两向量又有内积运算，则称为卵维欧氏空间，用E表示。在优化中由各设计变量的坐标轴所描述的空间叫设计空间。设计空间中的一个点就是一个设计方案优化的搜索过程，一般就是在相邻的设计点间作一系列定向的设计改变，即在点k到点k 1间移动。例如直接搜索法的典型搜索情况，由下式给出：X6 一X6 口S(22)式中：向量Js决定搜索的方向，标量d决定搜索的步长。设计空间的维数又表征设计的自由度。设计变量越多，则设计的自由度越大，可供选择的方案越多，设计越灵活，但其难度也越大，求解过程也越复杂。一般含有2～10个设计变量的问题为小型问题，10～50个的问题为中型问题，50个以上的问题为大型问题。以下简要归纳一下在机械结构系统中的四大类主要设计变量及工程设计上的最优值(Optimum)是指在满足多种设计目标和约束条件下所获得的最令人满意、最适宜的值，它反映了人们的意图和目的，这不同于表示事物本身规律的最大值和最小值。但在很多情况下，也可以用最大值或最小值来代表最优值。最优值的概念是相对的，随着科学技术的发展以及设计条件的变化，最优化的标准也将发生变化。也就是说，优化设计反映了人们对客观世界认识的深化，它要求人们根据事物的客观规律，在一定的物质基础和技术条件下充分发挥人的主观能动性，得出最优的设计方案。
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