導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》課程理論教學(xué)體系的建設(shè)主要包括優(yōu)化課程內(nèi)容、制定課程教學(xué)大綱、編寫課程教案幾個(gè)方面。如前所述，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程教學(xué)需要克服“四個(gè)脫節(jié)”。因此在課程體系研究方面主要解決實(shí)現(xiàn)理論基礎(chǔ)教學(xué)和應(yīng)用能力培養(yǎng)相結(jié)合，以及課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相結(jié)合兩個(gè)問題。

（1）實(shí)現(xiàn)理論基礎(chǔ)教學(xué)和應(yīng)用能力培養(yǎng)相結(jié)合針對(duì)因該課程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較多導(dǎo)致工科學(xué)生畏難情緒大，學(xué)習(xí)熱情不高等問題，在課程數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)等知識(shí)點(diǎn)方面，側(cè)重算法原理的講解而非算法過程的介紹；側(cè)重使學(xué)生掌握使用現(xiàn)有數(shù)學(xué)工具解決工程問題，而非自行編制算法程序求解數(shù)值問題。從而使學(xué)生從算法原理和理論基礎(chǔ)中跳出來，提升到知識(shí)的應(yīng)用的層次。

（2）課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)問題已經(jīng)從求解小規(guī)模單一問題發(fā)展到求解大規(guī)模復(fù)雜性問題。因此優(yōu)化方法也從經(jīng)典的優(yōu)化方法發(fā)展到多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化、智能優(yōu)化方法、基于仿真的優(yōu)化等領(lǐng)域。因此課程內(nèi)容應(yīng)和技術(shù)發(fā)展相結(jié)合，適當(dāng)引入先進(jìn)優(yōu)化方法的介紹。為學(xué)生從解決簡(jiǎn)單數(shù)值問題過渡到今后解決復(fù)雜工程問題提供知識(shí)儲(chǔ)備。適應(yīng)“卓越計(jì)劃”提出的培養(yǎng)學(xué)生工程能力的要求。

1.2《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)

《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)主要包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置、制定實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱、編寫實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書幾個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)的主要目的是使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置與工程問題相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與工程實(shí)踐所需的綜合性知識(shí)應(yīng)用相適應(yīng)。

（1）首先在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置時(shí)，根據(jù)“卓越計(jì)劃”的要求，以培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和知識(shí)的綜合運(yùn)用能力為目標(biāo)。通過建立知識(shí)-能力-實(shí)驗(yàn)內(nèi)容關(guān)系矩陣。將各個(gè)知識(shí)點(diǎn)的能力培養(yǎng)落實(shí)到各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目環(huán)節(jié)。并且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置突出和其他相關(guān)課程內(nèi)容、工程問題相結(jié)合。避免知識(shí)點(diǎn)與工程應(yīng)用脫節(jié)，從而達(dá)到工程技術(shù)人才的具備知識(shí)的綜合運(yùn)用能力的培養(yǎng)要求。

（2）其次在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置時(shí)，對(duì)不同類型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，優(yōu)化其實(shí)驗(yàn)方法及其目的。主要改革體系現(xiàn)在以下三個(gè)方面：算法原理類實(shí)驗(yàn)，避免要求學(xué)生采用通用語言編寫成熟優(yōu)化算法的實(shí)驗(yàn)。而采用數(shù)值計(jì)算軟件驗(yàn)證，并要求主要對(duì)比分析不同算法的求解過程的特點(diǎn)。工程問題類實(shí)驗(yàn)。側(cè)重于工程優(yōu)化問題數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建，如何選擇合適的優(yōu)化方法求解。綜合類實(shí)驗(yàn)，和考核環(huán)節(jié)的課程project相結(jié)合，采取開放式的實(shí)驗(yàn)方式。側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力、工程素質(zhì)和合作意識(shí)。

1.3《機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》教學(xué)方法研究

教學(xué)方法有多種，不同的方法有不同的特點(diǎn)和其適應(yīng)性。本項(xiàng)目研究的一個(gè)重要內(nèi)容之一是擬比較幾種方法的特點(diǎn)，將其融入到不同實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中。

（1）對(duì)于基礎(chǔ)理論的介紹，以板書教學(xué)為主，多媒體教學(xué)為輔。這樣有利于學(xué)生理解理論基礎(chǔ)，克服學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)推導(dǎo)的畏懼心理。

（2）對(duì)于各種算法的介紹，在簡(jiǎn)單介紹其原理的基礎(chǔ)上，采用對(duì)比教學(xué)的方法，側(cè)重于各種算法特點(diǎn)和適用性的比較。并應(yīng)用結(jié)合成熟的數(shù)值計(jì)算軟件，采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法進(jìn)行講解。

（3）在考核形式方面。除日常的考核和實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核以外，結(jié)合課程項(xiàng)目教學(xué)的方法，讓學(xué)生以組為單位完成一個(gè)自選的項(xiàng)目（Project），并以組為單位做一個(gè)展示（Presentation）。一方面鍛煉學(xué)生運(yùn)用知識(shí)綜合解決問題的能力，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和工程素質(zhì)。

2改革特色及成效

“卓越計(jì)劃”強(qiáng)調(diào)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此結(jié)合“卓越計(jì)劃”的實(shí)施契機(jī)，在對(duì)課程建設(shè)中存在的問題進(jìn)行系統(tǒng)深入地分析的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷的教學(xué)研究與實(shí)踐，我?！稒C(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)已初步形成了特色。并取得了一定的成效。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）在理論教學(xué)建設(shè)方面實(shí)現(xiàn)理論基礎(chǔ)教學(xué)和應(yīng)用能力培養(yǎng)相結(jié)合；課程內(nèi)容與技術(shù)發(fā)展相結(jié)合。從而使學(xué)生從算法原理和理論基礎(chǔ)中跳出來，提升到知識(shí)的應(yīng)用的層次。適應(yīng)“卓越計(jì)劃”提出的培養(yǎng)學(xué)生工程能力的要求。

篇2

如何將中國(guó)傳統(tǒng)文化融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)中去?其作用又有哪些?這自然不是簡(jiǎn)單的問題，對(duì)于傳統(tǒng)文化我們是照搬照抄，還是將傳統(tǒng)文化放置一邊，不予理睬?筆者認(rèn)為好的設(shè)計(jì)應(yīng)著重于人與人、人與空間和人與自然的融合上，是對(duì)傳統(tǒng)文化的再創(chuàng)造。而這種再創(chuàng)造是在理解的基礎(chǔ)上，用現(xiàn)代的審美觀對(duì)傳統(tǒng)的一些元素加以改造、提煉和運(yùn)用，使其更富有時(shí)代的特征：或者把傳統(tǒng)的造型方法與表現(xiàn)形式運(yùn)用到現(xiàn)代設(shè)計(jì)中來表達(dá)設(shè)計(jì)的理念，體現(xiàn)民族個(gè)性，這是對(duì)傳統(tǒng)文化再創(chuàng)造的理解。中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)的融合作用究竟體現(xiàn)在哪些方面呢?

一、中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)構(gòu)圖的作用

所謂傳統(tǒng)文化，是指中國(guó)幾千年文化發(fā)展史中在特定的自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)形式、政治結(jié)構(gòu)、意識(shí)形態(tài)的作用下形成、積累和流傳下來，并且至今仍在影響著當(dāng)今文化的“活”的中國(guó)古代文化，這些文化又包含了國(guó)畫、剪紙、建筑、皮影、雕刻等等。而傳統(tǒng)文化又與廣告有著不解之緣，兩者在構(gòu)圖上的融和關(guān)鍵在于廣告設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)美學(xué)的審美性。之前我們說過；中國(guó)是一個(gè)歷史文化古國(guó)，每個(gè)人都受到傳統(tǒng)文化的熏陶，這必然導(dǎo)致我們對(duì)“美”的崇拜和追求觀念不同與西方國(guó)家，形成具有中國(guó)傳統(tǒng)文化獨(dú)色的廣告作品。因此，中國(guó)傳統(tǒng)美學(xué)的審美性影響著廣告設(shè)計(jì)作品中“美”的體現(xiàn)，也影響著中國(guó)傳統(tǒng)文化的繼承和發(fā)展。

我們都知道廣告設(shè)計(jì)是屬于“瞬間藝術(shù)”，人們駐足于前的時(shí)間短，視線集中的程度有限，要想在這苛刻的條件下給人留有印象，廣告的設(shè)計(jì)就不能太過于復(fù)雜，必須要做到一目了然，簡(jiǎn)潔明確，使人在一瞬之間、一定距離外能看清楚所要宣傳的事物。為了達(dá)到這個(gè)目的，廣告的設(shè)計(jì)總是盡可能采取假定的設(shè)計(jì)手法，將不同時(shí)間、空間發(fā)生的活動(dòng)組合在一起，并經(jīng)常運(yùn)用象征手法，啟發(fā)人們的聯(lián)想來吸引消費(fèi)者。所以在廣告構(gòu)圖中，要突出重點(diǎn)，就要?jiǎng)h去次要的細(xì)節(jié)，甚至是背景。這種設(shè)計(jì)手法與國(guó)畫處理構(gòu)圖的手法一致。例如：在國(guó)畫構(gòu)圖中要求“以一當(dāng)十”、“以少勝多”的精煉：或者“計(jì)白當(dāng)黑”、“無畫處皆成妙境”的簡(jiǎn)潔；“疏可走馬，密不透風(fēng)”的對(duì)比關(guān)系等。由此我們可以看出，在現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)中，構(gòu)圖要概括集中，突出醒目地表達(dá)所要宣傳的事物，表現(xiàn)物與物之間的內(nèi)在聯(lián)系，賦予畫面更廣泛的含義并使人們?cè)谟邢薜漠嬅嬷心苈?lián)想到更廣闊的生活，感受到新的意義。我們只有將中國(guó)傳統(tǒng)文化的精髓融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)的理念中去，才能使民族傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)真正的融為一體，從而增強(qiáng)廣告設(shè)計(jì)的傳播效率與文化藝術(shù)意蘊(yùn)。另外，傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)的融和還可以有效增加廣告的附加價(jià)值，傳統(tǒng)文化由于自身特有的功能性和特殊的文化底蘊(yùn)，本身就具有“滿足人們精神需要”的價(jià)值，這種價(jià)值可以在現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)中起到增強(qiáng)附加價(jià)值的作用。

