《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》教學(xué)大綱上課講義

精品文檔精品文檔機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》教學(xué)大綱大綱說明課程代碼：3335047總學(xué)時：48學(xué)時（講課40學(xué)時，上機(jī)8學(xué)時）總學(xué)分：3課程類別：專業(yè)模塊選修課適用專業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)預(yù)修要求：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、BASIC或其它適于科學(xué)計算的高級語言、工程力學(xué)、機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)一、課程的性質(zhì)、目的、任務(wù)：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計是在電子計算機(jī)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門先進(jìn)技術(shù)。它是根據(jù)最優(yōu)化原理和方法，以電子計算機(jī)為計算工具，尋求最優(yōu)設(shè)計參數(shù)的一種現(xiàn)代設(shè)計方法。該課程是為高年級設(shè)置的專業(yè)課，可供機(jī)械類或近機(jī)類專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)。該課程的主要目的和任務(wù)在于培養(yǎng)學(xué)生：1）了解和基本掌握機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的基本知識2）擴(kuò)大視野，并初步具有應(yīng)用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的基本理論和基本方法解決簡單工程實際問題的素質(zhì)。二、課程教學(xué)的基本要求：課堂講授：課堂講授主要以導(dǎo)學(xué)式教學(xué)為主，啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過實例及典型例題加深學(xué)生對課堂內(nèi)容的理解。實踐性環(huán)節(jié)基本要求：本課程的實踐性環(huán)節(jié)主要是上機(jī)編制和調(diào)試程序（8學(xué)時）1）目的和要求上機(jī)調(diào)試并通過教材上已有的或是自行編制的計算程序，達(dá)到鞏固某些基本的重要算法的目的2）內(nèi)容編制并調(diào)試一維收索方法、無約束優(yōu)化方法、約束優(yōu)化方法及機(jī)械零件設(shè)計優(yōu)化計算程序，上機(jī)練習(xí)并輸出計算結(jié)果。課程考核要求：期末考試成績占總成績的60-70%，平時成績占30-40%。三、大綱的使用說明：課程總學(xué)時：課堂教學(xué)+上機(jī)時數(shù)=40+8第一章緒論大綱正文第一章緒論大綱正文學(xué)時：1學(xué)時（講課1學(xué)時）本章講授要點：1）明確本課程的研究對象、內(nèi)容、性質(zhì)、任務(wù)；2）明確優(yōu)化的含義、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容及目的重點：了解機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的一般過程。難點：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的一般步驟。第二章優(yōu)化設(shè)計概述學(xué)時：3學(xué)時（講課3學(xué)時）本章講授要點：通過機(jī)械設(shè)計優(yōu)化問題示例，使學(xué)生了解機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的基本概念和基本術(shù)語、優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化問題的幾何描述、優(yōu)化設(shè)計的基本方法。重點：掌握可行域與非可行域、等值線（面）的概念及在優(yōu)化方法中的重要意義。難點：優(yōu)化設(shè)計的基本方法—“數(shù)值迭代法”及優(yōu)化原理的實質(zhì)。第一節(jié)：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計問題示例第二節(jié)：優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型第三節(jié)：優(yōu)化設(shè)計問題的基本解法第三章優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)學(xué)時：6學(xué)時（講課6學(xué)時）本章講授要點：了解矩陣正定、函數(shù)凸性與凸函數(shù)、適時約束的概念與判別法；掌握無約束優(yōu)化問題極值存在的條件，熟悉函數(shù)的梯度、海森矩陣、泰勒展開式的意義；了解約束優(yōu)化問題極值存在的條件，明確“庫恩-塔克”條件的意義。重點：掌握無約束優(yōu)化問題極值存在的條件，熟悉函數(shù)的梯度、海森矩陣、泰勒展開式的意義。難點：等式約束優(yōu)化問題的極值條件，不等式約束優(yōu)化問題的極值條件第一節(jié)：多元函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度第二節(jié)：多元函數(shù)的泰勒展開第三節(jié)：無約束優(yōu)化問題的極值條件第四節(jié)：凸集、凸函數(shù)與凸規(guī)劃第五節(jié)：等式約束優(yōu)化問題的極值條件第六節(jié)：不等式約束優(yōu)化問題的極值條件第四章一維搜索方法學(xué)時：8學(xué)時（講授6學(xué)時，上機(jī)2學(xué)時）本章講授要點：了解一維搜索的思想、掌握初始區(qū)間確定的進(jìn)退法，熟練掌握黃金分割法和二次插值法。重點：黃金分割法。難點：二次插值法。第一節(jié)：概述第二節(jié)：搜索區(qū)間的確定與區(qū)間消去法原理第三節(jié)：一維搜索的試探方法第四節(jié)：一維搜索的插值方法習(xí)題：結(jié)合所講的計算方法，選一例題編寫其計算程序。第五章無約束優(yōu)化方法學(xué)時：8學(xué)時（講授6學(xué)時，上機(jī)2學(xué)時）本章講授要點：明確直接法的求優(yōu)思想，掌握坐標(biāo)輪換法、鮑威爾（Powell）法；明解間接法的求優(yōu)思想，了解梯度法、牛頓法、DFP變尺度法重點：直接法難點：DFP變尺度法第一節(jié)：概述第二節(jié)：最速下降法第三節(jié)：牛頓型方法第四節(jié)：共軛方向及共軛方向法第五節(jié)：共軛梯度法第六節(jié)：變尺度法第七節(jié)：坐標(biāo)輪換法第八節(jié)：鮑威爾方法第九節(jié)：單形替換法習(xí)題：結(jié)合算法，選幾道例題，編程實現(xiàn)算法。