机械优化设计
机械优化设计三个案例
机械优化设计案例11. 题目对一对单级圆柱齿轮减速器，以体积最小为目标进行优化设计。
2.已知条件已知数输入功p=58kw ，输入转速n 1=1000r/min ，齿数比u=5，齿轮的许用应力[δ]H =550Mpa ，许用弯曲应力[δ]F =400Mpa 。
3.建立优化模型3.1问题分析及设计变量的确定由已知条件得求在满足零件刚度和强度条件下，使减速器体积最小的各项设计参数。
由于齿轮和轴的尺寸（即壳体内的零件）是决定减速器体积的依据，故可按它们的体积之和最小的原则建立目标函数。
单机圆柱齿轮减速器的齿轮和轴的体积可近似的表示为：]3228)6.110(05.005.2)10(8.0[25.087)(25.0))((25.0)(25.0)(25.0222122212221222212212122221222120222222222121z z z z z z z z z z z g g z z d d l d d m u m z b bd m u m z b b d b u z m b d b z m d d d d l c d d D c b d d b d d b v +++---+---+-=++++-----+-=πππππππ式中符号意义由结构图给出，其计算公式为b c d m u m z d d d mu m z D m z d m z d z z g g 2.0)6.110(25.0,6.110,21022122211=--==-===由上式知，齿数比给定之后，体积取决于b 、z 1 、m 、l 、d z1 和d z2 六个参数，则设计变量可取为T z z T d d l m z b x x x x x x x ][][211654321==3.2目标函数为min)32286.18.092.0858575.4(785398.0)(2625262425246316321251261231232123221→++++-+-+-+=x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x f3.3约束条件的建立1）为避免发生根切，应有min z z ≥17=，得017)(21≤-=x x g2 )齿宽应满足max min ϕϕ≤≤d b，min ϕ和max ϕ为齿宽系数d ϕ的最大值和最小值，一般取min ϕ=0.9，max ϕ=1.4，得04.1)()(0)(9.0)(32133212≤-=≤-=x x x x g x x x x g3）动力传递的齿轮模数应大于2mm ，得 02)(34≤-=x x g4）为了限制大齿轮的直径不至过大，小齿轮的直径不能大于max 1d ，得0300)(325≤-=x x x g 5）齿轮轴直径的范围：max min z z z d d d ≤≤得0200)(0130)(0150)(0100)(69685756≤-=≤-=≤-=≤-=x x g x x g x x g x x g 6）轴的支撑距离l 按结构关系，应满足条件：l 2min 5.02z d b +∆+≥（可取min ∆=20），得0405.0)(46110≤--+=x x x x g7）齿轮的接触应力和弯曲应力应不大于许用值，得400)10394.010177.02824.0(7098)(0400)10854.0106666.0169.0(7098)(0550)(1468250)(224222321132242223211213211≤-⨯-⨯+=≤-⨯-⨯+=≤-=---x x x x x x g x x x x x x g x x x x g8）齿轮轴的最大挠度max δ不大于许用值][δ，得0003.0)(04.117)(445324414≤-=x x x x x x g 9）齿轮轴的弯曲应力w δ不大于许用值w ][δ，得5.5106)1085.2(1)(05.5104.2)1085.2(1)(1223246361612232463515≤-⨯+⨯=≤-⨯+⨯=x x x x x g x x x x x g4.优化方法的选择由于该问题有6个设计变量，16个约束条件的优化设计问题，采用传统的优化设计方法比较繁琐，比较复杂，所以选用Matlab 优化工具箱中的fmincon 函数来求解此非线性优化问题，避免了较为繁重的计算过程。
