基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要：机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法，同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词：机械优化设计；应用实例；MATLAB工具箱；优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践
小型水库运行管理制度 ***小(二)型水库除险加固工程 运 行 管 理 方 案 ***水利局 二0一一年五月 1 总则 1?1 工程运行管理目的: 确保工程运行安全、设施完整。利用水资源提高工程经济效益和社会效益。 1?2 工程运行管理对象: 水工建筑物、各类监测设施、标志、防汛设备设施、生产、生活设施，城镇生活用水、农业用水和生态用水。1?3 工程运行管理方法: 分经常性检查、定期检查和特别检查三种。 2 管理任务与职责 2?1 管理的任务是: 确保工程安全、充分发挥工程效益。 (1)贯彻执行水利方针、政策、法律、法规和上级部门的指示; (2)按规定进行检查、观测、养护、维修，消除工程缺陷和安全隐患; (3)掌握水情、雨情和气象信息，根据汛情情况做好相应防汛工作; (4)建立健全各项工程运行档案，编审大事记，积累资料，分析整编;
(5)编制和制定防汛抢险应急预案，调度运行计划和汛期汛限水位，确保水库在安全运行的情况下发挥最大效 益。 (5)建立和健全岗位责任制。 3 管理机构及性质: 小(二)型水库属集体所有制工程，未设专管机构，由所在乡(镇)代为管理，管理员一般为2名(村干部、水库管理员或水库承包者各一名)水库调度运行需专人负责，管理经费来源为征收水费和受益灌田面积，由村委会统一征收支付，乡水利站监督。水价据盐政复【2004】33号文确定为0.04,0.08元/m。 4 工程检查与观测 4?1 检查与观测的一般要求 检查观测人员要严格按规定的时间、项目、部位对工程进行全面、系统和连续的检查观测。各种相互联系的观测项目要配合进行。 4?2 观测要求 要保证观测资料的真实性、完整性、连续性和准确性。对每次检查与观测的现场记录、测值应及时进行整理分析、做好记录，对每次检查的数据进行及时整理分析，得出水库大坝的沉陷、位移、渗漏的具体结果，为水库的出险、加固、维护、运行提供科学依据。如有突变现象，问题严重，要及时请示报告。 4?3 水库的三种检查: 3 (1)经常检查:每月至少进行一次。对建筑物各部位进行经常性检查观测，由技术人员负责检查。 (2)定期检查:每年汛前、汛后对建筑物各部位进行检查。由乡(镇)、水利部门及防汛成员单位组织的相关人员进行检查。
1.引言 优化设计英文名是optimization design，从多种方案中选择最佳方案的设计方法。它以数学中的最优化理论为基础，以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。 第二次世界大战期间，在军事上首先应用了优化技术。1967年，美国的R.L.福克斯等发表了第一篇机构最优化论文。1970年，C.S.贝特勒等用几何规划解决了液体动压轴承的优化设计问题后，优化设计在机械设计中得到应用和发展。随着数学理论和电子计算机技术的进一步发展，优化设计已逐步形成为一门新兴的独立的工程学科，并在生产实践中得到了广泛的应用。通常设计方案可以用一组参数来表示，这些参数有些已经给定，有些没有给定，需要在设计中优选，称为设计变量。如何找到一组最合适的设计变量，在允许的范围内，能使所设计的产品结构最合理、性能最好、质量最高、成本最低（即技术经济指标最佳），有市场竞争能力，同时设计的时间又不要太长，这就是优化设计所要解决的问题。一般来说，优化设计有以下几个步骤：①建立数学模型。②选择最优化算法。③程序设计。 ④制定目标要求。⑤计算机自动筛选最优设计方案等。 2.数学模型 优化设计的数学模型是对优化设计工程问题的数学描述，它包含设计变量、目标函数和设计约束三个基本要素。 2.1设计变量 2.1.1基本参数 a、定义：在设计过程中进行选择变化并最终确定的各项独立参数称为设计变量。 b、说明：在设计选择过程中，这些设计变量是变量，但它们一旦被确定后，设计对象也 就完全确定了。最优化设计是研究怎样合理地优选这些设计变量的一种现代设计 方法。在设计过程中，凡根据设计要求事先给定的，不是设计变量而是设计常量。 2.1.2设计方案的表现形式 a、设计空间：由n个设计变量为坐标所组成的时空间称作设计空间。 b、设计变量的表示法 （1）坐标表示法：一维问题→一个设计变量→数轴上的一个点 二维问题→两个设计变量→平面直角坐标系上的向量 三维问题→三个设计变量→空间直角坐标系的向量
