第一篇：《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程實(shí)踐報(bào)告
（課程實(shí)踐報(bào)告封面模版）
合肥工業(yè)大學(xué)
《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程實(shí)踐
研究報(bào)告
班 級(jí)： 機(jī)設(shè)10-04 學(xué) 號(hào)： 20100495 姓 名： 李健 授課老師： 王衛(wèi)榮 日 期： 2012年 月 日
目錄
一主要內(nèi)容
1、一維搜索程序作業(yè)
A.λ = 0.618的證明..........................................1 B.編寫(xiě)用0.618法求函數(shù)極小值的程序..........................2
2、單位矩陣程序作業(yè)............................................4
3、其他工程優(yōu)化問(wèn)題..................................9 4連桿機(jī)構(gòu)問(wèn)題.....................................12
二實(shí)踐心得體會(huì)...............................15
一: 主要內(nèi)容
1.一維搜索程序作業(yè)：
A.λ = 0.618的證明(y2 > y1)證明：0.618法要求插入點(diǎn)α
1、α2 的位置相對(duì)于區(qū)間 [a，b] 兩端點(diǎn)具有對(duì)稱(chēng)性，即
已知 a1=a2 , 要求α1=α2 由于α1=b-λ(b-a)α2=a+λ(b-a)12 若使α1=α2111222211則有：b-λ(b-a)=a+λ(b-a)= a1+λ(b-a)121因此: b-a1=(λ+λ)(b-a1)1
2(b-a1)(λ+λ-1)=0 1因?yàn)? b= a1 2所以: λ+λ-1=0 則有: 取方程正數(shù)解得
1若保留下來(lái)的區(qū)間為 [α1，b]，根據(jù)插入點(diǎn)的對(duì)稱(chēng)性，也能推得同樣的λ的值。其0.618法的程序框圖如下:
B.編寫(xiě)用0.618法求函數(shù)極小值的程序 例：（1）a=0，b=2π，f（x）=cox（x）（2）a=0，b=10，f（x）=（x-2）+3（1）
#include
int i;float a1,a2,aa,y1,y2,ymin,e;float a=0,b=2*3.14159,n=0.618;a1=b-n*(b-a);a2=a+n*(b-a);print(“輸入精度：”)； scanf（“%f”,&e）;for(i=0;i=10000;i=i++){
y1=cos(a1);y2=cos(a2);if(y1 a=a1;a1=a2;a2=a+n*(b-a);} If(y1 b=a2;a2=a1;a1=b-n*(b-a);} if(fabs(b-a)/b (2) #include int i;float a1,a2,aa,y1,y2,ymin,e;float a=0,b=10,n=0.618;a1=b-n*(b-a);a2=a+n*(b-a);print(“輸入精度：”)； scanf（“%f”,&e）;for(i=0;i=10000;i=i++){ y1=（a1-2）*（a1-2）+3;y2=（a2-2）*（a2-2）+3;if(y1>=y2){ a=a1;a1=a2;a2=a+n*(b-a);} If(y1 b=a2;a2=a1;a1=b-n*(b-a);} if(fabs(b-a)/b 2.單位矩陣程序作業(yè) 編寫(xiě)生成單位矩陣的程序 程序文本 #include int N,i,j;printf(“請(qǐng)輸入所要輸出矩陣的階數(shù)（最多100階）:”);scanf(“%d”,&N);printf(“輸出的矩陣階數(shù)為%dn”,N);printf(“ N ”);/*****制作表頭*****/ for(i=0;i printf(“%3d”,i+1);printf(“n”); for(i=0;i printf(“---”);/*****分割線*****/ printf(“n”); for(i=0;i<100;i++)/*****數(shù)組賦值*****/ for(j=0;j<100;j++) { if(i==j) a[i][j]=1; else a[i][j]=0; } for(i=0;i { printf(“%2d:”,i+1);/*****縱列序號(hào)*****/ for(j=0;j { printf(“%3d”,a[i][j]); } printf(“n”);} } 結(jié)果顯示 從鍵盤(pán)輸入9，顯示9階單位矩陣，結(jié)果如下 3.其他工程優(yōu)化問(wèn)題 有一箱形蓋板，已知長(zhǎng)度 L=600mm，寬度b=60mm，厚度ts=0.5mm 承受最大單位載荷 4q=60N/cm，設(shè)箱形蓋板的材料為鋁合金，其彈性模量E?7?10MPa，泊松比??0.3，許用彎曲應(yīng)力????70MPa，許用剪應(yīng)力????45MPa，要求在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性條件下，設(shè)計(jì)重量最輕的結(jié)構(gòu)方案。數(shù)學(xué)模型的建立： 1）設(shè)計(jì)變量：取結(jié)構(gòu)的翼板厚度tf 和高度h為設(shè)計(jì)變量，即 ?tf??x1?x?????? ?h??x2? 2）目標(biāo)函數(shù)：取結(jié)構(gòu)的總重量最輕為目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算公式為 f(x)?2?60t?2?0.5h?120x1?x2 3)約束條件： g1(x)?[?]?max[?]7g2(x)??1??x1x2?1?0?max45?7g3(x)?c?1??x13x2?1?0?max45g4(x)?1.512?1??x1x2?1?0fmax3211?1??x2?1?04g5(x)??x1?0g6(x)??x2?04）、根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束條件在Delphi程序壞境下編制程序如下： 5）、利用Delphi程序解決工程優(yōu)化問(wèn)題 使用復(fù)合形發(fā)尋找最優(yōu)點(diǎn)在Delphi程序下輸入所需參數(shù)值： 6）、根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束條件以及輸入的參數(shù)值使用Delphi程序進(jìn)行計(jì)算找到工程優(yōu)化問(wèn)題的優(yōu)化極值： 連桿機(jī)構(gòu)問(wèn)題描述 圖 3-1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 設(shè)計(jì)一曲柄連桿搖桿機(jī)構(gòu)，要求曲柄l1從l1從?m??0?90?