机械优化设计 教学大纲

机械优化设计Mechanicaloptimizationdesign【学分】2

【学时】32

【性质】专业选修课

【实验】0（一）授课对象四年制本科机械类各专业（机械设计制造及其自动化、材料成型、控制工程等）及其它相关专业。（二）课程的性质和地位机械优化设计是机械类各专业的一门专业选修课，其目的是使学生在机械设计中树立优化设计的思想，掌握机械优化设计的基本概念和方法，获得解决机械优化设计问题的初步能力，其先修课程有高等数学、线性代数、BASIC或其它适于科学计算的高级语言、工程力学、机械设计基础等。（三）课程的教学目标通过本课程的学习学生应达到如下教学目标：1．树立优化设计的思想，理论联系实际，具有创新设计的能力；2．掌握机械优化设计的思想、方法和规律。在学习优化设计基本理论的基础上，应具备数学模型的建立、优化方法的选择、软件使用、优化结果分析等方面的能力；3．正确的运用已经学过的机械优化设计基础理论和基础知识，能够初步解决其它领域的最优化问题；4．正确掌握本领域出现的新技术、新原理和新方法，初步具备进行机械结构优化与综合研究的能力。（四）课程相关能力培养1．掌握该课程的基本理论和基本知识，并能运用解决复杂工程问题（G1）；2．能够应用该课程的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论（G2）；3．能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素（G3）。（五）教学内容1．优化设计概述（G1）机械优化设计的含义；优化设计在机械设计中的作用；机械优化设计的发展概况。重点：优化设计问题的数学模型与基本解法。2．优化设计的数学基础（G1，G2）多元函数的方向导数与梯度。多元函数的泰勒展开；无约束优化问题的极值条件；凸集、凸函数与凸规划。等式约束优化问题的极值条件；不等式约束优化问题的极值条件。重点：等式约束问题的极值条件和不等式约束优化问题的极值条件。难点：不等式约束优化问题的极值条件。3．一维搜索方法（G1，G2）搜索区间的确定与区间消去法原理；一维搜索的试探方法；一维搜索的插值方法。重点：利用解析解法时的求导计算。难点：利用解析解法时的求导计算。4．无约束优化方法（G1，G2）最速下降法；牛顿型方法；共轭方向及共轭方向法；共轭梯度法；变尺度法；坐标轮换法；鲍威尔法。重点：最速下降法；共轭方向法；变尺度法。难点：搜索方向的构成问题。5．约束优化方法（G1，G2）随机方向法；复合形法；可行方向法；惩罚函数法。重点：惩罚函数法。难点：利用间接解法时加权因子的选择。6．机械优化设计实例（G1，G2，G3）机械优化设计应用技巧；机床主轴结构优化设计；圆柱齿轮减速器的优化设计；月生产计划的最优安排等。重点：如何建立优化设计的数学模型。（六）教学实践环节安排无。（七）教学方式与习题要求以教师讲授为主，并通过大量的上机操作和实践，理论联系实际，由浅入深。为达到基本要求，在教学中应适当安排习题课与课堂讨论。（八）考核办法按上课出勤率，平时作业，期末课堂测试三种形式对学生进行考核，学生的最终成绩以五级制记分，评定分为优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级。具体评定标准如下：优秀：出勤率95%以上，平时作业都按时完成且正确率在95%以上，期末课堂测试分数在95分以上；良好：出勤率90%以上，平时作业都按时完成且正确率在85%以上，期末课堂测试分数在85分以上；中等：出勤率85%以上，平时作业不能按时完成次数不能超过1次，且正确率在75%以上，期末课堂测试分数在75分以上；及格：出勤率80%以上，平时作业不能按时完成次数不能超过3次，且正确率在65%以上，期末课堂测试分数在65分以上；不及格：若不能满足上述等级的要求，则评定为不及格。（九）推荐教材或讲义及主要参考书1．孙靖民主编：机械优化设计（第3版），机械工业出版社，2002年；2．高健主编：机械优化设计基础，科学出版社，2000年；3．陈立周主编：机械优化设计方法，冶金工业出版社，1997年。（十）学时分配序号教学内容学时分配其中讲授实