优化设计方法的发展与应用情况 贾瑞芬张翔 （福建农林大学 机电工程学院， 福建 福州 ３５０００２） 摘 要：本文概要地介绍了优化设计方法在国内近年的应用和发展情况，包括传统优化方法、现代优化方法，以及优化软件的应用和发展情况。 关键词：优化 遗传算法 神经网络 ＭＡＴＬＡＢ 优化方法是２０世纪６０年代随着计算机的应用而迅速发展起来的，较早应用于机械工程等领域的设计。８０年代以来，随着国内有关介绍优化设计方法的专著（如《机械优化设计》［１］）的出版和计算机应用的普及，优化设计方法在国内的工程界得到了迅速的推广。本文按传统优化方法、现代优化方法、优化软件应用等三个方面，概要地介绍优化设计方法近年来在国内工程界的应用和发展情况。 １． 传统优化方法的应用与改进情况 １．１传统优化方法的应用 从近10年发表的工程优化设计的论文可以看出，罚函数法、复合形法、约束变尺度法、随机方向法、简约梯度法、可行方向法等，都有较为广泛的应用。对重庆维普信息数据库中的工程技术类刊物做检索，1993年至2003年，这6种约束优化方法应用的文献检出率的比例，依次约为12：10：3：1.5：1.5。 以机械设计为例，传统优化方法主要应用于机构和机械零部件的优化设计，主要对零件或机构的性能、形状和结构进行优化。在结构方面，如对升降天线杆的结构优化设计[2]，采用内点罚函数法优化，在保证天线杆具有足够的刚度和压弯组合强度的前提下所设计出的结构尺寸比按一般的常规设计方法所计算的尺寸要小，自重更轻。在形状方面，赵新海等［３］对一典型的轴对称Ｈ型锻件的毛坯形状进行了优化设计，取得了明显的效果。在性能方面，《凸轮一连杆组合机构的优化设计》［４］一文以最大压力角为最小做为优化目标、并采用坐标轮换法和黄金分割法等优化方法对书本打包机中的推书机构（凸纶—连杆组合机构）进行优化设计，从而使得机构确保运动的平衡性的前提下具有良好的传力性能，使设计结果更加合理。《弹性连杆机构结构和噪声控制一体化设计》［３７］一文，利用改进的约束变尺度法，求解基于噪声控制的弹性连杆机构结构控制同步优化问题，同步优化后机构的声辐射性能指标具有明显改善。由以上的例子可以看出，因此，传统优化方法仍然具有不可忽视的作用。 将优化技术与可靠性理论相结合，形成了可靠性优化设计法。按照可靠性优化设计法设计的产品，既能定量地回答产品在运行中的可靠性，又能使产品的功能参数获得优化解，两种方法相辅相成，是一种非常具有工程实用价值的设计方法。如采用惩罚函数内点法求解齿轮传动的可靠性优化设计的数学模型[5]，以及运用二阶矩法和约束随机方向法对钢板弹簧进行可靠性优化设计[6]。 １．２传统优化方法的一些改进 目前，随着工程问题的日益扩大，优化要面对的问题的规模和复杂程度在逐渐增大，传统的优化方法解决这些问题时，就显露出了其局限性与缺陷。于是就出现了在分析现有算法的基础上，针对方法的不足或应用问题而作出的改进。 1．2．1对传统优化方法应用于离散变量优化的改进 工程设计问题中，经常遇到设计变量必须符合本行业的设计规范和标谁，只能取为限定的离散值或整数值的情况。若应用连续变量优化方法．得到最优解后再作简单的圆整处理，可能造成设计上的不可行解，或得到一个非最优解。为此适用于变量取离散值的优化方法发展起来。朱浩鹏等[7]提出了改进的动态圆整法、拉格朗日松弛法。 惩罚函数优化方法是一种常用的求解约束非线性问题的方法，但它仅限于求解连续变量的优化问题。
浅析机械优化设计方法基本理论 【摘要】在机械优化设计的实践中，机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。在综合大量文献的基础上，总结机械优化设计的特点，着重分析常用的机械优化设计方法，包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主 要性能指标。 【关键词】机械；优化设计；方法特点；评价指标 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等。 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。
