机械优化设计方法论文
机械优化设计实验教学研究论文
机械优化设计实验教学研究论文机械优化设计实验教学研究论文机械优化设计实验教学研究论文1《机械优化设计》教学改革思路及措施1.1《机械优化设计》课程理论教学研究与改革《机械优化设计》课程理论教学体系的建设主要包括优化课程内容、制定课程教学大纲、编写课程教案几个方面。
如前所述，机械优化设计课程教学需要克服“四个脱节”。
因此在课程体系研究方面主要解决实现理论基础教学和应用能力培养相结合，以及课程内容与技术发展相结合两个问题。
（1）实现理论基础教学和应用能力培养相结合针对因该课程数学基础较多导致工科学生畏难情绪大，学习热情不高等问题，在课程数学理论基础等知识点方面，侧重算法原理的讲解而非算法过程的介绍；侧重使学生掌握使用现有数学工具解决工程问题，而非自行编制算法程序求解数值问题。
从而使学生从算法原理和理论基础中跳出来，提升到知识的应用的层次。
（2）课程内容与技术发展相结合机械设计问题已经从求解小规模单一问题发展到求解大规模复杂性问题。
因此优化方法也从经典的优化方法发展到多学科设计优化、智能优化方法、基于仿真的优化等领域。
因此课程内容应和技术发展相结合，适当引入先进优化方法的介绍。
为学生从解决简单数值问题过渡到今后解决复杂工程问题提供知识储备。
适应“卓越计划”提出的培养学生工程能力的要求。
1.2《机械优化设计》实验课程体系的建设《机械优化设计》实验课程体系的建设主要包括实验内容与实验项目的设置、制定实验教学大纲、编写实验指导书几个方面。
实验体系建设的主要目的是使实验项目设置与工程问题相结合，实验内容与工程实践所需的综合性知识应用相适应。
（1）首先在实验项目设置时，根据“卓越计划”的要求，以培养学生的工程能力和知识的综合运用能力为目标。
通过建立知识-能力-实验内容关系矩阵。
将各个知识点的能力培养落实到各个实验项目环节。
并且实验项目的设置突出和其他相关课程内容、工程问题相结合。
避免知识点与工程应用脱节，从而达到工程技术人才的具备知识的综合运用能力的培养要求。
机械优化设计结课论文
浅谈机械优化设计方法摘要：机械优化设计是一门综合性学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决机械问题的一种有效工具，机械优化设计是以最低的成本获得最好的效益,是设计工作者一直追求的目标,从数学的观点看,工程中的优化问题,就是求解极大值或极小值问题,亦即极值问题。
本文重点介绍了机械优化设计方法，以及其原理、优缺点并对适用范围进行了总结。
关键词:机械优化设计约束特点函数一、机械优化概述机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。
该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。
随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。
优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。
按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。
1.1 设计变量设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。
设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。
优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。
必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。
1.2 约束条件约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束。
按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。
机械优化设计课程设计
目录摘要 (3)关键词 (3)一、概述 (3)二、优化方法介绍 (3)（一）、一维搜索方法 (3)（二）无约束优化方法 (5)1）共轭方向的生成 (6)2）基本算法 (6)3)改进算法的基本步骤如下 (7)三、优化设计实例 (10)1）模型 (10)2）变量 (10)3）优化设计源程序 (10)4）分析结果 (20)四、课程总结 (20)《机械优化设计》课程设计论文摘要：随着社会经济的迅速发展，机械优化设计作为一门为工程设计提供手段的学科，在这样的时代背景下应运而生。
针对具体的课题，通过一些设计变量而建立起目标函数的过程，称为数学建模；应用优化方法为工程设计寻找出最优解是现代优化设计所研究的主要课题与方向。
关键词：机械优化设计；设计变量；目标函数；数学模型；优化方法一、概述优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新学科，它是将最优化原理与计算技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法的手段。
利用这种新的设计方法，人们就可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和设计质量。
因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门，成为现代工程设计的一个重要手段！二、优化方法介绍（一）、一维搜索方法一维搜索方法可分为两类，一类称为试探法，这类方法是按某种给定的规律来确定区间内插入点的位置，此点位置的确定仅仅按照区间缩短如何加快，而不顾及函数值的分布关系，例如黄金分割法，裴波那契法等。
另一类一维搜索法称作插值法或函数逼近法。
这类方法是根据某些点处的某些信息，如函数值，一阶导数，二阶导数等，构造一个插值函数来逼近原来的函数，用插值函数的极小点作为区间的插入点，这类方法主要有二次插值法，三次插值法等。
在此重点讨论黄金分割法。
黄金分割法适用于[a, b]区间上的任何单谷函数求极小值问题，对函数除要求“单谷”外不作其他要求，甚至可以不连续。
因此，这种方法的适应面相当广。
机械优化设计理论与方法研究[论文]
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机械优化设计理论与方法研究【摘要】机械优化设计是近年来发展迅速的一门学科，广泛地应用于各个领域并取得巨大收益。
本文简述了优化设计的一般思路过程，对比了传统与现代设计方法不同，追溯了机械优化设计的发展历程，聚焦现今优化设计所面临的挑战，同时展望了其深具研究价值的广阔前景。
【关键词】机械优化设计理论方法1 机械优化设计理论概述1.1 机械优化设计的概念机械优化设计是指最优化技术在机械设计领域的移植和应用，是以最低成本获得最高效益。
其根据机械设计理论、方法与标准规范等建立能够正确反映实际工程设计的数学模型，利用数学手段和计算机计算技术，在众多的方法中快速找出最优方案。
机械优化设计通过把机械问题转化为数学问题，加以计算机辅助设计，优选设计参数，在满足众多设计目的和约束条件的情况下，获得最令人满意、经济效益最高的方案。
