关键词：机械优化设计；应用
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。传统的设计方法只是一种定性分析的结果，没有经过精确的理论计算，期间造成了很多人力，财力的浪费，具有很大的改进潜力。为此，一种现代的设计理念――优化设计产生了。
1 传统工业的优化设计应用
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。
2 现代工业的优化设计应用
现代高新设计方法在机械优化设计中的应用已越来越广泛。但应该看到，现代的设计不仅仅是单一的完成给定产品的设计，而应该要将产品使用及设备维修等因素统一进行考虑。所以，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；涉及到汽车和铁路运输行业及通讯行业机械优化设计；涉及到轻工纺织行业、能源工业和军事工业机械优化设计；涉及到建筑领域机械优化设计；涉及到石油及石化行业机械优化设计；涉及到食品机械等机械优化设计。机械优化设计的应用还能够解决具有复杂结构的系统问题。
2.1 优化设计网络软件的应用
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。
2.2 优化设计在MATLAB中的应用
在机械设计中引入优化设计方法不仅能使设计的机械零件满足性能要求，还能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不仅避免了传统的设计方法中人工试凑、分析比较过程中的繁杂与重复，而且编程简单、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 夹具要比采用传统设计方法设计的质量轻、成本低，并且设计效率高。
2.3 人工神经网络法在机械优化设计中的应用
人工神经网络是人类模仿大脑神经网络结构和功能而建立的一种信息处理系统，是理论化的人脑神经网络的数学模型。人工神经网络从事例中学习，可以处理非线性问题，特别擅长处理那些需要人直观判断的信息匮乏的问题，如不完全数据集合，模糊信息以及高度复杂问题等。人工神经网络应用于优化设计，主要体现在以下两个方面：
Hopfield 网络 2.BP 网络
2.4 模糊优化方法在机械优化设计中的应用应用模糊优化理论能够将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化，通过合理给定约束函数、目标函数的容许值、期望值及其模糊分布 （隶属函数） 来 “软化”边界条件，扩大寻优范围和体现专家的经验、观点和某些公认的设计准则。把模糊技术应用于优化设计建模，其特长不仅在于它善于表达模糊概念，处理模糊因素，而且还可将复杂问题简化，使优化模型更加合理。采用模糊理论建立优化设计模型对求解复杂系统优化设计问题具有重要意义。
3 总结
从上述可知机械优化设计是一门应用前景十分广泛的学科，无论是传统还是现代方法都显得尤为重要，特别是在应用了计算机后使计算优化更加智能方便，所以这是一门值得深入研究开发其应用的学科。
参考文献
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【关键词】 机械 优化设计 理论 方法
中图分类号：S611 文献标识码： A
引言：近年来，随着我国经济的发展，我国机械工程规模开始加大，机械工程速度也开始变得迅猛，人对于机械行业来说，机械设计是一项复杂系统的工作，机械设计的治疗关系到工程质量的好坏，因此，对于机械设计人员而言，做出最优的设计，符合实际的实际是设计人员应尽的责任。
一、机械优化设计理论概述
1、机械优化设计的概念
机械优化设计是指最优化技术在机械设计领域的移植和应用，是以最低成本获得最高效益。其根据机械设计理论、方法与标准规范等建立能够正确反映实际工程设计的数学模型，利用数学手段和计算技术，在众多的方法中快速找出最优方案。机械优化设计通过把机械问题转化为数学问题，加以计算机辅助设计，优选设计参数，在满足众多设计目的和约束条件的情况下，获得最令人满意、经济效益最高的方案。目前，机械优化设计已成为解决机械设计问题的有效方法。
2、 机械优化设计研究的内容
机械优化设计主要研究的是其建模和求解两部分内容。 如何选择设计变量、列出约束条件、确定目标函数。其中，设计变量是指在设计过程中经过逐步调整，最后达到最优值的独立参数。设计变量的数目确定优化设计的维数，维数越大，优化设计工作越复杂，但效益越高，所以选取适当的设计变量显得尤为重要。约束条件即是对约束变量的限制条件，起着降低设计变量自由度的作用。目标函数即是指各个设计变量的函数表达式，工程中的优化过程即是指找出目标函数的最小值（最大值）的过程。一般而言，目标函数的确定相对容易，但约束条件的选取显得比较困难。
二、机械优化设计理论主要方法
1准则优化法
准则优法主要是通过力学以及物理或者是其他原则构造评优准则所应用的，然后在进行寻优。这个项方式的主要优点就是有着直观的概念以及简单的计算方式，同时能够对于优化效率约束能很好地降低，在工程方面广泛的使用；有弊就有利，这项方式只是考虑了很少的方面或者是一个点，使得优化效率大大的降低，甚至是没有约束。
2线性规划法
线性规划法主要是通过数学极值原理所对于目标函数为设计变量线性优化所设计的，可以说是机械优化设计中最为常用的一个方式。有单纯形法和序列线性规划法。
3神经网络法
神经网络可以说是一个大型的自适应非线性动力能够，所具备的有点为联想、概括、类比，同时要是局部出现问题对于整个系统却没有很大的影响。最早发现神经网络优化能力人员是美国物理学家Hopfield ，根据动力系统以及统计学原理，将系统稳定性以及最优化对策，同时系统能量函数和目标函数优化相互之间对应，优化设计变量以及神经网络参数相对应，在整个系统逐渐演变的过程中，在1986Tank首次提出了求解线性优化问题的造型化神经网络。神经网络稳定平衡点是这项方式的主要点，对于整个网络能量函数极小点所进行的优化设计，通过较为强大的计算方式以及近似分析、非线性建模能量将计算效率进行优化，所进行这个过程的关键点就是神经网络构造，一般都是使用在求解组合优化、约束优化以及复杂优化。
4、多目标优化法
机械设计所追求的最终目的就是优化功能、强度以及经济性，但是在实际工作中机械优化设计都是优化目标设计方式。在实施目标优化的过程中还是存在着很多的困难，对于研究人员有着一定的挑战性，但是这些理论方式还是不够完善的，将其划分为两种：一种是将多目标优化转化为一个或者是一系列的目标优化方式，将所得优化结果当做目标优化的解，第二种是直接求非劣解，在这中间要选择最好的作为最优解。
