1、1机械优化设计课程教学大纲一、课程与任课教师基本信息课程名称：机械优化设计 课程类别：必修课 专业选修课总学时/学分：32/2其中理论学时/实验（实训、讨论等）学时：22/10授课时间：周一（3，4）/1-16 周 授课地点：7B408任课教师姓名：卢盛林 职称：副教授课程所属院（系）：机械工程学院联系电话：653902 13794938830 Email: 答疑时间、地点与方式：1.每次上课的课前、课间和课后，在上课教室答疑；2.每次发放作业时，在课堂集中讲解。二、课程简介机械优化 60 年代发展起来的一门新的设计方法，是最优化技术和计算技术在设计领域中应用的结果。机械优化设计是将机械工程的
2、设计问题转化为最优化问题，然后选择适当的最优化方法，利用电子计算机从满足要求的可行设计方案中自动寻找实现预期目标的最优化设计方案。其设计步骤为：把实际机械设计问题转化为数学模型，然后根据数学模型的特性，选择某种适当的优化方法及其程序，通过电子计算机，求得最优解。因此，本课程是一个综合性的学科课程，综合了高等数学，机械设计基础，计算机程序设计等。本课程主要讲解各种优化方法的原理及其实现，如黄金分割法，梯度法，单纯形法等。同时，本课程也涉及到常用软件的优化工具箱的使用。三、课程目标结合专业培养目标，提出本课程要达到的目标。这些目标包括：1知识与技能目标：本课程旨在培养学生具有优化设计思想，使学生初
3、步掌握建立数学模型的方法，熟练掌握常用的几种优化方法，并具备一定的将机械工程问题转化为最优化问题并求解的应用能力。22过程与方法目标：在学习黄金分割法、牛顿梯度法等优化方法的过程中，使学生形成一定的优化设计思想，并将优化的思想运用到实际的设计过程中。3情感、态度与价值观发展目标：通过本课程的学习，培养作为一个机械工程技术人员必须具备的严谨治学的科学态度，为未来的工作和生活奠定良好的基础。四、与前后课程的联系本课程是机械专业的专业选修课。其先修课程是高等数学，机械设计基础，计算机程序设计。如果学生具备 Matlab，solidworks，VB、VC 或 C 语言，等方面的基础知识，将非常有利于本
4、课程的学习。五、教材选用与参考书1选用教材：机械优化设计 ，孙靖民编，机械工业出版社，2011，第4 版。2参考书：王科社 机械优化设计 国防工业出版社 第 1，2 章MATLAB 6.5 辅助优化计算与设计飞思科技研发中心编著Solidworks COSMOS 模块指导教程ANSYS 相关书籍六、课程进度表表 1 理论教学进程表周次 教学主题 要点与重点 要求学时1 优化设计概述 优化模型的一般形式优化设计方法的流程了解本课程的内容掌握优化模型的一般形式了解优化设计方法的流程22 建模练习课 对工作、生活中常见的优化问题进行建模，了解建模的过程 本课以练习为主，所以同学们要积极自己动手或小组
5、讨论。 23 图解法求解优化问题 图解法的使用范围图解法的步骤 能够灵活使用图解法 24 黄金分割法 黄金分割法的流程黄金分割法的程序实现 能够实现黄金分割法的编程 235 其他一维优化方法 格点法、二次插值法 能够实现格点法的编程 27无约束优化方法：坐标轮换法，梯度法，单纯形法坐标轮换法与梯度法的流程及程序实现能够掌握坐标轮换法与梯度法的流程并且能够程序实现29有约束优化方法：随机方向法、复合形法随机方向法、复合形法的流程及程序实现能够掌握随机方向法、复合形法的流程并且能够程序实现211 有约束优化方法：内点法、外点法 内点法、外点法的流程及程序实现 能够掌握随机内点法、外点法的流程并且能