目前，机械优化设计已成为解决机械设计问题的有效方法。
1.2 机械优化设计研究的内容机械优化设计主要研究的是其建模和求解两部分内容。
如何选择设计变量、列出约束条件、确定目标函数。
其中，设计变量是指在设计过程中经过逐步调整，最后达到最优值的独立参数。
设计变量的数目确定优化设计的维数，维数越大，优化设计工作越复杂，但效益越高，所以选取适当的设计变量显得尤为重要。
约束条件即是对约束变量的限制条件，起着降低设计变量自由度的作用。
目标函数即是指各个设计变量的函数表达式，工程中的优化过程即是指找出目标函数的最小值（最大值）的过程。
一般而言，目标函数的确定相对容易，但约束条件的选取显得比较困难。
2 机械优化设计的一般思路与常见方法2.1 机械优化设计的一般思路2.1.1 分析问题，建立优化设计数学模型在机械优化设计的过程中，首先需要通过对实际问题的分析，选取适当的设计变量，确定优化问题的目标函数和约束条件，从而建立优化设计的数学模型。
2.1.2 选择优化设计方法，编写程序在设计变量、约束条件和目标函数三大要素已经确定，构建好数学模型的情况下，编写计算机语言程序。
机械优化设计论文(基于MATLAB工具箱的机械优化设计)
基于MATLAB 工具箱的机械优化设计长江大学机械1：程学院机械11005班刘刚 摘 要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中 找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。
本文系统介绍了机械优化设计的 研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了 MATLAB 在工程上的应用。
关键词：机械优化设计；应用实例：MATLAB 工具箱；优化目标优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科，是构成和 推进现代设计方法产生与发展的重要内容。
机械优化设计是综合性和实用性都很 强的理论和技术，为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法，使设计者 由被动地分析、校核进入主动设计，能节约原材料，降低成本，缩短设计周期， 提高设计效率和水平，提升企业竞争力、经济效益与社会效益。
国内外相关学者 和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分觅视，并开展了大最工作， 其基本理论和求解手段己逐渐成熟。
国内优化设计起步较晚，但在众多学者和科研人员的不懈努力下，机械优 化设计发展迅猛，在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果，但与 国外先进优化技术相比还存在一定差距，在实际工程中发挥效益的优化设计方 案或设计结果所占比例不大。
计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重 驱动，使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展，遗传算法、神 经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。
目前，优化 设计已成为航空航天、汽午制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环 节。
一、机械优化设计研究内容概述机械优化设计是一种现代、科学的设计方法，集思考、绘图、计算、实验于 一体，其结果不仅“可行”，而且“最优S 该“最优”是相对的，随着科技的 发展以及设计条件的改变，最优标准也将发生变化。
优化设计反映了人们对客观 世界认识的深化，要求人们根据事物的客观规律，在一定的物质基和技术条件 下充分发挥人的主观能动性，得出最优的设计方案a优化设计的思想是最优设计，利用数学手段建立满足设计要求优化模型， 方法是优化方法，使方案参数沿着方案更好的方向自动调整，以从众多可行设 计方案中选出最优方案，手段是计算机，计算机运算速度极快，能够从大量方 案中选出“最优方案“。
机械优化设计理论方法研究
2016年4月刊科教【摘要】机械优化设计作为一种十分重要的现代设计方法，可以有效提升设计质量和效率。
利用这种新的设计方法，设计人员可以从众多的设计方案中寻求最优良的一个，大大提高设计效率和产品质量，同时又能将产品的成本降到最低。
由于当期工程装备具有较为明显的复杂性，导致机械化优化设计变得更加困难，采用全心的理论研究方法对此进行优化设计方面的研究也是一个全新的领域。
【关键词】机械优化设计；研究一、机械优化设计研究内容（一）优化设计和传统设计的对比从字面意思可以看出，优化设计其核心思想是为了实现最优设计，通过数学手段创建有效满足各种设计目标的优化模型；具体方法是采取优化方法，让具体方案中的参数能够沿着方案中更为优势的发展方向进行自动调整，目的是为了能够从众多可执行的方案中挑选出最佳的方案；具体采取的手段是通过计算机，如果计算机运算的速度越快，就越有可能从众多方案中挑选出最佳方案。
虽然可能在建模的过程中需要做出简化，获得的结果或许并不和实际温和，然而基于客观数据方面的考虑，并不需要耗费太多费用，所有具有传统的试验手段不能相比的优点，再加上适当的试验和经验，可以得到一个十分不错的优化设计结果。
相比较而言，传统设计其目的也是为了达到最优结果，需要结合具体的设计要求以及实践经验，并且参考相关工程设计，经过经验类比、估算和试验，还有评价及再评价等过程最终确定方案。
然而，由于时间限制、主观因素以及工作量太大等诸多方面的原因，经常会出现无法确认结果的现象。
所以，传统设计通常只是在主观上为了实现最优结果，然而获得的结果并不是最优设计。
（二）优化设计研究内容实施优化设计的过程要先选择具体的设计变量，然后确定研究目标函数，并且列出相关约束条件，创建优化模型，最终选择适合的优化方法去求解，具体包括了建模及求解两个方面的内容。
其中，建模部分的要求主要有：第一，熟悉并且掌握整个优化设计方法的相关理论、设计抽象文以及处理数学模型等方面的基本技能。
机械工程专业优秀毕业论文范本基于仿生设计思想的新型机械结构优化研究
机械工程专业优秀毕业论文范本基于仿生设计思想的新型机械结构优化研究为了满足题目要求，本文将按照毕业论文的格式来展开讨论。
不过在论文正文开始前，还是先给出一个简要的摘要，以方便读者了解论文的主要内容。
摘要：本文基于仿生设计思想，对机械工程中的机械结构进行了优化研究。
首先，我们介绍了仿生设计思想的基本概念和应用价值。
接着，我们详细分析了现有机械结构的不足之处，并提出了一种新型的机械结构优化方法。
通过对比实验验证，我们证明了该优化方法的有效性。
最后，我们对未来机械工程中基于仿生设计思想的发展进行了展望。
1. 引言1.1 课题背景1.2 研究目的和意义2. 仿生设计思想的基本概念和应用价值3. 现有机械结构优化方法的不足4. 基于仿生设计思想的新型机械结构优化方法4.1 仿生设计思想在机械工程中的应用4.2 新型机械结构优化方法的原理和步骤5. 实验验证与结果分析5.1 实验设计5.2 实验结果5.3 结果分析和讨论6. 发展前景6.1 仿生设计思想在机械工程中的潜在应用6.2 研究的局限性和未来的改进方向1. 引言1.1 课题背景在机械工程领域，结构优化是提高机械性能和效率的重要方法。
