本教材榮獲2002年全國普通高等教育教材二等奬。本書是根據全國高等工業學校機械設計及製造專業教學指導委員會所製定的教學計劃和教學大綱編寫的。本書主要內容有:優化設計概述,優化設計的數學基礎,一維搜索方法,無約束優化方法,綫性規劃,約束優化方法,多目標及離散變量優化方法,機械優化設{十實例,常用優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製造專業本科生、研究生教材,也可供有關專業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、錶、各章部分習題參考解答及相關軟件等內容,方便師生使用。
前言
緒論 1
第一章 優化設計概述 5
第一節 人字架的優化設計 6
第二節 機械優化設計問題示例 9
第三節 優化設計問題的數學模型 21
第四節 優化設計問題的建模基礎 25
第五節 優化設計問題的基本解法 27
第二章 優化設計的數學基礎 30
第一節 多元函數的方嚮導數與梯度 31
第二節 多元函數的泰勒展開 35
第三節 無約束優化問題的極值條件 37
第四節 凸集、 凸函數與凸規劃 40
第五節 等式約束優化問題的極值條件 42
第六節 不等式約束優化問題的極值條件 46
第三章 一維搜索方法 55
第一節 概述 56
第二節 搜索區間的確定與區間消去法原理 56
第三節 一維搜索的試探方法 59
第四節 一維搜索的插值方法 62
第四章 無約束優化方法 67
第一節 概述 68
第二節 最速下降法 69
第三節 牛頓型方法 73
第四節 共軛方嚮及共軛方嚮法 75
第五節 共軛梯度法 79
第六節 變尺度法 83
第七節 坐標輪換法 91
第八節 鮑威爾方法 92
第九節 單形替換法 99
習題 103
第五章 綫性規劃 105
第一節 綫性規劃的標準形式與基本性質 106
第二節 基本可行解的轉換 113
第三節 單純形方法 118
第四節 單純形法應用舉例 122
第五節 修正單純形法 139
習題 148
第六章 約束優化方法 149
第一節 概述 150
第二節 隨機方嚮法 152
第三節 復閤形法 156
第四節 可行方嚮法 161
第五節 懲罰函數法 171
第六節 增廣乘子法 178
第七節 非綫性規劃問題的綫性化解法———綫性逼近法 187
第八節 廣義簡約梯度法 190
第九節 二次規劃法 194
第十節 結構優化方法 196
第十一節 遺傳算法 209
習題 214
第七章 多目標及離散變量優化方法 216
第一節 多目標優化問題 217
第二節 多目標優化方法 219
第三節 離散變量優化問題 243
第四節 離散變量優化方法 245
習題 264
第八章 機械優化設計實例 266
第一節 優化設計實踐應用技巧 267
第二節 機床主軸結構優化設計 270
第三節 圓柱齒輪減速器的優化設計 273
第四節 平麵連杆機構的優化設計 280
第五節 汽車懸架係統的優化設計 284
第六節 熱壓機機架結構的優化設計 289
第七節 月生産計劃的最優安排 293
第八節 運動模擬器的優化設計 295
附錄 常用優化方法程序考核題及計算機
實習建議 300
附錄 A 常用優化方法程序考核題 301
附錄 B 計算機實習建議 302
參考文獻 304
本書為“十二五” 普通高等教育本科國傢級規劃教材, “十三五” 國傢重點齣版物齣版規劃項目, 也曾獲評普通高等教育“十一五” 國傢級規劃教材, 教育部“麵嚮21 世紀課程教材”, 並榮獲2002 年全國普通高等學校優秀教材二等奬。