時(shí)，搖桿l3的轉(zhuǎn)角最佳再現(xiàn)已知的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：?E??0?圍內(nèi)變化。 3.12 數(shù)學(xué)模型的建立 2(???0)2且l1=1，l4=5，?0為極位角，其傳動(dòng)角允許在45????135?范3?lx??x1x2???l2l3? 設(shè)計(jì)變量：這里有兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)l2和3。因此設(shè)計(jì)變量為 Tt目標(biāo)函數(shù)：將輸入角分成30等分，并用近似公式計(jì)算，可得目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式 f?x??????i??Ei???i??i?1?2i?130? 約束條件： GX(1)=-X(1)?0 GX(2)=-X(2)?0 GX(3)=-(X(1)+X(2))+6.0?0 GX(4)=-(X(2)+4.0)+X(1)?0 GX(5)=-(4.0+X(1))+X(2)?0 GX(6)=-(1.4142*X(1)*X(2)-X(1)**2-X(2)**2)-16.0?0 GX(7)=-(X(1)**2+X(2)**2+1.4142*X(1)*X(2))+36.0?0 3.13 程序編制 procedure ffx; var p0,q0,T,PI,QE,D,AL,BT,QI:real; K:integer; test:string;begin with form1.rand do begin NFX:=NFX+1; p0:=arccos((sqr(1.0+X[1])-sqr(X[2])+25.0)/(10.0*(1.0+X[1]))); q0:=arccos((sqr(1.0+X[1])-sqr(X[2])-25.0)/(10.0*X[2])); T:=90.0/30.0*(3.1415926/180.0); FX:=0.0; For K:=0 To 30 do; begin PI:=p0+K*T; QE:=Q0+2.0*sqr(PI-p0)*2/(3.0*3.1415926); D:=SQRT(26.0-10.0*COS(pI)); AL:=ArcCos((D*D+X[2]*X[2]-X[1]*X[1])/(2.0*D*X[2])); BT:=arccos((D*D+24.0)/(10.0*D));IF((PI>=0.0)AND(PI<3.1415926))THEN QI:=3.1415926-AL-BT ELSE QI:=3.1415926-AL+BT;IF((K<>0)OR(K<>30))THEN FX:=FX+sqr(QI-QE)*T ELSE FX:=FX+sqr(QI-QE)*T/2.0; end; end;end;procedure ggx;begin with form1.rand do begin GX[1]:=-X[1]; GX[2]:=-X[2];GX[3]:=-(X[1]+X[2])+6.0;GX[4]:=-(X[2]+4.0)+X[1];GX[5]:=-(X[1]+4.0)+X[2];GX[6]:=-(1.4142*X[1]*X[2]-X[1]*X[1]-X[2]*X[2])-16.0;GX[7]:=-(X[1]*X[1]+X[2]*X[2]+1.4142*X[1]*X[2])+36.0; end;end;3.14使用Delphi程序驗(yàn)證連桿機(jī)構(gòu)問(wèn)題 方法：隨機(jī)方向法。Delphi程序的使用： 3.15驗(yàn)證結(jié)果顯示 二:實(shí)踐心得體會(huì) 總的看來(lái),機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)代化要求發(fā)展起來(lái)的,是一門(mén)嶄新的學(xué)科。它是在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上提出的一種更科學(xué)的設(shè)計(jì)方法,它可使機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量達(dá)到更高的要求。因此,在加強(qiáng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論研究的同時(shí),還要進(jìn)一步加強(qiáng)最優(yōu)設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的研究,以便在近代數(shù)學(xué)、力學(xué)和物理學(xué)的新成就基礎(chǔ)上,使其更能反映客觀實(shí)際。同時(shí)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究還必須與工程實(shí)踐、數(shù)學(xué)力學(xué)理論、計(jì)算技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用等緊密聯(lián)系起來(lái),才能具有更廣闊的發(fā)展前景。 作為21世紀(jì)的大學(xué)生，要使自己適應(yīng)社會(huì)需求，首先在做任何事之前都應(yīng)該有正確的態(tài)度看待問(wèn)題，把這些想法作為促使自己進(jìn)步的動(dòng)力，再去學(xué)習(xí)課本知識(shí)，效果應(yīng)該很不一樣，有了想法就付諸行動(dòng)，隨著對(duì)課本內(nèi)容的學(xué)習(xí)跟老師的講解，發(fā)現(xiàn)并不是像自己在學(xué)期初想的那樣困難，特別是在老師介紹了一些與機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)軟件后，真正體會(huì)到科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的強(qiáng)大跟簡(jiǎn)潔明了，與傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法相比較，大大提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。