機械優(yōu)化設計課程教學大綱

1、機械優(yōu)化設計課程教學大綱 一課程基本信息 開課單位：機械工程學院 英文名稱：Mechanical Optimize Design 學時：總計48學時，其中理論授課36學時，實驗（含上機）12學時 學分：3.0學分 面向?qū)ο螅簷C械設計制造及其自動化，機械電子工程等本科專業(yè) 先修課程：高等數(shù)學，線性代數(shù)，計算機程序設計，工程力學，機械原理，機械設計 教材：機械優(yōu)化設計，孫靖民主編，機械工業(yè)出版社，2012年第 5版 主要教學參考書目或資料： 1.機械優(yōu)化設計，陳立周主編，上?？萍汲霭嫔纾?982年 2.機械優(yōu)化設計基礎，高健主編，機械工業(yè)出版社，2000年 3. 其它教學參考數(shù)目在課程教學工作實施

2、前另行確定二教學目的和任務優(yōu)化設計是60年代以來發(fā)展起來的一門新學科，它是將最優(yōu)化方法和計算機技術結(jié)合、應用于設計領域而產(chǎn)生的一種現(xiàn)代設計方法。利用優(yōu)化設計方法可以從眾多的設計方案中尋找最佳方案，加快設計過程，縮短設計周期，從而大大提高設計效率和質(zhì)量。優(yōu)化設計方法目前已經(jīng)在機械工程、結(jié)構(gòu)工程、控制工程、交通工程和經(jīng)濟管理等領域得到廣泛應用。在機械設計中采用最優(yōu)化方法，可以加速產(chǎn)品的研發(fā)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，從而達到增加經(jīng)濟效益的目的。學生通過學習機械優(yōu)化設計課程，可以掌握優(yōu)化設計的基本原理和方法，熟悉建立最優(yōu)化問題數(shù)學模型的基本過程，初步具備對工程中的優(yōu)化設計問題進行建模、編程和計算的

3、應用能力，為以后從事有關的工程技術工作和科學研究工作打下一定的基礎。三教學目標與要求本門課程通過授課、計算機編程等教學環(huán)節(jié)，使學生了解優(yōu)化設計的基本思想，優(yōu)化設計在機械中的作用及其發(fā)展概況。初步掌握建立數(shù)學模型的方法，掌握優(yōu)化方法和使用MATLAB優(yōu)化工具箱能力。并具備一定的將機械工程問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題并求解的應用能力四教學內(nèi)容、學時分配及其基本要求第一章 優(yōu)化設計概述 （2學時） （一）教學內(nèi)容 1、課程的性質(zhì)、優(yōu)化的含義；優(yōu)化方法的發(fā)展與應用；機械優(yōu)化設計的內(nèi)容及目的；機械優(yōu)化設計的一般過程 2、機械優(yōu)化設計的基本概念和基本術語；優(yōu)化設計的數(shù)學模型；優(yōu)化問題的幾何描述；優(yōu)化設計

4、的基本方法（二）基本要求 1、明確本課程的研究對象、內(nèi)容、性質(zhì)、任務，明確優(yōu)化的含義、機械優(yōu)化設計的內(nèi)容及目的。 2、了解機械憂化設計的一般過程（步驟）。 3、掌握設計變量、目標函數(shù)、約束條件以及優(yōu)化設計數(shù)學模型的一般形式。第二章 優(yōu)化方法的數(shù)學基礎 （6學時） （一）教學內(nèi)容1、 函數(shù)的梯度與二階導數(shù)2、 無約束目標函數(shù)的極值點存在條件3、 函數(shù)的凸性與凸函數(shù)4、 目標函數(shù)的約束極值問題（二）基本要求 1、掌握函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度、函數(shù)的泰勒展開式與海塞矩陣的求解方法。 2、理解凸集、凸函數(shù)與凸規(guī)劃的概念。 3、理解優(yōu)化問題的數(shù)值迭代法；無約束優(yōu)化問題的極值條件；約束優(yōu)化問題的極值

5、條件。第三章 一維優(yōu)化方法 （6學時。含講授4學時，上機2學時） （一）教學內(nèi)容 1、一維優(yōu)化的基本思想；初始搜索區(qū)間的確定2、黃金分割法，二次插值法（二）基本要求 1、了解一維優(yōu)化的基本思想。 2、掌握確定搜索區(qū)間的方法與區(qū)間消去法原理。3、掌握黃金分割法；二次插值法。第四章 無約束優(yōu)化方法 （10學時。含講授6學時，上機4學時） （一）教學內(nèi)容1、 最速下降法、牛頓型方法2、 共軛方向法、共軛梯度法、DFP變尺度法3、 坐標輪換法、鮑威爾（Powell）法（二）基本要求 1、掌握最速下降法、牛頓型方法。 2、了解共軛方向法、共軛梯度法、變尺度法。 3、掌握坐標輪換法、鮑

6、威爾法。第五章 線性規(guī)劃 （4學時。含講授2學時，上機2學時） （一）教學內(nèi)容1、 線性規(guī)劃的標準形式與基本性質(zhì)2、 基本可行解的轉(zhuǎn)換3、 單純形法及其應用（二）基本要求 1、了解線性規(guī)劃的基本知識。 2、掌握單純形法求解線性規(guī)劃問題。第六章 約束優(yōu)化方法 （10學時。含講授8學時，上機2學時） （一）教學內(nèi)容1、 隨機方向法、復合形法2、 可行方向法、懲罰函數(shù)法 （二）基本要求 1、了解約束優(yōu)化設計的基本思想。 2、了解隨機方向法、復合形法、可行方向法。 3、掌握懲罰函數(shù)法。第七章 多目標及離散變量優(yōu)化方法（4學時） （一）教學內(nèi)容 1、多目標優(yōu)化問題及方法 2、離散變量

7、優(yōu)化問題及方法 （二）基本要求 1、了解多目標優(yōu)化問題及離散變量優(yōu)化問題。 2、掌握多目標優(yōu)化方法和離散變量優(yōu)化方法。第八章 機械優(yōu)化設計實例 （6學時。含講授4學時，上機2學時） （一）教學內(nèi)容1、 MATLAB優(yōu)化工具箱介紹2、 優(yōu)化設計在機械設計中的應用（或其它機械方面的）舉例（二）基本要求 1、掌握MATLAB優(yōu)化工具箱常用的優(yōu)化函數(shù)的使用。 2、理解機械優(yōu)化設計的一般步驟，建立優(yōu)化數(shù)學模型的原則。 3、能夠?qū)C械設計問題進行優(yōu)化設計計算。 五教學方法及手段 本課程以課堂教學為主，配以適當?shù)纳蠙C編程練習。課堂教學全部采用多媒體教學。六考核方式及考核方法考核方式：考查成績計算方式：總評成績 = 期末筆試60% + 平時考核40% 七課內(nèi)實驗（上機）教學安排序號實驗項目（上機）學時性質(zhì)類型1黃金分割法、二次插