优化设计概述公开课一等奖课件省赛课获奖课件.pptx

机械优化设计;该课程的重要目的和任务：;学时分派和课程重难点;学时分派和课程重难点;第六章约束优化办法??????????????????????8

重点是：约束随机方向有哪些信誉好的足球投注网站法

?????????难点是：复合形法；处罚函数法

第七章机械优化设计实例??????????????????4

????重点是：机械优化设计的普通环节；

?????难点是：平面铰链四杆机构再现运动规律的最优化设计；最小体积二级圆柱齿轮减速器的优化设计等;;第一章优化设计的基本概念;优化是从解决多个事物的一切可能的方案中，谋求最优的方案。

优化的原理与办法，在科学的、工程的和社会的实际问题中的应用，便是优化设计。

;（1）来源：优化一语来自英文Optimization，其本意是寻优的过程；

（2）优化过程：是寻找约束空间下给定函数取极大值（以max表达)或极小(以min表达)的过程。优化办法也称数学规划，是用科学办法和手段进行决策及拟定最优解的数学；

（3）优化设计：根据给定的设计规定和现有的技术条件，应用专业理论和优化办法，在电子计算机上从满足给定的设计规定的许多可行方案中，按照给定的目的自动地选出最优的设计方案。

;绪论;机械优化设计就是把机械设计与优化设计理论及办法相结合，借助电子计算机，自动寻找实现预期目的的最优设计方案和最佳设计参数。;2.优化设计的发展概况;近十几年来，最优化设计办法已陆续用到建筑构造、化工、冶金、铁路、航天航空、造船、机床、汽车、自动控制系统、电力系统以及电机、电器等工程设计领域，并获得了明显效果。其中在机械设计方面的应用虽尚处在早期阶段，但也已经获得了丰硕的成果。普通说来，对于工程设计问题，所涉及的因素愈多，问题愈复杂，最优化设计成果所获得的效益就愈大。;第一阶段人类智能优化：与人类史同时，直接凭借人类的直觉或逻辑思维，如黄金分割法、穷举法和瞎子爬山法等。;机械优化设计应用实例

美国波音飞机公司对大型机翼用138个设计变量进行构造优化，使重量减少了三分之一；大型运输舰用10个变量进行优化设计，使成本减少约10%。;;;;;基础：（1）最优化数学理论

（2）当代计算技术

内容：（1）将工程实际问题数学化；

（建立优化设计数学模型）

（2）用最优化计算办法在计算机上求解

数学模型。;该课程的重要目的和任务：

①理解和基本掌握机械优化设计的基本知识；

②扩大视野，并初步含有应用机械优化设计的基本理论和基本办法解决简朴工程实际问题的素质。;§1-2优化设计问题的示例;已知：制造一体积为100m3，长度不不大于5m，不带上盖的箱盒，试拟定箱盒的长x1，宽x2，高x3，使箱盒用料最省。

分析：

（1）箱盒的表面积的体现式；

（2）设计参数拟定：长x1，宽x2，高x3；

（3）设计约束条件：

（a）体积规定；

（b）长度规定；

;数学模型;已知：传动比i,转速n,传动功率P，大小齿轮的材料，设计该齿轮副，使其重量最轻。;分析：

（1）圆柱齿轮的体积(v)与重量(w)的体现；

（2）设计参数拟定：模数m，齿宽b，齿数z1；

（3）设计约束条件：

（a）大齿轮满足弯曲强度规定；

（b）小齿轮满足弯曲强度规定；

（c）齿轮副满足接触疲劳强度规定；

（d）齿宽系数规定；

（e）最小齿数规定。;数学模型;某工厂生产A和B两种产品，A产品单位价格为PA万元，B产品单位价格为PB万元。每生产一种单位A产品需消耗煤aC吨，电aE度，人工aL个人日；每生产一种单位B产品需消耗煤bC吨，电bE度，人工bL个人日。现有可运用生产资源煤C吨，电E度，劳动力L个人日，欲找出其最优分派方案，使产值最大。

分析：

（1）产值的体现式；

（2）设计参数拟定：A产品xA，B产品xB；

（3）设计约束条件：

（a）生产资源煤约束；

（b）生产资源电约束；

（b）生产资源劳动力约束；

;数学模型;§1-3优化设计的数学模型;设计变量的全体事实上是一组变量，可用一种列向量表达。;图1-1设计变量所组成的设计空间

（a）二维设计问题（b）三维设计问题;设计空间的维数表征设计的自由度，设计