作為機(jī)械專(zhuān)業(yè)的一名學(xué)生，本課程，掌握最優(yōu)化問(wèn)題的基本解決方法，從多個(gè)可能的方案中選出最合適的、能實(shí)現(xiàn)預(yù)定最優(yōu)目標(biāo)的最優(yōu)方案有著很現(xiàn)實(shí)的意義，為今后的工程實(shí)際提供了良好的理論儲(chǔ)備。在學(xué)完課程之后，反思自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中的得失，深深體會(huì)到，不論在人生的哪個(gè)階段，都要對(duì)自己負(fù)責(zé)，做任何事都要耐心，細(xì)致，“千里之行，始于足下”，學(xué)會(huì)在物欲橫流的社會(huì)大潮中，堅(jiān)持踏踏實(shí)實(shí)走好人生的每一步。 《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程實(shí)踐 合肥工業(yè)大學(xué) 研究報(bào)告 班級(jí)：機(jī)設(shè)10-5 學(xué)號(hào)：20100523 姓名：吳亮宏 授課老師：王衛(wèi)榮 日期： 2012年5月7日 一維搜索程序作業(yè)(0.618法) a=2，b=6，d=0.00001 y=（x-4）*（x-4）-7 #include y[1]=(aa[1]-4)*(aa[1]-4)-7; y[2]=(aa[2]-4)*(aa[2]-4)-7; do{ if(y[1]>y[2]) { a=aa[1];aa[1]=aa[2];y[1]=y[2];aa[2]=a+c*(b-a); y[2]=(aa[2]-4)*(aa[2]-4)-7; } else { b=aa[2];aa[2]=aa[1];y[2]=y[1];aa[1]=b-c*(b-a); y[1]=(aa[2]-4)*(aa[2]-4)-7; } }while(fabs((b-a)/b)>d);aa[0]=(a+b)/2; y[0]=(aa[2]-4)*(aa[2]-4)-7;printf(“a*=%fn”,aa[0]);printf(“y=%fn”,y[0]); } 2、單位矩陣程序作業(yè) #include } scanf(“%d”,&n);for(i=0;i { if(i==j)p=1;else p=0;printf(“%2d”,p);if(j==n-1)printf(“n”); } 3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（約束隨機(jī)法） 課本P241例8-5 1程序文本 procedure ffx;//目標(biāo)函數(shù) var p0,q0,T,PI,QE,D,AL,BT,QI:real; K:integer;test:string;begin with form1.hfgd do begin NFX:=NFX+1; p0:=arccos((sqr(1.0+X[1])-sqr(X[2])+25.0)/(10.0*(1.0+X[1]))); //φ0 q0:=arccos((sqr(1.0+X[1])-sqr(X[2])-25.0)/(10.0*X[2])); //ψ0 T:=90.0/30.0*(3.1415926/180.0);//90度分30等分 FX:=0.0; For K:=0 To 30 do; //30次循環(huán)計(jì)算 begin PI:=p0+K*T;//φ曲柄轉(zhuǎn)角 QE:=Q0+2.0*sqr(PI-p0)*2/(3.0*3.1415926);//理想輸出角 D:=SQRT(26.0-10.0*COS(pI)); //輔助線長(zhǎng)度 AL:=ArcCos((D*D+X[2]*X[2]-X[1]*X[1])/(2.0*D*X[2]));//α角 BT:=arccos((D*D+24.0)/(10.0*D));//β角 IF((PI>=0.0)AND(PI<3.1415926))//ψ(i)實(shí)際輸出角 THEN QI:=3.1415926-AL-BT ELSE QI:=3.1415926-AL+BT;IF((K<>0)OR(K<>30))THEN FX:=FX+sqr(QI-QE)*T //理想輸出角與實(shí)際輸出角曲線包圍面積 ELSE FX:=FX+sqr(QI-QE)*T/2.0;end;end;end;procedure ggx;//約束函數(shù) begin with form1.hfgd do begin GX[1]:=-X[1];GX[2]:=-X[2];GX[3]:=-(X[1]+X[2])+6.0;//3,4,5為曲柄存在條件 GX[4]:=-(X[2]+4.0)+X[1];GX[5]:=-(X[1]+4.0)+X[2];GX[6]:=-(1.4142*X[1]*X[2]-X[1]*X[1]-X[2]*X[2])-16.0;//6,7為傳動(dòng)角條件 GX[7]:=-(X[1]*X[1]+X[2]*X[2]+1.4142*X[1]*X[2])+36.0;end;end;2輸入截圖 3結(jié)果 4工程實(shí)例 ：制造一體積為200 m3長(zhǎng)度不小于5m，不帶上蓋的箱盒，試確定箱盒的長(zhǎng)x1，寬x2，高x3，使箱盒用料最省。（1）、設(shè)計(jì)變量的選擇與目標(biāo)函數(shù)的建立 設(shè)計(jì)變量為箱盒的長(zhǎng)x1，寬x2，高x3 本設(shè)計(jì)要求箱盒用料最省，故以箱盒的表面積為目標(biāo)函數(shù) F（x）=x1x2+2(x2x3+x1x3)（2）、約束條件 根據(jù)體積要求----x1x2x3=200 根據(jù)體積要求----x1>5 x2>0 x3>0 g1（x）=-x1-5≤0 g2（x）=-x2≤0 g3（x）=-x3≤0 g4（x）=x1x2x3-200.001 g4（x）=199.999-x1x2x3 （3）、選擇方法 約束隨機(jī)法（4）、文本程序 procedure ffx;//目標(biāo)函數(shù) begin with form1.hfgd do begin fx:= x[1]*x[2]+2*(x[2]*x[3]+x[1]*x[3]);end;end;procedure ggx;//約束函數(shù) begin with form1.hfgd do begin gx[1]:=-x[1]+5;gx[2]:=-x[2];gx[3]:=-x[3];gx[4]:=x[1]*x[2]*x[3]-200.0001;gx[5]:=199.9999-x[1]*x[2]*x[3];end;end; {procedurehhx;begin with form1.hfgd do begin hx[1]:=x[1]*x[2]*x[3]-200;end;end; } End.輸入截圖 結(jié)果截圖 5心得體會(huì) 這次對(duì)機(jī)械優(yōu)化的學(xué)習(xí)，學(xué)生感受頗多。 通過(guò)上機(jī)實(shí)驗(yàn)，我深深的感覺(jué)到機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，它考驗(yàn)了我們的各種能力和素質(zhì)。