本教材荣获2002年全国普通高等教育教材二等奖。本书是根据全国高等工业学校机械设计及制造专业教学指导委员会所制定的教学计划和教学大纲编写的。本书主要内容有:优化设计概述,优化设计的数学基础,一维搜索方法,无约束优化方法,线性规划,约束优化方法,多目标及离散变量优化方法,机械优化设{十实例,常用优化方法程序的使用说明及计算机实习指导。本书可作为高等工科学校机械设计及制造专业本科生、研究生教材,也可供有关专业师生及工程技术人员参考。与本书配套的光盘中,有附录“常用优化方法程序及计算机实习指导”中的全部源程序及本书全部的图、表、各章部分习题参考解答及相关软件等内容,方便师生使用。
前言
绪论 1
第一章 优化设计概述 5
第一节 人字架的优化设计 6
第二节 机械优化设计问题示例 9
第三节 优化设计问题的数学模型 21
第四节 优化设计问题的建模基础 25
第五节 优化设计问题的基本解法 27
第二章 优化设计的数学基础 30
第一节 多元函数的方向导数与梯度 31
第二节 多元函数的泰勒展开 35
第三节 无约束优化问题的极值条件 37
第四节 凸集、 凸函数与凸规划 40
第五节 等式约束优化问题的极值条件 42
第六节 不等式约束优化问题的极值条件 46
第三章 一维搜索方法 55
第一节 概述 56
第二节 搜索区间的确定与区间消去法原理 56
第三节 一维搜索的试探方法 59
第四节 一维搜索的插值方法 62
第四章 无约束优化方法 67
第一节 概述 68
第二节 最速下降法 69
第三节 牛顿型方法 73
第四节 共轭方向及共轭方向法 75
第五节 共轭梯度法 79
第六节 变尺度法 83
第七节 坐标轮换法 91
第八节 鲍威尔方法 92
第九节 单形替换法 99
习题 103
第五章 线性规划 105
第一节 线性规划的标准形式与基本性质 106
第二节 基本可行解的转换 113
第三节 单纯形方法 118
第四节 单纯形法应用举例 122
第五节 修正单纯形法 139
习题 148
第六章 约束优化方法 149
第一节 概述 150
第二节 随机方向法 152
第三节 复合形法 156
第四节 可行方向法 161
第五节 惩罚函数法 171
第六节 增广乘子法 178
第七节 非线性规划问题的线性化解法———线性逼近法 187
第八节 广义简约梯度法 190
第九节 二次规划法 194
第十节 结构优化方法 196
第十一节 遗传算法 209
习题 214
第七章 多目标及离散变量优化方法 216
第一节 多目标优化问题 217
第二节 多目标优化方法 219
第三节 离散变量优化问题 243
第四节 离散变量优化方法 245
习题 264
第八章 机械优化设计实例 266
第一节 优化设计实践应用技巧 267
第二节 机床主轴结构优化设计 270
第三节 圆柱齿轮减速器的优化设计 273
第四节 平面连杆机构的优化设计 280
第五节 汽车悬架系统的优化设计 284
第六节 热压机机架结构的优化设计 289
第七节 月生产计划的最优安排 293
第八节 运动模拟器的优化设计 295
附录 常用优化方法程序考核题及计算机
实习建议 300
附录 A 常用优化方法程序考核题 301
附录 B 计算机实习建议 302
参考文献 304
本书为“十二五” 普通高等教育本科国家级规划教材, “十三五” 国家重点出版物出版规划项目, 也曾获评普通高等教育“十一五” 国家级规划教材, 教育部“面向21 世纪课程教材”, 并荣获2002 年全国普通高等学校优秀教材二等奖。