水库运行管理制度与操作规程
三岔河水库运行管理制度及 运行人员操作规程 1 总则 1?1 工程运行管理目的： 确保工程安全、完整。利用水资源提高工程经济效益。 1?2 工程运行管理对象： 水工建筑物、各类监测设施、标志、防汛设备、设施、生产、生活设施、城镇生活用水、农业用水。 1?3 工程运行管理方法： 分经常性检查、定期检查和特别检查三种。 2 管理单位任务与职责 2?1 管理单位的任务是： 确保工程安全、充分发挥工程效益。 （1）贯彻执行水利方针、政策、法律、法规和上级部门的指示； （2）按规定进行检查、观测、养护、维修，消除工程缺陷； （3）做好水文预报，掌握雨情、水情、了解气象情报，做好防汛工作； （4）建立健全各项工程运行档案，编审大事记，积累资料，分析整编； （5）建立和健全岗位责任制。 3 管理单位机构与定员：
管养员4名 4 工程检查与观测 4?1 检查与观测的一般要求 检查观测人员要严格按规定的时间、项目、部位对工程进行全面、系统和连续的检查观测。各种相互联系的观测项目要配合进行。 4?2 观测要求 要保证观测资料的真实性、完整性、连续性和准确性。对每次检查与观测的现场记录、测值应及时进行整理分析、绘制图表。如有突变现象，问题严重，要及时请示报告。 4?3 水库的三种检查： （1）经常检查：每月至少进行一次。对建筑物各部位进行经常性检查观测由专职人员负责。检查结果填入表一。 （2）定期检查：每年汛前、汛后对建筑物各部位进行检查。由管理单位负责人组织领导，检查结果填入表一。 （3）特别检查：当发生特大洪水、台风、暴雨、库水位骤涨、骤落或发现有重大事故苗头，由管理单位负责人及时组织人员进行检查，其结果填入表二。 4?4 经常检查必须遵循以下操作程序和检查内容： （1）主坝：应按从左至右，从上至下，先内坡、后外坡、最后排水棱体。具体内容包括：有无纵横裂缝、塌坑、滑坡及隆起现象；有无白蚁鼠洞，迎水坡有无风浪冲刷，背水坡有无散侵及
机械优化设计 摘要 机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。另外，选择合适的优化设计方法是解决某个具体优化设计问题的前提，而对优化设计方法进行分析、比较和评判是其关键，本文分析了优化方法的选取原则。之后对并对近年来出现的随机方向法、遗传算法、蚁群算法和模拟退火算法等新兴优化方法分别进行了介绍。本文以交通领域中建立最优交通网路为例说明了优化设计方法的应用特点。 关键词：机械优化设计；约束；特点；选取原则
目录 第一章引言 (1) 1.1优化设计的背景 (1) 1.2机械优化设计的特点 (2) 1.3优化设计的模型 (3) 1.4优化设计的流程 (4) 第二章优化设计方法的分类 (6) 2.1无约束优化设计方法 (7) 2.1.1梯度法 (7) 2.1.2牛顿型方法 (7) 2.1.3共轭梯度法 (8) 2.1.4变尺度法 (8) 2.2约束优化设计方法 (9) 2.2.1直接解法 (9) 2.2.2间接解法 (11) 2.3多目标优化方法 (13) 2.3.1主要目标法 (14) 2.3.2加权和法 (14) 第三章各类优化设计方法的特点 (15) 3.1无约束优化设计方法 (15) 3.2约束优化设计方法 (16) 3.3基因遗传算法（Genetic Algorithem,简称GA） (16) 3.4模糊优化设计方案 (17) 第四章优化方法的选择 (18) 4.1优化设计方法的评判指标 (18) 4.2优化方法的选取原则 (19) 第五章机械优化设计发展趋势 (21) 第六章 UG/PRO-E建模 (23) 参考文献 (27)
大南沟水库运行管理情况 一、基本情况 大南沟水库位于准格尔旗大路镇城壕村，距旗政府所在地——薛家湾镇约40km。水库座落在黄河一级支流大南沟上，坝址距黄河入汇口1.2km,水库坝址以上控制流域面积38.0km2。水库总库容858万m3，兴利库容539万 m3，死库容103 万m3。工程规模为小（Ⅰ）型水库，工程等级为Ⅳ等，主要建筑物为4级，次要建筑物及临时建筑物为5级。水库设计洪水标准为50年一遇，校核标准为500年一遇，坝体为均质土坝，采用复合土工膜防渗，最大坝高45m，最大坝顶长306m，底宽430m，坝顶宽9米。放水涵卧管位于右岸坝肩上。该库2007年建成，2009年12月由我公司收购，2010年进行了内坝坡的防护处理，2013年建成了溢洪道，并于2014年3月11日进行了竣工验收。 二、水库运行管理情况 1、水库管理机构责任制情况 为了进一步加强管理，规范工作次序，确保水库上下政令畅通，各施其职，使水库各项管理工作规范化、制度化、科学化，提高工作效率及工作质量。根据上级单位有关规定和工作实际，成立了以总经理为组长、领导班子成员共同组成的大南沟水库防洪度汛应急领导小组的责任体系，并成立了大南沟水库管理处
