一、课程与任课教师基本信息
二、课程简介
机械优化60年代发展起来的一门新的设计方法，是最优化技术和计算技术在设计领域中应用的结果。机械优化设计是将机械工程的设计问题转化为最优化问题，然后选择适当的最优化方法，利用电子计算机从满足要求的可行设计方案中自动寻找实现预期目标的最优化设计方案。其设计步骤为：把实际机械设计问题转化为数学模型，然后根据数学模型的特性，选择某种适当的优化方法及其程序，通过电子计算机，求得最优解。因此，本课程是一个综合性的学科课程，综合了高等数学，机械设计基础，计算机程序设计等。本课程主要讲解各种优化方法的原理及其实现，如黄金分割法，梯度法，单纯形法等。同时，本课程也涉及到常用软件的优化工具箱的使用。
三、课程目标
结合专业培养目标，提出本课程要达到的目标。这些目标包括：
1．知识与技能目标：本课程旨在培养学生具有优化设计思想，使学生初步掌握建立数学模型的方法，熟练掌握常用的几种优化方法，并具备一定的将机械工程问题转化为最优化问题并求解的应用能力。
2．过程与方法目标：在学习黄金分割法、牛顿梯度法等优化方法的过程中，使学生形成一定的优化设计思想，并将优化的思想运用到实际的设计过程中。
3．情感、态度与价值观发展目标：通过本课程的学习，培养作为一个机械工程技术人员必须具备的严谨治学的科学态度，为未来的工作和生活奠定良好的基础。
四、与前后课程的联系
本课程是机械专业的专业选修课。其先修课程是高等数学，机械设计基础，计算机程序设计。如果学生具备Matlab，solidworks，VB、VC或C语言，等方面的基础知识，将非常有利于本课程的学习。
五、教材选用与参考书
1．选用教材：《机械优化设计》，孙靖民编，机械工业出版社，2011，第4版。
2．参考书：
王科社 机械优化设计 国防工业出版社 第1，2章
《MATLAB 6.5 辅助优化计算与设计》飞思科技研发中心编著
Solidworks COSMOS模块指导教程
ANSYS相关书籍
六、课程进度表
表1 理论教学进程表
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周
次
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教学主题
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要点与重点
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要求
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学时
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1
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优化设计概述
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优化模型的一般形式
优化设计方法的流程
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了解本课程的内容
掌握优化模型的一般形式
了解优化设计方法的流程
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2
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2
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图解法求解优化问题
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图解法的使用范围
图解法的步骤
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能够灵活使用图解法
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2
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3
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优化设计的数学基础
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方向导数与梯度的定义
泰勒展开过程、无约束极值条件
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了解优化设计的数学基础知识
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2
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4
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黄金分割法
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黄金分割法的流程
黄金分割法的程序实现
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能够实现黄金分割法的编程
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2
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5
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其他一维优化方法
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格点法、二次插值法
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能够实现格点法的编程
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2
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7
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无约束优化方法：坐标轮换法，梯度法
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坐标轮换法与梯度法的流程及程序实现
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能够掌握坐标轮换法与梯度法的流程并且能够程序实现
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2
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8
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无约束优化方法：鲍威尔法、单纯形法
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鲍威尔法、单纯形法的流程及程序实现
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能够掌握鲍威尔法、单纯形法的流程并且能够程序实现
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2
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9
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有约束优化方法：随机方向法、复合形法
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随机方向法、复合形法的流程及程序实现
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能够掌握随机方向法、复合形法的流程并且能够程序实现
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2
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11
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有约束优化方法：内点法、外点法
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内点法、外点法的流程及程序实现
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能够掌握随机内点法、外点法的流程并且能够程序实现
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2
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13
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常见软件的优化工具箱使用
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MatLab的优化工具箱
SolidWorks的Cosmos模块
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初步掌握MatLab的优化工具箱
熟练掌握SolidWorks的Cosmos模块
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2
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15
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机械优化实例课
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机械优化设计在机械工程中的应用实例
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灵活运用
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2
