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摘 要：本文简单介绍了机械优化设计的发展概况，其基本概念和的经济效果，以及其优化问题的分类，优化方法的选择，优化课题的选择和优化设计的发展方向。
关键词：机械优化设计；优化设计；优化方法
1.机械优化设计的发展
机械优化设计应用的发展，经历了由怀疑、提高认识到实践收效，从而引起广大工程界日益重视的过程。在上世纪60～70年代，计算机价格昂贵，优化设计在应用实践方面仅限于高等院校、研究所和少数大型企业中。从70～80年代，由于市场竞争日益激化，产品的开发和更新如何缩短设计周期、提高设计质量和降低设计成本已成为企业生存的生命线，用优化设计的方法来改造传统设计理念已成为广大企业和设计师竞相研究和推广的课题，优化设计在机械设计领域中开拓了新的途径。
2.机械优化设计
机械优化设计是将机械工程的设计问题转化为最优化问题，然后选择适当的最优化方法，利用电子计算机从若干可行设计方案中自动寻找实现预期目标的最优化设计方案。
3.机械优化设计目标与手段
优化设计的目标是使设计对象最优，而优化设计的手段是计算机及优化计算软件。优化计算软件是以优化计算方法为基础而形成的应用程序系统。因此，优化设计还可以被理解为采用计算程序的从设计空间搜索最佳设计方案的现代设计手段。优化设计与常规设计相比具有借助计算机为工具的明显特征。优化设计中优化计算方法的数学基础包括线性规划、非线性规划、动态规划、几何规划等内容的数学规划理论。
4.机械优化设计过程
进行最优化设计时，首先必须将实际问题加以数学描述，形成一组由数学表达式组成的数学模型，然后选择一种最优化数值计算方法和计算机程序，在计算机上运算求解，得到一组由数学表达式组成的最优设计参数。利用优化设计，可进一步改善和提高产品的性能；在满足各种设计条件下减少产品或工程结构重量，从而节省产品成本消耗、降低工程造价可以进一步提高产品或工程设计效率。因此，优化设计是直接提高产品设计性能、降低产品成本的有效设计方法。优化设计可给企业带来直接的经济效益，从而提高企业产品的竞争能力。
5.机械优化设计步骤
把实际机械设计问题转化为数学模型，然后根据数学模型的特性，选择某种适当的优化方法及程序，通过电子计算机，求得最优解。
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。
6.机械优化设计的优点
（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规律，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性能；
（3）用优化设计方法可合理解决多参数多目标的复杂产品设计问题。
7.优化设计的分类
（1）按约束分为无约束优化问题和有约束优化问题。
（2）按设计变量的性质分为连续变量、离散变量和带参变量。
（3）按问题的物理结构分为优化控制问题个非优化控制问题。
（4）按模型所包含方程式的特性分为线性规划、非线性规划、二次规划和几何规划等。
（5）按变量的确定性质分为确定性规划个随机规划。
（6）按优化状态可分为静态优化问题和动态优化问题；
根据优化设计问题的特点，恰当选择优化算法是一个重要的问题。一般要对优化问题数学模型的设计变量数、约束条件数、目标函数和约束函数的复杂程度等进行分析，并深人了解各种优化方法的特点，才能作出恰当的选择。
8.选择优化算法应遵循的原则
8.1 可靠性要好
算法的可靠性是指在合理的精度要求下，在一定计算时间或一定迭代次数内，求解优化问题的成功率，越高则可靠性越好。
8.2 效率要高
算法的效率是指解题的效率，一般可用算法所用计算时间或计算函数的次数来衡量。如果目标函数和约束函数的数值计算比较复杂时，最好选用不计算梯度与海色矩阵的优化方法，尽可能选用计算过程中调用函数值次数少的优化方法。
8.3 稳定性要好
算法的稳定性指遇到高度非线性的偏心率大的函数时，不会因为计算机字长截断误差迭代过程正常运行，而中断计算过程。
9.未来优化设计的课题及发展方向
9.1优化设计的课题
（1）优化方法学的研究。
（2）复杂系统建模策略与方法研究。
（3）复杂系统优化搜索策略研究。
（4）复杂系统智能化优化研究。
（5）优化设计的可视化研究。
（6）复杂系统优化模型的特征识别及优化方案的敏度分析研究。
9.2 优化设计的方向
（1）对产品的性能要求由单一性要求发展到多性能和全性能要求，这将导致基于复杂系统多性能和全性能要求的优化。
（2）从产品的单一设计优化发展到产品的加工制造、使用、维修与管理直至回用的全寿命周期优化。
10.结语
如今，最优化技术这门较新的科学分支目前已深入到各个生产与科学领域，例如：化学工程、机械工程、建筑工程、运输工程、生产控制、经济规划和经济管理等，并取得了重大的经济效益与社会效益。可以预测，随着现代技术的迅速发展，最优化技术必将获得更广泛、更有效的应用，它也必将得到更完善、更深刻的进展。
参考文献：
[1]孙靖民.现代机械设计方法[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2011.