（水库管理处人员设置为5人，主任1名、技术员1位，巡查人员2名，水库大坝看护员1名）。拟定了《大南沟水库管理制度》。落实水库管理责任制度，公司主要领导为水库管理第一责任人，水库管理部主要负责人为第二责任人，生产部主要负责人为第三责任人。严格按照岗位履行职责，完善责任追究制度并落实到位。管理体制和运行机制顺畅，保证了大南沟水库安全运行。 2、运行管理经费情况 水库运行管理费每年37.23万元，维护费每年大约20万元，防汛物资费用每年根据所需在5万元左右。以上经费都可以及时落实到位。 2、管理体制及预案建立情况 按照工作的要求和需要，为了让管理机构设置和人员配备合理，管理处配备了相关专业的技术人员，建立、健全并完善各项规章制度，包括水库大坝巡查制度、岗位责任制度等，关键岗位制度做到上墙明示，并组织职工学习有关制度内容及重要操作规程，各项制度落实、执行效果良好。并且根据运行安全实际情况建立了《大南沟水库防洪应急预案》、《大南沟水库度汛应急预案》等并报准旗水务局备案。 3、水库调度运行及蓄水管理情况。 近年来公司水库管理运行部门，严格按照水库调度运行规程运行，在主汛期来临之前将水库水位降至1030m，库容200万m 3，提前预留约658万m3的可用库容。根据用水量每天由黄河补
机械优化设计方法基本理论 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学，它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速，并且取得了可观的经济效益，在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展，现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心，以计算机为工具，向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多，从不同的角度出发，可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少，可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数，可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况，可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径，可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达，可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法，如数学规划法、最优控制法等 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数，在优化过程中，这些参数就是自变量，一旦设计变量全部确定，设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数，设计变量数目越多，设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂，同时效益也越显著，因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。 1.2 约束条件 约束条件是设计变量间或设计变量本身应该遵循的限制条件，按表达方式可分为等式约束和不等式约束。按性质分为性能约束和边界约束，按作用可分为起作用约束和不起作用约束。针对优化设计设计数学模型要素的不同情况，可将优化设计方法分类如下。约束条件的形式有显约束和隐约束两种，前者是对某个或某组设计变量的直接限制，后者则是对某个或某组变量的间接限制。等式约束对设计变量的约束严格，起着降低设计变量自由度的作用。优化设计的过程就是在设计变量的允许范围内，找出一组优化的设计变量值，使得目标函数达到最优值。
