工程机械优化

工程机械优化（通用12篇）

工程机械优化 篇1

工程机械一般通过柴油机—取力器—液压泵—液压马达(或液压缸)—减速器—执行元件进行功率传输,其中可调控功率的部件为柴油机、液压泵和液压马达。工程机械在作业过程中负载变化很大,如果其功率传输系统匹配不合理,不仅会造成系统发热、能源浪费和环境污染,还会影响整机性能、作业效率和使用寿命。功率传输优化匹配,就是使柴油机输出功率适应负载变化需要,以实现功率损失最小、污染最少、油耗与噪声最低和作业效率最高的目的。

1. 柴油机的最佳运转状态

柴油机的运转状态直接影响整机动力性能和经济性。柴油机的外特性曲线如图1所示。从图1可以看出,功率、扭矩和油耗随转速变化而变化。功率曲线是一个上升的抛物线,功率随着转速的增大而增大;扭矩曲线是一个不对称的抛物线,在0～n1(n1为最大扭矩点转速)之间扭矩呈上升趋势,之后呈下降趋势;油耗曲线呈凹形曲线,在某一转速时耗油量最低。柴油机的最佳工作区域一般在最大功率的85%、扭矩较大、油耗较低的区域内。

2. 液压泵和马达的最佳转速

液压泵、液压马达同柴油机一样,有一个最佳的运转速度区域。在该区域内,其机械效率ηc、容积效率ηv为最佳,发热量、噪声最小,使用寿命最长。因此,应使工程机械在液压泵、液压马达的最佳转速区域内工作,一般最佳转速为最高转速的85%左右。

3. 功率可调部件的合理匹配

柴油机、液压泵和液压马达为可调控功率部件。当柴油机、液压泵和液压马达的最佳工作转速确定后,可通过改变取力器、减速器(变速器)的传速比j来协调它们之间的参数关系,以实现它们之间的合理匹配。如柴油机的最佳转速为nf为1600r/min,液压泵的最佳转速为nb为2000r/min,则取力器(或减速机)的速比为两者比值(0.80),即取力器(或减速机)的速比i为0.80时,柴油机、液压泵和液压马达均处于最佳运转状态。

4. 功率模块化控制

工程机械作业时外部负载变化比较大,相应的功率变化也比较大,仅选取一个工况匹配液压泵和液压马达难于满足实际要求,因此应根据作业工况设置若干个功率模块。

比如在设置RP1250型摊铺机功率模块时,可将其道依茨BF6M1013EC型柴油机最佳转速点设置为1450 r/min、1600 r/min和1800 r/min,对应功率分别为130 kW、150 kW、170 kW,液压泵、液压马达的对应转速分别为1800 r/min、2000 r/min和2200 r/min。

摊铺机在摊铺沥青混合料面层时,负载较小,可选用第一模块,即柴油机转速为1450 r/min、功率为130 kW,液压泵与液压马达转速为1800 r/min;在摊铺沥青混合料底层时,负载为中等,可选用第二模块,即柴油机转速为1600 r/min、功率为150 kW,液压泵与液压马达转速为2000 r/min;当摊铺水泥稳定砂砾等路基材料时,负载较大,可选用第三模块,即柴油机转速为2000 r/min、功率为170kW,液压泵与液压马达的转速为2200 r/min。

功率模块的选用和控制,可根据工况需要进行人工控制或自动控制。目前一些先进工程机械(如挖掘机)已经广泛采用功率模块化控制方式。

5. 负载反馈控制

工程机械作业时,其外部负载不断变化,当选定某一功率模块后,功率传输系统输出的功率应不断适应外部负荷变化。近年来工程机械一般采用恒功率负载反馈控制液压系统,即液压泵输出压力P与其排量q的乘积为定值,以此适应外部负载变化。

例如,柴油机在最佳转速点运转时,若外部负载增大,液压泵(或马达)的压力P随之提高。此时通过负载传感系统调整液压泵斜盘角度,使液压泵排量q减少,便可使液压泵设定的扭矩M保持不变。

6. 功率智能控制

随着智能控制技术的发展,功率传输系统的功率控制得到了更好的应用。某一工程机械产品应用电子负载控制器,进行液压泵的恒功率控制的流程如图2所示。通过方式选择开关,选择不同的功率控制模块,如M0、M1、M2等,即可对不同工况的功率等参数进行控制。

当工况选择M0(重载)负载模块时,柴油机、液压泵和液压马达输出最大功率;当工况选择M1(中载)负载模块时,柴油机、液压泵和液压马达输出最佳功率;当工况选择M2 (轻载)负载模块时,柴油机、液压泵和液压马达输出较小功率。

在柴油机怠速工况时,油门电位器可平滑地将传动系统和液压系统的功率损耗调低。当液压泵出口压力低于设定的最小压力时,压力继电器输出开关信号,该信号一方面反馈给控制器,控制器接到信号后,便发出控制信号将液压泵的排量调到最小。另一方面经延时计延时数秒后,控制器发出选择怠速油门位置的控制信号,使柴油机处于自动怠速状态。

控制器的核心部件是微处理器,微处理器的主要部件是其芯片,它可以连续存取数据和应用专用程序,其中程序存储器(EPROM)可以根据不同的功能要求,写入不同的软件模块,从而实现不同的控制功能。

工程机械优化 篇2

机械优化设计心得体会 学习机械优化设计以前，总感觉企业的生产，人类日常生活中的劳动等都是一种简单的过程，总有一定的套路可循。但自接触了机械优化设计这门学科以后，让我认识到在人类的生产中，我们总是意向于得到我们最满意的效果，如加工零件怎样最省材料又不影响零件的加工，饭店厨师对于菜系的烹饪顺序等，看似很简单的问题，但其中却蕴藏着极大的智慧！就老师上课用以举例的割木材问题中怎样剧料使材料最省为例，细分下来积累的计算量足以令我们筛选一宿！总上的种种，就迫切的需要我们掌握一套系统的机械优化设计方法。

翻阅相关书籍，才了解到机械优化设计虽然只有从近代到现在短短几十年的发展历史，但是其体系的迅速完善我想是其他学科难以企及的。如今，机械优化方法也是各类决策方法中普遍采用的一种方法，机械优化设计作为一种现代化的设计方法已经广泛的机械设计中，并取得了良好的经济效益。在面对市场竞争日益激烈的大环境下，计算机处理技术日益改进，作为新产品的开发与改进环节中最重要的环节就在于如何大幅度的缩短产品的使用周期，如何提高新产品的设计质量，以及降低新产品的设计成本这些方面等对于企业缩减开发成本，更快的抢占同类产品的市场等具有决定性的作用！我们应当与时俱进，跟上学科发展的势头，把机械优化设计作为学习生活中研究与关注的对象，在平时的处事中长存优化的思想。

工程机械优化 篇3

前言

随着社会和经济在不断的进步和发展，人口的增加以及农村人口向城市流动以及公路的扩建，就会要求住房不断的增加以及不断增加的公路桥梁等工程的建设，在建房和公路桥梁的建设的过程中就会需要使用大量的工程机械进行建设和工作。而工程机械大都是由钢结构制造的，而目前大多数的钢结构的形状和尺寸都是根据计算的结果，在计算的计算上乘以一个安全系数就得出所用钢结构的形状形式和尺寸的大小。由于资源的短缺各个国家和企业都会考虑提高材料的利用率，这就需要设计合理的结构，在达到使用功能的基础上减少材料的使用，从而使整个设备的质量降低，也节约了设备的能源消耗量。为了减少使用不同种类的钢结构进行实验的费用，我们可以使用仿真软件ANSYS对不同的工程机械机构进行仿真，最后得到工程机械钢结构的最优化。

