NOPPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1NO2總學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)： 64 （113周）內(nèi)內(nèi) 容：容： 1 1 緒論 2 2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本術(shù)語(yǔ)和數(shù)模 3 3 優(yōu)化方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 4 4 一維優(yōu)化方法 5 5 無(wú)約束優(yōu)化方法方法 6 6 約束優(yōu)化方法環(huán)環(huán) 節(jié)：節(jié)： 課堂教學(xué) + 上機(jī)考考 核：核： 平時(shí)作業(yè)+考試第1頁(yè)/共30頁(yè)31 緒緒 論論 優(yōu)化的含義 優(yōu)化方法的發(fā)展與應(yīng)用 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程2 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本術(shù)語(yǔ)和數(shù)學(xué)模型機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本術(shù)語(yǔ)和數(shù)學(xué)模型 機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)化問(wèn)題示例 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和術(shù)語(yǔ)（一、）第2頁(yè)/共30頁(yè)41、 了解優(yōu)化的含義2、 熟悉機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程3、

2、明確設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)空間、優(yōu)化 問(wèn)題的維數(shù)等概念4、 熟悉優(yōu)化問(wèn)題數(shù)學(xué)模型的三要素第3頁(yè)/共30頁(yè)5 例例 1： 某廠生產(chǎn)兩種規(guī)格的機(jī)床，它們每臺(tái)某廠生產(chǎn)兩種規(guī)格的機(jī)床，它們每臺(tái)的產(chǎn)值不同，現(xiàn)在需要根據(jù)一定的材料供的產(chǎn)值不同，現(xiàn)在需要根據(jù)一定的材料供應(yīng)量和工時(shí)；安排一個(gè)合理的產(chǎn)量計(jì)劃使應(yīng)量和工時(shí)；安排一個(gè)合理的產(chǎn)量計(jì)劃使總產(chǎn)值最高總產(chǎn)值最高 生產(chǎn)管理方面的最優(yōu)化問(wèn)題一、一、 優(yōu)化的含義優(yōu)化的含義第4頁(yè)/共30頁(yè)6 發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣凸輪采用高次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣凸輪采用高次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律：規(guī)律： 設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)，需選擇一組冪指數(shù)時(shí)，需選擇一組冪指數(shù)“p、q、r、s” 使氣使氣門的充氣效率最高門的充氣效

3、率最高 機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)化問(wèn)題srqpccccch43210 例例 2： 第5頁(yè)/共30頁(yè)7優(yōu)化：優(yōu)化： 在處理各種事物一切可能的方案中，在處理各種事物一切可能的方案中， 選擇一個(gè)最好（優(yōu)）的方案選擇一個(gè)最好（優(yōu)）的方案05 , 3)5() 3()(min*2221ffXxxXfT最優(yōu)值：最優(yōu)方案：的最小值求：第6頁(yè)/共30頁(yè)8優(yōu) 化 方 法優(yōu) 化 方 法優(yōu) 化 結(jié) 果具 體 問(wèn) 題二、優(yōu)化方法的發(fā)展與應(yīng)用二、優(yōu)化方法的發(fā)展與應(yīng)用1、古典的優(yōu)化方法、古典的優(yōu)化方法 應(yīng)用微分法和變分法 （屬于解析法）（屬于解析法）（解決小型、簡(jiǎn)單的問(wèn)題）（解決小型、簡(jiǎn)單的問(wèn)題）第7頁(yè)/共30頁(yè)92、現(xiàn)代優(yōu)化方法、

4、現(xiàn)代優(yōu)化方法 主要以數(shù)學(xué)規(guī)劃數(shù)學(xué)規(guī)劃 為核 心，以高速計(jì)算機(jī)為工具，向著多變量 、多目標(biāo)、高效、高精度的方向發(fā)展， 是在應(yīng)用和發(fā)展解析法的基礎(chǔ)上，更大 程度的應(yīng)用數(shù)值迭代法。數(shù)值迭代法。 （解決各種大、中、小型且復(fù)雜的問(wèn)題）第8頁(yè)/共30頁(yè)10其內(nèi)容及目的：三、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的三、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)： 把優(yōu)化技術(shù)（優(yōu)化的原理、計(jì)算技術(shù)） 應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中的一種現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法第9頁(yè)/共30頁(yè)11其內(nèi)容及目的： 可以對(duì)機(jī)械零件、部件、機(jī)構(gòu)、機(jī)器、及整機(jī)等設(shè)計(jì)對(duì)象、提出單項(xiàng)或多項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定出它們的最佳參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸，從而提高各種機(jī)械產(chǎn)品和技術(shù)裝備的設(shè)計(jì)水