三、现代机械优化设计理论与方法
1、利用现代计算机软硬件技术的设计方法。
在产品开发初期借助于设计方法学，利用多媒体工具进行系统的开发。根据这一指导思想，利用数学系统理论，同时考虑系统工程理论产品设计技术和系统开发方法学，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件。根据这一设计方法，往往把产品的整个开发过程概括为产品规划、开发和生产规划三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术D虚拟现实技术。（1）、产品规划D构思产品。其任务是确定产品的外部特征，如色彩、形状、表面质量、人机工程等，并将最初的设想用CAD立体模型表现出来，建立能够体现整个产品外形的简装模型。（2）、开发D设计产品。该阶段主要根据系统合成原理，在立体模型上配置和集成解元素，把实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置进行分析。产品配置分析是综合产品规划和开发结果的重要手段。（3）、生产规划D加工和装配产品。在这一阶段中运用CAD技术，用计算机图案显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造型和装配间的关系，由此发现难点问题，并找出解决问题的方法。借助于现代计算机软硬件技术，通过三维图形软件、多媒体和超媒体技术及虚拟现实技术进行设计。
2、积极开发发展绿色设计、制造。
（1）、绿色设计制造时现代设计制造的可持续发展模式。人们已经认识到环境与发展是密不可分的。要从根本上解决环境问题，必须转变发展模式和消费模式，即为资源型发展模式逐步转变为技术型发展模式，依靠技术进步，节约资源和能源，提高效益，减少废物排放，实施清洁生产和文明消费，建立资源和环境相联系的新的发展模式。这是人类探索了几个世纪终于领悟到的发展观D可持续发展。（2）、发展绿色设计制造将为企业发展带来新的机遇。开发绿色设计制造是人类可持续发展战略的重要组成部分，是每个企业家必须考虑的企业行为，但是不少企业认为绿色制造投入大见效慢经济效益不如直接抓成本、抓质量、抓品种等见效快，因而无视对环境的污染，甚至宁愿被罚款，也不愿意采取措施。实际上，环境全面改善，一方面可改善员工的健康状况和提高工作安全性，减少不必要的开支；另一方面在绿色制造环境下工作的员工心情舒畅，有助于提高员工的主观能动性和工作效率，以创造出最大的利润，使企业具有更好的社会形象，为企业增加无形资产。（3）、发展绿色制造将推行新一轮技术创新。在全球性竞争激烈的背景下，利用高新技术和现代化管理来提高生产率，节约自然资源投入，以及节约劳动和各种形式的资本，是促进经济增长与发展的主要源泉。
四、机械优化设计的前景
机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术和机械工程相结合的一门学科，包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状优化设计等。近年来，随着数学规划理论与计算机技术的飞速发展及广泛应用，许多新兴优化算法，如遗传算法、神经网络法等相继被提出，机械优化设计广泛地被应用到建筑结构、化工、航天航空等诸多领域并取得飞速发展。机械优化设计具有广阔的发展前景。
机械优化设计给机械工程界带来的巨大经济效益是显而易见的，但其工程效应比起预期远远小得多。归结其原因，主要有以下两点：（1）建模难度大。（2）最优方法的选取难度大。 虽然有以上不足之处，但是机械优化设计的发现前景仍是非常广大的，且各领域也在积极做出相关的研究探索，并已取得一定的成就。
结语
纵观几十年来机械优化设计的发展历程，其发展是非常迅速且令人可喜的，虽然仍存在建模困难、优化方法选取等等方面的一些挑战，但是其前景仍旧是非常广阔的。研究机械优化设计的理论与方法无论是学术领域还是实际经济效益方面都具有研究意义。
参考文献：
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关键词：机械优化设计；双语教学；教学实践
作者简介：王林军（1982-），男，湖北黄冈人，三峡大学机械与材料学院，讲师；吴海华（1970-），男，湖北黄冈人，三峡大学机械与材料学院，教授。（湖北 宜昌 443002）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）04-0104-01
双语教学不仅在美国、加拿大、卢森堡、新西兰等双语国家或多语国家获得了成功，而且在俄罗斯、日本、澳大利亚、保加利亚、匈牙利等单语国家实施也获得了良好的效果。反思国内的双语教学情况，虽然英语教师非常努力地教，学生也非常认真地学，但所取得的效果十分不理想。[1-2]国内一些211和985重点院校（如浙江大学、北京大学等）的双语教学工作开展顺利，已在双语教学教材、师资队伍建设以及教学内容和教学方法方面取得许多研究成果。但地方本科院校的机械工程类双语教学工作进展十分缓慢，尤其是针对本科生开设的“机械优化设计”双语教学在教学内容与体系、英语教学环境、教学队伍建设、考核方式等方面严重不足，其主要原因是学生英语基础差、自学能力较弱，“机械优化设计”双语教学师资也相对薄弱。[3]上述差异决定了地方本科院校难以照搬重点院校的机械工程类双语教学模式，因此探索一条适合于地方本科院校的“机械优化设计”双语教学模式极为重要。
一、“机械优化设计”双语课程现状
“机械优化设计”是一门把机械设计与优化设计理论及方法相结合、实践性很强的课程，而双语教学主要是指教师采用英语或第二语言进行课堂教学。但如何有系统有组织地开展符合三峡大学（以下简称“我校”）特点的“机械优化设计”双语教学，如何处理教材的问题、如何在学时数原本紧张的前提下开展双语教学、双语教学方法和教学手段该如何改进、如何建立双语教学考核体系、如何提高学生的学习兴趣等等，这些都是在开展“机械优化设计”双语教学时所需要研究的问题。虽然目前不少地方本科院校已经开设了机械优化设计双语课程教学，但大学生英语水平良莠不齐，不少教师的英语水平同样还没有达到能真正像汉语一样熟练地运用英语教学的地步，这使得双语教学在“机械优化设计”课程中的研究与实践中碰到以下问题：[4-6]
1.双语教学效果差
目前国内英语教育主要以应试为目标，大学生的英语听说能力普遍较弱。“机械优化设计”双语教学中涉及许多专业词汇和复杂的句型，如果采用比较单一的授课方式，学生既无兴趣，又感到难以接受，无法准确理解该课程专业知识。
2.教学内容单一