1.设计工程机械钢结构的特性要求

我国最近几年的发展非常的额迅速，不管是住房还是道路桥梁的建设都在快速的发展中，这就需要使用机械设备来进行施工，在施工中的设备全部称为工程机械。我们都知道工程机械主要是由钢结构、液压和电气控制部分和动力控制部分构成。我们使用工程机械中最常见的架桥机最为对象进行研究，架桥机中最重要的机构就是钢结构，并以天车作为整个设备的传动部分，也是利用液压控制系统和电气控制系统联合使用的，架桥机的钢结构类似于人类的骨骼，是架桥机完成施工的最重要的结构，钢结构是否能够满足使用要求和安全要求是影响整个作业安全性和人员安全性的重要因素，所以我们要对整个架桥机的钢结构进行受力性能分析。在架桥机工作时先将混凝土梁运到制定的地方，然后通过架桥机的液压控制系统和电气控制系统来控制架桥机的钢结构部分将混凝土梁抬放到相应的位置，在这个工作工程中钢结构的安全性是非常重要的，如果钢结构的质量不合格不仅会造成财产的重大损失还会造成工作人员的重大伤亡。但是一味的最求钢结构的安全性就会造成刚接后的尺寸变得很大，从而增加了钢结构的重量和浪费了钢材料，也会间接地增加驱动架桥机所需要的能源和动力资源，这对资源匮乏的今天是不可取的。为了在保证钢结构安全使用性能的基础上，减少钢机构的重量和钢材料的使用，我们就要对工程机械的钢结构进行优化处理，这样才能设计出既满足力学性能要求，又能减少资源的使用和节约能量的目的。为了减少实验的曾本，可以使用有限元对钢结构进行设计，并使用ANSYS软件对钢结构进行优化。

2.结构优化时的有限元分析

对于一些结构特别复杂的钢结构我们使用普通的方法不能准确的计算出构件中任意地方的应力，这时我们就要使用有限元的方法对构件各部分的应力和应变进行计算，从而得到较为准确的应力和应变以及安全系数，进而判断钢结构的安全性和可靠性。随着计算机的发展和有限元的仿真软件的快速发展，计算机仿真软件基本上可以取代人工计算了，这样只需确定钢结构的初始条件和边界条件就能对钢结构进行有限元仿真。

还是以架桥机为研究对象进行分析和仿真，首选我们可以根据钢结构的形状和尺寸利用物理建模软件进行物理建模，例如常见的UG、SolidWorks进行物理建模，然后在把建好的物理模型导入ANSYS软件，在仿真软件中对建好的模型进行网格划分，在定义钢结构的材料，以及添加钢结构的受力和约束等边界条件，将所有的边界条件都定义完后，就可以定义我们所要观察和显示的各个应力、应变等模块，将上述都完成后就可以对该模型进行有限元计算了，当计算完后，我们就可以查看应力云图和应变云图，就可以得出钢结构中任意位置的应力和应变，也可以判断这个钢结构是否符合和满足力学性能要求。

3. 基于ANSYS 参数化设计语言

3.1在上一节中我们讲的都太笼统了，对于钢结构怎样建立物理模型也是一个比较复杂的问题，在这个过程中会涉及到很多的参数设置。在机械钢结构设计时，要尽量设计一种满足性能又使用较少的钢材的结构，因为里面的杆件和梁的数量比较多，各个构件的尺寸的设计也是多种多样的，这也就使物理模型的参数设定变的非常的多样化。然后根据钢结构里面构件的各种参数建立各种物理模型。

3.2在对钢结构进行有限元分析的时候，对钢结构进行单元类型的选择也是非常重要的。在ANSYS仿真软件中存在非常多的单元类型，并且在最近几年的发展过程中单元的种类也在不断的增加和完善。我们再利用ANSYS仿真软件进行仿真时要尽可能的选用简单的单元类型来达到我们的目的，这样可以减少很多的计算量。我们在对工程机械的钢结构设计时，要在保证使用功能和安全性能的基础上，尽量的对结构进行优化，这样会降低钢结构的重量，节省钢材的消耗，降低制造工程机械的成本，同时也会减少能源的消耗。所以，可以利用ANSYS仿真软件的一些语言对钢结构的最佳截面形状和尺寸进行优化，并且还能满足工程机械的正常工作，能够满足钢结构的稳定性和可靠性。也可以说，优化目标就是钢框架结构杆件截面的优化。在实现截面优化后即可达到结构材料最省、造价最低和方便加工的优化目标。

4.结论

住房不断的增加以及不断增加的公路桥梁等工程的建设，在建房和公路桥梁的建设的过程中就会需要使用大量的工程机械进行建设和工作。目前，我国的资源处于比较匮乏的时期，所以我们要优化工程机械的结构，尽量的较少工程机械钢结构的钢材使用量，这样才能减少资源的浪费。我们使用ANSYS仿真软件对各种设计方式的钢结构进行了有限元分析和仿真，得出了最优化的钢结构，这样就较少了钢结构的重量，较少了工程机械的成本，也达到了资源和能源的节约。

5. 参考文献：

[1]束炜，肖亚明，李万祺，陈志荣. 基于ANSYS的OOP技术进行门式刚架结构优化设计[J]. 合肥工业大学学报（自然科学版），2004，06：694-697.

工程机械动力传动系统的优化配置 篇4

1. 发动机和变矩器的选配

发动机飞轮转矩和功率与飞轮转速之间的关系可用发动机外特性曲线表示(见图1)。图1中,Me为试验得到的发动机转矩;Ne表示发动机功率;ge表示燃油消耗率;Ge表示单位时间内发动机的燃油消耗量。

图2所示是变矩器的无因次特性曲线,它给出了变矩器效率η、变矩比k、泵轮扭矩系数Mbg与变矩器速比i之间的关系,据此可以确定变矩器的主要性能参数以及变矩器的高效区范围。

在液力机械传动中,发动机飞轮一般是与变矩器泵轮直接连接的,因此,发动机的输出即为变矩器泵轮的输入。将发动机的外特性曲线与变矩器泵轮扭矩曲线以同一个坐标系叠合到一起,可以看出这两组曲线间有一系列的交点,这些交点即为发动机、变矩器的共同工作点。

发动机说明书给出的外特性曲线,一般是生产厂家在发动机没有带附件的飞轮输出曲线。实际使用时,发动机不仅要带动本身的附件,还要为其他工作装置提供动力。因此,配置时需扣除发动机带动附件和其他工作装置所需的功率,使剩余的功率与变矩器的功率相匹配。要准确计算发动机带动附件所需的

功率比较困难,使用经验认为,一般应扣除发动机额定功率的10%左右。

在工程机械的工作过程中,一般认为变矩器效率大于75%以上的区域为变矩器的高效区。在图2中,在效率纵坐标为75%处画1条横线,它与效率曲线有2个交点A、B,其对应的横坐标为ia、ib。机械在正常行驶过程中,发动机一般工作在最大扭矩点和最大功率点之间,此处发动机的燃油消耗率较低。因此,较理想的匹配情况是:ia对应的泵轮扭矩曲线通过发动机最大扭矩点;ib对应的泵轮扭矩曲线通过发动机最大功率点。这样,可以保证动力传动系统在较高效率的范围内工作,不但动力性能得到改善,而且可使油耗率降低3%～5%。

2. 采用新型装置组成传动系统

工作现场实践证明,采用微粒捕集器可以有效控制发动机工作过程中烟尘微粒的排放。特别是对于速度较低和中等以下载荷的工程机械,当所选微粒捕集器的负载参数K≤4时,可以降低NOX和C0的排放量(见图3),在一定程度上可提高发动机的功率,降低油耗,改善发动机的动力性能和经济性。

近年来国内外开发了一种成套高效传动装置(如德国的“ZF-EFFI”型),它包括主变速器、辅助变速器、轮边减速器、前桥、后桥、快速圆盘制动器和离合器等,同时装有停机待装管理系统,自动控制发动机在等待作业时处于睡眠状态,使之节能减耗。整个系统采用先进的信息化、数字化技术,配有智能化控制模块。