5、平。第10頁(yè)/共30頁(yè)12四、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程四、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程輸出最優(yōu)方案方案評(píng)價(jià)與決策選擇優(yōu)化方法求出最優(yōu)方案建立數(shù)學(xué)模型分析優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題提出設(shè)計(jì)指標(biāo)NY第11頁(yè)/共30頁(yè)132-1 2-1 機(jī)械設(shè)計(jì)中優(yōu)化問(wèn)題示例機(jī)械設(shè)計(jì)中優(yōu)化問(wèn)題示例dlPM圓形銷軸已知： P=1000 N M=100 N-mf =0.01 cmaaawMPEMPMP510280120一、零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化第12頁(yè)/共30頁(yè)14cmmt8,8 . 73軸長(zhǎng)不小于求：在滿足使用條件和結(jié)構(gòu)尺寸限制的前提下， 使其質(zhì)量最輕解：1、銷軸的質(zhì)量：2、設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的使用要求和結(jié)構(gòu)尺寸限制1 . 03maxwdPl 彎曲強(qiáng)

6、度ldQ24第13頁(yè)/共30頁(yè)15 扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度2 . 03maxdM 剛度3643433maxfdEPlEJPlf 結(jié)構(gòu)要求08minlll第14頁(yè)/共30頁(yè)16綜上，此問(wèn)題就是要求在滿足下列條件下：)(08(034. 0)(025. 6(033. 83433尺寸限制剛度要求）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度）llddld選擇d、l 使梁的質(zhì)量：ldQ200613. 0最小 3、采用優(yōu)化方法求解：第15頁(yè)/共30頁(yè)17kgQcmlcmd911. 08309. 4*二、齒輪副參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題已知：12b直齒輪副aHaFniaFnMPMPHBSMSZGZMPHBSBMZkwPrni62011522535:16926

7、040:17min7457 . 3222111第16頁(yè)/共30頁(yè)18求在以上條件下設(shè)計(jì)齒輪副，使其體積V最小。解： 1、齒輪副的體積mbZViZZbbbbmZbmZV、11221222121)()()(41第17頁(yè)/共30頁(yè)192211FFFF115464.8561103.146 .184689169002.4360516.5791105261212112121bZmZZbZmZZ齒根彎曲強(qiáng)度2、設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求 第18頁(yè)/共30頁(yè)20接觸強(qiáng)度：62014079621222bZmHH 不根切條件： 齒寬系數(shù)的要求：2 . 11mZbd 綜上，這是一個(gè)在滿足、式的條件下，合理選擇Z1和m、b，使

8、直齒圓柱齒輪副體積最小的問(wèn)題117Z 第19頁(yè)/共30頁(yè)21三、連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化與系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化 （自學(xué)） 參見(jiàn)課外書(shū)總 結(jié)： 一個(gè)機(jī)械優(yōu)化問(wèn)題包含的內(nèi)容：追求的設(shè)計(jì)目標(biāo) “目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)”需求解的一組獨(dú)立獨(dú)立參數(shù) “設(shè)計(jì)變量設(shè)計(jì)變量”設(shè)計(jì)變量必須滿足若干限制條件 “設(shè)計(jì)約束設(shè)計(jì)約束”即：目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和設(shè)計(jì)約束三者共同述了一個(gè) 優(yōu)化問(wèn)題第20頁(yè)/共30頁(yè)222 2、其類型、其類型連續(xù)型連續(xù)型設(shè)計(jì)變量：設(shè)計(jì)變量： 軸的轉(zhuǎn)速軸的轉(zhuǎn)速n n、傳動(dòng)角、傳動(dòng)角離散型設(shè)計(jì)變量：離散型設(shè)計(jì)變量： 齒數(shù)、模數(shù)、膠帶根齒數(shù)、模數(shù)、膠帶根數(shù)數(shù)一、設(shè)計(jì)變量（優(yōu)化參數(shù)）一、設(shè)計(jì)變量（優(yōu)化參數(shù)）1、設(shè)計(jì)變量：

9、 在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇并最終必須確定在優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇并最終必須確定 的的各項(xiàng)獨(dú)立參數(shù)各項(xiàng)獨(dú)立參數(shù)第21頁(yè)/共30頁(yè)233 3、設(shè)計(jì)空間、設(shè)計(jì)空間 設(shè)計(jì)變量可用一個(gè)列陣來(lái)表示，如：上節(jié)中設(shè)計(jì)變量可用一個(gè)列陣來(lái)表示，如：上節(jié)中例例1.1.的設(shè)計(jì)變量可表示為的設(shè)計(jì)變量可表示為：TxxldxxX,2121設(shè)計(jì)變量的一般表達(dá)式TnnxxxxxxX,2121（代表問(wèn)題的一個(gè) 設(shè)計(jì)方案）第22頁(yè)/共30頁(yè)24最優(yōu)化問(wèn)題的維數(shù) n 設(shè)計(jì)變量的數(shù)目設(shè)計(jì)變量的數(shù)目 (n = 1,2,3)設(shè)計(jì)矢量（設(shè)計(jì)點(diǎn)）TnnxxxxxxX,2121矩陣 X “一個(gè)矢量” （原點(diǎn)為始點(diǎn)）矢量的端點(diǎn)(x1,x2 xn) “

