机械优化设计课程教学大纲
《机械优化设计》-课程教学大纲
《机械优化设计》-课程教学大纲第一篇：《机械优化设计》-课程教学大纲《机械优化设计》－课程教学大纲修订—、课程名称机械优化设计Mechanical Optimize Design二、学分、学时2学分，32学时三、预修课程高等数学、理论力学、数值分析、机械学、计算机科学等。
四、适用学科领域机械设计及理论、森林工程、交通工程和控制理论与控制工程等。
五、课程主要内容、重点难点及学时分配（一）教学基本要求：通过实用机械优化设计的教学要使专业学生了解优化设计的基本思想，优化设计在机械中的作用及其发展概况。
初步掌握建立数学模型的方法，熟练掌握优化方法。
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。
（二）培养能力与素质：本门课程的教学目的和任务是：通过实用机械优化设计的教学使学生掌握问题转化成最优化问题的方法。
并且利用最优化的方法编制计算机程序，用计算机自动寻找最佳的设计方案。
机械优化设计是一种现代设计方法。
在有条件的情况下，应在课余时间指导学生上机操作，提高学生独立工作的能力，掌握实例用于解决工程实际问题。
（三）主要内容和重点、难点本门课程的主要内容包括：机械优化设计的基本术语和数学模型，优化设计的基本概念和理论；无约束最优化方法，约束优化设计的直接法，约束优化设计人间接解法。
第一章机械优化设计的基本术语和数学模型通过列举一些实际的优化设计问题，对机械优化设计的数学模型及用到的基本述评作一简要叙述。
对主要名词术语进行定义和作必要的解释。
使学生了解模型的形式和分类初步掌握数学模型建立的方法，了解设计的一般过程用其几何解释。
1．1几个机械优化设计问题的示例 1．2机械优化设计的基本术语1．3优化设计的数学模型及其分类 1．4优化设计方法1．5优化设计的一般过程及其几何解释第二章优化设计的某些概念和理论在讲述机械优化设计方法之前,首先讲述目标函数、约束函数的基本性质。
目标函数达到约束最控制的条件及迭代法求解的一般原理和收敛条件等。
18机械优化设计
《机械优化设计》课程教学大纲课程代码：010131076课程英文名称：Machinical Optimize Design课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0适用专业：机械设计制造及自动化专业大纲编写（修订）时间：2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标机械优化设计是高等工业学校机械类各专业开设的一门培养学生具有对机械设备及其零部件进行优化设计能力的技术基础课。
主要讲授机械优化数学模型建立方法、优化基本概念、基本理论和基本方法。
在机械类各专业培养计划中，它起到由传统设计向现代化设计的过度。
本课程在教学内容方面除基本知识、基本理论、基本方法的教学外，通过上机训练，着重培养学生的优化设计思维和优化设计能力。
通过本课程学习，学生将达到以下要求。
1.初步掌握机械零部件优化设计数学模型的建立原则、步骤和方法，具有建立简单机械结构优化数学模型的能力；2.掌握典型算法数值迭代计算的能力；3.掌握根据数学模型选择优化方法的能力；4.掌握对优化结果进行初步分析的能力；5.对于优化结果能够根据国家标准确定优化方案；6.了解机械优化的新进展。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1.基本知识：掌握优化设计的一般知识，机械优化模型的分类、以及优化方法迭代思想、迭代过程和收敛准则等。
2.基本理论和方法：掌握一维优化、无约束优化和有约束优化典型算法的思想、迭代方法、收敛特点、以及适应的数学模型。
3.基本技能：初步掌握机械优化模型的建立、根据数学模型能够选择优化算法并能上机计算、对优化结果能够根据国家标准确定优化方案。
能够编制简单算法的计算机程序。
（三）实施说明1.教学方法：课堂讲授中重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考能力、分析问题能力和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实验和自学获取知识，培养学生自学能力和独立思考能力。
讲课要理论联系实际并注重培养学生的创新能力。
机械优化设计课程教学大纲知识分享
