《机械优化设计》教学大纲

机械优化设计教育大纲大纲说明课程代码：总学时： 48学时(课程40学时，桌上8学时)总单位： 3课程类别：专业模块选择课程适用专业：机械设计制造及其自动化专业预修要求：高等数学、线性代数、适合BASIC或科学计算的高级语言、工程力学、机械设计基础一、课程性质、目的和任务：机械优化设计是在电子计算机广泛应用的基础上发展起来的先进技术。 这是一种基于优化原理和方法，以计算机为计算工具求出最佳设计参数的现代设计方法。 本课程是为高年级设立的专业课程，机械类和近机械类的专业学生可以学习。本课程的主要目的和任务是培养学生一)了解并基本掌握机械优化设计的基本知识；2 )拓宽视野，应用机械优化设计的基本理论和基本方法解决简单工作程实问题的素质。二、课堂教学的基本要求：课堂教学：课堂教学主要以指导性教学为主，启发学生的学习兴趣，通过实例和典型例题加深学生对课堂内容的理解。实践环节的基本要求：本课程的实践环节主要由上级编制和调试程序(8点)。一)目的和要求坐在桌子上调整，在教材上已经有，或者是自己编写的计算程序，完成了一些基本的固定关键算法的目的在于2 )内容创建和调整一维收集方法、无约束优化方法、约束优化方法和机械部件设计优化计算程序，在机器上练习，并输出计算结果。课程评价要求：期末考试成绩占总成绩的60-70%，平日成绩占30-40%。三、大纲的使用说明：上课总学时：上课时间=40 8大纲正文第一章绪论学时： 1学时(讲义1学时)本章讲义要点：一)明确本课程的研究对象、内容、性质和任务；2 )明确优化的含义、机械优化设计的内容和目的。重点：了解机械优化设计的一般过程。难点：机械优化设计的一般步骤。第二章优化设计概要学时： 3学时(课程3学时)本章讲义要点：通过机械设计优化问题的示例，使学生理解机械优化设计的基本概念和基本术语，优化设计的数学模型，优化问题的几何描述，优化设计的基本方法。重点：掌握可行域和非可行域、等值线(面)概念和优化方法的重要意义。难点：优化设计的基本方法：“数值迭代法”与优化原理的本质。第一部分：机械优化设计问题实例第二部分：优化设计问题的数学模型第三节：优化设计问题的基本解决方法第三章优化设计的数学基础学时： 6学时(讲义6学时)本章了解矩阵的正定、函数的凸性和凸函数、适时约束的概念和判别方法，掌握存在无约束优化问题的极值的条件，了解存在熟悉函数梯度、海森矩阵、泰勒展开式意义的约束优化问题的极值的条件，明确了“库恩-塔克”条件的意义。重要信息：掌握无约束优化问题极值存在的条件，熟悉函数梯度、海森矩阵和泰勒展开公式的意义。难点：等式约束优化问题的极值条件、不等式约束优化问题的极值条件第一节：多变量函数的方向导数和梯度第二部分：多元函数的泰勒展开第三部分：无约束优化问题的极值条件第四节：凸集、凸函数、凸规划第五部分：等式约束优化问题的极值条件第六节：不等式约束优化问题的极值条件第四章一维搜索方法学时： 8学时(6学时、机上2学时)本章理解一维搜索的思想，掌握初期区间确定的进退方法，熟练掌握黄金分割法和二次插值法。要点：黄金分割法。难点：二次插值法。第一部分：概述第二节：探索区间的确定和区间消去法的原理第三节：一维搜索的探究方法第四部分：一维搜索的插值方法练习题：根据所述的计算方法，选择例题制作其计算程序。第五章无制约优化方法学时： 8学时(6学时、桌上2学时)本章明确了直接法的优越思想，掌握了坐标交替法、鲍威尔法，理解了间接法的优越思想，理解了梯度法、牛顿法、DFP变量表法要点：直接法难点： DFP变尺度法第一部分：概述第二节：最速降法第三节：牛顿型做法第四节：共轭方向及共轭方向法第五节：共轭梯度法第六节：变尺度法第七节：坐标交替法第八节：鲍威尔法第9节：单形置换法习题：结合算法，选择几个例题，编程实现算法。