机械优化设计课程大纲

《机械优化设计》课程教学大纲课程编号141507课程名称机械优化设计考试/考查考查总学时数34实验学时数6学分数1.5课程性质专业选修适用专业机自承担单位机械工程学院1课程的目的和任务机械优化设计是针对机自专业3年级开设的专业选修课程，在人才培养中起着承上启下的重要作用。该课程的主要目的在于让学生理解优化的本质思想，理解目标函数和约束条件，通过实例和实验进一步的掌握基本的优化算法。该课程的主要任务在使学生掌握机械优化设计的基本知识，理解优化设计的基本思想，具备初步的优化程序编制和调试能力和解决实际优化问题的基本能力。2课程教学基本要求高等数学、理论力学、概率论与数理统计、线性代数与积分变换、机械原理、机械设计等课程是本门课程的理论基础基础或实例范围，大学计算机基础、高级语言程序设计和数值计算课程是本门课程计算机基础课程。典型零件工艺设计、机械制造装备设计、数控加工编程技术、现代刀具设计、CAD/CAM、电液控制技术、机器人技术等课程中的部分章节将会用到优化设计的有关理论。本门课程主要介绍优化设计的基本概念、基本理论和基本方法，包括：优化设计的数学知识；优化设计的数学模型；一维优化；多维无约束优化方法；多维约束优化方法；机械优化设计应用实例。考核要求：最多6人合作完成选作实验5或6或7之一并进行课程答辩合格者为通过考核，成绩的评定依据平时表现（20%）和对选作优化程序完成的贡献大小及对程序的理解程度确定。最多人数为30人。3课程教学内容及主要知识点（1）绪论掌握本课程的研究对象、内容、性质和任务；了解优化的含义、传统设计和机械优化设计区别与联系；理解机械忧化设计的一般过程和步骤。（2）机械优化设计概述理解设计变量、目标函数、设计约束的含义、了解优化设计的数学模型的规格化形式；掌握可行域与非可行域、等值线（面）的概念及在优化方法中的重要意义；明确优化设计的基本方法，重点是“数学规划法”及优化原理的实质。（3）优化设计的数学基础了解矩阵正定、函数凸性与凸函数、约束的概念与判别法；掌握无约束优化问题极值存在的条件，熟悉函数的梯度、海森（Hessian）矩阵、泰勒展开式的意义;了解约束优化问题极值存在的条件，明确“库恩–塔克”（Kuhn-Tucker）条件的意义;（4）一维优化方法理解一维搜索的思想，掌握确定初始搜索区间的进退法；熟练掌握黄金分割法和二次插值法。（5）无约束优化方法理解直接法的求优思想，掌握坐标轮换法、单形替换法和鲍威尔（Powell）法的求优过程和特点；理解间接法的求优思想，了解梯度法、牛顿法、DFP变尺度法的求优过程和特点。（6）约束优化方法理解直接解法的求优思想，掌握随机方向法、可行方向法和复合形法求优过程和特点；明确间接解法的求优思想，掌握惩罚函数法求优过程和特点。4实践教学内容及要求本课程的实践性环节主要是编制基本优化方法程序和上机调试程序，通过上机作业完成。5学时分配参考表章次内容授课时数实验时数备注1绪论22机械优化设计概述43优化设计的数学基础64一维优化方法625无约束优化方法626约束优化方法42合计2866主要参考教材[1]孙靖民.机械优化设计.北京：机械工业出版社.2003年1月。[2]高健编.机械优化设计基础.科学出版社.2005[3]刘惟信、孟嗣宗.机械最优化设计.清华大学出版社.2007