现代设计论文-优化设计

现代设计方法论文课题名称：现代设计—优化设计

班别：卓越交Y131

姓名：刘xx

学号; 2013002070xx

2015年7月

摘要：优化设计是在计算机广泛应用的基础上发展起来的一项新技术,是根据最优化原理和方法综合各方面因素,以人机配合方式或“自动探索”方式,在计算机上进行的半自动或自

动设计,以选出在现有工程条件下的最佳设计方案的一种现代设计方法。其设计原则是最优设

计:设计手段是电子计算机及计算程序;设计方法是采用最优化。

关键词：优化方法；数学模型；优化应用；MATLAB

一·现代设计——优化设计

优化设计主要包括两部分内容，一是优化设计的建模技术；另一是优化设计问题的求解

技术。如何将一个实际的设计问题抽象成一个优化设计问题，并建立起符合实际要求的优化

设计数学模型，这是优化技术的关键。建立实际问题的优化数学模型，不仅需要掌握优化设

计方法的基本理论，更重要的是要具有该设计领域的设计经验。

目前，它的内容主要包括优化设计、可靠性设计、设计方法学、计算机辅助设计、动态

设计、有限元法、工业艺术造型设计、人机工程、并行工程、价值工程、反求工程设计、模

块化设计、相似性设计、虚拟设计、疲劳设计、三次设计等。在运用它们进行工程设计时，

一般都以计算机作为分析、计算、综合、决策的工具。这些学科汇集成了一个设计学的新体

系，即现代设计方法。

设计的思想和方法一方面不断地影响着人类的生活与生产，推动社会的进步；另一方面又

受到社会发展的反作用，不断变化和更新。实际上所谓的“传统设计”和“现代设计”都只

是相对的概念。人们把当前认为先进的那部分系统称为现代的，而其余的自然成为传统的，

若干年后，目前先进的被新发展的东西所取代，而成为传统。从人类生产的进步来看，整个

设计进程大致经历了四个阶段。

1直觉设计阶段。既从自然现象中直接获得启示，或是全凭人的直观感受来设计，制作。2经

验设计阶段。3半理论半经验设计阶段。4现代设计阶段。电子计算机技术的发展和应用，使

设计工作产生了革命性的突变。

现代设计是面向市场面向用户的设计。首先，好的产品始于先进的设计理念和对市场需求

的深刻了解以及贯穿整个设计过程中的以人为本的信念。其次，设计要求对产品进行全寿命

周期设计。即在设计过程中要考虑设计，制造，安装，运行，维修和报废等每一个阶段中用

户的需求。也就是，设计不仅要实现产品的基本功能要求，还应该体现人性化和环境友好的

先进设计思想。此外，设计对象从最初的单一功能产品变为越来越复杂的系统。功能更加先

进和全面，因此需要在设计时运用集成，综合，系统的方法与技术来解决设计问题。

与传统设计相比，有如下一些特点。

1传统设计中灵感和经验的成分占有很大的比例。思维带有很大的被动性。但是，今天技

术的飞速发展，和市场竞争的激烈化，要求人们不断地提出大胆的设想和新的开发目标，要求运用现有的最新技术去创造前所未有的心产品，并争取第一代就非常完美成功。传统的创造与设计明显的不能适应这一要求。人们着手研究创造与设计思维过程本身的规律，研究灵感，方案，优化设计产生的内在逻辑进程，由此产生了创造学，设计方法学，价值工程等理论，使今天的设计过程从基于经验转变为基于设计科学，成为人们主动的，按思维规律有意识的向目标挺进的创造过程。

2传统设计着重于实现产品本身预定的功能，现代设计则把对象置于“人-机-环境”大系统中，进行系统的设计，将预定功能在人，机，环境三者间进行科学的分配，如果由人承担某项功能从技术经济角度被认为最合理时，绝不盲目追求自动化，无人化。

3传统设计偏重于强度准则，现代的有限单元法，断裂力学的研究成果，进一步的强化了人们强度设计的能力。在这基础上，现代设计的准则拓宽到产品涉及的更多领域。

4传统设计流程往往是根据任务和目标，先做出第一方案，甚至造出机样，然后通过评定和考核，进行修改，形成第二轮方案，如此反复，直到满意为止。各分系统间缺乏协调。现代设计流程可运用虚拟样机技术，在样机制造之前就可以预测样机的性能，协调设计，减少冗余建模，更完整透彻的理解系统模型，对不能够进行实验校正的场合进行仿真。现代设计可以显著的降低设计成本，减少设计-实验周期。

5传统的设计建立在手工操作的基础上，而现代设计的CAD技术很好的解决了手工操作带来的很多问题。

设计既要满足用户对产品技术性，经济性和社会性的追求，又必须满足各方面的约束条件，为此，设计有必要在基于系统工程的现代设计方法学的指导下进行。

概括起来现代设计技术具有如下特点：

1设计范畴扩展化，2设计手段计算机化，3设计过程并行化，4设计过程智能化，5设计手段拟实化，6分析手段精确化，7集成设计环境，8强调设计的逻辑性和系统性，9动态多变量优化，10强调产品环保性，11强调产品宜人性，12强调用户参与，13强调设计阶段质量控制，14设计制造一体化，15产品全寿命周期最优化。

随着经济时代的到来，市场竞争越来越激烈，越来越全球化，优化设计在竞争中的作用更是将越来越重要。优化方法为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，在各行各业均有应用，优化设计是一种规格化的设计方法，它首先要求将设计问题按优化设计所规定的格式建立数学模型，选择合适的优化方法及计算机程序，然后再通过计算机的计算，自动获得最优设计方案。优化设计的指导思想源于它所倡导的开放型思维方式,即在面对问题时,抛开现实的局限去想象一种最理想的境界,然后再返回到当前的现状中来寻找最佳的解决方案.在管理学中有一句俗语,“思路决定出路,心动决定行动”.如此的思维方式有助于摆脱虚设的假象,这并非属于异想天开或者好高骛远的空想,而是强调一切从未来出发,然后再从现实着手。

优化设计方法可根据讨论问题的不同方面，有不同的分类方法。如果按设计变量数量来分，可分为单变量（一维）优化和多变量优化；如果按约束条件来分又可分为无约束优化和

有约束优化；按目标函数来分，可分为单目标优化，多目标优化；按求解方法特点分，分为准则法和数学归纳法。其中常用的优化方法有单变量（一维）优化，无约束优化，多目标函数优化，数学归纳法。接下来就一一讲解具体的常用的优化设计方法。

二·数学模型，优化应用

1、单变量（一维）优化

（1）概述：单变量（一维）优化方法是优化方法中最简单、最基本的方法。

（2）具体优化方法：

1) 黄金分割法（0.618法）

黄金分割是指将一段线段分成两端的方法，使整段与较长段的比值等于较长段与较短段的比值，即

1: λ=λ:(1?λ)

