《机械设计制造及其自动化专业优化设计》课程教学大纲.docx

机械设计制造及其自动化专业优化设计课程教学大纲课程代码：ABJD0309课程中文名称:优化设计课程英文名称：C)Ptima1Design课程性质：选修课程学分数：2学分课程学时数：32学时授课对象：机械设计制造及自动化专业本课程的前导课程：高等数学，线性代数，计算机程序设计，工程力学，机械原理，机械设计一、课程简介机械优化设计是在电子计算机广泛应用的基础上发展起来的一门先进技术。它是根据最优化原理和方法，以电子计算机为计算工具，寻求最优设计参数的一种现代设计方法。该课程是在高年级设置的专业选修课。该课程的主要目的和任务在于培养学生：了解和基本掌握机械优化设计的基本知识扩大视野,并初步具有应用机械优化设计的基本理论和基本方法解决简单工程实际问题的素质C二、教学基本内容和要求第一章绪论(-)教学内容课程的性质、优化的含义；优化方法的发展与应用；机械优化设计的内容及目的；机械优化设计的一般过程；机械优化设计的基本概念和基本术语；优化设计的数学模型；优化问题的几何描述；优化设计的基本方法(-)基本要求明确本课程的研究对象、内容、性质、任务，明确优化的含义、机械优化设计的内容及目的；了解机械优化设计的一般过程(步骤)；熟悉设计变量、目标函数、设计约束的含义，掌握设计变量、目标函数、约束条件以及优化设计数学模型的一般形式,掌握可行域与非可行域、等值线(面)的概念及在优化方法中的重要意义；明确优化设计的基本方法一“数值迭代法”及优化原理的实质。(H)教学重点、难点建立优化设计的数学模型。第二章优化方法的数学基础（-）教学内容函数的梯度与二阶导数；无约束目标函数的极值点存在条件；函数的凸性与凸函数；目标函数的约束极值问题。（二）基本要求掌握函数的方向导数与梯度、函数的泰勒展开式与海塞矩阵的求解方法；理解凸集、凸函数与凸规划的概念与判别法；掌握无约束优化问题的极值条件；了解约束优化问题极值存在的条件，明确“库恩-塔克”条件的意义。（H）教学重点、难点函数的梯度与二阶导数；函数的泰勒展开式与海塞矩阵的求解方法。第三章一维优化方法（-）教学内容一维优化的基本思想；初始搜索区间的确定；黄金分割法，二次插值法。（二）基本要求明确一维优化的基本思想；掌握确定搜索区间的方法与区间消去法原理；掌握黄金分割法；二次插值法。（三）教学重点、难点一维优化的基本思想；搜索区间的方法与区间消去法。第四章无约束优化方法（一）教学内容最速下降法、牛顿型方法；共拆方向法、共匏梯度法；坐标轮换法、鲍威尔（PoweII）法。（二）基本要求明确直接法的求优思想，掌握坐标轮换法、鲍威尔（PoweII）法；明确间接法的求优思想，了解梯度法、牛顿法。（三）教学重点、难点最速下降法；共匏梯度法；鲍威尔（PoWeII）法。第五章有约束优化方法（-）教学内容随机方向法、复合形法；可行方向法、惩罚函数法（二）基本要求了解约束优化设计的基本思想；明确直接解法的求优思想，掌握复合形法；明确间接解法的求优思想，掌握内点法（H）教学重点、难点约束优化设计的基本思想；复合形法；惩罚函数法。第六章机械优化设计实例(-)教学内容齿轮传动或平面连杆机构(或其它方面的)优化设计举例；MAT1AB优化工具箱介绍。(-)基本要求掌握MAT1AB优化工具箱常用的优化函数的使用；理解机械优化设计的一般步骤，建立优化数学模型的原则；通过实例分析，进一步明确并掌握机械优化设计的一般过程。(H)教学重点、难点机械优化设计数学模型的建立；MAT1AB优化工具箱三、实验教学内容及基本要求序号实验项目(上机)学时备注1第三章上机实验一-黄金分割法、二次插值法2二选一2第四章上机实验一轮换法、鲍威尔法最速下降法、牛顿型方法、坐标2四选一3第五章上机实验一一惩罚函数法24第六章上机实验一机械优化设计实例2自选题目合计8四、教学方法与手段本课程以课堂教学为主，配以适当的上机编程练习。课堂教学采用板书教学。五、教学学时分配章节与内容课时作业量备注第一章绪论2第二章优化方法的数学基础42-4第三章一维优化方法624第四章无约束优化方法636第五章约束优化方法424第六章机械优化设计实例224合计24六、考核方式与成绩评定标准1、考核方法：考查2、成绩评定：总评成绩=大作业60%+平时考核20%+上机实验2（M七、教学参考资源1、参考书目：（1）孙靖民主编，机械优化设计（第4版），机械工业出版社，2011年6月（2）陈秀宁主编，机械优化设计（第2版），浙江大学出版社，2010年3月（3）王国强等编著机械优化设计基础，机械工业出版社，2009年2、与课程相关主要网站