XXXX水库除险加固工程 竣工验收 工程运行管理工作报告 编制单位：XX 二0一六年十月 批准： 审定： 审核： 编写： 目录 1工程概况............................................................... 2运行管理.. (3) 3工程初期运行........................................................... 4意见和建议 (5) 5附件 (6)
附件（1）机构设置情况和主要工作人员情况 附件（2）规章制度目录 1工程概况 XX水库位于XX，距XX城区约28km，属赣江水系锦江支流白露河。 水库坝址以上控制流域面积 1.86km2，总库容46.1万m3，正常蓄水位30.00m(黄海高程，下同)，设计灌溉面积800亩，是一座以灌溉为主、兼顾防洪、养殖等综合效益的小（2）型水库，工程等别为Ⅴ等，主要永久性建筑物为5级，次要建筑物为5级，洪水标准按10年一遇设计，50年一遇校核。 水库始建于1966年11月，1967年9月建成并开始受益。1981年12月翻修涵管、兴建启闭框架和工作桥，砼闸门控制，配置5吨启闭机启闭，1999年大坝培土加固。2010年对溢洪道进口段、控制段、泄槽段进行衬砌。水库经多次加固达现有规模，其主要建筑物有：大坝、溢洪道和坝下涵管等。 根据茶峒山水库现场检查、多年运行管理及大坝安全鉴定结论，水库枢纽工程大坝及涵管均不能正常安全运行，存在严重的安全隐患，属三类病险水库。为保障下游人民生命、财产安全，确保水库工程安全运行，充分发挥工程效益，对XX水库除险加固十分必要。 本工程主要建设内容为：大坝粘土斜墙、大坝下游干砌石贴坡反滤、大坝上游C15砼预制块护坡、大坝上、下游草皮护坡、坝下涵管加固、坝顶公路泥结石路面、溢洪道加固、管理房屋等工程。 XX水库除险加固工程于2014年12月16日正式开工建设， 2015年9月18日完工，加固后枢纽建筑物基本情况见XX水库本次加固前后工程特性表。 XXXX水库工程特性表
机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立
目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算
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[]12T n x x x x =L 使 ()min f x → 且满足约束条件 ()0 (1,2,)k h x k l ==L ()0 (1,2,)j g x j m ≤=L 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 ρ 令xo T x f x f x f x f x 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
蓬安县福德水库管理处 工程运行管理工作报告 一.工程概况 福德水库位于蓬安县福德镇石柱坝村，渠江水系——汤家河上游，距蓬安县城以南53km。坝址以上控制流域面积3.425km2，总库容119万m3，有效库容61.2万m3。设计灌溉福德镇境内的0.76万亩农田；保护下游福德、新市两场镇、3.4万人口，1.6万亩耕地及交通、邮电、通讯、电力线路等重要基础设施；是以灌溉为主，兼有防洪、养殖、供水等综合效益的小（一）型水利枢纽工程。 该水库动工于1970年，于1976年基本建成，完成坝高18.5m，1993年对大坝进行了整治，整治后的坝高19.6m，坝顶长171m，坝顶宽4m，坝顶高程386.699m，防浪墙顶高程为387.899m。由于大坝渗漏及滑坡未彻底，为保证大坝安全，每到汛期，只有采用限制蓄水位进行水库运行管理。 溢洪道位于大坝右岸，为无底坎开敞式宽顶堰，堰净宽8.8m，堰顶高程385.21m，溢洪道长185m，按30年一遇洪水设计，300 年一遇洪水校核，设计洪水下泄流量为36.07m3/s，校核洪水下泄流量为59.07m3/s，设有一级消力池消能。 左取水口原设计为竖井涵洞取水，螺旋丝杆启闭直升式球型闸门，输水洞长160m，两端为矩形涵洞，中间为隧洞，进口底板高程378.565m，，设计输水流量为0.27m3/s。 右取水口原设计同左取水口，输水洞长83m，两端为矩形涵
