精品文檔精品文檔機械優化設計》教學大綱大綱說明課程代碼：3335047總學時：48學時（講課40學時，上機8學時）總學分：3課程類別：專業模塊選修課適用專業：機械設計制造及其自動化專業預修要求：高等數學、線性代數、BASIC或其它適于科學計算的高級語言、工程力學、機械設計基礎一、課程的性質、目的、任務：機械優化設計是在電子計算機廣泛應用的基礎上發展起來的一門先進技術。它是根據最優化原理和方法，以電子計算機為計算工具，尋求最優設計參數的一種現代設計方法。該課程是為高年級設置的專業課，可供機械類或近機類專業的學生學習。該課程的主要目的和任務在于培養學生：1）了解和基本掌握機械優化設計的基本知識2）擴大視野，并初步具有應用機械優化設計的基本理論和基本方法解決簡單工程實際問題的素質。二、課程教學的基本要求：課堂講授：課堂講授主要以導學式教學為主，啟發引導學生的學習興趣，通過實例及典型例題加深學生對課堂內容的理解。實踐性環節基本要求：本課程的實踐性環節主要是上機編制和調試程序（8學時）1）目的和要求上機調試并通過教材上已有的或是自行編制的計算程序，達到鞏固某些基本的重要算法的目的2）內容編制并調試一維收索方法、無約束優化方法、約束優化方法及機械零件設計優化計算程序，上機練習并輸出計算結果。課程考核要求：期末考試成績占總成績的60-70%，平時成績占30-40%。三、大綱的使用說明：課程總學時：課堂教學+上機時數=40+8第一章緒論大綱正文第一章緒論大綱正文學時：1學時（講課1學時）本章講授要點：1）明確本課程的研究對象、內容、性質、任務；2）明確優化的含義、機械優化設計的內容及目的重點：了解機械優化設計的一般過程。難點：機械優化設計的一般步驟。第二章優化設計概述學時：3學時（講課3學時）本章講授要點：通過機械設計優化問題示例，使學生了解機械優化設計的基本概念和基本術語、優化設計的數學模型、優化問題的幾何描述、優化設計的基本方法。重點：掌握可行域與非可行域、等值線（面）的概念及在優化方法中的重要意義。難點：優化設計的基本方法—“數值迭代法”及優化原理的實質。第一節：機械優化設計問題示例第二節：優化設計問題的數學模型第三節：優化設計問題的基本解法第三章優化設計的數學基礎學時：6學時（講課6學時）本章講授要點：了解矩陣正定、函數凸性與凸函數、適時約束的概念與判別法；掌握無約束優化問題極值存在的條件，熟悉函數的梯度、海森矩陣、泰勒展開式的意義；了解約束優化問題極值存在的條件，明確“庫恩-塔克”條件的意義。重點：掌握無約束優化問題極值存在的條件，熟悉函數的梯度、海森矩陣、泰勒展開式的意義。難點：等式約束優化問題的極值條件，不等式約束優化問題的極值條件第一節：多元函數的方向導數與梯度第二節：多元函數的泰勒展開第三節：無約束優化問題的極值條件第四節：凸集、凸函數與凸規劃第五節：等式約束優化問題的極值條件第六節：不等式約束優化問題的極值條件第四章一維搜索方法學時：8學時（講授6學時，上機2學時）本章講授要點：了解一維搜索的思想、掌握初始區間確定的進退法，熟練掌握黃金分割法和二次插值法。重點：黃金分割法。難點：二次插值法。第一節：概述第二節：搜索區間的確定與區間消去法原理第三節：一維搜索的試探方法第四節：一維搜索的插值方法習題：結合所講的計算方法，選一例題編寫其計算程序。第五章無約束優化方法學時：8學時（講授6學時，上機2學時）本章講授要點：明確直接法的求優思想，掌握坐標輪換法、鮑威爾（Powell）法；明解間接法的求優思想，了解梯度法、牛頓法、DFP變尺度法重點：直接法難點：DFP變尺度法第一節：概述第二節：最速下降法第三節：牛頓型方法第四節：共軛方向及共軛方向法第五節：共軛梯度法第六節：變尺度法第七節：坐標輪換法第八節：鮑威爾方法第九節：單形替換法習題：結合算法，選幾道例題，編程實現算法。