我校该课程双语教学的对象是机械制造及其自动化专业三年级学生，他们虽然已具备一定的数理基础，但许多同学依然对机械优化设计过程和内容无法真正理解，甚至产生厌学情绪。这就要求双语教师在进行教学内容的设计时应更加丰富多彩。
3.教学方法问题
在进行“机械优化设计”双语教学时，若还是采用传统的满堂灌教学模式，课程本身的难度和英语的听力障碍将会导致教学效果不理想。而国际上知名大学多数采取的是引导式、启发式、互动式相结合的教学方法，后者更为有效，与“机械优化设计”双语课程教学相适应。
二、双语教学方法的改革与实践
依据机械工程类专业的特殊性，应从以下几方面进行改革和实践：
1.科学合理选择教学内容
考虑到我校机械制造及其自动化专业本科教学培养方案的特点及人才培养需要，对“机械优化设计”双语教学课程内容进行科学设计，主要包括以下教学内容：绪论（介绍机械优化设计的基本概念与发展趋势）；优化设计方法的数学基础（介绍矩阵运算和微积分的基础知识，凸集、凸函数与凸规划的基本理论）；常用的优化设计方法（介绍一维搜索方法、基于导数的优化方法和非导数优化方法等，包括智能优化方法）；约束优化问题的处理；多目标优化方法和优化设计结果的灵敏度分析技术；MATLAB在机械优化设计实例中的应用。这要求学生一方面掌握优化设计基础理论，另一方面应学会运用大型通用优化设计工具软件解决实际工程问题，真正做到学以致用。此外，在双语教学过程中，应安排大学生讲述自己完成机械优化设计过程，以提高大学生英语表达能力，并达到相互启发的作用。
2.努力营造英文教学环境，提高学生英语水平
作为教师，应认真备好每一堂课，板书、考试和作业批改中都要使用英语，采取全英语对学生进行提问，要求学生用英语回答，这样有助于锻炼学生的专业口语能力。同时，教师在给学生布置作业时，最好也是英语的，严格要求学生用英语完成，这样有助于锻炼学生的专业写作能力，为将来可能地进一步深造学习奠定了坚实的论文撰写基础。实际上，教师在双语教学活动中，除了布置一些该课程的课后英语作业外，还应当引导学生查找和阅读与该课程相关的专业英语读物，比如英文论文等，这样有助于增强学生的专业英语使用能力，而且还能培养该专业大三学生用英语思考的良好习惯，为将来的进一步学习和深造打下一定的基础。
3.努力加强我校双语师资队伍建设
为了提高教师的英语水平，每年安排教师参加由我校国际交流学院主办的暑期雅思培训班，取得雅思6.0分及以上成绩的教师才能担任双语教学课程。为了促进教师英文水平的稳步提高，以提升本校教师科研业务水平，学校定期派中青年教师出国交流学习，这势必将会对双语教学和师资队伍建设有一个很大的促进和提升作用。
4.充分利用本校网络教学平台
三峡大学求索学堂为全校提供网络教学服务，网络教学平台包括公共教学平台、多媒体课件制作系统、网络实时交互答疑系统。网络公共教学平台包括学生工作区、教师工作区、管理工作区三大部分，主要功能模块有公告栏、答疑、讨论区、在线自测、在线作业、下载区、资源等。多媒体课件制作系统提供辅助教师教学的多媒体课件制作平台；网络实时交互答疑系统是一个可以在网上传递五种不同模式的电子教学、实时协作和通信的平台，提供网络教学中的教学双边多媒体交互环境。充分利用本校求索学堂，可以促使教师和学生的沟通，同时还可以培养学生的知识获取能力和自主学习能力。
5.对本校传统的考核方式进行科学合理的改革
“机械优化设计”课程是机械设计制造及其自动化专业非常重要的一门专业基础课，属于专业必修课程，该课程考核方式过去经常是采取闭卷形式。这种考核方式有很大的不足，例如学生死记硬背优化公式，而忽略了利用该课程核心内容优化设计方法理论从工程上解决实际问题的能力，从而不能体现本校人才培养的要求。针对以上这些弊端，对该门课程的传统考核方式进行了改革，主要分为以下三个部分：闭卷考试成绩（占40%）：主要是考查学生对优化理论方法的理解和掌握程度；上机实验考试成绩（占40%）：重点考核学生运用计算机对优化方法的编程和实现能力；平时成绩（占20%）：主要是考核学生平时表现和出勤情况。
该课程考核方式的改革，势必将会促使学生更好地理解和掌握该课程的重难点内容，也会提高学生利用计算机编写优化程序解决工程实际问题的能力，同时将会提高机械工程类本科生的综合素质和能力，这也非常符合本校这种“高素质、强能力、应用型”的人才培养目标。
三、结论
双语教学不但能够提高学生的学习兴趣，而且还可以提高教师和学生的双语应用能力，对复合型人才的培养具有非常重要的意义。同时，在进行双语教学的过程中，要根据本校教师的英文水平和学生的认知和接受程度，精心准备和设计教学手段，科学合理安排教学内容，科学而有效地使用评价方法，这样不仅有助于学生及时了解和掌握本专业的前沿动态，还可以培养其直接阅读经典、前沿外文资料的能力。本文在对“机械优化设计”课程双语教学进行了多轮教学实践的基础上，对该课程双语教学的背景、教学内容与体系、英语教学环境、师资队伍建设、考核方式等问题进行了总结和改革，以期望对二本院校机械工程类“机械优化设计”课程双语教学与改革有一定的促进作用。
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关键词：现代设计方法；机械设计；优化设计；设计问题
中图分类号：TH122 文献标识码：A
随着科技进步，工业发展，人文和谐社会的进步，机械在人类进步的步伐中有着领头羊的作用。然而，机械系统引入新材料、新工艺、新方法等越来越多，实现这些技术的具体方法也有很多，现代设计应使自己设计的产品满足市场物美价廉、运行可靠、使用方便、可持续发展等一系列要求，所以传统的设计方法已经满足适应不了现代技术的飞速发展的要求，现代设计方法便应运而生，与国外现代设计方法相比，我们的机械设计显然慢得多。本文就现代设计方法以及相关问题进行论述。
机械设计根据使用情况对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、方式等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
1 现代设计的组成
现代机械设计是对传统设计方法发展和继承的产物，以科学理论为基础，以计算机为工具，运用知识进行创新创造的方法。现代设计已经形成分析与综合、收敛与发散、对应于联想、分散与组合、换元与移植、正与反等一系列的思维法则，以及智暴法、635法、陈列法、戈顿发、输入与输出法等科学组织的多种思维方法。
1.1 现代设计方法。产品设计过程来看广义设计体系有产品规划、概念设计、技术设计、施工设计和服务设计。产品设计对象来看简单的普通零件，由机、电、磁、光、液、软件、仿生等物质、信息和能量的高度耦合的极限系统于产品的全部构成。
