摘要：我国机械行业的快速发展带动我国其它行业发展迅速。机械优化设计作为现代机械生产的研究热点，随着现代机械生产的不断更新，传统的机械设计方法已经无法满足现代机械生产需求，而可视化方法的引进，虽满足了现代机械设计的需求，却需要集成环境以运作。
关键词：机械优化设计；可视化方法
引言
我国经济的快速发展使我国各行业发展迅速。优化设计是一门新兴的科学，最初起源于20世纪60年代，是借助电子计算机技术，根据数学规划理论探寻最优设计方案的一种现代设计方法。在计算机技术与仿真技术快速发展的新时代下，可视化方法也变得越來越成熟。将可视化方法应用于机械设计，不但可以有效地提升设计效率，而且可以有效地控制产品质量。
1、机械优化设计中可视化方法应用的必要性分析
可视化归属于计算方法的范畴，其能够借助图形对相关的物理现象进行描述，可使模型中的数学符号转化为各种几何图形，由此能使数据的表达更加直观、形象，有助于设计人员对计算过程进行模拟和交互控制。在传统的机械优化设计中，设计人员通常需要完成如下操作：对设计中变量的个数进行确定，依托优化问题构建数学模型，据此进行主程序的编制，并在主程序中选取包含优化方法的子程序，最后运行程序获得最优解。在相当长的一段时期内，机械工程设计领域中采用的都是这种方法。然而，通过实际应用后发现，该方法存在诸多的不足之处。比如，编写完的程序需要进行反复调试后才能使用，整个过程的工作量相对较大，耗时长，不利于效率的提升；又如，无法实现人机交互，致使设计人员不能实时了解优化的进展程度。近年来，随着技术的飞速发展，机械设备从最初简单的机器，变成了集光、机、电、液等多种先进于一身的产品，如果在机械设计中，仍然使用传统的优化方法，极有可能导致最终的设计无法满足实际需求。
2、机械优化设计中的可视化方法
2.1可视化优化软件的关键技术
传统的优化设计方法主要是优化设计机械机构与零部件。现阶段的优化设计方法主要分为以下两种。第一，机械优化设计中的遗传算法。在机械优化设计中采取遗传算法，在开始搜索最优结果时，主要是先开始搜索多个点，然后持续开展适应度的计算，淘汰掉适应度较差的点或数据，从而得到最优结果，而并非从某个点或某个数据着手。采取此种计算方法得到的点或数据更加趋近于最佳结果。第二，机械优化设计中的进化策略。进化策略是由最初的自然进化模型发展而成的，在机械优化设计中采取进化策略，所获得的结果主要取决于相应的目标函数，其主要是通过重组与随机变异数据获得全新的数据，从而得到最优的结果。
2.2可视化的基本思路
构建数学模型是可视化方法在机械优化设计中应用的重要前提和基础，在这一过程中，应当确保模型构建使用的所有数据真实、可靠，并且能够反映出机械产品的特点。同时，构建的数学模型不宜太过复杂，因为复杂程度过高的模型会增大后续的计算量及计算难度。在对数学模型进行构建的过程中，应当充分以下几个方面的因素：设计变量、目标函数和约束函数。当模型建立好之后，便可将之可视化方法在机械优化设计中进行应用，以此为基础，创建人机交互界面，与此同时，需要对如下事项加以关注：利用可视化方法反映出优化计算的迭代过程，并确保计算结果的可视化。
2.3数据的测试与分析
在优化设计的过程中，建立数学模型是关键，也是基础，而从数理统计学的角度来谈，要对所建立的数学模型、所构建的软件平台进行测试，其本质就是对数学模型、软件所分析的结果进行分析，并发现问题。
2.4管棒类产品优化计算的可视化
管棒类产品是企业机械优化设计过程中使用最为广泛的一类产品，且很多管棒类产品必须成套使用。如果在未优化设计的基础上直接生产加工原材料，不但会浪费大量的原材料，而且很难确保产品的质量，这样必定会大大增加企业的生产成本投入，对提升企业竞争优势造成不良影响。在优化设计管棒类产品的过程中，必须注意以下几方面，只有解决好如下几方面的问题，才能得到最佳的管棒类产品优化设计方案。第一，生产加工管棒类产品的过程中，对管棒类产品长度的实际需求与所需截取原材料的实际长度存在差别。所以，必须根据自身生产厂家的特性，构建一个可视化的交互式界面，使生产工作人员可以结合每次管棒类产品的加工数量与实际所需管棒类产品的长度进行生产加工。在计算机中录入生产型材的长度与原材料的长度，借助系统加以测算，从而使生产加工管棒类产品过程中因产品与原材料之间的不匹配而造成的原料损耗降到最低。第二，每次生产出的管棒类产品长度也是有差别的。通常情况下，遵循从长到短的原则来输入产品和原材料的长度。这就要求生产人员必须事先做好查看工作。而目前可以借助选择排序、冒泡排序以及插入排序等比较常见的排序算法，使系统实现对录入数据的自行排序，这样不仅可以为设计人员查看数据提供便利，还可以将工作量降到最低。
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。
结语
总而言之，若要将可视化方法有效地使用于机械优化设计，必须借助强大的计算机硬件和软件设施。从目前的机械加工生产来看，机械优化设计人员必须充分掌握可视化方法的基础与理论，努力学好、掌握好可视化技术，这样才能在机械优化设计中科学、恰当地使用可视化方法，从而更快、更好地发展机械加工生产行业。
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