二、中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)構(gòu)思的作用

在現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)中，我們?cè)诟S西方現(xiàn)代設(shè)計(jì)潮流的時(shí)候，已不滿足于純粹跟隨，開始對(duì)傳統(tǒng)文化進(jìn)行探索，并應(yīng)用傳統(tǒng)文化的構(gòu)思方法來結(jié)合現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)，體現(xiàn)中國(guó)傳統(tǒng)文化的意蘊(yùn)及自身的文化內(nèi)涵，把握并創(chuàng)造出具有東方特色的廣告設(shè)計(jì)作品。廣告設(shè)計(jì)是一種“瞬間藝術(shù)”，好的廣告作品不僅要讓人“一目了然”，還要“一見傾心”，為它所吸引，留下深刻的印象。這就要求在廣告設(shè)計(jì)中要具備精湛的構(gòu)思。清代一位學(xué)者曾說過，一幅畫“與其令人愛，不如使人思”，好的廣告設(shè)計(jì)作品也是如此。它要讓人聯(lián)想、引起人的美好愿望、表現(xiàn)意境，就要有手段，我們稱之為“意匠”。如：“獨(dú)具匠心”指的就是別人沒有想到的你想到了，這也是在廣告設(shè)計(jì)中我們經(jīng)常提到的一種構(gòu)思方法?！耙饨场本唧w說來就是選材(先取最精粹部分)、剪裁(去污存清)、夸張(強(qiáng)調(diào)形象的特征)、經(jīng)營(yíng)位置(構(gòu)圖)、表現(xiàn)(選項(xiàng)用恰當(dāng)?shù)募挤?等，而這一切，恰恰是我國(guó)廣告設(shè)計(jì)者最為常用的構(gòu)思手段。

三、中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)內(nèi)容的作用

傳統(tǒng)文化是現(xiàn)代廣告?zhèn)鞑コ晒Φ幕A(chǔ)，而現(xiàn)代廣告?zhèn)鞑t是因?yàn)閭鹘y(tǒng)文化的滋養(yǎng)才具備了強(qiáng)勁的精神發(fā)散效力，“越是民族的就越是世界的”這句話在一定程度上對(duì)于廣告同樣適用。中國(guó)傳統(tǒng)文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，怎樣在廣告設(shè)計(jì)的內(nèi)容上體現(xiàn)傳統(tǒng)文化的精髓??這是我們值得深思的問題。筆者認(rèn)為應(yīng)從一個(gè)“意”字開始，廣告設(shè)計(jì)內(nèi)容上的意字，指的是傳統(tǒng)文化所要表達(dá)的意蘊(yùn)，也是意味深長(zhǎng)之意?！耙狻笔莻鹘y(tǒng)文化在內(nèi)容設(shè)計(jì)上的關(guān)鍵，也適合于現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)所提出的吉祥如意的設(shè)計(jì)理念，更符合中國(guó)人在廣告設(shè)計(jì)上的要求。例如：腦白金的廣告語“今年孝敬咱爸媽，送禮還送腦白金”、“今年過節(jié)不收禮，收禮還收腦白金”，就是利用了中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)“意”的理解。中國(guó)自古就有尊老愛幼、孝敬父母的傳統(tǒng)美德，“腦白金”定位成一種禮品，并且是一種能帶給人健康的禮品，極力宣傳送禮更要送健康的“意”念。這個(gè)觀念定位恰好順應(yīng)了中國(guó)的傳統(tǒng)，為廣大消費(fèi)者所能接受，從而有效地樹立了企業(yè)、品牌形象。整個(gè)廣告根植于中華民族傳統(tǒng)文化，是有強(qiáng)烈的現(xiàn)代氣息，既符合了廣告主的要求，又達(dá)到了準(zhǔn)確的廣告定位。

篇3

0前言

機(jī)械結(jié)構(gòu)虛擬優(yōu)化設(shè)計(jì)是以計(jì)算機(jī)建模和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，集計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等技術(shù)為一體，由多學(xué)科知識(shí)組成的綜合系統(tǒng)技術(shù)，是機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)在計(jì)算機(jī)環(huán)境中數(shù)字化、圖像化的映射。本文分析了機(jī)械產(chǎn)品虛擬動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般過程，以數(shù)控車床關(guān)鍵部件一尾架為例，建立了三維可視化的有限元CAE模型，通過對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，實(shí)現(xiàn)該部件結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

1機(jī)械結(jié)構(gòu)虛擬動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程

機(jī)械產(chǎn)品虛擬動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的一般過程是:先建立滿足工作性能要求的產(chǎn)品初始CAD模型(初步設(shè)計(jì)圖樣)，然后對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和動(dòng)態(tài)特性分析，再根據(jù)工程實(shí)際情況，給出結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的要求或預(yù)定的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)，按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)“逆問題”方法直接求解設(shè)計(jì)參數(shù)，或按結(jié)構(gòu)“正問題”分析法，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，直到滿足預(yù)期性能設(shè)計(jì)要求，從而獲得一個(gè)具有良好靜、動(dòng)態(tài)特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括:

(1)建立一個(gè)切合實(shí)際的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型;

(2)選擇有效的動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

2機(jī)械結(jié)構(gòu)建模分析及優(yōu)化實(shí)例

以數(shù)控車床關(guān)鍵部件尾架為例進(jìn)行研究。數(shù)控車床動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是在“正問題”處理方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，數(shù)控車床共有零、部件800多個(gè)，其中對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)性能影響大的零、部件主要有以下幾個(gè):床身、主軸箱、尾架等。為使整機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)性能，必須對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化。為此，應(yīng)先建立數(shù)控車床主要部件的幾何模型和滿足其動(dòng)力學(xué)特征的有限元模型，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，根據(jù)動(dòng)態(tài)分析的結(jié)果對(duì)原部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)修改和結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化，最終得到一個(gè)具有良好靜、動(dòng)態(tài)特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

數(shù)控車床的尾架安置在床身的尾架導(dǎo)軌上，并可沿此導(dǎo)軌調(diào)整其縱向位置。尾架套筒的錐孔裝有后頂尖，用以支撐工件。由于尾架頂尖與主軸箱卡盤的同軸度直接影響著車床加工零件的精度，因此，尾架的結(jié)構(gòu)是否合理對(duì)保證車床加工高精度很重要。

如圖2為尾架系統(tǒng)的有限元模型，考慮到實(shí)際情況，將尾架導(dǎo)軌與兩導(dǎo)軌座作為一體處理，尾架體與導(dǎo)軌之間以互為接觸單元為主，每個(gè)導(dǎo)軌座均布4個(gè)全約束點(diǎn)，系統(tǒng)共有單元7 049個(gè)。得到尾架系統(tǒng)前三階振型如圖3(a)，3(b)，3(c)所示。表1列出了尾架系統(tǒng)計(jì)算頻率及振型特性。

由分析可知，該尾架系統(tǒng)剛度很弱，相當(dāng)于簡(jiǎn)支梁，是整機(jī)結(jié)構(gòu)中非常薄弱的部分。綜合新車床的布局，考慮鑄造工藝性，尾架的導(dǎo)軌直接與床身一體，優(yōu)化后的尾架由上下2部分組成，如圖4所示，其有限元模型如圖5所示。

建立改進(jìn)尾架的有限元模型，系統(tǒng)共有2 210個(gè)體單元，對(duì)尾架上下2部分禍合12個(gè)節(jié)點(diǎn)，前三階固有振型如表2所示。

篇4

中圖分類號(hào)：TH2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Taking the counterjib of T3000160 super large flattop tower crane as the research object，the structure is optimized. Firstly，the finite element simulation model of the counterjib is established. Then，the APDL algorithm language and parametric technique in Ansys are used to parameterize the design dimensions of the counterjib structure. Through the structural optimization，the optimal crosssectional dimension of the main structure of the counterjib is obtained，The results show that the overall strength and rigidity of the counterjib meet the design requirements，and the parametric design can improve the design quality of the construction machinery.

Key words：super large flattop tower crane，counterjib，optimized design，finite element

1引言

S著有限元技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在塔式起重機(jī)關(guān)鍵組成部件的優(yōu)化分析設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及有限元分析技術(shù)的引進(jìn)使用，使得塔機(jī)產(chǎn)品使用起來更加安全和高效。超大型平頭塔式起重機(jī)作為塔機(jī)發(fā)展的方向，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況多樣，僅僅對(duì)其進(jìn)行整體的綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)是不夠的，更應(yīng)該關(guān)注其細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析，關(guān)注計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機(jī)作為研究對(duì)象，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)平衡臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模分析，使用APDL算法完成平衡臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到降本增效的目的。

2Ansys有限元分析優(yōu)化設(shè)計(jì)的有關(guān)概念121設(shè)計(jì)變量設(shè)計(jì)方案完成后，其中的設(shè)計(jì)元素可以用一組基本參數(shù)數(shù)值來表示，這一組參數(shù)數(shù)值就是所謂的設(shè)計(jì)變量。

22目標(biāo)函數(shù)

在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以利用一些設(shè)計(jì)指標(biāo)衡量一項(xiàng)設(shè)計(jì)方案的好壞，通過把設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)化得到相關(guān)函數(shù)來表示這些指標(biāo)，這些相關(guān)函數(shù)即是優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)。

計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化2017年6月第36卷第2期郭紀(jì)斌等：基于Ansys的超大型平頭塔式起重機(jī)平衡臂優(yōu)化設(shè)計(jì)23約束性條件

所謂約束性條件是在對(duì)與目標(biāo)函數(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)變量進(jìn)行取值時(shí)加入的限制性條件。約束類型按照目標(biāo)函數(shù)中設(shè)計(jì)變量的不同性質(zhì)可分為邊界性約束和性能性約束。

24合理性設(shè)計(jì)

所謂合理性設(shè)計(jì)是指滿足設(shè)計(jì)方案所有給定約束條件（包括設(shè)計(jì)變量的約束和狀態(tài)變量的約束）的設(shè)計(jì)。倘若給定約束條件中的任一條未滿足，該設(shè)計(jì)就被認(rèn)為是不合理的。而最優(yōu)設(shè)計(jì)就是既能滿足所有約束條件同時(shí)目標(biāo)函數(shù)值又是最小的設(shè)計(jì)。

3超大型平頭塔機(jī)平衡臂優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟

在Ansys軟件中可以用兩種方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)：圖形交互式或者數(shù)據(jù)批處理來完成。在本論文中，選用數(shù)據(jù)批處理方式來進(jìn)行平衡臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期提高優(yōu)化設(shè)計(jì)效率。

