《机械优化设计》是机械类各专业的一门极其重要的专业技术课程。优化设计是将最优化方法和计算机技术结合、应用于设计领域而产生的一种现代设计方法。利用优化设计方法可以从众多的设计方案中寻找最佳方案，加快设计过程，缩短设计周期，从而大大提高设计效率和质量。本课程是从如何建立机械优化设计的数学模型等基本问题出发，系统地介绍一系列优化方法及其在机械设计中的应用，为引入现代设计方法和研究生的课题研究打下基础。
课程的教学目的与任务
机械优化设计介绍了机械优化设计的基本理论和方法、优化设计工具软件及工程应用，同时还介绍了优化设计学科的前沿知识。让学生掌握或了解：优化设计概述、优化方法的数学基础、一维搜索方法、无约束优化方法、约束优化方法，常用机械零部件的优化设计。机械优化设计将优化设计基础理论。
课程的基本要求
1.了解和基本掌握机械优化设计的基本知识。
2.扩大视野，并初步具有应用机械优化设计的基本理论和基本方法解决简单工程实际问题的素质。
各章节授课内容、教学方法及学时分配建议
第0章 绪论 建议学时：0.5学时
[教学目的与要求] 概括讲述机械优化设计的发展历程及作用，明确机械优化设计三要素。
[教学重点与难点] 机械优化设计三要素。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一章 优化设计的基本问题 建议学时：1.5学时
[教学目的与要求] 明确本课程的研究对象、内容、性质、任务；明确优化的含义、机械优化设计的内容及目的；理解机械优化设计的概念。熟悉设计变量、目标函数、设计约束的含义、了解优化设计的数学模型的规格化形式。
[教学重点与难点] 设计变量、目标函数、设计约束的含义。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节 机械优化问题示例
第二节 优化设计的数学模型
第三节 优化计算的数值解法及收敛条件
第二章 优化设计的理论与数学基础 建议学时：2学时
[教学目的与要求] 掌握泰勒展开式；掌握凸函数与凸区域；掌握梯度、共轭方向的性质及特点。
[教学重点与难点] 梯度、共轭方向的性质及特点。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节 目标函数的泰勒展开式
第二节 目标函数的等值线（面）
第三节 无约束优化最优解的条件
第四节 凸集与凸函数
第五节 关于优化方法中搜寻方向的理论基础
第三章 一维优化方法 建议学时：4学时
[教学目的与要求] 一维搜索的思想、掌握初始区间确定的进退法。熟练掌握黄金分割法和二次插值法
[教学重点与难点] 进退法，黄金分割法，插值法。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节 搜索区间的确定
第二节 一维搜索的最优化方法
第四章 常用的无约束优化方法 建议学时：6学时
[教学目的与要求] 直接法的求优思想，掌握坐标轮换法，掌握鲍威尔（Powell）法；间接法的求优思想，了解梯度法、牛顿法、DFP变尺度法。
[教学重点与难点]。鲍威尔（Powell）法，DFP变尺度法。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节 坐标轮换法
第二节 鲍威尔法
第三节 梯度法
第四节 共轭梯度法
第五节 牛顿法
第六节 DFP变尺度法
第七节 BFGS变尺度法
第八节 无约束优化方法的评价准则及选用
第五章 约束优化方法 建议学时：6学时
[教学目的与要求] 理解约束坐标轮换法的原理，掌握约束随机方向法的原理，直接解法的求优思想，掌握复合形法，惩罚函数法的内点法、外点法、混合法的原理。
[教学重点与难点]。复合形法，惩罚函数法
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节 约束优化问题的最优解
第二节 约束优化问题极小点的条件
第三节 常用的约束优化方法
第四节 优化方法的评价准则
第六章 机械优化设计应用实例 建议学时：2学时
[教学目的与要求] 掌握机械优化设计的实践过程。提高实际应用能力。
[教学重点与难点] 机械零部件优化的数学模型建立及程序设计思想。
[授 课 方 法] 以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。
[授 课 内 容]
第一节 连杆机构的优化设计
第二节 齿轮变位系数的优化设计
第三节 行星减速器的优化设计
第四节 双级圆柱齿轮减速机设计
教学团队