6、够程序实现 213 常见软件的优化工具箱使用 MatLab 的优化工具箱SolidWorks 的 Cosmos 模块初步掌握 MatLab 的优化工具箱熟练掌握 SolidWorks 的Cosmos 模块215 机械优化实例课 机械优化设计在机械工程中的应用实例 灵活运用 216 复习 2表 2 实验教学进程表周次 实验项目 名称 要点与重点 掌握程度 实验类型* 实验要求* 学时6 黄金分割法 黄金分割法的实现流程图 熟练掌握编程过程 设计性 必做 28 坐标轮换法 坐标轮换法的实现流程图 基本掌握编程过程 设计性 必做 210 单纯法 单纯法的程序实现 基本掌握编程过程 设计性 必做 21
7、2 内点法、外点法等 各种方法的实现流程 基本掌握编程过程设计性 单纯形法必做、其他选作214Solidworks的 Cosmos 模块，Matlab的优化工具箱Cosmos 模块的优化功能灵活运用 Cosmos 模块，基本掌握 Matlab 优化工具箱综合性 必做 2* 实验类型：分综合性、设计性等 2 种。设计性实验指对给定算法进行实现的实验；综合性实验指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。*实验要求：分必做、选做两种。七、教学方法教学方式分课堂教学、课程实验两部分。课程实验分组进行，学生既有分工又有合作，以培养学生的实践能力、团队精神。实验以编程为主，可以 2 到4
8、3 个人讨论，但严禁拷贝，严禁有任何 2 个人的代码相同。八、对学生的学习要求1学习本课程的方法、策略及教育资源的利用。本课程涉及到多个学科，包括机械、数学、计算机、CAD、CAE 等，因此，学生必须提升自己的综合能力。在课外学习相关学科的知识。包括： solidworks（或者 ProE） ，尤其是 Simulation 模块；Matlab，尤其是其优化工具箱，Matlab 、VB 或 C+或 C 语言，必须初步掌握其中之一，能够编写简单程序。建议学生在相关网站下载相应的软件在自己的电脑上，进行学习和编程练习。2学生完成本课程每周须耗费的时间为掌握本课程的主要内容，按约 1:1 的比例配比课
9、外学时（预习、复习、编程练习和完成老师布置的作业） ，学生课外每周必须耗费的最少时间为 2 小时，学生完成本课程每周须耗费的最少时间为 4 小时。3学生的上课、实验、讨论、答疑、提交作业（论文）单元测试、期末考试的等方面的要求所有作业、实验必须独立完成，如果作弊，以 0 分计。课前预习，坚持上课，认真听讲，做好笔记，积极参与教学互动，主动与老师探讨问题；课后认真复习，独立完成作业。 ；必须参加实验课，亲自动手独立完成规定的实验内容，未参加实验者，本次实验以 0 分计。4学生参与教学评价要求依照按学校规定，课程结束前 1-2 周内，按照学校统一安排，通过网上评教系统，回答调查问卷，实事求是地对本
10、课程及任课教师的教学效果作出客观公正的评价，是学生的应尽的责任和义务，对促进教师改进教学工作具有重要的意义，每个学生都必须参加。非常欢迎同学们对本人的教学方法、教学态度等各方面提出建议。九、成绩评定方法及标准考核内容 评价标准及要求 权重5阶段综合性作业（共 1 次，课外完成）1. 评价标准：独立、解答合理、及时完成给满分。2. 要求：能灵活运用所学方法进行解答，独立、按时完成作业。每次5%，共 5%实验（共 5 次） 1. 评价标准：实验态度，实验的正确性。2. 要求：按照实验要求对算法进行编程实现。每次10%，共 50%考勤1. 评价标准：缺勤第一次扣 1 分，第二次扣 3 分，第三次扣 5 分2. 要求：全勤。5%期末考核1. 评价标准：综合之前所学算法进行问题求解。2. 要求：能灵活运用所学方法进行求解，并将求解过程通过程序实现。40%期末考试方式 开卷 闭卷 课程论文 实操十、院（系、部）教学委员会审查意见我院（系、部）教学委员会已对本课程教学大纲进行了审查，同意执行。院（系、部）教学委员会主任签名：田君 日期： 2015 年 3 月 1 日