由于用戶采用優(yōu)化方式的差異（批處理或GUI方式），Ansys優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟會(huì)有些許差別。本論文中平衡臂優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟如下：

31分析文件的生成1311參數(shù)化建立模型通過Ansys軟件/PREP7命令把設(shè)計(jì)方案中的設(shè)計(jì)變量參數(shù)化建立數(shù)據(jù)模型的工作完成。對(duì)于本論文選定的T3000160超大型平頭塔式起重機(jī)平衡臂，設(shè)計(jì)變量是拉桿和臂架弦桿的尺寸，如表1所示。

表1設(shè)計(jì)變量

設(shè)計(jì)變量1初值（mm）1變量含義X112001平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長(zhǎng)度X21361平衡臂下弦桿角鋼L200X36的截面長(zhǎng)度X31651平衡臂拉桿圓鋼Φ130的半徑

312計(jì)算求解

Ansys中的求解器主要是對(duì)分析類型和分析選項(xiàng)在優(yōu)化過程中進(jìn)行定義，并完成載荷的施加，及對(duì)載荷步的指定，最后進(jìn)行有限元分析計(jì)算，同時(shí)在分析過程中需要的數(shù)據(jù)都要在計(jì)算求解過程中指出。

在本論文平衡臂的優(yōu)化分析中，solution 部分輸入如下：

/SOLU

PREP7，

…

BEAM，P21X，5，PRES，-0.2c-5，…

Acc1，0，10000，0，

AUTO CP，0，0.65*2，

SOLVE，

FINISH。

313提取參數(shù)化分析結(jié)果

對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行提取并給相應(yīng)的參數(shù)賦值，這些參數(shù)通常情況下包括目標(biāo)函數(shù)和狀態(tài)變量。完成本步操作使用POST1命令，尤其是與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、加減或者其他操作相關(guān)時(shí)，而對(duì)數(shù)據(jù)的提取通常用*GET命令（Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data）來完成。

在本論文研究中，設(shè)置平衡臂總重量為目標(biāo)函數(shù)。因?yàn)橹亓亢腕w積成比例關(guān)系，對(duì)產(chǎn)品總體積的減小就相當(dāng)于總重量的減少，因此把總體積設(shè)計(jì)為目標(biāo)函數(shù)。在優(yōu)化研究中，把軸向應(yīng)力、節(jié)點(diǎn)位移設(shè)置為狀態(tài)變量。這些參數(shù)的設(shè)定可以用下面的方法進(jìn)行定義：

/POST1

ETABLE，evolume，VOLU，

QR SSUM

*GET，VOLUME，SSUM，DEFORMED，EVOLUME

…

QR，SMAX_E，LS，0，1

CP，ETAB，SMAX_E，0，1，

*GET，SMAX_E，SORT，MAX

…

*GETT，DYMAX1，NODE，1528，Z，Y

…

32對(duì)計(jì)算結(jié)果優(yōu)化分析

建立完成分析文件之后，就可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化分析。在優(yōu)化處理器中，這些相關(guān)參數(shù)的值被假定為一個(gè)設(shè)計(jì)序列，所有參數(shù)會(huì)在Ansys數(shù)據(jù)庫中被自動(dòng)設(shè)置為設(shè)計(jì)序列1。

4超大型平頭塔機(jī)平衡臂優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果

通過10次迭代計(jì)算完成對(duì)模型參數(shù)的優(yōu)化，目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計(jì)變量的變化如圖1―圖3所示。

圖1設(shè)計(jì)變量X1優(yōu)化示意圖圖2設(shè)計(jì)變量X2優(yōu)化示意圖圖3設(shè)計(jì)變量X3優(yōu)化示意圖通過上面的優(yōu)化示意圖可以看出，三個(gè)設(shè)計(jì)變量都是平衡臂主結(jié)構(gòu)件的截面尺寸，經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算，截面尺寸都得以減小，而與其相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)（平衡臂總體積）有總體減小的趨勢(shì)。

在優(yōu)化計(jì)算時(shí)不僅要減少平衡臂體積，同時(shí)其結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度和剛度的設(shè)計(jì)要求也要滿足，所以本研究增設(shè)狀態(tài)變量1（平衡臂端部位移）和狀態(tài)變量2（截面危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值）為研究對(duì)象，其優(yōu)化過程如圖4―圖5所示。

圖4狀態(tài)變量1優(yōu)化示意圖圖5狀態(tài)變量2優(yōu)化示意圖從兩個(gè)狀態(tài)變量的優(yōu)化過程可以看出，在經(jīng)過多次迭代優(yōu)化后各狀態(tài)變量值變量均在設(shè)定值范圍內(nèi)變化，變化非常小。

目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解在Ansys優(yōu)化設(shè)計(jì)過程可以自動(dòng)選出，在本論文中得出的最優(yōu)解見表2。

由優(yōu)化計(jì)算結(jié)果可以看出，平衡臂總質(zhì)量由18.87噸優(yōu)化到了17.13噸，p少了1.74噸，減重百分比為9.22%。與初始設(shè)計(jì)方案相對(duì)比，優(yōu)化后主體結(jié)構(gòu)件截面尺寸減小，從而降低了平衡臂總質(zhì)量，達(dá)到了減輕平衡臂總重量的優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過對(duì)優(yōu)化模型有限元分析結(jié)果的檢查，其結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度均符合設(shè)計(jì)要求，如表2所示。

本論文選用Ansys一階優(yōu)化方法對(duì)以平衡臂總質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)的方案進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化，優(yōu)化后平衡臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度均在設(shè)計(jì)允許值范圍內(nèi)。通過定義主要結(jié)構(gòu)件尺寸的優(yōu)化，平衡臂總重量減少1.74噸，降幅9.22%。

5結(jié)論

本論文以T3000160超大型平頭塔式起重機(jī)平衡臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，使用主流有限元分析軟件Ansys完成對(duì)平衡臂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析，其過程主要如下。

（1）建立T3000160塔機(jī)平衡臂有限元分析模型，選用BEAM188，MASS21等作為模型分析單元，確保有限元模型結(jié)構(gòu)、重量等參數(shù)的設(shè)置符合實(shí)際情況。

（2）各項(xiàng)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)方案要求。通過優(yōu)化分析，得到平衡臂主體結(jié)構(gòu)件的最優(yōu)截面尺寸，同時(shí)有限元分析結(jié)果表明整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計(jì)方案需求。

（3）本論文選取T3000160超大型平頭塔式起重機(jī)的平衡臂進(jìn)行有限元分析優(yōu)化設(shè)計(jì)，為超大型平頭塔式起重機(jī)平衡臂及其他相關(guān)部件結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析和設(shè)計(jì)提供一個(gè)理論性的支撐，同時(shí)提高工程機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)周期，促進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)法在起重機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

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篇5

礦山機(jī)械中的一些大型設(shè)備大部分是結(jié)構(gòu)件。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，裝載機(jī)、牙輪鉆機(jī)、挖掘機(jī)等設(shè)備，其結(jié)構(gòu)件占60%以上。對(duì)這些以結(jié)構(gòu)件為主的設(shè)備，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其結(jié)果是很不理想的。慶幸的是，我們這行業(yè)的研究設(shè)計(jì)人員開始關(guān)注這個(gè)問題，做了一些有益的工作。如對(duì)一些機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，用有限原方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)強(qiáng)度分析等等。但到目前為止，仍沒見到有關(guān)礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的文獻(xiàn)。

一、礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可行性和必要性

1.盡管有這樣那樣的困難，對(duì)礦山機(jī)械進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)還是有可能的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用有三個(gè)前提條件：一是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和普及，二是有限元理論和方法的發(fā)展；三是高效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。從目前情況著，電子計(jì)算機(jī)特別是微型電子計(jì)算機(jī)在科研、設(shè)計(jì)部門已日益普及，作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ)之一的有限元理論和方法是比較成熟的，而且有了不少通用的有限元分析程序；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，經(jīng)過二十多年的發(fā)展也日臻成熟，無論是優(yōu)化準(zhǔn)則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法還是兩者的統(tǒng)一方法，其解題效率都比較高。結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)目前已廣泛地應(yīng)用于航空部門、土建部門等。在礦山機(jī)械領(lǐng)域由于廣大科技工作者的努力，在有限元分析方面已取得了較大的進(jìn)展。對(duì)牙輪鉆機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)等主要礦山機(jī)械的有限元分析已全面展開。這就為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了直接的便利條件。給礦山機(jī)械的優(yōu)化提供了可靠的保證。

2.礦機(jī)中的一些主要設(shè)備如牙輪鉆機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)等都具有一個(gè)比較明顯的特點(diǎn)，那就是：十分笨重，運(yùn)輸不便。對(duì)這些設(shè)備采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，則往往難以找到一個(gè)理想的方案。其應(yīng)力分布和結(jié)構(gòu)往往是不太合理。而采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，可以在對(duì)原始設(shè)計(jì)方案進(jìn)行有限元分析的基礎(chǔ)上，采用自動(dòng)尋優(yōu)方法，就可以找到一個(gè)較理想的方案。使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布更加均勻，結(jié)構(gòu)更加合理。而且，從現(xiàn)在的文獻(xiàn)來看，設(shè)備的自重可以減輕25%左右，其經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。因此，有必要對(duì)礦機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

二、 礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

1. 最大可靠性結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。"可靠性"的概念對(duì)我們并不陌生，但將可靠性概率引入超靜定結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，卻鮮為人知。而在工程設(shè)計(jì)中卻經(jīng)常希望在給定材料體積下盡可能合理地分布結(jié)構(gòu)材料，使結(jié)構(gòu)的可靠性盡可能地大，或是研究一個(gè)用料省、可靠性大的折衷方案。因此在礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)中，引入可靠性概率（結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成預(yù)定功能的概率）這一衡量結(jié)構(gòu)可靠性的指標(biāo)，采用一次二階矩概率設(shè)計(jì)理論，以傳統(tǒng)的安全系數(shù)為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，就可以提高結(jié)構(gòu)的安全度，而且使結(jié)構(gòu)更為合理。文獻(xiàn)"1"以結(jié)構(gòu)桿件截面積為設(shè)計(jì)變量進(jìn)行了可靠性最大的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)表明這個(gè)方法是可行的。

