《机械设计学》课题论文.doc

机械设计学课题论文 一、关于机械设计学课程教学的建议与看法 创新是技术和经济发展的原动力,是国民经济发展的重要因素。在科学技术飞速发展的今天,创新意识和创新能力越来越成为一个国家国际竞争力和国际地位的重要决定因素。而机械设计学作为机械设计类专业学生的一门重要的专业基础课程，创新思想的教育是十分必要的。 第一次上陈老师的机械设计课的时候，老师拟出的教学计划让我很是不理解：提出多类机械设计的方法，要求同学组队查找资料并做好演示文档，然后上台讲解。讲解完成后再由老师做点评并再详细正规讲解该类设计方法的特点。当初我就在想，这样是否会把一门专业课变成了类似于通识教育课的课程，让学生仅止于了解该类设计方法，并不能实际掌握一些设计思想和设计技巧。但是在第一小组的同学上台讲解后，我突然发现这样的上课方式更易于激发同学们学习了解机械设计学的兴趣和热情。通过演示文档附带的一些趣味性很强的视频或者图片，将于本枯燥死板的理论课变得生动活泼，引人入胜。看得出来，各个小组的资料准备、PPT制作都是很用心的，大量的资料向我们展示了各类设计方法的历史起源、现状、发展前景等。图文结合，十分简明，让大家易于理解。 与原来的预想不同，机械设计学这门课不再是简单的机构图解分析之类的精细研究，而是着重于启发学生设计的灵感，扩大学生的眼界，使以后学生的实际设计更加的大胆而又不脱离实际。在教学内容组织安排上,加强知识的针对性和实用性,克服原课程内容陈旧、结构固化、偏重自身完整性和教学内容组织缺乏弹性等问题。教学内容以“够用”为原则,对过深的理论推导和公式、公理等的推导、证明,可在有选择的、不影响知识理解连贯性的前提下略减或删除,以便学生集中精力掌握实用的结论,以解决实际设计问题。说实话，同学们对于那些机械结构分析计算之类的学习一直视为畏途，这样比较开放的教学方式，让大家能够摒弃对理论性太强的科目的不喜感觉。当今的时代，创新已成为了第一要务。机械设计学作为我们工科学生的重要科目，是一门重要的可以培养学生创新意识的课程。但如何创新呢？创新不是死板的学习已有知识，然后再去机械性的应用，而是开放自我的眼界，通过对现实及现有技术水平的了解，在某些亟需改进或更新换代的方面投注视线，大胆地进行创新改进。甚至，对于一些已经固化的设计思想，我们也可以大胆地去怀疑然后自我思考，能否换一种设计思路来从根本上改进这个设计的发展未来？ 我认为，对于机械设计这门课程的教学，应该在遵循学生认知规律的前提下，教师要充分发挥自己的启发和引导作用，培养学生自我思考并解决问题的能力，使学生的主体地位得以体现，从而激发学生的主观能动性。采用启发式，互动式教学模式。充分调动学生在课堂学习中的积极性。重视学生独立学习能力，团队协作能力以及创新精神的培养，以现实生活中的实际问题为载体，激发学生的主动性和创造性，培养学生自我获取知识的能力，为学生终生学习和继续发展打下坚实的基础。但是，在实际教学的过程中，我们也可以看到一些显而易见的问题。分组进行的资料搜集和PPT制作时，由于某些小组的同学分属不同班级，联系并不方便，沟通交流就成了主要障碍，甚至有出现个别小组因为联系不到个别同学的情况。还有就是某些积极性比较高的同学对教学任务大包大揽，而积极性较低的同学就比较偷懒了，这是团队协作的失败标志。所以我觉得老师应该对于这些情况做一些针对性的制度改进，从制度上杜绝此类事件的发生，使互动式教学真正能够惠及所有的同学。总而言之，我觉得老师的教学方案是非常有实践意义的，通过这种互动交流，让同学们能积极参与，共同分享大家的智慧，同时也能学习到很多东西，培养创新意识和自我学习意识，这种方法是十分值得肯定的，只是在实际实施过程中仍然不可避免的会有一些小瑕疵，但是我相信在以后的教学过程中这种教学方式将会得到改进，这种教学方法将会愈发流行起来，这也是我的希望！ 关于优化设计的文献综述班级：XX班 学号：XX 姓名：XX关键词：优化设计 最优解 非线性问题 数学模型 约束条件中文摘要：机械优化设计在追求高效经济的今天，已经具有了非凡的意义，它追求最优化的解决方案，给决策者最优的决断依据，并用最优解指导生产，用最低的投入获得最高的产出。