機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程教學(xué)大綱

1、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程教學(xué)大綱 一課程基本信息 開課單位：機(jī)械工程學(xué)院 英文名稱：Mechanical Optimize Design 學(xué)時(shí)：總計(jì)48學(xué)時(shí)，其中理論授課36學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)（含上機(jī)）12學(xué)時(shí) 學(xué)分：3.0學(xué)分 面向?qū)ο螅簷C(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，機(jī)械電子工程等本科專業(yè) 先修課程：高等數(shù)學(xué)，線性代數(shù)，計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)，工程力學(xué)，機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì) 教材：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，孫靖民主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2012年第 5版 主要教學(xué)參考書目或資料： 1.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，陳立周主編，上海科技出版社，1982年 2.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，高健主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年 3. 其它教學(xué)參考數(shù)目在課程教學(xué)工作實(shí)施

2、前另行確定二教學(xué)目的和任務(wù)優(yōu)化設(shè)計(jì)是60年代以來發(fā)展起來的一門新學(xué)科，它是將最優(yōu)化方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合、應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域而產(chǎn)生的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。利用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找最佳方案，加快設(shè)計(jì)過程，縮短設(shè)計(jì)周期，從而大大提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法目前已經(jīng)在機(jī)械工程、結(jié)構(gòu)工程、控制工程、交通工程和經(jīng)濟(jì)管理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在機(jī)械設(shè)計(jì)中采用最優(yōu)化方法，可以加速產(chǎn)品的研發(fā)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，從而達(dá)到增加經(jīng)濟(jì)效益的目的。學(xué)生通過學(xué)習(xí)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程，可以掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本原理和方法，熟悉建立最優(yōu)化問題數(shù)學(xué)模型的基本過程，初步具備對(duì)工程中的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行建模、編程和計(jì)算的

3、應(yīng)用能力，為以后從事有關(guān)的工程技術(shù)工作和科學(xué)研究工作打下一定的基礎(chǔ)。三教學(xué)目標(biāo)與要求本門課程通過授課、計(jì)算機(jī)編程等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本思想，優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械中的作用及其發(fā)展概況。初步掌握建立數(shù)學(xué)模型的方法，掌握優(yōu)化方法和使用MATLAB優(yōu)化工具箱能力。并具備一定的將機(jī)械工程問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題并求解的應(yīng)用能力四教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)分配及其基本要求第一章 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述 （2學(xué)時(shí)） （一）教學(xué)內(nèi)容 1、課程的性質(zhì)、優(yōu)化的含義；優(yōu)化方法的發(fā)展與應(yīng)用；機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的；機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過程 2、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和基本術(shù)語(yǔ)；優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型；優(yōu)化問題的幾何描述；優(yōu)化設(shè)計(jì)

4、的基本方法（二）基本要求 1、明確本課程的研究對(duì)象、內(nèi)容、性質(zhì)、任務(wù)，明確優(yōu)化的含義、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的。 2、了解機(jī)械憂化設(shè)計(jì)的一般過程（步驟）。 3、掌握設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件以及優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的一般形式。第二章 優(yōu)化方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) （6學(xué)時(shí)） （一）教學(xué)內(nèi)容1、 函數(shù)的梯度與二階導(dǎo)數(shù)2、 無約束目標(biāo)函數(shù)的極值點(diǎn)存在條件3、 函數(shù)的凸性與凸函數(shù)4、 目標(biāo)函數(shù)的約束極值問題（二）基本要求 1、掌握函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度、函數(shù)的泰勒展開式與海塞矩陣的求解方法。 2、理解凸集、凸函數(shù)與凸規(guī)劃的概念。 3、理解優(yōu)化問題的數(shù)值迭代法；無約束優(yōu)化問題的極值條件；約束優(yōu)化問題的極值

5、條件。第三章 一維優(yōu)化方法 （6學(xué)時(shí)。含講授4學(xué)時(shí)，上機(jī)2學(xué)時(shí)） （一）教學(xué)內(nèi)容 1、一維優(yōu)化的基本思想；初始搜索區(qū)間的確定2、黃金分割法，二次插值法（二）基本要求 1、了解一維優(yōu)化的基本思想。 2、掌握確定搜索區(qū)間的方法與區(qū)間消去法原理。3、掌握黃金分割法；二次插值法。第四章 無約束優(yōu)化方法 （10學(xué)時(shí)。含講授6學(xué)時(shí)，上機(jī)4學(xué)時(shí)） （一）教學(xué)內(nèi)容1、 最速下降法、牛頓型方法2、 共軛方向法、共軛梯度法、DFP變尺度法3、 坐標(biāo)輪換法、鮑威爾（Powell）法（二）基本要求 1、掌握最速下降法、牛頓型方法。 2、了解共軛方向法、共軛梯度法、變尺度法。 3、掌握坐標(biāo)輪換法、鮑

6、威爾法。第五章 線性規(guī)劃 （4學(xué)時(shí)。含講授2學(xué)時(shí)，上機(jī)2學(xué)時(shí)） （一）教學(xué)內(nèi)容1、 線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式與基本性質(zhì)2、 基本可行解的轉(zhuǎn)換3、 單純形法及其應(yīng)用（二）基本要求 1、了解線性規(guī)劃的基本知識(shí)。 2、掌握單純形法求解線性規(guī)劃問題。第六章 約束優(yōu)化方法 （10學(xué)時(shí)。含講授8學(xué)時(shí)，上機(jī)2學(xué)時(shí)） （一）教學(xué)內(nèi)容1、 隨機(jī)方向法、復(fù)合形法2、 可行方向法、懲罰函數(shù)法 （二）基本要求 1、了解約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本思想。 2、了解隨機(jī)方向法、復(fù)合形法、可行方向法。 3、掌握懲罰函數(shù)法。第七章 多目標(biāo)及離散變量?jī)?yōu)化方法（4學(xué)時(shí)） （一）教學(xué)內(nèi)容 1、多目標(biāo)優(yōu)化問題及方法 2、離散變量

7、優(yōu)化問題及方法 （二）基本要求 1、了解多目標(biāo)優(yōu)化問題及離散變量?jī)?yōu)化問題。 2、掌握多目標(biāo)優(yōu)化方法和離散變量?jī)?yōu)化方法。第八章 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例 （6學(xué)時(shí)。含講授4學(xué)時(shí)，上機(jī)2學(xué)時(shí)） （一）教學(xué)內(nèi)容1、 MATLAB優(yōu)化工具箱介紹2、 優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用（或其它機(jī)械方面的）舉例（二）基本要求 1、掌握MATLAB優(yōu)化工具箱常用的優(yōu)化函數(shù)的使用。 2、理解機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般步驟，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的原則。 3、能夠?qū)C(jī)械設(shè)計(jì)問題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算。 五教學(xué)方法及手段 本課程以課堂教學(xué)為主，配以適當(dāng)?shù)纳蠙C(jī)編程練習(xí)。課堂教學(xué)全部采用多媒體教學(xué)。六考核方式及考核方法考核方式：考查成績(jī)計(jì)算方式：總評(píng)成績(jī) = 期末筆試60% + 平時(shí)考核40% 七課內(nèi)實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）教學(xué)安排序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（上機(jī)）學(xué)時(shí)性質(zhì)類型1黃金分割法、二次插