《机械优化设计》课程教学大纲一．课程基本信息开课单位：机械工程学院英文名称：Mechanical Optimize Design学时：总计48学时，其中理论授课36学时，实验（含上机）12学时学分：3.0学分面向对象：机械设计制造及其自动化，机械电子工程等本科专业先修课程：高等数学，线性代数，计算机程序设计，工程力学，机械原理，机械设计教材：《机械优化设计》，孙靖民主编，机械工业出版社，2012年第 5版主要教学参考书目或资料：1.《机械优化设计》，陈立周主编，上海科技出版社，1982年2.《机械优化设计基础》，高健主编，机械工业出版社，2000年3. 其它教学参考数目在课程教学工作实施前另行确定二．教学目的和任务优化设计是60年代以来发展起来的一门新学科，它是将最优化方法和计算机技术结合、应用于设计领域而产生的一种现代设计方法。
利用优化设计方法可以从众多的设计方案中寻找最佳方案，加快设计过程，缩短设计周期，从而大大提高设计效率和质量。
优化设计方法目前已经在机械工程、结构工程、控制工程、交通工程和经济管理等领域得到广泛应用。
在机械设计中采用最优化方法，可以加速产品的研发过程，提高产品质量，降低成本，从而达到增加经济效益的目的。
学生通过学习《机械优化设计》课程，可以掌握优化设计的基本原理和方法，熟悉建立最优化问题数学模型的基本过程，初步具备对工程中的优化设计问题进行建模、编程和计算的应用能力，为以后从事有关的工程技术工作和科学研究工作打下一定的基础。
三．教学目标与要求本门课程通过授课、计算机编程等教学环节，使学生了解优化设计的基本思想，优化设计在机械中的作用及其发展概况。
初步掌握建立数学模型的方法，掌握优化方法和使用MATLAB优化工具箱能力。
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四．教学内容、学时分配及其基本要求第一章优化设计概述（2学时）（一）教学内容1、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2、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（二）基本要求机械优化设计的内容及目的。
机械优化设计讲义
机械优化设计理论与方法多媒体教学系统主讲：黄文权2005.02.第一章基本概念与理论基础主要内容：1 优化设计的基本思想2 优化设计的应用及发展概况3 优化设计数学模型、基本术语4 优化设计理论的数学基础5 优化设计的求解方法及其收敛判定条件要求：1 掌握优化设计的基本思想、数学模型、基本术语、一般过程、求解方法及收敛判定条件、数学基础2 了解优化设计的应用及发展概况1.1优化设计概述优化设计(Optimal Design)是20世纪60年代发展起来的一门新学科，将最优化原理和计算技术应用于设计领域，为工程设计提供的一种重要的科学设计方法，是现代设计理论和方法的一个重要领域。
设计原则：参数(过程)最优设计设计手段：计算机及其程序设计方法：最优化数学方法设计内容：物理模型->数学模型->数学模型求解1.1.1机械优化设计基本思想一设计过程图1-1机械产品设计过程二传统设计到优化设计1传统设计方法：参照相同或相似产品进行估算、经验类比或试验分析准则：安全-寿命设计；破损-安全设计过程：主要由人工完成图1-2传统设计计算方法2机械优化设计方法：建立产品优化模型并在约束条件下应用最优化方法求最优解准则：单(多)目标最优化过程：主要由计算机完成图1-3优化设计计算方法三优化设计基本思想根据机械设计的一般理论、方法以及设计规范和行业标准等，把工程设计问题按照具体要求建立一个能体现设计问题的数学模型，然后采用最优化技术与计算机计算技术自动找出它的最优方案，使问题的解决在某种意义上达到无可争议的完善化。
即在规定的各种设计限制条件下，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值，解决设计方案参数的最佳选择问题。
四优化设计过程1优化设计过程2优化设计过程应用图1-5优化设计过程应用1.1.2优化设计发展状况一优化设计方法学以数学规划、数值解法为理论基础，计算机技术和计算技术为手段，结合设计方法学，逐步发展成为一门新兴学科。
机械优化设计大纲
《机械优化设计》教学大纲本教学大纲适用于矿山机电三年制高职学生，总学时30学时，理论学时30。
考核方式为考查。
一、课程性质、目的和任务(一) 课程性质、目的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。
