机械优化设计绪论概述

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1、华侨大学厦门工学院机械工程系机械优化设计周剑花电话：18959290108学习参考书孙靖民.机械优化设计.机械工业出版社(教材)陈立周.机械优化设计方法.冶金工业出版社刘惟信.机械最优化设计.清华大学出版社陈秀宁.机械优化设计.杭州：浙江大学出版社田福祥.机械优化设计理论与应用.冶金工业出版社.……目录绪论第一章优化设计概述第二章优化设计数学基础第三章一维搜索法第四章无约束优化方法第五章约束优化方法第六章多目标优化方法第七章机械优化设计实例绪论一、优化相关概念二、机械的传统设计到优化设计三、机械优化设计的发展四、机械优化设计的应用概况来

2、源：优化一语来自英文Optimization，其本意是寻优的过程，最优化可简写为Opt；优化过程：是寻找约束空间下给定函数取极大值或极小值的过程。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。优化是万物演化的自然选择和趋势一、优化相关概念优化设计：优化原理与方法，在科学、工程和社会的实际问题中的应用，即为优化设计。机械优化设计：即把机械设计与优化设计理论及方法相结合，借助电子计算机，自动寻找实现预期目标的最优设

3、计方案和最佳设计参数。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。优化过程就是求解一个付出最小、获得效益最大的方案。古诺双头模型模型假设：只有两个公司有相同的成本结构（边际成本c;)制造生产某种特定的产品（甲公司生产q1个，乙公司生产q2个）产品单位成本c价格定位古诺模型如果你是甲公司，你准备生产多少个q1，可以使得公司的利润最大??反应函数曲线企业1

4、的反应函数：企业2的反应函数：古诺模型反应函数曲线完全竞争产量垄断产量古诺均衡古诺模型古诺均衡完全竞争产量垄断产量古诺均衡产量机械设计方法传统设计方法基于手工劳动或简易计算工具。方法低效，一般只能获得一个可行的设计方案。传统机械设计理论与方法包括疲劳寿命理论、强度理论、振动理论……常凭经验、试算、校核等方法。现代优化方法基于计算机的应用，设计过程包括：①从实际问题中抽象出数学模型；②选择合适的优化方法求解数学模型。特点：以人机配合或自动搜索方式进行，能从“所有的”的可行方案中找出“最优的”的设计方案。二、机械的传统设计到优化设计传统设计

5、到优化设计人工试凑和定性分析的比较过程，被动的重复分析产品的性能——经验设计、近似计算、一般的安全寿命可行设计。设计问题数学模型优化途径，优选设计参数设计方案方案分析最优？否是最优的设计方案图2:现代优化设计过程框图利用电子计算机主动的设计产品参数，获得最优方案——理论设计、精确计算、优化设计优化设计的一般过程1）建立确切反映问题实质并适合于优化计算的优化设计数学模型；2）选择恰当的优化方法，编写计算机语言程序；3）求得数学模型的最优解。机械优化设计是使某项机械设计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

6、。工程设计上的“最优值”(Optimum)或“最佳值”系指在满足多种设计目标和约束条件下所获得的最令人满意和最适宜的值。工程案例1、利用一化工优化系统，对一化工厂进行设计。根据给定数据，在16小时内，进行16000各可行性设计的选择，从中选择一成本最低、产量最大的方案，并给出必须的精确数据。传统设计：一组工程师，一年时间，仅仅3个方案，且并非最优。2、美国BELL飞机公司利用优化方法解决450个设计变量的大型结构优化问题。一个机翼质量减轻35%。3、波音公司，在747的机身设计中受到了减轻质量、缩短生产周期、降低成本的效果。4、武汉钢铁

7、公司从德国引进的1700薄板轧机，经该公司自主优化后，就多盈利几百万马克。优化设计的作用（优点）：使传统机械设计中，求解可行解上升为求解最优解成为可能；使传统机械设计中，性能指标的校核可以不再进行；使机械设计的部分评价，由定性改定量成为可能；大大提高了产品的设计质量，从而提高了产品的质量；提高生产效率，降低产品开发周期；……机械优化设计的发展1、古典优化思想:17世纪，利用微分学和变分学的解析解法。——仅能解决简单的极值问题2、经典优化方法：20世纪40年代，数学规划方法——可求解包含等式约束和不等式约束的复杂优化问题。3、现代优化设计

8、：20世纪80年代出现许多现代优化算法：模拟退火算法、遗传算法、人工神经网络算法、蚁群优化算法等。并从狭义优化设计（零部件参数）转向广义优化设计（面向产品的全系统、设计全过程、全寿命周期）。例如,针对涉及多