这种智能化控制模块是提高动力传动系统效率和节能降耗的核心技术。它能根据液力偶合器或变矩器的实时工况,控制变速器的相应工作,进而通过超越离合器装置控制发动机的转速,使发动机始终处于高效工况区段内,充分有效地利用发动机功率,从而达到降耗减排、经济运行的要求。

这套传动装置可代替工程机械的常规传动系统。在同等工作条件下完成相同的作业量,发动机的油耗可减少15%～20%,排放的污染物可减少10%～15%,设备生产效率可提高35%～40%;而且操作简便舒适,工作可靠性较高,使用寿命较长。

3. 配置高效可靠的冷却系统

工程机械的发动机在工作过程中温升较高,为使其长时间处于理想工况,必须保证工作在最佳温度范围,因而必须配置适用的冷却系统。工程机械的冷却系统通常由水散热器、专用水箱、循环水泵、油冷却器、循环油泵、风扇等部件组成。冷却系统采用的传输和散发热量的流体介质有空气、冷却液、液压油和润滑油等。控制系统有温度继电器、流量继电器和压力继电器等电子控制装置。从工作原理角度分析,目前多数工程机械采用的冷却系统为“被动式”,即当机械动力传动系统的温升达到一定范围时,冷却系统执行降温运行;冷却系统的运行参数不能主动精确地控制动力传动系统的温升状态,因而冷却系统的供水量、供油量等多数不是最佳值。针对这种情况,若使冷却系统高效可靠,必须将“被动式冷却系统”转变为“管理式冷却系统”,国、内外企业主要有以下几方面经验:

(1)采用自控系统控制温度

工程机械的载荷是不断变化的,因而工作油温也不断变化;通常情况下,工作油温在40～60℃范围内比较合适。传统的冷却系统,其风扇多为恒速运转,不能按照油温变化随机调控。近年研发的由电子自控系统控制的液压变速风扇,可按照发动机冷却所需风量改变转速;配置的数字化温度继电器能够精确控制发动机的运行水温。这些智能化控制元件的引入,可以优化冷却系统的运行参数,获得调节动力和节能降耗的效果。

(2)采用稳定高效的冷却液

工程机械常用的冷却水、乙醇混合物和机油等传热流体中,含有不同数量的分散纳米微粒,进行科学地浓度组合,即可具有较高的导热率。实验证明,在传统冷却液中加入CuO纳米微粒使其体积浓度为1%,即可使导热率提高35%～40%。经测试证明,在相同耗油量工况时,发动机功率可提高5%～8%。但应注意,冷却水的pH值应在7～8范围内,氯化物含量不得大于150 mg/L。

(3)采用轻质高强度材料的元件

近年来轻合金、泡沫铝以及泡沫石墨等轻质高强度材料的产品制造技术日趋成熟。经实验,采用优质的轻质高强度材料制成的冷却水箱、风扇和泵类部件,质量小,性能好,可以提高冷却系统的效能。例如质量优良的泡沫石墨材料,其热导率可达40 W/m·K,用它制成的散热器与用传统材料制成的散热器相比,质量可减少40%～50%,体积可减小60%～70%,既有利于冷却系统的结构布局,又可节省功率和降耗减排。

4. 合理增设有效的缓冲减振装置

施工现场的坡道、急弯和临时路段较多,路面状况比较复杂,机架摆动频繁而剧烈,发动机的振动冲击严重,使其工况受到影响,加快了缸套磨损和温升速度。因而在选择发动机支承方式及附件时,应充分考虑工程机械的这一运行特点,采取有效措施,缓解不利因素。现场实践证明,工程机械发动机的支承系统应符合如下一般原则要求:

(1)采用柔性结构的支承点

为了缓解安装误差和减缓振动冲击,所有支承点必须设计成柔性结构(见图4)。在安装发动机时,某些支承位置可以进行适当调整,但不宜采用过大的螺栓孔。固定后应使缓冲块受有一定的“预压力”,以免影响支承点的支承刚度。

(2)采用柔性支承应防止碰撞

当发动机与桥架之间采用柔性支承时,必须防止位移而与相邻构件发生碰撞。在进气管、排气管、冷却水管、输油管和压缩空气管路系统中,必须装有适用的软管;防护罩、油门拉杆和操纵杆系的尺寸确定,都必须考虑发动机及附件由于振动或调节而可能产生的位置变化,以免刚性构件位移导致管路扯裂。如图5所示。

(3)柔性支承的选材

柔性支承系统的零部件性能及材质必须精心设计和选择,以保证在发动机及附件的使用寿命周期内可靠地工作,使相关连接件产生的应力和振动不超过允许值;尽量减弱机械驾驶室内的噪声级别,改善司机在工作现场操作的舒适性。

工程机械优化 篇5

2．2企业对机械工程可靠性优化设计不够重视

当下很多企业还没有真正意识到可靠性优化设计对企业的重要性。企业的机械工程可靠性设计是一项比较复杂、系统的工作，它关系着产品的质量以及企业的效益。如今市场竞争越来越激烈，企业要真想在市场竞争中处于有利地位，就要重视机械工程的可靠性优化设计;反之，就会因为机械工程可靠性优化设计的不到位而保证不了产品的质量，进而使产品失去相应的竞争力，从而使企业处于市场竞争中的不利地位。

3如何做好机械工程可靠性优化设计的几个关键点

3．1要做好设计环节中的可靠性优化设计

产品的生产和使用周期的各环节是离不开机械工程产品可靠性优化设计的，这些环节相对来说比较有难度、重要的环节主要有设计、制造以及和使用环节。而在机械产品的设计方面，往往包括了组装零件设计以及整体装配设计。首先在进行整体装配设计的时候，要求相关工作人员要认真、全面的分析这个整体系统中的每一个零部件的可靠性程度，从而去判断出这个系统整体的可靠程度。相关人员在进行整体设计可靠性预测的时候，务必要使相关预测结果要达到设计的要求。当然，可以利用再分配法、等分配法以及比例分配法等来使整体装备中每一个零部件都能达到相应的设计标准，进而保证该机械工程的整体满足可靠性的要求。其次，在组装零件设计方面，就要严格要求所选用的零件是符合相关国家的规定而且大量应用在实际的生产中的。值得注意的是，不同的零件其选择的设计方法也往往不同，所以要对相关的零件进行可靠性的试验，如果零件没有通过试验就要严格的.反复修改，直到试验通过为止。

3．2要加强机械工程制造工艺可靠性优化设计

机械工程的高质量是离不开机械工程制造工艺的可靠性优化设计的，因而需要相关工作人员要重视机械工程制造工艺的可靠性优化设计。在进行制造工艺的可靠性优化设计的时候，首先要保证所用的加工设备达到相关的加工标准，其次要选择适当的加工工艺及其流程。机械工程在制造这一环节中往往涉及很多工艺，所以该系统是比较复杂的。在进行机械工程制造工艺的可靠性优化设计的时候，要全面考虑相关的因素，比如加工设备的选用、工作人员的整体素质以及技工材料等。只有做好了机械工程制造工艺的可靠性优化设计，才能真正有利于确保整个机械工程的可靠性。

3．3要做好使用与维修过程中的可靠性优化设计

机械工程可靠性优化设计离不开维修过程中的可靠性优化设计。相关工作人员应该要根据具体的实际情况来采用逻辑分析决断法来确定维修内容以及维修方式，进而来确定产品的使用寿命。机械工程的维修性能对机械工程的可靠性有着很大的影响，因而在进行机械工程的可靠性设计的时候要充分考虑其维修性能。在进行机械工程维修可靠性优化设计的时候，要尽量使得维修费用变低的同时也能收获最高的可靠性水平。这样有利于在产品发生故障的时候，能尽快发现故障之处，并采取相应的维修措施来进行维修。只有做好了机械工程维修过程中的可靠性优化设计，才能有效的延长产品的使用寿命，反之就会很容易降低产品的使用寿命。总的来说，就是机械工程使用与维修过程中的可靠性优化设计是极其重要的，然而要想真正做好使用与维修过程中的可靠性优化设计就必须要以可靠性优化设计理论为基础，并且遵循合理且经济的维修规则。

