汽车优化设计大纲

PAGEPAGE1汽车优化设计教学大纲一、课程基本信息课程名称汽车优化设计课程编号410030062课程性质专业选修课课程类别学科专业基础课开课单位车辆工程专业教研室教学团队课程负责人段利英团队成员授课学期第七学期学分/学时2.0/32课内学时32理论授课32上机学时0课内实践0实验学时0课外学时38适用专业车辆工程专业是否双语否先修课程高等数学、线性代数、工程力学、机械制图、机械原理、机械设计、汽车构造、汽车设计、matlab语言与程序设计等后续课程优化方法课程简介汽车优化设计重点讲述汽车优化设计的基本概念和理论、常用优化方法及实际应用，使车辆工程专业学生掌握汽车优化设计的建模方法、常用优化方法、程序及MATLAB优化工具箱；掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具备将所学的汽车优化设计理论应用于实际设计的基本能力；具有国际视野和跨文化的交流、竞争和合作的能力；为进行毕业设计、深入研究汽车优化设计及相关问题的终身学习奠定基础。二、课程目标课程目标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。课程目标2：能够正确建立汽车优化设计问题的数学模型。课程目标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、约束优化方法等。课程目标4：能够根据各类车辆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。课程目标5:了解车辆工程前沿发展现状和趋势；培养学生在汽车设计中的创新思维和意识，培养学生团队合作精神、职责担当意识和职责行为习惯，使学生具备全面分析车辆设计的工程问题的能力三、课程对毕业要求的支撑依据唐山学院和机械设计制造及其自动化专业的培养目标、唐山地区和我国机械行业的技术发展、毕业生和社会调查情况分析、国内其他高校的相关专业培养要求，并结合本专业的人才培养经验和近年来我国工程教育认证标准的相关要求,确定本专业现阶段的毕业要求为:（一）思想政治和德育方面具有坚定正确的政治方向,了解、拥护党和国家的方针致策，树立科学的人生观、世界观、价值观，具有社会责任感、创新意识和法律意识。（二）业务方面毕业要求1：工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题1.1具备从事汽车设计/制造、汽车电子/电器控制等工作所需的相关数学知识，建立工程问题合适的数学模型；1.2具备从事汽车工程与实际工作所需的相关自然科学知识，能判别复杂工程问题的基本解决方案；1.3具备从事汽车生产工作所需的机械、控制基础知识，能用机械、控制知识阐明工程设备的问题与解决方案。毕业要求2：问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析机械设计制造及其自动化领域的复杂工程问题，以获得有效结论。2.1能够应用数学、力学知识研究分析汽车设计/制造中的问题，并能进行力学计算和实践应用；2.2掌握并利用工程图学的知识进行读图，绘图和图形设计；2.3能够应用电工电子技术、检测与诊断技术、传感器及测试技术等方面的知识对汽车电器/电子进行正确的分析、使用和控制方案设计；2.4能够综合运用基础理论知识和文献资料，对复杂的汽车工程问题进行综合分析，并得出有效的结论。毕业要求3：设计/开发解决方案：能够设计针对机械设计制造及其自动化领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的机电系统及单元（部件）和装备，制定相关制造工艺，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。3.1掌握汽车行业的基本设计规范及标准，具备汽车结构与控制方面的具体设计及开发能力；3.2具有分析汽车结构/控制的综合设计能力，在设计环境中体现优选方案和创新意识；3.3能够在法律、安全、环境等外部约束条件下确定设计任务和汽车结构/控制的设计与管理；3.4能对设计及工艺方案进行优化、优选，体现创新意识。毕业要求4：研究：能够基于科学原理并采用科学方法对机械设计制造及其自动化领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4.1能够了解汽车设计/制造、汽车电子/电器控制的学科前沿、国内外发展动态和行业需求；4.2能够基于科学原理并采用科学方法对汽车工程的相关科学问题开展研究，分析，并得到合理的解决方案。毕业要求5：使用现代工具：能够针对复杂工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。5.1掌握计算机和现代控制技术所需要的基本理论、基础知识和基本工具；5.2能够选择与使用恰当的技术、资源和各种工具对复杂工程问题进行建模、规划和开发。