機械優化設計是機械類專業的一門重要課程, 其目的是使學生樹立優化設計的思想, 掌握優化設計的基本概念和基本方法, 獲得解決機械優化設計問題的初步能力。本書分成三大部分: 第一部分是優化設計的基本概念及數學模型; 第二部分是具體的優化設計方法, 包括一維搜索方法、無約束優化方法、綫性規劃、約束優化方法、多目標及離散變量優化方法等; 第三部分是機械優化設計實例、優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“理論聯係實際” 的原則; 內容的編排由淺入深,注意邏輯性與係統性, 強調物理概念及幾何解釋, 便於工程應用。本書第6 版和第5 版相比較, 主要修訂內容有:
(1) 對緒論部分進行瞭修訂, 適當增加瞭機械優化設計實例和發展概況的內容。
(2) 對第一章進行瞭修訂, 增加瞭優化設計的建模理論基礎。
(3) 對第六章約束優化方法中的結構優化法和遺傳算法進行瞭修訂。
(4) 對第八章進行瞭修訂, 增加瞭第八節運動模擬器的優化設計。
為瞭方便教學, 本書附錄中的源程序、各章的圖和錶以及習題的參考答案等嚮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齣版社教育服務網(www.cmpedu.com)以教師身份注冊後下載。
本書再版前, 原主編哈爾濱工業大學孫靖民教授和梁迎春教授分彆於2012 年和2014 年不幸辭世。經與本書的編者及齣版社商議, 決定增設哈爾濱工業大學白清順副教授擔任主編, 哈爾濱工程大學米成鞦教授、閤肥工業大學柯尊忠教授和王衛榮教授、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大學鄒經湘教授擔任主審。
本書可作為高等院校機械設計類專業的本科生、研究生教材, 也可供有關專業的學生、教師及工程技術人員參考。
限於編者水平, 書中缺點、錯誤在所難免, 敬請廣大讀者批評指正。
謹以此書的齣版緬懷已經故去令人無比尊敬的哈爾濱工業大學孫靖民教授和梁迎春教授!
編 者
當我閤上《機械優化設計 第6版》這本書時,我感到一種前所未有的滿足感。這本書,在我看來,是一本能夠“融會貫通”的經典著作。它不僅僅是將各種優化方法羅列齣來,而是將它們有機地串聯起來,形成一個完整的知識體係。我特彆欣賞書中關於“優化設計流程”的整體性論述,從問題的定義、數學模型的建立、算法的選擇與實現,到結果的分析與驗證,都提供瞭一個清晰而完整的框架。第六版在此基礎上,對流程中的每一個環節都進行瞭更深入的探討,比如在結果分析部分,增加瞭如何進行“後處理”和“可視化”的技巧,這對於我們理解優化結果、與他人溝通設計方案非常有幫助。書中對各種優化算法的講解,既有理論上的嚴謹,又有實踐上的指導。我印象特彆深刻的是,在介紹一些全局優化算法時,作者不僅解釋瞭算法的原理,還提供瞭很多關於如何避免陷入局部最優解的經驗和技巧。這本書的內容非常貼近工程實際,案例豐富,而且許多案例都是作者在實際工程項目中遇到的問題,解決方案也具有很強的藉鑒意義。對於年輕的工程師來說,這本書能夠幫助他們建立紮實的優化設計理論基礎,並快速掌握解決實際工程問題的能力;對於經驗豐富的老工程師來說,這本書則能夠幫助他們拓寬視野,瞭解最新的技術動態,進一步提升設計水平。
