现代设计理论与方法----研究生

致知力行明德任责KunmingUniversityofScienceandTechnologyFacultyofMechanicalandElectricalEngineering现代设计理论与方法（优化设计）绪论机电学院刘孝保电话：[phone]明德任责致知力行机械优化问题示例1什么是机械优化设计2机械优化设计的发展概况4本课程的主要内容5机械优化设计的特点3绪论目录明德任责致知力行A）轻木微观结构B）珊瑚微观结构C）头骨微观结构D）植物茎微观结构自然界中的结构优化明德任责致知力行A）金属泡沫B）金属蜂窝C）栅格材料D）桁架材料人类结构优化设计杰作明德任责致知力行FFUmax结构设计优化实例（实际科研项目）明德任责致知力行FUmax结构设计优化实例（实际科研项目）明德任责致知力行结构设计优化实例（实际科研项目）明德任责致知力行机械优化问题示例1什么是机械优化设计2机械优化设计的发展概况4本课程的主要内容5机械优化设计的区别3绪论目录明德任责致知力行优化设计：（OptimumDesign)，是60年代发展起来的一门新的设计方法，是最优化技术和计算技术在设计领域中应用的结果。优化来源：Optimization，意为寻优过程；优化过程：寻找约束空间下给定函数极值的过程。什么是优化设计明德任责致知力行机械优化设计：是使某项机械设计在规定的各种设计限制条件下，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值。优化的目的：是为了在完成某一任务时所作的努力最少、付出最小，而使其收益最大、效果最好。什么是机械最优化设计明德任责致知力行机械优化问题示例1什么是机械优化设计2机械优化设计的发展概况4本课程的主要内容5机械优化设计的特点3绪论目录明德任责致知力行传统设计流程明德任责致知力行基于手工或简易计算工具，设计计算效率低。设计中掺杂大量经验，设计多为冗余设计，不是最优化设计。传统设计已不能满足实际需要，需要更为先进的设计方法。传统设计方法面临的问题明德任责致知力行优化设计过程框图优化设计流程明德任责致知力行1.建立确切反映问题实质并适合于优化计算的优化设计数学模型；2.选择恰当的优化方法，编写计算机语言程序；3.求得数学模型的最优解。优化设计方法的一般过程明德任责致知力行基于计算机技术，设计过程包括：①从实际问题中抽象出数学模型；②选择合适的优化方法求解数学模型。以人机配合或自动搜索方式进行，从“所有的”的可行方案中找出“最优的”的设计方案。优化设计方法的特征明德任责致知力行使传统机械设计中，求解可行解上升为求解最优解成为可能；使传统机械设计中，性能指标的校核可以不再进行；使机械设计的部分评价，由定性改定量成为可能；大大提高了产品的设计质量，从而提高了产品的质量；提高生产效率，降低产品开发周期；……优化设计方法的优势明德任责致知力行机械优化问题示例1什么是机械优化设计2机械优化设计的发展概况4本课程的主要内容5机械优化设计的特点3绪论目录明德任责致知力行古典优化思想:17世纪，利用微分学和变分学的解析解法。仅能解决简单极值问题经典优化方法：20世纪40年代，数学规划方法——可求解包含等式约束和不等式约束的复杂优化问题。线性规划、非线性规划、几何规划、动态规划和混合离散规划等。优化设计从无约束→有约束优化问题；连续变量→离散变量；确定型→随机型模型；单目标优化→多目标优化。机械优化设计的发展历程明德任责致知力行现代优化设计：20世纪80年代出现许多现代优化算法：模拟退火算法、遗传算法、人工神经网络算法、蚁群优化算法等。狭义优化设计（零部件参数）转向广义优化设计（面向产品的全系统、设计全过程、全寿命周期）。例如,针对涉及多领域复杂系统的多学科设计优化。机械优化设计的发展历程明德任责致知力行国内近年来才开始重视，但发展迅速，在机构综合、机械的通用零部件的设计、工艺设计方面都得到应用。机械优化设计应用较晚，从国际范围来说，是在上世纪60年代后期才得到迅速发展的。机械优化设计的发展历程明德任责致知力行2)优化设计这门新技术在传统产业中普及率还不高。3)把优化设计与CAD、专家系统结合起来是优化设计发展的趋势之一。机械优化设计面临的问题和发展趋势1)目前优化设计多数还局限在参数最优化这种数值量优化问题。结构型式的选择还需进一步研究解决。明德任责致知力行机械优化问题示例1什么是机械优化设计2机械优化设计的发展概况4本课程的主要内容5机械优化设计的特点3绪论目录明德任责致知力行1.建立优化设计的数学模型2.选择合适的优化方法3.编制计算机程序，求得最佳设计参数本课程的学习目标明德任责致知力行建立机械优化设计方法的整体框架熟练各种优化方法的优缺点和应用范围动手编程操作，以实践促进理论的学习本课程的学习方法明德任责致知力行建议课程学习方法一定要动手编写程序（实践促学）结合机械工程专业，将优化设计应用到相关课程（学以致用）学会资料查找和问题的互联网求助（学会交流）本章结束