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第一章 广义优化/工程优化 §1-1 广义优化概念 优化分析设计方法 广义优化(包括优化对象、优化范围和优化准则)是现代设计的宗旨 优化设计是把最优化数学原理应用于工程设计问题，在众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案的一种现代设计方法。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，采用优化设计方法能大大提高设计效率和设计质量。 优化是合理化、科学化、满意化，是一个系统分析、系统综合、系统检验的反复交叉过程，是一个永无止境的过程。在优化设计过程中，常常需要根据产品设计的要求，合理确定各种参数，以期达到最佳的设计目标。 优化分析设计方法有：优化设计法、广义优化设计法、方案优化法、图论及网络优化、离散优化、交叉优化、模糊优化等。 优化设计的发展阶段： 人类智能优化：凭人类直觉或逻辑思维功能，不一定建立数学模型，无严格数学背景。如：“设计-评价-再设计”法，黄金分割法、穷举法、瞎子爬山法等直接寻优法。 数学规划方法优化： 工程优化： 广义优化 目前，优化设计领域已从数学规划阶段进入 了工程优化和人工智能优化阶段。 机械产品广义优化是面向产品全系统、全过程和全性能的优化设计，是以数值与非数值集成优化、人机合成优化和多计算机协同优化为主要特征的优化设计，是从优化全过程上研究如何提高优化效率与效果的优化设计。 全系统优化 现代机械产品的系统性、综合性和规模化导致设计模型的横向扩展。把研究对象由传统优化的简单零部件扩展到复杂零部件、整机、系列产品和组合产品的整体优化，由单学科领域的优化发展到机、液、光、电、信息的集成优化。统称为~。 全性能优化 客户要求的多样化导致基于全性能的多目标优化。把优化准则由传统优化的单方面性能优化扩展到技术性、经济性和社会性的综合评估和优化。技术上追求实现目的性能、约束性能、使用性能和结构性能的综合优化；结构上追求静态性能和动态性能的组合优化。称为~。 全设计过程优化 对产品寿命周期优化的市场需求导致设计模型的纵向扩展。把优化范围由传统优化的产品技术设计阶段的优化扩展到包含功能、原理方案和参数、结构方案、参数和形状，以及工艺和公差优化的全设计过程，进而面向制造、经销、使用和用后处置的寿命周期设计过程。 全寿命周期优化 优化适应性/模式/手段的拓展(融入新技术)： 广义优化与传统优化特征体系间的比较 优化设计进程 理论研究还有待深入 建模技术的研究还很不充分 结果分析及评价的研究还相对落后 复杂系统“全系统、全性能、全过程”优化设计的研究才刚刚开始 对于大型、复杂和难解问题仍有许多问题有待进一步研究 优化设计和CAD技术的结合还有待进一步研究 由于现代产品和制造系统的复杂性，各种传统的优化方法往往无能为力。 迄今所采用 的各种优化方法都是在数量空间中进行的，而产品及其制造系统的优化却往往需要在特征空间（或语义空间）中进行。 须摹仿生物进化过程中的自组织机制，研究特征空间中的寻优策略，及其在设计优化和工艺优化中的应用。 需要解决的关键问题如下：　生物在进化过程中的寻优机制，抵御“组合爆炸”和防止陷入“局部最优”的策略，及其在产品优化与工艺优化中的应用。　特征空间中的寻优方法与基因（GA）算法。 直接建模 柔性建模 自适应建模 线性规划 针对特殊问题设计的算法 针对复合非光滑优化问题的信赖域方法 针对极大极小问题的极大熵方法 求解一般非光滑问题的算法 次梯度法、捆集法 前处理法：主要有评价理论算法和目的规划算法。直观、简单，但带有一定的盲目性; 后处理法(后置衔接法)：通过求得其全部或一部分有效解、然后由决策者选出合适的有效解作为最优解 ; 渐进衔接法(交互式算法)：构造出评价标准的单目标问题，求出这一单目标问题的最优解，再提交决策者评判。实际上是一个将多目标问题转化为一系列单目标问题求解的过程。 人工智能两大分支： 知识工程 计算智能 可视化处理方法主要有： 事后处理法：把计算和计算结果可视法分成两个阶段，两者不发生交互作用。 跟踪处理法：要求实时显示中间结果，以便于监视当前情况，确定是否继续当前计算或开始一个新的计算。 驾驭处理法：不仅能使研究者实时地观察到当前的计算状态，而且能对计算过程进行实时的交互控制(增大或减少步长，修改参数等)； 可视化过程步骤：计算数据采集、组织与变换；几何图元提取和可视模型构造；图形绘制与显示。 目的：分析优化结果的合理性和可靠性，从而判断模型的正确性，给出修改的信息，以便进一步完善所建立的模型 定义：在某点处，设计变量或起作用约束的微小变化所引起的设计函数(目标函数或约束函数)的变化程度 用灵敏度判断结果的合理性 用灵敏度判断