机械优化设计绪论1.ppt

机械优化设计1.2优化设计与传统设计的比较
传统设计参照同类产品，若不通过估算、经验类比或实验等方法来确定产品的初步设计方案，然后验算是否满足设计要求，若不满足要求则根据经验等对设计参数进行修改，设计过程是人工试凑和定性比较分析过程，受条件限制，很难找到最优解。
优化设计是科学、理性和立足于计算分析的现代设计方法，它充分利用计算机的强大计算功能，逐步向自动化、集成化和智能化的方向发展。

1.3优化设计在CAD系统中的作用
1.4优化设计的发展概况及作用
1.与传统的设计方法相比较
2.提高产品的竞争力，提高性价比
1.5优化设计的工程应用领域
1.6优化设计的工程发展趋势
（1）模糊优化设计技术
（2）面向产品创新设计的优化设计
（3）广义优化设计技术
（4）产品全寿命周期的优化设计技术
（5）CAD/CAPP/CAM集成系统中优化设计
（6）智能优化算法
1.7本课程的主要内容
包括建立优化设计问题的数学模型和选择适当的优化方法与程序两方面的内容。采用课堂讲授和上机相结合的方法。

1.8本课程的先期学习课程
高等数学
材料力学
计算机程序语言（c，basic等）第2章机械优化设计的基本概念和数学模型

3.约束条件
为了使设计获得能满足各项要求的最佳方案，在建立优化数学模型时，需要提出一些必要的条件，以便对设计变量的取值加以限制。这些对设计变量取值加以限制的条件，称为约束条件，也称为约束函数。
约束条件分为边界约束（几何约束）和性能约束两种。
2.2优化问题的分类
无约束优化问题与约束优化问题
线性规划问题与非线性规划问题
二次规划问题
整数规划问题
几何规划问题等2.3优化设计方法简介
好的优化设计方法要求为：总的计算量小，存储量小，精度高，逻辑结构简单。
对无约束非线性优化设计问题有：
数值法（直接法）和解析法（间接法）
对约束非线性优化问题主要求解方法有：
直接法；间接法；
用约束线性优化去逼近约束非线性优化的方法。
2.4优化的几何解释
求具有n个设计变量的目标函数的最小化问题，就是以设计变量为坐标轴，在n+1维坐标系内找出一个目标函数超曲面的最小化问题。
对于一个n维的约束非线性优化问题，可以这样解释：
n个设计变量组成一个n维欧式空间，
等式约束,要求设计点在n维设计空间的约束超曲面上。
不等式约束要求设计点在n维设计空间的约束超曲面的一侧（包括曲面本身）。满足所有约束条件的设计点的集合是由m个约束
曲面所围成的n维子空间，这个子空间即为n维优化问题的可行域，求最优解就是要在n维空间的可行域内找到一个设计点，使目标函数值最小。
对多数约束优化问题来说，该点就是目标函数等值超曲面与可行域边界超曲面的一个切点，对无约束优化问题，该点就是目标函数的极值点。