机械优化设计是机械类专业的一门重要课程, 其目的是使学生树立优化设计的思想, 掌握优化设计的基本概念和基本方法, 获得解决机械优化设计问题的初步能力。本书分成三大部分: 第一部分是优化设计的基本概念及数学模型; 第二部分是具体的优化设计方法, 包括一维搜索方法、无约束优化方法、线性规划、约束优化方法、多目标及离散变量优化方法等; 第三部分是机械优化设计实例、优化方法程序考核题及计算机实习建议等。
本书内容的选择贯彻“少而精” 和“理论联系实际” 的原则; 内容的编排由浅入深,注意逻辑性与系统性, 强调物理概念及几何解释, 便于工程应用。本书第6 版和第5 版相比较, 主要修订内容有:
(1) 对绪论部分进行了修订, 适当增加了机械优化设计实例和发展概况的内容。
(2) 对第一章进行了修订, 增加了优化设计的建模理论基础。
(3) 对第六章约束优化方法中的结构优化法和遗传算法进行了修订。
(4) 对第八章进行了修订, 增加了第八节运动模拟器的优化设计。
为了方便教学, 本书附录中的源程序、各章的图和表以及习题的参考答案等向使用本书的授课教师免费提供, 需要的教师可登录机械工业出版社教育服务网(www.cmpedu.com)以教师身份注册后下载。
本书再版前, 原主编哈尔滨工业大学孙靖民教授和梁迎春教授分别于2012 年和2014 年不幸辞世。经与本书的编者及出版社商议, 决定增设哈尔滨工业大学白清顺副教授担任主编, 哈尔滨工程大学米成秋教授、合肥工业大学柯尊忠教授和王卫荣教授、江苏大学马履中教授参加编写。哈尔滨工程大学孟庆鑫教授和哈尔滨工业大学邹经湘教授担任主审。
本书可作为高等院校机械设计类专业的本科生、研究生教材, 也可供有关专业的学生、教师及工程技术人员参考。
限于编者水平, 书中缺点、错误在所难免, 敬请广大读者批评指正。
谨以此书的出版缅怀已经故去令人无比尊敬的哈尔滨工业大学孙靖民教授和梁迎春教授!
编 者
《机械优化设计 第6版》这本书,对于我这样多年从事机械设计工作的老工程师来说,简直是如获至宝。这本书的更新速度让我惊叹,第六版的内容不仅仅是文字的堆砌,而是真正地将近年来机械优化设计领域的新进展、新方法、新理念融入其中。我尤其关注书中关于“面向制造的优化设计”和“可靠性优化设计”的部分,这正是我们在实际生产中常常遇到的瓶颈。书中对这些问题的分析非常透彻,并提供了切实可行的解决方案。例如,在讨论制造公差对优化结果的影响时,作者不仅给出了如何量化这些影响的方法,还详细介绍了如何通过优化设计来提高产品的可制造性和可靠性。书中对各种优化算法的讲解,既有深度又不失广度,比如对模拟退火算法、蚁群算法等启发式算法的介绍,为我们在面对非线性、多模态的复杂优化问题时提供了新的思路。第六版在这方面的内容更加丰富,并且对算法的参数选择、收敛性分析进行了更深入的探讨。此外,书中还增加了许多关于多学科耦合优化(MDO)的内容,这对于设计大型复杂机械系统非常有启发。这本书的内容非常贴近工程实际,案例丰富,许多案例都是作者在实际项目中遇到的问题,解决方案也具有很强的借鉴意义。对于年轻的工程师来说,这本书能够帮助他们建立扎实的优化设计理论基础,并快速掌握解决实际工程问题的能力;对于经验丰富的老工程师来说,这本书则能够帮助他们拓宽视野,了解最新的技术动态,进一步提升设计水平。
