机械系统建模仿真与优化 教学大纲

机械系统建模仿真与优化课程教学大纲表1课程基本信息课程代码01112120课程名称机械系统建模仿真与优化英文名称Modeling,Simulation,andOptimizationofMechanicalSystems学分/学时：2学分/32学时（理论学时：28；实验学时：0；上机学时：4）适用专业机械设计制造及其自动化课程类型院系选修课开课单位机械与汽车工程学院开课学期第六学期一、课程简介《机械系统建模仿真与优化》是机械设计制造及其自动化本科专业的一门专业选修课，内容主要以产品设计为对象，以计算机为手段，运用工程设计的新理论和新方法，使计算结果达到最优化，使设计过程实现高效化和自动化。传授结构有限元分析及应用、机械系统计算多体系统动力学分析及应用、优化设计建模及应用、机械系统可靠性设计与优化、数字孪生技术及工程应用、多物理场耦合仿真及应用等多种现代设计方法，使学生在较少的学时内，了解现代设计方法解决生产实际问题的范围和思路，熟悉现代设计方法的基本概念、基本原理和基本步骤，重在培养学生设计与开发技能的基本能力，进而培养学生运用现代设计方法去分析和处理实际工程装备的设计、分析及评价等问题，为毕业后继续深造学习或工作打下坚实的基础。二、课程目标课程目标1：培养学生树立严谨求实的科学态度，具有良好的职业道德和工匠精神，树立社会责任感，采用信息技术助力装备制造业高质量发展，实现制造强国梦。课程目标2：要求学生了解机械系统建模仿真与优化的最新理论和方法；了解机械系统建模组成、发展和具体应用。课程目标3：要求学生掌握机械系统建模仿真的基础理论、基础知识和基本研究方法。课程目标4：要求学生了解优化设计、可靠性、有限元法、数字孪生技术及动态设计等基本理论和方法，并会应用典型工程软件解决实际工程问题。三、课程目标与所支撑毕业要求的对应关系表2课程目标与所支撑毕业要求的对应关系课程目标具体要求支撑的毕业要求课程目标1培养学生树立严谨求实的科学态度，具有良好的职业道德和工匠精神，树立社会责任感，采用信息技术助力装备制造业高质量发展，实现制造强国梦。指标点3-3、4-2、5-1课程目标2要求学生了解机械系统建模仿真与优化的最新理论和方法；了解机械系统建模组成、发展和具体应用。指标点3-3课程目标3要求学生掌握机械系统建模仿真的基础理论、基础知识和基本研究方法。指标点4-2课程目标4要求学生了解优化设计、可靠性、有限元法、数字孪生技术及动态设计等基本理论和方法，并会应用典型工程软件解决实际工程问题。指标点5-1四、教学内容表3教学内容与学时分配章节/单元推荐授课形式教学内容建议学时课程思政元素对应的课程目标第一章绪论讲课1.知识点：建模与仿真的定义和分类；机械系统的组成；优化设计概述2.重点：机械系统仿真流程3.难点：建模与仿真应用2树立严谨求实的科学态度，具有良好的职业道德和工匠精神。课程目标1、课程目标2第二章机械系统建模仿真与优化基础讲课1.知识点：机械系统（刚体）动力学建模方法；有限元方法的基本概念；机械系统仿真的定义与分类2.重点：机械系统仿真技术3.难点：优化算法与技术2树立严谨求实的科学态度，具有良好的职业道德和工匠精神。课程目标1、课程目标2第三章结构有限元分析及应用讲课、讨论1.知识点：有限元法的基本思想；有限元法基本步骤；工程应用2.重点：有限元法基本步骤；典型有限元软件的应用3.难点：有限元法的基本思想及步骤6树立严谨求实的科学态度，具有良好的职业道德和工匠精神。课程目标1、课程目标3、课程目标4第四章机械系统计算多体系统动力学分析及应用讲课、翻转课堂1.知识点：多体系统动力学基本建模理论2.重点：掌握多体系统动力学应用3.难点：多体系统动力学方程求解算法4结合工程实例，提升学生对中国制造的自信。课程目标1、课程目标3、课程目标4第五章优化设计建模及应用讲课、讨论1.知识点：优化设计概述；优化设计的数学模型；一维搜索方法；无约束优化算法；智能优化算法。2.重点：优化设计数学模型组成3.难点：不同优化算法的特点及编写6增强历史使命感，以创新驱动装备制造业高质量发展，实现制造强国梦。课程目标1、课程目标3MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h第六章机械系统可靠性设计与优化讲课、讨论1.知识点：可靠性的概念和设计特点；机械可靠性设计原理2.