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1、精品范文模板 可修改删除撰写人：_日 期：_中国地质大学 课程名称：优化设计 学 院：机械与电子信息学院 专 业：机械设计制造及其自动化专业 班 号： 学 号：20111 姓 名： 2013年9月19日对优化设计的基础认识分析摘要：近三十年来，优化方法已经在许多行业部门得到应用。在国外，优化方法在机械设计中应用是在20世纪60年代开始的。在国内，对机械优化设计的研究则是从20世纪70年代后期开始的。虽然机械优化设计历史较短，但是其发展却是很快的。十多年来，在机构综合、机械零部件设计、专用机械设计和工艺设计方面都获得应用并取得一定成果。在机械制造领域里如何使用现有设备,将物及料耗降到最低,让利益
2、最大化是每一个机械制造企业要考虑的首要问题。近年来，在计算机辅助设计中，应用优化设计方法后，使得在设计过程中既能不断选择设计参数并选出最优设计方案，又能加快设计速度，缩短设计周期。把优化设计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发展趋势。关键词：优化、数学模型、线性系统、设计、优化方法优化是一个人们普遍理解和接受的概念，也是人们始终的追求，优化思想在日常生活中更是随处可见，甚至自然界的万物演化也遵循优化的规律。当人们按理性行为从事一项工作时，总希望把它尽量做好，做出效率，做出效益，这就是优化。优化设计是从20世纪60年代初期发展起来的一门新的学科，它是最优化技术和
3、计算机计算技术在设计领域应用的结果。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，在解决复杂的设计问题时，它能从众多的设计方案中找到比较理想的设计方案。当然，传统设计也是要追求最优的设计结果，但只是主观上追求最优结果，但手段上只是被动的重复分析产品的性能，而不是主动的设计产品的参数，因而得到的只会是满足设计而非最优设计。而优化设计是用数学建模的方法建立模型并求得最优参数。它是基于客观规律和数据的，具有经验类比或经验手段无可比拟的优点。就近年来看，优化设计的发展是相对可观的。这具体表现为：1、 在线性最优化和非线性最优化中都有着长足的进步。线性最优化又称线性规划，是运筹学中应用最广泛的一个分支
4、。单纯法、椭球法分别掀起了研究线性规划的两个高潮，1984年多项式时间算法的提出掀起了研究性规划的第三个高潮，并引起许多学者的致力研究和改善。在实际研究工作和生产实践中存在着大量非线性最优化问题，这类问题通常描述成在一组非线性约束条件下寻求某一非线性目标函数的最小值。非线性规划的重要理论有初期KKT条件的建立，梯度法和牛顿法的研究等等，约束变尺度方法及信赖域法的发明，计算机的飞速发展，都使非线性规划研究如虎添翼。2、 全局最优化方面的新发展。科学计算和工程中许多最优化问题都要求全局最优化，在遇到多极值点问题而又要求全局最优时，传统方法只能望尘莫及。确定性方法和随机法两大类的提出，解决了凸函数差
5、分及离散问题等的最优化问题。其中的两阶段法和随机搜索法，都以其各有的优点发挥着不可小视的作用。3、 多目标优化问题的研究发展。多目标最优化问题提出六七十年的时间来，已有基于向量评估的遗传算法（第一个多目标演化算法）、非劣分层遗传算法、小组决胜遗传算法及依次为基石后期形成的各种演化算法。这些成果已成功应用于燃气涡轮泵控制器设计、航空器机构设计及汽车发动机设计等，在解决工程设计、经济、管理、军事等众多方面中越来越显示它强大的生命力。最优化这门学科的蓬勃发展，使得它在解决科学计算和工程应用中发挥重要作用。在工农业发展、网络传输问题、数据库问题、经济规划、金融、结构优化化工控制等方面中也得以应用。多年