首先我們要有一定的編程能力，這樣才能把我們所要表達(dá)的以程序的形式表達(dá)出來(lái)。例如以c語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)單位矩陣；其次就是對(duì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一些算法如懲罰函數(shù)法的了解，這樣才能選擇合適的算法去解決問(wèn)題，得出最優(yōu)解；另外這也是對(duì)我們的靈活運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法解決工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力的考驗(yàn)。 在剛剛開(kāi)始學(xué)習(xí)這門(mén)課程時(shí)，感覺(jué)這門(mén)課的數(shù)學(xué)味道好濃，感覺(jué)就是在講數(shù)學(xué)課。因?yàn)闆](méi)什么閱歷，這不清楚這門(mén)課程的應(yīng)用性。慢慢講道后面，特別是聽(tīng)過(guò)一些例題后，對(duì)于其在工程實(shí)際中的應(yīng)用才有些感受。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法比較粗放，依賴(lài)于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，往往考慮到安全性等一些原因，而不得不犧牲一些性能和經(jīng)濟(jì)性，這對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品是不利的。而優(yōu)化設(shè)計(jì)將程序化的思想引入了設(shè)計(jì)工程，借助于計(jì)算機(jī)的計(jì)算，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，不僅設(shè)計(jì)結(jié)果更優(yōu)，效率也更高。優(yōu)化設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，傳統(tǒng)的依賴(lài)設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法已不能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展了。努力學(xué)習(xí)這門(mén)課，對(duì)于我們以后的發(fā)展非常有用。 這是我第一次使用delphi語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序。由于自己在電腦方面的知識(shí)匱乏，所以用起來(lái)相當(dāng)吃力。在調(diào)試程序的過(guò)程中，不斷嘗試，再用懲罰函數(shù)法處理小盒問(wèn)題時(shí)，出現(xiàn)了四個(gè)錯(cuò)誤，但就是不知道怎么改，于是就慢慢試，最后發(fā)現(xiàn)是自己的輸入表達(dá)出了問(wèn)題。 通過(guò)這次計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，突然感覺(jué)其實(shí)程序是個(gè)挺好玩的東西。以前感覺(jué)語(yǔ)言啊，程序啊都是是一種很模糊的概念在我的腦海中，看到他們頭皮都發(fā)麻。所以昨晚剛剛開(kāi)始時(shí)感覺(jué)什么都不懂，無(wú)從下手，都不知道怎么打開(kāi)程序。程序真是一種神奇的東西吧，我想這也是我第一次體會(huì)到用程序的樂(lè)趣吧。當(dāng)你用排除一個(gè)個(gè)錯(cuò)誤后，最終程序順利運(yùn)行，得出了結(jié)果。那在喜不自禁的感覺(jué)真是讓人很舒服。我喜歡這種小小的成就感。 在這門(mén)課的學(xué)習(xí)中，我被老師深厚的學(xué)術(shù)功力和風(fēng)趣的教學(xué)方法所折服。本來(lái)覺(jué)得這門(mén)課挺枯燥的，可是在您的課堂上，卻歡聲不斷，這確實(shí)是老師的個(gè)人魅力。感學(xué)老師這些天來(lái)對(duì)我們的無(wú)私教誨，不僅教我們課本上的知識(shí)，還和我們交流您出國(guó)訪問(wèn)的心得，這擴(kuò)大了我的視野。還記得您在訪問(wèn)日本的報(bào)告中還做了一首小詩(shī)，雖然不記得詩(shī)句，可還是被老師的人文素養(yǎng)所打動(dòng)。在我們這些年輕人當(dāng)中，已經(jīng)很是見(jiàn)有人會(huì)作詩(shī)啦。作為一名工科學(xué)生，提高自己的人文素質(zhì)也是同樣重要的。這就是我在做完試驗(yàn)后的一些小小感想。謝謝王老師！ 吳亮宏 20100523 2013 7 《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》－課程教學(xué)大綱修訂 —、課程名稱(chēng) 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) Mechanical Optimize Design 二、學(xué)分、學(xué)時(shí) 2學(xué)分，32學(xué)時(shí) 三、預(yù)修課程 高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、數(shù)值分析、機(jī)械學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等。 四、適用學(xué)科領(lǐng)域 機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、森林工程、交通工程和控制理論與控制工程等。 五、課程主要內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及學(xué)時(shí)分配 （一）教學(xué)基本要求： 通過(guò)實(shí)用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的教學(xué)要使專(zhuān)業(yè)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)械中的作用及其發(fā)展概況。初步掌握建立數(shù)學(xué)模型的方法，熟練掌握優(yōu)化方法。