洞，中间为隧洞，进口底板高程381.814m，设计输水流量为 0.1m3/s。 二.运行管理 1.运行管理主要内容 蓬安县福德水库枢纽除险加固工程2008年10月26日开工，2010年3月30日全面完工。工程竣工后蓬安县福德水库管理处接管运行管理职能，运行管理的主要工程包括：大坝工程、溢洪道工程、左右放水设施工程、金属结构工程项目及附属设施项目等。 2.组织机构及人员 福德水库运行管理机构为蓬安县福德水库管理处。2009年7月完成水管单位体制改革，根据蓬府办发[2009]77号等相关文件批复，福德水库管理处定性为财政全额拨款事业单位，定编人员2人。目前实有人员2人，其中管理岗位1人，合同制农民工1人。工程维护费用列入财政预算2.5万元/年。 3.运行管理 ⑴运行调度管理 福德水库工程运行调度是根据水工建筑物的设计标准，在保证安全的前提下，有效地进行蓄水，灌溉、环保、防汛、养殖，充分发挥水库的综合效益。在调度运行中，工程蓄水、灌溉有矛盾时，首保工程安全。枯水期尽量保持在高水位运行，主汛期保持在汛限水位以下运行。 ⑵防洪渡讯管理 按照防洪等级标准及相关规定，福德水库每年汛期为5月1日至10月1日，期间实行全天候24小时值班制度和汛期领导值班制度，负责防洪值班日常工作。水库建立了完善的防洪应急预
M ac hi neBuil di ng Auto m atio n,D ec2007,36(6):5~6,9 现代优化设计方法的现状和发展趋势 王基维1,熊伟2,李会玲1,汪振华3 (1.宁波职业技术学院,浙江宁波315800;2.湖南生物机电职业技术学院,湖南长沙410126; 3.南京理工大学,江苏南京210094) 摘要:优化设计是近年来发展起来的一门新学科,为机械设计提供了一种重要的科学设计方 法。优化设计在解决复杂设计问题时,能从众多设计方案中寻到尽可能完美或最适宜的设计 方案。对现代优化设计方法进行了概括和总结,展望了现代优化设计的发展方向和发展趋势。 关键词:优化设计;机械设计;发展趋势 中图分类号:T H122文献标识码:B文章编号:167125276(2007)0620005202 Develop ing T rend on M odern O pt im a l Design M ethods WANG J i2wei1,XI ONG W ei2,LI H u i2li ng1,WANG Zhen2hua3 (1.Ni ngbo Voca ti on Te chno l ogy C o ll e ge,N i n gbo315800,C h i na; 2.Huna n B i o l ogy Me c ha ni c a la nd E l e c tri c a lP ro f e ss i ona lTe chno l ogy C o ll ege,C ha ngsha410126,C h i na; 3.Na n ji ng Un i ve rs ity o f S c i e nc e a nd Te chno l o gy,Na n ji ng210094,C h i n a) Abstr ac t:As a new d i s c i p l i ne,o p tm i a l de s i gn p rov i de s an m i p o rtan t sc i en tifi c de s i gn m e t h od f o r e ng i nee https://www.doczj.com/doc/7817089591.html, i ng op tm i a ld es i gn, t he y can fi nd o ut a nea rl y pe rf e ct o r op tm i um des i gn s ch em e fr om l o ts o f feas i b l e ap p r o ache s.T he p ape r s um m a ri ze s t he de ve l o p i ng trend a nd d ir e cti o n o f t he m ode rn op tm i a l des i gn m e t hod s. K ey word s:op tm i a ld es i g n;m a ch i n e des i gn;de ve l o p t re nd 0引言 机械设计与制造是机械工程领域中最重要的内容,而机械设计又是机械制造的前提。优化设计(opti m a l de2 si gn)是近年来发展起来的一门新的学科,优化设计为机械设计提供了一种重要的科学设计方法,在机械设计上起着重要的作用,使得在解决复杂设计问题时,能从众多的设计方案中寻到尽可能完美的或最适宜的设计方案[1]。