机械优化设计绪论课件.ppt

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1、机械优化设计学时：32主要内容一章绪论二章优化设计的数学模型和基本概念三章无约束问题的最优化方法四章约束问题的最优化方法五章多目标问题的最优化方法六章离散变量和随机变量的最优化方法七章优化设计过程中应注意的问题第一章绪论优化优化设计机械优化设计及其发展概况主要内容第一章绪论教学目标了解“优化”和“优化设计”的基本概念；了解“机械优化设计”的基本概念及发展概况；了解本课程的主要研究内容教学目标:第一章绪论第一章绪论一.优化1.优化在规定的范围内（或条件下），寻找给定函数取得的最小值（或最大值）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

2、(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。最优值(Optimum)　最优化的简写为　Opt.一.优化2.优化过程例如，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。优化的过程是一种决策的过程。第一章绪论实际问题表达成的函数类型很多：确定型、不确

3、定型函数；线性、非线性（二次、高次、超越）函数。变量类型也很多：连续、离散、随机变量等等。求解问题的优化方法也很多，主要包括解析法和数值计算方法。产生很多的优化算法：无约束优化、约束优化：单目标函数优化、多目标函数优化；连续变量优化、离散变量优化、随机变量优化。一.优化第一章绪论3.优化方法第一章绪论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。2.优化设计与最优控制优化运用在设计领域——优化设计优化运用在控制领域——最优控制优化设计运用于各领域土木工程、水利工程、城市规划、化工系统、电气系统、电子产品、机械产品……二.优化设计传统设计与优化设计传统设计：求得

4、可行解。优化设计：解得最优解。实例某机械厂下料车间需将一批10m长的钢管截成3m和4m两种长度规格的管子，要求各不少于100根。问：怎样截法用料最省？第一章绪论1.传统机械设计理论与方法疲劳寿命理论、强度理论、振动理论……常凭经验、试算、校核等方法。现代机械设计理论与方法60～70年代出现：计算机辅助设计CAD、有限单元法、可靠性设计、优化设计、设计方法学、价值工程、反求工程、智能设计、模糊设计……80～90年代出现：并行设计、虚拟设计、仿生设计、稳健设计……3.机械优化设计的发展三.机械优化设计及其发展概况产品的质量首先是设计出来的。保证产品质量从以往单靠生产过程控制和产品检验（被

5、动的和防御的）发展到从产品质量的设计（主动的）入手。随着机械产品不断向高速度、高精度和微型化的发展，对其要求亦越来越多方面。现有一些设计方法的不足问题的提出稳健设计基本概念稳健性：是指因素状况（原因）发生微小变差对因变量（结果）影响的不敏感性。稳健设计：就是通过调整设计变量及控制其容差使可控因素和不可控因素当与设计值发生变差时仍能保证产品质量的一种工程方法。换言之，若作出的设计即使在各种因素的干扰下产品质量也是稳定的，或者用廉价的零部件能组装出质量上乘、性能稳定与可靠的产品，则认为该产品的设计是稳健的。质量特性的不稳定性质量特性的影响因素可控因素（设计变量）不可控因素（噪声因素）•外

6、噪声•内噪声•物间噪声质量特性影响因素示意图设计变量噪声因素信号因素y0=f(q)质量特性y=y(x,z)产品稳健设计的模型示意图可行域与稳健可行域