初步统计设计方法有50种左右，如：计算机辅助设计、概念设计、结构设计、优化设计、可靠性设计、标准化设计、可视化设计、虚拟设计、数字化设计、仿生设计、智能设计、摩擦学设计、TRIZ设计、三次设计、有限元方法及无网格法、CAX集成设计等。如广义质量的产品质量功能化设计、动态优化设计、智能控制系统设计和可视化设计的综合设计方法，基于QFD，TRIZ和三次设计的集成话设计方法等。
1.2 现代设计工具和平台。现代设计工具和平台是现代设计的重要组成部分，主要由硬件和软件两类，然而实际中是硬软件结合使用。现代设计的工具和平台主要有：CAX系统；DFX类；仿真系统类；数据库，知识库类。
2 现代机械设计方法的特点
现代机械的种类繁多、结构复杂，总体由配电系统、动力系统、控制系统、执行系统、传动系统等组成。而且每个系统都可以细分为无数的子系统。
现代机械设计与传统机械设计存在相应的差别，传统机械设计方法基于经验、经典模型、力学及实验，然而，现代机械设计运用创造与设计的思维规律及方法；涉及广泛的交叉科学；运用有限元分析等模拟软件分析系统；还以人机工程学、现代工业设计和产品造型设计等创造出既科学又有艺术美的设计美。
现代机械设计方法以计算机绘图，从传统的串行设计到并行设计，由计算机进行各种各样动态模拟仿真，系统优化等。现代机械设计离不开计算机这个主要载体，实现集成化、可视化、智能化、数字化设计。
3 存在的相关问题
我国在机械设计上与西方国家存在很大的差距，特别是在设计的整体和国际先进水平研究上存在相当大的差距，我认为有以下几个方面：
3.1 理论的运用和研究。机械设计现在的瓶颈问题之一是弱理论强经验的领域，这个阻挡着现代机械设计方法的继续发展。基础理论有专业与通用之分，但这些理论都比较分散，没有形成整体化，大多在某一个方面进而发展。
3.2 创新设计与模仿重复的分散。往往在设计上，创新与传统是分不开的，只有发现啦传统的不足之处，创新来弥补相应的不足，从当今社会来看，现代设计方法的研究与运用，两者还是分离，有必要将两者紧密地联系在一起来研究和运用。
3.3 设计与制造的脱轨。现阶段，有的设计出来的东西在加工制造上存在很大的难度，相应的提高制造成本，以及加工的难度系数，产品的加工制造与材料、技术能力、设备等都有很大影响。然而，产品的设计必须考虑加工等众多因素，达到制造的工艺相对简便等优点。
3.4 创新与相似设计划分不明确。现有的设计方法对理论的运用还是局限于模仿和相似的运用，只有改进，没有充分的认识到创新和相似的跨类存在关系，相似的设计就成为了创新设计，然而，这样的设计很困难从根本上解决自主创新设计。
3.5 现代仿真技术的单一。由复杂的产品设计过程，会用到不同的仿真软件进行逐一的分析，然而，这些软件的开发商也是高低不一，仿真软件层出不穷，在运用上使用者需要大量学习和操作过大，使相应信息流共享资源障碍，如何整合多款的设计软件是一个重大的研究问题，扩大仿真数据交流、模块化、集成化和通用性是个很值得研究和的问题。
结语
综上所述，现代机械设计方法的研究种类繁多，怎样整合这些方法是一个很值得研究的内容，机械设计理论和经验固然重要，合理运用相应的设计软件平台进行数据模块的集成，有利于资源的共享构成现代设计完美理论体系。
在科技飞速发展和学科广泛的交汇下，现代机械设计方法的创新，设计规律和规范的研究有着重要作用，使设计过程可简便化、多彩化、功能化和可持续化。
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关键词：复杂机械系统；多学科；复杂机电
一、前言
随着科学技术水平的不断发展，现代机械系统已发展成为由机、电、液、光等多物理过程耦合于载体的复杂物理系统，同时也是将多种单元技术集成于几点载体，形成整体功能的复杂装备。在完成高度复杂的多物理过程中，系统及其内部的各子系统与环境间进行着能量、物质与信息流的多种传递、转换和演变。
二、现代机电系统及其特征
现代各种高效的生产设备、航空航天运载工具、高速列车、盾构是掘进机等无一不是高度耦合、功能复杂、运动控制能力强大的复杂机械系统。与传统机械相比，可以认为，现代机电系统是将机械工程、材料工程、电气工程、控制工程、信息技术等通过信息流融合与信息驱动，按照复杂规律运行的机械系统，其共有特征主要体现在：（1）系统由多个相同和不相同层次的子系统组成，各个系统之间通过耦合关系构成结构复杂的有机整体。复杂机电系统耦合关系见图1.1所示。（2）系统具有动态性与开放性。系统内部及系统与外部环境之间，通过耦合与协同进行能量、物质及信息流的传递、交互及转换，实现多个复杂的物理过程并形成系统的基本功能。
三、关于复杂机械系统的研究
复杂机械系统具有复杂系统的特征，设计属于复杂机械产品的设计范畴，其设计过程是包括数十门学科交叉的系统工程问题，虽然已经在每门学科以及领域积累的丰富的理论及相关技术，比如精密轨道、减速箱。连杆机构的运动学、动力学、摩擦学等等。而复杂机电系统的整体行为不能通过独立分析其各部分的行为来确定，需要建立基于物理耦合与多异域技术协同的系统研究方法，以寻求复杂机械产品的整体最优。
传统复杂机械产品设计一般流程为：方案设计――详细设计――生产设计。其中方案设计所占比重较小，处于产品全生命周期的初始阶段，统计数据表明，产品方案设计的费用只占产品开发总成本的5%，但产品总成本的70%～80%由方案设计阶段决定。方案设计是为了获取满足产品设计要求，详细表达方案的功能原理、原理结构的相互关系以及功能载体的关键参数，其设计质量依赖于设计师的经验，对其进行优化设计非常有用。一旦方案确定下来，就限制了后续设计的优化空间，详细设计与生产设计相对于方案设计的自由度小，所以方案设计是产品设计的关键所在，其设计结果将直接影响后续详细设计、制造等环节，而且这一阶段所造成的设计失误很难为详细设计阶段弥补，正是基于以上原因，设计人员逐渐意识到应该大力提高方案设计阶段的质量，其中，一个很重要的手段就是采用各种优化技术。
基于计算机辅助的方案设计方法符合当今产品数字化设计的需求，在设计方法上融合了各种现代设计方法，如有限元设计原理、可靠性设计理论、优化设计理论、系统建模理论、评价决策等，使得设计过程更具创新性，寻求新的方案。