第六章約束優(yōu)化方法學(xué)時：8學(xué)時（講授6學(xué)時，上機(jī)2學(xué)時）本章講授要點：明確直接解法的求優(yōu)思想，掌握復(fù)合形法；明確間接解法的求優(yōu)思想，掌握內(nèi)點法外點法，了解混合懲罰函數(shù)法重點：復(fù)合形法難點：懲罰函數(shù)法第一節(jié)：概述第二節(jié)：隨機(jī)方向法第三節(jié)：復(fù)合形法第四節(jié)：可行方向法第五節(jié)：懲罰函數(shù)法第六節(jié)：增廣乘子法習(xí)題：結(jié)合算法，選1-2例題，編程實現(xiàn)算法。第七章線性規(guī)劃學(xué)時：4學(xué)時（講授4學(xué)時）本章講授要點：明確線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式與基本性質(zhì)，掌握基本可行解的轉(zhuǎn)換和單純形方法重點：基本可行解的轉(zhuǎn)換和單純形方法難點：單純形方法第一節(jié)：線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式與基本性質(zhì)第二節(jié)：基本可行解的轉(zhuǎn)換第三節(jié)：單純形方法第四節(jié)：單純形法應(yīng)用舉例第八章機(jī)械優(yōu)化設(shè)計實例學(xué)時：8學(xué)時（講授2學(xué)時，上機(jī)2學(xué)時）本章講授要點：通過機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、圓柱齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計及平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計等實例，進(jìn)一步明確并掌握機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的一般過程重點：設(shè)計實例的建模難點：分析實例的建模過程第一節(jié)：應(yīng)用技巧第二節(jié)：機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計第三節(jié)：圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計第四節(jié)：平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計習(xí)題：選取-2道實例編程實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計本課程對學(xué)生自學(xué)的要求：要求學(xué)生在各章學(xué)習(xí)前預(yù)習(xí)，學(xué)習(xí)中要多分析課堂所講例題，盡可能地編程并上機(jī)調(diào)試，以提高編程動手能力，同時也可加深對所學(xué)內(nèi)容的理解。課時數(shù)分配表：章號內(nèi)容學(xué)時講課上機(jī)小計1緒論112優(yōu)化設(shè)計概述333優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)664一維搜索方法6285無約束優(yōu)化方法6286約束優(yōu)化方法6287線性規(guī)劃448機(jī)械優(yōu)化設(shè)計實例628考試22合計40848考核方式與要求：平時上機(jī)成績占30-40%，期末考試占60-70%。推薦教材與參考書目：孫靖民主編《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》機(jī)械工業(yè)出版社1998劉惟信主編孟兆明主編《機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計》清華大學(xué)出版社1994《機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計技術(shù)》化學(xué)工業(yè)出版社2002精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》實驗大綱一、總則本大綱的適用范圍本大綱相關(guān)的課程名稱及課程屬性本實驗大綱屬《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》課程上機(jī)練習(xí)實驗。《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》是為高年級設(shè)置的專業(yè)課，可供機(jī)械類或近機(jī)類專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)。本大綱的適用范圍機(jī)械類或近機(jī)類專業(yè)本科生，配合《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計》課程的教學(xué)。實驗總時數(shù)全部實驗為上機(jī)練習(xí)，共計8學(xué)時。本大綱的實驗?zāi)康暮鸵蟆稒C(jī)械優(yōu)化設(shè)計》主要是運用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的基本理論建模，通過計算機(jī)編程進(jìn)行尋優(yōu)，所以在課堂內(nèi)教授了理論知識及建模方法后，必須通過上機(jī)編制和調(diào)試優(yōu)化運算程序來檢驗優(yōu)化結(jié)果。為此本實驗要求學(xué)生上機(jī)編制和調(diào)試一些優(yōu)化方法的運算程序，一方面可以加深對課堂所學(xué)優(yōu)化方法的理解，另一方面通過運算程序的編制和調(diào)試也可掌握優(yōu)化的過程。本實驗課程的重點和內(nèi)容一維搜索方法無約束優(yōu)化方法約束優(yōu)化方法機(jī)械優(yōu)化設(shè)計實例本大綱所需實驗設(shè)備計算機(jī)二、實驗項目及學(xué)時安排1.實驗項目一一維搜索方法實驗類型驗證性實驗實驗開設(shè)屬性必開實驗學(xué)時數(shù)2實驗?zāi)康恼莆找痪S搜索方法的原理及運算方法。實驗要求運用一維搜索的方法編制一運算程序2.實驗項目二無約束優(yōu)化方法1)實驗類型驗證性實驗2)實驗開設(shè)屬性必開實驗學(xué)時數(shù)2實驗?zāi)康恼莆諢o約束優(yōu)化方法的原理及運算方法。實驗要求運用無約束優(yōu)化方法編制一運算程序。3.實驗項目三約束優(yōu)化方法1)實驗類型驗證性實驗2