最优化

最优化方法在机械设计中的应用
本学期选修了最优化方法，其实选修这门课的时候不是很了解，甚至都不知道什么事最优化方法。

后来上了课，渐渐发现它原来是数学的一种，而且是以个很有趣的学科，并且对我所学的专业——机械设计制造及其自动化，也很有帮助。

通过一段时间的学习，我了解到最优化方法的一些相关知识，最优化方法，也叫做运筹学方法，是近几十年形成的，它主要运用数学的方法研究各种系统的优化途径及方案，为决策者提供科学决策的依据。

最优化方法的目的在于针对所研究的系统，求得一个合理运用人力、物力和财力的最佳方案，发挥和提高系统的效能及效益，最终达到系统的最优目标。

因为不是学习数学专业，没有足够的数学基础知识，因此学最优化方法有一定的困难，所以老师从最基础的最优化方法知识讲授给我们，譬如：凸集和凸函数、泛数等；还介绍最优化方法的研究对象、特点，以及最优化方法模型的建立和模型的分析、求解、应用，诸如：线性规划问题、求极值、无约束最优化问题、等式约束最优化问题、不等式约束最优化问题等。

用最优化方法解决实际问题，一般可经过下列步骤：
①提出最优化问题，收集有关数据和资料；
②建立最优化问题的数学模型（最优化模型一般包括变量、约束条件和目标函数三要素），确定变量,列出目标函数和约束条件；
③分析模型，选择合适的最优化方法；
④求解，一般通过编制程序，用计算机求最优解；
⑤最优解的检验和实施。

在学习了最优化方法导论之后，发现它在我所学的专业领域有极为重要的应用。

它在我所学习的专业中发展成为了一门专门的学科——机械设计制造及其自动化。

在我们上第一节课的时候就了解了现在机械设计的思想和设计方法的分类。

科学设计发展的历史和实践证明，机械设计是机械工业的基础技术。

科学技术成果要转变围殴有竞争力的新产品，设计起着
关键性的作用。

也就是说，机械设计问题是一个决定机械产品一系列的技术、经济及社会环境效果的问题。

在机械设计问题上花费的工夫愈多、愈符合客观，则所获得的收效愈高。

关于现代机械设计思想，目前有三种观点；
①机械设计是通过理论计算构成设计主体；
②机械设计是创造出一部机器以满足其要求；
③机械设计是由设计分析和设计综合共同构成的。

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能大大提高设计效率和设计质量。

优化设计具有常规设计所不具备的一些特点。

主要表现在两个方面：
1)优化设计能使各种设计参数自动向更优的方向进行调整，直至找到一个尽可能完善的或最合适的设计方案，常规设计虽然也能找到比较合适的设计方案，但都是凭借设计人员的经验来进行的。

它既不能保证设计参数一定能够向更优的方向调整，同时也不可能保证一定能找到最合适的设计方案。

2)优化设计的手段是采用电子计算机，在较短的时间内从大量的方案中选出最优的设计方案，这是常规设计所不能相比的。

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：
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归律，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）用优化设计方可合理解决多参数、多目标的复杂产品设计问题。

优化设计可使机电系统的设计在一定程度上达到无可争议的完善。

因此可以提升我国机电设备设计技术水平和企业的竞争能力，同时显著提高企业的经济效益与社会效益。

现实生活中，优化问题存在于很多方面，已经受到科研机构、政府部门和产业部门的高度重视。

随着市场经济的发展，产品市场经济日趋激烈，工矿企业迫切期望提高产品性能，减少原材料消耗，降低生产成本，增强产品的竞争力，这使得机械优化设计的应用范围越来越广，收到的效益也愈来愈显著。