机械优化设计复习总结
1.优化设计问题的求解方法:解析解法和数值近似解法。
解析解法是指优化对象用数学方程（数学模型）描述,用数学解析方法的求解方法.解析法的局限性：数学描述复杂，不便于或不可能用解析方法求解。
数值解法：优化对象无法用数学方程描述，只能通过大量的试验数据或拟合方法构造近似函数式，求其优化解；以数学原理为指导，通过试验逐步改进得到优化解。
数值解法可用于复杂函数的优化解，也可用于没有数学解析表达式的优化问题.但不能把所有设计参数都完全考虑并表达，只是一个近似的数学描述。
数值解法的基本思路:先确定极小点所在的搜索区间,然后根据区间消去原理不断缩小此区间，从而获得极小点的数值近似解。
2.优化的数学模型包含的三个基本要素：设计变量、约束条件（等式约束和不等式约束）、目标函数（一般使得目标函数达到极小值）。
3.机械优化设计中，两类设计方法：优化准则法和数学规划法。
优化准则法：(为一对角矩阵）数学规划法:（分别为适当步长\某一搜索方向——数学规划法的核心）4.机械优化设计问题一般是非线性规划问题,实质上是多元非线性函数的极小化问题。
重点知识点：等式约束优化问题的极值问题和不等式约束优化问题的极值条件.5.对于二元以上的函数，方向导数为某一方向的偏导数。
函数沿某一方向的方向导数等于函数在该点处的梯度与这一方向单位向量的内积。
梯度方向是函数值变化最快的方向（最速上升方向），建议用单位向量表示，而梯度的模是函数变化率的最大值。
6.多元函数的泰勒展开。
海赛矩阵：=（对称方阵）7.极值条件是指目标函数取得极小值时极值点应满足的条件.某点取得极值，在此点函数的一阶导数为零，极值点的必要条件：极值点必在驻点处取得.用函数的二阶倒数来检验驻点是否为极值点。
二阶倒数大于零,取得极小值。
二阶导数等于零时，判断开始不为零的导数阶数如果是偶次,则为极值点，奇次则为拐点。
二元函数在某点取得极值的充分条件是在该点出的海赛矩阵正定。
极值点反映函数在某点附近的局部性质。
机械优化设计第二版教学设计
机械优化设计第二版教学设计一、引言机械优化设计是机械工程专业课中非常重要的一门课程，可以帮助学生掌握优化设计的方法和技能，提高机械产品的效率、稳定性和可靠性等指标。
本文档旨在介绍机械优化设计第二版的教学设计，内容包括教学目标、教学方式、教学内容和评估方式等。
二、教学目标机械优化设计第二版的教学目标如下：1.了解优化设计的基本概念和理论；2.掌握优化设计的方法和技能，能够应用优化设计的方法解决实际问题；3.了解优化设计在机械产品设计中的应用，提高机械产品的效率、稳定性和可靠性等指标；4.培养学生的创新意识和实际动手能力。
三、教学方式机械优化设计第二版的教学方式采用“理论教学+实验教学”的模式，其中理论教学包括课堂讲授和案例分析，实验教学包括个人实验和小组实验。
1.理论教学理论教学部分将采用面授、讨论等方式，主要内容包括优化设计的基本概念、优化设计的方法和技术、优化设计的应用等。
在授课的过程中，将结合一些典型案例进行分析，以帮助学生更好地理解和掌握优化设计的方法和技能。
2.实验教学实验教学部分将采用个人实验和小组实验相结合的方式，主要内容包括优化设计的基础实验和综合实验。
个人实验主要是为了让学生掌握优化设计的基本操作和方法，小组实验则是为了让学生通过团队协作解决实际问题的能力。
四、教学内容机械优化设计第二版的教学内容主要包括以下方面：1.优化设计的基本概念和理论•优化设计的基本概念和发展历程；•优化设计的基本原理和方法；•优化设计的优化目标和指标；•优化设计的问题模型及其解法。
2.优化设计的方法和技能•描述优化设计的流程；•采用单目标、多目标等优化方法进行机械优化设计；•不同算法的优缺点、适用范围及其应用案例；•通过计算机仿真进行机械优化设计。
3.优化设计在机械产品设计中的应用•解析、设计机械产品时所需要考虑的问题；•使用优化设计方法提高机械产品的效率、稳定性和可靠性等指标；•采用优化设计方法解决机械产品设计中的实际问题。
机械优化设计
机械优化设计1.机械优化设计基本思路1。
