機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)緒論

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)：32主要內(nèi)容一章緒論二章優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型和基本概念三章無(wú)約束問(wèn)題的最優(yōu)化方法四章約束問(wèn)題的最優(yōu)化方法五章多目標(biāo)問(wèn)題的最優(yōu)化方法六章離散變量和隨機(jī)變量的最優(yōu)化方法七章優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題第一章緒論優(yōu)化優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)及其發(fā)展概況主要內(nèi)容第一章緒論教學(xué)目標(biāo)了解“優(yōu)化”和“優(yōu)化設(shè)計(jì)”的基本概念；了解“機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)”的基本概念及發(fā)展概況；了解本課程的主要研究?jī)?nèi)容教學(xué)目標(biāo):第一章緒論第一章緒論一.優(yōu)化1.優(yōu)化

在規(guī)定的范圍內(nèi)（或條件下），尋找給定函數(shù)取得的最小值（或最大值）的條件。例如,在右圖中，求得一維函數(shù)f(x)最小值的條件為：若ｘ取x*，則f(x)取得最小值f(x*)

。目的是為了在完成某一任務(wù)時(shí)所作的努力最少、付出最小，而使其收益最大、效果最好。最優(yōu)值(Optimum)最優(yōu)化的簡(jiǎn)寫為Opt.一.優(yōu)化2.優(yōu)化過(guò)程例如，要求設(shè)計(jì)一個(gè)如右下圖所示的防洪堤壩。為了能防洪水，高度必須足以保證洪峰到來(lái)時(shí)，洪水不會(huì)漫入堤岸；堤壩的強(qiáng)度足以保證巨浪不會(huì)沖垮堤壩。同時(shí)希望得到一個(gè)省時(shí)省力省經(jīng)費(fèi)的設(shè)計(jì)方案。獲得設(shè)計(jì)方案的過(guò)程是一個(gè)決策的過(guò)程，也是優(yōu)化的過(guò)程。所作的努力或希望的效益在實(shí)際問(wèn)題中均可表達(dá)為一些決策變量的函數(shù)。優(yōu)化過(guò)程就是求解一個(gè)付出的努力最小、獲得效益最大的方案。優(yōu)化的過(guò)程是一種決策的過(guò)程。第一章緒論實(shí)際問(wèn)題表達(dá)成的函數(shù)類型很多：確定型、不確定型函數(shù)；線性、非線性（二次、高次、超越）函數(shù)。

變量類型也很多：連續(xù)、離散、隨機(jī)變量等等。求解問(wèn)題的優(yōu)化方法也很多，主要包括解析法和數(shù)值計(jì)算方法。產(chǎn)生很多的優(yōu)化算法：

無(wú)約束優(yōu)化、約束優(yōu)化：?jiǎn)文繕?biāo)函數(shù)優(yōu)化、多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化；連續(xù)變量?jī)?yōu)化、離散變量?jī)?yōu)化、隨機(jī)變量?jī)?yōu)化。一.優(yōu)化第一章緒論3.優(yōu)化方法第一章緒論在規(guī)定的各種限制條件下，優(yōu)選設(shè)計(jì)參數(shù)，使某項(xiàng)或幾項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)獲得最優(yōu)值。2.優(yōu)化設(shè)計(jì)與最優(yōu)控制

優(yōu)化運(yùn)用在設(shè)計(jì)領(lǐng)域——優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化運(yùn)用在控制領(lǐng)域——最優(yōu)控制優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)用于各領(lǐng)域土木工程、水利工程、城市規(guī)劃、化工系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、電子產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品……二.優(yōu)化設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)：求得可行解。

優(yōu)化設(shè)計(jì)：解得最優(yōu)解。實(shí)例某機(jī)械廠下料車間需將一批10m長(zhǎng)的鋼管截成3m和4m兩種長(zhǎng)度規(guī)格的管子，要求各不少于100根。

問(wèn)：怎樣截法用料最??？第一章緒論1.傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法

疲勞壽命理論、強(qiáng)度理論、振動(dòng)理論……

常憑經(jīng)驗(yàn)、試算、校核等方法?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法

60～70年代出現(xiàn)：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD、有限單元法、可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)方法學(xué)、價(jià)值工程、反求工程、智能設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)……80～90年代出現(xiàn)：并行設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、仿生設(shè)計(jì)、穩(wěn)健設(shè)計(jì)……3.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展三.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)及其發(fā)展概況產(chǎn)品的質(zhì)量首先是設(shè)計(jì)出來(lái)的。

保證產(chǎn)品質(zhì)量從以往單靠生產(chǎn)過(guò)程控制和產(chǎn)品檢驗(yàn)（被動(dòng)的和防御的）發(fā)展到從產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)計(jì)（主動(dòng)的）入手。隨著機(jī)械產(chǎn)品不斷向高速度、高精度和微型化的發(fā)展，對(duì)其要求亦越來(lái)越多方面?，F(xiàn)有一些設(shè)計(jì)方法的不足問(wèn)題的提出穩(wěn)健設(shè)計(jì)基本概念穩(wěn)健性：是指因素狀況（原因）發(fā)生微小變差對(duì)因變量（結(jié)果）影響的不敏感性。穩(wěn)健設(shè)計(jì)：就是通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)變量及控制其容差使可控因素和不可控因素當(dāng)與設(shè)計(jì)值發(fā)生變差時(shí)仍能保證產(chǎn)品質(zhì)量的一種工程方法。換言之，若作出的設(shè)計(jì)即使在各種因素的干擾下產(chǎn)品質(zhì)量也是穩(wěn)定的，或者用廉價(jià)的零部件能組裝出質(zhì)量上乘、性能穩(wěn)定與可靠的產(chǎn)品，則認(rèn)為該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是穩(wěn)健的。質(zhì)量特性的不穩(wěn)定性質(zhì)量特性的影響因素可控因素（設(shè)計(jì)變量）不可控因素（噪聲因素）

?外噪聲

?內(nèi)噪聲

?物間噪聲質(zhì)量特性影響因素示