评分《机械优化设计 第6版》这本书,对我来说,是一次思维的洗礼。它不仅仅是一本关于机械优化的技术书籍,更是一本关于如何用系统性、科学性的方法去解决工程问题的哲学读物。书中对“优化”这个概念的理解,已经超越了单纯的数学计算,而是上升到了对整个设计流程的思考。我尤其喜欢书中关于“设计空间探索”和“优化目标与约束的权衡”的讨论。作者深刻地指出,优化设计并非仅仅是为了找到一个最优解,更重要的是在设计空间中寻找一个满足工程需求、兼顾经济效益、环境影响和可靠性的“最优区域”。第六版在这方面的阐述更加深入,引入了许多先进的优化理念,比如基于不确定性的优化设计,以及如何处理多重、模糊的约束条件。书中对这些前沿概念的讲解,既有理论的高度,又有实践的指导。我特别佩服作者在讲解复杂优化算法时,能够用非常形象的比喻和生动的语言,化繁为简,让我这个非数学专业背景的读者也能轻松理解。例如,在讲解遗传算法时,作者用“物竞天择,适者生存”的自然法则来类比,瞬间就明白了算法的核心思想。书中还提供了许多实际工程案例,比如如何优化桥梁的结构形态以达到最佳的承载能力和最小的材料用量,或者如何优化发动机的燃烧室设计以提高燃油效率和降低排放。这些案例不仅展示了优化设计的强大威力,也激发了我对未来机械设计创新的无限遐想。
评分《机械优化设计 第6版》这本书,对我而言,是一次深刻的学习体验。它以一种“循序渐进”的方式,将机械优化的复杂知识系统地展现在读者面前。书中对优化算法的讲解,往往是从最简单、最基础的梯度下降法开始,然后逐步引入更复杂的算法,如牛顿法、拟牛顿法、共轭梯度法等。这样的安排,使得读者能够逐步建立对优化方法的基本理解,并在此基础上学习更高级的技术。第六版在这方面的更新,体现在对一些新兴的、更高效的优化算法的介绍,比如基于机器学习的优化算法,以及如何将这些算法与传统的优化方法相结合,以解决更复杂的问题。书中还提供了大量的图解和示例,将抽象的数学概念和算法流程可视化,这对于提高学习效率起到了至关重要的作用。我尤其赞赏书中对“优化问题的鲁棒性”的讨论,这在实际工程设计中尤为重要。一个优化的设计方案,不仅要在理想条件下表现良好,更要在实际使用过程中,能够抵抗各种干扰和不确定性。书中提供了许多关于如何提高优化方案鲁棒性的方法和策略,这对于我们设计出更可靠、更实用的机械产品非常有帮助。这本书的内容非常全面,涵盖了机械优化设计的各个方面,并且讲解清晰易懂,逻辑性强,是一本非常值得推荐的优秀著作。
评分《机械优化设计 第6版》这本书,给我最大的感受是它的“深度与广度”并存。它不仅深入浅出地讲解了机械优化设计中的核心理论和方法,更是在广度上涵盖了许多前沿的研究方向和工程应用。我尤其关注书中关于“多目标优化”和“仿生优化算法”的章节。在实际的机械设计中,我们往往需要同时考虑多个相互冲突的目标,比如在提高强度的同时降低重量,或者在提高效率的同时降低成本。多目标优化为解决这类问题提供了有效的工具。而仿生优化算法,如遗传算法、粒子群算法等,则以其独特的全局搜索能力,在解决复杂的、非线性的优化问题时展现出强大的优势。第六版在这方面的内容更加充实,不仅对这些算法的原理进行了深入的讲解,还提供了许多实际应用的案例,例如在航空航天、汽车工程、机器人学等领域的优化设计。书中还特别强调了“优化设计与仿真技术的结合”,详细介绍了如何利用有限元分析(FEA)、计算流体动力学(CFD)等仿真技术来构建优化的数学模型,并对优化结果进行验证。这本书的案例分析非常详实,从问题的提出、数学模型的建立,到优化算法的选择与实现,再到结果的分析与验证,都提供了一个完整的流程。我相信,这本书将成为我未来在机械优化设计领域学习和工作中的重要参考。