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16
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复习
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2
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表2 实验教学进程表
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周次
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实验项目
名称
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要点与重点
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掌握程度
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实验类型
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实验要求
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学时
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6
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黄金分割法
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黄金分割法的实现流程图
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熟练掌握编程过程
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设计性
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必做
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2
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10
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坐标轮换法
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坐标轮换法的实现流程图
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基本掌握编程过程
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设计性
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必做
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2
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12
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单纯法、内点法、外点法等
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各种方法的实现流程
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基本掌握编程过程
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设计性
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单纯形法必做、其他选作
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2
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14
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Solidworks的Cosmos模块，Matlab的优化工具箱
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Cosmos模块的优化功能
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灵活运用Cosmos模块，基本掌握Matlab优化工具箱
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综合性
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必做
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2
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* 实验类型：分综合性、设计性等2种。设计性实验指对给定算法进行实现的实验；综合性实验指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验。
**实验要求：分必做、选做两种。
七、教学方法
教学方式分课堂教学、课程实验两部分。课程实验分组进行，学生既有分工又有合作，以培养学生的实践能力、团队精神。实验以编程为主，可以2到3个人讨论，但严禁拷贝，严禁有任何2个人的代码相同。
八、对学生的学习要求
1．学习本课程的方法、策略及教育资源的利用。
本课程涉及到多个学科，包括机械、数学、计算机、CAD、CAE等，因此，学生必须提升自己的综合能力。在课外学习相关学科的知识。包括： solidworks（或者ProE），尤其是Cosmos模块；Matlab，尤其是其优化工具箱，Matlab 、VB、VC或C语言，必须初步掌握其中之一，能够编写简单程序。建议学生在相关网站下载相应的软件在自己的电脑上，进行学习和编程练习。
2．学生完成本课程每周须耗费的时间
为掌握本课程的主要内容，按约1:1的比例配比课外学时（预习、复习、编程练习和完成老师布置的作业），学生课外每周必须耗费的最少时间为2小时，学生完成本课程每周须耗费的最少时间为4小时。
3．学生的上课、实验、讨论、答疑、提交作业（论文）单元测试、期末考试的等方面的要求
所有作业、实验必须独立完成，如果作弊，以0分计。课前预习，坚持上课，认真听讲，做好笔记，积极参与教学互动，主动与老师探讨问题；课后认真复习，独立完成作业。；必须参加实验课，亲自动手独立完成规定的实验内容，未参加实验者，本次实验以0分计。
4．学生参与教学评价要求
依照按学校规定，课程结束前1-2周内，按照学校统一安排，通过网上评教系统，回答调查问卷，实事求是地对本课程及任课教师的教学效果作出客观公正的评价，是学生的应尽的责任和义务，对促进教师改进教学工作具有重要的意义，每个学生都必须参加。非常欢迎同学们对本人的教学方法、教学态度等各方面提出建议。
九、成绩评定方法及标准
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考核内容
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评价标准及要求
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权重
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阶段综合性作业（共2次，课外完成）
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1. 评价标准：独立、解答合理、及时完成给满分。
2. 要求：能灵活运用所学方法进行解答，独立、按时完成作业。
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每次5%，共10%
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实验（共4次）
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1. 评价标准：实验态度，实验的正确性。
2. 要求：按照实验要求对算法进行编程实现。
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每次5%，共20%
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考勤
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1. 评价标准：缺勤第一次扣1分，第二次扣3分，第三次扣5分
2. 要求：全勤。
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10%
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期末考核
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1. 评价标准：课程设计要求。
2. 要求：能灵活运用所学方法进行求解，独立、按时完成考试。
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60%
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期末考试方式
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开卷□ 闭卷□ 课程论文√ 实操□
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十、院（系、部）教学委员会审查意见
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我院（系、部）教学委员会已对本课程教学大纲进行了审查，同意执行。
院（系、部）教学委员会主任签名：田君 日期： 2015 年 3月1日
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