本教材榮獲2002年全國普通高等教育教材二等獎。本書是根據(jù)全國高等工業(yè)學校機械設計及制造專業(yè)教學指導委員會所制定的教學計劃和教學大綱編寫的。本書主要內容有:優(yōu)化設計概述,優(yōu)化設計的數(shù)學基礎,一維搜索方法,無約束優(yōu)化方法,線性規(guī)劃,約束優(yōu)化方法,多目標及離散變量優(yōu)化方法,機械優(yōu)化設{十實例,常用優(yōu)化方法程序的使用說明及計算機實習指導。本書可作為高等工科學校機械設計及制造專業(yè)本科生、研究生教材,也可供有關專業(yè)師生及工程技術人員參考。與本書配套的光盤中,有附錄“常用優(yōu)化方法程序及計算機實習指導”中的全部源程序及本書全部的圖、表、各章部分習題參考解答及相關軟件等內容,方便師生使用。
本書為“十二五” 普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材, “十三五” 國家重點出版物出版規(guī)劃項目, 也曾獲評普通高等教育“十一五” 國家級規(guī)劃教材, 教育部“面向21 世紀課程教材”, 并榮獲2002 年全國普通高等學校優(yōu)秀教材二等獎。
機械優(yōu)化設計是機械類專業(yè)的一門重要課程, 其目的是使學生樹立優(yōu)化設計的思想, 掌握優(yōu)化設計的基本概念和基本方法, 獲得解決機械優(yōu)化設計問題的初步能力。本書分成三大部分: 第一部分是優(yōu)化設計的基本概念及數(shù)學模型; 第二部分是具體的優(yōu)化設計方法, 包括一維搜索方法、無約束優(yōu)化方法、線性規(guī)劃、約束優(yōu)化方法、多目標及離散變量優(yōu)化方法等; 第三部分是機械優(yōu)化設計實例、優(yōu)化方法程序考核題及計算機實習建議等。
本書內容的選擇貫徹“少而精” 和“理論聯(lián)系實際” 的原則; 內容的編排由淺入深,注意邏輯性與系統(tǒng)性, 強調物理概念及幾何解釋, 便于工程應用。本書第6 版和第5 版相比較, 主要修訂內容有:
。ǎ保 對緒論部分進行了修訂, 適當增加了機械優(yōu)化設計實例和發(fā)展概況的內容。
。ǎ玻 對第一章進行了修訂, 增加了優(yōu)化設計的建模理論基礎。
。ǎ常 對第六章約束優(yōu)化方法中的結構優(yōu)化法和遺傳算法進行了修訂。
。ǎ矗 對第八章進行了修訂, 增加了第八節(jié)運動模擬器的優(yōu)化設計。
為了方便教學, 本書附錄中的源程序、各章的圖和表以及習題的參考答案等向使用本書的授課教師免費提供, 需要的教師可登錄機械工業(yè)出版社教育服務網(wǎng)(www.cmpedu.com)以教師身份注冊后下載。
本書再版前, 原主編哈爾濱工業(yè)大學孫靖民教授和梁迎春教授分別于2012 年和2014 年不幸辭世。經(jīng)與本書的編者及出版社商議, 決定增設哈爾濱工業(yè)大學白清順副教授擔任主編, 哈爾濱工程大學米成秋教授、合肥工業(yè)大學柯尊忠教授和王衛(wèi)榮教授、江蘇大學馬履中教授參加編寫。哈爾濱工程大學孟慶鑫教授和哈爾濱工業(yè)大學鄒經(jīng)湘教授擔任主審。
本書可作為高等院校機械設計類專業(yè)的本科生、研究生教材, 也可供有關專業(yè)的學生、教師及工程技術人員參考。
限于編者水平, 書中缺點、錯誤在所難免, 敬請廣大讀者批評指正。
謹以此書的出版緬懷已經(jīng)故去令人無比尊敬的哈爾濱工業(yè)大學孫靖民教授和梁迎春教授!
編 者
前言
緒論 1
第一章 優(yōu)化設計概述 5
第一節(jié) 人字架的優(yōu)化設計 6
第二節(jié) 機械優(yōu)化設計問題示例 9
第三節(jié) 優(yōu)化設計問題的數(shù)學模型 21
第四節(jié) 優(yōu)化設計問題的建模基礎 25
第五節(jié) 優(yōu)化設計問題的基本解法 27
第二章 優(yōu)化設計的數(shù)學基礎 30
第一節(jié) 多元函數(shù)的方向導數(shù)與梯度 31
第二節(jié) 多元函數(shù)的泰勒展開 35
第三節(jié) 無約束優(yōu)化問題的極值條件 37
第四節(jié) 凸集、 凸函數(shù)與凸規(guī)劃 40
第五節(jié) 等式約束優(yōu)化問題的極值條件 42
第六節(jié) 不等式約束優(yōu)化問題的極值條件 46
第三章 一維搜索方法 55
第一節(jié) 概述 56
第二節(jié) 搜索區(qū)間的確定與區(qū)間消去法原理 56
第三節(jié) 一維搜索的試探方法 59
第四節(jié) 一維搜索的插值方法 62
第四章 無約束優(yōu)化方法 67
第一節(jié) 概述 68
第二節(jié) 最速下降法 69
第三節(jié) 牛頓型方法 73
第四節(jié) 共軛方向及共軛方向法 75
第五節(jié) 共軛梯度法 79
第六節(jié) 變尺度法 83
第七節(jié) 坐標輪換法 91
第八節(jié) 鮑威爾方法 92
第九節(jié) 單形替換法 99
習題 103
第五章 線性規(guī)劃 105
第一節(jié) 線性規(guī)劃的標準形式與基本性質 106
第二節(jié) 基本可行解的轉換 113
第三節(jié) 單純形方法 118
第四節(jié) 單純形法應用舉例 122
第五節(jié) 修正單純形法 139
習題 148
第六章 約束優(yōu)化方法 149
第一節(jié) 概述 150
第二節(jié) 隨機方向法 152
第三節(jié) 復合形法 156
第四節(jié) 可行方向法 161
第五節(jié) 懲罰函數(shù)法 171
第六節(jié) 增廣乘子法 178
第七節(jié) 非線性規(guī)劃問題的線性化解法———線性逼近法 187
第八節(jié) 廣義簡約梯度法 190
第九節(jié) 二次規(guī)劃法 194
第十節(jié) 結構優(yōu)化方法 196
第十一節(jié) 遺傳算法 209
習題 214
第七章 多目標及離散變量優(yōu)化方法 216
第一節(jié) 多目標優(yōu)化問題 217
第二節(jié) 多目標優(yōu)化方法 219
第三節(jié) 離散變量優(yōu)化問題 243
第四節(jié) 離散變量優(yōu)化方法 245
習題 264
第八章 機械優(yōu)化設計實例 266
第一節(jié) 優(yōu)化設計實踐應用技巧 267
第二節(jié) 機床主軸結構優(yōu)化設計 270
第三節(jié) 圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設計 273
第四節(jié) 平面連桿機構的優(yōu)化設計 280
第五節(jié) 汽車懸架系統(tǒng)的優(yōu)化設計 284
第六節(jié) 熱壓機機架結構的優(yōu)化設計 289
第七節(jié) 月生產(chǎn)計劃的最優(yōu)安排 293
第八節(jié) 運動模擬器的優(yōu)化設計 295
附錄 常用優(yōu)化方法程序考核題及計算機
實習建議 300
附錄 A 常用優(yōu)化方法程序考核題 301
附錄 B 計算機實習建議 302
參考文獻 304