評分《機械優化設計 第6版》這本書,給我最大的感受是它的“深度與廣度”並存。它不僅深入淺齣地講解瞭機械優化設計中的核心理論和方法,更是在廣度上涵蓋瞭許多前沿的研究方嚮和工程應用。我尤其關注書中關於“多目標優化”和“仿生優化算法”的章節。在實際的機械設計中,我們往往需要同時考慮多個相互衝突的目標,比如在提高強度的同時降低重量,或者在提高效率的同時降低成本。多目標優化為解決這類問題提供瞭有效的工具。而仿生優化算法,如遺傳算法、粒子群算法等,則以其獨特的全局搜索能力,在解決復雜的、非綫性的優化問題時展現齣強大的優勢。第六版在這方麵的內容更加充實,不僅對這些算法的原理進行瞭深入的講解,還提供瞭許多實際應用的案例,例如在航空航天、汽車工程、機器人學等領域的優化設計。書中還特彆強調瞭“優化設計與仿真技術的結閤”,詳細介紹瞭如何利用有限元分析(FEA)、計算流體動力學(CFD)等仿真技術來構建優化的數學模型,並對優化結果進行驗證。這本書的案例分析非常詳實,從問題的提齣、數學模型的建立,到優化算法的選擇與實現,再到結果的分析與驗證,都提供瞭一個完整的流程。我相信,這本書將成為我未來在機械優化設計領域學習和工作中的重要參考。
評分拿到《機械優化設計 第6版》這本書,我首先被它厚重的篇幅和精美的排版所摺服。翻閱內容,我發現這本書的內容涵蓋瞭機械優化設計的方方麵麵,從理論基礎到具體應用,無不涉及。作者在對經典優化方法進行係統梳理的同時,也緊跟時代步伐,加入瞭許多新興的優化技術,例如基於仿生學的全局優化算法,如遺傳算法、粒子群算法等,以及機器學習在優化設計中的應用。這些內容對於我這樣希望緊跟技術前沿的研究生來說,無疑是一份巨大的驚喜。書中對於算法的講解,不僅僅是羅列公式,而是通過圖示和僞代碼,將復雜的算法流程可視化,使得理解起來更加直觀。同時,作者還穿插瞭大量實際工程案例,例如在汽車輕量化設計、航空發動機葉片優化、機器人軌跡規劃等方麵的應用,這些案例的引入,極大地增強瞭本書的實踐指導意義。我特彆欣賞書中對約束處理方法的詳細闡述,這在實際工程設計中往往是優化過程中的難點和關鍵。第六版在原有基礎上,對一些算法的實現細節和效率進行瞭優化,並且增加瞭更多關於多目標優化和魯棒優化的內容,這對於應對現實世界中復雜的工程問題非常有幫助。總的來說,這是一本內容翔實、邏輯嚴謹、緊跟時代發展、兼具理論深度和實踐廣度的優秀著作,強烈推薦給所有從事機械設計與優化的工程師和研究人員。
評分當我翻開《機械優化設計 第6版》這本書時,我最大的感受就是它的係統性和全麵性。這本書不僅僅是列舉瞭一些優化方法,而是從機械優化的本質齣發,循序漸進地構建瞭一個完整的知識體係。它從最基礎的最優化理論講起,包括數學規劃、變分法等,然後逐步過渡到各種工程優化方法。我特彆欣賞書中對不同優化方法的分類和比較,這有助於讀者根據具體問題選擇最閤適的工具。例如,對於連續優化問題,書中詳細介紹瞭梯度法、牛頓法及其變種;對於離散優化問題,則介紹瞭整數規劃、組閤優化等。第六版在這方麵的內容更加細緻,並且增加瞭許多新的算法,比如近年來備受關注的全局優化算法,如差分進化算法、協同進化算法等。書中對這些算法的原理、實現步驟以及優缺點都進行瞭深入的剖析。另外,本書在講解過程中,非常注重數學工具的應用,並提供瞭大量的數學推導過程,這對於理解算法的底層邏輯至關重要。同時,書中還穿插瞭許多不同類型的機械設計優化實例,從靜力學分析到動力學仿真,從結構強度到熱應力,覆蓋瞭機械設計的各個方麵。這些實例的講解細緻入微,從問題的提齣、數學模型的建立,到優化算法的選擇與實現,再到結果的分析與驗證,都提供瞭一個完整的流程。這本書的內容結構非常閤理,章節之間的邏輯關係清晰,使得讀者能夠順暢地學習。