现有的设计方法――传统的串行设计模式，在不同的设计阶段，选择不同的重点学科进行产品设计和优化，实质上忽视了学科之间的联系，人为割裂了学科间的相互耦合可能产生的协同效应，结果极有可能失去系统的整体最优解，降低了产品的总体性能，并且设计周期长。这就导致得到产品整体最优解的困难不仅仅在于优化算法本身，而是需要新的优化理论与方法。多学科设计优化（MDO）就是一种通过充分探索和利用工程系统中相互作用的协同机制来设计复杂产品及其子系统的方法论，其思想顺应了复杂机械产品设计的需求，其宗旨与并行工程的思想不谋而合，用优化原理为产品的全生命周期设计提供了理论基础与实施方法，所以已经提出，就被认为是“能够帮助设计师解决困惑的重要途径”，目前已广泛应用于航天、汽车、交通运输、机械等行业。可以认为各个学科设计理论、设计经验是研究复杂机电系统（由学科组成）的基石，而直接研究复杂机电系统整体规律已是社会发展的急切需求。而MDO为此提供了可行理论和方法。
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关键词：现代设计方法；矿山机械设计；CAD技术；有限元法
前言
随着我国工业发展速度的加快，矿产资源的消耗量不断增加，这就对矿山机械设备提出了更高的要求。在矿山开采过程中，机械设备具有极为重要的作用，不仅与矿产开采的安全息息相关，而且直接关系到矿山开采的效率，因此矿山机械的设计至关重要。在当前矿产资源消耗量不断增加的情况下，更应该充分的利用现代化的设计方法，在确保安全的基础上，努力提高设计质量，加快对老旧矿山机械的改造，遵循低碳环保的理念，降低设计成本，以最小的投入，确保设计出来的矿山机械设备性能的最优化。
1 现代设计方法概述
从传统设计方法与现代设计方法相比较来讲，传统设计方法更注重于直觉和大量实践经验，而现代设计方法则是以现论和相应的逻辑分析等学科知识为主，实现了充分的利用计算机等先进技术来进行具体的规划和设计，确保所设计出来的产品具有较好的质量和经济性，能够更好的满足社会和经济发展的需求。目前设计方法在科学技术及学科理论、技术等不断发展的基础上得以不断优化。随着计算机技术的发展，在设计中充分的利用计算机技术，不仅设计效率得以大幅度的提升，而且设计技术和设计质量也得以提升。同时在当前多门学科理论的融合下，无论是设计技术、设计方法等都取得了较快的发展，使设计方法更具有现代化的特点，其不仅具有先进性和智能性的特点，而且还开始向动态性、系统性和综合性的方向发展，已开始逐渐取代传统的设计方法，这些现代化设计方法的应用，有效的提高了矿山机械设计的水平，确保了矿山机械设备水平的提升，对加快推动矿山行业的发展发挥了极为关键的作用。
2 现代设计方法在矿山机械设计中的应用
2.1 可靠性设计
在进行矿山机械设计时，衡量产品质量的最重要一项指标是可靠性。要想做到可靠性设计，则需要通过试验及统计分析对矿山机械的载荷、工况、长度及材料机械性能等数据进行计算，并作为可靠性的重要依据。根据具体的分析和计算，建立可靠性模型，确定设备的使用寿命，对其可靠性进行全面的掌握，对于一些可靠性较为薄弱的环节则可以加以进一步改进，以便于更好的提高矿山机械设备的质量，提升设备的安全可靠性，以便于确保矿山机械设备在生产过程中的安全能够得到较好的保障。
2.2 CAD技术
目前在设计人员进行矿山机械设计时，必不可少的会使用到CAD技术。这是充分的利用计算机软、硬件来实现对产品进行设计的一种技术，利用CAD技术可以实现进行设计、工程分析、绘画及文档制作，为设计带来了很大的便利。不仅可以确保模块和一体化设计的实现，而且直接导入计算机内的产品模型，在加工中心直接利用传入的加工代码进行机械的加工。应用CAD技术，有效的将设计和制造两个环节更好的衔接起来，对矿山机械产品的设计效率和加工效率都有较明显的改善。
2.3 有限元法
矿山作业时环境较为复杂，机械作业时受力情况也无法进行准确的计算和分析，在结构和载荷上都具有复杂性。在传统设计中通常都是通过几个截面来进行简化计算，这不仅无论确保计算结果的准确性，而且仅仅通过对几个截面的设计校核，无法对每个部件的应力分布情况进行准确的确定。所以在现代设计方法，往往利用有限元法，通过计算机来对每个部件的应力情况及薄弱点进行分析，这样能够更好的对设计产品进行改进，确保设计出来的产品质量能够更好的满足矿山开采的要求。
2.4 优化设计
目前数学专业也随着时代前进而向前发展，比如最优化设计数学模型。矿山机械设计中的优化设计就是将设计中遇到的问题转化为数学模型，然后应用数学优化技术和计算机计算技术，从可行域中找出最优解。在设计过程中，设计问题越复杂，越能体现出优化设计对产品设计的优势，它大大减轻了设计工作者的负担。优化设计技术在推进计算机辅助设计、改进产品质量和提高产品设计水平等方面都具有重要作用。
2.5 绿色设计
随着当今世界对环境保护的重视，大家也开始呼唤设计界的绿色环保。绿色设计，不仅是指在设计过程中整个机械设备要经济环保，做到可回收、可维护、可拆卸、可重复利用等，而且在机械施工过程中，要做到减少噪声污染，提高工作效率，最大限度地节约能源。在满足使用性能和安全性能的同时，设计的产品也要具有良好的环境属性，这是现代设计中必要的一个环节。
2.6 人机工程设计技术
矿山机械运行的环境比较恶劣，操作机器人员需要集中精神进行细心操作，一个简单的失误有可能造成安全事故。所以在设计中有了人机工程设计技术，它的目标就在考虑施工环境的前提下，怎么样将机械产品最合乎人的操作习惯，尽量满足人的舒适度，减少人的劳动强度，保证生产安全。比如合理的档位高度和位置设计可以减少操作人员的强度以及避免操作失误，保证操作人员的安全。
3 矿山机械设计过程中应注意的几个方面
首先，要强调以人为本的设计理念。以人为本是现代机械设计理念中很重要的一个方面。以人为本涉及到很多方面，例如噪音的消除、机械形态的柔和型、操作控制系统的安全性和操作起来的简便性和舒适度。消除噪音是一个非常重要的方面，工作人员在一个充满噪声的环境里，不可能保持一个良好的工作状态。操作工人极易出现错误操作而导致事故发生。因此在机械设计过程中，必须找到最合适的工作频率，降低噪声对工作人员的影响。除此之外，我国机械设计自动化程度比较低，很多都需要人工操作，因此有一个方便舒适的的操作系统很重要。
其次，现代机械设计方法集先进性、智能性、系统性、动态性和综合性等特点于一身。矿山机械的设计人员一定要清楚的掌握几个数据，例如人体的一些生理指标，各个部位的尺寸等，还要了解矿山的一些基本知识等情况，设计出来的工作界面要简洁大方，让工作人员很好的操作，又能保持一种良好的情绪和工作状态。
4 结束语
随着科学技术的快速发展，现代设计方法层出不穷，其种类越来越多，这就需要矿山机械设计中，设计人员需要根据企业的实际生产情况，充分的应用适宜的现代设计方法来进行矿山机械的设计，确保设计出来的产品性能上的最优化，具有良好的经济性，这对于矿山企业生产效率提高及企业竞争力的提升都具有极为重要的意义，也必将对矿山企业的可持续发展奠定良好的基础。
参考文献
[1]钟志华，周彦伟.现代设计方法[M].武汉：武汉理工大学出版社，2001.