评分这本书,我几乎是捧着读完的。《机械优化设计 第6版》这本书,给我最大的感受就是它的“实战性”。它不像一些理论书籍那样,讲一堆公式和概念,然后就没了下文。这本书从一开始就紧密结合工程实际,将理论知识转化为可操作的设计工具。我尤其喜欢书中关于“敏度分析”和“参数化设计”的章节。在实际设计中,我们常常会遇到由于某个参数微小的变化,就导致整体性能大幅下降的情况。敏度分析帮助我们识别出这些“敏感”参数,而参数化设计则让我们能够系统地调整这些参数,从而找到最佳的设计方案。第六版在这方面的讲解更加精炼,并且增加了更多关于如何利用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)软件来实现参数化设计和优化。书中提供了很多具体的软件操作步骤和技巧,这对于我们这些需要快速将理论应用于实践的工程师来说,无疑是雪中送炭。此外,书中还对不同类型的优化问题进行了详细的分类,并针对每种类型推荐了最适合的求解算法。例如,对于非线性、非凸的优化问题,书中详细介绍了全局优化算法的应用,并给出了如何有效地进行参数寻优的策略。这本书的内容丰富,案例翔实,并且对许多经典优化问题给出了多种不同的求解思路,这让我能够从不同的角度去理解和解决问题。
评分当我合上《机械优化设计 第6版》这本书时,我感到一种前所未有的满足感。这本书,在我看来,是一本能够“融会贯通”的经典著作。它不仅仅是将各种优化方法罗列出来,而是将它们有机地串联起来,形成一个完整的知识体系。我特别欣赏书中关于“优化设计流程”的整体性论述,从问题的定义、数学模型的建立、算法的选择与实现,到结果的分析与验证,都提供了一个清晰而完整的框架。第六版在此基础上,对流程中的每一个环节都进行了更深入的探讨,比如在结果分析部分,增加了如何进行“后处理”和“可视化”的技巧,这对于我们理解优化结果、与他人沟通设计方案非常有帮助。书中对各种优化算法的讲解,既有理论上的严谨,又有实践上的指导。我印象特别深刻的是,在介绍一些全局优化算法时,作者不仅解释了算法的原理,还提供了很多关于如何避免陷入局部最优解的经验和技巧。这本书的内容非常贴近工程实际,案例丰富,而且许多案例都是作者在实际工程项目中遇到的问题,解决方案也具有很强的借鉴意义。对于年轻的工程师来说,这本书能够帮助他们建立扎实的优化设计理论基础,并快速掌握解决实际工程问题的能力;对于经验丰富的老工程师来说,这本书则能够帮助他们拓宽视野,了解最新的技术动态,进一步提升设计水平。
评分这本《机械优化设计 第6版》真是让我爱不释手,翻开第一页就被其严谨的逻辑和清晰的论述所吸引。作为一名机械工程专业的学生,在面对繁杂的优化问题时,常常感到无从下手。这本书就像一位经验丰富的老教授,循循善诱地引导我一步步深入理解优化设计的核心思想。它并没有一开始就抛出晦涩难懂的数学公式,而是从最基本的概念讲起,比如什么是优化,为什么需要优化,以及优化在现代机械设计中的重要性。书中大量的案例分析更是让我印象深刻,从简单的梁的挠度优化到复杂的传动系统参数匹配,都给出了详尽的步骤和解决方案。我尤其喜欢它对不同优化算法的介绍,比如梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法等,并且详细解释了它们各自的适用范围和优缺点。书中还特别强调了实际工程中的一些注意事项,比如约束条件的建立、目标函数的选择以及数值解的收敛性问题,这些都是我在其他教材中很少见到的宝贵经验。第六版相对于之前的版本,在内容上更加充实,加入了许多最新的研究成果和工程实践,比如智能优化算法在机械设计中的应用,这一点让我眼前一亮。总而言之,这本书不仅是一本教科书,更是一本能够激发我思考和解决实际问题的宝典,我相信它会成为我未来学习和工作中不可或缺的参考书。