毕业要求7：环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响。7.1理解各种汽车设计/制造与控制等新技术的优势及缺点；7.2了解与本专业相关的环境保护及可持续发展的方针与政策，树立较强的环保意识和可持续发展意识；7.3能够理解和评价汽车工程实践对环境、社会可持续发展的影响；毕业要求8：职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。8.1了解中国传统文化，核心价值观，树立良好的人生观，具有良好的身心素质和人文社会科学素养，具有较强的社会责任感；8.2了解汽车工程师的职业性质和责任，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任；8.3具有认真严细的工作作风，较强的责任心；毕业要求12：终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。12.1具有理论联系实际，在实践中持续学习的能力；12.2能运用现代信息技术获取相关信息，对自主学习的重要性有正确认识，树立自主学习和终身学习的意识；12.3能够通过学习发展自身能力，适应社会和科学技术发展的需要课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求。课程目标1指标点7-1，7-2，7-3，指标点8-1，8-2，8-3，7-环境和可持续发展8-职业规范课程目标2指标点1-1，2-1，3-2，4-2，5-1，5-2，1-工程知识，2-问题分析，3-设计/开发解决，4-研究，5-使用现代工具课程目标3指标点1-1，1-2，1-工程知识课程目标4指标点5-1，5-25-使用现代工具课程目标5指标点3-1，3-2，3-4，指标点8-1，8-3，12-13-设计/开发解决，8-职业规范，12-终身学习四、课程内容第一单元优化设计的基本概念及相关理论（学时数：2学时）1、课程主要内容1)优化设计概述2)优化设计的基本要素和数学模型3）多元函数的基本性质4）无约束优化问题的极值条件5）约束优化问题的极值条件2、重点和难点无约束问题的极值条件及约束问题的极值条件3、教学方法基于问题教学法、互动式教学4.学生学习预期成果使学生掌握：优化设计中设计变量、约束条件和目标函数的基本概念；多远函数的方向导数、梯度、等值面（线）等基本概念；无约束问题的极值条件及约束问题的极值条件等。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、2、3。第二单元一维搜索方法（学时数：4学时）1、课程主要内容1）一维搜索方法概述2）搜索区间的确定与区间消去法原理3）黄金分割法4）一维搜索的插值方法2、重点和难点各种算法的算法原理、算法步骤、特点及适用场合3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习4.学生学习预期成果使学生掌握：进退法的算法原理和算法步骤；区间消去法的基本原理及特点；黄金分割法的算法原理和算法步骤：牛顿法及二次插值法的算法原理及算法步骤。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程目标1、2、3。第三单元无约束问题的优化方法（6学时）1、课程主要内容1）无约束优化问题概述2）坐标轮换法3）鲍威尔法4）最速下降法5）牛顿型方法6）共轭梯度法7）变尺度法8）无约束优化方法的选用2、重点和难点无约束问题四种简介算法的基本原理与编程和应用3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习4.学生学习预期成果熟悉:四种无约束间接法的编程和应用（最速下降法、牛顿型方法、共扼梯度法、变尺度法)掌握:坐标轮换法及鲍威尔法的基本原理及特点，编程和应用;最速下降法、牛顿型方法、共辄梯度法和变尺度法的基本原理和特点。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程目标1、2、3。第四单元约束问题的优化方法（6学时）1、课程主要内容1)约束问题优化方法概述2)随机方向法3）复合形法4)可行方向法5)惩罚函数法6）增广乘子法7）模糊优化设计方法简介8）遗传算法优化方法简介2、重点和难点随机方向法、复合形法及惩罚函数法的基本原理及特点3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习4.学生学习预期成果使学生熟悉：可行方向法和增广乘子发的基本原理与特点；随机方向法的应用；复合形法的设计。掌握:随机方向法、复合形法及惩罚函数法的基本原理及特点。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程目标2、3、4。