机械设计优化设计方法自学指导书

《机械设计优化设计方法》自学指导书一、课程编码及适用专业课程编码：适用专业：机械设计制造及其自动化（函授本科）二、课程性质机械优化设计是机械设计理论和技术发展中的一门新兴学科，它对于进一步提高机械设计水平、改进机械产品质量，发展计算机辅助设计将起到重要的作用。三、本课程的地位和作用本课程是机械专业必修课，通过实用机械优化设计的教学要使专业研究生了解优化设计的基本思想，优化设计在机械中的作用及其发展概况。初步掌握建立数学模型的方法，熟练掌握优化方法。对于提高产品性能、改进产品质量、提高设计效率，都是具有重要作用的。四、学习目的和要求本门课程的教学目的和任务是：通过实用机械优化设计的教学使研究生掌握问题转化成最优化问题的方法。并且利用最优化的方法编制计算机程序，用计算机自动寻找最佳的设计方案。机械优化设计是一种现代设计方法。在有条件的情况下，应在课余时间指导学生上机操作，提高学生独立工作的能力，掌握实例用于解决工程实际问题。（一）要抓主要矛盾，有条件地略去一些次要因素，找出问题的本质。（二）要抓住重点，即应牢固掌握基本概念、基本定理和主要公式。（三）要有良好的学习方法，可运用对比或比较的学习方法，找出无约束和约束优化计算方法的差别，在解体过程中能有针对性。五、本课程的学习方法为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度。在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、虚心求教、持之以恒。在学习时要抓住基本原理，常用方法，基本步骤这一主线；要理解问题是如何提出和引申的，又是怎样解决和应用的；要注意各部分内容之间的联系，前后是如何呼应的。通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养分析能力和运算能力，所以应按要求完成布置的作业题。除学习规定教材外，应参阅相关的参考书。六、自学内容与指导第一章绪论（一）本章重点汁1陆.比设计卫过程庄及其亲特点省2.导设计娃问题镇的一蚁般分确类及伯工作梯方法字（二蜻）捉本章工考点腾宅1.宾设计缩过程君及其盖特点屡2.译设计斗中常艰用的节决策桐方法时3.陪参数就优化蹦设计降过程佩（三欧）自劳学指夺导袖1.唇设计喊过程至是根叹据一餐定的搭目的酒和要锡求进捏行构逃思、站策划天和计祝划、芽试验援、计逮算和芳绘图亲等一领系列颜活动文的总熊体。篇它有剖三个陶特点杏：（挥1）蛮是一将个创挽造性穗思维大过程扇（2颈）是我一个俘反复摔的过矿程（乐3）集是一津个单辜输入使多输紫出的犯过程会。药2.秋概念尘设计煌和参单数设候计是袜设计接过程禽的核坡心。批3.历优化脱设计休问题发可分逝为函仪数优盐化和象设计驾优化羡。滩4.疲机械肢优化虏设计向可分泉为参样数优但化和捷结构争优化浆设计大。详哗细见岩表1竞-2夸（四绝）习渴题年1尖.桑和污是总设计炎过程择的核和心。贡2.芹从解藏决问宴题的约特点要来看授，机茫械优骆化设古计可壁分为薪和盲两娱大类甲。枣3.北解释朗：霉.嫌设计锯过程孩4.粗设计兴的特敲点？咱第二献章黑优化壮设计边的基智本术袭语和昂数学夫模型透（一蓄）巾本章令重点暂1、印设计庭约束岁2、溜数学胸模型赵的标题准格腐式广3、材数学倍模型亲的精奶确形尘式骨4、吗变差稍分析巧原理禁5、崭稳健黎优化诞设计悟模型闸（二灶）本赶章考旁点栽1、奏设计究变量天，涉戒及约有束，盾目标蛙函数涛2、民数学淘模型篮的标沿准格沙式凳3、种数学没模型索的精贡确形睡式撕4、恳变差量分析悲原理念5、怠稳健尽优化观设计姿模型休（三念）自忧学指魄导微1.点设计陕变量流和设落计常搂数合含称为己设计轰参数同，有血一部裂分参掀数根寿据实报际情垦况预锤先确哥定它套的数丝值，易他们并在优遣化计册算过惩程中掘始终忙不变港，这大样的铅参数事称为北给定味参数岛，另复一部丘分参堤数则误是需粒要优杂选的单参数落，他拾们的遇数值择在优保化计慎算过个程中料是变立化的严。辫2.低设计那中所截追求珠的目唇标，沈而且槐它是坟设计扇变量年的函恭数，闷称为录目标作函数酸。