1优化问题概述在保证基本机械性能的基础上,借助计算机，应用一些精度较高的力学/ 数学规划方法进行分析计算，让某项机械设计在规定的各种设计限制条件下，优选设计参数，使某项或几项设计指标（外观、形状、结构、重量、成本、承载能力、动力特性等）获得最优值。
机械优化设计的过程:(l)分析设计变量，提出目标函数,确定约束条件，建立优化设计的数学模型;(2)选择适当的优化方法，编写优化程序;（3）准备必须的初始数据并上机计算，对计算机求得的结果进行必要的分析.优化方法的选择取决于数学模型的特点，如优化设计问题规模的大小、目标函数和约束函数的性态以及计算精度等，在选择各种可用的优化方法时，需要考虑的问题是优化方法本身的适应性和计算机执行该程序时所花费的时间和费用。
.一般认为,对于目标函数和约束函数均为显函数且设计变量个数不太多的问题,可选用罚函数法；对于只含有线性约束的非线性规划问题，可选用梯度投影法;对于函数易于求导的问题，可选用可行方向法；对于难以求导的问题则应选用直接法，如复合形法.1.2传统优化算法概述根据对约束条件处理的方式不同，可将传统的约束优化方法分为直接法和间接法两大类.直接法通常适用于只含不等式约束的优化问题，它是在可行域内直接搜索可行的最优点的优化方法，如复合形法、随机方向法、可行方向法和广义简约梯度法。
间接法是目前在机械优化设计中应用较为广泛的一种优化方法，其基本思路是将约束优化问题转化成一个或一系列无约束优化问题，再进行无约束优化计算，从而间接地搜索到原约束问题的最优解。
如惩罚函数法和增广拉格朗日乘子法。
1.2。
1直接法复合形法是一种求解约束优化问题的重要的直接解法，其基本思想是在n 维设计空间内构造以k 个可行点为顶点的超多面体，即复合形.对各个顶点所对应的目标函数值进行比较，将目标函数值最大的顶点,即最坏点去掉,然后按照一定的法则求出目标函数值有所下降的可行的新点，并以此点代替最坏点，构成新的复合形.如此重复，直至复合形缩小到一定的精度，即可停止迭代,获得最优解.随机方向法是一种原理很简单的直接解法,其基本思想是在可行域内任意选一初始点,然后利用随机数的概率特性产生若干个随机方向，并从中选出一个使目标函数值下降最快的随机方向作为搜索方向进行搜索.约束变尺度法是一种最先进的非线性规划计算方法，它将二次规划、线性近似、拉格朗日乘子、罚函数、变尺度以及不确定搜索这些方法有效地结合在一起，其基本思想是首先对优化问题产生拉格朗日函数，然后利用该函数在每个迭代点构造一个带有不等式约束条件的二次规划子问题，由于该子问题不易求解析解,所以只能借助于数值方法求解其极值，以每次迭代的二次规划子问题的极值解作为此次迭代的搜索方向,同时采用不精确一维搜索确定搜索步长因子，产生新的迭代点，经过一系列迭代后，最终逼近原问题的最优解。
(完整版)机械优化设计习题参考答案孙靖民第四版机械优化设计
2.黄金分割法（0.618法）
原理：提高搜索效率：1）每次只插一个值，利用一个前次的插值；2）每次的缩短率λ相同。左右对称。
程序：p52
（四）插值方法
1.抛物线法
原理：任意插3点：
算得： ； ；
要求：
设函数 用经过3点的抛物线 代替，有
解线代数方程
解得：
程序框图p57
网格法 ，缩小区间，继续搜索。
Monte Carlo方法 ， ，随机数。
比较各次得到的 得解
遗传算法(专题)
（二）区间消去法（凸函数）
1.搜索区间的确定：高—低--高（ ）则区间内有极值。
2.区间消去法原理：在区间[a, b]内插两个点a1, b1保留有极值点区间，消去多余区间。
缩短率：
（三）0.618法
可行方向—约束允许的、函数减小的方向。（图）约束边界的切线与函数等高线的切线方向形成的区域。
数学模型
用内点法或混合法，取 ，
直接方法
（一）随机方向法
1.在可行域产生一个初始点 ，因 （约束），则
--（0，1）的随机数。
2.找k个随机方向，每个方向有n个方向余弦，要产生kn个随机数 ， ， ，随机方向的单位向量为
3.取一试验步长 ，计算每个方向的最优点
4.找出可行域中的最好点 得搜索方向 。以 为起点， 为搜索方向得 。最优点必须在可行域内或边界上，为此要逐步增加步长。
得
穷举下去得递推公式
3.算例
p73
4.框图p72
5.特点
作业：1. 2.