[2]王凤歧等.现代设计方法[M].天津：天津大学，2002.
[3]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：机械优化设计；优化设计；优化方法
1.机械优化设计的发展
机械优化设计应用的发展，经历了由怀疑、提高认识到实践收效，从而引起广大工程界日益重视的过程。在上世纪60～70年代，计算机价格昂贵，优化设计在应用实践方面仅限于高等院校、研究所和少数大型企业中。从70～80年代，由于市场竞争日益激化，产品的开发和更新如何缩短设计周期、提高设计质量和降低设计成本已成为企业生存的生命线，用优化设计的方法来改造传统设计理念已成为广大企业和设计师竞相研究和推广的课题，优化设计在机械设计领域中开拓了新的途径。
2.机械优化设计
机械优化设计是将机械工程的设计问题转化为最优化问题，然后选择适当的最优化方法，利用电子计算机从若干可行设计方案中自动寻找实现预期目标的最优化设计方案。
3.机械优化设计目标与手段
优化设计的目标是使设计对象最优，而优化设计的手段是计算机及优化计算软件。优化计算软件是以优化计算方法为基础而形成的应用程序系统。因此，优化设计还可以被理解为采用计算程序的从设计空间搜索最佳设计方案的现代设计手段。优化设计与常规设计相比具有借助计算机为工具的明显特征。优化设计中优化计算方法的数学基础包括线性规划、非线性规划、动态规划、几何规划等内容的数学规划理论。
4.机械优化设计过程
进行最优化设计时，首先必须将实际问题加以数学描述，形成一组由数学表达式组成的数学模型，然后选择一种最优化数值计算方法和计算机程序，在计算机上运算求解，得到一组由数学表达式组成的最优设计参数。利用优化设计，可进一步改善和提高产品的性能；在满足各种设计条件下减少产品或工程结构重量，从而节省产品成本消耗、降低工程造价可以进一步提高产品或工程设计效率。因此，优化设计是直接提高产品设计性能、降低产品成本的有效设计方法。优化设计可给企业带来直接的经济效益，从而提高企业产品的竞争能力。
5.机械优化设计步骤
把实际机械设计问题转化为数学模型，然后根据数学模型的特性，选择某种适当的优化方法及程序，通过电子计算机，求得最优解。
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。
6.机械优化设计的优点
（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规律，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性能；
（3）用优化设计方法可合理解决多参数多目标的复杂产品设计问题。
7.优化设计的分类
（1）按约束分为无约束优化问题和有约束优化问题。
（2）按设计变量的性质分为连续变量、离散变量和带参变量。
（3）按问题的物理结构分为优化控制问题个非优化控制问题。
（4）按模型所包含方程式的特性分为线性规划、非线性规划、二次规划和几何规划等。
（5）按变量的确定性质分为确定性规划个随机规划。
（6）按优化状态可分为静态优化问题和动态优化问题；
根据优化设计问题的特点，恰当选择优化算法是一个重要的问题。一般要对优化问题数学模型的设计变量数、约束条件数、目标函数和约束函数的复杂程度等进行分析，并深人了解各种优化方法的特点，才能作出恰当的选择。
8.选择优化算法应遵循的原则
8.1 可靠性要好
算法的可靠性是指在合理的精度要求下，在一定计算时间或一定迭代次数内，求解优化问题的成功率，越高则可靠性越好。
8.2 效率要高
算法的效率是指解题的效率，一般可用算法所用计算时间或计算函数的次数来衡量。如果目标函数和约束函数的数值计算比较复杂时，最好选用不计算梯度与海色矩阵的优化方法，尽可能选用计算过程中调用函数值次数少的优化方法。
8.3 稳定性要好
算法的稳定性指遇到高度非线性的偏心率大的函数时，不会因为计算机字长截断误差迭代过程正常运行，而中断计算过程。
9.未来优化设计的课题及发展方向
9.1优化设计的课题
（1）优化方法学的研究。
（2）复杂系统建模策略与方法研究。
（3）复杂系统优化搜索策略研究。
（4）复杂系统智能化优化研究。
（5）优化设计的可视化研究。
（6）复杂系统优化模型的特征识别及优化方案的敏度分析研究。
9.2 优化设计的方向
（1）对产品的性能要求由单一性要求发展到多性能和全性能要求，这将导致基于复杂系统多性能和全性能要求的优化。
（2）从产品的单一设计优化发展到产品的加工制造、使用、维修与管理直至回用的全寿命周期优化。
10.结语
如今，最优化技术这门较新的科学分支目前已深入到各个生产与科学领域，例如：化学工程、机械工程、建筑工程、运输工程、生产控制、经济规划和经济管理等，并取得了重大的经济效益与社会效益。可以预测，随着现代技术的迅速发展，最优化技术必将获得更广泛、更有效的应用，它也必将得到更完善、更深刻的进展。
参考文献：
[1]孙靖民.现代机械设计方法[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2011.
[2]王凤歧等.现代设计方法[M].天津：天津大学，2002.
[3]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.