4结语

随着我国经济的不断发展，机械工程项目也越来越复杂和具有高难度，做好机械工程的可靠性优化设计就显得尤其重要。值得注意的是，因为常规的机械工程优化设计中没有重视到设计过程中可靠性的各个质变，所以就不能很好的真实反映机械工程在运行过程中的具体情况。而机械工程的可靠性优化设计相对于常规的机械工程的优化设计来说，并没有充分考虑到体积和重量等指标。由此可见，要想使机械工程的设计达到高质量水平，不仅要充分考虑常规的机械工程优化设计还要全面考虑机械工程的可靠性优化设计。要想使我国机械工程的可靠性优化设计实力不断提高，就要大力培养这方面的高素质人才，弥补当下我国这方面高素质人才储备的不足。而要想培养出高素质的人才，就要重点抓高校这方面的教育工作。只有认识到机械工程中可靠性优化设计的不足之处，才能有利于做好机械工程设计、制造与使用这三个主要环节的可靠性优化设计，才能真正有利于整个机械工程的质量安全，有利于我国经济的发展。

参考文献:

［1］张立博．探讨机械工程的可靠性优化设计［J］．工程技术与产业经济，(03):63～64．

［2］徐鹏辉，韩青．机械工程可靠性优化设计［J］．林业机械与土木设备，2012(05):413～414．

工程机械优化 篇6

【关键词】制药工程　教学过程优化　教育改革

优化教学过程是指选择的教学过程的方法，可以使师生耗费少的必要时间和精力而收到优质教学效果。优化教学过程并不是某一种特别的教学方法和方式，它是教师对教学过程的一种明确的安排，根据对教学规律与原则的把握，有意识地、有科学地选择一种最适合于具体情况的教学方案。

目前我国医药工业发展迅速，制药工业技术和装备的整体水平有了较大提高，但仍存在很多问题，缺乏制药工程专业技术人才是制药业面临的严峻现实。国家发展纲要“卓越工程师教育培养计划”对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用。作为培养制药工程专业技术人才的主干课程一制药工程，必须促进培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。因此，我们必须对制药工程教学过程进行有效优化，积极开展教育改革，优化教学目标、教学内容、教学方法、教学手段、课堂教学结构、反馈评价机制等，以取得较好的教学效果。

一、优化制药工程教学目标

教学目标既是教学的出发点和归宿，也是检查和评价教学效果的依据，构建有利于学生全面发展的教学目标是优化教学过程的关键一步。优化后的教学目标，要求全面、具体、适当、明确，既要符合教学大纲要求，又要符合学生实际，还要考虑学生的差别，设不同层次性目标，有因材施教措施。为培养社会发展需要的制药工程人才，制药工程的培养目标是使学生能将所学理论知识与工程实际衔接起来，从工程和经济的角度去考虑工业化技术问题，逐步实现向制药工程师的转变。

二、优化制药工程教学内容

课程内容优化是完成教学目标，提高教学效果，促进学生发展的重要途径。优化教学内容，就要抓住本学科知识的重点、难点、连接点，并判断它是否能完成人才培养目标的任务，统观全局，形成“立体”化的知识系统。制药工程是一门实践性很强的课程，医药工业的迅速发展，产生大量新的信息，包括制药工程工业化方面的规范等，教师应认真、深入分析教材内容，精心选择、完善、补充、调整相关教学内容，优化重组教学内容，使教材内容与生产实践、工业化等紧密结合，促进学生掌握基础知识的基础上形成本学科的知识结构。

三、优化制药工程教学方法

制药工程教学有理论课和实践课教学，尤其注重实践能力的培养，在教学过程中，要根据受众对象——学生的不同特点、个性，科学、灵活地选择和组合多样的教学方法，才能达到优化的教学效果。

1.灵活运用启发式教学。启发式宗旨在于激励学生的兴趣和探索精神，调动学生学习的主动性和积极性，培养学生主体精神、参与意识、独立思想和创造才能。如在教学时，设计与学生所学理论知识有关的工程问题开展讨论，让学生有一定的前期基础，并引导思考，使其简明、具体，有启发性。

2.注重多种教学方法的合理结合，灵活选用教学方法。教学方法具有多样性、可综合性、可优选性等特点。每届授课学生的特点也随时发生明显变化，制药工程是一门综合性很强的学科，需要具备较强的多学科基础和能力，一种或几种教学方法并不能适合所有学生，要随时做相应的调整和组合，采用灵活多样的教学方法，充分调动学生，强化学生的参与意识，使学生的心理活动处于主动、活跃的状态。

3.重视对学生学法的积极指导，引导学生培养自主研究解决问题的能力。教学方法是教法与学法的统一，教师不仅要向学生传授大量知识和信息，帮助学生形成学科知识框架，还要注重如何引导学生自己进行思考，提高学生自己解决问题的方法和能力，开展有效的自主学习。教师可根据学生实际水平，采用专题、分组讨论等形式，将某一工程实际问题交给学生自己解决，有针对性地引导学生自己查阅文献，自己分析解决问题，开拓学生思路，树立准确的工程理念，提高综合素质，为培养创新性制药工程人才打下基础。

优化教学就要因材施教，构建本学科知识框架，指导学生学会学习，为学生的终身发展奠定坚实的基础。

四、优化制药工程教学手段

传统的教学媒体如实物、粉笔等，有利于学生实际观察能力的培养。近年来随着信息技术和计算机技术高速发展，现代化媒体在课堂教学中综合应用文字、图片、Flash动画、声音、视频录像等，使教学内容变得更直观、形象、丰富，尤其是制药工程，信息量大，工程内容需要结合多种现代媒体的应用，来激发学生的学习积极性，促进学生积极思维，达到较好的课堂教学效果。但要避免盲目滥用，影响了课堂上师生的互动；避免信息量过大，学生跟不上教学步伐；合理使用各项制作技巧，避免质量低，影响教学效果。教师应该取长补短，不断优化教学手段，合理选择使用教学媒体，认真分析教学内容和学生实际，选择最佳媒体，使教学内容和教学媒体进行现代化结合后，配合学生的理解水平，付诸于课堂教学实践，充分体现教学过程的动态性质，活跃课堂气氛，提高课堂教学效果。

五、优化制药工程教学结构

教学结构是为了完成教学目标，教师在时间和空间上，对各种教学因素的“排列”和“组合”，对教学的整体安排，促进学生个性发展。制药工程是一门实践性很强的课程，目前在实际教学中由于课时、实践、实训教学资源缺乏等，同时作为中医院校学生工科基础较为薄弱，学生学习难度较大，且很难突出制药工程的工程观点，学生很难从实验性研究转向工业化生产研究，从工程理念出发思考。因此应积极思考如何优化本课程导入，优化提问，如何引入已学知识在工业化中的应用，合理安排整个教学，甚至每节课程，整合各项有利的教学因素，以创设一种和谐、愉快、民主的课堂气氛，促进优秀制药工程师的培养。

六、优化制药工程教学反馈评价过程

教学反馈是课堂教学的重要环节。制药工程是一门直接培养面向科研、生产、管理第一线的一流制药工程复合型人才的主干课程，在一定程度上决定了学生在今后工作中是否具有较高的工程创新能力和素质。因此，及时对教学各方面进行多渠道反馈，充分反映出整个教学的效果，使教师及时做出调整，优化教学过程，非常重要。而教师与学生之间信息交流是关键，通过与学生的交流不仅能反馈教学效果，也能增进师生互动效果，帮助学生把握制药工程发展的趋势方向以及就业思路，带给学生成功的欢乐，激发学生的求知欲望和创造精神。