传统的机械结构设计多为基于经验和人工优化的结果，这在一定程度上限制了机械设备的发展和创新。
为了克服这一问题，本研究采用了仿生设计思想，探索新型机械结构的优化方法。
1.2 研究目的和意义本研究的目的是基于仿生设计思想，通过优化机械结构的形态和材料，提高机械设备的性能和可靠性。
通过对不同材料和形态的结构进行比对，可以得到更加合理和高效的机械结构设计方法，为机械工程的发展提供参考和指导。
2. 仿生设计思想的基本概念和应用价值2.1 仿生设计思想的基本概念仿生设计是通过模仿自然界的生物结构和生物过程，将其应用于工程设计中的一种方法。
仿生设计在许多领域中得到了广泛应用，如飞行器设计、材料科学和机器人技术等。
该设计思想的核心目标是在不同层面上解决复杂的工程问题。
机械优化设计论文
机械优化设计摘要：本文简单介绍了机械优化设计的发展概况，其基本概念和的经济效果，以及其优化问题的分类，优化方法的选择，优化课题的选择和优化设计的发展方向。
关键词：机械优化设计优化设计优化方法一.前言在人类活动中，要办好一件事（指规划、设计等），都期望得到最满意、最好的结果或效果。
为了实现这种期望，必须有好的预测和决策方法。
方法对头，事半功倍，反之则事倍功半。
优化方法就是各类决策方法中普遍采用的一种方法。
机械优化设计，作为一门现代化设计方法，广泛的应用于机械设计中，并取得了巨大的经济效益。
该技术己成为现代工程师必须掌握的现代设计方法之一。
二.优化设计概况机械优化设计应用的发展历史，经历了由怀疑、提高认识到实践收效，从而引起广大工程界日益重视的过程。
在60～70年代，计算机价格昂贵，优化设计在应用实践方面多数限于高等院校、研究所和少数大型企业中开展。
从70年代到80年代，计算机价格大幅度下降，优化设计应用的诱人威力，市场竞争日益激化，作为产品开发和更新的第一关是如何极大地缩短设计周期、提高设计质量和降低设计成本已成为企业生存的生命线，从而引起广大企业和设计师的高度重视。
用优化设计方法来改造传统设计方法已成为竞相研究和推广并可带来重大变革的发展战略，优化设计在设计领域中开拓了新的途径。
三.优化设计的概念机械优化设计是将机械工程的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。
设计步骤：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。
四.优化设计的经济效果机械优化设计是把数学规划理论与计算方法应用于机械设计，按照预定的目标。
借助于电子计算机的运算寻求最优设计方案的有关参数，从而获得好的技术经济效果:（1.）可以降低机械产品成本，提高它的性能;（2）优化设计过程中所获得的大量数据，可以帮助我们摸清各项指标的变化规律，有利于对今后设计结果作出正确的判断，从而不断提高系列产品的性能;（3）用优化设计方法可合理解决多参数多目标的复杂产品设计问题五.化问题的分类在工程优化原理和方法的应用领域，主要是优化设计、优化试验和优化控制三个方面。
机械优化设计论文
浅谈机械结构动态优化设计及其相关技术笑嘻嘻论文摘要:阐述了机械系统动态优化设计的概念、内容,介绍了机械系统动态优化设计相关技术。
分析说明了机械系统动态优化设计是一项涉及现代动态分析,计算机技术,产品结构动力学理论,设计方法学等众多科学领域的高新技术,能把问题解决在设计阶段、代价小、周期短,能满足机械设备动态特性要求,能够适应当前激烈的市场竞争的需要。
论文关键词:动态设计；动力学模型；有限元法；ANSYS软件前言随着高速切削技术的发展推动了各种数控机床的出现及迅速发展。
新颖的机械结构系统使现代数控机床比传统的数控机床的运动速度提高了5-10倍，与此相应它对动态性能的要求比传统机床提高了很多倍。
这就使得我国数控机床的水平与国际先进水平的差距更大。
主要表现在:可靠性差、应变能力差、产品开发周期长、设计手段落后等，并且业内人士意识到我国数控机床的薄弱环节已从数控系统转移到机械系统。
但传统的机床设计主要是经验设计和实验相结合，其步骤是:经验设计-样机试制--样机测试-改进设。
这种方法耗费大量的人力和财力，且周期长，效果差。
因此长期沿用的以经验设计为主的落后设计方法必须改变。
1 机械结构动态设计的发展传统的设计方法越来越难以满足市场的迅速变化，同时，很难综合考虑各方面的约束条件，得到的往往只是复杂问题的可行方案，而非最优方案，也难以很好的满足机械设备动态特性要求。
对产品进行动态优化设计，可以在很大程度上解决此类问题，其特点是把问题解决在设计阶段;其优点是代价较小，能够适应当前激烈的市场竞争的需要。
机械结构动态设计是一项涉及现代动态分析，计算机技术，产品结构动力学理论，设计方法学等众多科学领域的高新技术。
其基本思想是对按功能要求设计的结构图纸或要改进的机械结构进行动力学建模，并做动特性分析。
根据对其动特性的要求或预定的动态设计目标，进行结构修改，再设计和结构重分析，直到满足结构动特性的设计要求。
1.1 机械结构动态设计的内容关键机械结构动态设计的基本概念是对满足工作性能要求的产品初步设计图纸，或需要改进的产品结构进行动力学建模，作出动态特性分析。
分析机械设计的优化方法
分析机械设计的优化方法摘要机械设计的优化是一门综合性的学科，十分有开展潜力的研讨方向，是处理复杂设计问题的一种有效工具。
本文重点引见机械设计优化办法的同时，对其原理、优缺陷及适用范围进行了总结，并剖析了优化办法的最新研讨停顿。
1机械设计优化办法的引见优化办法是随着计算机的应用而疾速开展起来，较早应用于机械工程等范畴的设计。
采用优化办法，既能够使计划在规则的设计请求下到达某些优化的结果，又不用消耗过多的计算工作量，因此得到普遍的注重，其应用也越来越广。
优化办法的开展阅历了数值法、数值剖析法和非数值剖析法三个阶段。
近年来开展起来的计算机辅助设计，在引入优化设计办法后，使得在设计工程中既可以不时选择设计参数并评选出最优设计计划，又可加快设计速度，缩短设计周期。
在科学技术开展请求机械产品日益更新的今天，把优化设计办法与计算机辅助设计分离起来，使设计工程完整自动化，已成为设计办法的一个重要开展趋向。
2机械设计优化办法的分类及特性2.1无约束优化设计法无约束优化设计是没有约束函数的优化设计。
无约束能够分为两类，一类是应用目的函数的一阶或二阶导数的无约束优化办法;另一类是只应用目的函数值的无约束优化办法。
2.2约束优化设计法优化设计问题大多数是约束的优化问题，依据处理约束条件办法的不同可分为直接法和间接法。
直接法常见的办法有复合形法、约束坐标轮换法和网络法等。
其内涵是结构一个迭代过程，使每次的迭代点都在可行域中，同时逐渐降低目的函数值，直到求得最优解。
间接法常见的有惩罚函数法、增广乘子法。
它是将约束优化问题转化成无约束优化问题，再经过无约束优化办法来求解，或者非线性优化问题转化成线性规划问题来处理。
2.3遗传算法遗传算法是一种非肯定性的拟自然算法，它仿制自然界生物进化的规律，对一个随机产生的群体进行繁衍演化和自然选择，适者生存，不适者淘汰，如此循环往复，使群体素质和群体中个体的素质不时演化，最终收敛于全局最优解。
浅谈机械优化设计理论方法研究综述