在现实生活中黄金分割法应用很广泛，又或者说这是大自然存在的法则。在人体结构上，0.618更是无处不在。脐至脚底与头顶至脐之比；躯干长度与臀宽之比；下肢长度与上肢长度之比，均近似于0.618。而且，越是接近于这个值，整个形体就越匀称，越令人觉得完美。人在环境气温22℃－24℃下生活感到最适宜.因为人体的正常体温是36℃－37℃，这个体温与0.618的乘积恰好是22.4℃－22.8℃，而且在这一环境温度中，人体的生理功能、生活节奏等新陈代谢水平均处于最佳状态。一天合理的生活作息也符合0.618的分割，24小时中，2/3时间是工作与生活，1/3时间是休息与睡眠。自然如此，那么当今社会利用自然更是一种进步了。当人们认识了这一自然法则之后，就被广泛地应用于人类的生活之中。此后，在我们的生活环境中，就随处可见了，如建筑门窗、橱柜、书桌；我们常接触的书本、报纸、杂志；现代的电影银幕。电视屏幕，以及许多家用器物都是近似这个数比关系构成的。它特别表现艺术中，在美术史上曾经把它作为经典法则来应用。有许多美术家运用它创造了不少不朽的著名，如梵高的《蒙娜丽莎》和《最后的晚餐》等。黄金分割对摄影画面构图可以说有着自然联系。例如照相机的片窗比例：135相机就是24X36即2:3的比例，这是很典型的。120相机4.5X6近似3:5,6X6虽然是方框，但在后期制作用，仍多数裁剪为长方形近似黄金分割的比例。只要我们翻开影集看一看，就会发现，大多数的画幅形式，都是近似这个比例。另外，也确实因为它具有悦目的性质，所以有时人们在时间中并非注意到这个比例，而特意去运用它，但往往就不自觉中，进入了这个法则之中。这也说明了，黄金分割的本身就存在有美的性质。

2) 插值法

插值法又称“内插法”，是利用函数f (x)在某区间中若干点的函数值，作出适当的特定函数，在这些点上取已知值，在区间的其他点上用这特定函数的值作为函数f (x)的近似值，这种方法称为插值法。

插值法是计算数学中的一种重要的方法，而且计算问题可以说是现代社会各个领域普遍

存在的共同问题，无论哪一行哪一业都有许多数据需要处理，插值法正在科学技术中发挥越来越大的作用。

插值法可以分为几种类别，拉格朗日插值，牛顿插值，分段线性插值，埃尔米特插值和三次样条插值法。

几种不同插值法的MATLAB源程序的实现：

1）拉格朗日插值：

#include

#include

#include

float lagrange(float *x,float *y,float xx,int n) /*拉格朗日插值算法*/ {

int i,j;

float *a,yy=0.0; /*a作为临时变量，记录拉格朗日插值多项式*/ a=(float *)malloc(n*sizeof(float));

for(i=0;i<=n-1;i++)

{

a[i]=y[i];

for(j=0;j<=n-1;j++)

if(j!=i) a[i]*=(xx-x[j])/(x[i]-x[j]);

yy+=a[i];

}

free(a);

return yy;

}

int main()

{

int i;

int n

float x[20],y[20],xx,yy;

printf("Input n:");

scanf("%d",&n);

if(n>=20)

{

printf("Error!The value of n must in (0,20).");

getch();

return 1;

}

if(n<=0)

{

printf("Error! The value of n must in (0,20)."); getch(); return 1; }

for(i=0;i<=n-1;i++)

{

printf("x[%d]:",i);

scanf("%f",&x[i]);

}

printf("\n");

for(i=0;i<=n-1;i++)

{

printf("y[%d]:",i);

scanf("%f",&y[i]);

}

printf("\n");

printf("Input xx:");

scanf("%f",&xx);

yy=lagrange(x,y,xx,n);

printf("x=%f,y=%f\n",xx,yy);

getch();

}

2)艾尔米特插值：

实现埃尔米特插值的MATLAB函数文件如下：

function yy=hermite2(x,y,dy,xx)

n=length(y);m=length(x);l=length(dy);k=length(xx);

if m~=n,error('向量长度不一致');end;

if n~=l,error('向量长度不一致');end;

z=zeros(1,k);

for j=1:k

s=0;

for t=1:m;

a=0;b=1;

for i=1:n;

if x(t)~=x(i)

a=a+1/(x(t)-x(i));

b=b*((xx(j)-x(i))/(x(t)-x(i)));

end

end

s=s+(y(t)*(1-2*(xx(j)-x(t))*a)*b^2+dy(t)*(xx(j)-x(t))*b^2);

end

z(j)=s;

end

yy=z;

用插值法解决实际问题：

例;测得平板表面3*5网格点处的温度分别为:（数据为自编）

80 82 84 85 83 61 65 79 67 76 86 74 64 81 72 试作出平板表面的温度分布曲面z=f(x,y)的图形。

源程序和运行结果如下;

（1）先在三维坐标画出原始数据，画出粗糙的温度分布曲图。

在matlab中输入以下命令：

x=1:5;

y=1:3;

temps=[80 82 84 85 83;61 65 79 67 76;86 74 64 81 72];

mesh(x,y,temps)

得到图像如下：

（2）．以平滑数据,在x、y方向上每隔0.2个单位的地方进行插值。

再输入以下命令:

xi=1:0.2:5;

yi=1:0.2:3;

zi=interp2(x,y,temps,xi',yi,'cubic');

mesh(xi,yi,zi)

画出插值后的温度分布曲面图如下：

由此可见插值法在现实生活中应用极广，因此，熟练掌握插值法和matlab极为重要。

2、无约束优化：

无约束最优化问题是：求n维设计变量X=[X1，X2,X3， ,,,,Xn] 使目标函数为minf(X)，而对X没有任何限制；；如果存在X*,使minf(X)= f(X*)分别称X*为最优点，f(X*)为最优值。

无约束最优化方法归纳起来可分为两大类：

直接法：变量（坐标）轮换法、共轭方向法、鲍威尔(Powell)法；

间接法：梯度法、共轭梯度法、牛顿法。

1）共轭梯度法为求解线性方程组而提出。后来，人们把这种方法用于求解无约束最优化问题，使之成为一种重要的最优化方法。

共轭梯度法的基本思想是把共轭性与最速下降方法相结合，利用已知点处的梯度构造一组共轭方向，并沿这组方向进行搜索，求出目标函数的极小点。根据共轭方向的基本性质，这种方法具有二次终止性。在各种优化算法中，共轭梯度法是非常重要的一种。其优点是所需存储量小，具有步收敛性，稳定性高，而且不需要任何外来参数。共轭方向

