機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)大綱

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)

(MechanicalOptimizationDesign)

課程代碼：03410019

學(xué)分：2

學(xué)時(shí)：32（其中：課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：28實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0上機(jī)學(xué)時(shí)：4課程實(shí)踐學(xué)時(shí)）

先修課程：高等數(shù)學(xué)、機(jī)械原理及設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言（C,Basic等）

適用專業(yè)：機(jī)械類專業(yè)、近機(jī)械類專業(yè)

教材：《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》（第5版），孫靖民，梁迎春，機(jī)械工業(yè)出版社，2007.7

開課學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院

課程網(wǎng)站：無(wú)

一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)

（一）課程性質(zhì)（需說(shuō)明課程對(duì)人才培養(yǎng)方面的貢獻(xiàn)）

《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》是高等學(xué)校機(jī)械類、近機(jī)械類專業(yè)本科生的一門技術(shù)基礎(chǔ)選修課程。該課程

是在電了?計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(jì)算機(jī)為計(jì)算工具，尋求最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生建立反

映工程設(shè)計(jì)問(wèn)題和符合數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的數(shù)學(xué)模型的能力，和使用數(shù)值計(jì)算技術(shù)編制計(jì)算機(jī)程序求解

最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的能力。了解最優(yōu)化技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的移植和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的“創(chuàng)新意識(shí)、工

程意識(shí)和效益意識(shí)”，使其具備機(jī)械設(shè)計(jì)的理論，方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基本思想和知識(shí)，具備分析復(fù):雜

工程問(wèn)題的能力，為將來(lái)從事專業(yè)生產(chǎn)技術(shù)工作奠定理論基礎(chǔ)。

（二）課程目標(biāo)

I.通過(guò)授課、計(jì)算機(jī)編程等教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本思想，優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械中的

作用；

2.初步掌握建立數(shù)學(xué)模型的方法，掌握優(yōu)化方法，并具有將一定的機(jī)械工程問(wèn)題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化

問(wèn)題并求解的應(yīng)用能力；

二、課程內(nèi)容與教學(xué)要求

第一章緒論

（-）課程內(nèi)容

（1）課程的性質(zhì)、優(yōu)化的含義；優(yōu)化方法的發(fā)展與應(yīng)用；機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目的；機(jī)械優(yōu)

化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程。

（2）機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和基本術(shù)語(yǔ)；優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型；優(yōu)化問(wèn)題的幾何描述；優(yōu)化

設(shè)計(jì)的基本方法。

（二）教學(xué)要求

（I）明確本課程的研究對(duì)象、內(nèi)容、性質(zhì)、任務(wù)，明確優(yōu)化的含義、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容及目

的。

（2）了解機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的?般過(guò)程（步驟）。

（3）掌握設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件以及優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的一般形式。

（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)

優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化問(wèn)題的幾何描述。

第二章優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

（一）課程內(nèi)容

（1）多元函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度。

（2）多元函數(shù)的泰勒展開。

（3）無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題的極值條件。

（4）凸集、凸函數(shù)與凸規(guī)劃。

（5）等式約束優(yōu)化問(wèn)題的極值條件。

（6）不等式約束優(yōu)化問(wèn)題的極值條件。

（二）教學(xué)要求

（1）掌握一些機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的一些數(shù)學(xué)知識(shí)：函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度、函數(shù)的泰勒展開式

與海塞矩陣的求解方法。

（2）理解凸集、凸函數(shù)與凸規(guī)劃的概念。

（3）理解優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)值迭代法；無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題的極值條件；約束優(yōu)化問(wèn)題的極值條件。

（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)

（1）無(wú)約束目標(biāo)函數(shù)的極值點(diǎn)存在條件。

（2）目標(biāo)函數(shù)的約束極值問(wèn)題。

第三章一維優(yōu)化方法

（一）課程內(nèi)容

（1）一維優(yōu)化的基本思想；初始搜索區(qū)間的確定。

（2）一維搜索的試探方法。

（3）一維搜索的插值方法。

（二）教學(xué)要求

（1）了解一維優(yōu)化的基本思想。

（2）掌握確定搜索區(qū)間的方法與區(qū)間消去法原理。

（3）掌握黃金分割法；二次插值法構(gòu)。

（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)