公路工程施工机械优化配置探析 篇7

为了保证公路建设的施工质量，按时完成施工任务，获得最佳的技术经济效益和社会效益，根据公路建设项目要求和具体施工条件，优化配置公路工程施工机械十分必要。

1 优化配置施工机械的主要依据

优化配置施工机械的主要依据是公路工程项目的工程量和施工进度。一般情况下，为了保证公路工程的施工质量、施工进度和提高技术经济效益，公路建设项目工程量大时应采用大型机械和先进设备，而工程量小时则应采用中小型机械和现有设备。

2 优化配置施工机械的一般原则

公路建设采用机械化施工，目的是为了优质、高效、安全、低耗的完成工程建设任务，在提高劳动生产率的同时减轻施工人员的劳动强度，这是公路建设机械化施工应遵循的基本原则。因此，在公路建设采用机械化施工时，配置施工机械应遵循以下原则。

1)经济性配置机械设备时，必须遵循经济性原则，确定需要哪些种机械，每种机械设备需要的数量、进场时间，同时还要考虑企业现有机械设备的技术状况、维修费用的高低、企业人员的维修水平、新购设备的价格等，通过比较选择最经济的机械配置，既能满足施工生产的需要，又降低了施工成本。

2)先进性使用的主要施工机械在同行业中应尽量保持先进。由于其性能优越稳定、安全可靠、故障率低、生产率高、作业质量好，能保质保量地完成公路工程施工任务，最终可取得较好的技术经济效益。

3)安全性在选择合适的施工机械以保证公路工程质量和施工进度的同时，应充分考虑施工机械的安全可靠性，例如行驶稳定、有翻车或落体保护装置、防尘隔音等。此外，在保证施工人员和设备安全的同时，应注意保护自然环境，不致因所采用的施工机械及其作业而受到破坏。

4)合理性配置机械设备的数量时，要根据施工生产的需要来安排，既不能因配置过多造成成本上的浪费，也不能因配置过少而制约了施工生产的进度。

3 优化配置施工机械的方法

在多年的公路工程施工实际工作中，按照公路建设项目和施工机械保有量，采用如下不同的方法配置施工机械。实践证明，这些选择方法是合理、切实可行的，且所完成的公路工程建设任务的技术经济效益较好。

3.1 根据项目作业内容配置施工机械

以路基工程施工为例，路基工程作业内容包括土石方挖掘、铲运、填筑、压实、修整等基本内容，以及伐树除根、松土、表层清理和处置等辅助作业，每种作业可根据表1所列的工程类别选择机械与设备。

3.2 根据运输距离和道路情况配置施工机械

在路基工程施工中，配置施工机械时应考虑运输物料所需的条件，如保证沥青砼摊铺所需的温度和压实所需的温度，以及运输机械的经济运距和道路条件。

3.3 根据土质条件配置施工机械

在路基工程施工中，土壤是施工机械作业的主要对象，其性质和状态直接关系到施工机械的作业质量、作业效率和成本，因此土质是选择施工机械的重要根据之一。根据土壤性质和状态，可供选择的土方施工机械有推土机、装载机、平地机、挖掘机等，压实机械有轮胎压路机、振动压路机等。

3.4 根据气象条件配置施工机械

雨水会迅速改变土壤状态，特别是粘土。因此，选择施工机械时要充分考虑公路建设项目施工期间的气象情况。如：久晴不下雨、土质干燥时可选择轮式施工机械进行作业，反之，旷日持久下雨、土壤过分潮湿和作业场地及道路泥泞时，则选用履带式施工机械进行作业为宜。

工程机械优化 篇8

传动系统是工程机械的核心组成部分之一,其性能的优劣直接决定着整机的动力性能、作业效率、作业经济性和行驶性能的高低。

工程机械传动系统

目前国内工程机械的传动系统主要分为4类,分别为机械传动、液力传动、静液压传动和电传动。

机械传动系统以机械式变速器为主,由多组不同的齿轮副组成,通过拨叉换挡,多用于1.5t以下装载机、160HP (118kW)以下推土机等小型工程机械,整机成本低,但操作舒适性较差。随着人们对操作舒适性要求的提高,该传动系统的应用受到了很大的限制。

静液压传动系统由液压泵、操纵阀、液压马达、减速器等组成,液压泵将高压动力油通过阀传递到液压马达、减速器等元件,实现变速、变矩,可减少变速器挡位实现无级变速,目前主要用于挖掘机、装载机、平地机和压路机等对主机性能要求较高的工程机械,部分用于全液压推土机,如山推SD10YE。该种传动形式对液压元件的要求很高,变量泵、变量马达等液压元件,几乎全部依赖于进口,所以静液压传动在我国的普及应用还有很长的路要走。

电传动系统由发电机、输电线路、电动机、轮边减速器等组成,目前主要以交流-交流传动方式为主,通过交流发电机给交流电动机供电,驱动减速器运转。大吨位矿用车采用此种传动形式,不需要变速器和传动轴,只需要电缆的软连接,因此整车布置简单灵活。大吨位矿用车采用电传动能保证发动机工作在最大功率点,功率利用充分,因此油耗要低于机械传动车型,并且具有无级变速的特性,行驶平稳。但目前该传动系统对设计要求很高,尤其是对电力设计及电气元件的可靠性要求极高,投入制造成本高,因此,推广普及受到很大的限制,目前仅在一些大吨位矿用车、牵引车上应用。

液力传动系统是目前工程机械应用最广泛的传动系统,该传动系统由液力变速器、传动轴、驱动桥等组成。它通过液力变矩器将发动机的机械能传递给变速器、驱动桥,驱动车辆行驶。液力传动系统通过液力变速器实现力矩的传递和切断,在负载变化大、变速频繁的工程机械中应用广泛。

装载机传动系统节能优化

对高油耗工程机械进行优化设计,可提高其燃油经济性,为此,降低发动机油耗是工程机械节能降耗最直接的途径。众所周知,要想实现发动机节能降耗,可以通过使用涡轮增压技术和降低油耗2种方法来实现。然而,使用涡轮增压器的发动机虽然提高了燃烧效率,却也增加了后期的维护成本。相比较而言,通过降低发动机额定转速来降低油耗的方法更为理想。但是,如果通过降低发动机额定转速来降低油耗,就必须有与其相匹配的低转速、大能容的液力变矩器,否则低转速发动机的优异性能必然发挥不出来。

山推传动分公司与主机厂联合开发了一款5t装载机“黄金”传动系统,如图1所示。该传动系统由低转速发动机、山推YJSW315-8A液力变矩器、ZL50D-2液力变速器、ZL50D-2驱动桥组成,较原5t装载机传动系统综合节油超过11%,具有良好的经济效益。

为验证该装载机“黄金”传动系统的节油性能,我们按照V形铲掘物料作业标准,以松散物料和石子物料为对象进行分析测试。驾驶员以最大工作效率操作,并在每个作业循环的起始时刻对发动机转速、输出扭矩、变速器输出转速、工作泵压力、转向泵压力等数据进行采集。连续作业3h后测试结束,停止采集数据。为确保减少驾驶员个人操作习惯因素,每台装载机分别由2名驾驶员对2种物料进行V形铲掘物料作业并测试。

从图2可以看出一个V形工作循环的6个工作段(包括空载前进段、铲掘段、带载后退段、带载前进段、卸料段和空载后退段)中装载机的运行参数。

在空载前进段,发动机转速、扭矩高,变速器输出转速高,工作泵压力接近0值、转向泵压力值有波动。在铲掘段,发动机转速、扭矩高,变速器输出转速低,工作泵压力值升高,转向泵压力值平稳。其他工作段分析类似。

表1为V形铲掘物料作业测试结果,从测试结果可以看出,优化设计后的5t装载机“黄金”传动系统油耗较原5t装载机传动系统降低了11%以上,具有很好的燃油经济性。

节能有因

5t装载机“黄金”传动系统节油原因有以下5方面:

一是YJSW315-8A变矩器本身性能优化,高效区范围更大,如表2所示。

从表2可以看出,YJSW315-8A型液力变矩器较YJSW315-6C型液力变矩器效率高、高效区宽,性能优异。

二是低转速发动机较原发动机在额定转速下油耗有明显的降低,如图3所示。

从图3的对比中可以看出,低转速发动机额定转速2000r/min时,油耗为215g/kW·h,较原发动机额定转速2200r/min时的油耗222g/kW·h更低,所以低转速发动机与YJS W315-8A液力变矩器匹配后,传动系统油耗较原发动机与YJSW315-6C型液力变矩器更节油。

三是YJSW315-8A型变矩器与低转速发动机匹配合理,可使发动机与变矩器高效区共同工作在发动机的低油耗区、变矩器的高效区。

图4、图5是变矩器与发动机共同工作的匹配特性。从匹配结果上可以看出,低速发动机额定转速为2000r/min油耗较低。YJSW315-8A型液力变矩器与发动机匹配工作在发动机最大功率点附近,充分发挥了发动机的最大功率,降低了发动机的燃油消耗,匹配更加合理。

四是针对低转速发动机与YJSW315-8A型液力变矩器共同工作的匹配结果,将ZL50D变速器、ZL50D驱动桥优化升级为ZL50D-2变速器、ZL50D-2驱动桥,可使输出特性更合理。优化后的传动系统最大牵引力为160kN,最高车速为40km/h,较优化前的最大牵引力144kN、最高车速38 km/h,均有较大的提高。这不仅可使整个传动系统作业效率得到很大的提升,启动力矩更符合作业要求,铲运作业车速更稳定,整车作业效率更高。

浅谈机械优化设计 篇9

1 机械优化设计技术的发展概况

采用优化方法有助于设计方案在既定的设计要求下达到最佳的结果, 并且节省计算工作量和工作时间, 其显著的优点得到了科研者和相关工作从事人员广泛的重视, 因此应用领域也日益广阔。20世纪50年代数学规划理论逐渐发展起来, 并成为应用数学的重要分支, 这为优化设计奠定了坚实的理论基础;到了20世纪60年代, 计算机技术的迅猛发展为优化设计提供了强有力的手段, 使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上;直到20世纪60年代后期开始, 最优化技术才被成功应用于机械设计领域。而国内的机械优化设计技术发展相比国际起步较晚, 但发展势头不可小觑, 无论是在机构综合、机械的通用零部件的设计还是工艺设计方面都得到了广泛的应用。近年来, 随着计算机辅助设计 (CAD) 的发展是优化设计技术有了新的发展出路, 在CAD技术的支持下设计周期不断缩减、最优设计方案的筛选效率与质量不断提高。总而言之, 把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来, 使设计工程完全自动化, 并且将优化设计拓宽到产品的全系统、全性能和全生命周期的优化, 是今后设计方法的一个重要发展趋势。

2 主要的优化设计方法及其特点

2.1 无约束优化设计方法

无约束优化设计即是指没有约束函数的优化设计, 主要可以分为两类:一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法, 如最速下降法、牛顿法、共轭梯度法和变尺度法等;另一类是利用目标函数值的无约束优化方法, 如单形替换法、坐标轮换法及鲍威尔法等。部分约束优化设计的问题通常可以转化为无约束优化设计问题进行解答, 换句话说, 部分无约束优化设计方法只需要略加处理就能对约束优化问题进行求解, 因此无约束优化法具有计算效率高、稳定性好等优点。

2.2 约束优化设计法

机械优化设计问题一般而言都是约束的优化问题, 根据处理约束条件的方法不同可以分为直接法和间接法两大类。直接法的基础思想在于控制迭代点, 使其处于可行域当中, 并且通过不断降低目标函数值, 得到最优的解答。直接法简单易懂, 未对目标函数和约束函数做出特殊的要求, 一般用于求解含有不等式约束的优化设计问题;但同时计算量较大工作大, 耗时较多, 因此不适用于维数较高问题的求解。直接法的常见方法有:复合形法、约束坐标轮换法以及网络法等。间接法则是将优化设计问题转化为无约束优化问题, 再利用无约束优化方法求解, 或者将非线性约束优化设计问题转化为线性规划问题来处理。间接法具有计算理论性强、精度和可靠度都很高的优点;但相对而言, 计算过程较复杂, 对目标函数和约束函数有一定的要求。间接法通常使用惩罚函数法和增广拉式乘子法等方法进行求解。

2.3 遗传算法

遗传算法 (GA) , 于20世纪70年代初期由美国密执根大学的霍兰 (Holland) 教授提出的一种全新概率优化方法。遗传算法主要通过仿造自然界生物进化的规律, 对随机产生的群体进行繁殖演变和自然选择, 促使群体素质和群体中个体的素质不断演化, 最终收敛于全局最优解。遗传算法有别于传统的优化设计方法, 是一种启发式的搜索算法, 具有自适应性、全局优化性和隐含并行性的特点。其主要被应用于函数优化方面、机器学习、图像处理、组合优化、故障诊断、神经网络、人工生命等领域。近年来, 遗传算法在机械工程领域也开展了多方面的应用。但关于应用遗传算法时处理约束的高效和稳健的方法研究较少被涉及, 因此如何确保使用遗传算法解约束优化问题的准确性仍需要广大学者的深入研究。

3 优化设计方法的选择

解决优化设计问题的关键在于选择正确的优化设计方法, 现实情况中, 应当根据设计要求考虑不同优化设计方法的特性和现实情况进行科学合理的选择。一般而言优化方法的选择可以遵循以下几点原则:高效率, 可靠性, 通用性, 稳定性以及初始条件、多变量和约束条件的敏感性。另外, 恰当的优化方法选择还需要根据个人经验对优化模型的约束条件、约束函数及目标函数进行深入全面的分析, 再根据复杂性和准确性等条件进行评判与选择。总而言之, 不同的优化设计方法都是针对某一类问题而产生的, 具有各自的优缺点和应用领域, 不能绝对单纯地用好坏对其进行评价。

综上所述, 本文从机构优化设计技术的发展概况入手, 对于主要的优化设计方法及其特点以及具体的优化设计的选择进行了相应阐释, 希望能够更好的促成机械产品的质量与生产效率的提升。

摘要：机械优化设计将传统机械设计理论与现代设计方法进行合理结合而产生的一种更科学的优化设计方法, 有助于提高机械产品的质量与生产效率。本文就机械优化设计技术的发展概况、主要涉及方法及方法的选择作出简单探讨与研究。

关键词：机械,优化设计,方法

参考文献

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[4]吴月.浅谈机械优化设计[J].时代教育, 2012 (8) .

现代机械优化设计分析 篇10

优化设计方法是机械优化设计的灵魂, 随着数学科学和计算机技术的飞速发展。求解优化问题有两种方法, 即解析解法和数值解法。解析解法用数学解析方法 (如微分、变分方法等) 求出优化解。但是, 在很多情况下, 优化设计的数学描述比较复杂, 因而不便于甚至不可能用解析解法求解;数值解法不仅可用求解复杂函数的优化解, 也可以用于处理没有数学解析表达式的优化设计问题。因此, 它是实际问题中普遍采用的方法20世纪50年代末, 数学规划方法成为优化设计中求优方法的理论基础。这种方法建立在数值分析的基础之上, 利用已知的信息和条件, 通过一系列迭代过程求得问题的最优解。它的相关理论并不复杂, 计算过程很简单, 但计算量非常大, 而这正是计算机所擅长的工作, 因此, 计算机成了解决数值优化的主要工具。不管是解析解法还是数值解法, 都分别具有针对无约束条件和有约束条件的具体方法。

在优化设计中, 对于同一优化问题往往可以有不同的优化方法。有的优化方法效果较好, 有的则较差, 甚至会导致错误的结果。因此, 根据优化设计问题的特点 (如约束条件) , 选取适当的优化方法是非常关键的。一般要求具有以下原则。