无约束最优化方法的核心问题是选择搜索方向。

2）牛顿法是通过x(k)和在这一点的目标函数的梯度和HESSE矩阵的逆来得到后x(k+1),在适当的条件下，这个序列x(k)将收敛。牛顿法是求解非线性方程的常用数值算法，不仅有几何直观性，而且还有二阶收敛性。

3）最速下降法，通俗点来说，就是选取一个目标函数值下降最快的方法，以利于尽快地达到极小点。最速下降法的关键就是最速下降方向的选取，实际上我们知道负梯度方向为最速下降方向。然后我们进行一维搜索，直到满足精度要求，则停止计算。

3，多目标最优化问题：

在最优化问题中，与变量有关的待求其极值（或最大值最小值）的函数称为目标函数。由某实际问题设立变量，建立两个或多个目标函数和若干个约束条件，且目标函数或约束条件是变量的函数，这样的求函数最大值最小值问题，我们称为多目标最优化问题。其数学模型为：=(X1,X2,X3,…,Xn) i=1,2,3,…,s __目标函数

=(X1,X2,X3,…,Xn) i=1,2,3,…,m --约束条件

上述模型中有s个目标函数，m个等式约束条件。

例如：“生产商如何使得产值最大而且消耗资源最少问题”“投资商如何使得投资收益最大而且风险最小问题”等都是多目标最优化问题。

数学建模与优化设计的实际问题：

例：海底测量

下表给出水面直角坐标（x,y）处水深z，这是在低潮时测得的。如果船的吃水深度为5m，试问在矩形域75

x 130 143 109 88 78 198 108

y 7 141 28 148 24 136 87

z 4 8 6 8 7 8 8

x 156 108 76 146 168 189 123

y -6 -92 3 46 -77 89 -34

z 9 8 9 9 7 8 6

先来看测量点的位置，其实现的MATLAB代码如下：

>> clear all ;close all;

x=[130 143 109 88 78 198 108 156 108 76 146 168 189 123];

y=[7 141 28 148 24 136 87 -6 -92 3 46 -77 89 -34];

plot(x,y,'o');

运行结果;

为了使结果更直观，考虑将z的数据转化为相对于海面的高度。下面绘出所考虑区域的海底地形图。

输入代码为；

z=[4 8 6 8 7 8 8 9 8 9 9 7 8 6];

h=-z;

xi=75:5:200;

yi=[-50:10:150]';;

Hi=griddata(x,y,h,xi,yi,'cubic');

mesh(xi,yi,Hi);

view(-60,30);

运行结果为；

进一步求水深不到5米的区域;代码>>contour(xi,yi,Hi,[-5,-5],’r’);如下图：

因此船行驶中应避开此区域。此区域为危险区域。

例：人口预测，Logistic人口增长阻滞模型

以下是柳州市1975年到2015年的人口总数（不是常住人口），预测2020年和2035年的人口总数。（数据来源于网络）单位.万.

1975 1980 1985 1990 1995

81 258 282 306 326

2000 2005 2010 2015

343.08 350 355.44 377.94

设A为资源容纳的最大人口数量，由Logistic模型进行拟合，拟合微分方程为：

F(x)=

假设A=450，且1975年为初始年，t=1，求出b,c值，对应的MATLAB的程序为：

>> [b,c]=solve('450/(1+b*exp(-c*3))=306','450/(1+b*exp(-c*6))=350','b,c')

运行得：b=0.7751，c=0.1663，得出c0=[450,775.1,0.1663];接着输入代码:

>> x=1:9;

y=[81,258,282,306,326,343.08,350,355.44,377.94];

c0=[450,775.1,0.1663];

fun=inline('c(1)./(1+c(2).*exp(-c(3).*x))','c','x');

b=nlinfit(x,y,fun,c0);b

t=0:.01:9;

plot(x,y,'r.',t,fun(b,t))

运行结果：

b =

343.3995 11.3201 1.5414

由结果可知：A=343.3995， b=11.3201， c=1.5414

因为资源人口的最大容纳量受很多因素的影响，因此A取400，得出下式：

F（x）=

预测2020年，2035年人口：t=10，t=13，代入上式得：

>> 400/(1+11.3201*exp(-1.5414*10))

ans =

399.9991

400/(1+11.3201*exp(-1.5414*13))

ans =

400.0000

对结果进行分析;人口的增长是复杂的受到很多因素的影响，柳州市曾有一段时间人口数呈指数增长模型，但由于政策，经济以及人的观念的影响之后人口数趋向于稳定。

参考文献：

[1]马莉.数学实验与建模.北京：清华大学出版社，2010

[2]张瑞丰.精通MATLAB6.5.北京：中国水利水电出版社，2004

[3]江世宏.MATLAB语言与数学实验.北京：科学出版社，2007

机械优化设计论文(基于MATLAB工具箱的机械优化设计)

基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词：机械优化设计；应用实例；MATLAB工具箱；优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践

结构优化设计论文

结构优化课程设计 学院土木学院 专业工程力学 班级1001

学号100120118 姓名崔亚超

总结结构优化设计的原理、方法及发展趋势 崔亚超 工程力学1001班学号100120118 摘要：阐述了工程结构优化设计理论从最初的截面优化发展到形状优化、拓扑优化的基本历程及其相关特点，对优化设计选用的各种算法进行归类，并简述结构优化设计的发展趋势。 关键词：尺寸优化；形状优化；拓扑优化；优化算法 Summary structural optimization design principles, methods and development trends Abstract:The structural optimization of engineering design theory from the initial cross-section to optimize the development of shape optimization, topology optimization of the basic course and its related characteristics, the optimum design on the range of algorithms are classified, and to outline the development trend of structural optimization design . Key words:size optimization; shape optimization; topology optimization; optimization algorithm 0 引言 结构优化设计的目的在于寻求既安全又经济的结构形式，而结构形式包括了关于尺寸、形状和拓扑等信息I对于试图产生超出设计者经验的有效的新型结构来说，优化是一种很有价值的工具，优化的目标通常是求解具有最小重量的结构B同时必须满足一定的约束条件，以获得最佳的静力或动力等性态特征。 集计算力学、数学规划、计算机科学以及其他工程学科于一体的结构优化设计是现代构设计领域的重要研究方向。它为人们长期所追求最优的工程结构设计尤其是新型结构设计提供了先进的工具，成为近代设计方法的重要内容之一。 结构优化设计也使得计算力学的任务由被动的分析校核上升为主动的设计与优化，由此结构优化也具有更大的难度和复杂性。它不仅要以有限元等数值方法作为分析手段，而且还要进一步计算结构力学性态的导数值。它要面向工程设计中的各种实际问题建立优化设计模型，根据结构与力学的特点对数学规划方法进行必要的改进。因此，结构优化设计是一综合性、实用性很强的理论和技术。 目前，结构优化设计的应用领域已从航空航天扩展到船舶、桥梁、汽车、机械、水利、建筑等更广泛的工程领域，解决的问题从减轻结构重量扩展到降低应力水平、改进结构性能和提高安全寿命等更多方面。 由于结构优化设计给工程界带来了经济效益及近年来有限元研究和应用的相对成熟，计算机条件的进一步改善和普及，人们对结构优化设计的研究和应用的呼声更高了。无论国内还是国外，对这一现代技术的需求都有增长的趋势。随着设计技术的更新和产品竞争的加剧，结构优化设计将会有更大的发展。

