“设计”是一项创造性的工作。传统的机械装备结构设计一般是设计者根据设计要求和实践经验，采用类比法提出设计方案；然后进行强度、刚度、稳定性等各方面力学性能的分析和验算，以证实设计方案的可行性。为了得到较优的结构，设计者需对多个设计方案进行综合比较，从而对结构布局、材料选择、构件尺寸、构件外形等进行修改完善。在传统的结构设计中，力学分析只是起到一种校核的作用，结构的设计过程可归纳为“设计-校核-再设计”的多次循环过程，设计周期长，设计结果受到设计者经验和时间的限制，仅仅是一个可行的方案，而不是理想的最优方案。传统结构设计只是被动地重复分析结构的性能，而不是主动地设计结构的参数，从这个意义上说，传统的结构设计并没有体现“设计”的含义。
随着时代的发展，工程中对结构的性能要求越来越高，设计中要考虑的因素也越来越复杂，采用传统的结构设计方法已经难以实现设计要求。随着20世纪60年代有限元方法的发展，使得大型结构性能分析借助于计算机而得以实现；数学规划法的引入，进一步使结构优化设计成为可能。传统结构设计的安全性、经济性没有衡量的标准，而结构优化设计是在一个明确的特定指标（如结构的重量最轻）的条件下，保证结构的经济性和安全性。
结构优化设计是以设计目标、约束条件和设计变量作为三个要素，基于有限元分析和优化算法，在全部的结构设计方案域中寻求最优方案。这种方法基于计算机技术，设计周期短、设计结果优，经济效益和社会效益十分显著。例如美国贝尔飞机公司采用优化方法解决了450个设计变量的大型结构优化问题，在某型机翼的设计中，达到减重35%的效果。采用结构优化设计方法，不仅可提高结构的设计质量，缩短设计周期，还可以通过将设计方法和计算机辅助设计结合起来，使设计过程完全自动化，实现结构的智能设计。图1-13是某型滚筒洗衣机带轮优化设计过程，对带轮结构进行了结构拓扑优化、形状优化和尺寸优化后，将原来的5辐带轮优化为4辐带轮使带轮的总重量减少了6%，同时保证了它的强度、刚度性能。(www.xing528.com)
图1-13 某型滚筒洗衣机带轮优化设计过程
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