第6章制约最佳化方法学时： 8学时(6学时、桌上2学时)本章教授要点：明确直接解法的优秀思想，明确把握复合形法的间接解法的优秀思想，把握内点法、外点法，理解混合惩罚函数法要点：复合型法难点：惩罚函数法第一部分：概述第二部分：随机方向法第三节：复合形法第四节：可行的方向法第五部分：罚函数法第六节：扩大乘法习题：结合算法，选择1-2例题，编程实现算法。第7章线性规划学时： 4学时(讲义4学时)本章明确了线性规划的标准形式和基本性质，基本把握了可行解的转换和简单形式的方法。重要：基本可能解的变换和简单形式的方法难点：简单的方法第一部分：线性规划的标准形式和基本性质第二节：基本可行解的转换第三节：简单做法第四节：简单形法的应用实例第8章机械优化设计实例学时： 8学时(讲义2学时、搭乘2学时)本章将通过机床主轴结构优化设计、圆柱齿轮减速器优化设计、平面连杆机构优化设计等实例，进一步阐述机床优化设计的一般过程要点：设计实例的建模难点：分析实例的建模过程第一部分：应用技巧第二节：机床主轴结构优化设计第三节：圆柱齿轮减速器的优化设计第四节：平面连杆机构的优化设计练习题：选择-两个实例编程的优化设计本课程对学生自学的要求：要求学生在各章学习前预习，多分析学习过程中讲过的例题，尽可能编程调试，提高编程能力，同时加深对所学内容的理解。会话数分配表：章号内容学时讲课坐飞机小计1绪论112优化设计概述333优化设计的数学基础664一维搜索方法6285无约束优化方法6286约束优化方法6287线性规划448机械优化设计实例628参加考试22合计40848审查方式和要求：平时搭乘成绩占30-40%，期末考试占60-70%。推荐教材和参考文献：孙靖民主编机械优化设计机械工业出版社1998刘惟信主编机械最优化设计清华大学出版社1994孟兆明主编机械最优化设计技术化工出版社2002机械优化设计实验大纲一、总则1 .本大纲的适用范围1 )与该大纲相关的课程名称和课程属性本实验大纲为机械优化设计课程的机上练习实验。 机械优化设计是为高年级设立的专业课，机械类和近机械类的专业学生可以学习。2 )本大纲的适用范围机械类或近机械类专业的本科生，协助机械优化设计课程的教育。3 )实验总时数所有实验均为上机练习，共8点。2 .本大纲的实验目的和要求机械优化设计主要采用机械优化设计的基本理论建模，在计算机编程方面具有优势，在课堂上教授理论知识和建模方法后，必须通过优化运算程序的编制和调试来验证优化结果。 因此，在本实验中，要求学生制作并调试优化方法的运算程序，能够加深对课堂上学到的优化方法的理解，另一方面，通过运算程序的制作和调试也能够把握优化过程。3 .本实验课程的重点和内容1 )一维搜索方法2 )无约束优化方法3 )约束优化方法4 )机械优化设计实例4 .本大纲所需的实验设备计算机二、实验项目和学时安排1 .实验项目的一维搜索方法1 )实验类型验证性实验2 )实验开设属性必开实验3 )学时数24 )实验目的掌握一维搜索方法的原理和运算方法。5 )实验要求采用一维搜索的方法编制运算程序。2 .实验项目2无约束优化方法1 )实验类型验证性实验2 )实验开设属性必开实验3 )学时数24 )实验目的掌握无约束优化方法的原理和计算方法。5 )实验要求使用无约束优化方法编制运算程序。3 .实验项目3约束优化方法1 )实验类型验证性实验2 )实验开设属性必