机械优化设计课本中编程实例

燕山大学机械优化设计论文 专业：12机械工程 班级：工学部1班 学号： 姓名： 2012年12月05日

摘 要: 机械优化设计是将最优化原理和计算技术应用于设计领域,为工程设计提供一种重要的科学设计方法。机械优化设计包括建立优化设计问题的数学模型和选择恰当的优化方法与程序两方面的内容。由于机械优化设计是应用数学方法寻求机械设计的最优方案，所以首先要根据实际的机械设计问题建立相应的数学模型，即用数学形式来描述实际设计问题。在建立数学模型时，需要用专业知识确定设计的限制条件和所追求的目标，确立各设计变量之间的相互关系等。机械优化设计问题的数学模型可以是解析式，实验数据或经验公式。虽然它们给出的形式不同，但都是反应设计变量之间的数量关系的。MATLAB 是目前国际上最流行的科学与工程计算的软件工具, 它具有强大的数值分析、矩阵运算、信号处理、图形显示、模拟仿真和最优化设计等功能。本文用MATLAB 来解决机械设计中的几个常见的问题。 关键词:MATLAB ;优化;机械设计;软件 1 引 言 近年来发展起来的计算机辅助设计，在引入优化设计方法后，使得在设计过程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可以加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益缩短的今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计过程完全自动化，已成为设计方法的一个重要趋势。 2 采用MATLAB 软件进行优化设计 2.1.问题描述: 求3682+-=t t f 的最优解 2.1.1规划模型的建立: 目标函数 36102+-=t t f 约束条件 无约束 2.1.2对应的程序: clc clear syms t f=t^2-10*t+36; x1=0; h=2; f1=subs(f,x1);

减速器优化设计论文

1 前言 (2) 1.1复合形法减速器优化设计的意义 (2) 1.1．1 机械优化设计与减速器设计现状 (2) 1.1.2优化设计的步骤 (3) 1.1.3减速器优化设计的分析 (5) 1.1.4减速器的研究意义与发展前景 (6) 1.2国内外发展状况 (7) 1.2.1、国内减速器技术发展简况 (7) 1.2.2、国内减速器技术发展简况 (8) 1.3论文的主要内容 (9) 2 齿轮啮合参数优化设计的数学模型的建立 (9) 2.1设计变量的确定 (9) 2.2目标函数的确定 (10) 2.3约束条件的建立 (11) 3优化设计方法-复合形法调优 (12) 3.1复合形法介绍 (12) 3.2复合形法计算步骤 (13) 3.3单级圆柱齿轮减速器复合形法FORTRAN优化目标函数和约束函数子程序 (14) 3.4优化结果 (16) 4 减速器的常规设计 (16) 4.1减速器的结构与性能介绍 (16) 4.2.带传动零件的设计计算 (17) 4.3齿轮的设计计算及结构说明 (18) 4.4.联轴器的选择 (21) 4.5.轴的设计及校核 (21) 4.5.1.从动轴结构设计 (21) 4.5.2.主动轴的设计 (22) 4.5.3.危险截面的强度校核 (23) 4.6.键的选择及校核 (25) 4.7.轴承的选择及校核 (25) 4.8.减速器润滑方式、密封形式 (25) 4.8.1.密封 (26) 4.8.2．润滑 (26) 5优化结果分析 (26) 6减速器3D简略设计过程（UG） (26)

6.1.减速器机盖设计 (26) 6.2减速器机座设计 (28) 6.3轴的设计 (28) 6.3.1传动轴的设计 (28) 6.3.2齿轮轴的设计 (29) 6.4齿轮的设计 (30) 6.5轴承的设计（以大轴承为例） (32) 6.5减速器的装配（其它零部件说明省略） (33) 7 总结 (34) 8 参考文献 (35) 9 致谢 (36) 1 前言 1.1 复合形法减速器优化设计的意义 1.1．1 机械优化设计与减速器设计现状 机械优化设计是在电子计算机广泛应用的基础上发展起来的一门先进技术。它是根据最优化原理和方法，利用电子计算机为计算工具，寻求最优化设计参数的一种现代设计方法。 实践证明，优化设计是保证产品具有优良的性能、减轻重量或体积、降低成本的一种有效设计方法。 机械优化设计的过程是首先将工程实际问题转化为优化设计的数学模型，然后根据数学模型的特征，选择适当的优化设计计算方法及其程序，通过计算机求得最优解。 概括起来，最优化设计工作包括两部分内容： （1）将设计问题的物理模型转变为数学模型。建立数学模型时要选取设计变量，列出目标函数，给出约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式。 （2）采用适当的最优化方法，求解数学模型。可归结为在给定的条件（例如约束条件）下求目标函数的极值或最优值问题。 减速器作为一种传动装置广泛用于各种机械产品和装备中，因此，提高其承载能力，延长使用寿命，减小其体积和质量等，都是很有意义的，而目前在二级传

优化设计小论文

优化设计小论文

机械优化设计 优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新的学科,也是一项新的设计技术。它是将数学规划理论与计算技术应用于设计领域, 按照预定的设计目标,以电子计算机及计算程序作为设计手段,寻求最优设计方案的有关参数,从而获 得较好的技术经济效益。机械的研究和应用具有悠久的历史,它伴随甚至推动了人类社会和人类文明的发展。机构学研究源远流长, 但从古到今,机构学领域主要研究三个核心问题, 即机构的构型原理与新机构的发明创造、机构分析与设 计的运动学与动力学性能评价指标、根据性能评价指标分析和设计机构。机构 是组成机械的基本单元,一般机械都是由一个或多个机构组成。对于机构的研究, 能够为发明、创造新机械提供理论、资料和经验。而对于机构的优化设计, 使 机构具有确定的几何尺寸,能够满足运动学要求, 并能实现给定的运动规律,这 些能够为某些具体的机械设计, 使机械满足某些特定的功能提供了可靠的依 据。 机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能最主要的因素。从 工程设计基础和目标上可将设计分为：新型设计(开发性设计)、继承设计、变 型设计(基于标准型的修改)。所谓新型设计，即应用成熟的科学技术或经过实 验证明可行的新技术，设计未曾有过的新型机械，主要包括功能设计和结构设计，是机械设计发展的方向所在，然而贯穿其中的关键环节即是设计的方法和 实现的手段。人类一直都在不断探索新方法和新设计理念。从17 世纪前形成的直觉设计过渡到经验设计和传统设计，直到目前的现代设计[1]，从静态、经验、手工式的‘安全寿命可行设计’方法发展到动态、科学、计算机化、自动化的 优化设计方法，已将科学领域内的实用方法论应用于工程设计中了。 机械优化设计基本思路是在保证基本机械性能的基础上，借助计算机，应 用一些精度较高的力学/ 数学规划方法进行分析计算，让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（外观、形状、结构、重量、成本、承载能力、动力特性等）获得最优值。

