機械優化設計

(MechanicalOptimizationDesign)

課程代碼：03410019

學分：2

學時：32（其中：課堂教學學時：28實驗學時：0上機學時：4課程實踐學時）

先修課程：高等數學、機械原理及設計、材料力學、計算機程序語言（C,Basic等）

適用專業：機械類專業、近機械類專業

教材：《機械優化設計》（第5版），孫靖民，梁迎春，機械工業出版社，2007.7

開課學院：機械工程學院

課程網站：無

一、課程性質與課程目標

（一）課程性質（需說明課程對人才培養方面的貢獻）

《機械優化設計》是高等學校機械類、近機械類專業本科生的一門技術基礎選修課程。該課程

是在電了?計算機廣泛應用的基礎上發展起來的一門先進技術。它是根據最優化原理和方法，以電子

計算機為計算工具，尋求最優設計參數的一種現代設計方法。通過本課程的學習，培養學生建立反

映工程設計問題和符合數學規劃要求的數學模型的能力，和使用數值計算技術編制計算機程序求解

最優設計方案的能力。了解最優化技術在機械設計領域的移植和應用，培養學生的“創新意識、工

程意識和效益意識”，使其具備機械設計的理論，方法和標準規范的基本思想和知識，具備分析復:雜

工程問題的能力，為將來從事專業生產技術工作奠定理論基礎。

（二）課程目標

I.通過授課、計算機編程等教學環節，使學生了解優化設計的基本思想，優化設計在機械中的

作用；

2.初步掌握建立數學模型的方法，掌握優化方法，并具有將一定的機械工程問題轉化為最優化

問題并求解的應用能力；

二、課程內容與教學要求

第一章緒論

（-）課程內容

（1）課程的性質、優化的含義；優化方法的發展與應用；機械優化設計的內容及目的；機械優

化設計的一般過程。

（2）機械優化設計的基本概念和基本術語；優化設計的數學模型；優化問題的幾何描述；優化

設計的基本方法。

（二）教學要求

（I）明確本課程的研究對象、內容、性質、任務，明確優化的含義、機械優化設計的內容及目

的。

（2）了解機械優化設計的?般過程（步驟）。

（3）掌握設計變量、目標函數、約束條件以及優化設計數學模型的一般形式。

（三）重點與難點

優化設計的數學模型、優化問題的幾何描述。

第二章優化設計的數學基礎

（一）課程內容

（1）多元函數的方向導數與梯度。

（2）多元函數的泰勒展開。

（3）無約束優化問題的極值條件。

（4）凸集、凸函數與凸規劃。

（5）等式約束優化問題的極值條件。

（6）不等式約束優化問題的極值條件。

（二）教學要求

（1）掌握一些機械優化設計相關的一些數學知識：函數的方向導數與梯度、函數的泰勒展開式

與海塞矩陣的求解方法。

（2）理解凸集、凸函數與凸規劃的概念。

（3）理解優化問題的數值迭代法；無約束優化問題的極值條件；約束優化問題的極值條件。

（三）重點與難點

（1）無約束目標函數的極值點存在條件。

（2）目標函數的約束極值問題。

第三章一維優化方法

（一）課程內容

（1）一維優化的基本思想；初始搜索區間的確定。

（2）一維搜索的試探方法。

（3）一維搜索的插值方法。

（二）教學要求

（1）了解一維優化的基本思想。

（2）掌握確定搜索區間的方法與區間消去法原理。

（3）掌握黃金分割法；二次插值法構。

（三）重點與難點

（1）一維優化的基本思想。

（2）初始搜索區間的確定。

第四章無約束優化方法

（一）課程內容

（1）最速下降法、牛頓型方法。

（2）共規方向法、共姬梯度法、DFP變尺度法。

（3）坐標輪換法、鮑威爾（Powell）法。

（二）教學要求

（1）掌握最速下降法、牛頓型方法。

（2）了解共規方向法、共挽梯度法、變尺度法。

（3）掌握坐標輪換法、鮑威爾法。

（三）重點與難點

鮑威爾（Powell）法和DFP變尺度法。

第五章線性規劃

（一）課程內容

（1）線性規劃的標準形式與基本性質。

（2）基本可行解的轉換。

（3）單純形法及其應用。

（二）教學要求

（1）了解線性規劃的基本知識。

（2）掌握單純形法求解線性規劃問題。

（二）重點與難點

單純性法的原理及應用。

第六章約束優化方法

（一）課程內容

（1）隨機方向法、復合形法。

（2）可行方向法、懲罰函數法。

（二）教學要求

四、學時分配及教學方法

章

教學形式及學時分配

（按序填寫）

主要教學方法支撐的課程目標

課堂實上課程小

教學驗機實踐計

第一章22講授法目標1

第二章44講授法目標1、2

第三章426講授法目標1、2

第四章628講授法目標1、2

第五章44講授法目標1、2

第六章66講授法目標1、2

第七章22講授法、討論法目標1、2

合計28432

注：1.課程實踐學時按相關專業培養計劃列入表格;

2.主要教學方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學方法（基于問題、項目、案例等教

學方法）等。

五、課程考核

考核形式考核要求考核權重支持的課程目標

平時成績上課出勤率情況，課堂表現30%目標1

上機成績利用計算機語言編程優化設計方法10%目標2

閉卷筆試，題型包括填空題、簡答題、分

期末考試60%目標2

析計算綜合題

注：1.分學期設置和考核的課程應按學期分別填寫上表c

2.考核形式主要包括課堂表現、平時作業、階段測試、期中考試、期末考試、大作業、小

論文、項目設計和作品等。

3.考核要求包括作業次數、考試方式（開卷、閉卷〕、項目設計要求等。

4.考核權重指該考核方式或途徑在總成績中所占比重。

六、課程目標達成度評價

實際評測結果對應

課程目標對應考核形式達成度

(學生達到的平均水平)總分

達成度二實際

課程目標1平時成績平時成績x30%30測評結果平均

分/對應總分

達成度=實際

上機成績xl0%+期末成績

課程目標2上機成績、期末考試70測評結果平均

x60%

分/對應總分

七、參考書目及學習資料

1.《機械優化設計基礎》，高健主編，科學出版社，2G(X)

2.《機械優化設計方法》，陳立周主編，冶金工業出版社，1997。

3.《機械最優化設計》，劉惟信主編，清華大學出版社，1986。

八、大綱說明

1.采用多媒體教學手段，保證講課進度的同時注意學生的掌握程度和課堂的氣氛;

2.本課程有3個上機實驗，具體上機項目見大綱中上機部分