機(jī)械優(yōu)化設(shè)計Mechanicaloptimizationdesign【學(xué)分】2

【學(xué)時】32

【性質(zhì)】專業(yè)選修課

【實驗】0（一）授課對象四年制本科機(jī)械類各專業(yè)（機(jī)械設(shè)計制造及其自動化、材料成型、控制工程等）及其它相關(guān)專業(yè)。（二）課程的性質(zhì)和地位機(jī)械優(yōu)化設(shè)計是機(jī)械類各專業(yè)的一門專業(yè)選修課，其目的是使學(xué)生在機(jī)械設(shè)計中樹立優(yōu)化設(shè)計的思想，掌握機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的基本概念和方法，獲得解決機(jī)械優(yōu)化設(shè)計問題的初步能力，其先修課程有高等數(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)等。（三）課程的教學(xué)目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)學(xué)生應(yīng)達(dá)到如下教學(xué)目標(biāo)：1．樹立優(yōu)化設(shè)計的思想，理論聯(lián)系實際，具有創(chuàng)新設(shè)計的能力；2．掌握機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的思想、方法和規(guī)律。在學(xué)習(xí)優(yōu)化設(shè)計基本理論的基礎(chǔ)上，應(yīng)具備數(shù)學(xué)模型的建立、優(yōu)化方法的選擇、軟件使用、優(yōu)化結(jié)果分析等方面的能力；3．正確的運用已經(jīng)學(xué)過的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識，能夠初步解決其它領(lǐng)域的最優(yōu)化問題；4．正確掌握本領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)、新原理和新方法，初步具備進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化與綜合研究的能力。（四）課程相關(guān)能力培養(yǎng)1．掌握該課程的基本理論和基本知識，并能運用解決復(fù)雜工程問題（G1）；2．能夠應(yīng)用該課程的基本原理，識別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論（G2）；3．能夠設(shè)計針對復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素（G3）。（五）教學(xué)內(nèi)容1．優(yōu)化設(shè)計概述（G1）機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的含義；優(yōu)化設(shè)計在機(jī)械設(shè)計中的作用；機(jī)械優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展概況。重點：優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型與基本解法。2．優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（G1，G2）多元函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度。多元函數(shù)的泰勒展開；無約束優(yōu)化問題的極值條件；凸集、凸函數(shù)與凸規(guī)劃。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。重點：等式約束問題的極值條件和不等式約束優(yōu)化問題的極值條件。難點：不等式約束優(yōu)化問題的極值條件。3．一維搜索方法（G1，G2）搜索區(qū)間的確定與區(qū)間消去法原理；一維搜索的試探方法；一維搜索的插值方法。重點：利用解析解法時的求導(dǎo)計算。難點：利用解析解法時的求導(dǎo)計算。4．無約束優(yōu)化方法（G1，G2）最速下降法；牛頓型方法；共軛方向及共軛方向法；共軛梯度法；變尺度法；坐標(biāo)輪換法；鮑威爾法。重點：最速下降法；共軛方向法；變尺度法。難點：搜索方向的構(gòu)成問題。5．約束優(yōu)化方法（G1，G2）隨機(jī)方向法；復(fù)合形法；可行方向法；懲罰函數(shù)法。重點：懲罰函數(shù)法。難點：利用間接解法時加權(quán)因子的選擇。6．機(jī)械優(yōu)化設(shè)計實例（G1，G2，G3）機(jī)械優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用技巧；機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計；月生產(chǎn)計劃的最優(yōu)安排等。重點：如何建立優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。（六）教學(xué)實踐環(huán)節(jié)安排無。（七）教學(xué)方式與習(xí)題要求以教師講授為主，并通過大量的上機(jī)操作和實踐，理論聯(lián)系實際，由淺入深。為達(dá)到基本要求，在教學(xué)中應(yīng)適當(dāng)安排習(xí)題課與課堂討論。（八）考核辦法按上課出勤率，平時作業(yè)，期末課堂測試三種形式對學(xué)生進(jìn)行考核，學(xué)生的最終成績以五級制記分，評定分為優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五個等級。具體評定標(biāo)準(zhǔn)如下：優(yōu)秀：出勤率95%以上，平時作業(yè)都按時完成且正確率在95%以上，期末課堂測試分?jǐn)?shù)在95分以上；良好：出勤率90%以上，平時作業(yè)都按時完成且正確率在85%以上，期末課堂測試分?jǐn)?shù)在85分以上；中等：出勤率85%以上，平時作業(yè)不能按時完成次數(shù)不能超過1次，且正確率在75%以上，期末課堂測試分?jǐn)?shù)在75分以上；及格：出勤率80%以上，平時作業(yè)不能按時完成次數(shù)不能超過3次，且正確率在65%以上，期末課堂測試分?jǐn)?shù)在65分以上；不及格：若不能滿足上述等級的要求，則評定為不及格。（九）推薦教材或講義及主要參考書1．孫靖民主編：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計（第3版），機(jī)械工業(yè)出版社，2002年；2．高健主編：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ)，科學(xué)出版社，2000年；3．陳立周主編：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計方法，冶金工業(yè)出版社，1997年。（十）學(xué)時分配序號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時分配其中講授實