并具備一定的將機(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）培養(yǎng)能力與素質(zhì)： 本門(mén)課程的教學(xué)目的和任務(wù)是：通過(guò)實(shí)用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的教學(xué)使學(xué)生掌握問(wèn)題轉(zhuǎn)化成最優(yōu)化問(wèn)題的方法。并且利用最優(yōu)化的方法編制計(jì)算機(jī)程序，用計(jì)算機(jī)自動(dòng)尋找 最佳的設(shè)計(jì)方案。機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。在有條件的情況下，應(yīng)在課余時(shí)間指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)操作，提高學(xué)生獨(dú)立工作的能力，掌握實(shí)例用于解決工程實(shí)際 問(wèn)題。 （三）主要內(nèi)容和重點(diǎn)、難點(diǎn) 本門(mén)課程的主要內(nèi)容包括：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本術(shù)語(yǔ)和數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和理論；無(wú)約束最優(yōu)化方法，約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的直接法，約束優(yōu)化設(shè)計(jì)人間接解法。 第一章機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本術(shù)語(yǔ)和數(shù)學(xué)模型 通過(guò)列舉一些實(shí)際的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型及用到的基本述評(píng)作一簡(jiǎn)要敘述。對(duì)主要名詞術(shù)語(yǔ)進(jìn)行定義和作必要的解釋。使學(xué)生了解模型的形式和分類(lèi)初步掌握數(shù)學(xué)模型建立的方法，了解設(shè)計(jì)的一般過(guò)程用其幾何解釋。1．1幾個(gè)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的示例 1．2機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本術(shù)語(yǔ) 1．3優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型及其分類(lèi) 1．4優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 1．5優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過(guò)程及其幾何解釋 第二章 優(yōu)化設(shè)計(jì)的某些概念和理論 在講述機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法之前,首先講述目標(biāo)函數(shù)、約束函數(shù)的基本性質(zhì)。目標(biāo)函數(shù)達(dá)到約束最控制的條件及迭代法求解的一般原理和收斂條件等。使得學(xué)生掌握和使用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 2．1 目標(biāo)函數(shù)與約束函數(shù)的某些基本性質(zhì) 2．2約束函數(shù)的集合及其性質(zhì) 2．3機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題最優(yōu)解及其極值條件 2．4機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)值解法及收斂條件 第三章機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中幾種常用的無(wú)約束最優(yōu)化方法 在工程實(shí)際中，盡管所有設(shè)計(jì)問(wèn)題幾乎都是有約束的。但約束優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為無(wú)約束問(wèn)題來(lái)求解。有些約束優(yōu)化方法，也可以借助于無(wú)約束優(yōu)化方法的策略思 想來(lái)構(gòu)造。因此，本章著重講授幾種常用的一維搜索的最優(yōu)化方法和多維的無(wú)約束最優(yōu)化方法。要求學(xué)生掌握一維搜索中的黃金分割法、二次插值多維搜索中的 POWELL法。3．1 一維搜索的最優(yōu)化方法 3．2 一維搜索的最優(yōu)化方法和POWELL法 3．3 其它多變量的無(wú)約束優(yōu)化方法 3．4 多變量無(wú)約束最優(yōu)化方法小結(jié) 第四章約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的直接解法 在己經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)無(wú)約束優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本上，本章主要講授約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的直接解法。要求學(xué)生掌握復(fù)合形法。4．1約束隨機(jī)方向搜索法 4．2約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的復(fù)合形法 4．3約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的直接搜索方法 第五章約束優(yōu)化設(shè)計(jì)的間接解法 本章著重講授約束優(yōu)化設(shè)計(jì)間接解法，要求學(xué)生掌握懲罰函數(shù)法 5.1 約束優(yōu)化設(shè)計(jì)間接解法的基本思想 5.2內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法 5.3外點(diǎn)懲罰函數(shù)法 5.4混合懲罰函數(shù)法 5.5約束優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題間接解法小結(jié) 第六章 實(shí)用機(jī)械的最優(yōu)化設(shè)計(jì) 6.1桿件及連桿機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì) 6.2凸輪機(jī)構(gòu)的最優(yōu)化設(shè)計(jì) 6.3彈簧的最優(yōu)化設(shè)計(jì) 6.4制動(dòng)器的最優(yōu)化設(shè)計(jì) 六、主要參考書(shū)目 孫靖民等主編．