(二) 课程任务该课程的主要目的和任务在于培养学生：①了解和基本掌握机械优化设计的基本知识②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。
二、课程教学的基本要求优化设计是60年代以来发展起来的一门新学科，它是将最优化方法和计算机技术结合、应用于设计领域而产生的一种现代设计方法。
利用优化设计方法可以从众多的设计方案中寻找最佳方案，加快设计过程，缩短设计周期，从而大大提高设计效率和质量。
优化设计方法目前已经在机械工程、结构工程、控制工程、交通工程和经济管理等领域得到广泛应用。
在机械设计中采用最优化方法，可以加速产品的研发过程，提高产品质量，降低成本，从而达到增加经济效益的目的。
学生通过学习《机械优化设计》课程，可以掌握优化设计的基本原理和方法，熟悉建立最优化问题数学模型的基本过程，初步具备对工程中的优化设计问题进行建模、编程和计算的应用能力，为以后从事有关的工程技术工作和科学研究工作打下一定的基础。
三、课程的教学内容第1讲优化设计概述优化设计是现代设计方法的重要内容之一。
它以数学规划论为理论基础，以电子计算机为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下，寻求满足某项预定目标的最佳设计方案的一种设计方法。
第2讲优化设计的数学模型优化数学模型是对实际问题的数学描述和概括，是进行优化设计的基础。
因此，根据设计问题的具体要求和条件建立完备的数学模型是关系优化设计成败的关键。
第3讲黄金分割法通过比较单峰区间内两个插点的函数值，不断舍弃单峰区间的左端或右端一部分，使区间按照固定区间缩短率（缩小后的新区间与原区间长度之比）逐步缩短，直到极小点所在的区间缩短到给定的误差范围内，而得到近似最优解第4讲二次插值法在给定的单峰区间中，利用目标函数上的三个点来构造一个二次插值函数，以近似地表达原目标函数，并求这个插值函数的极小点近似作为原目标函数的极小点。
机械优化设计第五版教学设计 (2)
机械优化设计第五版教学设计一、教学目标1.掌握机械优化设计的基本概念和设计方法。
2.能够理解和应用CAD/CAM软件进行机械优化设计。
3.能够自主设计和制作简单的机械产品，达到工业实际应用水平。
二、教学内容1. 机械优化设计基础1.1 机械优化设计的基本概念与原理 1.2 机械优化设计的设计流程与主要方法2. CAD/CAM软件的使用2.1 CAD软件基础 2.2 CAM软件基础 2.3 CAD/CAM协同设计3. 机械设计实例分析3.1 零件分析与选材 3.2 设计思路和方案比较 3.3 机械设计的优化和改进三、教学方法教学方法以讲授、实践操作、案例分析结合为主，注重学生的互动和个性化教学。
讲授环节：由教师进行机械优化设计基础理论的讲解和CAD/CAM软件的使用方法演示。
实践操作环节：学生在教师的指导下，使用CAD/CAM软件进行操作实践，从而能够熟练地掌握机械优化设计和软件使用。
案例分析环节：通过对实际机械产品的设计案例进行分析，学生能够理解机械设计的思路和方法，同时能够学到好的设计习惯和经验。
四、考核方式1.平时成绩占总成绩的30%，其中包括实验成绩和平时作业等。
2.期末考试占总成绩的70%，主要考核学生对机械优化设计理论的掌握程度和软件的操作能力。
五、参考教材1.《机械优化设计基础》2.《CAD/CAM设计与应用》3.《机械设计手册》六、教学进度安排教学单元授课时间实践时间第一单元：机械优化设计2周1周第二单元：CAD/CAM软件2周1周第三单元：案例分析与实践2周1周七、教学总结本课程的主要目的是使学生能够较深入地理解机械优化设计的基本概念和设计方法，并能够熟练使用CAD/CAM软件进行机械产品的设计。
教师在授课中应重视案例分析，在帮助学生熟练掌握机械优化设计基础和软件操作方面，还要注意培养学生的动手能力和团队协作能力。
学生也应在实践操作中不断探索和创新，不断完善自己的设计思维和实践能力，达到真正意义上的工程应用水平。
《机械优化设计》教学大纲
《机械优化设计》教学大纲大纲说明课程代码：3335047总学时：48学时（讲课40学时，上机8学时）总学分：3课程类别：专业模块选修课适用专业：机械设计制造及其自动化专业预修要求：高等数学、线性代数、BASIC或其它适于科学计算的高级语言、工程力学、机械设计基础一、课程的性质、目的、任务：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。
该课程是为高年级设置的专业课，可供机械类或近机类专业的学生学习。