2. 結(jié)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)。從目前的有限元程序，對(duì)于所給定的計(jì)算模型，其結(jié)果是比較精確的。但是對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)而言，這個(gè)結(jié)果是不大可信的。這是與模型、載荷，約束的簡(jiǎn)化等多方面因素有關(guān)。本來，這些因素在實(shí)際工作或結(jié)構(gòu)中是不大容易確定的，也就是說具有一定的"模糊性"。另外，對(duì)于有限元分析的計(jì)算工況的確定也是比較困難的。目前，我們?cè)谟邢拊治鲋?，一般是選擇典型工況進(jìn)行，至于這典型工況的"典型性"則是由分析者自己確定。此外，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，還有許多東西是模糊的，目標(biāo)函數(shù)、約束條件、約束條件的右端項(xiàng)等等均具有一定的模糊性。最后，為了真正地得到滿足所有可能約束的結(jié)構(gòu)最佳組成，我們要對(duì)最后的尺寸和形狀作出決策。因?yàn)?，?duì)每種不同的工況，計(jì)算得到的"最優(yōu)值"是各不相同的，那么，在綜合所有計(jì)算工況時(shí)，究竟如何確定其最終尺寸呢？顯然，按滿應(yīng)力法則不大可行，因?yàn)闈M應(yīng)力法是要求每一單元至少在一種工況下達(dá)到滿應(yīng)力狀態(tài)，這樣綜合的結(jié)構(gòu)就不可能是最輕結(jié)構(gòu)。因此，最后尺寸和形狀的決定也要借助模糊理論來解決。從模糊到精確，再?gòu)木_到模糊，這是符合歷史發(fā)展規(guī)律。

3.研制、推廣、應(yīng)用CAD軟件。根據(jù)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，不但能對(duì)結(jié)構(gòu)的初始方案和改進(jìn)方案快速地進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和強(qiáng)度校核。而且還能開展以最輕重量的單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)和以機(jī)器工作性能、節(jié)省鋼材和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度三大要素為出發(fā)點(diǎn)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此加速研制一些多功能的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，對(duì)于提高礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量，是很有必要的。目前，在農(nóng)機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)有了用于微型機(jī)的大型多功能的MAS程序系統(tǒng)，不過，在優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面，還有待進(jìn)一步完善。應(yīng)用CAD軟件，可以在以下幾個(gè)方面起到明顯作用：一是提供合理的設(shè)計(jì)方案、節(jié)省鋼材和成本。二是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平。三是可找出結(jié)構(gòu)損壞的原因和有害振動(dòng)的根源。四是可以對(duì)機(jī)器系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在研制CAD系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該注意的是：一是發(fā)掘較為普及的微型機(jī)的潛力。二是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析的完備性（結(jié)構(gòu)靜動(dòng)分析、結(jié)構(gòu)靜動(dòng)優(yōu)化計(jì)算機(jī)繪圖等）。三是適用于多種結(jié)構(gòu)型式，即適用于多單元的結(jié)構(gòu)（如桿、梁、板、殼等）。

三、發(fā)展方向

1.大力推廣應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。航空、國(guó)防、造船等行業(yè)分別召開了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的學(xué)術(shù)交流會(huì)。土建部門還舉辦了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的專門講習(xí)班。機(jī)械工程學(xué)會(huì)召開的強(qiáng)度學(xué)術(shù)會(huì)議上也交流了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的論文。這說明在這些行業(yè)和部門，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)受到重視。因此，礦山機(jī)械設(shè)計(jì)部門的工作者（包括設(shè)計(jì)師、研究生和教師）應(yīng)該注意推廣和應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。可以舉辦結(jié)構(gòu)優(yōu)化枝術(shù)講習(xí)班，召開礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)交流會(huì)。學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)該掌握結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，學(xué)會(huì)使用一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件。對(duì)具體的結(jié)構(gòu)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高整個(gè)礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)水平。

2.礦機(jī)結(jié)構(gòu)從靜力優(yōu)化向動(dòng)力優(yōu)化過渡。首先，我們要大力開展礦機(jī)結(jié)構(gòu)的靜力優(yōu)化設(shè)計(jì)，推廣應(yīng)用和完善現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序，研制和發(fā)展一些通用性較強(qiáng)而且又適合礦機(jī)特點(diǎn)的軟件包。其次，我們應(yīng)該在結(jié)構(gòu)靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對(duì)礦機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力優(yōu)化設(shè)入計(jì)。因?yàn)樵陟o力優(yōu)化時(shí)沒有考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性。如固有頻率、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。而這些動(dòng)力特性對(duì)于大部分礦山機(jī)械來說是比較重要的。如固有頻率對(duì)司機(jī)乘坐的舒適性以及共振破壞等都是很重要的。而結(jié)構(gòu)的動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)就是在靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)上引進(jìn)頻率約束，動(dòng)強(qiáng)度約束，動(dòng)剛度約束等。在理論上，進(jìn)行動(dòng)力優(yōu)化是沒有困難的，靜力優(yōu)化的結(jié)果可以作為動(dòng)力優(yōu)化的初始值。

我們建議，在近幾年內(nèi)，應(yīng)該集中精力著手研究一些具有專業(yè)特色的典型的程序包。如底盤、車架、機(jī)架等結(jié)構(gòu)件的優(yōu)一化程序。按照結(jié)構(gòu)的通用性、統(tǒng)一性和組合性原則建立程序包，對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行選型優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)然，如果在程序包中加上對(duì)整機(jī)參數(shù)的優(yōu)化、液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)等等，可以使礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)更趨自動(dòng)化。

參考文獻(xiàn)：

篇6

二、在研究方案制定過程中培養(yǎng)學(xué)生的研發(fā)能力

目前針對(duì)工科專業(yè)的研究性教學(xué)而言，以“項(xiàng)目和課題研究為導(dǎo)向”的教學(xué)方式非常貼切現(xiàn)行教學(xué)改革的要求和趨勢(shì)。該教學(xué)模式可以將學(xué)習(xí)、研究、實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，使學(xué)生能創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和能力，通過自己的主動(dòng)探索、主動(dòng)思考、主動(dòng)實(shí)踐，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題。首先，教師在講課內(nèi)容中要增加具體的工程實(shí)例，同時(shí)注重引導(dǎo)學(xué)生注意身邊的工程問題，鼓勵(lì)學(xué)生參與提煉工程主題，并將工程主題與教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容結(jié)合起來。在進(jìn)行項(xiàng)目研究方案的制訂與討論過程中，可以先介紹課題的來源、背景、研究需求和研究目標(biāo)，讓學(xué)生以分組的形式去查資料，閱讀查文獻(xiàn)，了解目前的研究現(xiàn)狀及研究方法，制定課題的研究方案，引導(dǎo)學(xué)生展開課堂討論，并根據(jù)所學(xué)的知識(shí)提出解決問題的方法，這樣可以將抽象的理論與具體的工程背景結(jié)合，使抽象的工程問題變得豐滿有趣，從而強(qiáng)化學(xué)生的工程概念與背景。然后，將學(xué)生帶到企業(yè)，進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和使用現(xiàn)場(chǎng)，獲得對(duì)所研究課題的感性認(rèn)識(shí)，掌握和了解課題實(shí)際存在的問題，形成教學(xué)與實(shí)際結(jié)合起來的課外教學(xué)方式，通過學(xué)生親身實(shí)踐、工程技術(shù)人員的介紹以及教師的深入分析，使學(xué)生對(duì)研究的內(nèi)容和課題有較為深刻的理解，便于制定更為具體和合理的研究計(jì)劃。例如在對(duì)某型號(hào)的路燈燈桿進(jìn)行強(qiáng)度與可靠性研究時(shí)，可以運(yùn)用力學(xué)知識(shí)進(jìn)行理論計(jì)算，再進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，最后進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，這一過程幾乎會(huì)涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)類的所有課程。

三、在項(xiàng)目實(shí)施過程中鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力

對(duì)于工科的本科生和研究生而言，我們現(xiàn)在的人才培養(yǎng)非常重視專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，畢業(yè)后學(xué)生可以掌握本專業(yè)系統(tǒng)的理論知識(shí)和一定的實(shí)踐能力。但很多畢業(yè)生在進(jìn)入工作崗位后，往往還需要2～5年時(shí)間的重新學(xué)習(xí)與培訓(xùn)，才能具備較好的工程素養(yǎng)，也才能獨(dú)立解決工程實(shí)際問題，從而造成企業(yè)人力與財(cái)力的浪費(fèi)，使得企業(yè)在招聘人才時(shí)，首先考慮的不是學(xué)生的文憑和學(xué)習(xí)成績(jī)，而是工作經(jīng)歷和工作經(jīng)驗(yàn)。近幾年本科教學(xué)大綱經(jīng)歷了至少兩次修訂，修訂過程中已經(jīng)注意到這個(gè)問題，并且正在進(jìn)行較大幅度的改革，其主要做法是加大實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的比重，實(shí)行企業(yè)與學(xué)校的聯(lián)合培養(yǎng)模式，其目標(biāo)就是在工程應(yīng)用、生產(chǎn)實(shí)際中培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與解決問題的能力。如果能夠讓學(xué)生參與到教師與企業(yè)合作的課題中來，在項(xiàng)目研究與實(shí)施的過程中，讓學(xué)生將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于解決具體的工程問題，就可以實(shí)現(xiàn)新大綱修訂的宗旨，滿足新大綱的要求。橫向課題是企業(yè)在生產(chǎn)過程中或客戶在使用過程中發(fā)現(xiàn)和提出來的技術(shù)難題，往往具有一定的難度，課題的研究也是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其研究成果可以直接提升產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)生明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。所以首先需要對(duì)研究的對(duì)象進(jìn)行全面的了解、分析、調(diào)研與查閱資料，包括設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能、使用方法、產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)估等，這方面的研究可以培養(yǎng)學(xué)生畫圖、識(shí)圖、查閱文獻(xiàn)的能力。確定了詳細(xì)的研究方案之后，就要進(jìn)行課題的研究，該研究過程往往歷時(shí)幾個(gè)月，甚至一年以上。在此研究過程中，學(xué)生需要參與大量的研究工作，可以在教師的指導(dǎo)下將學(xué)到的系統(tǒng)知識(shí)應(yīng)用于理論計(jì)算，通過對(duì)理論知識(shí)的復(fù)習(xí)和應(yīng)用，了解理論研究的價(jià)值，加深對(duì)理論知識(shí)的理解；學(xué)生還可以從事實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)際測(cè)試，不但可以在實(shí)驗(yàn)室對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，進(jìn)一步熟悉實(shí)驗(yàn)室儀器與設(shè)備的使用方法和技巧，還可以到車間進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，掌握現(xiàn)代測(cè)試儀器的操作和使用，并在試驗(yàn)和測(cè)試完成后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理工作；在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真手段進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過學(xué)習(xí)先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)軟件、有限元計(jì)算軟件等進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)研究工作，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)了解優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果，從而達(dá)到研究的目的。讓學(xué)生深度參與課題的研究過程，一方面可以使學(xué)生獲得較為全面、系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生而言，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析、有限元分析、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)的測(cè)試分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)類的重要課程和知識(shí)點(diǎn)有非常深刻的了解；另一方面還可以對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品、要求、技術(shù)、研發(fā)甚至市場(chǎng)都有比較全面的接觸。這樣對(duì)畢業(yè)生就業(yè)而言，所提供的參與這些企業(yè)課題研發(fā)的經(jīng)歷，對(duì)企業(yè)來說無疑具有極大的吸引力。最為關(guān)鍵的是，這些學(xué)生一旦進(jìn)入相關(guān)行業(yè)，馬上可以發(fā)揮很大的作用，能夠獨(dú)當(dāng)一面解決企業(yè)面臨的具體工程問題。