《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》．機(jī)械工業(yè)出版社 Ｒ.Ｌ?？怂怪稒C(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》．科學(xué)出版社 何獻(xiàn)忠，李萍等著．《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》北京理工大學(xué)出版社 《優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型》說(shuō)課稿 張華 我說(shuō)課的題目是：《優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型》。本章是中國(guó)石化出版社第一版《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法》第二章第二節(jié)的內(nèi)容。我主要從教材分析，教法設(shè)計(jì)，學(xué)法指導(dǎo)，教學(xué)設(shè)計(jì)四個(gè)方面進(jìn)行闡述。 一、教材分析：從以下三方面加以分析。 1、地位作用：本節(jié)主要講授建立優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的三要素：即目標(biāo)函數(shù)、設(shè)計(jì)變量和約束條件，建立優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，是進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題優(yōu)化設(shè)計(jì)首要環(huán)節(jié)，它為后續(xù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)算法和編程，以及得出準(zhǔn)確的優(yōu)化結(jié)果奠定良好的基礎(chǔ)。本小節(jié)是第二章的教學(xué)重點(diǎn)章節(jié)。 2、教學(xué)目標(biāo)： 根據(jù)大綱要求，結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，我將教學(xué)目標(biāo)定為知識(shí)目標(biāo)，能力目標(biāo)，情感目標(biāo)三個(gè)方面。 知識(shí)目標(biāo)： 1）理解優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題數(shù)學(xué)模型的組成。 2）掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題數(shù)學(xué)模型的建立方法。 能力目標(biāo)： 1）培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行抽象、概括、歸納優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的能力。 2）培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究、協(xié)作學(xué)習(xí)的能力。 情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生迎難而上克服困難的精神和正確認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的方法論。 3、學(xué)情分析 本門(mén)課的授課對(duì)象是普通本科機(jī)械電子工程專(zhuān)業(yè)大三學(xué)生，他們前續(xù)已經(jīng)學(xué)習(xí)了《高等數(shù)學(xué)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)械原理》、《現(xiàn)代工程圖學(xué)》、《三維軟件基礎(chǔ)》等課程，具有產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的基本思路和方法，但工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，概括和抽象能力有待提升。 4、重點(diǎn)與難點(diǎn) 由于工程優(yōu)化問(wèn)題的復(fù)雜難易程度有差異，所以其數(shù)學(xué)模型的建立也有難易，而建立其優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型是開(kāi)展后續(xù)優(yōu)化環(huán)節(jié)的首要步驟，數(shù)學(xué)模型建立是否準(zhǔn)確，直接決定了后續(xù)優(yōu)化結(jié)果的可靠性，所以它是本章的重點(diǎn)。而要使學(xué)生掌握優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立方法，需要學(xué)生有數(shù)學(xué)建模的基本理論，有工程問(wèn)題抽象思維的能力，而這對(duì)于機(jī)電專(zhuān)業(yè)普通本科生而言是有一定的難度的，所以把它定為教學(xué)難點(diǎn)。 二、教法設(shè)計(jì)： 主要采用演示法、啟發(fā)誘導(dǎo)法和研討法的教學(xué)方法，通過(guò)“動(dòng)畫(huà)演示、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境提出問(wèn)題、探究驗(yàn)證回答問(wèn)題、發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律、共同討論得出結(jié)論”等環(huán)節(jié)，體現(xiàn)“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”的教學(xué)原則。 教學(xué)手段：多媒體輔助教學(xué)。 三、學(xué)法指導(dǎo)： 1、“授人以魚(yú)，不如授人以漁”。通過(guò)教師創(chuàng)設(shè)形象生動(dòng)的教學(xué)氛圍，讓學(xué)生能主動(dòng)參與，積極探究,善于思考，協(xié)作學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力。 