关键词：机械设计；原理；方法；原则
随着科技的进步，新兴学科和技术的不断涌现，原来的一些机械设计方法已适应不了当今的时代潮流。特别是方案设计是目前智能化CAD的瓶颈之一，已成为各国设计学者研究和探讨的热点。本文从以下几个方面浅谈一下机械设计的理论和方法。
1 现代机械设计的概念和地位
机械设计是指根据对机械产品的设计要求，应用当代先进技术成果，通过设计人员的创新思维，经过反复调查、分析、论证、判断做出决策，并采用适当的设计模型使之量化，最终将输入的物料（毛坯、半成品等）、能量（机械能、电能、热能等）或信号（测量值、数据、控制信号等）转化为功能完善、技术先进、经济合算、造型优美、深受用户欢迎的技术装置或机械的过程。
机械设计是生产机械产品的第一步，是决定机械产品性能的关键环节。据统计，机械产品的生产成本，70%由设计阶段决定。所以必须把好设计关。
2 现代机械设计发展趋势
随着科技的进步，设计水平发展很快。首先，机械设计的基础理论和各种专业产品设计机理的研究得到进一步加强；其次，关键零部件的设计研究得到加强。
2.1 通过设计来完善产品的功能及原理
任何一种机器的更新换代都有三个途径：一是改革工作原理；二是通过改进工艺结构和材料，提高技术性能；三是加强辅助功能，使其更适应使用者的心理。特别是第二步、第三步，目前发展迅猛，开发得比较成熟。
2.2 通过设计提高产品质量
（1）基本性能方面。随着科技的进步，出现一系列的新工艺、新材料，如硬质合金材料的出现，使普通车刀在高速切削下的寿命大大提高。
（2）适应能力方面。机械设计除应满足产品的基本性能外，还要考虑工作情况发生变化时的产品适应能力。如采用齿轮传动的自行车代替链传动，更能适应在恶劣环境下的使用。
3 现代机械设计原则
机械设计应遵循以下原则：
1.实用性原则 市场需求是设计动力的源泉。机械设计首先要满足所设计机械产品的基本功能和必要的辅助功能要求。
2.经济性原则 所设计的产品应尽量降低成本，提高附加值，提高经济效益和市场竞争力。
3.安全性原则 所设计的产品应在技术上采取必需的、可靠的安全防护措施，保证操作者、管理者的人身安全和机器的安全。
4.优化原则 所设计的产品应达到当代科学技术先进水平，产品制造和使用达到最佳水平，多种原理方案和设计参数达到“最优解”。
5. 可靠性原则 所设计的产品应在规定的时间内完成规定的功能，即不发生失效。
4 现代机械设计理论与方法
设计理论是对产品原理和机理的科学总结，设计方法是使产品满足以及判断产品是否满足设计原则的依据。现代设计方法是基于设计理论形成的，因而更具科学性和逻辑性。
4.1 利用现代计算机软硬件技术的设计方法
在产品开发初期借助于设计方法学，利用多媒体工具进行系统的开发。根据这一指导思想，利用数学系统理论，同时考虑系统工程理论产品设计技术和系统开发方法学，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件。根据这一设计方法，往往把产品的整个开发过程概括为产品规划、开发和生产规划三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。
（1）产品规划——构思产品。其任务是确定产品的外部特征，如色彩、形状、表面质量、人机工程等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出来，建立能够体现整个产品外形的简装模型。
（2）开发——设计产品。该阶段主要根据系统合成原理，在立体模型上配置和集成解元素，把实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置进行分析。产品配置分析是综合产品规划和开发结果的重要手段。
（3）生产规划——加工和装配产品。在这一阶段中运用CAD技术，用计算机图案显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造型和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法。借助于现代计算机软硬件技术，通过三维图形软件、多媒体和超媒体技术以及虚拟现实技术进行设计。
4.2 积极开发发展绿色设计、制造
（1）绿色设计制造是现代设计制造的可持续发展模式。人们已经认识到环境与发展是密不可分的。要从根本上解决环境问题，必须转变发展模式和消费模式，即为资源型发展模式逐渐转变为技术型发展模式，依靠科技进步，节约资源和能源，提高效益，减少废物排放，实施清洁生产和文明消费，建立资源与环境相联系的新的发展模式。这是人类探索了几个世纪终于领悟到的发展观——可持续发展。
（2）发展绿色设计制造将为企业发展带来新的机遇。开发绿色设计制造是人类可持续发展战略的重要组成部分，是每个企业家必须考虑的企业行为，但是不少企业认为绿色制造投入大，见效慢，经济效益不如直接抓成本、抓产量、抓品种等见效快，因而无视对环境的污染，甚至宁愿被罚款，也不愿采取措施。
实际上，环境全面改善，一方面可改善员工的健康状况和提高工作安全性，减少不必要的开支；另一方面在绿色制造环境下工作的员工心情舒畅，有助于提高员工的主观能动性和工作效率，以创造出最大的利润，使企业具有更好社会形象，为企业增加无形资产。
（3）发展绿色制造将推动新一轮技术创新。在全球性竞争日趋激烈的背景下，利用高新技术和现代化管理来提高生产率，节约自然资源投入，以及节约劳动和各种形式的资本，是促进经济增长与发展的主要源泉。事实上，从产品设计到制造技术，从企业组织到营销策略的制定，一批绿色制造技术与概念已经在发展之中。
5 机械设计的现状与展望
目前，机械设计还仍处于半理论半经验的阶段。
随着现代科学技术的迅速发展，近30多年来机械设计发生了较大变化，设计理论更新颖，设计方法更科学、更完善，计算精密度更高，计算速度更快了。
从某种意义上说，机械设计是科学技术转化为生产力的过程，科学技术的发展又促进了机械设计技术和方法的现代化。机械优化设计给机械工程界带来了巨大经济效益，随着技术更新和产品竞争的加剧，优化设计的发展前景非常的广阔。但我们仍需关注的是，在优化技术水平得到了提高的同时，国内机械加工或工艺水平、加工手段和制造技术也应配套提升才行。
参考文献
关键词：机械设计；技术；趋势
中图分类号：TH13 文献标识码：A
一、概述
机械设计（machine design）是将机械各个零件的材质、形状、尺寸、结构、工作原理、运行方式等进行分析、计算尽而转换成具体的描述，并且作为以后机械生产制造依据的工作过程。
二、当前机械制造业设计的具体内容
当前机械制造业设计方法是将传统的机械设计理念进行总结分析，再加上现代化的设计技术而实施的机械设计。其中有以下几个方面的主要内容。
1 数字化
数字化技术是当前机械设计的核心特点，在机械设计工作开展之前我们就需要利用数字化技术对整个设计生命进行建模工作，进行模拟设计，以便在实际机械设计中可以有最完美的设计技术和方案。同时在设计过程中，也可以利用计算机辅助设计和数字管理手段对整个设计过程进行检查、管理和分析，从而保障资源配置最优化、还能最大化的提高设计效率，节约时间。