第五单元多目标优化设计方法（4学时）1、课程主要内容1)多目标优化设计方法概述2)统一目标法3）协调曲线法4)分层序列法和宽容分层序列法5)多目标优化方法的特点比较。2、重点和难点分层序列法及宽容分层法的基本原理及特点3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习4.学生学习预期成果使学生熟悉:统一目标法、协调曲线法的应用掌握:统一目标法、协调曲线法、分层序列法及宽容分层法的基本原理及特点。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程目标1、2、4、5。第六单元优化设计在车辆优化设计中的应用（8学时）1、课程主要内容1)汽车转向梯形机构的优化设计2汽车发动机与传动系参数的优化匹配3）变速器传动齿轮的优化设计4）离合器膜片弹簧的优化设计5）自卸汽车举升机构的优化设计6）动力总成悬置系统的优化设计7)汽车万向传动装置的多目标优化设计2、重点和难点膜片弹簧的优化建模方法、汽车万向传动装置的多目标优化建模方法。3、教学方法基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习。4.学生学习预期成果使学生掌握:转向梯形优化建模方法、传动系统参数化设计建模方法、变速器齿轮优化建模方法、动力总成悬置系统的优化建模方法5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑课程目标2、4、5。第七单元Matlab软件在优化设计中的应用（学时数：2学时）1、课程主要内容1)MATLAB系统简介2)MATLAB基本使用方法3)MATLAB优化工具箱4)优化工具箱应用实例。2、重点和难点Matlab优化工具箱的内容及功能3、教学方法基于问题教学法、互动式教学4.学生学习预期成果使学生初步掌握matlab的程序设计;熟练掌握matlab的各项基本操作;全面掌握matlab优化工具箱的内容及功能。5.支撑课程目标本单元知识、教学方式支撑的课程目标1、2、3。五、课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元基于问题教学法、互动式教学课程目标1、2、321:1第二单元基于问题教学法、互动式教学课程目标1、2、341:1第三单元基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习课程目标1、2、363:4第四单元基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习课程目标2、3、462:3第五单元基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习课程目标1、2、4、543:2第六单元基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习课程目标2、4、583:4第七单元基于问题教学法、互动式教学、小组合作学习课程目标1、2、324:5六、课程考核(一)课程考核课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节目标分值考核/评价细则支撑的课程目标课堂表现成绩70%课后作业30作业的成绩给定均10分满分记。最终折算为30分课程目标1、2、4小组讨论20根据讨论内容优劣给小组打分，各小组内根据任务分派组内为每个人打分。最终总成绩按比例折算为20分。课程目标2、3、4随堂测验30课堂根据需要随时安排测验，根据题目难度，数量灵活设置分值。最终按比例折算为30分。课程目标1、2课堂表现20根据课堂反馈，讨论，发言等情况打分，次数不限，每次1~2分，最终按比例折算为20分。课程目标2、3实践成绩30%知识401.考核内容：所有教学内容2.实践题型：程序编程3.评价细则：采用程序报告形式，共计100分。课程目标1、2、3能力40课程目标1、2、5综合应用15课程目标2、3、5创新5课程目标1、4、5成绩评分细则考核环节基本要求评价标准75-89分60-74分0-59分课后作业第二、三、四章留4次作业。（支撑课程目标1、2、3、4）认真完成作业；基本概念正确、逻辑清楚、结果正确、作答规范、层次分明，语言精炼。认真完成作业；基本概念正确结论基本正确、论述基本清楚，层次较规范。较认真完成；基本概念基本正确；论述基本清楚；层次基本规范。抄袭作业；基本概念不清楚、图及数据等不正确，解题过程不清。小组讨论在规定时间完成规定内容的学习和随堂讨论等。（支撑课程目标1、2、4）按时进行学习；讨论及回答的内容准确、有独立见解。按时进行学习，讨论及回答的内容较准确。按时进行学习，讨论及回答的内容存在一定错误。不按时进行学习，随堂讨论敷衍了事、文不对题。随堂测验根据参与随堂讨论的次数和质量量等进行考核（支撑课程目标1、2、4）基本概念正确、逻辑清