机械优化设计三个案例

机械优化设计案例1 1. 题目 对一对单级圆柱齿轮减速器，以体积最小为目标进行优化设计。 2.已知条件 已知数输入功p=58kw ，输入转速n 1=1000r/min ，齿数比u=5，齿轮的许用应力[δ]H =550Mpa ，许用弯曲应力[δ]F =400Mpa 。 3.建立优化模型 3.1问题分析及设计变量的确定 由已知条件得求在满足零件刚度和强度条件下，使减速器体积最小的各项设计参数。由于齿轮和轴的尺寸（即壳体内的零件）是决定减速器体积的依据，故可按它们的体积之和最小的原则建立目标函数。 单机圆柱齿轮减速器的齿轮和轴的体积可近似的表示为： ] 3228)6.110(05.005.2)10(8.0[25.087)(25.0))((25.0)(25.0)(25.02221222122212222122121222 212221202 22222222121z z z z z z z z z z z g g z z d d l d d m u m z b bd m u m z b b d b u z m b d b z m d d d d l c d d D c b d d b d d b v +++---+---+-=++++- ----+-=πππππππ 式中符号意义由结构图给出，其计算公式为 b c d m u m z d d d m u m z D m z d m z d z z g g 2.0) 6.110(25.0,6.110,21022122211=--==-=== 由上式知，齿数比给定之后，体积取决于b 、z 1 、m 、l 、d z1 和d z2 六个参数，则设计变量可取为 T z z T d d l m z b x x x x x x x ][][21165 4321 == 3.2目标函数为 min )32286.18.092.0858575.4(785398.0)(26252624252463163212 51261231232123221→++++-+-+-+=x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x f 3.3约束条件的建立 1）为避免发生根切，应有min z z ≥17=，得

机械优化设计技术

学号：1310111131 姓名汪海超班级：13机制2班 机械优化设计技术 摘要:机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法, 能从众多的设计方案中找出最佳方案, 从而大大提高设计的效率和质量。现代工程装备的复杂性使得机械优化设计变得越来越困难, 利用新的科学理论探索新的优化设计法是该研究领域的一个重要方面。在综合大量文献的基础上, 阐述机械优化设计的含义、目的及必要性, 总结机械优化设计的特点,从优化设计数学模型建立和求解算法两方面探讨现代机械优化设计的理论方法和研究现状, 并指出该领中应当进一步研究的问题和发展方向 关键词：机械;优化设计;数学模型;优化方法;智能优化 优化设计是 20世纪 60年代随计算机技术发展起来的一门新学科 , 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术 , 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法 , 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计 , 能节约原材料 , 降低成本 , 缩短设计周期 , 提高设计效率和水平 , 提升企业竞争力、经济效益与社会效益[ 1 - 2].国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视 , 并开展了量工作 , 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。国内优化设计起步较晚 , 但在众多学者和科研人员的不懈努力下 , 机械优化设计发展迅猛。 1 机械优化设计研究内容 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法 , 集思考、绘图、计算、实验于一体 , 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的 , 随着科技的发展以及设计条件的改变 , 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化 ,要求人们根据事物的客观规律 , 在一定的物质基础和技术条件下充分发挥人的主观能动性 , 得出最优的设计方案。 2 传统优化设计理论方法 传统优化设计方法种类很多 , 按求解方法特点分为准则优化法、线性规划法和非线性规划法。作者仅从工程应用角度对之进行归纳和整理 , 具体算法可参考其他资料。 3 现代优化设计理论方法 优化准则法对于不同类型的约束、变量、目标函数等需导出不同的优化准则 , 通用性较差 , 且多为近似最优解 ;规划法需多次迭代、重复分析 , 代价昂贵 , 效率较低 , 往往还要求目标函数和约束条件连续、可微 , 这都

合工大机械优化设计课程实践报告

合肥工业大学 《机械优化设计》课程实践 研究报告 班级：机械设计制造及其自动化12-3班学号： 姓名： 授课教师：王卫荣 日期： 2015年 11 月 14 日

目录 一、一维搜索程序作业 (3) 1.λ＝0.618的证明 (3) 2.编写0.618法程序并计算 (4) 二、单位矩阵程序作业 (6) 三、连杆机构问题和自选工程优化问题 (7) 1.连杆机构问题 (7) 2.自选工程优化问题 (14) 四、课程实践心得体会 (18)

一、一维搜索程序作业 1.λ＝0.618的证明 黄金分割法，又称作0.618法，适用于[a，b] 区间上的任何单谷函数求极小值问题。黄金分割法是建立在区间消去法原理基础上的试探方法，即在搜索区间[a，b] 内适当插入两点α1、α2，并计算其函数值。α1、α2 将区间分成三段。应用函数的单谷性质，通过函数值大小的比较，删去其中一段，使搜索区间得以缩短。然后再在保留下来的区间上做同样的位置，如此迭代下去，使搜索区间无限缩小，从而得到极小点的数值近似值。 黄金分割法要求插入点α1、α2 的位置相对于区间[a，b] 两端点具有对称性，即 图1-1 黄金分割法 α1 = b –λ ( b – a ) α2 = a + λ ( b – a ) (3-1) 其中，λ为待定常数。 下面证明λ = 0.618。 除对称性要求外，黄金分割法还要求保留下来的区间内再插入一点所形成的区间新三段，与原来区间的三段具有相同的比例分布。设原有区间[a，b] 长度为1如图1-1 所示，保留下来的区间[a，b] 长度为λ，区间缩短率为λ。为了保持相同的比例分布，新插入点α3应在λ ( 1 –λ ) 位置上，α1在元区间的1 –λ位置应相当于在保留区间的λ2位置。故有 1 –λ = λ2 即 λ2 + λ– 1 = 0 取方程正数解得 若保留下来的区间为[α1，b] ，根据插入点的对称性，也能推得同样的λ的值。