2 并行化
并行化技术的运用是当前机械设计的最大趋势，由于计算机技术的普及，在很多方面实现信息共享，还可以打破时间和空间的阻碍，让不同地方的工作者可以在同一平台工作。传统的机械设计都是单方面的设计，只能一个步骤一个步骤的进行，并且在设计过程中每个设计环节之间缺少必要的沟通，有问题也不能在第一时间进行修正，增加设计人员的工作量。当前机械设备的科技含量很高，涉及到的知识范围也比较广，单单只依靠个人是无法完成完整的机械设计，迫切的需要有相关的技术人员来一起探讨解决。
通过计算机综合平台，可以实现多个领域的优势互补，信息共享，集思广益，从而可以在最短的时间内，最终实现机械设计最完美的效果，所以并行化是当前机械设计的最大趋势。
3 智能化
自动化技术在机械设计方面，己随处可见，机械的自动化程度也越来越高，机械设计师只有充分利用智能技术进行相应的设计工作，机械设计智能化系统，具有独立计算和智能逻辑推理功能，可以很大成度的减轻设计师的工作量，大大提高工作效率。因此智能化技术的运用已经成为当前机械设计的迫切需要。
三、现代机械设计技术及应用情况
随着社会科学技术的发展，尤其是计算机网络的普及，机械设计技术也在不断的更新。其中包括有限元、最优化、模糊、可靠性、仿真、专家系统，CAD等方法，比较常见的技术有以下五种。
1 有限元设计
有限元分析技术FED（Finite Element Design）是当前被广泛应用的一项工程分析技术，它是利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟，以有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。该技术不仅能用于工程中复杂的非稳态问题和非线性问题，而且还可以用于工程设计复杂结构的静态和动态研究，并能准确的计算出形状复杂零件的应力变化和分布情况，是当前复杂构件强度和刚度计算的有力分析工具，是上世纪60年代，渐渐发展和健全的数值计算方式。
2 最优化设计
最优化设计OD（Optimal Design）是当前机械设计中较新颖的设计方式，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。然后通过对数学规划方法和计算机计算技术，对相应的数学模型进行求解运算，选择最合理的优化方法。这一方式的出现比较晚，但是其发展相当的快速。在各种工程设计中都被广泛的应用。最优化设计不公可以改变机械产品的性能，还可以有效的降低成本。是当前机械设计的发展趋势之一。
3 模糊设计
模糊设计（Fuzzy Design）是把模糊数学知识应用于机械设计的一种设计方式。机械设计中就存在大量的模糊信息，随着科学技术的不断发展，其结构变的越来越庞大和复杂，其有存在的变量很多，在很多情况下我们无法对所设计的产品进行十分精确的描述。例如机械产品使用寿命和承载力等都是模糊现象，其系数往往从保守观点出发，取较大值，但是在它充许的范围内存在有比较大的模糊区间。在各工程设计过程中会有很之类似的问题，对于这类问题就需要采取糊数学的方法进行解决。就是把模糊技术和其他重量的设计方法进行结合运算，最终形成模糊优化、模糊可靠性等多种方式。
4 可靠性设计
可靠性设计RD（Reliability Design）也是一门新兴的学科，在机械设计领域当中是20世纪60年代兴起并逐渐进入的。机械零件的可靠性设计就是指在特定的时间和条件下，实现规定功能的能力。概率论和数理统计是可靠性设计的理论基础，而失效分析和预测（包括可靠性试验）是可靠性设计的依据，确保产品的可靠性是可靠性设计的根本目标。目前人们对机械产品的安全性和可靠性比较关心，只有给人安全保障，使用起来会比较可靠。所以各企业都把机械设计的重心放在产品的安全性和可靠性上，所以可靠性设计技术成为当前机械设计十分重要的组成部分之一。
5 仿真和虚拟设计
仿真技术是以计算机为工具“建立实际或联想的系统模型”并且可以在不同情况下对模型进行动态运行实验的一种综全性技术。其本质是以计算机的仿真技术，并行化的模拟出产品开发的全部过程和产品设计各个环节的影响。对产品性能、成本进行预测，分析其可制造性、可维护性和可拆卸性，不仅可以提高产品设计的成功率，而且还可以大大的减少产品的设计时间，同时也增加了用户之间的距离。
四、当前机械设计方法发展趋势探索
在科技发展迅速的今天，新的技术在不断的涌现，机械产品设计的科技含量也越来越高，其技术水平的竞争已经达白热化的状态。在如此激烈的竞争中，如果想脱颖而出，在这个行业占有一席之地，我们只有不断的改进技术、降低成本、提高工作效率，这些不仅是我们需要努力的方向，同是也是目前机械设计方法的发展趋势和方向。
1 信息系统化
未来机械设计方法研究的趋势将会越来越信息系统化，因为系统工程学是依托信息学、控制论、统筹管理等科学方法建立并发展起来的，用来解决工程问题最优化设计及控制的科学。传统的机械设计，我们都是把设计对象当作独立的事物进行分析、试验、研究，其得到的结论局限性非常大。我们把信息系统工程学运用在机械设计中，把整个机械设计过程作为统一的系统进行研究和探索，这样对系统的每个部分都进行研究，得到的结构很全面，也很有科学依据，同时大大的节省了人力、时间。对产品的开发有很大的优势，在工程设计中被争相使用，其发展前景十分的可观。
2 人才创造潜力的培养和挖掘
创造潜力挖掘的发展趋势将会越来越精英化，虽然现在科学技术越来越发达，在各个工业设计中计算机技术已经被告广泛应用，但是世界的核心依然是人类，人才创造潜力的发掘才是最核心，最重要的。以培养高级工程技术人才为主，综合培养能熟练掌握现代科学技术，并且具有现代科技观念，从事机械设计、管理等方面的高级工程技术人才。如果可以最大限度的发挥、引导、开启机械设计师们的想象力，激发其创造力，运用其独特的设计灵感和创造能力再辅助现化代科学技术来解决工作上的问题，一定会呈现出事半功倍的效果，所以说在市场如此激烈的形势下，人才创造潜力的培养和挖掘，是当前机械设计生命力最基本的保证措施。
3 产品商品化的设计趋势
机械产品设计是一种以机械产品为主要对象，将机械各个零件的材质、形状、尺寸、结构、工作原理、运行方式等进行分析、计算尽而转换成具体的描述，并且作为以后机械生产制造依据的工作过程。但是现在很多的企业都清楚的认识到在竞争如此激烈的现代社会，如果想要更好的生存发展必须要不断的创新，但是却有很多的新产品投入了大量的财力、物力、人力和时间，却在商品化这一环节上出现问题。商品化是所有机械设计开发的最后一个环节，也是检验机械设计成果最好的方法，所以在设计开始就应该做好市场调研和产品定位。机械产品设计不是单单对机械产品进行"美化"设计，还要充分表现产品的功能、实用性、工艺设计和人机、环境之章的协调统一，最终创造出造型美观形式新颖，并具备有现代工业美感，可以扩大产品销路，创造出更高的经济、环境效益。提高市场竞争力，从而推动产品设计持续发展。
结语
作为一名机械的设计师，我们一定要随着科学技术的进步和社会发展的需求，不断的丰富我们的设计思想、理论和方法，熟练的运用现代化科学技术，来提升设计水平，从而促进机械设计的发展和变革，提高市场竞争力。
