机械优化设计1章.ppt

机 械 优 化 设 计 第一章 绪 论 * * 机械优化设计 一章 绪论 二章 优化设计的数学模型和基本概念 三章 优化设计的基本概念和理论 四章 无约束问题的最优化方法 五章 约束问题的最优化方法 八章 多目标问题的最优化方法 1.1 设计过程 1.2 优化设计问题的一般分类及工作方法 1.3 优化设计领域中的常见术语 1.4 机械优化设计的发展趋势 1.1 设计过程 根据一定的目的和要求进行构思、策划和计划、试验、计算和绘图等一系列活动的总体。 1、设计过程及特点 2、概念设计与参数设计 3、设计中常用决策方法 4、优化在设计中的作用 1、设计过程及特点 设计计算分析 选择 详细设计 样机与实验 产品生产 需求识别 背景调查或市场调查 目标陈述或功能说明 性能技术条件 方案设计 设计过程 设计特点 1）创造性思维过程 2）反复过程 3）单输入、多输出过程 2、概念设计与参数设计 概念设计 创新性设计、适应性设计、变形设计 参数设计 设计计算、分析选择 3、设计中常用决策方法 1）选择设计决策 对两个以上的设计方案，经详细分析计算后，选取设计指标或特性值的好者。 1 1 越大越好 越小越好 取给定范围值较好 1 3、设计中常用决策方法 2）优化设计决策 用最优化方法确定方案。 x1 x2 设计点 3、设计中常用决策方法 3）风险设计决策 当设计特性（或参数）具有某种随机性质时，想得到技术与经济都较为合理的方案，在某些情况下，需要按一定的风险水平作出决策。 设计特性 价值 设计特性 概率密度函数 设计1 设计2 μy1 μy2 设计要求 3、设计中常用决策方法 4）可制造性决策 机械设计中特殊决策方案。 例如，要求设计一个如右下图所示的防洪堤坝。为了能防洪水，高度必须足以保证洪峰到来时，洪水不会漫入堤岸；堤坝的强度足以保证巨浪不会冲垮堤坝。同时希望得到一个省时省力省经费的设计方案。 获得设计方案的过程是一个决策的过程，也是优化的过程。 所作的努力或希望的效益在实际问题中均可表达为一些决策变量的函数。 优化过程就是求解一个付出的努力最小、获得效益最大的方案。 4、优化在设计中的作用 最优值 (Optimum)　 最优化的简写为　Opt 最优化 在规定的范围内（或条件下），寻找给定函数取得的最大值（或最小值）的条件。 例如, 在右图中，求得一维函数 f(x) 最小值的条件为：若x取 x*，则 f(x) 取得最小值 f(x*)。 目的是为了在完成某一任务时所作的努力最少、付出最小，而使其收益最大、效果最好。 1.2 优化设计问题的一般分类及工作方法 机械优化设计：使某种机械设计在规定的各种限制条件下，优选设计参数，使某项或几项设计指标获得最优值。 函数优化问题：令X为 上连续变量x的一个子集，f( x ):→ 为n维实函数，所谓函数f( x )在X域上的全域最优点就是所求点 ，使f( x )为在X域上的全域最小值，即 1、分类 P6表1－2 1）根据设计要求和目的定义优化设计问题 2）建立优化设计问题数学模型 3）选用和使得优化设计方法 4）确定必要的参数和设计初始点 5）编写计算机程序，求解最优解 6）对结果及设计方案进行合理性和适用性分析 2、一般工作方法 1）根据设计要求和目的定义优化设计问题 2）建立优化设计问题数学模型 3）选用和使得优化设计方法 4）确定必要的参数和设计初始点 5）编写计算机程序，求解最优解 6）对结果及设计方案进行合理性和适用性分析 1.3 优化设计领域中的常见术语 优化建模：将设计问题抽象和表述为计算机可以接受与处理的优化计算模型。 模型形式：数学模型、逻辑模型、知识模型、数字化模型等。 建模方法：数学显式建模、有限元建模、仿真建模、图形建模、曲线图表近似建模、多目标建模等。 1.3 优化设计领域中的常见术语 优化准则：用于评定方案是否达到最优的一种判据，通常为产品设计中某项或某几项设计指标，如质量、性能、重量、成本等。 准则函数或目标函数