重点：可靠性设计中基本特征量；应力-强度干涉模型3.难点：机械系统可靠性设计4结合疲劳可靠性理论，启发学时塑造坚韧的身体素质，结合大国重器实例，提升学生对中国制造的自信。课程目标1、课程目标3、课程目标4第七章数字孪生技术及工程应用讲课、讨论1.知识点：装备数字孪生的技术基础；数字孪生系统的一般架构；数字孪生的工程应用2.重点：数字孪生构建的关键技术3.难点：形性一体化数字孪生内涵4树立严谨求实的科学态度，具有良好的职业道德和工匠精神。课程目标1、课程目标3、课程目标4第八章多物理场耦合仿真及应用讲课、翻转课堂1.知识点：多物理场耦合概念；多物理场耦合仿真基础2.重点：多物理场耦合的应用3.难点：多物理场耦合求解方法4结合工程实例，提升学生对中国制造的自信。课程目标1、课程目标3、课程目标4五、教学方式方法1.由于《机械系统建模仿真与优化》是一门专业课，不仅理论性强，而且实践性也较强。因此，在该课程的教学中，应瞄准应用型人才培养，着重培养学生理论联系实际、强调应用性和能力的培养。2.要紧密结合实际工程背景，采用课堂教学、上机实操及项目学术汇报等实践教学相结合的教学方法，注意从工程应用角度出发，理解基本方法，以加强对所学理论知识的掌握。3.注意以学生为本，采用启发、引导、讨论式的教学方法。注意采用上机、汇报、视频、多媒体课件等教学手段，便于学生学习理解，加大教学信息量。4.由于课程内容多，涉及面广，需要授课老师有较宽的知识面、丰富的实践经验和授课经验。授课教师要经常去工厂调研，发现工程问题，以丰富实践经验。要加强教学研究，开展示范教学、互相听课等，以丰富教学经验，提高教学水平。同时在学习通上发布线上资源，供学生学习，建议在线自主学习时数不低于16学时。5.典型工程案例可源于实际工程案例，避免教条式教学，达到学以致用的目的。六、考核要求与评价1.考核方式和要求采取平时考核与期末考试相结合的原则，平时成绩占50%，期末考试成绩占50%。平时成绩的依据是平时考核，平时考核包括考勤占10%，作业占20%，实验10%，专题报告占10%。各部分占比及要求见表4所示。表4考核方式和要求考核方式考核内容百分比考核标准对应的课程目标平时作业课后习题206次作业（每次2%）缺交0分补交×0.8雷同×0.4课程目标2、课程目标3专题汇报1次课程相关的专题报告，分组制作PPT，并上台讲述101、层次清楚、能突出主题、观点明确：40分；2、结构合理、重点突出、结合工程实例：30分；3、分工合理及详细：20分；4、选题及分析有独立见解：10分。课程目标1、课程目标2、课程目标4实验成绩有限元应用、动态设计平台应用10实验现场（占实验成绩的40%），2次实验报告（占实验成绩的60%）课程目标4课堂考勤课堂出勤、积极发言等10迟到、早退1次扣1分；旷课1次扣2分课程目标1、课程目标3、课程目标4期末考试课程所学的所有知识点50填空18分（每空1分）、选择22分（每题2分）、解答题20分（每题5分）、综合性答题40分（第1，2题每题8分，第3，4题每题12分）课程目标2、课程目标3小计1002.课程评价课程评价周期为叁年评价一次。每学年课程结束后，由任课教师根据教学各环节的学生完成情况，进行课程目标达成评价；每叁年由课程负责人进行课程总体评价，经教研室主任审查，专业负责人、教学指导委员会审定，报教务处备案。评价结果用于持续改进。七、先修课程《C语言程序设计》、《CAD/CAM应用软件》、《高等数学》、《概率论与数理统计》等。八、推荐教材与参考资料推荐教材：《现代设计理论与方法》，张鄂、张帆、买买提明·艾尼编著，科学出版社，2019年。参考书目与文献：《现代机械设计方法》，周金宇编著，高等教育出版社，2018年《现代设计方法》，王体春编著，电子工业出版社，2019年《现代设计方法基础》，孟宪颐编著，机械工业出版社，2016年课程相关主要网站：/course/TONGJI-1002989013?from=searchPage#/info/course/HZAU-1449913176?from=searchPage九、相关实践教学内容说明表5课程实验项目与内容设计序号项目内容和要求实验学时主要仪器设备备注1有限元应用内容：1）熟悉有限元软件的基本模块；2）熟悉有限元分析的基本流程；3）根据给定的模型及边界条件，进行有限元分析，并提取结果。要求：1）掌握有限元分析方法