2、采用提取舊知－積極思維－實(shí)驗(yàn)探究－構(gòu)建新知－鞏固深化的學(xué)法。 四、教學(xué)設(shè)計(jì)：為更好地完成教學(xué)目標(biāo)，我將教學(xué)設(shè)計(jì)分為以下六個(gè)部分。 1、復(fù)習(xí)提問(wèn)： 減速器課程設(shè)計(jì)你所完成的題目是什么？是什么類(lèi)型的減速器？你所采用的傳動(dòng)方案是怎樣的？請(qǐng)大家回顧上學(xué)期所完成的機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)綜合設(shè)計(jì)并回答以上問(wèn)題。 雖然是上學(xué)期完成的綜合設(shè)計(jì)，但由于是集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生投入的時(shí)間盡力比較多，費(fèi)了很大勁，應(yīng)該留有很深刻的印象，通過(guò)回憶，學(xué)生應(yīng)該很容易進(jìn)入到以前課程設(shè)計(jì)的情境。 2、創(chuàng)設(shè)情境（課堂導(dǎo)入）： 透過(guò)回憶以前機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)綜合設(shè)計(jì)的情境，進(jìn)一步深入，啟發(fā)學(xué)生，他們所完成的設(shè)計(jì)過(guò)程是否基本是采用手工的方法完成的，計(jì)算工作量很大，圖紙繪制的難度也比較大，但是設(shè)計(jì)結(jié)果的可信性如何？是否是最佳的設(shè)計(jì)結(jié)果？你所設(shè)計(jì)的減速器是否體積做到了最小，最能節(jié)約原材料？這會(huì)引起學(xué)生的深思。 在前面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，采用這種形象生動(dòng)的導(dǎo)入法，激發(fā)了學(xué)生探究新知識(shí)的欲望，將學(xué)生的興趣點(diǎn)引到了對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究上來(lái)。 3、探索研究： 要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先應(yīng)建立其數(shù)學(xué)模型，然后采用計(jì)算機(jī)編程的方法完成優(yōu)化設(shè)計(jì)，數(shù)學(xué)模型建立是否準(zhǔn)確，直接影響優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果，進(jìn)而進(jìn)入第一個(gè)教學(xué)目標(biāo)：優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題數(shù)學(xué)模型的組成。 優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立是本節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)：為突破難點(diǎn)，我把探究過(guò)程分為四步： 第一步：舉例：貨箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)：給出設(shè)計(jì)條件和要求，現(xiàn)用薄板制造一體積為100m3，長(zhǎng)度不小于5m的無(wú)上蓋的立方體貨箱，要求該貨箱的鋼板耗費(fèi)量最少，試確定貨箱的長(zhǎng)、寬、高尺寸。然后進(jìn)行分析： （1）目標(biāo)：用料最少，即貨箱的表面積最小。（2）設(shè)計(jì)參數(shù)確定：長(zhǎng)x1、寬x2、高x3；（3）設(shè)計(jì)約束條件： （a）體積要求 （b）長(zhǎng)度要求 進(jìn)而確定其數(shù)學(xué)模型： 設(shè)計(jì)參數(shù)： x1,x2,x3設(shè)計(jì)目標(biāo)： minS?x1x2?2(x2x3?x1x3)約束條件： g1?x1?5 g2?x2?0 g3?x3?0 h1?x1x2x3?100這樣可使學(xué)生產(chǎn)生初步的感性認(rèn)識(shí)，帶著問(wèn)題有目的的去掌握知識(shí)。 第二步：在第一步工作的基礎(chǔ)上，提出問(wèn)題：如何建立減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型呢？給學(xué)生提出設(shè)計(jì)條件和要求：已知：傳動(dòng)比i，轉(zhuǎn)速n，傳動(dòng)功率P，大小齒輪的材料，設(shè)計(jì)該齒輪副，使其重量最輕。 引導(dǎo)學(xué)生嘗試建立其優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。在此，組織學(xué)生分組進(jìn)行討論，每組討論后提出一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。之后，組織進(jìn)行全班辯論，究竟哪組 提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型是最合理的？在辯論的同時(shí)，學(xué)生可以自然接受一些規(guī)律性知識(shí)：如設(shè)計(jì)變量的數(shù)目確定問(wèn)題，約束條件的分類(lèi)問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)的簡(jiǎn)化問(wèn)題等。 這樣在學(xué)生通過(guò)充分討論后，自覺(jué)的運(yùn)用已有的知識(shí)發(fā)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立規(guī)律，從而使難點(diǎn)突破。 第三步：實(shí)際演練，要求學(xué)生完成上學(xué)期機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)綜合設(shè)計(jì)的減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立，通過(guò)這樣實(shí)際的演練，進(jìn)一步使學(xué)生接觸工程實(shí)際，鍛煉學(xué)生的工程意識(shí)，并進(jìn)一步驗(yàn)證前面所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。 以上第二、第三步是本小結(jié)的教學(xué)關(guān)鍵，一定要針對(duì)授課班級(jí)學(xué)生的實(shí)際情況，組織好教學(xué)。 