《机械优化设计》课程教学大纲（本科）

1、机械优化设计（Mechanical Optimization Design）课程代码：03410019学分：2学时：32 （其中：课堂教学学时：28 实验学时：0 上机学时：4 课程实践学时:0 ）先修课程：高等数学、机械原理及设计、材料力学、计算机程序语言（C , Basic等） 适用专业：机械类专业、近机械类专业教材：机械优化设计（第5版），孙靖民，梁迎春，机械工业出版社，2007.7一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）机械优化设计是高等学校机械类、近机械类专业本科生的一门技术基础选修课程。该课程 是在电子计算机广泛应用的基础上发展起来的一门先进技术。它是

2、根据最优化原理和方法，以电子 计算机为计算工具，寻求最优设计参数的一种现代设计方法。通过本课程的学习，培养学生建立反 映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型的能力，和使用数值计算技术编制计算机程序求解 最优设计方案的能力。了解最优化技术在机械设计领域的移植和应用，培养学生的“创新意识、工 程意识和效益意识”，使其具备机械设计的理论，方法和标准规范的基本思想和知识，具备分析复杂 工程问题的能力，为将来从事专业生产技术工作奠定理论基础。（二）课程目标.通过授课、计算机编程等教学环节，使学生了解优化设计的基本思想，优化设计在机械中的 作用；.初步掌握建立数学模型的方法，掌握优化方法，并具有将一定

3、的机械工程问题转化为最优化 问题并求解的应用能力；二、课程内容与教学要求第一章绪论（-）课程内容（1）课程的性质、优化的含义；优化方法的发展与应用；机械优化设计的内容及目的；机械优 化设计的一般过程。（2）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。(二)教学要求(1)明确本课程的研究对象、内容、性质、任务，明确优化的含义、机械优化设计的内容及目 的。了解机械优化设计的一般过程(步骤)。(3)掌握设计变量、目标函数、约束条件以及优化设计数学模型的一般形式。(三)重点与难点优化设计的数学模型、优化问题的几何描述。第二章优化设计的数学基础(一)课程

4、内容(1)多元函数的方向导数与梯度。(2)多元函数的泰勒展开。(3)无约束优化问题的极值条件。(4)凸集、凸函数与凸规划。(5)等式约束优化问题的极值条件。(6)不等式约束优化问题的极值条件。(二)教学要求(1)掌握一些机械优化设计相关的一些数学知识：函数的方向导数与梯度、函数的泰勒展开式 与海塞矩阵的求解方法。(2)理解凸集、凸函数与凸规划的概念。(3)理解优化问题的数值迭代法；无约束优化问题的极值条件；约束优化问题的极值条件。(三)重点与难点(1)无约束目标函数的极值点存在条件。(2)目标函数的约束极值问题。第三章一维优化方法(一)课程内容一维优化的基本思想；初始搜索区间的确定。一维搜索的

5、试探方法。一维搜索的插值方法。(二)教学要求了解一维优化的基本思想。(2)掌握确定搜索区间的方法与区间消去法原理。(3)掌握黄金分割法；二次插值法构。(三)重点与难点一维优化的基本思想。(2)初始搜索区间的确定。第四章 无约束优化方法(一)课程内容(1)最速下降法、牛顿型方法。(2)共辄方向法、共规梯度法、DFP变尺度法。(3)坐标轮换法、鲍威尔(Powell)法。(二)教学要求(1)掌握最速下降法、牛顿型方法。了解共规方向法、共规梯度法、变尺度法。(3)掌握坐标轮换法、鲍威尔法。(三)重点与难点鲍威尔(Powell)法和DFP变尺度法。第五章线性规划(一)课程内容(1)线性规划的标准形式与基

6、本性质。(2)基本可行解的转换。(3)单纯形法及其应用。(二)教学要求了解线性规划的基本知识。(2)掌握单纯形法求解线性规划问题。(三)重点与难点单纯性法的原理及应用。第六章约束优化方法(一)课程内容(1)随机方向法、复合形法。(2)可行方向法、惩罚函数法。(二)教学要求了解约束优化设计的基本思想。了解随机方向法、复合形法、可行方向法。（3）掌握惩罚函数法。（三）重点与难点复合形法及混合罚函数法的建模与求解第七章机械优化设计实例（一）课程内容优化设计在机械设计中的应用（或其它机械方面的）举例。（-）教学要求（1）理解机械优化设计的一般步骤，建立优化数学模型的原则。（2）能够对机械设计问题进行优

7、化设计计算。（3）具有一定的工程意识和效益意识。（三）重点与难点（1）优化数学模型的建立。（2）优化设计方法选择。三、本课程开设的上机项目（如课程不含实验，该项可不填）编号上机项目名称学时类型要求支撑的课程目标1黄金分割法、二次插值法2综合性必做目标22鲍威尔（Powell）法2综合性必做目标2注：1 .“类型”填验证性、综合性、设计性等；2.“要求”填必做、选做。上机1:黄金分割法、二次插值法本上机为综合性，主要进行黄金分割法和二次插值法计算程序的编制、调试，输出优化结果。通过本上机使学生学会一维优化问题的建模和求解方法，并掌握优化计算结果的处理及分析方法。上机2：鲍威尔（Powell）法本

8、上机为综合性，主要进行鲍威尔（Powell）法计算程序的编制、调试，输出优化结果。通过 本上机使学生学会无约束优化问题的建模和求解方法，并掌握优化计算结果的处理及分析方法。四、学时分配及教学方法注：1 .课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实 验上机课程 实践小 计第一章22讲授法目标1A-7r- ,?r.第一早44讲授法目标1、2第三章426讲授法目标1、2第四章628讲授法目标1、2第五章44讲授法目标1、2第六章66讲授法目标1、2第七章22讲授法、讨论法目标1、2合计284322.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演

9、示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教 学方法）等。五、课程考核考核形式考核要求考核权重支持的课程目标平时成绩上课出勤率情况，课堂表现30%目标1上机成绩利用计算机语言编程优化设计方法10%目标2期末考试闭卷笔试，题型包括填空题、简答题、分析计算综合题60%目标2注：1.分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。.考核形式主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作业、小 论文、项目设计和作品等。.考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、项目设计要求等。.考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六、课程目标达成度评价课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）对应 总分达成度课程目标1平时成绩平时成绩x30%30达成度=实际 测评结果平均 分/对应总分课程目标2上机成绩、期末考试上机成绩xl0%+期末成绩 x60%70达成度=实际 测评结果平均 分/对应总分七、参考书目及学习资料.机械优化设计基础，高健