机械创新设计结课论文

《机械创新设计》 结课论文 课程名称《机械创新设计》 院（系、部、中心）机械工程学院 专业过程装备与控制工程 班级过程装备121 姓名 XXX 学号 201121221 题目便携式笔记本电脑桌的创新设计 起止日期 2015-5-27~2015-6-22 任课教师 XXX

便携式笔记本电脑桌的创新设计 作者：XXX （南京工程学院机械工程学院，南京211167） 摘要：当前的笔记本电脑桌普遍为平板四肢式，虽然用起来小巧方便，但是仅限于室内使用，便携性差。为解决这一问题，笔者引入“折叠”元素，结合手提箱的构造，对现有电脑桌进行改进，使之既能满足便携要求，又能作为电脑包使用。大大提高了笔记本电脑桌的实用性。 关键词：电脑桌改进；折叠；手提箱；电脑包 1引言 笔记本电脑桌，简单地讲就是可以在多个场合（床上，沙发上，腿上，桌子上，阳台上）放置笔记本电脑并使用的一种多功能小桌子。 笔记本电脑桌现在市面上主要以ABS塑胶、实木和多层板几种材质为主，目前多数的塑料外壳笔记本电脑都是采用ABS工程塑料做原料的。采用新ABS工程塑料好处有，做工精细、坚固耐用、抗拉抗压、不老化、永不褪色，重量仅仅为普通木质电脑桌重量的1/4，避免了家具的的笨重。实木的又以橡胶木为高档产品，配合家装颜色材质，但其缺点是处理不好容易变形；而多层板就解决了变形问题，但买要买品牌的，因为多层板多用含有甲醛的胶。 学生族使用的笔记本电脑桌以平板四肢式为主，它造型小巧，又很实用，而且价格不高，深受学生的喜爱，如图1所示。 图1 平板四肢式笔记本电脑桌 折叠元素很常见,并作为一个自然法则早已存在于自然界中。但是在设计领域,“折叠”一词,往往是指上升到哲学层面上的“折叠”概念。哲学家就是通过揭示隐藏的自然法则,对其进行高度地凝练和概括,才创造出哲学层面上的“折叠”概念的。哲学家创造了概念,把折叠带到了一个全新的高度,而设计师们则纷纷从他们那里汲取营养。其中德勒兹的折叠概念是其哲学体系中的核心之一,并最初引申于莱布尼兹的“单子论”。折叠在现代设计领域发挥着重要作用。 2 笔记本电脑桌造型与功能概况 笔记本电脑桌按功能来分主要有以下几类： 1、可折叠。折叠起来后大小只有14寸笔记本电脑大小，方便节省空间。 2、可升降。对于不同身材的人都可以舒适的使用，这已经成为现在笔记本电脑桌的一大特色。 3、散热性。笔记本电脑桌因为是于笔记本电脑接触最多的产品，故散热功能也变为主流。常见的散热主要是由散热孔来完成。当然也有的产品加装了散热风扇，通过从笔记本的usb接口取电，来达到散热的目的。 如图2.1、图2.2、图2.3所示。

机械优化设计项目报告

机械装备优化设计三级项目 题目：基于MATLAB的带式输送机斜齿轮传动参数优化设计 班级：13级机械装备1班 设计人员（按贡献大小排序）： 丁涛 宋潮 金渊哲

摘要： 针对带式输送机中单级圆柱齿轮减速器传动的生产实际，根据优化设计理论，以斜齿圆柱齿轮体积之和最小为优化设计目标。通过变量的选取、约束条件的确定。分析建立了优化设计数学模型．基于Matlab工具箱中非线性约束优化函数fmincon，对齿轮模数、齿数、齿宽系数、螺旋角等结构参数进行优化设计，节省了金属材料。降低了制造成本．取得了较好的优化效果。为产品的改进设计提供了理论依据。 关键词：MATLAB、带式输送机、斜齿轮、参数优化设计

前言： 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一种机械设计方法，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度的方向发展。现在用于机械优化设计的软件与方法程序较多，有些已非常成熟，只需要按照规定的格式编写目标函数和约束函数子程序即可。机械优化设计方法林林总总，但由于机械设计问题的复杂性，所以每种优化方法都有其优越性和局限性。选择合适的机械优化方法尤为重要。而MATLAB语言的优化工具箱在进行优化设计时，可自由选择算法和线性搜索策略，计算快捷高效，图形结果可视化，且其初始参数值输入简单，编程工作量小，具有明显的优越性，且应用广泛。MATLAB语言是集科学计算、数据可视化和程序设计为一体的工程应用软件。作为基础软件，它广泛应用在工程学科的计算机辅助分析、设计仿真和教学中，在行星轮系传动参数设计中，利用MATLAB 的优化工具箱的函数计算及按摩，可提高建模的准确性和计算中的数值稳定性，为设计提供了可靠的科学根据。

机械优化设计

一维搜索方法 摘要：在机械优化设计过程中将求解一维目标函数的极值点的数值迭代方法称之为一维搜索方法，在本质上可归结为单变量的函数的极小化问题。虽然优化设计中的大部分问题是多维问题，但是一维优化方法是优化方法中最基本的方法，在数值迭代过程中都要进行一维搜索，因此，一维搜索方法在优化设计的研究中占据着无可替代的地位。概括起来，可以将一维搜索方法分为两大类：一类是试探法，另一类是插值法。 关键字：优化设计一维搜索方法试探法插值法 引言 一维搜索方法是各种优化方法中最简单又最基本的方法，不仅用来解决一维目标函数的求优问题，也可以将多维优化问题转化为若干次一维优化问题来处理，同时多维优化问题每次迭代计算过程中，每前进一步都要应用一维寻优方法确定其最优步长。一维搜索方法可分为两大类，一类称作试探法，有黄金分割法（0.618法）、裴波纳契（Fibonacci）法等；另一类称作插值法或函数逼近法，属于插值法一维搜索的有二次插值法、三次插值法等。 一维搜索的试探方法 在实际的计算当中，最常用的一维试探方法黄金分割法，即0.618法。黄金分割法适用于[a ,b]区间上的任何单谷函数求极小值问题，因此，这种方法的适应面相当广。 黄金分割法是建立在区间消去法原理基础上的试探方法，即在搜索区间[a ,b]内适当插入两点α1,α2，并计算其函数值。α1,α2将区间分成三部分。利用单谷函数的性质，通过函数值大小的比较删去其中一段，是搜索区间得以缩短。然后再在保留下来的区间上做同样的处理，如此迭代下去是搜索区间无限缩小，从而得到极小点的数值近似值。 黄金分割法要求插入点α1,α2的位置相对区间[a ,b]两端点具有对称性，即 α1=b-λ(b-a) α2=a+λ(b-a) 其中，λ为待定常数。 黄金分割法的搜索过程如下： 1）给出初始搜索区间[a ,b]及收敛精度，将λ赋以0.618； 2）按坐标点计算上公式计算α1和α2，并计算其对应的函数值； 3）根据区间消去法原理缩短搜索区间。为了能用原来的坐标点计算公式，进行区间名称的代换，并在保留区间中计算一个新的试验点及其函数值。 4）检查区间是否缩短到足够小和函数值收敛到足够近，如果条件不满足则返回到步骤 2）； 5）如果条件满足，则取最后两试验点的平均值作为极小点的数值近似解。