第四步：通過(guò)學(xué)生討論得出結(jié)論，如何將工程實(shí)際問(wèn)題抽象為優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型。 以上通過(guò)“提出問(wèn)題——回答問(wèn)題發(fā)現(xiàn)規(guī)律——驗(yàn)證規(guī)律——共同討論得出結(jié)論”的四步教學(xué)法，將難點(diǎn)分解，層層遞進(jìn)，步步深入，強(qiáng)化重點(diǎn)的同時(shí)，變難點(diǎn)為趣點(diǎn)，使學(xué)生輕松掌握所學(xué)知識(shí)。 4、總結(jié)提煉 教師歸納總結(jié)本次課內(nèi)容，并導(dǎo)入下一節(jié)內(nèi)容：如何編程解決優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。使學(xué)生更好的理解本小節(jié)的重、難點(diǎn)，同時(shí)也能使本次教學(xué)前后連貫，一氣呵成！ 5、布置作業(yè)通過(guò)課后作業(yè)，使學(xué)生鞏固課堂知識(shí)。 6、板書(shū)設(shè)計(jì) 分為主、副板書(shū)。主板書(shū)： 一、優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型 1、目標(biāo)函數(shù) 2、設(shè)計(jì)變量 3、約束條件 二、優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型建立的一般規(guī)律 1、設(shè)計(jì)變量 （1）抓主要，舍次要 2、約束條件（1）邊界約束（2）性能約束 3、目標(biāo)函數(shù) 目標(biāo)函數(shù)必須包含全部設(shè)計(jì)變量。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，可作為參考目標(biāo)函數(shù)的有： 最小體積，最輕重量，最高效率，最大承載能力，最小振幅或噪聲，最小成本，最高利潤(rùn)。 附板書(shū)：舉例（略） 這樣設(shè)計(jì)的目的使版面直觀，層次分明，重點(diǎn)和難點(diǎn)突出。 附：其它說(shuō)明 本課件是用PPT制作，力求做到使用方便，操作簡(jiǎn)單，界面美觀，充分體現(xiàn)多媒體課件的輔助教學(xué)作用，使專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)由抽象變具體，便于學(xué)生理解。 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)心得體會(huì) 學(xué)習(xí)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)以前，總感覺(jué)企業(yè)的生產(chǎn)，人類(lèi)日常生活中的勞動(dòng)等都是一種簡(jiǎn)單的過(guò)程，總有一定的套路可循。但自接觸了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)這門(mén)學(xué)科以后，讓我認(rèn)識(shí)到在人類(lèi)的生產(chǎn)中，我們總是意向于得到我們最滿意的效果，如加工零件怎樣最省材料又不影響零件的加工，飯店廚師對(duì)于菜系的烹飪順序等，看似很簡(jiǎn)單的問(wèn)題，但其中卻蘊(yùn)藏著極大的智慧！就老師上課用以舉例的割木材問(wèn)題中怎樣劇料使材料最省為例，細(xì)分下來(lái)積累的計(jì)算量足以令我們篩選一宿！總上的種種，就迫切的需要我們掌握一套系統(tǒng)的機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 翻閱相關(guān)書(shū)籍，才了解到機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)雖然只有從近代到現(xiàn)在短短幾十年的發(fā)展歷史，但是其體系的迅速完善我想是其他學(xué)科難以企及的。如今，機(jī)械優(yōu)化方法也是各類(lèi)決策方法中普遍采用的一種方法，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一種現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)廣泛的機(jī)械設(shè)計(jì)中，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在面對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的大環(huán)境下，計(jì)算機(jī)處理技術(shù)日益改進(jìn)，作為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與改進(jìn)環(huán)節(jié)中最重要的環(huán)節(jié)就在于如何大幅度的縮短產(chǎn)品的使用周期，如何提高新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，以及降低新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本這些方面等對(duì)于企業(yè)縮減開(kāi)發(fā)成本，更快的搶占同類(lèi)產(chǎn)品的市場(chǎng)等具有決定性的作用！我們應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，跟上學(xué)科發(fā)展的勢(shì)頭，把機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)作為學(xué)習(xí)生活中研究與關(guān)注的對(duì)象，在平時(shí)的處事中長(zhǎng)存優(yōu)化的思想。第二篇：《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程實(shí)踐報(bào)告.doc
第三篇：《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》-課程教學(xué)大綱
第四篇：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)說(shuō)課稿
第五篇：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)心得體會(huì)
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