《机械优化设计》课程教学大纲 课程中文名称：机械优化设计 课程英文名称：(Optimum Design for Machinery) 课程编号：ZF16402 课程类型：专业方向课 学时：总学时36、理论课学时26、实验课学时10 学分：2 适用对像：机械设计制造及其自动化 先修课程：高等数学，线性代数，机械原理，机械设计，工程力学 课程简介 机械优化设计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。它是根据最优化周 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。该课程是在高年级 设置的专业选修课，可供机械类或近机类专业的学生选修。该课程的主要目的和任务在于培养学生： ①了解和基本掌提机械优化设计的基本知识②扩大视野，并初步具有应用机械优化设计的基木理论 和基本方法解决简单工程实际问恩的素质 一、教学目标及任务 通过本课程的学习，要求学生达到： (1)熟练掌握优化设计的基本概念及数学规划理论的概念、技术术语与基本方法， (2)能够正确建立机械优化设计问题的数学模型 (3)掌握具体的优化设计方法，包括一维搜索方法、无约束优化方法、线性规划、约束优化方 法、多目标及离散变量优化方法等。 (4)能够根据各类机械优化设计问题的具体特点，选择适当的优化方法，选取或自行编制计算 机程序，以计算机作为工具求得最佳设计参数，提高设计效率和质量，设计出既经济又可靠的机械 装置 (5)对机械优化设计的新发展有所了解 二、学时分配 章节 内容 些时 绪论 优化设计的目的意义 第一章 优化设计概述 第二章 优化设计问题的数学基 第二音 一维搜索的最优化方法 第四章 无约束优化方法 弟五章 线性规划 第六章 约市优化方法 合计 26
《机械优化设计》课程教学大纲 课程中文名称：机械优化设计 课程英文名称：（Optimum Design for Machinery） 课程编号：ZF16402 课程类型：专业方向课 学 时：总学时 36、理论课学时 26、实验课学时 10 学 分：2 适用对象：机械设计制造及其自动化 先修课程：高等数学，线性代数，机械原理，机械设计，工程力学 课程简介： 机械优化设计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。该课程是在高年级 设置的专业选修课，可供机械类或近机类专业的学生选修。该课程的主要目的和任务在于培养学生： ①了解和基本掌握机械优化设计的基本知识 ②扩大视野，并初步具有应用机械优化设计的基本理论 和基本方法解决简单工程实际问题的素质。 一、教学目标及任务 通过本课程的学习，要求学生达到： （1）熟练掌握优化设计的基本概念及数学规划理论的概念、技术术语与基本方法。 （2）能够正确建立机械优化设计问题的数学模型。 （3）掌握具体的优化设计方法，包括一维搜索方法、无约束优化方法、线性规划、约束优化方 法、多目标及离散变量优化方法等。 （4）能够根据各类机械优化设计问题的具体特点，选择适当的优化方法，选取或自行编制计算 机程序，以计算机作为工具求得最佳设计参数，提高设计效率和质量，设计出既经济又可靠的机械 装置。 （5）对机械优化设计的新发展有所了解。 二、学时分配 章节 内容 学时 绪论 优化设计的目的意义 2 第一章 优化设计概述 2 第二章 优化设计问题的数学基础 4 第三章 一维搜索的最优化方法 4 第四章 无约束优化方法 6 第五章 线性规划 6 第六章 约束优化方法 2 合计 26
三、教学内容及教学要求 绪论(2学时) 教学重点：优化设计的概念，优化设计的目的意义。 数学难点：优化设计的概念 教学要求：通过本部分的学习，要求学生重点掌握优化设计的基本概念和机械优化设计的目的 意义。 第一节机械优化设计的定义 1,机械优化设计的概今 2.机械优化设计的发展历史 第一节机械优化设计的相关技肃 第三节机械优化设计方法 1.机械优化设计产品和系统的分类 2。现代机械的机械优化设计目标 3.机械优化设计技术的方向 本章习愿要点：机械优化设计的定义、概念：目的和意义。 第一章优化设计概述(2学时) 教学重点：机械系统数学模型中各个参数对机械系统动态特性的影响，基本物理量的折算方法。 教学难点：机械系统数学模型中各个参数对机械系统动态特性的影响。 