在当今世界中，随着自然资源的日益减少，机械优化设计就显得更加重要。在二战时，由于军事的需要，产生了运筹学，运筹学为许多古典微分法和变分法所不能解决的问题提供了许多优化方法，通过这种方法，大大加快了飞机投射炸弹试验研究，使得德军潜艇被炸沉数大幅增加，推动了二战的胜利。而在二战以后，该优化方法逐渐变为民用^[1]。

从20世纪50年代开始，机械优化设计开始出现，而在60年代许多工业部门使用了机械优化设计来增加生产效率、降低生产成本^[2]。

优化设计是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^[3],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^[4]。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件^[5]。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题^[3]。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法^[6],目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门^[7]。

二、国内外发展历程

优化方法是随着计算机的应用而迅速发展起来，较早应用于机械工程等领域的设计。采用优化方法，既可以使方案在规定的设计要求下达到某些优化的结果，又不必耗费过多的计算工作量，因而得到广泛的重视，其应用也越来越广^[7]。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段^[8]。

20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的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。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始^[9]。

近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益增加的今天，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，已成为设计方法的一个重要发展趋势^[10]。

三、主要研究内容