该课程的主要目的和任务在于培养学生：1）了解和基本掌握机械优化设计的基本知识2）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。
二、课程教学的基本要求：课堂讲授：课堂讲授主要以导学式教学为主，启发引导学生的学习兴趣，通过实例及典型例题加深学生对课堂内容的理解。
实践性环节基本要求：本课程的实践性环节主要是上机编制和调试程序（8学时）1）目的和要求上机调试并通过教材上已有的或是自行编制的计算程序，达到巩固某些基本的重要算法的目的2）内容编制并调试一维收索方法、无约束优化方法、约束优化方法及机械零件设计优化计算程序，上机练习并输出计算结果。
课程考核要求：期末考试成绩占总成绩的60-70%，平时成绩占30-40%。
三、大纲的使用说明：课程总学时：课堂教学+上机时数 = 40+8大纲正文第一章绪论学时：1学时（讲课1学时）本章讲授要点：1）明确本课程的研究对象、内容、性质、任务；2）明确优化的含义、机械优化设计的内容及目的。
重点：了解机械优化设计的一般过程。
难点：机械优化设计的一般步骤。
第二章优化设计概述学时：3学时（讲课3学时）本章讲授要点：通过机械设计优化问题示例，使学生了解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。
重点：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。
机械优化设计教案第一章
优化变量的个数n决定着优化问题规模的大小。 优化变量的个数n决定着优化问题规模的大小。
优化问题规模大小可大致划分为： 优化问题规模大小可大致划分为： 小型优化模型（含1-10个优化变量）； 小型优化模型（ 10个优化变量）； 个优化变量 中型优化模型（ 10-50个优化变量 个优化变量）； 中型优化模型（含＞10-50个优化变量）； 大型优化模型（ 50个以上优化变量）。 大型优化模型（含50个以上优化变量）。 个以上优化变量
连续变量 离散变量
10
优化模型的维数
在最优化中，优化变量的全体， 在最优化中，优化变量的全体，实际上是一组变 量，称为优化向量。 称为优化向量。。 优化变量的多少称为优化模型的维数。 维数
一维优化模型仅仅含有一个优化变量； 一维优化模型仅仅含有一个优化变量； 仅仅含有一个优化变量 维优化模型含有 个优化变量。 含有n n维优化模型含有n个优化变量。 三维优化模型。 例1-1为三维优化模型。 二维优化模型。 例1-2为二维优化模型。 二维优化模型。 例1-3为二维优化模型。 四维优化模型。 例1-4为四维优化模型。
g1 ) = 3 x1 + 5 x2 − 15 ≤ 0 (X g 2 ) = 6 x1 + 2 x2 − 24 ≤ 0 (X g 3 ) = x1 ≥ 0 (X g 4 ) = x2 ≥ 0 (X
g3 ) = 0 (X
x2
E
(X g2 ) = 0
D
o
g1 ) = 0 (X
C B A
6
优化设计方法或算法主要包括： 优化设计方法或算法主要包括： 传统优化算法（如黄金分割法或0.618法， 传统优化算法（如黄金分割法或0.618法 0.618 单纯形法、复合形法、最小二乘法等）； 单纯形法、复合形法、最小二乘法等）； 模糊优化法； 模糊优化法； 遗传优化法； 遗传优化法； 神经网络优化法等。 神经网络优化法等。 机械优化设计特点
《机械优化设计》课程教学大纲
《机械优化设计》课程教学大纲一、课程与任课教师基本信息二、课程简介机械优化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：．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。
．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。
．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，，、或语言，等方面的基础知识，将非常有利于本课程的学习。
五、教材选用与参考书．选用教材：《机械优化设计》，孙靖民编，机械工业出版社，，第版。
．参考书：王科社机械优化设计国防工业出版社第，章《辅助优化计算与设计》飞思科技研发中心编著模块指导教程相关书籍六、课程进度表表理论教学进程表表实验教学进程表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。
机械优化设计方法第三版教学设计
机械优化设计方法第三版教学设计课程背景随着工业化进程的发展，机械制造业已成为国民经济中的重要部分。