（1）一維優(yōu)化的基本思想。

（2）初始搜索區(qū)間的確定。

第四章無(wú)約束優(yōu)化方法

（一）課程內(nèi)容

（1）最速下降法、牛頓型方法。

（2）共規(guī)方向法、共姬梯度法、DFP變尺度法。

（3）坐標(biāo)輪換法、鮑威爾（Powell）法。

（二）教學(xué)要求

（1）掌握最速下降法、牛頓型方法。

（2）了解共規(guī)方向法、共挽梯度法、變尺度法。

（3）掌握坐標(biāo)輪換法、鮑威爾法。

（三）重點(diǎn)與難點(diǎn)

鮑威爾（Powell）法和DFP變尺度法。

第五章線性規(guī)劃

（一）課程內(nèi)容

（1）線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式與基本性質(zhì)。

（2）基本可行解的轉(zhuǎn)換。

（3）單純形法及其應(yīng)用。

（二）教學(xué)要求

（1）了解線性規(guī)劃的基本知識(shí)。

（2）掌握單純形法求解線性規(guī)劃問(wèn)題。

（二）重點(diǎn)與難點(diǎn)

單純性法的原理及應(yīng)用。

第六章約束優(yōu)化方法

（一）課程內(nèi)容

（1）隨機(jī)方向法、復(fù)合形法。

（2）可行方向法、懲罰函數(shù)法。

（二）教學(xué)要求

四、學(xué)時(shí)分配及教學(xué)方法

章

教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配

（按序填寫）

主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)

課堂實(shí)上課程小

教學(xué)驗(yàn)機(jī)實(shí)踐計(jì)

第一章22講授法目標(biāo)1

第二章44講授法目標(biāo)1、2

第三章426講授法目標(biāo)1、2

第四章628講授法目標(biāo)1、2

第五章44講授法目標(biāo)1、2

第六章66講授法目標(biāo)1、2

第七章22講授法、討論法目標(biāo)1、2

合計(jì)28432

注：1.課程實(shí)踐學(xué)時(shí)按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格;

2.主要教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問(wèn)題、項(xiàng)目、案例等教

學(xué)方法）等。

五、課程考核

考核形式考核要求考核權(quán)重支持的課程目標(biāo)

平時(shí)成績(jī)上課出勤率情況，課堂表現(xiàn)30%目標(biāo)1

上機(jī)成績(jī)利用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程優(yōu)化設(shè)計(jì)方法10%目標(biāo)2

閉卷筆試，題型包括填空題、簡(jiǎn)答題、分

期末考試60%目標(biāo)2

析計(jì)算綜合題

注：1.分學(xué)期設(shè)置和考核的課程應(yīng)按學(xué)期分別填寫上表c

2.考核形式主要包括課堂表現(xiàn)、平時(shí)作業(yè)、階段測(cè)試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小

論文、項(xiàng)目設(shè)計(jì)和作品等。

3.考核要求包括作業(yè)次數(shù)、考試方式（開卷、閉卷〕、項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求等。

4.考核權(quán)重指該考核方式或途徑在總成績(jī)中所占比重。

六、課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)

實(shí)際評(píng)測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)

課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)考核形式達(dá)成度

(學(xué)生達(dá)到的平均水平)總分

達(dá)成度二實(shí)際

課程目標(biāo)1平時(shí)成績(jī)平時(shí)成績(jī)x30%30測(cè)評(píng)結(jié)果平均

分/對(duì)應(yīng)總分

達(dá)成度=實(shí)際

上機(jī)成績(jī)xl0%+期末成績(jī)

課程目標(biāo)2上機(jī)成績(jī)、期末考試70測(cè)評(píng)結(jié)果平均

x60%

分/對(duì)應(yīng)總分

七、參考書目及學(xué)習(xí)資料

1.《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，高健主編，科學(xué)出版社，2G(X)

2.《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法》，陳立周主編，冶金工業(yè)出版社，1997。

3.《機(jī)械最優(yōu)化設(shè)計(jì)》，劉惟信主編，清華大學(xué)出版社，1986。

八、大綱說(shuō)明

1.采用多媒體教學(xué)手段，保證講課進(jìn)度的同時(shí)注意學(xué)生的掌握程度和課堂的氣氛;

2.本課程有3個(gè)上機(jī)實(shí)驗(yàn)，具體上機(jī)項(xiàng)目見大綱中上機(jī)部分