可杠分为验单目坝标优艇化设筛计问册题和候多目牌标优鸡化设辣计问海题。名3.序优化坟设计耽不仅夜要使多所选颜择方膨案的故设计老指标慎达到茶最佳堤值，炕同时命还必启须满务足一做些附膛加的狮设计骄条件急，这劲些附泪加的吹设计议条件典都是射对设庙计变乖量取玉值的晃相互圆关系驰及其糠大小爹加以寻限制鞠，在烈优化叹设计芹中叫腐做约出束条背件或贫设计波约束草。根佣据约揪束性灶质不关同可晨以将评约束沿条件恳分为血边界叠类和怜性能耕类。紧4.任优化衡设计任数学卖模型滩的标吸准格躲式教筋材２资０页械公式帽２－耐２０赛5.桶数学先模型玻的分样类围，数源学模签型的照一般扣形式第2-例22啄6.甩优化述设计厅模型江的几剧何解银释例羊２－润５；诚２－慕６搬7.稼变差稳分析宋原理陕，稳俘健优杏化设法计模判型，占例２免－７偶本章香的学削习过滥程中盛要注躁意掌烛握一区条主速线：贝基本拍术语菠，数疫学模火型，听求最圆优解辈（四卸）习胸题晌1.跌设计缓参数个可分亩为但和而。另2.么最优秋化队3.凝揪单调楚性定凡理惧4翼.感设计膨中常设用的过决策法方法税？喘第三喇章葵优粘化设辣计的贪某些依基本岛概念引和理扒论披（一致）蛮本章页重点也1.侵函数无的等就值面仔，停最速纤下降步方向狮2.帮函数翅局部四近似悦的表窜达式停和平劫方函逼数隶3.逝函数樱的凸抚性和胖单调劣性原舞理似4.哪约束厘函数肉的性准质，允无约址束及阻约束犹问题绒的最折优解困5.遵迭代毛计算毁的终盼止准稳则润（二月）本龟章难欠点浩1.迎最优穿点推2.远约束宋函数呼的性许质谷3.暗无约灵束及脆约束沈问题纠的最四优解栽4.配迭代彩计算幅的终收止准惕则请（三裳）本多章考质点塔1.迷函数捧等值任线和伶约束争边界鼠曲线徐的画僻法，跪2.知无约货束极背值点妹的求博法，塌约束加最优俱点的判判定陷，向3.叹凸函柱数扁的判足定，风Ｔa抓yl喜or及二次旨近似诉式。府（四首）自馆学指包导锋1．士理解饥可计华算函踏数的增等值兄面或协线避，它她的分浇布规立律反铃映目踢标函馋数的胞变化顶规律被。捧2．扔函数页的梯摔度，抚最速踪下降矛方向秧和最暂陡上制升方介向．逼3．鹅Ｈe凉ss迅ia谷n矩沸阵以既及Ｔ镇ay穴lo兰r二查次近格似数傻，线关性展胞开式任4．控判别牢凸函伙数要霞从其诉定义逗和充君要条膛件来叨判定币5.笔单费调性约定理火及其贼推论跑6.菊几摄种约少束的显定义腿７奋．营最优搜解的神求法笔例３旷－４鉴一般苦位于帽边界屿上；杂由最散优解底的必茶要条至件求认函数鼓的无怎约束侮最优助解残例３裤－５螺；数母值计雁算迭伤代法暑，最乖重要辣的是泡迭代滥方向氏和步魂长因承子的她确定理本章暗的主吹要问栋题是辫根据墙函数意优化崇的一屡般形连式求廊解最锅优点僚（五限）习和题凑1.传链目标效函数平的两币种表障现形顷式是伍和住。皱2.嫂.洪根据税求解锐方式敬不同历，约雨束优掏化计呼算方凡法可澡分为区和度。享3.春完冗余躁约束蜜4.耗猪单调艺性定践理膜第会四忽章蜓甲无约喜束优胶化计满算方碎法碎（一访）召本章由重点纲1.馅搜索孕区间倾的确夏定，涛黄金洞分割珠法，句二次衡插值魄法，土2.压坐标巾轮换园法，疾po惨we璃ll梨法，奶3.孕单纯叨形法霉，资4.朋梯度苍法，佣共轭慕梯度猪法，村5.译牛顿查法和帖修正臣牛顿垮法，康变尺挪度法锯。抵（二融）本归章难选点递黄金知分割感法，筑二次朝插值连法，民坐标樱轮换颗法，蜻po寄we氏ll创法，户梯度拖法，全牛顿惯法邀（三红）本居章考龟点效用以握上各撑种方决法求胁极小葱点，卵目标逝函数闲的最材优点帜（四绸）自糖学指蜘导但1.捕无约县束优决化计辈算方蝴法可弊以分荐为两也类，但一类池是仅纸要求吊计算默目标捏函数宽值，狐而不棋必去渔求函稠数的疯偏函态数的博方法浪，即坟所谓框非梯疑度算破法，既如随到机搜如索法息，坐俩标轮稼换法袋，模桨式搜齐索法仙和单蓝纯形沿法慧。补2.蓄一维贼搜索晓计算仓方法酸或单触变量瞎优化靠计算壁方法御应用稿较普距遍的掌有黄处金分串割法叨和二妇次插治值法长，一雅般都薄是分恳两步务进行英，一寨是确珍定函灯数之筛最小兽点所书在区疮间，爽二是北求出案该区以间内谢的最诚优步坛长因谷子。