机械优化设计方法论文

浅析机械优化设计方法基本理论 【摘要】在机械优化设计的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。在综合大量文献的基础上，总结机械优化设计的特点，着重分析常用的机械优化设计方法，包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主 要性能指标。 【关键词】机械；优化设计；方法特点；评价指标 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。

机械优化设计论文

机械优化设计论文 摘要:机械优化设计的目的是以最低的成本获得最好的效益,是设计工作者一直追求的目标,从数学的观点看,工程中的优化问题,就是求解极大值或极小值问题,亦即极值问题。本文从优化设计的基本理论、优化设计与产品开发、优化设计特点及优化设计应用等方面阐述优化设计的基本方法理论。 关键词:机械优化设计产品开发 一、械优化设计的基本理论 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从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,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。 优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法, 目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 二、机械优化设计与产品开发 产品生产是企业的中心任务,而产品的竞争力影响着企业的生存与发展。产品的竞争力主要在于它的性能和质量,也取决于经济性,而这些因素都与设计密切相关,可以说产品的水平主要取决于设计水平。随着生产的日益增长,要求机器向着高速、高效、低消耗方向发展,并且由于商品的竞争,要求不断缩短设计周期,因而对产品的设计已不是仅考虑产品本身,还要考虑对系统和环境的影响;不仅要考虑技术领域,还要考虑经济、社会效益;不仅考虑当前,还要考虑长远发展。在这种情况下,所谓传统的设计方法已越来越显得适应不了发展的需要。由于科学技术的迅速发展,对客观世界的认识不断深入,设计工作所需的理论基础和手段有了很大进步,使产品的设计发生了很大的变化,特别是电子计算机的发展及应用,对设计工作产生了革命性的突变,为设计工作提供了实现设计自动化和精密计算的条件。因此,用理论设计代替经验设计、用精确设计代替近似设计、用优化设计代替一般设计将成为设计的必然发展趋势。 三、机械优化设计的特点 优化设计是以建立数学模型进行设计的。优化设计引用了一些新的概念和术语,如前所述的设计变量、目标函数、约束条件等。机械优化设计将机械设计的具体要求构造成数学模型,将机械设计问题转化为数学问题,构成一个完整的数学规划命题,逐步求解这个规划命题,使其最佳地满足设计要求,从而获得可行方案

中科大《优化设计》课程大作业之课程论文

优化设计 课程论文 题目：优化设计课程的学习体会 姓名： 学号： 学院： 专业： 教室： 教师： 二〇一七年六月

目录 一、前言 (1) 1.1优化设计概况 (1) 1.2选课缘由 (1) 二、对优化设计方法的认识及看法 (1) 2.1一维搜索方法 (1) 2.2无约束优化方法 (2) 2.3约束优化方法 (2) 三、本课程的收获 (3) 3.1自身知识方面 (3) 3.2软件编程方面 (3) 四、结语 (3)

一、前言 1.1优化设计概况 优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新学科，它是将最优化原理和计算技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新的设计方法，人们就可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此，优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。 1.2选课缘由 作为一名研究生，未来从事科研工作将会是自己一生的事业，在从事这项事业过程中势必会遇到关于从众多设计方案中寻找出最佳设计方案的问题，故有必要学习优化设计方法的最优化原理。并且，近年来发展起来的计算机辅助设计CAD，在引入优化设计方法后，使得在设计过程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可以加快设计速度，缩短设计周期，从而突显出了学习优化设计理念的重要性。与此同时，在科学技术发展要求机械产品更新周期日益缩短的今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计过程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 二、对优化设计方法的认识及看法 2.1一维搜索方法 正如“一维搜索方法”的字面意思，它是求解一维目标函数的极小点和极小值的数值迭代方法。其实，根据后面约束优化和无约束优化的编程可以看出，机械优化设计大都是多维问题，一维问题的情况很少。但是一维优化方法是优化方法中最基本的方法。它不仅用来解决一维目标函数的求优问题，而且更常用于多维优化问题中在既定方向上寻找最优步长的一维搜索。 根据目前的情况来看，一维搜索已经发展出很多的方法。在这个课程学习中，对于一维搜索的方法，刘老师分别让我们用了六种常用的方法进行编程，这六种方法分别是：黄金分割法、平分法、成功失败法、牛顿法、三点二次插值法和三次插值法。通过这六种方法的编程练习，仔细分析其中的求解过程可以看出数值解法的基本思路是：先确定最优解所在的搜索区间，然后根据区间消去法原理不断缩小此区间，从而获得满足精度条件的最优解的数值近似解。因此，在编程的过程中为了缩短区间，会在区间内插入新点，也就导致了一维搜索方法可分为两大类。一类是按某种给定的规律来确定区间内插入点位置的试探法，比如：黄金分割法；另一类是根据某些点处的某些信息构造一个插值函数来逼近原来函数，用插值函数的极小点作为区间插入点的插值法，比如：二次插值发和三次插值法。 从编程的角度来看，一维搜索方法相对于约束优化和无约束优化方法的编程来说简单很多，虽是如此，对于不同的一维搜索方法其程序的简易程度是不同的，当然程序的执行效率也是不同的。综合来看，在这六种练习了的一维搜索方法中，牛顿法以其简单的程序和高效的收敛速度占有很大的优势。因此，对于一般的问题，牛顿法可以作为主要的方法使用，提高优化设计问题的执行效率。

教学案的优化设计(论文)

生物学案的优化设计 沈后方（江苏省盱眙县实验中学 211700） 摘要：本文以生物教学中学案设计优化设计的背景和意义为出发点，阐述生物教学中学案的优化设计的具体做法。使学案发挥更大的作用。 关键词：生物学案优化设计 学案，是指教师依据学生的认知水平,知识经验，为指导学生进行主动的知识建构而编制的学习方案。教师用以帮助学生掌握教材内容，沟通学与教的桥梁，能够提高学生课堂学习效率。 1、生物学案的布局优化 传统的学案往往只注重内容而不注重布局，如能在布局上加以优化，会收到良好的效果。首先是页眉、页脚的设计，常规学案在页眉部分的信息包括学校、年级、编号和日期等；页脚部分一般是作为页码设置。但在设计生物学案时可以进一步挖掘此区域的功能，充分发挥此信息区的作用，在页眉可根据本章节的内容设计一些简短小常识，如“环境保护日”、“辣椒含大量维生素被称为V c之王”、等等。在页脚可以设计一段小笑话以缓解学生学习的疲劳。 2、生物学案的内容优化 学案可以在内容上更加多样化，传统的学案说白了就是教师印发给学生的习题训练。缺乏知识性、趣味性、系统性和开放性。学生做起来及其枯燥。如能在内容及其形式上加以优化，会给学生耳目一新的感觉，增强学习的趣味性。总体内容可以涵盖以下几个方面：1、教学目标；2、知识网络；3、习题训练；4、知识