国内外的优化设计均已得到重视和大力发展，但是依然存在一些技术性难题和挑战。为此，通过对优化设计进行一些阐释，希望能让大家多了解优化设计并关注优化设计。English Abstract：Mechanical optimization design in the pursuit of high efficiency economy today, has a special meaning, it pursue optimization solution, give the optimal decision basis for decision makers, and the optimal solution to direct production, with minimum input the maximum output. The optimization design at home and abroad are already get attention and vigorously develop, but there are still some technical difficulties and challenges. Therefore, through the optimization design for some interpretation, the hope can let everybody know more optimization design and watch for the optimization design.1引言 机械的设计、制造、使用水平是衡量一个国家科学技术水平和现代化程度的一个重要标志。传统设计方法，凭借经验、图表和类比的办法，借助有限的计算次数，得到有限的设计方案。而机械设计者的愿望是：设计的结果能够获得公认最优，产品结构最凑、成本最低、重量最轻等，即技术经济效果最佳。机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术与机械工程相结合的一门学科,优化设计是根据给定的设计要求和现有的技术条件，应用专业理论和优化方法，在电子计算机上从满足给定的设计要求的许多可行方案中，按照给定的目标自动地选出最优的设计方案。2. 国内外相关研究现状随着科学发展的需要, 机械产品设计质量的不断提高, 设计周期的日益缩短, 要求设计者考虑的因素也愈来愈多, 其计算方法的复杂性和精确性都是一般传统设计难以完成的。面对这种技术发展的现状, 设计者便开始求助于新的理论和新的设计方法。机械优化设计就是在这种情况下, 发展起来的一种现代设计方法。机械优化设计, 目前在国内应用的情况还难作出估计。但不少工程实例表明机械优化设计在现代产品设计中的经济效果还是很显著的。国内近年来开始重视，其发展迅速，在机构综合、机械的通用零部件的设计、工艺设计方面都得到应用。近十几年来的机械优化设计发展,给机械工程带来了很大的效益, 对进一步提高机械产品质量、缩短生产周期等方面产生了深刻的影响。3. 现阶段存在的问题及技术关键 目前大多数机械优化设计所采用的优化算法与实际工程设计的要求还不相适应, 乃是当今优化设计面临的新的挑战。有关解决约束参数、或非线性规划问题的研究, 一直是应用数学和计算数学数值分析方面十分活跃的领域。目前, 这个领域内已有一些非常有效的算法, 并可望得到更进一步的发展。令人遗憾的是, 还没有一种优化方法占绝对优势。其原因在于, 工程问题的复杂性迫使设计者不得不同时采用几种功能不同的方法进行寻优求解, 以期得到最佳设计方案。此外, 加强对通用和专用优化软件的性能比较和数据库的研究也是十分迫切的课题。人们当描述设计问题时, 把设计变量看成定值而建立的数学模型为确定型模型。到目前为止， 优化设计大多都讨论这种模型，并采用常规的优化设计方法寻其最优解。但是,严格地讲，任何实际问题都有其不确定性，即随机性。 4、现代机械优化设计的发展趋势1、模糊优化设计技术2、面向产品创新设计的优化技术3、广义优化设计技术4、产品全寿命周期的优化设计技术5、CAD/CAPP/CAM集成系统中的优化技术6、智能优化算法及其趋势5、优化设计方法概述优化设计是根据给定的设计要求和现有的技术条件，应用专业理论和优化方法，在电子计算机上从满足给定的设计要求的许多可行方案中，按照给定的目标自动地选出最优的设计方案。