評分《機械優化設計 第6版》這本書,對於我這樣多年從事機械設計工作的老工程師來說,簡直是如獲至寶。這本書的更新速度讓我驚嘆,第六版的內容不僅僅是文字的堆砌,而是真正地將近年來機械優化設計領域的新進展、新方法、新理念融入其中。我尤其關注書中關於“麵嚮製造的優化設計”和“可靠性優化設計”的部分,這正是我們在實際生産中常常遇到的瓶頸。書中對這些問題的分析非常透徹,並提供瞭切實可行的解決方案。例如,在討論製造公差對優化結果的影響時,作者不僅給齣瞭如何量化這些影響的方法,還詳細介紹瞭如何通過優化設計來提高産品的可製造性和可靠性。書中對各種優化算法的講解,既有深度又不失廣度,比如對模擬退火算法、蟻群算法等啓發式算法的介紹,為我們在麵對非綫性、多模態的復雜優化問題時提供瞭新的思路。第六版在這方麵的內容更加豐富,並且對算法的參數選擇、收斂性分析進行瞭更深入的探討。此外,書中還增加瞭許多關於多學科耦閤優化(MDO)的內容,這對於設計大型復雜機械係統非常有啓發。這本書的內容非常貼近工程實際,案例豐富,許多案例都是作者在實際項目中遇到的問題,解決方案也具有很強的藉鑒意義。對於年輕的工程師來說,這本書能夠幫助他們建立紮實的優化設計理論基礎,並快速掌握解決實際工程問題的能力;對於經驗豐富的老工程師來說,這本書則能夠幫助他們拓寬視野,瞭解最新的技術動態,進一步提升設計水平。
評分《機械優化設計 第6版》這本書,對我而言,是一次深刻的學習體驗。它以一種“循序漸進”的方式,將機械優化的復雜知識係統地展現在讀者麵前。書中對優化算法的講解,往往是從最簡單、最基礎的梯度下降法開始,然後逐步引入更復雜的算法,如牛頓法、擬牛頓法、共軛梯度法等。這樣的安排,使得讀者能夠逐步建立對優化方法的基本理解,並在此基礎上學習更高級的技術。第六版在這方麵的更新,體現在對一些新興的、更高效的優化算法的介紹,比如基於機器學習的優化算法,以及如何將這些算法與傳統的優化方法相結閤,以解決更復雜的問題。書中還提供瞭大量的圖解和示例,將抽象的數學概念和算法流程可視化,這對於提高學習效率起到瞭至關重要的作用。我尤其贊賞書中對“優化問題的魯棒性”的討論,這在實際工程設計中尤為重要。一個優化的設計方案,不僅要在理想條件下錶現良好,更要在實際使用過程中,能夠抵抗各種乾擾和不確定性。書中提供瞭許多關於如何提高優化方案魯棒性的方法和策略,這對於我們設計齣更可靠、更實用的機械産品非常有幫助。這本書的內容非常全麵,涵蓋瞭機械優化設計的各個方麵,並且講解清晰易懂,邏輯性強,是一本非常值得推薦的優秀著作。
評分這本《機械優化設計 第6版》真是讓我愛不釋手,翻開第一頁就被其嚴謹的邏輯和清晰的論述所吸引。作為一名機械工程專業的學生,在麵對繁雜的優化問題時,常常感到無從下手。這本書就像一位經驗豐富的老教授,循循善誘地引導我一步步深入理解優化設計的核心思想。它並沒有一開始就拋齣晦澀難懂的數學公式,而是從最基本的概念講起,比如什麼是優化,為什麼需要優化,以及優化在現代機械設計中的重要性。書中大量的案例分析更是讓我印象深刻,從簡單的梁的撓度優化到復雜的傳動係統參數匹配,都給齣瞭詳盡的步驟和解決方案。我尤其喜歡它對不同優化算法的介紹,比如梯度下降法、牛頓法、共軛梯度法等,並且詳細解釋瞭它們各自的適用範圍和優缺點。書中還特彆強調瞭實際工程中的一些注意事項,比如約束條件的建立、目標函數的選擇以及數值解的收斂性問題,這些都是我在其他教材中很少見到的寶貴經驗。第六版相對於之前的版本,在內容上更加充實,加入瞭許多最新的研究成果和工程實踐,比如智能優化算法在機械設計中的應用,這一點讓我眼前一亮。總而言之,這本書不僅是一本教科書,更是一本能夠激發我思考和解決實際問題的寶典,我相信它會成為我未來學習和工作中不可或缺的參考書。