四、在項(xiàng)目成果的總結(jié)中提高學(xué)生的綜合能力

學(xué)生通過參與科研項(xiàng)目的研究過程，可以了解企業(yè)的技術(shù)改進(jìn)與研發(fā)過程，可以應(yīng)用到所學(xué)的很多知識(shí)，也可以掌握很多新的思想、理念、方法和研究手段，可以培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，但更為重要的是還需要通過對(duì)項(xiàng)目的總結(jié)來進(jìn)一步提升他們的綜合能力和素質(zhì)。項(xiàng)目研究過程還包括對(duì)研究結(jié)果的總結(jié)，尤其是需要對(duì)照預(yù)期的研究指標(biāo)進(jìn)行分析與匯總，形成一系列的研究成果。這一過程可以提供學(xué)生撰寫總結(jié)報(bào)告、學(xué)術(shù)論文與專利的機(jī)會(huì)。相對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)，我們目前對(duì)這種能力的要求不是很高，甚至不作要求，一般總是認(rèn)為本科生沒有能力獨(dú)立撰寫和發(fā)表學(xué)術(shù)論文。但實(shí)際上對(duì)很多學(xué)生來說，只要閱讀過一定數(shù)量的科技文獻(xiàn)，再經(jīng)過一定的指導(dǎo)和鍛煉，加上教師的認(rèn)真修改，本科生完全可以發(fā)表學(xué)術(shù)論文，甚至是質(zhì)量較高的國(guó)際論文。相對(duì)于較為專業(yè)的學(xué)術(shù)論文而言，撰寫專利，尤其是實(shí)用新型專利或外觀設(shè)計(jì)專利，相對(duì)來說比較容易，只要鼓勵(lì)學(xué)生善于觀察、敢于思考、勇于創(chuàng)新，再加上一定的指導(dǎo)，應(yīng)該可以完成專利的授權(quán)，這一點(diǎn)對(duì)將來學(xué)生在企業(yè)工作非常有利。目前所有大學(xué)都越來越重視大學(xué)生的第二課堂，對(duì)工科學(xué)校來說這是培養(yǎng)“卓越工程師”的主陣地，也是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力的主課堂，對(duì)拓展學(xué)生的綜合素質(zhì)起到非常重要的作用。學(xué)生可以從參與的課題中提煉新的內(nèi)容，作為大學(xué)生課外科技活動(dòng)項(xiàng)目，也可以將研究成果進(jìn)行整理，參加各項(xiàng)科技競(jìng)賽活動(dòng)，如“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽等。通過競(jìng)賽調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生的潛能，展示學(xué)生的才能。

篇7

【關(guān)鍵詞】減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的減速器設(shè)計(jì)一般通過反復(fù)的試湊、校核確定設(shè)計(jì)方案，雖然也能獲得滿足給定條件的設(shè)計(jì)效果，但一般不是最佳的。為了使減速器發(fā)揮最佳性能，必須對(duì)減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在不同的優(yōu)化目標(biāo)下進(jìn)行。除了一些極為特殊的場(chǎng)合外，通常可以分為從結(jié)構(gòu)形式上追求最小的體積(重量)、從使用性能方面追求最大的承載能力、從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮追求最低費(fèi)用等三大類目標(biāo)。第一類目標(biāo)與第二類目標(biāo)體現(xiàn)著減速器設(shè)計(jì)中的一對(duì)矛盾，即體積(重量)與承載能力的矛盾。在一定體積下，減速器的承載能力是有限的；在承載能力一定時(shí)，減速器體積(重量)的減小是有限的。由此看來，這兩類目標(biāo)所體現(xiàn)的本質(zhì)是一樣的。只是前一類把一定的承載能力作為設(shè)計(jì)條件，把體積(重量)作為優(yōu)化目標(biāo)；后一類反之，把一定的體積(重量)作為設(shè)計(jì)條件，把承載能力作為優(yōu)化目標(biāo)。第三類目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，將涉及相當(dāng)多的因素，除減速器設(shè)計(jì)方案的合理性外，還取決于企業(yè)的勞動(dòng)組織、管理水平、設(shè)備構(gòu)成、人員素質(zhì)和材料價(jià)格等因素。但對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，該目標(biāo)最終還是歸結(jié)為第一類或第二類目標(biāo)，即減小減速器的體積或增大其承載能力。

一、單級(jí)圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

單級(jí)主減速器可由一對(duì)圓錐齒輪、一對(duì)圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是其主傳動(dòng)比i0不能太大，一般i0≤7，進(jìn)一步提高i0將增大從動(dòng)齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動(dòng)齒輪熱處理困難。單級(jí)主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動(dòng)橋中。單級(jí)圓柱齒輪減速器以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，是一個(gè)具有16個(gè)不等式約束的6維優(yōu)化問題，其數(shù)學(xué)模型可簡(jiǎn)記為：

minf(x)x=[x1x2x3x4x5x6]T∈R6

S.t.gj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)

采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法后，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，減速器的尺寸大大地降低，減少了用材及成本，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計(jì)法與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)，優(yōu)化設(shè)計(jì)是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，沿用了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中積累的大量資料，同時(shí)考慮了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的有關(guān)因素。優(yōu)化設(shè)計(jì)雖然彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的某些不足，但該設(shè)計(jì)法仍有其局限性，因此可在優(yōu)化設(shè)計(jì)中引入可靠性技術(shù)、模糊技術(shù)，形成可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)或模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)法，使工程設(shè)計(jì)技術(shù)由“硬”向“軟”發(fā)展。

二、混凝土攪拌運(yùn)輸車減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.主要參數(shù)

混凝土攪拌運(yùn)輸車攪拌筒(罐)的設(shè)計(jì)容積為8～10m3，最大安裝角度12°，工作轉(zhuǎn)速2～4r/min和10～12r/min(卸料時(shí)的反向轉(zhuǎn)速)；減速器設(shè)計(jì)傳動(dòng)比131∶1，最大輸出轉(zhuǎn)矩60kN·m，要求傳動(dòng)效率高、密封性好、噪聲低、互換性強(qiáng)。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括前蓋組件、被動(dòng)輪組件、第一級(jí)行星輪總成、第二級(jí)行星輪總成、機(jī)體中部組件和法蘭盤組件6大部分。機(jī)體間采用螺栓和銷釘連接與定位，機(jī)體與內(nèi)齒圈之間采用彈性套銷的均載機(jī)構(gòu)。為便于用戶在使用時(shí)裝配與拆卸，減速器主軸線與安裝面設(shè)計(jì)有15°的傾角，法蘭盤軸線可以向X、Y和Z方向擺動(dòng)±6°，并選用專用球面軸承作為支承。軸承裝入行星輪中，彈簧擋圈裝在軸承外側(cè)且軸向間隙≤0.2mm，減速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，總質(zhì)量(不含油)為290kg。

2.傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該減速器采用3級(jí)減速方案：第一級(jí)為高速圓柱齒輪傳動(dòng)，其余兩級(jí)為NGW型行星齒輪傳動(dòng)。其中，第二、三級(jí)分別有3個(gè)和4個(gè)中空式行星輪，行星輪安裝在單臂式行星架上，行星架浮動(dòng)且采用滾動(dòng)軸承作為支承；第二級(jí)行星架與法蘭盤之間采用鼓形齒雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器連接，混凝土攪拌運(yùn)輸車減速器對(duì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度和齒面磨損等要求十分苛刻，因此合理地選擇變位系數(shù)和進(jìn)行修形計(jì)算十分重要。

三、減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

1.目標(biāo)函數(shù)

對(duì)于C型問題，目標(biāo)函數(shù)是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——減速器總中心距，即各級(jí)中心距之和；x——各設(shè)計(jì)變量(包括各級(jí)中心距、模數(shù)、螺旋角、齒數(shù)、齒寬和變位系數(shù)等)；n——設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)。對(duì)于P型問題，目標(biāo)函數(shù)是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——減速器的許可承載功率；x——同C型；n——同C型。

2.約束條件

約束條件是判斷目標(biāo)函數(shù)中設(shè)計(jì)變量的取值是否可行的一些規(guī)定，因此減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中提出的每一個(gè)供選擇的設(shè)計(jì)方案；都應(yīng)當(dāng)由滿足全部約束條件的優(yōu)化變量所構(gòu)成。對(duì)于減速器來說，在列出優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件時(shí)，應(yīng)當(dāng)從各個(gè)方面細(xì)致周全的予以考慮。例如，設(shè)計(jì)變量本身的取值規(guī)則，齒輪與其它零件之間應(yīng)有的關(guān)系等等。減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下約束條件：

（1）設(shè)計(jì)變量取值的離散性約束

齒數(shù)：每個(gè)齒輪的齒數(shù)應(yīng)當(dāng)是整數(shù)；模數(shù)：齒輪模數(shù)應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列(GB1357-78)；中心距：為避免制造和維護(hù)中的各種麻煩，中心距以10mm為單位步長(zhǎng)。