拓展；5、信息反馈。 首先，目标明确。在明确的目标指引下来了解知识网络，形成知识体系。即知识网络，可以采用概念图的形式或以图表形式展示，形象生动、一目了然。 其次，习题训练。题型要多样，题量要精简。把空间留出来给知识拓展，专门开辟一块知识阅读的版块，如：记述生物名人小故事、介绍形形色色的动物和植物、当代生物科学研究前沿信息等等。 最后，还要给学生留出篇幅抒发感慨和想象的空间，或者提出一两个小小的思考题激发学生的思维。较好保证学案的效果。 3、生物学案的提示语的优化 提示语是用来提醒人们注意自己行为、语言的一些语句。脍炙人口、富有品味的提示语能让人们在潜移默化中受到启迪。同样，在教学案的各给模块中穿插一些温馨的提示语，可以增强学生的认同感，拉近师生之间的距离。 实践表明，优化后的学案设计改变了以往传统的学案的枯燥和浪费。使空间得到了高效的利用。同时，使学生有以前对学案的态度的由害怕变为了期盼。使他们在真正学到了知识同时，也享受了快乐。 主要参考文献 [1]束爱军蒋选荣.2011.优化作业纸的设计.生物学教学，36(10):30-31。

城市道路交叉口的优化设计大学论文

本科毕业论文城市道路交叉口的优化设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日

【精品毕设】现代机械优化设计课程论文

现代机械优化设计 摘要：机械优化设计是近年来发展起来的一门新的学科，起始于20世纪60年代，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。在机械应用的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量 关键词：优化设计；方法特点；发展态势 一、机械优化设计的设计思想 机械优化设计是为了适应于不断发展的生产现代化而发展起来的。它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过有效的实验数据和科学的评价体系来从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。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益。 所谓优化设计就是在规定的各种设计限制条件下，将实际设计问题首先转为最优化问题，然后运用最优化理论和方法，在电子计算机上进行自动调优计算，从满足各种设计要求及限制条件的全部可行方案中，选定出最优设计方案。就最优化的理论和方法而言，继古典的微分法和变分法之后，出现有数学规划优化法、准则优化法、混合法及利用遗传算法、人工神经网络的优化方法等。进入21世纪，工程技术人员普及应用最优化方法是必然趋势 1．设计变量 设计变量是指在设计过程中我们必须全面考虑确定的各项独立参数，一旦这些设计参数全部确定了，设计方案也就完全确定了。他们在整个设计过程中相当于一个个变量，变量的多少与数值大小直接影响着优化工作的复杂程度。也就是说，设计变量数目越多，设计空间的维数越大，优化设计工作也就越复杂，同时效益也越显著。因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。 2．约束条件 约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，而优化设计问题大多数是约束的优化问题。针对优化设计数学模型要素的不同情况，可将优化设计方法进行分类。约束条件的形式有显约束和隐约束两种，前者是对某个或某组设计变量的直接限制，后者则是对某个或某组设计变量的间接限制。等式约束对设计变量的约束严格，起着降低设计变量自由度的作用。优化设计的过程就是在设计变量的允许范围内，找出一组优化的设计变量值，使得目标函数达到最优值。 3．目标函数 在优化设计过程中，每一个变量之间都存在着一定的相互关系这就是用目标函数来反映。他可以直接用来评价方案的好坏。在优化设计中，可以根据变量的多寡将优化设计分为单目标优化问题和多目标优化问题，而我们最常见的就是多目标函数优化。 一般而言，目标函数越多，设计的综合效果越好，但问题求解越复杂。在实际的设计问题中，常常会遇到在多目标函数的某些目标之间存在矛盾的情况，这就要求设计者正确处理各目标函数之间的关系。对这类多目标函数的优化问题的研究，至今还没有单目标函数那样成熟。 二、机械优化设计的主要特点 在优化设计过程中，每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和

TSP问题的遗传算法求解 优化设计小论文

TSP问题的遗传算法求解 摘要：遗传算法是模拟生物进化过程的一种新的全局优化搜索算法，本文简单介绍了遗传算法，并应用标准遗传算法对旅行包问题进行求解。 关键词：遗传算法、旅行包问题 一、旅行包问题描述： 旅行商问题，即TSP问题（Traveling Saleman Problem）是数学领域的一个著名问题，也称作货郎担问题，简单描述为：一个旅行商需要拜访n个城市（1，2，…，n），他必须选择所走的路径，每个城市只能拜访一次，最后回到原来出发的城市，使得所走的路径最短。其最早的描述是1759年欧拉研究的骑士周游问题，对于国际象棋棋盘中的64个方格，走访64个方格一次且最终返回起始点。 用图论解释为有一个图G=（V,E），其中V是顶点集，E是边集，设D=（d ij）是有顶点i和顶点j之间的距离所组成的距离矩阵，旅行商问题就是求出一条通过所有顶点且每个顶点只能通过一次的具有最短距离的回路。若对于城市V={v1，v2，v3，...，vn}的一个访问顺序为T=(t1，t2，t3，…，ti，…，tn)，其中ti∈V(i=1，2，3，…，n)，且记tn+1= t1，则旅行商问题的数学模型为：min L=Σd(t(i),t(i+1)) （i=1，…，n） 旅行商问题是一个典型组合优化的问题，是一个NP难问题，其可能的路径数为（n-1）！，随着城市数目的增加，路径数急剧增加，对与小规模的旅行商问题，可以采取穷举法得到最优路径，但对于大型旅行商问题，则很难采用穷举法进行计算。 在生活中TSP有着广泛的应用，在交通方面，如何规划合理高效的道路交通，以减少拥堵；在物流方面，更好的规划物流，减少运营成本；在互联网中，如何设置节点，更好的让信息流动。许多实际工程问题属于大规模TSP，Korte于1988年提出的VLSI芯片加工问题可以对应于1.2e6的城市TSP，Bland于1989年提出X-ray衍射问题对应于14000城市TSP，Litke于1984年提出电路板设计中钻孔问题对应于17000城市TSP，以及Grotschel1991年提出的对应于442城市TSP的PCB442问题。