評分《機械優化設計 第6版》這本書,如同一位循循善誘的老師,帶領我一步步探索機械設計的奧秘。它並沒有一味地追求算法的“高精尖”,而是從最基本的“數學建模”入手,強調瞭如何將實際的機械問題轉化為數學模型,這在我看來是優化設計的靈魂。書中對如何建立目標函數和約束函數進行瞭非常細緻的講解,並列舉瞭大量的實際例子,比如如何根據材料力學、動力學等基本原理來構建這些模型。第六版在這方麵的精進體現在,它增加瞭許多關於“不確定性建模”和“多物理場耦閤優化”的內容。在現代復雜的機械設計中,模型的精度往往受到材料性能的變異、環境因素的影響以及不同物理場之間的相互作用等因素的製約。書中對如何處理這些不確定性和耦閤效應,提供瞭許多創新的解決方案。我特彆喜歡書中對“優化算法的評估與選擇”部分的論述。作者並沒有簡單地羅列各種算法,而是從多個維度對算法的效率、魯棒性、易實現性等方麵進行瞭深入的比較和分析,並給齣瞭清晰的選擇指南。這本書不僅僅是傳授知識,更重要的是培養我們解決問題的思維方式。它教會我如何清晰地定義問題,如何有效地進行模型構建,以及如何審慎地選擇和評估優化工具。
評分這本書,我幾乎是捧著讀完的。《機械優化設計 第6版》這本書,給我最大的感受就是它的“實戰性”。它不像一些理論書籍那樣,講一堆公式和概念,然後就沒瞭下文。這本書從一開始就緊密結閤工程實際,將理論知識轉化為可操作的設計工具。我尤其喜歡書中關於“敏度分析”和“參數化設計”的章節。在實際設計中,我們常常會遇到由於某個參數微小的變化,就導緻整體性能大幅下降的情況。敏度分析幫助我們識彆齣這些“敏感”參數,而參數化設計則讓我們能夠係統地調整這些參數,從而找到最佳的設計方案。第六版在這方麵的講解更加精煉,並且增加瞭更多關於如何利用計算機輔助設計(CAD)和計算機輔助工程(CAE)軟件來實現參數化設計和優化。書中提供瞭很多具體的軟件操作步驟和技巧,這對於我們這些需要快速將理論應用於實踐的工程師來說,無疑是雪中送炭。此外,書中還對不同類型的優化問題進行瞭詳細的分類,並針對每種類型推薦瞭最適閤的求解算法。例如,對於非綫性、非凸的優化問題,書中詳細介紹瞭全局優化算法的應用,並給齣瞭如何有效地進行參數尋優的策略。這本書的內容豐富,案例翔實,並且對許多經典優化問題給齣瞭多種不同的求解思路,這讓我能夠從不同的角度去理解和解決問題。
評分《機械優化設計 第6版》這本書,對我來說,是一次思維的洗禮。它不僅僅是一本關於機械優化的技術書籍,更是一本關於如何用係統性、科學性的方法去解決工程問題的哲學讀物。書中對“優化”這個概念的理解,已經超越瞭單純的數學計算,而是上升到瞭對整個設計流程的思考。我尤其喜歡書中關於“設計空間探索”和“優化目標與約束的權衡”的討論。作者深刻地指齣,優化設計並非僅僅是為瞭找到一個最優解,更重要的是在設計空間中尋找一個滿足工程需求、兼顧經濟效益、環境影響和可靠性的“最優區域”。第六版在這方麵的闡述更加深入,引入瞭許多先進的優化理念,比如基於不確定性的優化設計,以及如何處理多重、模糊的約束條件。書中對這些前沿概念的講解,既有理論的高度,又有實踐的指導。我特彆佩服作者在講解復雜優化算法時,能夠用非常形象的比喻和生動的語言,化繁為簡,讓我這個非數學專業背景的讀者也能輕鬆理解。例如,在講解遺傳算法時,作者用“物競天擇,適者生存”的自然法則來類比,瞬間就明白瞭算法的核心思想。書中還提供瞭許多實際工程案例,比如如何優化橋梁的結構形態以達到最佳的承載能力和最小的材料用量,或者如何優化發動機的燃燒室設計以提高燃油效率和降低排放。這些案例不僅展示瞭優化設計的強大威力,也激發瞭我對未來機械設計創新的無限遐想。
評分很好的專業書
評分挺好的,很不錯,質量好,價格閤適
評分書中案例分析,邏輯推導清晰明瞭,對編寫相應優化計算程序有很大幫助!
評分挺好的,很不錯,質量好,價格閤適
評分快遞能不能輕點扔啊,都爛瞭
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評分很好的專業書
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