（2）設(shè)計(jì)變量取值的上下界約束

螺旋角：對(duì)直齒輪為零，斜齒輪按工程上的使用范圍取8°~15°；總變位系數(shù)：由于總變位系數(shù)將影響齒輪的承載能力，常取為0~0.8。

（3）齒輪的強(qiáng)度約束

齒輪強(qiáng)度約束是指齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度與輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度，這兩項(xiàng)計(jì)算根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3480-83中的方法進(jìn)行。強(qiáng)度是否夠，根據(jù)實(shí)際安全系數(shù)是否達(dá)到或超出預(yù)定的安全系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。

（4）齒輪的根切約束

為避免發(fā)生根切，規(guī)定最小齒數(shù)，直齒輪為17，斜齒輪為14~16。

（5）零件的干涉約束

篇8

本文介紹傳統(tǒng)與現(xiàn)代優(yōu)化方法近年來在國(guó)內(nèi)機(jī)械工程界的應(yīng)用情況，并展望優(yōu)化方法應(yīng)用研究的方向。

1傳統(tǒng)優(yōu)化方法的應(yīng)用與改進(jìn)

1.1傳統(tǒng)優(yōu)化方法的應(yīng)用

從近幾年發(fā)表的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)論文可以看出，傳統(tǒng)優(yōu)化方法仍有較為廣泛的應(yīng)用，具有不可忽視的作用。在機(jī)械工程領(lǐng)域，傳統(tǒng)優(yōu)化方法主要應(yīng)用于機(jī)構(gòu)或機(jī)械零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)、形狀、性能和可靠性等方面進(jìn)行優(yōu)化，改善了機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，減輕了重量，提高了性能。在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，隨機(jī)方向法、復(fù)合形法、增廣拉格朗日乘子法、懲罰函數(shù)法等應(yīng)用都十分廣泛。

1.2傳統(tǒng)優(yōu)化方法的改進(jìn)

針對(duì)廣泛采用的基本復(fù)合形法存在著搜索不完全、映射系數(shù)取值不靈活、復(fù)形多樣性保持差等缺陷，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，如動(dòng)態(tài)全域映射收縮算子以及最大冗余點(diǎn)映射準(zhǔn)則，形成了一類新型的復(fù)合形法，大大提高了尋優(yōu)成功率。文獻(xiàn)[7]利用改進(jìn)的離散變量懲罰函數(shù)法解決離散變量的工程問題，將整個(gè)優(yōu)化過程分為連續(xù)變量懲罰函數(shù)法的初始優(yōu)化、帶離散變量的懲罰函數(shù)法優(yōu)化和網(wǎng)格法檢驗(yàn)三步進(jìn)行，消除了優(yōu)化變量初始值對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響，使優(yōu)化結(jié)果更為準(zhǔn)確合理。提出了連續(xù)變量及非均勻離散變量的均勻離散化處理方法，并借鑒離散變量的搜索優(yōu)化法，在連續(xù)變量的復(fù)合形法基礎(chǔ)上，探討了一種求解有約束非線性混合離散變量的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的方法――混合離散復(fù)合形法，該算法可用于工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，其結(jié)果不需圓整，解題可靠性和效率大大提高。 1.3懲罰函數(shù)法

懲罰函數(shù)法，是約束優(yōu)化問題中一種比較常用的間接解法。采用基于Powell的內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法對(duì)實(shí)際偏心擺式飛剪機(jī)剪切機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使飛剪機(jī)的機(jī)械參數(shù)滿足了剪切過程要求，同時(shí)提高了飛剪機(jī)剪切性能和軋件的剪切質(zhì)量。文獻(xiàn)[10]運(yùn)用內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束問題后，用共軛梯度法進(jìn)行機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)中零件參數(shù)的優(yōu)化，使機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)方案達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)可提高設(shè)計(jì)精度、縮短設(shè)計(jì)周期。文獻(xiàn)[11]利用懲罰函數(shù)法對(duì)汽車動(dòng)力傳動(dòng)系優(yōu)化數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了優(yōu)化，使整車綜合性能均有顯著改善。文獻(xiàn)[12]針對(duì)混合懲罰優(yōu)化法存在的初始點(diǎn)選擇、可能的局部最優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算時(shí)間等問題，提出了遺傳懲罰復(fù)合算法GPCM。

2現(xiàn)代優(yōu)化方法的應(yīng)用

隨著20世紀(jì)70年代初期計(jì)算復(fù)雜性理論的形成，科學(xué)工作者發(fā)現(xiàn)并證明了大量來源于實(shí)際的組合最優(yōu)化問題是非常難解的問題，其中許多問題如0―1背包問題、旅行商問題（TSP）、裝箱問題等，都被證明為NP完全問題，因而傳統(tǒng)的優(yōu)化算法就顯得無能為力了。20世紀(jì)80年代初期，應(yīng)運(yùn)而生了一系列現(xiàn)代優(yōu)化計(jì)算方法，如遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法等，它們的共性是基于客觀世界中的一些自然現(xiàn)象，通過與組合最優(yōu)化求解進(jìn)行類比，找出它們的一些共性，建立相應(yīng)的算法。

2.1遺傳算法

遺傳算法(GeneticAlgorithm簡(jiǎn)稱GA)，是20世紀(jì)70年代初期由美國(guó)密執(zhí)根（Michigan）大學(xué)霍蘭（Holland）教授提出的一種全新概率優(yōu)化方法。GA是一種非確定性的擬自然算法，它仿造自然界生物進(jìn)化的規(guī)律，對(duì)一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的群體進(jìn)行繁殖演變和自然選擇，適者生存，不適者淘汰，如此循環(huán)往復(fù)，使群體素質(zhì)和群體中個(gè)體的素質(zhì)不斷演化，最終收斂于全局最優(yōu)解。

2.2模擬退火算法

模擬退火算法(SimulatedAnnealing簡(jiǎn)稱SA)，最早的思想由Metropolis在1953年提出，Kirkpatrick在1983年成功地應(yīng)用在組合最優(yōu)化問題。SA是一個(gè)全局最優(yōu)算法，以優(yōu)化問題的求解與物理系統(tǒng)退火過程的相似性為基礎(chǔ)，利用Metropolis算法并適當(dāng)?shù)目刂茰囟鹊南陆颠^程實(shí)現(xiàn)模擬退火，從而達(dá)到求解全局優(yōu)化問題的目的。模擬退火算法是一種通用的優(yōu)化算法，用以求解不同的非線性問題；對(duì)不可微甚至不連續(xù)的函數(shù)優(yōu)化，能以較大概率求得全局優(yōu)化解；具有較強(qiáng)的魯棒性、全局收斂性、隱含并行性及廣泛的適應(yīng)性；并且能處理不同類型的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量(離散的、連續(xù)的和混合型的)；不需要任何的輔助信息，對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)沒有任何要求。目前已在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，諸如VLSI生產(chǎn)調(diào)度、控制工程、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、數(shù)值分析等領(lǐng)域。

2.3蟻群算法

蟻群算法(AntColonyAlgorithm簡(jiǎn)稱ACA)，是受自然界中真實(shí)蟻群的集體行為的啟發(fā)而提出的一種基于群體的模擬進(jìn)化算法，是1991年由意大利學(xué)者M(jìn).Dorigo等人首先提出，通過人工模擬螞蟻搜索食物的過程來求解旅行商問題(TSP)。蟻群算法對(duì)系統(tǒng)優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型沒有很高的要求，只要可以顯式表達(dá)即可，避免了導(dǎo)數(shù)等數(shù)學(xué)信息，使得優(yōu)化過程更加簡(jiǎn)單，遍歷性更好，適合非線性問題的求解。主要應(yīng)用在：旅行商問題(TSP)、二次分配問題(QAP)、車間任務(wù)調(diào)度問題(JSP)、車輛路線問題(VRP)、圖著色問題(GCP)、有序排列問題(SOP)、機(jī)構(gòu)同構(gòu)判定問題、數(shù)據(jù)的特征聚類過程、集成電路布線設(shè)計(jì)、電信路由控制、交通建模及規(guī)劃等的求解。 2.4三種算法應(yīng)用的比較分析

遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法都是隨機(jī)搜索算法，它們的搜索過程都具有非確定性，具有避免陷入局部最優(yōu)以收斂于全局最優(yōu)(或次優(yōu))的能力。三種算法的共同特點(diǎn)是魯棒性較強(qiáng)，對(duì)基本算法模型稍加修改，便可以應(yīng)用于其它問題；具有并行性，易于并行實(shí)現(xiàn)；很容易與多種啟發(fā)式算法結(jié)合，以改善算法的性能。在背包問題的求解中，遺傳算法有較強(qiáng)的全局搜索性能，但容易產(chǎn)生早熟收斂的問題，而且在進(jìn)化后期搜索效率較低。模擬退火算法具有很好的局部搜索能力，但對(duì)參數(shù)的依賴性較強(qiáng)。因而將它們結(jié)合使用，在優(yōu)化性能、優(yōu)化效率、可靠性方面具有明顯的優(yōu)越性。

3結(jié)論與展望

優(yōu)化方法在工程領(lǐng)域的應(yīng)用已有較長(zhǎng)時(shí)間的研究，傳統(tǒng)與現(xiàn)代優(yōu)化方法各有其優(yōu)點(diǎn)和不足。一般而言，傳統(tǒng)優(yōu)化方法的理論基礎(chǔ)完整而扎實(shí)，算法理論性和通用性強(qiáng)，可靠性、搜索效率較高，但由于算法是基于連續(xù)函數(shù)和凸規(guī)劃構(gòu)造的，存在著對(duì)于非凸優(yōu)化問題易收斂于局部最優(yōu)點(diǎn)，全局最優(yōu)解難以保證，難以處理離散變量等缺點(diǎn)?，F(xiàn)代優(yōu)化方法中，研究與應(yīng)用最為活躍的是遺傳算法，檢索到的近幾年遺傳算法的文獻(xiàn)量幾倍于傳統(tǒng)優(yōu)化方法和其他現(xiàn)代優(yōu)化方法的相關(guān)文獻(xiàn)的總和。

參考文獻(xiàn)：

[1]張翔;優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及編程[M];北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2001.7