机械设计是机械制造业的核心，在机械制造业发展中占据着重要地位。
为了更好地适应行业发展需要，提高机械制造业的发展水平，机械优化设计方法第三版教学被开设。
本课程主要讲解机械优化设计方法及其应用，为学生提供基本的理论知识及实际应用技能。
教学目标1.理解机械系统的基本原理和结构组成。
2.掌握机械优化设计方法及其应用。
3.能够应用机械优化设计方法解决机械制造中的实际问题。
4.增强机械制造行业适应和创新能力。
教学内容第一章机械系统概述本章主要介绍机械系统的基本概念、原理和结构组成，为后续章节的学习打下基础。
1.机械系统的定义2.机械系统的基本元素3.机械运动学基础第二章机械优化设计基础本章主要介绍机械优化设计的基本概念和原理，为后续章节的应用提供理论基础。
1.机械优化设计的定义2.机械优化设计的目标和方法3.机械优化设计的基本流程4.机械优化设计的评估指标第三章机械优化设计应用本章主要介绍机械优化设计在实际机械制造中的应用方法，并结合实例进行演示。
1.机械优化设计在机械结构设计中的应用2.机械优化设计在机械传动设计中的应用3.机械优化设计在机械控制系统设计中的应用第四章机械优化设计软件使用本章主要介绍机械优化设计软件的使用方法和注意事项，为学生提供实际操作技能。
1.机械优化设计软件的基本操作2.机械优化设计软件的应用案例教学方法本课程采用讲授、案例分析、讨论、实验的教学方法，灵活运用多种教学手段，注重学生理论知识和操作技能的提高。
1.讲授：通过教师的讲解，向学生传达机械系统的基本原理、机械优化设计基础等知识。
2.案例分析：通过实例分析，让学生了解机械优化设计在实际机械制造中的应用方法和效果。
3.讨论：通过讨论，学生可以分享自己的见解和经验，促进知识的交流和共享。
4.实验：通过实验，让学生学以致用，将理论知识转化为实际操作技能。
机械优化设计
《机械优化设计》实验教学大纲湖南农业大学工学院2007年11月《机械优化设计》实验教学大纲1、实验课程号：30179B12、课程属性：选修3、实验属性：非独立设课4、学时：总学时40，实验学时8 学分：25、实验应开学期：第5学期（秋季）6、先修课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、Visual Basic语言或C语言一、课程的性质和任务《机械优化设计》课程是高等工科院校中机械类专业指导委员会指定的一门主干课程，是一门用以培养学生在机械设计中应用现代设计方法的专业课，其目的是使学生树立优化设计的思想,掌握优化设计的基本概念和基本方法, 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初步能力。
为学生的毕业设计及科学研究打下一定的基础，该课程是在高年级设置的专业选修课，可供机械类或近机类专业的学生选修。
该课程在机械类或近机类专业的教学计划中占有重要的地位和作用。
二、实验的目的与基本要求1、加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解。
2、掌握数学模型的建立方法3、掌握几种常用的最优化计算方法。
4、能运用计算机语言来编程上机解答，培养学生独立编制、调试计算机程序的能力。
5、培养学生灵活运用优化设计方法解决工程实际问题的初步能力。
三、实验考核方式及办法课程实验不单独考试，根据实验内容当场在计算机上查看实验结果运行情况，要求打印出实验程序、并结合学生实际动手能力和学习态度进行评分，计入课程考试，实验课成绩占课程总分成绩的15%。
四、实验项目一览表序号实验项目实验实验方法实验要每组适用实类型求人数专业验学时1优化方法编程验证任选做其中两个实验工科类4外推法、黄金分割法程序的编制和解题验证编程、上机调试运行选做1工科类2 二次插值法程序的编制和解题验证编程、上机调试运行选做1工科类2最速下降法程序的编制和解题验证编程、上机调试运行选做1工科类2 共轭梯度法程序的编制和解题验证编程、上机调试运行选做1工科类22 优化技术在机械设计中的应用综合设计性编程、上机调试运行必做1工科类4五、实验项目的具体内容实验一优化方法编程1、目的与要求（1）加深对机械优化设计方法的基本理论和算法步骤的理解。
优化设计课程大纲新