浅谈机械优化设计理论方法研究综述摘要：针对机械优化设计而言，它是现代设计方法中比较重要的方法，在一定程度上能够在较多设计方案中找出最佳的设计方案，这样不仅能够对其设计的效率进行不断的提高，提高其质量。
本文主要介绍的就是对机械优化设计理论研究方法进行有效的研究。
关键词：机械优化；设计理论；方法研究引言机械优化设计在一定程度上是机械领域移植中最优设计，优化设计对机械应该过程有着重要的推动作用。
机械设计不仅利于方案的优化设计，能够把繁琐的设计问题进一步的简单化，同时也是机械设计过程中比较重要方案之一。
1.机械优化设计过程中的理论特点1.1具有一定的针对性针对机械优化设计而言，其特点在一定程度上具有针对性，相应优化方式能够对应优化问题，每个不同的优化设计形式不仅具有一定的范畴，同时也具有相应的领域要求。
在对机械优化进行设计的过程中，要对情况进行具体的分析，对数据进行参考，对其蕴含变量形式进行有效的考虑，在一定程度上对效果的最佳状态进行优化。
1.2具有客观性客观性体现主要是在数学模型基础上进行建立的，在对机械进行优化的过程中，应该注意把一些具体的设计问题进一步的转换为具体的数学问题。
按照可观性进行分析，对其相应的函数变量进行有效的分析，结合具体形式制定出具体的设计优化形式，对数学模型进行建立，分析机械优化数据，对优化的形式进行不断的完善。
1.3具有一定的创新性针对创新而言，它是新时代的新思想，只要拥有创新，社会经济才能够在一定程度上不断的发展。
机械在进行优化设计时，也不能够离开创新思想，优化设计属于传统优化设计所优化的结果，针对传统的优化型设计而言，其设计相对来说比较老旧，不适合现代生活成产中的优化，现代生产过程中的机械优化设计能够对产品的性能进行主动分析。
由于科学时代的发展，人们对计算机应用方式进行不断的借助，对函数进行大规模运算，通过运算能够在一定程度上得出机械优化设计中的最优方案。
2.机械优化设计过程中的方法2.1对准则进行优化针对准则化而言，它在一定程度上是优化设计过程中一种传统的表现形式，原理的形成不是根据数学进行计算，而是结合物理学角度以及力学角度等进行有效的分析，具有一定的主观性。
机械优化设计在工程中的方法研究【毕业作品】
任务书设计题目：机械优化设计在工程中的方法研究1．设计的主要任务及目标论文的重点是对机械优化设计在工程中的方法进行探讨和研究。
先简单叙述了机械优化设计常用的一些经典的方法，然后结合工程人员本身特殊的背景，探讨一些方法，对一些经典优化设计案例全面剖析研究，最后进行反馈跟踪和改良。
2．设计的基本要求和内容（1）了解机械优化设计（2）完成机械优化设计在工程中的方法分析与研究（3）查阅相应的机械优化设计成功案例（4）毕业设计说明书；（5）答辩用PPT演示幻灯片一份；（6）其他校、系规定内容。
3．主要参考文献[1] 孙靖明主编.机械优化设计(第三版)[M].机械工业出版社,2003：1-3.[2] 程耿东,顾元宪，王健等. 我国机械优化研究与应用的综述和展望[J].机械强度,1995(5):69-72.[3] 张运节.机械优化设计综述与展望.科技信息，2009(6):703-704.[4] 史凤兰.机械结构优化设计发展综述。
中国科技信息，2010(22):134.[5] 孙国正，过玉卿等编.优化设计及应用[M].人民交通出版社.2000:90-94. 4．进度安排机械优化设计在工程中的方法研究摘要：机械优化设计是将数学最优化理论与计算机技术结合，应用于机械工程领域，为工程设计提供科学的设计方法的一门技术学科。
利用这种新的设计方法，设计人员可以从众多的设计方案中寻求最优良的一个，大大提高设计效率和产品质量，同时又能将产品的成本降到最低。
为此，机械优化设计的应用推广就显得很有必要。
论文的主要目的是对机械优化设计在工程中的方法进行探索、研究，寻求最合适的方法，让学习者最快地接受掌握这门学科，应用于实践，为工程设计服务。
关键词：优化设计，方法研究The method research of the Mechanical optimization design inengineering educationAbstract：The Mechanical Optimization Design is a technology subject, which combine the mathematical optimization theory with the computer technology, used in the mechanical engineering fields, and providing the scientific design methods for the engineering design. With this new design method, the engineers can pick up the best design method from a lot of methods, which greatly improve the design efficiency and product quality, reduce the product cost as far as most. For the reason, the promotion of the Mechanical optimization design is very necessary. The main purpose of the paper is in search of the most appropriate method of Mechanical optimization design in engineering education, to let the learners master discipline as quickly as possible, and use it in practice.Key words: optimization design，method research目录1 绪论---------------------------------------------------------------- 1 1.1 引言-------------------------------------------------------------- 1 1.2 机械优化设计发展历史与应用概况-------------------------------------- 1 1.2.1 机械优化设计发展历史---------------------------------------------- 1 1.2.2 机械优化设计应用概况---------------------------------------------- 4 1.3 课题来源----------------------------------------------------------- 5 1.4 课题研究目的和意义-------------------------------------------------5 1.5 本文研究的主要内容-------------------------------------------------- 61.6 本章小结------------------------------------------------------------ 