（六）变尺度法
1.引言
坐标变换
二次函数
令 为尺度变换矩阵
机械强度优化设计分析
机械强度优化设计分析机械强度是机械设计中重要的一个方面，它能够直接决定机械的可信度和寿命。
在机械设计中，强度分析与强度优化设计是必须的工作，对于机械制造和运行中的安全性和可靠性有着至关重要的作用。
机械强度的优化设计分析，是指将材料力学和结构力学的相关理论应用于设计过程中的强度和其它相关问题的分析，通过对机械的材料性质、结构形式、工作条件及其它因素的综合考虑，选择合理的设计方案及合适的材料，最终达到机械完美的结构和性能要求。
机械设计中的强度分析，通常是基于专门软件或一些数学模型。
通过数学模型和强度分析结果，可以有效地确定机械的材料使用和结构安排，从而达到优化设计的目的。
在进行强度分析时，一般要将机械的设计图纸进行建模，在建模的过程中可以包括机械构件的几何形状、材料物理和力学特性等。
强度分析是对机械进行有效的评价，并且可以为强度优化设计提供依据，只有在动态发展的机械冶金技术的支撑下，才能有效地应对市场和改进过程中的挑战。
优化设计的方法在机械设计中，强度分析和优化设计需要结合特定的工作条件、维修和维护等因素。
此外，机械的快速操作、高可靠性和持久性等因素也需要考虑。
为了达到强度优化设计的目的，有以下几种优化方法。
1.确定对机械的强度分析在机械强度优化设计中，强度分析是必须的，只有通过强度分析才能确定机械的使用材料和结构形式，从而达到优化方案。
强度分析可以根据实际需要分别从静态和动态强度方面进行。
2.选择优化材料为了提高机械的强度和耐用性，机械的材质必须经过仔细的思考和选择，从而选择出最为优化的材料，能够实现机械的安全和可靠性。
3.合理分配结构参数在机械优化设计中，结构参数的分配也是至关重要的。
合理分配结构参数可以改善机械的强度，提高其使用寿命和耐用性，同时还可以增加机械的运行效率。
4.优化压力和温度压力和温度作为机械操作的指标之一，也是机械强度设计优化中需要考虑的内容。
通过对温度和压力的优化，可以提高机械的强度和安全性，同时还能保持机械的稳定状态。
《机械优化设计》习题及答案
机械优化设计习题及参考答案1-1.简述优化设计问题数学模型的表达形式。
答：优化问题的数学模型是实际优化设计问题的数学抽象。
在明确设计变量、约束条件、目标函数之后，优化设计问题就可以表示成一般数学形式。
求设计变量向量[]12Tn x x x x =使 ()min f x →且满足约束条件()0(1,2,)k h x k l == ()0(1,2,)j g x j m ≤=2-1.何谓函数的梯度梯度对优化设计有何意义答：二元函数f(x 1,x 2)在x 0点处的方向导数的表达式可以改写成下面的形式：⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂=∂∂+∂∂=∂∂2cos 1cos 212cos 21cos 1θθθθxo x f x f xo x f xo x f xo d f令xo Tx f x f x f x fx f ⎥⎦⎤⎢⎣⎡∂∂∂∂=∂∂∂∂=∇21]21[)0(， 则称它为函数f （x 1，x 2）在x 0点处的梯度。
（1）梯度方向是函数值变化最快方向，梯度模是函数变化率的最大值。
（2）梯度与切线方向d 垂直，从而推得梯度方向为等值面的法线方向。
梯度)0(x f ∇方向为函数变化率最大方向，也就是最速上升方向。
负梯度-)0(x f ∇方向为函数变化率最小方向，即最速下降方向。
2-2.求二元函数f （x 1，x 2）=2x 12+x 22-2x 1+x 2在T x ]0,0[0=处函数变化率最大的方向和数值。
解：由于函数变化率最大的方向就是梯度的方向，这里用单位向量p 表示，函数变化率最大和数值时梯度的模)0(x f ∇。