实践证明,在机械设计中采用优化设计方法,不仅可以减轻机械设备质量,降低材料消耗与制造成本,而且可以提高产品的品质和工作性能[2]。文中初步论述了机械优化设计方法的发展现状和趋势。 优化设计方法[3]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。优化设计方法已成为解决复杂设计问题的一种有效工具。 1优化设计方法及应用现状 优化设计的基础和核心是优化理论和算法。迄今为止,己有上百种优化方法提出,这里重点介绍以下几种优化方法[4,5]。 a)线性逼近法:线性逼近法SLP是将原非线性问题转化为一系列线性优化问题,通过求解线性优化问题得到原问题的近似解。根据形成线性优化的方法不同,可以得到不同的线性逼近法。常用的线性逼近法有近似规划法和割平面法; b)遗传算法[2,6,14]:遗传算法GA(genetic a l gorith m s)是一种基于生物自然选择与遗传机理的随机搜索算法。它是1962年首先由美国密执安大学的J.H.H olland教授提出、随后主要由他和他的一批学生发展起来的[7],并在1975年的专著中作了介绍,首先提出了以二进制串为基础的基因模式理论,用二进制位串来模拟生物群体的进化过程。进化结束时的二进制所对应的设计变量的值即为优化问题的解。GA方法的主要优点是具有很强的通用优化能力,它不需要导数信息,也不需要设计空间或函数的连续性条件,其优化搜索具有隐性并行性,可以多点同时在大空间中作快速搜索,因此有可能获得全局最优解。由于G A有着其他优化算法不可比拟的优点,因此,GA的应用非常广泛,取得大量研究应用成果。在结构优化设计方面的如离散结构的遗传形状优化设计[8]、悬臂扭转结构和梁结构的优化设计[9]、桁架和薄壁的结构优化问题[10]等。在文献[11]中对平面四杆机构的遗传优化设计进行了研究。文献[12]介绍了一个用于ZL40装载机的直齿圆锥齿轮差速器的优化设计问题,用GA中的实数编码进行优化求解,取群体大小为50,交叉率为0.2,变异率为0.5,经过120代的进化并经圆整后得到最优解。文献[15]中通过把机械方案设计过程看作是一个状态空间的求解问题,用遗传算法控制其搜索过程,完善了新的遗传编码体系,为了适应新的编码体系重新构建了交叉和变异等遗传操作,并利用复制、交换和变异等操作进行一次次迭代,最终自动生成一组最优的设计方案。 此外,G A还应用在函数优化、机械工程、结构优化、电工、神经网络、机器学习、自适应控制、故障诊断、系统工程调度和运输问题等诸多领域中[13]; #5 #
水库运行管理工作总结【篇一】 一、工程基本情况 XX水库位于XX省XX县XX镇XX村，大坝拦截汉北河支流东河成库，承雨面积102平方公里，总库容6785万立方米，是一座以灌溉为主，兼有防洪、水产养殖、城镇供水等综合效益的中型水利工程。 XX水库于1958年8月动工兴建，1962年4月竣工，2002年12月水库进行除险加固建设。水库防洪标准为百年一遇设计，千年一遇校核,校核洪水位65.15米，设计洪水位64.15米，正常蓄水位62.20米，防洪高水位63.30米，死水位52.70米，汛限水位62.20米。水库枢纽工程主要由大坝、1号副坝、2号副坝、正常溢洪道和东、西输水管等建筑物组成，其中大坝为粘土均质坝，全长656米，坝顶宽7米，最大坝高24.48米；正常溢洪道设计三孔，总净宽24米，设计下泄流量406 m3/s。 XX水库地理位置十分重要，它直接保护着下游107省道、243省道和XX岳高速公路等重要交通干线，以及天门市城区和三个乡镇的29.6万亩耕地、24.7万人口的人民生命和财产的安全，水库多年防洪减灾效益为12亿元。 XX水库管理局目前共有在编人员55人，局机关设立科室4个，分别为综合科、党群办、工程科（挂“水政监察支队、防汛抗旱办公室、安全生产科”牌子）、计划财务科；下设二级事业单位2个，分别为干渠管理所和大坝管理所；下设直属经营单位1个，即综合开发
