機械設(shè)計優(yōu)化并非簡單的參數(shù)調(diào)整，而是一套融合工程力學(xué)、材料科學(xué)與計算機技術(shù)的系統(tǒng)方法論。它以性能指標為核心，通過定量分析剔除設(shè)計冗余，在可靠性與經(jīng)濟性之間找到平衡點。

參數(shù)優(yōu)化是優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)手段，其本質(zhì)是建立 “性能 - 參數(shù)” 數(shù)學(xué)模型。以齒輪傳動為例，需要將接觸強度、彎曲強度等約束條件轉(zhuǎn)化為方程，通過梯度下降法或遺傳算法求解模數(shù)、齒數(shù)的組合。某風(fēng)電齒輪箱設(shè)計中，僅通過調(diào)整齒寬系數(shù)與螺旋角兩個參數(shù)，就實現(xiàn)了傳動效率提升 2.3%、材料消耗減少 8% 的雙重收益。這種方法特別適合標準化零件，能在不改變結(jié)構(gòu)形態(tài)的前提下挖掘性能潛力。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化則更具創(chuàng)造性，可分為拓撲優(yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化三個層級。拓撲優(yōu)化如同 “數(shù)字雕塑”，在給定空間內(nèi)根據(jù)受力分布生成合理的材料布局，汽車底盤的框架結(jié)構(gòu)常采用此方法，經(jīng)拓撲優(yōu)化的懸架控制臂能在減重 40% 的同時，將疲勞壽命延長至原來的 1.8 倍。形狀優(yōu)化聚焦細節(jié)改進，比如將軸類零件的過渡圓角從常量改為變曲率，可使應(yīng)力集中系數(shù)降低 30% 以上。尺寸優(yōu)化則針對壁厚、孔徑等特征參數(shù)進行微調(diào)，是實現(xiàn)精細化設(shè)計的關(guān)鍵。

現(xiàn)代優(yōu)化技術(shù)已進入 “多目標協(xié)同” 時代。在高鐵轉(zhuǎn)向架設(shè)計中，需要同時滿足輕量化（降低能耗）、抗疲勞（保障）、低成本（控制制造費用）三大目標。工程師通過建立權(quán)重矩陣，將多目標問題轉(zhuǎn)化為單目標求解，再利用 NSGA-III 等智能算法生成 Pareto 解集，終從 2000 組方案中篩選出綜合性能的設(shè)計。

值得注意的是，優(yōu)化過程需建立全生命周期思維。某款工業(yè)機械臂為追求輕量化采用碳纖維材料，雖降低了運動能耗，卻因材料成本過高導(dǎo)致整機售價翻倍，市場接受度反而下降。因此，真正的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)涵蓋制造可行性、維護便利性等隱性因素，在技術(shù)指標與商業(yè)價值間找到動態(tài)平衡。