篇9

隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)的到來和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，社會(huì)上對(duì)人才的需求產(chǎn)生了很大變化，用人單位對(duì)高校畢業(yè)生的社會(huì)適應(yīng)性提出了越來越高的要求，更加強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力和創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。所以為了順應(yīng)國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，適應(yīng)國(guó)家工業(yè)、企業(yè)需求，增強(qiáng)我國(guó)核心競(jìng)爭(zhēng)力，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、走新型工業(yè)化道路，2010年6月23日，教育部在天津召開“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”啟動(dòng)會(huì)，聯(lián)合有關(guān)部門和行業(yè)協(xié)會(huì)，共同實(shí)施“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，主要目的就在于培養(yǎng)和造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的高質(zhì)量工程技術(shù)人才，目前教育部已經(jīng)批準(zhǔn)61所高校為第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”實(shí)施高校。

對(duì)于機(jī)械專業(yè)的畢業(yè)生而言，不僅要培養(yǎng)學(xué)生熟練掌握專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)的能力，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力、思維開創(chuàng)性和創(chuàng)新性等能力。所以“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”明確要求行業(yè)和企業(yè)必須要深度參與人才的培養(yǎng)過程，學(xué)校也要按照機(jī)械行業(yè)的通用標(biāo)準(zhǔn)來培養(yǎng)工程人才，同時(shí)要注重培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，以提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力和社會(huì)適應(yīng)性。在機(jī)械工程專業(yè)的培養(yǎng)方案與計(jì)劃中，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程毫無疑問是與工程實(shí)際與工程應(yīng)用聯(lián)系最為緊密的課程，也是將來對(duì)機(jī)械專業(yè)學(xué)生工程應(yīng)用能力和社會(huì)適應(yīng)性影響最大的主干課程，課程包括材料力學(xué)、工程力學(xué)、有限元分析、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)與理論、機(jī)械結(jié)構(gòu)測(cè)試與分析等，這類課程不僅是機(jī)械工程專業(yè)本科生與研究生重要的專業(yè)基礎(chǔ)課和學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與工程技術(shù)的重要組成部分，更是非常重要的培養(yǎng)學(xué)生科研水平與實(shí)踐應(yīng)用能力的系列課程。課程的培養(yǎng)方案、教學(xué)計(jì)劃以及教學(xué)方式嚴(yán)重影響機(jī)械專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，也直接影響機(jī)械專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的成敗與實(shí)施效果。

1　利用教學(xué)計(jì)劃修訂的契機(jī)完善課程體系的設(shè)置

培養(yǎng)方案和教學(xué)計(jì)劃是高校根據(jù)不同層次不同專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)規(guī)格所制定的實(shí)施人才培養(yǎng)活動(dòng)的具體方案，一般包括課程體系、教學(xué)計(jì)劃、課程教學(xué)大綱等，其核心是課程體系。高校在編制或修訂機(jī)械工程專業(yè)的培養(yǎng)方案時(shí)，在課程體系的設(shè)計(jì)上，要針對(duì)社會(huì)對(duì)機(jī)械專業(yè)人才的需求，面向行業(yè)、企業(yè)和現(xiàn)實(shí)社會(huì)生活，既要注重傳統(tǒng)基礎(chǔ)理論的夯實(shí)和前沿專業(yè)科技的發(fā)展，又要注重學(xué)科與課程的系統(tǒng)性和專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)踐性，還要圍繞企業(yè)的需求和市場(chǎng)的變化，始終保持對(duì)市場(chǎng)和企業(yè)的高敏感度，強(qiáng)調(diào)企業(yè)對(duì)學(xué)生具備的職業(yè)能力的要求，突出社會(huì)對(duì)學(xué)生具備的基本素質(zhì)的培育。所以新的機(jī)械專業(yè)課程體系，需要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程的設(shè)置與安排，作較大的調(diào)整，增加開設(shè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析、有限元分析、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)的測(cè)試分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)類的重要課程，以保證學(xué)生接受到系統(tǒng)全面的現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方面的理論和方法，掌握最新的測(cè)試技術(shù)與分析手段，使學(xué)生在畢業(yè)后的短時(shí)間內(nèi)，就能夠獨(dú)當(dāng)一面地運(yùn)用現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算、測(cè)試手段解決企業(yè)面臨的具體工程?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)的技術(shù)和方法對(duì)學(xué)生的實(shí)踐性和動(dòng)手能力要求較高，所以還要增加實(shí)踐教學(xué)所占學(xué)時(shí)的比例，安排足夠的時(shí)間或較多的機(jī)會(huì)讓學(xué)生接觸到社會(huì)或企業(yè)，以加強(qiáng)專業(yè)技能技巧的實(shí)際訓(xùn)練（即職業(yè)訓(xùn)練），培養(yǎng)動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，提高實(shí)際工作能力，以便一進(jìn)入社會(huì)就能很快上手，縮短適應(yīng)時(shí)間。

2　利用研究型教學(xué)的機(jī)會(huì)改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)方式

研究型教學(xué)是教師在教學(xué)過程中通過優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，建立一種基于研究探索的學(xué)習(xí)模式。研究型教學(xué)模式將學(xué)習(xí)、研究、實(shí)踐有機(jī)結(jié)合起來，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，使學(xué)生能創(chuàng)造性地運(yùn)用知識(shí)和能力，在主動(dòng)探索、主動(dòng)思考、主動(dòng)實(shí)踐的研究過程中，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題的一種教學(xué)模式。在研究型教學(xué)中，教師的職能將由“教”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)”。課堂教學(xué)方面，由傳統(tǒng)的單向灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)互動(dòng)式，要引導(dǎo)學(xué)生自主探究和體驗(yàn)新知識(shí)；課外教學(xué)方面，將教學(xué)與實(shí)際結(jié)合起來，通過親身實(shí)踐，擴(kuò)大知識(shí)視野，獲得科學(xué)研究的基本訓(xùn)練和研究技能。

機(jī)械設(shè)計(jì)系列課程研究型教學(xué)的關(guān)鍵是圍繞“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)和要求，培養(yǎng)具有較強(qiáng)的工程素養(yǎng)、工程應(yīng)用能力和實(shí)踐動(dòng)手能力的機(jī)械工程師。所以在理論教學(xué)過程中，一方面保證理論體系的完整性；另一方面要提高多媒體課件的質(zhì)量，課件中要增加具體的工程實(shí)例，注重引導(dǎo)學(xué)生注意身邊的工程問題，鼓勵(lì)學(xué)生參與提煉工程主題，并將教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容提煉成具體的工程主題，引導(dǎo)學(xué)展開課堂討論，并根據(jù)所學(xué)的知識(shí)提出解決問題的方法，這樣可以將抽象的理論與具體的工程背景結(jié)合，使抽象的工程問題變得豐滿有趣，從而強(qiáng)化學(xué)生的工程概念與背景。在實(shí)踐教學(xué)過程中，要想方設(shè)法創(chuàng)造條件和機(jī)會(huì)讓本科生走進(jìn)企業(yè)，讓碩士生進(jìn)入研究生工作站。目前第一批參與“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的高校普遍提出校企聯(lián)合培養(yǎng)工程技術(shù)人才的模式，讓學(xué)生有半年以上的時(shí)間在企業(yè)實(shí)習(xí)或參加社會(huì)實(shí)踐，學(xué)生在企業(yè)的學(xué)習(xí)任務(wù)主要是培養(yǎng)他們的工程實(shí)踐能力，養(yǎng)成工程創(chuàng)新的意識(shí)。在企業(yè)學(xué)習(xí)階段安排的教學(xué)環(huán)節(jié)包括認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、部分基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等，甚至還可以讓學(xué)生在企業(yè)進(jìn)行1周至3個(gè)月的中短期課程學(xué)習(xí)或者工程實(shí)踐。這種校企合作培養(yǎng)的做法基本與歐洲應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)的培養(yǎng)模式相似，可以使畢業(yè)生將來能夠很快的適應(yīng)社會(huì)、適應(yīng)工作崗位，從而減少畢業(yè)后重新培訓(xùn)與學(xué)習(xí)的時(shí)間，縮短適應(yīng)周期。

3　利用參與項(xiàng)目的機(jī)會(huì)培養(yǎng)學(xué)生的工程背景與素養(yǎng)

目前很多機(jī)械專業(yè)畢業(yè)生進(jìn)入工作單位，都需要較長(zhǎng)時(shí)間的重新學(xué)習(xí)與適應(yīng)，才能具備基本的工程素養(yǎng)與概念，還要再經(jīng)過更長(zhǎng)時(shí)間的鍛煉才能具有現(xiàn)代設(shè)計(jì)的科研能力與水平，才能獨(dú)立開展科學(xué)研究和解決具體的工程實(shí)際問題。這個(gè)過程往往需要2～5年的時(shí)間，使得企業(yè)既浪費(fèi)人力又浪費(fèi)財(cái)力。造成如此現(xiàn)狀的原因主要在于學(xué)生參與的項(xiàng)目或課題很少，不能真正將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于解決具體的工程問題，所以在學(xué)校學(xué)習(xí)階段，需要注重讓學(xué)生參加項(xiàng)目或課題的鍛煉。

學(xué)生可以參與項(xiàng)目是廣義的、多種多樣的，可以是老師所研究縱向和橫向項(xiàng)目的子課題，可以是學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)與論文，可以是教學(xué)過程中提煉出來的工程實(shí)例，也可以是學(xué)生在企業(yè)實(shí)習(xí)或?qū)嵺`中發(fā)現(xiàn)的工程問題，還可以是生活中與專業(yè)知識(shí)有關(guān)的現(xiàn)象，甚至可以參與博碩士研究生的研究課題等等。很多大學(xué)正在實(shí)施的“研本1+1引領(lǐng)計(jì)劃”，就是研究生根據(jù)自己的專業(yè)知識(shí)、研究方向和經(jīng)歷對(duì)本科生進(jìn)行一對(duì)一的引領(lǐng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)本科生在科技創(chuàng)新和社會(huì)實(shí)踐的引導(dǎo)。

針對(duì)學(xué)生的不同學(xué)習(xí)階段，通過自主選題或?qū)熋}的方式布置與工程實(shí)際相關(guān)的一系列項(xiàng)目，把學(xué)生分成若干小組，以組建學(xué)習(xí)小組的形式讓學(xué)生共同進(jìn)行課題的研究，每一小組承擔(dān)相關(guān)的子課題。在教師和研究生的指導(dǎo)下，各小組的學(xué)生經(jīng)過文獻(xiàn)資料的查閱、研究方案的討論、導(dǎo)師的定期輔導(dǎo)、學(xué)生做演示文稿匯報(bào)等過程后，獨(dú)立或半獨(dú)立地進(jìn)行理論分析、實(shí)驗(yàn)測(cè)試、仿真計(jì)算以及優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后撰寫課題研究報(bào)告并總結(jié)研究的方法與成果，從而系統(tǒng)全面地完成課題的研究工作并以成果的形式予以展現(xiàn)。這一培養(yǎng)過程的顯著特點(diǎn)是將學(xué)生的選擇項(xiàng)目與工程應(yīng)用、生產(chǎn)實(shí)際、日常生活緊密接軌，不但能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與解決問題的能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的“團(tuán)隊(duì)意識(shí)”與交流合作的素質(zhì)。最為重要的是，可以通過具體的工程課題，讓學(xué)生得到完整與系統(tǒng)的工程訓(xùn)練，這也是“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的核心。