62 机械优化设计过程及方法概述-------------------------------------------- 7 2.1 优化设计方法分类---------------------------------------------------- 7 2.2 无约束优化方法------------------------------------------------------ 7 2.2.1 最速下降法-------------------------------------------------------- 8 2.2.2 共轭梯度法-------------------------------------------------------- 8 2.2.3 变尺度法---------------------------------------------------------- 8 2.2.4 坐标轮换法-------------------------------------------------------- 9 2.2.5 鲍威尔法---------------------------------------------------------- 9 2.3约束优化方法------------------------------------------------------- 10 2.3.1 直接法----------------------------------------------------------- 10 2.3.2 间接法----------------------------------------------------------- 11 2.4 新型优化方法（基因遗传算法）[8] ------------------------------------ 122.5 本章小结----------------------------------------------------------- 133 机械优化设计的应用方向及案例----------------------------------------- 14 3.1 机构的运动学或动力学参数优化设计----------------------------------- 14 3.1.1 机构优化简介----------------------------------------------------- 14 3.1.2 曲柄滑块机构优化设计案例----------------------------------------- 14 3.2 机械零部件的结构优化设计------------------------------------------- 17 3.2.1机械零部件优化简介----------------------------------------------- 173.2.2齿轮优化设计案例------------------------------------------------- 183.3 优化设计总结------------------------------------------------------- 234 商业化软件在机械优化设计上的应用------------------------------------- 24 4.1 一些数学计算软件简介---------------------------------------------- 24 4.2 Matlab 优化工具箱在机械优化设计中的应用---------------------------- 25 4.3 Ansys 优化设计模块(OPT)在机械优化设计中的应用---------------------- 274.4 本章小结----------------------------------------------------------- 285 总结与展望----------------------------------------------------------- 29 5.1 论文总结----------------------------------------------------------- 29 5.2 论文中的不足及工作展望--------------------------------------------- 29 参考文献--------------------------------------------------------------- 31 致谢-------------------------------------------------- 错误!未定义书签。
机械优化设计论文
机械优化设计程序设计组员:完成时间：2013年5月12日目录：1.1 进退法............................................................................................... - 4 -1.1.1进退法的原理和流程图.................................................................. - 4 -1.1.2进退法程序代码............................................................................. - 5 -1.1.3程序的调试及运行结果.................................................................. - 6 - 1.2 黄金分割............................................................................................. - 7 -1.2.1黄金分割法的原理和流程图........................................................... - 7 -1.2.2黄金分割法的程序代码.................................................................. - 7 -1.2.3程序的调试及运行结果.................................................................. - 9 - 1.3 二次插值 ......................................................................................... - 10 -1.3.1 二次插值确定搜索区间的原理和流程图...................................... - 10 -1.3.2二次插值的程序代码 ................................................................... - 11 -1.3.3程序的调试及运行结果................................................................ - 13 - 1.4 牛顿型法........................................................................................... - 14 -1.4.1牛顿型法的求极值的原理及其流程图 .......................................... - 14 -1.4.2牛顿型法的程序代码 ................................................................... - 16 -1.4.3程序的调试及运行结果................................................................ - 18 - 1.5 鲍威尔法 ......................................................................................... - 19 -1.5.1鲍威尔法的流程图....................................................................... - 19 -1.5.2鲍威尔法的程序代码 ................................................................... - 20 -1.5.3程序的调试及运行结果................................................................ - 23 - 1.6 复合型法........................................................................................... - 24 -1.6.1复合型法的求极值的原理及其流程图 .......................................... - 24 -1.6.2复合型法的程序代码 ................................................................... - 25 -1.6.3程序的调试及运行结果................................................................ - 31 - 1.7 内点惩罚函数法 ................................................................................ - 31 -1.7.1内点惩罚函数法的求极值的原理及其流程图................................ - 31 -1.7.2内点惩罚函数法的程序代码......................................................... - 32 -1.7.3程序的调试及运行结果................................................................ - 35 -2.1 圆柱齿轮减速器的优化计算 .............................................................. - 35 -2.1.1圆柱齿轮减速器优化问题的背景.................................................. - 35 -2.1.2圆柱齿轮减速器的优化设计......................................................... - 36 -2.1.2.1目标函数的确定 .................................................................. - 36 -2.1.2.2约束条件的确定 .................................................................. - 38 -2.1.3求解优化问题的程序代码 ............................................................ - 41 -2.1.4程序的调试及运行结果................................................................ - 43 -3.1体会及建议.......................................................................................... - 44 -附录........................................................................................................... - 45 -（1）fmincon函数 ......................................................................................... - 45 -1.1 进退法1.1.1进退法的原理和流程图进退法是用来确定搜索区间（包含极小值点的区间）的算法，其理论依据是：()f x 为单谷函数（只有一个极值点），且[,]a b 为其极小值点的一个搜索区间，对12,[,]x x a b ，于任意如果图1-1进退法程序框图()()12f x f x <，则2[,]a x 为极小值的搜索区间，如果()()12f x f x >，则1[,]x b 为极小值的搜索区间。
机械优化课程设计论文【范本模板】
机械优化课程设计论文班级：机械11-1小组成员：徐江野 11104300130吕琦 11104300115聂志飞 11104300116日期：2014。
06。
10目录英文摘要: (3)摘要： (3)正文： (4)一、优化设计方法介绍 (4)二、机械优化设计的基本理论 (4)三、机械优化设计与产品开发 (5)四、机械优化设计的特点 (5)五、机械优化设计的应用 (6)基于复演预期函数机构的设计实例 (6)六、matlab编程及其运行过程 (9)七、总结 (12)八、参考文献 (13)CatalogEnglish Abstract.2Abstract： 3Abstract: 3An optimization design method, introduced 3Two， the basic theory of mechanical optimization design 4Three, the development of mechanical optimization design and products 4Four， mechanical optimization design features 5Five, the mechanical optimization design application 5Recapitulation expected design function mechanism based on the 6Six, matlab programming and operation process 9Seven， summarizes 12Eight， Ref。