教学要求：通过本章节的学习，要求学生掌握运用牛顿定理对机械系统进行建模的方法，重点 掌握模型中的参数对机械系统动态特性的影响，从而据此调整设计参数，使机械系统满足机械优化 设计的设计要求 第一节人字架优化设计 1,问题 2。醒析法 3.作图法 第二节机械优化设计示例 第三节优化设计问题的数学模型 1.设计变昂 2.约束条件 3.目标函数 4.优化问题的数学模型 优化向题 的几向 解用 第四节优化问题的基本解法 本章习题要点：优化问题的数学模型包含哪些部分，其关系是怎样的。 第二章优化设计问题的数学基础(4学时) 标函数的等值线：约束最优解和无 :局部最优解和全局最优解向量和矩阵：设计空间：目 的束最优解：局音 解和全局最优解 教学要求：通过章节的学习，要求学生了偏导数，方向导数和梯度的概念，重点掌握优化理论 的数学知识
三、教学内容及教学要求 绪论（2 学时） 教学重点：优化设计的概念，优化设计的目的意义。 教学难点：优化设计的概念。 教学要求：通过本部分的学习，要求学生重点掌握优化设计的基本概念和机械优化设计的目的 意义。 第一节 机械优化设计的定义 1. 机械优化设计的概念 2. 机械优化设计的发展历史 第二节 机械优化设计的相关技术 第三节 机械优化设计方法 1．机械优化设计产品和系统的分类 2．现代机械的机械优化设计目标 3. 机械优化设计技术的方向 本章习题要点：机械优化设计的定义、概念；目的和意义。 第一章 优化设计概述 （2 学时） 教学重点：机械系统数学模型中各个参数对机械系统动态特性的影响，基本物理量的折算方法。 教学难点：机械系统数学模型中各个参数对机械系统动态特性的影响。 教学要求：通过本章节的学习，要求学生掌握运用牛顿定理对机械系统进行建模的方法，重点 掌握模型中的参数对机械系统动态特性的影响，从而据此调整设计参数，使机械系统满足机械优化 设计的设计要求。 第一节 人字架优化设计 1．问题 2．解析法 3. 作图法 第二节 机械优化设计示例 第三节 优化设计问题的数学模型 1．设计变量 2．约束条件 3. 目标函数 4. 优化问题的数学模型 5. 优化问题的几何解释 第四节 优化问题的基本解法 本章习题要点：优化问题的数学模型包含哪些部分，其关系是怎样的。 第二章 优化设计问题的数学基础（4 学时） 教学重点：掌握优化理论的数学知识。 教学难点：约束最优解和无约束最优解；局部最优解和全局最优解向量和矩阵；设计空间；目 标函数的等值线；约束最优解和无约束最优解；局部最优解和全局最优解。 教学要求：通过章节的学习，要求学生了偏导数，方向导数和梯度的概念，重点掌握优化理论 的数学知识
第一节多元函数的方向导数和梯度 1.方向导数的概念 2 梯度的概 .方向导数与梯度的关系 第二节多元函数的泰勒展开 第三节无约束优化问题的极值条件 第四节凸生、凸函数与凸规别 第五节 式约束优化问题的极值条件 第六节不等式约束优 问题的极值条件 本章习题要点：方向导数、梯度的概念：无约束优化问题的极值条件，等式约束优化问题的极 值条件。 第三章一维搜索方法(6学时) 教学重点：了解一维博索的常用方法，如茜金分划法、一次插值法 教学难点：黄金分制法和二次插值法，单峰函数和初始区间的确定：黄金分制法：二次插值法： 教学要求堂据 一维搜索方法进行机械代化的原理。 第一节 第二节 搜索区间的确定与区间消去法原理 第三节 一难搜索的试探方法 第四节一维搜索的插值方法 本章习题要点：黄金分割法、二次插值法。 第四章无约束优化方法(6学时) 教学重点：了解多维无约束优化方法，包括最速下降法、共轭方向法、鲍威尔法、梯度法、牛 教学难点： 各方法的选代原理 教学要求：过本章的学习，学生应全面了解最速下降法：共轭方向法：鲍威尔法：梯度法：牛 顿法：变尺度法。 第一节概述 一带速下降计 第三节牛顿型方法 第四节共轭方向及共轭方向法 第五节共轭梯度法 第六节变尺度法 第节坐标轮艳 第八节单形替换法 本章习题要点：牛顿法，共轭梯度法 第五章线性规划(6学时) 教学重点：数控机床控制、业机器人 教学难点：数控机床控制 教学要求： 了解常用的一些机械优化设计产品， 理解其工作原理，掌握开发机械优化设计产品 的方法，并能够进行简单产品的设计开发。 第一节线性规划的标准形式和性质 1,线性规划的实例：