评分《机械优化设计 第6版》这本书,如同一位循循善诱的老师,带领我一步步探索机械设计的奥秘。它并没有一味地追求算法的“高精尖”,而是从最基本的“数学建模”入手,强调了如何将实际的机械问题转化为数学模型,这在我看来是优化设计的灵魂。书中对如何建立目标函数和约束函数进行了非常细致的讲解,并列举了大量的实际例子,比如如何根据材料力学、动力学等基本原理来构建这些模型。第六版在这方面的精进体现在,它增加了许多关于“不确定性建模”和“多物理场耦合优化”的内容。在现代复杂的机械设计中,模型的精度往往受到材料性能的变异、环境因素的影响以及不同物理场之间的相互作用等因素的制约。书中对如何处理这些不确定性和耦合效应,提供了许多创新的解决方案。我特别喜欢书中对“优化算法的评估与选择”部分的论述。作者并没有简单地罗列各种算法,而是从多个维度对算法的效率、鲁棒性、易实现性等方面进行了深入的比较和分析,并给出了清晰的选择指南。这本书不仅仅是传授知识,更重要的是培养我们解决问题的思维方式。它教会我如何清晰地定义问题,如何有效地进行模型构建,以及如何审慎地选择和评估优化工具。
评分当我翻开《机械优化设计 第6版》这本书时,我最大的感受就是它的系统性和全面性。这本书不仅仅是列举了一些优化方法,而是从机械优化的本质出发,循序渐进地构建了一个完整的知识体系。它从最基础的最优化理论讲起,包括数学规划、变分法等,然后逐步过渡到各种工程优化方法。我特别欣赏书中对不同优化方法的分类和比较,这有助于读者根据具体问题选择最合适的工具。例如,对于连续优化问题,书中详细介绍了梯度法、牛顿法及其变种;对于离散优化问题,则介绍了整数规划、组合优化等。第六版在这方面的内容更加细致,并且增加了许多新的算法,比如近年来备受关注的全局优化算法,如差分进化算法、协同进化算法等。书中对这些算法的原理、实现步骤以及优缺点都进行了深入的剖析。另外,本书在讲解过程中,非常注重数学工具的应用,并提供了大量的数学推导过程,这对于理解算法的底层逻辑至关重要。同时,书中还穿插了许多不同类型的机械设计优化实例,从静力学分析到动力学仿真,从结构强度到热应力,覆盖了机械设计的各个方面。这些实例的讲解细致入微,从问题的提出、数学模型的建立,到优化算法的选择与实现,再到结果的分析与验证,都提供了一个完整的流程。这本书的内容结构非常合理,章节之间的逻辑关系清晰,使得读者能够顺畅地学习。
评分拿到《机械优化设计 第6版》这本书,我首先被它厚重的篇幅和精美的排版所折服。翻阅内容,我发现这本书的内容涵盖了机械优化设计的方方面面,从理论基础到具体应用,无不涉及。作者在对经典优化方法进行系统梳理的同时,也紧跟时代步伐,加入了许多新兴的优化技术,例如基于仿生学的全局优化算法,如遗传算法、粒子群算法等,以及机器学习在优化设计中的应用。这些内容对于我这样希望紧跟技术前沿的研究生来说,无疑是一份巨大的惊喜。书中对于算法的讲解,不仅仅是罗列公式,而是通过图示和伪代码,将复杂的算法流程可视化,使得理解起来更加直观。同时,作者还穿插了大量实际工程案例,例如在汽车轻量化设计、航空发动机叶片优化、机器人轨迹规划等方面的应用,这些案例的引入,极大地增强了本书的实践指导意义。我特别欣赏书中对约束处理方法的详细阐述,这在实际工程设计中往往是优化过程中的难点和关键。第六版在原有基础上,对一些算法的实现细节和效率进行了优化,并且增加了更多关于多目标优化和鲁棒优化的内容,这对于应对现实世界中复杂的工程问题非常有帮助。总的来说,这是一本内容翔实、逻辑严谨、紧跟时代发展、兼具理论深度和实践广度的优秀著作,强烈推荐给所有从事机械设计与优化的工程师和研究人员。
评分书中案例分析,逻辑推导清晰明了,对编写相应优化计算程序有很大帮助!
评分快递能不能轻点扔啊,都烂了
评分很好的专业书
评分有点脏
评分挺好的,很不错,质量好,价格合适
评分挺好的,很不错,质量好,价格合适
评分有点脏
评分书中案例分析,逻辑推导清晰明了,对编写相应优化计算程序有很大帮助!
评分有点脏
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