英文摘要：Abstract: mechanical optimization design is to obtain the best benefit at the lowest cost, is the design of workers have been pursuing the goal, from a mathematical point of view， the optimization problem in engineering， is the solution of the maximum orminimum problem, i.e., extreme value problem。
浅析机械优化设计的理论方法
浅析机械优化设计的理论方法随着社会经济的发展，机械工业已经得到了飞速的发展，在这种情况下，机械优化设计在近年来已经逐渐的发展起来。
机械优化设计这一学科在60年代逐步兴起，并且发展成为一种潜力巨大的机械发展方向，通过优化设计，可以有效地解决一些比较复杂的机械设计问题。
机械优化设计已经在机械应用的实践中，发展成为一种十分重要的现代化设计方法，通过利用优化设计，可以在大量的设计方案中选出最佳的方案，将设计的效率与质量大幅度提升，促进机械行业的进一步发展。
标签：机械优化设计理论方法引言机械优化设计在促进机械行业的发展中发挥着重大作用，通过利用该项技术，可以用一种更加可靠、高效科学的设计方法进行机械设计。
在这种情况下，设计者就可以主动的对设计方案进行分析与研究，最大程度上节约能源的使用，从而达到降低生产成本的目的。
因此，十分有必要对机械优化设计理论方法进行研究，提升企业的市场竞争力，促进机械行业的进一步发展。
一、机械优化概述机械优化设计是受到生产现代化的影响而催生出来的，在很大程度上适应了生产现代化的要求。
这种设计方法是通过数学规划理论以及计算机程序设计实现的，利用行之有效的实验数据以及各种科学的评价体系，从种类繁多的设计方案中选出最为恰当的设计方案。
受到社会经济的发展的需求，机械优化设计已经得到了飞速的发展，对于机械行业起到了巨大的促进作用，产生了极为可观的经济效益。
（一）设计变量在设计过程中，我们必须考虑全方位的参数，这些参数就是所谓的设计变量，当这些设计变量确定以后，整个的设计方案也就成型了。
由于这些数据在设计的过程中时刻都可能发生变化，这就使得其变成了一个个变量，这些变量的大小对于优化设计的工作复杂程度产生着直接的影响。
这就相当于说，如果涉及的变量数量较多，设计的维数也就会随之变大，这就会加大优化设计的难度。
因此，在变量的确定中一定要有仔细的研究，尽可能的将工作量与效益有一个良好的结合。
（二）约束条件在进行优化设计的时候，变量的变化应该遵循一定的限制条件，这就是所谓的约束条件，而约束的优化问题正是优化设计的主要问题。
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浅析机械优化设计方法基本理论【摘要】在机械优化设计的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。
每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。
在综合大量文献的基础上，总结机械优化设计的特点，着重分析常用的机械优化设计方法，包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主要性能指标。
【关键词】机械；优化设计；方法特点；评价指标一、机械优化概述机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。
该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。
随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。
]1[优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。
按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。
1.1 设计变量设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。
设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。
优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。
必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。
1.2 约束条件约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束。
按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。
针对优化设计设计数学模型要素的不同情况，可将优化设计方法分类如下。
约束条件的形式有显约束和隐约束两种，前者是对某个或某组设计变量的直接限制，后者则是对某个或某组变量的间接限制。
等式约束对设计变量的约束严格，起着降低设计变量自由度的作用。
优化设计的过程就是在设计变量的允许范围内，找出一组优化的设计变量值，使得目标函数达到最优值。
1.3 目标函数目标函数反映设计变量间的相互关系，可以直接用来评价方案的好坏。
根据其个数，优化设计间题可分为单目标优化问题和多目标优化问题。
在优化问题中，按照目标函数的数目，可以分为单目标函数优化问题和多目标函数优化问题。
在机械优化设计中，最常见的是多目标函数优化，一般而言，目标函数越多，设计的综合效果越好，但问题求解越复杂。
在实际的设计问题中，常常会遇到在多目标函数的某些目标之间存在矛盾的情况，这就要求设计者正确处理各目标函数之间的关系。
对这类多目标函数的优化问题的研究，至今还没有单目标函数那样成熟，但有时可用一个目标函数表示若干个所需追求目标的加权和，从而把多目标函数问题转化为单目标函数问题进行求解。
这时必须引入加权因子的概念，以平衡各项指标之间的相对重要性，以及它们在量纲和量级上的差异。
]2[二、优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以得出不同的分类。
机械优化设计是通过优化方法确定机构、零件、件乃至整个机械系统的最佳参数和结构尺寸，从而使机械产品达到最佳性能，其数学模型一般包含以下3个要素：①设计变量即在优化过程中经过逐步调整，最后达到最优值的独立参数，其个数就是优化设计问题的维数。
②目标函数，反映设计变量间的相互关系，可以直接用来评价方案的好坏，根据其个数优化设计问题可分为单目标优化问题和多目标优化问题。