第一节 多元函数的方向导数和梯度 1．方向导数的概念 2．梯度的概念 3. 方向导数与梯度的关系 第二节 多元函数的泰勒展开 第三节 无约束优化问题的极值条件 第四节 凸集、凸函数与凸规划 第五节 等式约束优化问题的极值条件 第六节 不等式约束优化问题的极值条件 本章习题要点：方向导数、梯度的概念；无约束优化问题的极值条件，等式约束优化问题的极 值条件。 第三章 一维搜索方法（6 学时） 教学重点：了解一维搜索的常用方法，如黄金分割法、二次插值法 教学难点：黄金分割法和二次插值法，单峰函数和初始区间的确定；黄金分割法；二次插值法； 教学要求：掌握一维搜索方法进行机械优化的原理。 第一节 概述 第二节 搜索区间的确定与区间消去法原理 第三节 一维搜索的试探方法 第四节 一维搜索的插值方法 本章习题要点：黄金分割法、二次插值法。 第四章 无约束优化方法（6 学时） 教学重点：了解多维无约束优化方法，包括最速下降法、共轭方向法、鲍威尔法、梯度法、牛 顿法、变尺度法 教学难点：各方法的迭代原理。 教学要求：过本章的学习，学生应全面了解最速下降法；共轭方向法；鲍威尔法；梯度法；牛 顿法；变尺度法。 第一节 概述 第二节 最速下降法 第三节 牛顿型方法 第四节 共轭方向及共轭方向法 第五节 共轭梯度法 第六节 变尺度法 第七节 坐标轮换法 第八节 单形替换法 本章习题要点：牛顿法，共轭梯度法。 第五章 线性规划（6 学时） 教学重点：数控机床控制、工业机器人 教学难点：数控机床控制 教学要求：了解常用的一些机械优化设计产品，理解其工作原理，掌握开发机械优化设计产品 的方法，并能够进行简单产品的设计开发。 第一节 线性规划的标准形式和性质 1. 线性规划的实例；
2.线性规划的标准形式，基本性质 第二节基本可行解的转换 三节单纯形方法 本章习题要点：线性规划法，单纯形方法的学习。 第六章约束优化方法(2学时) 教学重点：了解随机方向法，复合形法，可行方向法，惩罚函数法 教学难点：各方法的迭代原理。 教学要求：过本章的学习，学生应全面了解随机方向法，复合形法，可行方向法，惩罚函数法 第一节概述 第二节随机方向法 第三节复合形法 第四节可行方向法 第五节惩罚函数法 四、考核方式及要求 课程采用平时考核和期末考试并重的考核思路进行，按照学校应用型人才培养目标要求，对于 专业方向课程，采用积极灵活的课程考核方式，侧重考核学生利用所学知识综合分析和解决实际问 题的能力。平时成绩包括考勤、作业，占总成绩的20%，实验成绩占总成绩的20%，期末采用闭卷方 式考试，占总成绩的60% 五、教材及教学主要参考书 选用教材：孙靖民.机械优化设计，北京：机械工业出版社，2006 主要参考书： [1]陈立周.机械优化设计方法.北京：治金工业出版社，1997 [2]孙靖民.机械优化设计.北京：机械工业出版社，1996 [3]刘惟信，孟嗣宗.机械最优化设计.北京：清华大学出版社，1986 大纲制定人：乔印虎 大纲审定人： 制定时间：2011年7月7
2. 线性规划的标准形式，基本性质 第二节 基本可行解的转换 第三节 单纯形方法 本章习题要点：线性规划法，单纯形方法的学习。 第六章 约束优化方法（2 学时） 教学重点：了解随机方向法，复合形法，可行方向法，惩罚函数法 教学难点：各方法的迭代原理。 教学要求：过本章的学习，学生应全面了解随机方向法，复合形法，可行方向法，惩罚函数法。 第一节 概述 第二节 随机方向法 第三节 复合形法 第四节 可行方向法 第五节 惩罚函数法 四、考核方式及要求 课程采用平时考核和期末考试并重的考核思路进行，按照学校应用型人才培养目标要求，对于 专业方向课程，采用积极灵活的课程考核方式，侧重考核学生利用所学知识综合分析和解决实际问 题的能力。平时成绩包括考勤、作业，占总成绩的 20%，实验成绩占总成绩的 20%，期末采用闭卷方 式考试，占总成绩的 60%。 五、教材及教学主要参考书 选用教材： 孙靖民.机械优化设计.北京：机械工业出版社，2006 主要参考书： [1]陈立周.机械优化设计方法.北京：冶金工业出版社，1997 [2]孙靖民.机械优化设计.北京：机械工业出版社，1996 [3]刘惟信，孟嗣宗.机械最优化设计.北京：清华大学出版社，1986 大纲制定人： 乔印虎 大纲审定人： 制 定 时 间 ： 2011 年 7 月 7 日