简而言之，使所设计的产品技术经济指标最佳（结构最合理、性能最好、质量最高、成本最低）。优化设计的指导思想源于它所倡导的开放型思维方式，既在面对问题时，抛开现实的局限去想象一种最理想的境界，然后再返回到当前的现状来寻找最佳的解决方案。在管理学中有一句俗话：“思路决定出路，心动决定行动。”这不是好高骛远，而是强调从未来出发，再从现实着手。优化设计与传统设计相比，具有如下三个特点： (1)设计的思想是最优设计； (2)设计的方法是优化方法； (3)设计的手段是计算机。机械优化设计问题渊源于生产实践。对于一般工程问题, 设计者可以根据其实际设计问题的追求目标和限制条件约束, 抽象为如下的数学模型： 设计变量x 目标函数f(x) 约束函数 gu(x) = 0 (u=1,2,m) hv(x) = 0 (v=1,2,p)通常, 把上式的求解称为最优化或规化。以上分别为优化设计的三大要素：一、设计变量 x（给定参数、设计空间、设计点、设计向量、离散型设计变量、连续型设计变量）。二、目标函数 f (x)(评价函数、单目标设计、多目标设计）。三、约束函数 gu(x)、hv(x)（区域约束、性能约束、约束面、可行域与非可行域、内点、外点、边界点、适时约束）。优化设计的一般步骤是：建立数学模型。选择最优化算法。程序设计。制定目标要求。计算机自动筛选最优设计方案等。以下是机械优化设计的过程框图： 否 建立数学模型：设计变量x目标函数f(x)约束函数 gu(x) 0 (u=1,2,m) hv(x) = 0 (v=1,2,p) 机械优化设计设计问题：设计要求；设计参数；设计条件按设计要求进行方案评价是否最优?最优设计方案f(x*)x* 是 选用优化算法确定优选设计参数 xi(i=1,2,n)设计方案得出的实际值f(x)用满足设计条件的一组x1,x2,xn值确定设计方案 由于机械工程设计中大多数的数学模型归属于非线性规划问题, 因此机械优化设计的方法就是建立在非线性规划的基础之上。一般地, 它可分为以下四大类：一、间接法，又称为解析法， 利用导数寻求函数极值的方法。属于这种方法的有：古典微分法、古典变分法、极值原理和库思一图克定理等。二、直接法，又称为搜索法。属于这种方法的有消元法、爬山法等。三、以解析法为基础的数值计算。属于这种方法的有：梯度法, 如共辆梯度法、改尺度法、可行方向法、梯度投影法SUMT等。四、用线性规划方法逐步逼近非线性规划方法。属于这种方法的有SLP法和MAP法等。非线性规划的最优性条件有以下两大类：一、无约束规划问题的极值条件。二、有约束规划问题的极值条件。若按照其处理设计问题的数学模型不同, 其方法又可以分为以下两大类： 一、确定型机械优化设计这种方法主要是把设计变量或参数作为确定的量来进行优化的。目前，大多数机械工程优化设计采用该法进行优化, 其理论和设计方法都较为成熟。2、 不确定型机械优化设计这种方法较与工程实际情况相吻合, 是近几年来研究的较多的方法之一。该方法与确定型的区别在于把一设计变量或参数作为不确定的量来进行优化的。属于这种方法的有：概率垫机械优化设计、可靠性机械优化设计及模糊型机械优化设计。目前, 这种方法的理论研究和应用范围都远不如前一种方法, 是今后的发展方向。此外还有一些另外的分类方式，如： 按约束分：无约束问题、有约束问题。 按维数分：一维问题和 n 维问题。 按寻优方式分：解析法、直接法。 按寻优目标分：单目标问题、多目标问题。 迭代方式分：单点迭代、团点迭代。 按变量的连续性分：连续性、离散性问题。总之, 机械优化设计方法是很多的。但目前还没有一种方法, 甚至一类方法对机械工程问题是普遍有效的。实际上, 解决工程优化设计往往是采用几种方法的组合。需要指出的是, 非线性规划寻优方法往往都只能得到局部最优解, 只有当目标函数和约束函数均是凸函数时, 局部最优解才是全域最优解。对于非凸问题的全域最优解, 正引起注意和研究。可以确信, 随着电子计算机以及最优化理论的发展, 这一问题将得到圆满地解决, 促使机械优