求f （x1，x2）在x0点处的梯度方向和数值，计算如下：()⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡∂∂∂∂=∇120122214210x x x x fx f x f 2221)0(⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=∇x f x f x f =5⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=∇∇=5152512)0()0(x f x f p2-3.试求目标函数()2221212143,x x x x x x f +-=在点X 0=[1,0]T 处的最速下降方向，并求沿着该方向移动一个单位长度后新点的目标函数值。
机械优化设计方法ppt课件
f (x) f (x1, x2,...xn )
23
优化设计的目的就是要求所选择的设计变
量使目标函数达到最佳值，即使 f (x) Opt
通常 f (x) min
单目标设计问题
目标函数
多目标设计问题
目前处理多目标设计问题的方法是组合成一个 复合的目标函数，如采用线性加权的形式，即
f (x) W1 f1(x) W2 f2 (x) ... Wq fq (x)
24
四、优化问题的数学模型
优化设计的数学模型是对优化设计问题的数 学抽象。 优化设计问题的一般数学表达式为：
min f (x) x Rn
s.t. gu (x) 0 u 1, 2,..., m
hv (x) 0 v 1, 2,..., p n
4
图1－3 机械优化设计过程框图
5
优化设计与传统设计相比，具有如下三个特点：
(1)设计的思想是最优设计； (2)设计的方法是优化方法； (3)设计的手段是计算机。
二、机械优化设计的发展概况
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ优化设计的应用领域 近几十年来，随着数学规划论和电子计算机的迅 速发展而产生的，它首先在结构设计、化学工程、 航空和造船等部门得到应用。
架的高h和钢管平均直径D，使钢管总质量m为最小。
11
图2-2 人字架的受力
12
人字架的优化设计问题归结为：
x D H T 使结构质量
mx min
但应满足强度约束条件 x y 稳定约束条件 x e
13
1
钢管所受的压力
F1
FL h
F(B2 h
25
《机械优化设计》复习题-答案讲解
《机械优化设计》复习题解答一、填空题1、用最速下降法求f(X)=100(x 2- x 12) 2+(1- x 1) 2的最优解时，设X （0）＝[-0.5,0.5]T ，第一步迭代的搜索方向为 [-47,-50]T 。
2、机械优化设计采用数学规划法，其核心一是寻找搜索方向，二是计算最优步长。
3、当优化问题是凸规划的情况下，任何局部最优解就是全域最优解。
4、应用进退法来确定搜索区间时，最后得到的三点，即为搜索区间的始点、中间点和终点，它们的函数值形成 高－低－高 趋势。
5、包含n 个设计变量的优化问题，称为 n 维优化问题。
6、函数 C X B HX X T T ++21的梯度为HX+B 。
7、设G 为n×n 对称正定矩阵，若n 维空间中有两个非零向量d 0，d 1，满足(d 0)T Gd 1=0，则d 0、d 1之间存在共轭关系。
8、 设计变量 、 目标函数 、 约束条件 是优化设计问题数学模型的基本要素。
9、对于无约束二元函数),(21x x f ，若在),(x 20100x x 点处取得极小值，其必要条件是 错误!未找到引用源。
，充分条件是 错误!未找到引用源。
(错误!未找到引用源。
正定 。
10、 库恩-塔克 条件可以叙述为在极值点处目标函数的梯度为起作用的各约束函数梯度的非负线性组合。
11、用黄金分割法求一元函数3610)(2+-=x x x f 的极小点，初始搜索区间]10,10[],[-=b a ，经第一次区间消去后得到的新区间为 [-2.36 10] 。