③约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束，按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。
针对优化设计数学模型要素的不同情况，可将优化设计方法分类如下：1)按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法。
2)按维数可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法。
3)按约束情况可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法。
4)按寻优途径可分为数值法、析法、解法、验法和情况研究法。
5)按优化设计问题能否用数学模型表达，三、各类优化设计方法的特点目前用于优化设计的方法很多,每种方法都有各自的特点 ,这里着重讨论常3[用的一些优化设计方法的特点，大致方法归类如图所示]133.1机械优化问题的数值迭代法机械优化问题比较复杂，难以用数学中的微分法来求解，为了适应电子计算机的运算，常用的优化方法多采用数值迭代法求解。
数值迭代法的基本思想是搜索、迭代和逼近。
3.2无约束优化设计方法无约束优化设计方法没有约束函数的优化设计问题为无约束化问题，无约束优化设计方法很多，有些无约束优化设计方法只需要略加处理，即可用于求解约束优化问题。
因此，无约束优化设计问题是常用优化设计方法的重要基础。
无约束优化设计方法的特点有计算效率高、稳定性好等。
比较常用的无约束优化设计方法有坐标轮换法、单纯形法、共扼方向法、梯度法、牛顿法、变尺度法等，各种方法的适应情况如下表所示。
无约束优化设计方法的适应情况3.3 约束优化设计方法机械优化设计问题一般都是约束优化问题，根据处理约束条件的方法不同，也可以分为直接法和间接法2种。
直接法的基础思想是构造—迭代过程，使每次迭代点都在可行域中，且一步步降低目标函数值，直到求得最优解。
直接法的算法最简单，直观易懂，对目标函数和约束函数无特殊要求；但计算工作大，需用机时多，不适用于维数较高的问题，一般用于求解只含有不等式约束的优化设计问题。
常见方法包括约束坐标轮换法、网络法、复合形法等。
间接法的基本思想是将优化设计问题转化为无约束优化问题，再利用无约束优化方法求解。
或者将非线性约束优化设计问题转化为线性规划问题。
间接法的算法理论性强，可靠性高，精度高，计算复杂，对目标函数、约束函数有一定要求，可求解高维优化设计问题和同时含有等式和不等式约束的优化问题。
常用的方法包括罚函数法、增广拉式乘子法。
3.3.1 基因遗传算法GA是一种非确定性的拟自然算法，它仿造自然界生物进化的规律，对一个随机产生的群体进行繁殖演变和自然选择，适者生存，不适者淘汰，如此循环往复，使群体素质和群体中个体的素质不断演化，最终收敛于全局最优解。
GA与传统优化设计方法不同，它是一种启发式的搜索算法，通过群体中个体的多样性实现对解空间的多点同时搜索，可以有效实现全局最优解。
传统的优化设计方法对于结构形式(拓朴)优化设计、总体方案优化设计等问题，往往难以抽象出合适的数学模型；对于大型复杂的机械优化设计问题，往往会出现多目标函数、多峰值的情况等，GA恰能解决这些传统优化设计方法无法解决的问题。
而且由于在实际应用中往往使用有限的群体和样本，理论上考虑的选择概率和遗传操作是绝对的，容易导致算法过早收敛或局部收敛，所以也应该对GA算法进行深入的研究并予以改进。
3.3.2 模糊优化设计方案在现实优化设计中，存在大量的模糊因素或模糊对象，而传统优化设计方法在建立模型时将模糊因素精确化，甚至忽略不计，往往影响了优化设计的结果。
模糊优化设计是将模糊因素和模糊主观信息量化，建立由模糊变量、糊约束条件和模糊目标函数组成的模糊数学模型，再通过从模糊到非模糊的变化来实现模糊数学模型的转化，最终利用优化算法进行求解。
3.3.3 粒子群算法Kennedy和 Ebe hart于 1995年提出了模拟鸟群觅食过程的粒子群法, 从一个优化解集开始搜索, 通过个体间协作与竞争, 实现复杂空间中最优解的全局搜索。
粒子群法与遗传算法相比, 原理简单、容易实现、有记忆性, 无须交叉和变异操作, 需调整的参数不多, 收敛速度快, 算法的并行搜索特性不但减小了陷入局部极小的可能性, 而且提高了算法性能和效率,是近年被广为关注和研究的一种随机起始、平行搜索、有记忆的智能优化算法。
目前, 粒子群算法已应用于目标函数优化、动态环境优化、神经网络训练等诸多领域, 但用于机械优化设计领域研究还很少。
应用粒子群算法]14[对复合形法进行改进,提出了融合两种算法机制的粒子群复合形法,克服了易陷入局部极值的不足,增强了求解非线性优化问题的全局搜索能力和稳定性,对敏感性自变量优化函数的优化能力更强。
3.3.4 模拟退火法模拟退火法是一种能够跳离局部最优、随机的、全局优化算法, 于 1985年由加拿大多伦多大学教授G E H inton等人基于统计物理学和 Bol tz mann提出,其基本思想源于研究多自由度系统在某温度下达到热平衡时的行为特性的统计力学。
金属在高温熔化时,所有原子都处于高能自由运动状态, 随着温度的降低, 原子的自由运动减弱, 物体能量降低。
只要在凝结温度附近使温度下降足够慢, 原子排列就非常规整, 从而形成结晶结构, 这一过程称为退火过程。
物理系统和优化问题之间具有明显的类似点, 物体的结晶过程可对应于多变量函数的优化过程, 因此可通过模拟退火]15[过程来研究多变量的优化。
四、优化设计方法的评判指标优化设计方法的选择是解决优化设计问题的前提，选用哪个方法好，需视优化设计方法的特性和实际设计问题具体情况而定。
一般来说评价一种优化设计方法的优劣可以从以下几个方面进行考察。
1）可靠性，指在合理精度要求下 ,在一定时间内求解各种不同类型问题的成功率2)精度3)效率，指对同一问题、统一精度要求和同一初始点的情况下，所需的机时数或函数求值次数，即相同条件下的计算成本。
计算效率是影响计算成功主要因素之一4)通用性，指是否有对函数性态的限制，占用内存的限制等，方法的使用范围及其对各类优化设计问题的适用性5)稳定性，指方法的求解稳定性6)全局收敛法，指方法是否会陷入局部最优。
优化设计方法的适应性和收敛性影响计算效率，对整个优化设计有着重要影响。
实践证明任何一种优化设计方法都不可能在计算全过程中均保持较好的收敛性7)初始条件敏感性，指初始条件对能否收敛到最优的影响程度。
如果即使从一个不好的初始点出发也能够收敛到最优解，则说明其初始条件敏感性低8)多变量敏感性，指设计变量的个数即维数的敏感程度，特别是对于直接法求解的优化方法，设计变量过多将会导致计算工作量加大，计算精度降低。
9)约束敏感性，指对约束条件多少的敏感程度。
约束条件过多导致设计空间减小，多变量敏感性加大，使计算过程的稳定性降低]16[结语：总之 ,每一种优化设计方法都是针对某一类问题而产生的,都有各自的特点,都有各自的应用领域,机械优化设计就是在给定的载荷和环境下,在对机械产品的性能、几何尺寸关系或其它因素的限制(约束)范围内，选取设计变量，建立目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法，其方法多样依据不同情形选择合理的优化方法才能更简便高效的达到目标。