1) 效率要高。所谓效率要高就是所采用的优化算法所用的计算时间或计算函数的次数要尽可能地少。

2) 可靠性要高。可靠性要高是指在一定的精度要求下, 在一定迭代次数内或一定计算时间内, 求解优化问题的成功率要尽可能地高

3) 采用成熟的计算程序。解题过程中要尽可能采用现有的成熟的计算程序, 以使解题简便不容易出错。

4) 稳定性要好。稳定性好是指对于高度非线性偏心率大的函数不会因计算机字长截断误差迭代过程正常运行而中断计算过程。

2 现代机械优化设计的软件—MATLAB

MATLAB是美国Math Works公司出品的商业数学软件, 用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境, 主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB应用非常之广泛。

2.1 特点

1) 高效的数值计算及符号计算功能, 能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来。

2) 具有完备的图形处理功能, 实现计算结果和编程的可视化。

3) 友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言, 使学者易于学习和掌握。

4) 功能丰富的应用工具箱 (如信号处理工具箱、通信工具箱等) , 为用户提供了大量方便实用的处理工具。

2.2 优点

1) Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言, 它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步, 也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序 (M文件) 后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的, 因此, 语法特征与C++语言极为相似, 而且更加简单, 更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强, 这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。

2) MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能, 以将向量和矩阵用图形表现出来, 并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善, 使它比一般数据可视化软件所具有的功能 (例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等) 更加完善, 而且对于一些其他软件所没有的功能 (例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等) , MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求, 例如图形对话等, MATLAB也有相应的功能函数, 保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还着重在图形用户界面 (GUI) 的制作上作了很大的改善, 对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。

3 机械优化设计前景展望

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。当今的优化正逐步的发展到多学科优化设计, 充分利用了先进计算机技术和科学的最新成果。所以机械优化设计的研究必须与工程实践、数学、力学理论、计算机紧密联系起来, 才能具有更广阔的发展前景。虚拟设计技术是发展的必然, 仿真技术也将更加趋于协同化和系统化。尚处于理论探索阶段的结构拓扑优化、智能算法优化设计、结构动态性能优化设计、柔性机械优化、绿色优化、可靠性稳健设计、基于仿生学/遗传学算法的优化设计、机械人性化设计和可持续性创新优化等都是未来机械优化设计的发展方向。

摘要：随着科学技术的发展, 机械产品设计质量的不断提高, 设计周期的日益缩短, 要求设计者考虑的因素也愈来愈多, 其计算方法的复杂性和精确性都是一般传统设计难以完成的。面对这种技术发展的现状, 设计者便开始求助于新的理论和新的设计方法。机械优化设计就是在这种情况下, 发展起来的一种现代设计方法。文章则着重对现代机械优化设计进行分析。

工程机械优化 篇11

【关键词】机械工程；可靠性；优化设计

0.前言

当今社会，科学技术飞速发展，人们不仅对多功能产品有强烈的需求，也需要多功能产品可以实现其应具备的功能。产品的可靠性优化设计是以产品功能的可靠性使用为目的而应运而生的产物，从产生开始到现在，已经得到了迅速的发展与广泛地使用[1]。在进行机械工程的产品设计时，将可靠性理论与技术应用于其中，并根据需要与可能，将产品的可靠性使用作为优先考虑的设计准则；在满足时间、费用及性能的基础上，让设计出的机械工程产品符合可靠性的要求。可靠性的设计问题在涉及传统的设计技术的同时，也与价值工程、系统工程、环境工程及质量控制工程等有着密切的关系。因此，可靠性设计是多学科与多技术相互交叉融合的一种新兴技术。

1.机械工程产品的可靠性优化设计现状分析

由于我国的特殊历史原因，机械工程制造业与西方发达国家机械制造业相比，显得相对落后，尤其是在可靠性设计的研究方面更是显得滞后。直到二十世纪八十年代，我国在机械工程的可靠性研究才取得了一些初步的成效，在某些个别的行业还成立了专门从事可靠性优化设计研究的组织与团体，并为社会培养了大批的可靠性优化设计研究的技术人才，制定出了整套可靠性优化设计的规范标准[2]。从总体上来看，过去的可靠性优化设计研究比较偏重于理论，但在生产实践中，对于理论的应用则是比较少，就这一点而言，与制造业相对较为发达的国家相比较，存在着许多不足之处。

2.可靠性优化设计在机械工程中的应用

机械工程产品的可靠性优化设计在产品的生产与使用周期的各环节都起着重要作用。这些环节主要有产品的设计、制造、使用及售后维修等。以下就机械工程产品的设计、制造及使用三个环节展开讨论可靠性优化设计问题。

2.1机械工程产品设计环节可靠性优化设计

机械工程产品的设计主要包括装配整体设计与零件组装设计。对机械产品进行可靠性优化设计时，可以将其当作一个整体，设计的方法主要有两种，第一种方法为：先大致了解机械的完整系统，并分析组成整体的零部件具有多大程度的可靠性，据此推断出整体具有多大程度的可靠性；这种方法即为预测整体设计可靠性的手段，预测的结果必须与设计指标相符合[3]。第二种方法为：将整体机械工程可靠性优化设计所要求的指标分配到其零部件的设计上，要求零部件必须满足各自的可靠性指标要求；常用的可靠性的分配方法有：再分配、等分配、比例分配及综合评分的分配方法。设计单个零件时，尽量采用符合国家规定且已经在生产中大量投入使用的常规零件，并用不同设计方法对重要程度不相同的零件进行优化设计，设计关键部件之前，要先行可靠性的试验。除此之外，要反复验证及修改机械工程产品设计的可靠性，直到其能够满足于可靠性优化设计所要求的标准为止。设计机械工程的人机系统也很重要，这方面的设计包括适应性及操作的舒适性设计。

2.2机械工程产品制造中的可靠性优化设计

要保证一个产品的质量，在制造环节的质量控制是最关键的部分，因此，机械产品在制造的过程中进行可靠性优化设计是非常重要的。加工的设备可靠性要得到保证，在选择加工工艺与工艺流程时，要注意其技术水平，保证制造水平尽量达到最优化。产品制造工艺流程是一个完整的系统，其中的各个方案与工序是工艺流程系统中的子系统，对每个子系统进行可靠性优化设计时，都要综合考虑各方面的因素，如工艺装备、加工设备、加工材料与工作人员素质等；只有这样才能为各个子系统设计出可靠性与合理的指标；最后，整合分析各个子系统的指标，并通过合理的方法将总系统的可靠性及优化指标整理出来。

2.3机械工程产品的使用与维修的可靠性优化设计

对机械产品进行维修，能有效延长其使用寿命；良好的售后服务水平是一个公司获得发展的必备条件。因此，生产机械设备的厂家要认真对待售后服务与维修的问题，运用先进的逻辑分析法，制定出科学的维修内容与维修方式，对机械产品的合理使用寿命作出规划。机械工程产品具有可维修性及可靠性，两者在很大程度上是相似的，可维修性是可靠性的具体指标之一[4]。对机械工程产品进行设计时就应当首先考虑到可靠性指标，以便能使设计出的机械产品在发生故障的情况下，易于检查与维修。进行机械产品维修的可靠性优化设计时，要充分考虑维修费用的问题，负责设计工作的人员在进行机械工程可靠性优化设计时，要以最少的费用获得最高程度可靠性作为设计的原则，以便能够尽量减少发现故障的时间。因此，以可靠性优化设计理论作为维修设计的基础，是非常合理的，也是非常重要的；制定经济合理的维修设计在现代化与科学化的进程中意义重大。使用符合标准的维修设备进行维修，提高维修工作人员的技能水平，使机械产品的维修工作能够朝现代化与科学化的方向发展。

3.结语

在以往机械工程的优化设计的过程中，很少将可靠性方面的指标考虑进去，因此不能够将机械工程产品的可靠性真实地反映出来；在可靠性的设计方法当中一般不会考虑机械产品的重量、体积及成本等方面的指标[5]。而在很多机械工程的设计方案中，只考虑进行可靠性方面的设计或只考虑优化方面的设计，就很难达到理想设计的效果。因此，只有在机械工程的设计中综合考虑可靠性与优化设计，并将两者的优势有机结合在一起，方能取得理想的设计效果。随着现代经济建设的步伐不断加快，机械工程制造业的发展也在日趋繁荣，且正朝着更具深度、更为复杂的方向迈进。当前人们对机械工程产品的可靠性优化设计的要求变得更高；目前，机械工程产品正日趋大型化与复杂化，因此，机械工程产品的可靠性优化设计的方法的应用也将会变得更广泛。对产品的使用也会变得更广泛，现代企业的发展也要以此作为发展的指标。

【参考文献】

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[2]何社全.工程机械产品的满意性设计[J].建筑机械化，2010（02）：419-420.