12、优化设计问题的数学模型的基本要素有设计变量、 目标函数 、 约束条件。
13、牛顿法的搜索方向d k= ，其计算量大 ，且要求初始点在极小点 附近 位置。
14、将函数f(X)=x 12+x 22-x 1x 2-10x 1-4x 2+60表示成C X B HX X T T ++21的形式 错误!未找到引用源。
。
15、存在矩阵H ，向量 d 1，向量 d 2，当满足d 1T Hd 2=0，向量 d 1和向量 d 2是关于H 共轭。
机械优化设计ppt
一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计
第四节 平面连杆机构的优化设计
连杆机构的类型很多，这里只以曲柄摇杆机构两类 运动学设计为例来说明连杆机构优化设计的一般步骤 和方法。 一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计
1.设计变量的确定
决定机构尺寸的各杆长度，以及当摇杆按已知运 动规律开始运动时，曲柄所处的位置角φ0 为设计 变量。
g1
x
64Fx32 x1 x3
3 E x24 d 4
/
y0
1
0
g2 x 1 x1 / lmin 0
g3 x 1 x2 / Dmin 0
g4 x x2 / Dmax 1 0
g5 x 1 x3 / amin 0
第三节 圆柱齿轮减速器的优化设计
圆柱齿轮减速器是一种非常广泛的机械传动装置。
2.设计变量的尺度变换 当各设计变量之间在量级上相差很大时，在给定的搜索 方向上各自的灵敏度相差也很大。灵敏度大的搜索变化 快，灵敏度小的搜索变化慢。为了消除这种差别，可以 对设计变量进行重新标度。使它成为无量纲或规格化的 设计变量，这种处理称设计变量的尺度变换。
yi ki xi
ki 1/ xi0
x x1x2x3 T l daT
机床主轴优化设计的目标函数为
f
x
1
4
x1
x3
x22 d 2
再确定约束条件
g x y y0 0
在外力F给定的情况下，y是设计变量x的函数,其值按
下式计算
Fa2 l a
y
3 I
I D4 d 4 64
g
x
64Fx32 x1 x3
第二节机床主轴结构优化设计 一、数学模型的建立
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机械优化设计方法Mechanical Optimization Design 本节课程要点:1、最优化及优化方法概念介绍2、传统设计与优化设计的区别3、优化设计学科的发展、作用及特点4、机械优化设计及应用实例5、最优化理论的局限性1、最优化及优化方法概念介绍所谓最优化，通俗地说就是在一定条件下，在所有可能的计划、设计、安排中找出最好的一个来。
换句话说，也就是在一定的条件下，人们如何以最好的方式来做一件事情。
最优化：Optimization。
简写：Opt.最优化的特点是结论的唯一性，即公认最好。
例如下例子:优化设计方法是数学规划和计算机技术相结合的产物, 它是一种将设计变量表示为产品性能指标、结构指标或运动参数指标的函数(称为目标函数), 然后在产品规定的性态、几何和运动等其它条件的限制(称为约束条件) 的范围内, 寻找满足一个目标函数或多个目标函数最大或最小的设计变量组合的数学方法。
2、传统设计与优化设计的区别例1-1 设计一个体积为53m 的薄板包装箱，其中一边的长度不小于4m 。
要求使薄板耗材最少，试确定包装箱的尺寸参数，即长a ，宽b 和高h 。
A 、传统设计方法:首先固定包装箱一边的长度如a=4m 。
要满足包装箱体积为53m 的设计要求，则有以下多种设计方案:A 、优化设计方法:在优化设计中，该问题可以用数学的方法描述为：在满足包装箱的体积abh=53m ，长度4a m ≥,b>0,h>0的限制条件下，确定参数a,b 和h 的值，使得包装箱的表面积 s=2(ab+bh+ha) 达到最小。