4　利用大學(xué)生第二課堂培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力

大學(xué)生第二課堂是培養(yǎng)“卓越工程師”的主陣地，也是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力的主課堂，對(duì)拓展學(xué)生的綜合素質(zhì)起到非常重要的作用。學(xué)生可以選擇參加科技競(jìng)賽、、參加講座、申報(bào)專利、參加科研課題等多種方式來鍛煉自己。

對(duì)于機(jī)械專業(yè)學(xué)生來說，組織他們參加各種職業(yè)資格考試，例如見習(xí)工程師培訓(xùn)與考試，可以使學(xué)生掌握現(xiàn)代的設(shè)計(jì)理念和先進(jìn)的工程設(shè)計(jì)與研究方法，增加相關(guān)行業(yè)的基本知識(shí)與技能；支持他們參與各級(jí)各類的競(jìng)賽活動(dòng)，如“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽、全國(guó)的大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽、機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽、全國(guó)周培源大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽、英語演講比賽等各級(jí)各類競(jìng)賽，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)生潛能，展示學(xué)生的才能；鼓勵(lì)他們走進(jìn)開放的工程力學(xué)與現(xiàn)代測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生設(shè)計(jì)若干綜合性和研究型的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生使用使用測(cè)量設(shè)備與儀器的能力；吸引他們進(jìn)入研究生工作室和機(jī)械結(jié)構(gòu)分析研究中心，為學(xué)生提供有限元分析軟件、優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代的分析手段，使學(xué)生掌握先進(jìn)的機(jī)械設(shè)計(jì)與分析方法；最后，讓學(xué)生參加教師與研究生的項(xiàng)目與課題，提供他們走進(jìn)企業(yè)的機(jī)會(huì)，參加工程項(xiàng)目的測(cè)試、分析與優(yōu)化等綜合型的研究工作，從而增強(qiáng)學(xué)生的工程概念與意識(shí)，提高與鍛煉學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力，最終提高學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)性，成為合格的卓越機(jī)械工程師。

參考文獻(xiàn)

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[2] 汪木蘭，周明虎，李建啟.以項(xiàng)目教學(xué)為載體制訂先進(jìn)制造技術(shù)卓越工程師培養(yǎng)方案[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010（12）：15-19.

篇10

一、前言

研究生教學(xué)有其突出的特點(diǎn)，他們中多數(shù)人理論基礎(chǔ)扎實(shí)，獲取書本知識(shí)能力強(qiáng)。但同時(shí)也存在創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力不足、工程應(yīng)用背景不夠的缺點(diǎn)。本人通過十多年研究生教學(xué)的實(shí)踐，結(jié)合本學(xué)院研究生專業(yè)方向、課程內(nèi)容針對(duì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)如何在研究生教學(xué)改革中突出培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與工程應(yīng)用能力等問題進(jìn)行了一些改革創(chuàng)新。

二、課程定位及課程特點(diǎn)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，科學(xué)研究的深入與計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已成為分析、綜合各類系統(tǒng)，特別是大系統(tǒng)的一種有效研究方法和有力的研究工具，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各技術(shù)領(lǐng)域、各學(xué)科內(nèi)容和各工程部門。仿真技術(shù)已經(jīng)在國(guó)防軍事、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)生活的眾多領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)為，仿真技術(shù)“正在成為與理論、實(shí)驗(yàn)并列的第三種認(rèn)識(shí)和改造客觀世界以及科學(xué)研究的手段”，因此仿真技術(shù)被認(rèn)為是“使能”技術(shù)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是仿真科學(xué)與技術(shù)涉及到的有關(guān)具體仿真技術(shù)中最為基礎(chǔ)的部分，具有綜合性、多學(xué)科交叉等特點(diǎn)。為了拓寬機(jī)械工程專業(yè)基礎(chǔ)，提高培養(yǎng)對(duì)象的整體素質(zhì)，更好地適應(yīng)社會(huì)對(duì)機(jī)械工程專業(yè)人才的需求，高校工科專業(yè)的研究生應(yīng)掌握一定的計(jì)算機(jī)仿真知識(shí)與技能。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程是我校機(jī)械工程學(xué)院面向所有研究生各專業(yè)方向的研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，考慮專業(yè)應(yīng)用需求并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐情況，課程目的是通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)方面的基本理論，基本知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為今后分析、綜合各類工程系統(tǒng)或非工程系統(tǒng)提供一種有力的工具，以便能靈活應(yīng)用所學(xué)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為本專業(yè)工作服務(wù)。一方面，基于仿真技術(shù)課程的內(nèi)容方法較多，實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)；另一方面，授課對(duì)象專業(yè)方向較多、授課學(xué)時(shí)有限等特點(diǎn)，如何解決在有限的教學(xué)課時(shí)內(nèi)講授內(nèi)容繁多的仿真內(nèi)容、對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程進(jìn)行教學(xué)方法和手段的改革探索和實(shí)踐，以達(dá)到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)教學(xué)目標(biāo)。

三、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和教學(xué)方法的選擇

課程開設(shè)初期，由于只是機(jī)械電子工程專業(yè)方向的同學(xué)選修，所以所講內(nèi)容基本針對(duì)該專業(yè)方向進(jìn)行設(shè)置。隨著選修人數(shù)的不斷增加，以及選修學(xué)生所屬專業(yè)方向的擴(kuò)大，專業(yè)方向包括：機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、車輛工程、機(jī)械工程（專業(yè)學(xué)位）等，基本涵蓋了機(jī)械工程學(xué)院的所有專業(yè)方向。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程涉及多個(gè)交叉學(xué)科，緊密相關(guān)的課程包括數(shù)值計(jì)算方法、計(jì)算機(jī)編程、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、高等數(shù)學(xué)、自動(dòng)控制原理、現(xiàn)代控制理論、優(yōu)化設(shè)計(jì)等課程。如何講出本課程的特點(diǎn)，并充分結(jié)合相關(guān)課程內(nèi)容，必須在教學(xué)內(nèi)容的選排上下功夫。項(xiàng)目教學(xué)法是一種以任務(wù)驅(qū)動(dòng)、以項(xiàng)目為基本教學(xué)單元，將理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)有機(jī)融合在一起，強(qiáng)調(diào)綜合能力的培養(yǎng)在研究生教育中的重要性，突出學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程中的主體地位。因此，為了滿足各個(gè)專業(yè)方向?qū)W生的要求，使他們能夠掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的學(xué)術(shù)論文和碩士學(xué)位論文的撰寫提供計(jì)算、分析和仿真手段，本人在講授該門課程的過程中，逐年對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)考核方法等不斷進(jìn)行調(diào)整和完善。1.采取項(xiàng)目專題方式進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的講授，調(diào)整授課內(nèi)容，采用專題教學(xué)方法使課程主題內(nèi)容分明，有利于將仿真方法講深、講透。2.擴(kuò)展所授課程內(nèi)容涵蓋的范圍，包括數(shù)值計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)、圖形可視化、控制系統(tǒng)特性仿真、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及與外部軟件的接口等內(nèi)容，以滿足各專業(yè)方向?qū)W生的需求。3.增加與課程相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)本來是實(shí)踐性很強(qiáng)的綜合性技術(shù)，仿真技術(shù)本身是在對(duì)控制系統(tǒng)分析的過程中不斷完善和發(fā)展起來的。因此并結(jié)合各個(gè)專業(yè)研究生的不同研究方向，靈活設(shè)計(jì)若干個(gè)專題實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生將該門課程應(yīng)用于實(shí)際工程的能力。4.采用多個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，從系統(tǒng)應(yīng)用、數(shù)學(xué)建模、仿真建模、模型求解以及特性分析等，使學(xué)生從生產(chǎn)實(shí)際認(rèn)知的研究對(duì)象，提升到理論高度的學(xué)習(xí)，應(yīng)用所學(xué)的各科理論知識(shí)和技術(shù)手段，進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、仿真建模的建立，并對(duì)模型求解以及特性進(jìn)行分析，獲得直觀結(jié)果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，最終解決實(shí)際工程問題，培養(yǎng)學(xué)生解決工程實(shí)例問題的能力。5.結(jié)合學(xué)科前沿，進(jìn)行課堂討論。研究生在初步掌握了對(duì)系統(tǒng)的模型、仿真算法設(shè)計(jì)、仿真及結(jié)果分析這一流程后，為強(qiáng)化計(jì)算機(jī)仿真在實(shí)際工程的應(yīng)用概念，在此基礎(chǔ)上，以項(xiàng)目形式，開展課程學(xué)科前沿以及將該門課程與現(xiàn)代技術(shù)融合等專題討論。6.增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)研究生工程實(shí)際應(yīng)用能力。利用各種平臺(tái)，擴(kuò)充計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)資料，提供最新的仿真案例，結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)的科研課題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)研究生工程實(shí)際應(yīng)用能力。

四、項(xiàng)目教學(xué)法的教學(xué)效果

基于項(xiàng)目教學(xué)法計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程的教學(xué)方法改革與實(shí)踐，滿足機(jī)械工程學(xué)院各個(gè)專業(yè)方向研究生的需求，教學(xué)方法和手段的完善，使研究生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力等得到了進(jìn)一步的提高。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為工科研究生的必備研究手段和技術(shù)，使學(xué)生掌握一門工程分析技術(shù)，為后續(xù)的課題研究、學(xué)術(shù)論文和學(xué)位論文的撰寫提供計(jì)算、分析和仿真手段。近五年的每年30—40人研究生選課，工程碩士每年20人左右選課，課程得到了各專業(yè)方向研究生的普遍認(rèn)同。本人指導(dǎo)的研究生，發(fā)表與該課程相關(guān)的學(xué)術(shù)論文近20篇，撰寫的碩士論文均用到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。