《机械优化设计》课程教学大纲制定人：教学团队审核人：***开课学院审核人：****课程名称：机械优化设计／Optimization Methods for Machine Design课程代码：011113适用层次（本/专科）：本科学时：32学分：2 讲课学时：24 上机/实验等学时：6 ，考核：2 考核方式：考查先修课程：线性代数、高等数学、材料力学、C语言适用专业：机械工程及其自动化等教材：孙靖民．机械优化设计．机械工业出版社．2006．主要参考书：1.叶元烈．机械优化理论与设计．中国计量出版社．20012.陈立周．机械优化设计方法．冶金工业出版社．2009一、本课程在课程体系中的定位本课程是为机械工程自动化专业的一门选修课。
其任务是使学生初步掌握优化设计的一些基本理论和方法，并尝试解决机械设计中的实际问题。
二、教学目标1.培养学生从全局的角度，思考问题、解决工程实际问题的意识。
2.培养学生从复杂多变的客观实际中，抽取有效信息，建立数学模型的能力。
3.培养学生利用数学模型进行定量分析与参数优选的素质。
三、教学效果通过本课程的学习，学生可具备：1.从全局的角度，思考问题、解决工程实际问题·的意识。
2.从复杂多变的机械、机构优化设计中，明确设计追求的目标、确定设计变量、提炼系统约束条件，建立恰当的数学模型的能力。
3.掌握数学模型基本的求解方法。
4.熟练运用C、Matlab等软件，编写程序，求解数学模型的能力。
5.将模型求解结果还原至实际问题，并进行正确判断与科学决策的素质。
6.结合实际问题，修正与改进既有模型的能力。
四、教学内容与教学效果对照表五、教学内容和基本要求第一章优化设计总论教学内容：1.优化设计在工程设计的作用2.优化设计的应用实例3.优化设计的数学模型4.优化设计问题的几何描述5.优化设计的基本解法教学要求：1.明确什么是优化设计？优化设计在工程设计中的作用。
2.什么是优化设计的数学模型？数学模型包含哪些内容？3.理解优化设计数学模型解的几何意义。
机械优化设计讲义
《机械优化设计》讲义刘长毅第一讲第一课时：机械优化设计概论课程的研究对象：根据最优化原理和方法，利用计算机为计算工具，寻求最优设计参数的一种现代设计方法。
目标：本课程目标体系可以分为三大块：理论基础、算法的分析、理解和掌握，算法的设计、实现（编程）能力的培养。
将主要是对算法的学习为主，并兼顾培养一定的解决实际问题能力、上机编程调试能力。
首先，几个概念：优化（或最优化原理、方法）、优化设计、机械（工程）优化设计。
现代的优化方法，研究某些数学上定义的问题的，利用计算机为计算工具的最优解。
优化理论本身是一种应用性很强的学科，而工程优化设计（特别是机械优化设计）由于采用计算机作为工具解决工程中的优化问题，可以归入计算机辅助设计(CAD)的研究范畴。
再，优化方法的发展：源头是数学的极值问题，但不是简单的极值问题，计算机算法和运算的引入是关键。
从理论与实践的关系方面，符合实践-理论-实践的过程。
优化原理和方法的理论基础归根结底还是来源于实际生产生活当中，特别是工程、管理领域对最优方案的寻找，一旦发展为一种相对独立系统、成熟的理论基础，反过来可以指导工程、管理领域最优方案的寻找（理论本身也在实践应用中不断进步、完善）。
解决优化设计问题的一般步骤：相关知识：数学方面：微积分、线性代数；计算机方面：编程语言、计算方法；专业领域方面：机械原理、力学等知识内容：数学基础、一维到多维、无约束到有约束1.1数学模型三个基本概念：设计变量、目标函数、约束条件设计变量：相对于设计常量（如材料的机械性能）在设计域中变量是否连续：连续变量、离散变量（齿轮的齿数，）。
设计问题的维数，表征了设计的自由度。
每个设计问题的方案（设计点）为设计空间中的一个对应的点。
设计空间：二维（设计平面）、三维（设计空间）、更高维（超设计空间）。
目标函数：设计变量的函数。
单目标、多目标函数。
等值面的概念：设计目标为常量时形成的曲面（等值线、等值面、超等值面）。
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《机械优化设计》课程教学大纲
一．课程基本信息
开课单位：机械工程学院
英文名称：Mechanical Optimize Design
学时：总计48学时，其中理论授课36学时，实验（含上机）12学时
学分：3.0学分
面向对象：机械设计制造及其自动化，机械电子工程等本科专业
先修课程：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
教材：《机械优化设计》，孙靖民主编，机械工业出版社，2012年第 5版
主要教学参考书目或资料：
1.《机械优化设计》，陈立周主编，上海科技出版社，1982年
2.《机械优化设计基础》，高健主编，机械工业出版社，2000年
3.其它教学参考数目在课程教学工作实施前另行确定