10、設(shè)計(jì)點(diǎn)”設(shè)計(jì)變量（代表某一設(shè)計(jì)方案） “ 設(shè)計(jì)矢量”第23頁(yè)/共30頁(yè)25設(shè)計(jì)空間 設(shè)計(jì)點(diǎn)的集合設(shè)計(jì)點(diǎn)的集合（由各設(shè)計(jì)變量的坐標(biāo)軸（由各設(shè)計(jì)變量的坐標(biāo)軸 所描述的空間）所描述的空間） 工程中的設(shè)計(jì)空間屬于工程中的設(shè)計(jì)空間屬于 實(shí)歐氏空間“設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)矢量設(shè)計(jì)矢量設(shè)計(jì)點(diǎn)設(shè)計(jì)點(diǎn)”一一對(duì)應(yīng)的一一對(duì)應(yīng)的維實(shí)歐氏空間 nRn第24頁(yè)/共30頁(yè)26當(dāng)矢量X中的各個(gè)分量 都是實(shí)數(shù)變量時(shí)， 用集合概念可寫(xiě)成：)2 , 1(nixi中的一個(gè)點(diǎn)決定了nRXTnnxxxXRX,21Ox1x2)(2)(1)(kkkxxX1、n=2 , R 2 （二維設(shè)計(jì)空間，平面）2)(2)(1)(2)(1)(,RXxxxx

11、XTkkkkk第 K 個(gè)方案表示為:第25頁(yè)/共30頁(yè)273)(3)(2)(1)(3)(2)(1)(,RXxxxxxxXTkkkkkkkOx1x2x3)(3)(2)(1)(kkkkxxxX2、n=3 , R 3 （三維設(shè)計(jì)空間，立體空間）第K 個(gè)方案表示為:第26頁(yè)/共30頁(yè)283、 n3 , 為一個(gè)抽象的超越空間超越空間 ， 超越空間的每一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)都與n個(gè)變量 對(duì)應(yīng)著,21nxxxnR 其第k 個(gè)（任一個(gè)）方案表示為: nTknkkknkkRXxxxxxX,)()(2)(1)()(1)(第27頁(yè)/共30頁(yè)29第一次作業(yè)：第一次作業(yè)：（9周周二交論文原文復(fù)印件）1、從正式出版的中外文期刊（如：

12、、從正式出版的中外文期刊（如：數(shù)值計(jì)算與計(jì)算機(jī)應(yīng)用數(shù)值計(jì)算與計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 制造業(yè)自動(dòng)化，機(jī)械傳動(dòng)，制造技術(shù)與機(jī)床，制造業(yè)自動(dòng)化，機(jī)械傳動(dòng)，制造技術(shù)與機(jī)床，制造業(yè)自動(dòng)化制造業(yè)自動(dòng)化 ，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)報(bào)，機(jī)械工程學(xué)報(bào)，工程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)報(bào)，機(jī)械工程學(xué)報(bào)，工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)報(bào)，機(jī)械設(shè)計(jì)，學(xué)報(bào)，機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)報(bào)，機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)研究，計(jì)算機(jī)應(yīng)用，模式識(shí)別與人工智能機(jī)械設(shè)計(jì)研究，計(jì)算機(jī)應(yīng)用，模式識(shí)別與人工智能，控制與決策，計(jì)算機(jī)學(xué)控制與決策，計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)等報(bào)，小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)等），以及），以及重點(diǎn)大學(xué)學(xué)報(bào)重點(diǎn)大學(xué)學(xué)報(bào) 查查 （機(jī)械）優(yōu)化設(shè)計(jì)論文（機(jī)械）優(yōu)化設(shè)計(jì)論文2篇篇/人；人；2、要求：、要求：個(gè)人和同學(xué)之間論文內(nèi)容不重復(fù)，務(wù)必保留原文風(fēng)個(gè)人和同學(xué)之間論文內(nèi)容不重復(fù)，務(wù)必保留原文風(fēng)貌，并在右上角寫(xiě)明貌，并在右上角寫(xiě)明 班級(jí)、學(xué)號(hào)與姓名。班級(jí)、學(xué)號(hào)與姓名。下次課預(yù)習(xí)內(nèi)容下次課預(yù)習(xí)內(nèi)容：1、優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 2、優(yōu)化問(wèn)