根据这样的描述，可以建立一个优化的数学模型，然后选择适当的优化方法和计算程序，在计算机进行数值迭代、求解，最后得到这个数学模型的结果是24 1.118020.3885a mb h m s m ==== 优化设计: 就是借助计算机技术，应用精确度较高的力学数值分析方法进行分析计算，从满足给定的设计要求的许多可行方案中，按照给定的指标自动地选出最优的设计方案。
优化设计与传统设计相比，具有如下三个特点：3 、优化设计学科的发展、作用及特点古典优化思想：17世纪发明微积分中的极值问题；经典优化设计：20世纪40年代起，数学规划论和计算机技术的发展使做优化设计计算成为可能；优化设计从无约束----有约束优化问题；连续变量----离散变量；确定型-----随机型模型；单目标优化----多目标优化；现代优化设计：20世纪80年代出现许多现代优化算法：模拟退火法、遗传算法、人工神经网络法、蚁群优化算法等；并从狭义优化设计（零部件参数）转向广义优化设计（面向产品的全系统、设计全过程、全生命周期）针对涉及多领域复杂系统的多学科设计优化。
随着最优化理论应用领域的不断扩大，一些科学研究和工程应用中的问题对最优化理论的要求也不断增强，伴随着新理论、新方法、新技术的产生和发展，人们在传统最优化理论基础上，不断对最优化理论进行修改、完善，产生了模糊优化、广义优化、智能优化等新的优化理论和方法广义的优化意味着“次优化”或“准优化”。
是可以实现的实际目标，与传统的最优化方法相比，在基于知识的广义优化中，对优化问题的描述不是采用数学模型而是知识模型：优化目标不是求一个函数的极大值或极小值，而是寻求具体问题的一个合理而可行的方案；广义优化的优化目标不是求一个函数的极大值或极小值，而是寻求具体问题的一个合理而可行的方案；传统优化方法中，问题的求解是寻找一个决策变量的值，在基于知识的广义优化中，问题的求解是利用知识的简化等手段由已知明显事实推导出知识，其对应问题的解表达为一组优化决策规则及相应的优化域。
一般的广义优化主要针对在传统优化基础上对优化的过程和对象进行扩展而形成的优化。
上述的广义优化通过对优化过程和优化对象的扩展，提高了优化的能力和适用性。
下面我们主要介绍一下广义优化的应用。
传统优化设计只适应于简单零部件；广义优化把对象由此扩展到复杂零部件、整机、系列产品和组合产品的整体优化，可统称为全系统优化。
传统优化设计只侧重于某种或某一性能的优化；广义优化把优化准则由某方面性能扩展到各方面性能，要实现技术性、经济性和社会性的综合评估和优化。
仅技术性能而言，追求实现目的性能和约束性能、使用性能和结构性能的综合优化；就结构优化而言，则追求静态性能与动态性能的组合优化，因此可统称为全性能优化；传统优化设计往往局限于产品技术设计阶段的优化；广义优化则把优化的范围扩展到包含功能、原理方案和原理参数、结构方案、结构参数、结构形状和公差优化的全设计过程，进而面向制造、经销、使用和用后处置的寿命周期设计过程。
4 、机械优化设计及应用实例最优化技术这门较新的科学分支目前已深入到各个生产与科学领域，例如：化学工程、机械工程、建筑工程、运输工程、生产控制、经济规划和经济管理等。
机械优化设计: 就是把最优化方法（最优化理论 + 计算机）引入机械设计领域，为设计提供一种新的科学设计方法。
自动寻找最优设计方案和最佳设计参数。
一、机械优化设计的作用：1. 使传统机械设计中，求解可行解上升为求解最优解成为可能；2. 使传统机械设计中，性能指标的校核可以不再进行；3. 使机械设计的部分评价，由定性改定量成为可能；4. 使零缺陷（废品）设计成为可能；5. 大大提高了产品的设计质量，从而提高了产品的质量。