第六章約束優化方法學時：8學時（講授6學時，上機2學時）本章講授要點：明確直接解法的求優思想，掌握復合形法；明確間接解法的求優思想，掌握內點法外點法，了解混合懲罰函數法重點：復合形法難點：懲罰函數法第一節：概述第二節：隨機方向法第三節：復合形法第四節：可行方向法第五節：懲罰函數法第六節：增廣乘子法習題：結合算法，選1-2例題，編程實現算法。第七章線性規劃學時：4學時（講授4學時）本章講授要點：明確線性規劃的標準形式與基本性質，掌握基本可行解的轉換和單純形方法重點：基本可行解的轉換和單純形方法難點：單純形方法第一節：線性規劃的標準形式與基本性質第二節：基本可行解的轉換第三節：單純形方法第四節：單純形法應用舉例第八章機械優化設計實例學時：8學時（講授2學時，上機2學時）本章講授要點：通過機床主軸結構優化設計、圓柱齒輪減速器優化設計及平面連桿機構的優化設計等實例，進一步明確并掌握機械優化設計的一般過程重點：設計實例的建模難點：分析實例的建模過程第一節：應用技巧第二節：機床主軸結構優化設計第三節：圓柱齒輪減速器的優化設計第四節：平面連桿機構的優化設計習題：選取-2道實例編程實現優化設計本課程對學生自學的要求：要求學生在各章學習前預習，學習中要多分析課堂所講例題，盡可能地編程并上機調試，以提高編程動手能力，同時也可加深對所學內容的理解。課時數分配表：章號內容學時講課上機小計1緒論112優化設計概述333優化設計的數學基礎664一維搜索方法6285無約束優化方法6286約束優化方法6287線性規劃448機械優化設計實例628考試22合計40848考核方式與要求：平時上機成績占30-40%，期末考試占60-70%。推薦教材與參考書目：孫靖民主編《機械優化設計》機械工業出版社1998劉惟信主編孟兆明主編《機械最優化設計》清華大學出版社1994《機械最優化設計技術》化學工業出版社2002精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔機械優化設計》實驗大綱一、總則本大綱的適用范圍本大綱相關的課程名稱及課程屬性本實驗大綱屬《機械優化設計》課程上機練習實驗。《機械優化設計》是為高年級設置的專業課，可供機械類或近機類專業的學生學習。本大綱的適用范圍機械類或近機類專業本科生，配合《機械優化設計》課程的教學。實驗總時數全部實驗為上機練習，共計8學時。本大綱的實驗目的和要求《機械優化設計》主要是運用機械優化設計的基本理論建模，通過計算機編程進行尋優，所以在課堂內教授了理論知識及建模方法后，必須通過上機編制和調試優化運算程序來檢驗優化結果。為此本實驗要求學生上機編制和調試一些優化方法的運算程序，一方面可以加深對課堂所學優化方法的理解，另一方面通過運算程序的編制和調試也可掌握優化的過程。本實驗課程的重點和內容一維搜索方法無約束優化方法約束優化方法機械優化設計實例本大綱所需實驗設備計算機二、實驗項目及學時安排1.實驗項目一一維搜索方法實驗類型驗證性實驗實驗開設屬性必開實驗學時數2實驗目的掌握一維搜索方法的原理及運算方法。實驗要求運用一維搜索的方法編制一運算程序2.實驗項目二無約束優化方法1)實驗類型驗證性實驗2)實驗開設屬性必開實驗學時數2實驗目的掌握無約束優化方法的原理及運算方法。實驗要求運用無約束優化方法編制一運算程序。3.實驗項目三約束優化方法1)實驗類型驗證性實驗2