二．教学目的和任务
优化设计是60年代以来发展起来的一门新学科，它是将最优化方法和计算机技术结合、应用于设计领域而产生的一种现代设计方法。
利用优化设计方法可以从众多的设计方案中寻找最佳方案，加快设计过程，缩短设计周期，从而大大提高设计效率和质量。
优化设计方法目前已经在机械工程、结构工程、控制工程、交通工程和经济管理等领域得到广泛应用。
在机械设计中采用最优化方法，可以加速产品的研发过程，提高产品质量，降低成本，从而达到增加经济效益的目的。
学生通过学习《机械优化设计》课程，可以掌握优化设计的基本原理和方法，熟悉建立最优化问题数学模型的基本过程，初步具备对工程中的优化设计问题进行建模、编程和计算的应用能力，为以后从事有关的工程技术工作和科学研究工作打下一定的基础。
三．教学目标与要求
本门课程通过授课、计算机编程等教学环节，使学生了解优化设计的基本思想，优化设计在机械中的作用及其发展概况。
初步掌握建立数学模型的方法，掌握优化方法和使用MATLAB优化工具箱能力。
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
四．教学内容、学时分配及其基本要求
第一章优化设计概述（2学时）
（一）教学内容
1、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
2、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
（二）基本要求
1、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。
2、了解机械忧化设计的一般过程（步骤）。
3、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。
第二章优化方法的数学基础（6学时）
（一）教学内容
1、函数的梯度与二阶导数
2、无约束目标函数的极值点存在条件
3、函数的凸性与凸函数
4、目标函数的约束极值问题
（二）基本要求
1、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。
2、理解凸集、凸函数与凸规划的概念。
3、理解优化问题的数值迭代法；无约束优化问题的极值条件；约束优化问题的极值条件。
第三章一维优化方法（6学时。
含讲授4学时，上机2学时）
（一）教学内容
1、一维优化的基本思想；初始搜索区间的确定
2、黄金分割法，二次插值法
（二）基本要求
1、了解一维优化的基本思想。
2、掌握确定搜索区间的方法与区间消去法原理。
3、掌握黄金分割法；二次插值法。
第四章无约束优化方法（10学时。
含讲授6学时，上机4学时）
（一）教学内容
1、最速下降法、牛顿型方法
2、共轭方向法、共轭梯度法、DFP变尺度法
3、坐标轮换法、鲍威尔（Powell）法
（二）基本要求
1、掌握最速下降法、牛顿型方法。
2、了解共轭方向法、共轭梯度法、变尺度法。
3、掌握坐标轮换法、鲍威尔法。
第五章线性规划（4学时。
含讲授2学时，上机2学时）
（一）教学内容
1、线性规划的标准形式与基本性质
2、基本可行解的转换
3、单纯形法及其应用
（二）基本要求
1、了解线性规划的基本知识。
2、掌握单纯形法求解线性规划问题。
第六章约束优化方法（10学时。
含讲授8学时，上机2学时）（一）教学内容
1、随机方向法、复合形法
2、可行方向法、惩罚函数法
（二）基本要求
1、了解约束优化设计的基本思想。
2、了解随机方向法、复合形法、可行方向法。
3、掌握惩罚函数法。
第七章多目标及离散变量优化方法（4学时）
（一）教学内容
1、多目标优化问题及方法
2、离散变量优化问题及方法
（二）基本要求
1、了解多目标优化问题及离散变量优化问题。
2、掌握多目标优化方法和离散变量优化方法。
第八章机械优化设计实例（6学时。
含讲授4学时，上机2学时）（一）教学内容
1、MATLAB优化工具箱介绍
2、优化设计在机械设计中的应用（或其它机械方面的）举例（二）基本要求
1、掌握MATLAB优化工具箱常用的优化函数的使用。
2、理解机械优化设计的一般步骤，建立优化数学模型的原则。
3、能够对机械设计问题进行优化设计计算。
五．教学方法及手段
本课程以课堂教学为主，配以适当的上机编程练习。
课堂教学全部采用多媒体教学。
六．考核方式及考核方法
考核方式：考查
成绩计算方式：总评成绩 = 期末笔试60% + 平时考核40%
七．课内实验（上机）教学安排
（性质：必做、选做；类型：演示、验证、综合、设计研究）。