话用外论推法已可以栗比较慨简单艰的确平定搜樱索区惠间肠。猛3.吧多变截量优咱化计厚算的搬非梯荡度方落法有陈坐标碍轮换义法和借po暗we量ll夏法砍，其幅中坐骑标轮拢换法会的步艇骤取抱初始制点及让试验呀步长购，加盯大步籍长，鸡直到监最后康求得妹最优支点。淋po态we孤ll满法及是利含用共见轭方示向加怨速收姻敛构榴成的击一中申搜索槐方法捐，步床骤一顺般为紫给定振初始菠点和据计算柔精度卡，逐桑次沿剩线性种无关减的方触向进亭行一穷维搜蓝索，植计算旦相邻票粮店旋目标刮函数雾的下箱降量轿，找茂出其及最大搬者和彼相应闹方向斤，沿歌共轭盖方向犯计算存反射饼点，晃迭代柄结束亭时，逃检验鸽收敛哗条件犁。语4.逆单纯证形法雷是在性利用注多维雷设计昼空间滑中的经几何戒图形盆不断偶向好数点移菌动迭克代的既一种蝴算法滑，可顺通过英反射这、收字缩、寻扩展渴三种返运算宾来解筒决。宜5.贵共轭删梯度踢法的夺算法盈步骤丘：选布取初表始点计和计棋算收迫敛精厘度，驳进行岛一维铃搜索管，判乌断迭剑代是巾否中殊止，孕构造尽新的琴共轭滨方向肺。顿6.趣教材盗82宾页例滥4-熟4用摸牛顿岗发取趣最小衣值。稿7.阴变尺财度法允的步性骤：票选取袋初始矩点，趣计算吩精度螺要求项，计坟算拟除牛顿易方向爹，进牲行一四维搜养索，件检验鸭精度莫，迭谁代次鱼数，授构造席新的经牛顿绵方向术。都（五租）习略题性1.复舱一维胡搜索瓜的最腿优化抹方法陵，一货般分鸦两步行进行炎，第毒一步锣是穷，崭第二棋步是哀。蔬2.说腾单纯倘形法览迭代列的基息本要壳点是盗通过反、荷和烛三种梳运算渗来保护证的理。植3.艇冈简要森说明剥优化未设计模的全累过程赶？匙4.颂贼试述拐模拟销退火郑算法堡的改载进？困第再五厌章御馋约束昏优化历计算诱方法友（一辜）走本章虫重点聚1.管惩罚池函数塑法：添基本艰概念累，内混点、闻外点谱、混堤合惩葵罚函弹数法嚷；告2.捞随机美方向傅搜索棚法：恐基本悼原理圾，方休向的槐确定可，可塔行初胖始点也的产粱生方膀法，旁算法绸步骤旦；压3.铸复合删形法酿：基蒸本原喊理，楼构成狼，基内本运等算，棍步骤悲；六（二辟）本漠章难观点绸1.纹混合坝惩罚罢函数垂法；搁2.焦随机乘方向遭搜索培法算杠法步姿骤；择3.扮复合秩形法赚步骤杀；衬4差.裙其他把方法瞎概述馅：可返行方种向法翅和梯伟度投宁影法巧，约夕束变脖尺度余法，过简约匠梯度膏法。牲（三秃）本纳章考坏点根1.悦用内颤点法萍，外扎点法从混合王惩罚幼函数芒发求险最优肠解，逐2.离已知惑目标散函数绿求迭肝代过赌程，浪3.江已知诞约束旋问题疑，进钱行迭弄代计帆算剑（四畜）自膊学指烈导体1.粘求解塞约束柜优化光问题耳的方权法有哨直接牙解法料和间妇接解源法，阔间接馅解法绣是将每约束钩优化月问题用转化茶为一贩系列馒无约啄束问答题的画一种稠方法勿，最伐有代倒表性葛的为商惩罚扑函数咸法，掏直接鼻解法理是在温满足较不等厚式约甲束的丰可行臂设计缺区域划内直热接搜概索问政题的左约束缠最优卷解。淡2.们内点碎惩罚给函数塘法的阵基本亏原理热和方讨法要怪通过藏例5捞-2般掌握绣。外织点惩骑罚函差数法盈和混无合惩惜罚函椒数法象的算障法步楚骤要在掌握劈。绩3.贞复合材形法押的计京算步屑骤通毅过其撇计算大流程粗图5蜡-2车0掌已握。址4.挂了解侨其它免的约跃束优膜化方显法。绘（五赞）习肾题傲1.爆捎可行皮初始双点有望、坡两种芦确定够方法毕。疫2傅.务最优悠性条趁件燃？串3.杠万冗余耍约束瑞?格4.钩左凸函半数的欧基本角性质窑？丸第森六临章升饲现代跪优化始计算汗方法牺（芳一）档本章斯重点标1.胀模拟纹退火渔优化轰算法情：基根本思搬想、药步骤铃，算扶法实啦现的葡几个拦技术丽问题渗，改这进；丽2.谷遗传渐优化铸算法抹：基员本思脱想、速步骤漏，算顽法实肤现的总几个捆技术袖问题声，改锯进；苦3.过神经罩网络禁优化府算法顽：优播化算亭法，信改进横研究店。证（二今）本芝章难窗点讲1.肢模拟谅退火帖优化惯算法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