参考文献
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[关键词]MATLAB；机械优化设计；仿真运用
中图分类号：TN899 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）14-0233-02
引言
在经济迅速腾飞的时代，机械设计的方法和理论在其中的比重越发增大。只有不断完善机械设计理论，才能使我国的机械设计水平提升，也才能为各个部门提供性能先进的技术装备。为此，传统的机械设计方法已经渐渐满足不了人们生产制造的要求，纵观传统的机械设计理念，更多的是对以前产品制造经验的借鉴和拓展，缺乏创新理念，在设计过程上更是繁琐，以经典力学为依据对零部件进行设计，这样加大了成本的投入，使生产周期变长。而现代的机械设计方法，在设计思想上更多地运用最新的技术，不仅仅只以机械系统为关注对象，增大了设计的视角；设计准则上以广义力学的可靠性准则为依据；设计过程更是与前者完全不同，虚拟样机，方案评价，优化参数到最后的设计制作，从性能，结构和成本上更具市场竞争力。
伴随着计算机行业的兴起，它在机械设计中已成为不可替代的重要工具。从机械产品的设计理念到设计成品的完成都可以在计算机上完成，计算机有运算速度上快、存储量大、能进行精确的数据处理等优势，使机械制造业实现了自动化控制和生产。基于MATLAB的机械设计方法，借助MATLAB强大的数据和图形处理能力，不仅节约了成本，而且提高了设备设计的质量和设计效率。
1 MATLAB的优化原理
1.1 MATLAB简介
MATLAB的产生是与数学计算联系在一起的，由Mathworks公司于1984年推出采用c语言内核的正式版本。该软件能处理日常数学中常见的问题，包括矩阵计算，信号的处理，快速的数值计算和图形生成等功能。在MATLAB的运行环境下，用户可以集成的进行数值运算，程序的设计，文件的统一管理等各项操作，随着软件的不断升级，又增加了丰富多彩的图像图形处理和多媒体功能，这样使得MATLAB的应用更加的广泛。
1.2 MATLAB的组成及特点
MATLAB拥有一个专属的工具箱，可以解决不同领域的问题，其完善的拓展程序可以满足设计者不同的设计要求。MATLAB包括动态仿真系统，主程序和各种各样的工具箱。其主程序又包括以下几方面：
1.）MATLAB应用程序接口：是使MATLAB语言能与其他高级汇编程序语言进行交互的函数库，实现了文件数据的交换，增加了该语言的灵活性；
2.）图形处理系统：能方便的图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注；
3.）数学函数库：包括大量的计算算法，为不同的数值计算提供了全面的依据；
4.）MATLAB语言：是一个基于矩阵/数组的高级语言，可以用于快速编写简单的程序，也可以用来编写复杂庞大的应用程序；
5.）开发环境：是一套方便用户使用MATLAB的工具集，其中许多工具是图形化用户接口，为用户提供一个集成化较高的工作空间。
1.3 MATLAB机械优化
MATLAB的优化是在机械优化设计中的一种，MATLAB强大的数据处理和图形绘制能力，使得在机械设计过程中大大简化了数值计算，图形的直观表述也使得设计更加形象和具体。基于MATLAB的机械设计，利用MATLAB多功能工具箱，可以更好地帮助设计人员克服许多情况复杂的机械设计和工程问题。另一方面，MATLAB丰富的图形图像处理能力和仿真功能，使得繁琐的机械设计得到简化，也让设计更具创新性。此外，把机械设计的图形绘制和计算机软件有机结合，有效的简化了设计和绘图过程，减少了成本的投入，降低了研发时间，保障了机械设计的质量和速度，
2.机械设计优化
随着机械制造业市场的不断开拓，机械设计越来越受到人们的重视。产品能否具有市场竞争力，外观和性能能否满足人们的生活需求，机械设计起到决定性作用。伴随着设计过程的进行，需要对设计方法进行优化，即将机械设计与优化设计理论和方法相结合，利用计算机，自动搜选可以达到预期目标的最优设计方案和最佳设计参数。
优化设计与传统设计相对比，可以看到，优化设计在设计方法、设计手段以及设计思想和理念上都占有很大的优势，从传统设计的求得可行解到优化设计的解得最优解，让设计发生着质的变化，进而也让设计的作品更具挑战性。对机械设计进行优化，可以使传统机械设计中，省去对性能指标的校核，求解可行解上升为求解最优解成为可能；使机械设计的部分评价，由定性改定量成为可能；很大程度上提高了产品的设计质量，进而提高了产品的质量。
机械优化设计在实际解决问题过程中，首分析实际问题，建立优化设计的数学模型，其中主要分析设计的约束条件，设计变量以及设计准则和目标；其次，分析数学模型的类型，选择合适的求解方法，即优化算法；最后，编程上机求解数学模型的最优解，并且对计算机的结果进行评价分析，最终确定是否选用此次计算的解。通过优化设计，最终确定设计方案，进行方案的设计和产品的设计制造。
3 基于MATLAB的机械设计仿真
MATLAB强大的数学计算能力，使得其他数学计算软件在MATLAB面前黯然失色，它可以将所得到的计算结果用空间形式（二维，三维或四维）表现出来，直接表露出作品内在所蕴含的内涵和规律。另外，MATLAB的动态仿真功能，更是直接的创建了一个系统模型，让机械设计更加形象生动，仿真更加具体。
基于MATLAB的机械设计仿真，核心内容是对数值进行积分运算，根据所得的加速度来计算得到物体的位移和速度，描述各个构件之间的相互联系。为了更好的表现机械设计的直观性，利用SOLIDWORKS软件绘制三维图形，即下图的曲柄滑块机构：
对于上图所描述的曲柄滑块机构，对其建立矢量方程式，分别对两轴进行分解，求导可得到该点的加速度，对其进行整理可以得到矩阵形式。利用MATLAB强大的数值计算，在仿真环境下建立运动仿真模型，如下图所示：
通过改变曲柄的角度，可以在MATLAB的绘图模型下，得到滑块的加速度变化趋势图。利用MATLAB丰富的图形处理能力，大大减少了模型数据的计算量，形象生动的表现出了运算结果的发展趋势，对机械设计提供了一个重要的依据，也使得研发的产品功能更加强大。
4.总结
基于MATLAB的机械设计方法，摈弃了传统的设计理念，以全新的视角进行机械产品的设计，无论是产品的设计成本、研发时间，还是产品的外观和质量都得到了很大的改善。在追求经济利益最大化的今天，利用最少的成本投入来获取最大的经济收益，是每一个机械设计者的共同目标。优化设计理念的发掘，改变了原先的设计思路，由被动的对产品性能进行反复的分析转变为主动设计产品的主要尺寸和相关参数，在众多的设计方案中寻找最优的设计方案，进行最优设计，这样不仅从产品的总体结构尺寸，生产投入还是传动的效率方面来看，都是最佳的选择。所以，基于MALTAB的机械设计方法，是每一个设计者共同的追求，只有不断优化机械设计方法，才能以低成本投入得到很好的回报，也为机械设计领域提供一个全新的设计视角和理念。
参考文献
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