優(yōu)化設(shè)計課程大綱新

1、機械優(yōu)化設(shè)計課程教學(xué)大綱制定人：教學(xué)團隊審核人：* * *開課學(xué)院審核人：*課程名稱：機械優(yōu)化設(shè)計/ Optimization Methods for Machine Design課程代碼：011113適用層次（本/專科）：本科學(xué)時：32學(xué)分：2講課學(xué)時：24上機/實驗等學(xué)時：6 ，考核：2 考核方式：考查先修課程：線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)、材料力學(xué)、C語言適用專業(yè)：機械工程及其自動化等教材：孫靖民.機械優(yōu)化設(shè)計.機械工業(yè)出版社.2006.主要參考書：1. 葉元烈.機械優(yōu)化理論與設(shè)計.中國計量出版社.20012. 陳立周.機械優(yōu)化設(shè)計方法.冶金工業(yè)出版社.2009本課程在課程體系中的定位本課程是為機

2、械工程自動化專業(yè)的一門選修課。其任務(wù)是使學(xué)生初步掌握優(yōu)化設(shè)計的一些基本理論和方法，并嘗試解決機械設(shè)計中的實際問題。教學(xué)目標1. 培養(yǎng)學(xué)生從全局的角度，思考問題、解決工程實際問題的意識。2. 培養(yǎng)學(xué)生從復(fù)雜多變的客觀實際中，抽取有效信息，建立數(shù)學(xué)模型的能力。3. 培養(yǎng)學(xué)生利用數(shù)學(xué)模型進行定量分析與參數(shù)優(yōu)選的素質(zhì)。三、教學(xué)效果通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可具備：1. 從全局的角度，思考問題、解決工程實際問題的意識。2. 從復(fù)雜多變的機械、 機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，明確設(shè)計追求的目標、確定設(shè)計變量、提煉系統(tǒng)約束條件，建立恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型的能力。3. 掌握數(shù)學(xué)模型基本的求解方法。4. 熟練運用C Matlab等軟件，

3、編寫程序，求解數(shù)學(xué)模型的能力。5. 將模型求解結(jié)果還原至實際問題，并進行正確判斷與科學(xué)決策的素質(zhì)。6. 結(jié)合實際問題，修正與改進既有模型的能力。四、教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)效果對照表'、一、教學(xué)效果效果1效果2效果3效果4效果5效果6教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計總論V維優(yōu)化方法VVVVVV無約朿優(yōu)化方 法VVVVVV約束優(yōu)化設(shè)計VVVVVV機械優(yōu)化設(shè)計 實例VVVVVV五、教學(xué)內(nèi)容和基本要求第一章優(yōu)化設(shè)計總論教學(xué)內(nèi)容：1優(yōu)化設(shè)計在工程設(shè)計的作用2優(yōu)化設(shè)計的應(yīng)用實例3優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型4優(yōu)化設(shè)計問題的幾何描述5優(yōu)化設(shè)計的基本解法教學(xué)要求：1明確什么是優(yōu)化設(shè)計？優(yōu)化設(shè)計在工程設(shè)計中的作用。2什么是優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)

4、模型？數(shù)學(xué)模型包含哪些內(nèi)容？3理解優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型解的幾何意義。重點難點：本章的重點是優(yōu)化設(shè)計中數(shù)學(xué)模型的問題、也是本課程的核心。本章的難點是優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型解的幾何意義，尤其是多維空間求優(yōu)的幾何描述較抽象。第二章一維優(yōu)化方法 教學(xué)內(nèi)容：1函數(shù)的單峰值區(qū)間及確定2維搜索的基本思想3黃金分割法4二次揷入法教學(xué)要求：1. 掌握一維目標函數(shù)的求優(yōu)問題為多維目標函數(shù)的優(yōu)化打下基礎(chǔ)重點難點：本章的重點是優(yōu)化區(qū)間的確定及一維的優(yōu)化方法的基本思想，難點是二次插入法。第三章無約朿優(yōu)化方法 教學(xué)內(nèi)容1坐標輪換法2. Powell 法3梯度法4牛頓法5.DFP變尺度法教學(xué)要求：1. 掌握幾種典型的無約朿優(yōu)化方法為

5、學(xué)習(xí)約朿優(yōu)化方法打好基礎(chǔ)重點難點：本章重點是鮑威爾法、尤其重點掌握鮑威爾修正算法，本章難點是DFP變尺度法。第四章 約束優(yōu)化設(shè)計教學(xué)內(nèi)容：1. 約束最優(yōu)解及其一階必要條件2. 約束坐標輪換法3. 隨機方向法4. 復(fù)合形法5. 懲罰函數(shù)法教學(xué)要求：1. 掌握幾種常用的直接優(yōu)化方法2. 掌握懲罰函數(shù)法學(xué)會用 Kuhn-Tucker 條件判斷迭代點是否為全局最優(yōu)解重點難點：本章重點是復(fù)合形法、外點懲罰函數(shù)法，難點是Kuhn-Tucker 條件第五章 機械優(yōu)化設(shè)計實例教學(xué)內(nèi)容：1. 如何選擇設(shè)計變量2. 如何正確建立優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù)3. 如何合理地確定約束條件4. 數(shù)學(xué)模型的尺度變換5. 連桿機構(gòu)優(yōu)

6、化設(shè)計題目要求及分析講解教學(xué)要求：通過解決一個簡單的機械優(yōu)化設(shè)計問題使學(xué)生全面了解機械優(yōu)化設(shè)計的全過程，初步掌握建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型、選擇優(yōu)化方法、編制源程序、對上機運算結(jié)果進行分析的方法。重點難點：本章重點是學(xué)會如何根據(jù)具體的機械設(shè)計問題建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，本章的難點是如何正確選擇優(yōu)化方法。六、實驗（習(xí)題、上機等）內(nèi)容和基本要求七、本課程除課堂講授外，主要采取實用案例訓(xùn)練、上機編程調(diào)試輔助教學(xué)形式。1. 實用案例訓(xùn)練教師根據(jù)學(xué)生專業(yè)特點， 選用若干綜合性的工程實際問題， 在課堂內(nèi)通過互動討論 和教師要點講解的方法，訓(xùn)練學(xué)生的建模能力。2. 上機上機課的內(nèi)容主要是編程軟件求解數(shù)學(xué)模型的方法， 要求學(xué)生會用 C 語言、 Matlab 或優(yōu)化設(shè)計工具包求解。八、課時分配課程內(nèi)容講課實驗習(xí)題課 討論課課程設(shè)計上機小計優(yōu)化設(shè)計總論44一維優(yōu)化方法42