公司。XX水库负责工程管理的部门和单位主要有工程科、大坝管理所和干渠管理所。工程科主要负责水库工程建设的规划、设计、施工管理，水库水文测报、防洪抗旱调度，安全生产和水政监察等工作。大坝管理所主要负责枢纽工程的日常巡查、维修养护，大坝白蚁防治和溢洪道机电设备管理及泄洪调度运用等工作。干渠管理所主要负责水库灌区东、西两条干渠和渠道附属建筑物的日常巡查、渠道小型工程维修、农业灌溉管理和水费征收等工作。 二、工程运行管理情况 1、运行管理经费 XX水库管理局水管体制改革被定性为财政全额拨款事业单位。水库人员经费和维修养护经费由省财政拨款，均按照年初部门预算全部到位。 2、规章制度 为强化水库工程运行管理，我局制定了系列工程运行管理制度和办法，以及机电设备操作规程。主要有：《XX水库工程运行管理规定》、《XX水库枢纽工程巡视检查基本要求》、《XX水库枢纽工程检查内容及巡视记录报告制度》、《XX水库工程养护维修制度》、《XX水库机电设备维护管理制度》、《XX水库溢洪道闸门启闭操作规范》、《XX水库输水闸闸门运行操作规范》、《XX水库大坝白蚁普查防治办法》等。 3、大坝安全责任制
机械优化设计方法概述 摘要 机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案，使期望的经济指标达到最优，它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题。优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法。因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。 关键词：机械优化设计；约束；特点；选取原则 Mechanical optimization design is optimized technology in the field of mechanical design and application of transplantation, its basic idea is based on mechanical design theory, methods and standards to establish a reflect problems in engineering design and meet the requirements of the mathematical programming model, and then applying the mathematical programming method and computer technology to find out the design problem of the optimal scheme of automatic. As a new subject, which is based on the theory of mathematical programming and computer program design basis, by numerical calculation, from the large number of design so as to improve or the most suitable design, so that the desired economic index optimal, it can successfully solve the analysis and other methods are difficult to deal with complex problem. Optimization design and provides an important scientific design method. So using this design method can greatly improve the design efficiency and design quality. This paper discusses the optimized design method of the background, development process, and to the unconstrained and constrained optimization of different optimal design method for the development, principle, methods, characteristics and scope of application are described. Key words: mechanical design optimization; constraint; characteristics; selection principle.