先进设计方法教学大纲

1、大学本科专业培养方案课程教学大纲编 码： Code: 课程名称：先进设计方法 Course Title: Advanced Design Methods 课程类别：专业选修 Course category: Elective Courses in Specialty学 分：2 Credit(s): 2开课单位：机械与运载工程学院 Offering College/School: College of Mechanical & Vehicle Engineering课程描述： 本课程为机械工程专业本科生开设的一门重要专业选修课。现代设计方法是随着当前科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应

2、用，以提升产品设计品质、缩短产品设计周期、提高产品综合性能等为目的，在设计领域发展起来的一门多元交叉学科。该课程侧重于讲授现代设计方法中的基础性、前沿性和实用性知识，主要内容包括先进设计方法概述、实验设计方法、近似模型方法、智能优化设计、可靠性设计、现代设计方法发展前沿这几部分内容。通过该课程学习，学生将较具体地掌握现代设计的内容、方法、特点和发展趋势，具备采用现代设计方法解决生产实际问题的基本思路，锻炼利用先进设计工具进行创新设计、工程表达与交流等多方面能力。Course description: This course is an important elective course for

3、 undergraduate students of Mechanical Engineering. The advanced design methods are a rising interdisciplinary field with the rapid development of science and technology and the extensive application of computer technology, which can effectively improve the design quality of product, shorten design c

4、ycle and promote the comprehensive performance of product. The emphasis of this course is the basic, frontier and practical knowledge of the advanced design methods. The main contents include the overview of advanced design methods, design of experiment, numerical modeling methods, intelligent optim

5、ization methods, reliability design methods and development frontier of advanced design. Through this course, the students are expected to understand the contents, methods, characteristics and development trend of modern design, grasp the basic principle of solving practical problems in production t

6、hrough the advanced design methods, and improve the abilities in innovative design, engineering expression and communication.课程内容：（一）课程教学目标设置该课程是为了让工科学生了解先进设计方法主要内容与基本方法，获得和提升利用先进设计方法进行简单机械结构创新开发的能力。本课程对学生达到毕业要求有如下贡献：1. 培养创新设计意识和创新思维，掌握一定的现代设计方法及设计技能；（毕业生能力要求1-3）；2. 能够运用所学工程知识，实现简单机械结构的建模分析与先进设计（毕业生

7、能力要求3-2）；3. 能够针对机械结构先进设计问题撰写报告和设计文稿，进行有效的口头和书面沟通与交流（毕业生能力要求10-1）；4. 能够自学与先进设计方法相关的大量课外知识，养成自主不断学习和适应发展的终身学习能力（毕业生能力要求12-1）。（二）基本教学内容第一章、先进设计方法概述教学目的： 了解本课程涉及的基本内容，了解现代设计的主要理论与方法。教学重点：主要的先进设计方法；现代设计的基本流程。相应毕业要求：1-3教学内容：现代设计与传统设计的异同；先进设计的主要理论与方法；现代设计的基本流程；本课程所涉及的主要内容。学时分配：课堂教学2学时。第二章、实验设计方法教学目的： 掌握实验设

8、计的原则及常用的实验设计方法，掌握方差分析的基本原理和方法，了解机械结构参数敏感性分析方法，掌握多元统计基本原理。教学重点：常用的实验设计方法；参数的极差分析方法；多因素实验统计分析方法。教学难点：方差分析的原理；结构参数敏感性分析方法。相应毕业要求：1-3，12-1教学内容：实验设计在现代设计中的作用；单因素实验设计；均匀设计；正交设计；方差和极差分析方法；结构设计参数的敏感性；多元统计方法；机械结构实验设计实例。学时分配：课堂教学8学时。第三章、代理模型与快速计算教学目的：了解代理模型的概念，复杂系统代理模型的建模流程；掌握结构动力模型修正方法，几类常用的代理模型；了解神经网络方法。教学重

9、点：响应面方法、径向基神经网络、模型修正方法。教学难点：径向基代理模型建模方法、动力模型修正。相应毕业要求：2-6教学内容：快速计算的主要途径；模型修正的作用；模型修正的基本方法；代理模型的概念与作用；建立代理模型的基本流程；响应面方法、径向基神经网络、BP神经网络；机械结构的代理模型实例。学时分配：课堂教学8学时。第四章、智能优化设计教学目的：了解传统优化设计的主要方法，掌握序列二次规划方法；了解蒙特卡洛方法，掌握遗传算法，能利用遗传算法进行智能优化设计；了解拓扑优化设计方法和多目标优化设计。教学重点：序列二次规划方法；遗传算法。教学难点：遗传算法的程序实现及应用。相应毕业要求：1-3，3-

10、2教学内容：传统优化设计简述；序列规划的思路；二次序列规划方法；智能优化方法概述及传统优化的对比；蒙特卡洛方法；遗传算法及其程序实现；拓扑优化设计简介；基于遗传算法的结构多目标优化；机械结构智能优化设计实例。学时分配：课堂教学8学时。第五章、可靠性设计教学目的：了解可靠性设计的概念和原理；掌握机械静强度可靠性分析与设计方法；了解可靠性优化设计方法；了解机械系统可靠性及可靠性实验方法。教学重点：应力-强度干涉模型、机械强度可靠性设计。教学难点：机械强度可靠性分析的一次二阶矩方法、机械强度可靠性设计方法。相应毕业要求：1-3、3-2教学内容：可靠性性的定义和特征量，安全系数设计法和可靠性设计法的区

11、别与联系；应力强度干涉理论，可靠度计算的一次二阶矩方法；机械强度的可靠性优化设计；系统可靠性分类与串、并联系统可靠度计算；寿命实验的目的与基本方法，加速实验原理。机械结构可靠性设计实例。学时分配：课堂教学8学时。第六章、现代设计方法发展前沿教学目的：了解现代设计方法发展趋势，了解主要的现代设计方法的基本内容。教学重点：现代设计的主要内容及发展。教学难点：现代设计的基本思路。相应毕业要求：1-3、12-1教学内容：现代设计方法发展趋势；几类现代设计方法基本内容，包括创新设计、绿色设计、仿生设计、网络协同设计、材料结构功能一体化、全生命周期设计等。学时分配：课堂教学2学时。考核方式总评成绩=课堂成

12、绩+课后作业成绩+大作业训练成绩。具体比例如下：课堂成绩：10%，主要考察课堂出勤、课堂测验或现场小作业、课堂互动与学习笔记等； 课后作业成绩：40%，实验设计、代理模型、优化设计、可靠性设计（各10%）课后实例作业完成情况，主要考察对课堂知识点的复习、理解和掌握程度；大作业训练成绩：50%，主要考察小组团队协作完成综合性分析与设计课题的情况，撰写报告等。持续改进方法每个学期进行课程问卷调查、师生信息反馈和教学过程考核。根据这些信息，针对教学过程中具体的不足和教学改革的需要，对本课程教学进行持续改进。教材及参考书1.基于数值模拟的设计理论与方法，韩旭主编，科学出版社。2. 现代设计方法，钟志华、周彦伟主编，武汉理工大学出版社；3. 现代设计理论与方法，张鄂主编，科学出版社；4. 现代设计理论和方法，史冬岩, 滕晓艳等主编，北京航空航天大学出版社。授课手段（教学方法）以课堂教学为主，结合自学、课后实例作业、小组大作业教学。课堂教学由老师以多媒体、板书、模型演示等方式进行讲解，将基本概念、基本理论、基本分析方法、基本工程理念传授给学生