二、机械优化设计的主要内容1.建立优化设计的数学模型2.选择合适的优化方法3.编制计算机程序，求得最佳设计参数三、机械优化设计的发展趋势：1. 对产品的性能要求由单一性要求发展到多性能和全性能要求，这将导致基于复杂系统多性能和全性能要求的优化。
2. 从产品的单一设计优化发展到产品的加工制造、使用、维修与管理直至回用的全寿命周期优化。
机械优化设计应用实例：最优化方法在机械结构和部件设计中具有重要的实用价值，我们以对开组合齿圈的设计为例来说明:对开组合齿圈造价以数十万元计，在其生产全程中任一关键环节的失误或失控，不仅会造成巨额的废品损失，也将会导致其使用寿命短，甚至酿成设备事故停运，造成更大的社会经济效益的损失。
对于这类高工艺性产品的生产，必须做到工艺施工的精心设计，精心施工和产品质量的严格监控。
确保其工艺设计的合理性、可靠性是至关重要的。
所以要对传统工艺进行最优化设计，过程如下：1、对传统工艺进行优化设计。
传统工艺工序可划分为以下几个阶段序列：铸坯准备；预加工——探伤：正火+网火——性能检验；粗加工——探伤；消除应力退火：半精加工一一粗切齿；消除应力退火；精整加工——全面质量检查。
分析传统工艺可以发现，工件内应力的产生及其消除是贯穿于生产全过程的一条主线，整个工艺路线把握了这样一条主线，也就把握了这种特有结构特征工件的高工艺性要求的生产技术关键，在技术质量上是稳妥的、可靠的，是具有合理性的工艺。
但是，合理的不等于是最佳的，工艺设计最优化追求的目标是使其在确保产品质量标准的前提下，具有最低的材料消耗和制造成本，以便获得最佳的社会经济效益。
基于这一原则，把最优化的突破点建立在“应力产生——应力去除”这一关键环节，因此，提出如下优化方案：铸造毛坯一一高温退火：粗加工——正火；半精加工一一粗切齿——消除应力退火；精整加工。
2、对传统工艺进行优化设计。
1)方案的“工艺关键环节”序列组合是一条连续链，符合将贯穿于生产全程矛盾转化为工艺关键环节内部矛盾的工艺设计原则，在设计上是可靠的、稳妥的。
2)方案将工艺中的粗加工工序调到正火工序之前，使其兼具传统工艺预加工工序和粗加工工序二者的功能，为后续的热处理工序和半精加工工序准备了施工技术条件。
这一工艺关键环节的调整结果是，预加工工序被取代了，消除应力退火工序也相应消失了，这样工序简化了，大大缩短了生产周期，降低了制造成本，获得了经济技术综合效果。
5 、最优化理论的局限性最优化理论作为一套较为完善和系统的理论从其出现到今天，对人类社会的发展做出了巨大的贡献，但同样最优化理论也存在其局限性，概括起来有以下几点：(1)、最优化理论对许多问题不能求解。
最优化理论及方法已经过几十年的蓬勃发展与完善，从传统优化理论到工程优化、智能优化和广义优化，它们都基于最优化理论的一些核心思想。
多年来，这些优化技术和方法已经成功地应用于求解多类优化问题。
但在处理许多优化问题时往往会遇到困难。
比如组合最优化问题、随机优化问题、非可导优化问题等。
（2）最优化理论的一些理论不够合理。
在人类决策领域中，有足够的证据表明：效用理论及其优化方法的基本假设经常无法满足。
在机械设计系统中，我们也发现一些基于优化设计策略理论的假设经常不能满足。
优化方法的一个主要的优势就是其数学化的结构以及它不需要完全反映现实。
我们经常使用不真实的假设，把真实系统扭曲为不可认知但可以分析的抽象系统。
因而，优化理论的优势经常正是它的缺点。
（3）最优化理论对一些问题不值得。
从另外一个角度来讲，人们处理实际问题时，人们衡量处理问题的质量依据往往是满意性而不是最优性。
对于一些优化问题，为了求得比现在解更好的解，可能需花费大得多的代价，这对工程应用来讲却意义不大或者根本就不需要。
因此，基于以上的理论，每种设计方法都有自己的优势和缺点，所以在机械设计中选用某种设计方法时，要因地制宜，充分分析工件的属性、欲要达到的效果等参数来慎重选择方法。
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