[3]张立博.探讨机械工程的可靠性优化设计[M].工程技术与产业经济，2012（03）：63-64.

[4]许鹏辉，韩青.机械工程可靠性优化设计[M].林业机械与木工设备，2012（05）：413-414.

机械工程的可靠性优化设计分析 篇12

1 我国的机械工程的可靠性优化设计的必要性

1.1 社会的需求

随着社会的不断发展, 科学技术的进步, 市场上出现越来越多的产品, 人们也逐渐对产品的质量各方面有了更高的要求, 并且随着观念的改变, 人们在质量, 使用性能等方面的重视要远远高于外观等方面。因此, 企业要实现自身的可持续发展, 机械产品的可靠性就必须有保证, 这也是为什么要进行机械工程可靠性优化设计的重要原因。

1.2 科技的进步, 产品复杂性增强

二十一世纪, 是一个科技高速发展的阶段, 它为我们的所带来的益处逐渐开始遍及生活的方方面面。当然其中也包括机械产品的更新换代, 一方面它的更新换代使得产品可以拥有更多更复杂的功能, 但是另一方面, 这也代表着机械产品生产者, 需要花费更多的精力在保证产品的使用性能的实现也就是其可靠性上。因此, 机械工程的可靠性优化设计便应运而生。

2 我国的机械产品的可靠性设计水平

虽然自从改革开放以来, 我国的机械制造业得到了前所未有的发展, 并且在产品的可靠性设计上也有了质的飞跃。但是我国的机械制造行业相对于西方发达国家来说, 起步较晚, 发展较为缓慢, 因此在产品的可靠性设计上面还远远不如他们。为了缩小这样的差距, 不少的企业也逐渐开始对产品的可靠性设计有所重视, 许多的企业为了提高自身产品的可靠性设计水平都设立专门的研究部门, 并且引进了大量的专业人才对这一方面进行研究。但实际上, 许多的研究还是处于最初的理论时期, 极少部分能够得到实践, 对产品的可靠性水平的提高并没有起到什么实质性的作用。

3 我国在机械产品可靠性设计研究方面的缺陷

3.1 教育体制造成的人才缺口

无论是在哪一个行业, 要实现行业的发展, 人才都是非常重要的因素。自然地, 机械产品的可靠性设计也是一样的, 要想实现机械产品的可靠性设计水平, 人才的培养是非常重要的而且是必要的。而高校就是培养这类人才的重要场所。但是, 现实的情况是, 虽然近年来我国许多高校都开设了与机械工程相关的专业, 但是机械产品的可靠性设计这类专业却只有少数几所高校有。这就无疑为我国的机械产品可靠性设计人才的培养造成了阻碍。

前面就有提到过, 随着社会的进步的和科技的发展, 机械产品的可靠性设计也变得越来越重要。但是因为这种教育方面的问题, 却造成严重的人才缺口, 这对我国的机械行业的发展是极为不利的。因此, 相关的教育部门必须要对这一方面予以重视, 相关的高校也要根据社会的需要开设相关的机械产品可靠性设计的专业和课程, 并安排有丰富经验的教师予以指导, 切实提高教学质量, 培养优秀的机械产品可靠性设计人员。

3.2 企业自身重视力度不够

虽然说影响机械产品可靠性设计的原因可能会有很多, 但是其中最为关键的还是企业自身。虽然, 近年来, 我国的机械制造行业处于蓬勃发展的阶段, 部分的企业已经开始重视产品的可靠性设计。但是因为我国的机械制造业起步较晚, 在企业的经营方面, 很多的企业还存在着误区。在不少企业的观念里, 机械产品的可靠性设计并没有那么重要, 甚至可以忽略不计。但这其实是非常错误的观念。上面就有提到过, 随着社会的发展, 人们逐渐地对产品的质量和使用性能的实现给予了前所未有的重视。如果一件机械产品人们在购买之前, 清楚地了解了它的功能, 但因为可靠性设计的问题, 有功能无法得到实现, 这必然会引起消费者对企业产品质量的质疑。这对企业来说将会是非常严重的名誉损失。因此, 企业必须要对产品的可靠性设计予以重视, 要有专门的部门对这方面进行管理, 同时也要注意产品设计的可靠性研究不能仅仅停留于理论阶段, 要切实地运用于实践当中, 因为只有这样的研究才是真正有意义的。

4 相应的设计方法介绍

4.1 稳健性设计

稳健性设计顾名思义就是指让产品的相关的使用性能对于产品制造过程中的会遭遇到的环境变化等有一定的抵御能力, 不会随着环境的变化让其产品性能也发生变化。同时也要保证产品在保质期内都能够较大程度上地维持它的工作状态, 不会轻易地丧失工作能力。

这种设计方法虽然可以有效地提高产品的可靠性, 但因为需要的投入较大, 所以比较难以实现。

4.2 预防故障设计

预防故障设计方法是通过对同类产品发生故障的相关经验从而对产品进行相应的加工, 预防故障的出现或者是尽量地缩小故障发生的可能性。这是最为有效地保证产品的可靠性的方法之一。具体的操作, 简单举例, 如果是要对机械产品的某一个部分进行预防故障设计就可以先从那部分的选材做起, 首先要参照过去的一些产品参数, 选择最为合适的材料, 并且也要考虑到相应的产品维修等方面, 从而做出最为完善的产品可靠性设计。

4.3 降额设计

降额设计即通过减低产品零部件的使用应力, 并使它低于产品原本标示的额定应力。从而在一定程度上减少其发生故障的概率, 保证其可靠性的设计方法。因为, 在过去的经验中, 大部分的机械产品在低于额定应力的环境下运行, 其可靠性能够到达最高的状态。但是这个方法的实施往往存在着很大的难度。因为具体要降多少最为合适并不是可以大概估算的, 而是必须要通过长时间, 大量的实验才能够得出最精确的数据。从而切实地保证产品的可靠性。

5 结束语

综上所述, 近年来, 我国的机械产品行业不断发展, 人们对产品的质量和使用性能也给于前所未有的重视。但是由于我国的机械制造行业起步晚, 其可靠性设计水平远不及其他发达国家, 再加上我国的教育造成的可靠性设计人才的匮乏, 机械企业对自身可靠性设计研究的忽视。这就使得我国的机械产品的可靠性远不能满足市场的需求, 因此机械工程的可靠性优化设计便应运而生, 这对我国的机械行业的发展无疑会起到巨大的促进作用。

摘要：自新中国建立以来, 为了促进经济的发展, 国民经济水平的提高, 我国的机械工程行业得到了很大扶持, 并且也实现了前所未有的发展。而我国的机械工程的可靠性设计水平却没有明显的提高。在机械工程的制造过程中, 由于产品种类繁多, 而且工艺比较复杂, 同时在可靠性的要求上也容不得丝毫的马虎, 因此实行机械工程的可靠性优化设计就变得十分必要了。文章主要是针对机械工程的可靠性优化设计进行简要分析, 并提出相应的建议供相关人士参考。

关键词：机械工程,可靠性,优化设计

参考文献

[1]陈静, 郝少祥, 邵凤翔, 等.机械可靠性优化设计的应用[J].中国煤炭, 2010, 36 (10) :76-77+81.

[2]黄康贵.可靠性优化设计在机械工程中的探讨[J].建筑工程技术与设计, 2015 (19) :369-369.