6、的发展，优化设计的方法也越来越多，越来越全面。若按设计变量数值的不同，可将优化设计分为单变量（一维）优化和多变量优化；若按约束条件的不同，可分为无约束优化和有约束优化；若按目标函数数量的不同，可分为单目标优化和多目标优化；若按求解方法的特点，可分为准则法和数学规划法；若按寻优途径的不同，可分为数值法、分析法、解法和情况研究法；若按解决问题的步骤，又能分为直接法和间接法。在求解过程中，按照解决线性还是非线性问题，可以将不同的优化方法分为两大类。如解决线性规划问题的单纯法、枚举法，解决非线性问题的牛顿法、梯度法、罚函数法等。每种方法都有着不可比拟的优点，当然也有无可避免的不足。在选择运用哪种优化方
7、法时，还应具体问题具体对待，根据实际选择应用。机械行业是重要的基础工业，是国民经济发展的先导部门。现代科学技术的迅猛发展，特别是微电子技术、电子计算机技术的迅猛发展，机械工业也在发生着极为深刻的变化。随着市场经济的发展，产品竞争市场日益激烈，工厂企业迫切希望提高产品性能，降低原材料消耗，增强产品的竞争力，这使得工程优化设计的应用范围愈来愈广。计算机技术和最优化技术的成熟和完善，使机械工作者能积极有效的开展机电产品优化设计，提高机电产品的性能，节约原材料，降低成本。通过优化设计，可以使产品获得良好的结构性能，即在优化设计中全面考虑机械设备工作的可靠性、安全性、工作寿命，在产品研究、设计、生产、使
8、用、废物回收的全过程中全面考虑绿色环保等问题，提高机电产品的综合质量。优化方法在结构设计中的应用，既可以使方案在设计要求下达到良好的性能指标，又不必耗费过多的材料，使机器质量降低。例如起重机主梁、塔梁、雷达接收天线结构、机床多轴箱方案、建筑结构等，利用优化设计，可使质量减轻15%以上。阶梯轴的优化设计、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、驱动挤出螺杆的双极蜗杆减速器的优化设计等等实例，都很好的展示了优化思想在机械行业中的应用和优点。一维优化方法、无约束优化方法、约束优化方法、多目标及离散变量优化方法等等，都在机械行业的各种优化问题中得到采用。如在机械
9、结构优化设计中，针对简单遗传算法中的线性适应度、恒定交叉与变异概率等不能动态地适应整个寻优过程，提出采用非线性适应度与自适应交叉、变异概率的改进遗传算法，为解决工程结构优化设计、多峰值函数求极值等问题提供了参考。在机械方案设计中，通过把机械方案设计过程看作是一个状态空间的求解问题，用遗传算法控制其搜索过程，构建完善了新的遗传编码体系，为了适应新的编码体系重新构建了交叉和变异等遗传操作，并利用复制、交换和变异等操作进行一次次迭代，最终自动生成一组最优的设计方案等。近年来，机械优化设计的应用越来越好，但还面临许多问题。例如，机械产品设计中零部件的通用化、系列化和标准化，整机优化模型及方法的研究，机
10、械设计中离散变量优化方法的研究，更为有效的优化设计方法的挖掘等一系列问题，都需要较大的努力才能适应机械工业行业发展的要求。现代设计技术中的一般性设计方法及应用已日趋成熟，各种设计都已向更高的目标发展，但仅将优化设计的范围局限于优化方法及其应用程序的编制上也已不能适应工程技术发展的需要，因而全过程的优化设计成为研究和应用的主流。从单一部分的、单一性能或结构的、分离的优化设计，进入到整体优化、分布优化、分部和分级优化、并行优化等的全过程优化思想，必须始终贯彻在我们的工作中，积极开展多学科优化研究，争取得到更多的更优秀的优化设计方法。总之，优化设计最为一个新发展起来的学科，整体的完善还需要我们更多的努力。其在机械行业的应用与推广，牵制着能否真正意义上的得到符合工程要求的最优解，能否达到最优效益，也将深深影响着机械产品的整体水平。 参考文献：【1】现代设计方法钟志华，武汉理工大学出版社，2001【2】机械优化设计孙靖民，机械工业出版社，2003【3】机械优化理论与应用田福祥，北京：冶金工业出版社，1998第 1 页 共 1 页免责声明：图文来源于网络搜集，版权归原作者所以若侵犯了您的合法权益，请作者与本上传人联系，我们将及时更正删除。
