如何快速掌握优化设计原理图的方法介绍
课程介绍详解“设计原理图并对应datasheet加载PCB封装”主要涉及的几个问题
第一个问题是把如何把原理图库里面的电气符号转到pcb板上的焊盘？
第二个问题就是原理图封装与PCB封装有何区别？
第三部分是如何从原理图导入到PCB
整个系列的课程流程是这样的：
首先，我们需要清楚原理图和PCB封装的定义，然后学习建立元件库，通过老师的分步演示认识不同元件的封装已经摆放技巧，最后学习电路的连线，完成PCB的封装。
我们在整个课程中，不仅仅是一个学习设计原理图并对应datasheet加载PCB封装的过程。我们同样注重如何通过分解电路思考来完成课题研究，案达到实验目的，一个系统的学习方式能梳理出每个设计学习的重点难点，这对于每个进行电路设计的学习者都是十分受用的。
学习获得：
通过这个课程你可以：
掌握优化设计原理图的方法；
快速高效学会把原理图对应datasheet加载PCB封装；
了解PCB封装的技巧；
提升技术，升职加薪。
适宜学习人群：
1、对电路设计感兴趣的同学（含电子信息类的大学生，工程研发技术人员，电子爱好者等）；
2、只会设计电路但对原理却感觉模糊的同学；
3、工作中需要用到电路控制相关知识的人群；
4、希望提升技术水平，获得更高薪水的工程师。
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
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。
机械优化设计——复合形方法及源程序 (一) 题目：用复合形法求约束优化问题 ()()()2221645min -+-=x x x f ；0642 2211≤--=x x g ；01013≤-=x g 的最优解。 基本思路：在可行域中构造一个具有K 个顶点的初始复合形。对该复合形各顶点的目标函数值进行比较，找到目标函数值最大的顶点（即最坏点），然后按一定的法则求出目标函数值有所下降的可行的新点，并用此点代替最坏点，构成新的复合形，复合形的形状每改变一次，就向最优点移动一步，直至逼近最优点。 (二) 复合形法的计算步骤 1）选择复合形的顶点数k ，一般取n k n 21≤≤+，在可行域内构成具有k 个顶点的初始复合形。 2）计算复合形个顶点的目标函数值，比较其大小，找出最好点x L 、最坏点x H 、及此坏点x G .. 3）计算除去最坏点x H 以外的（k-1）个顶点的中心x C 。判别x C 是否可行，若x C 为可行点，则转步骤4）；若x C 为非可行点，则重新确定设计变量的下限和上限值，即令C L x b x a ==,，然后转步骤1），重新构造初始复合形。 4）按式()H C C R x x x x -+=α计算反射点x Ｒ，必要时改变反射系数α的值，直至反射成功，即满足式()()()()H R R j x f x f m j x g
电路原理图的绘制 上节课已经对设置图纸参数，设置标题栏，设置三种栅格，放置常见元件，调整元件位置等进行了讲解，本节课主要是利用网络标号、总线和总线分支来绘制一个电路原理图。重点介绍网络标号、总线、总线分支及阵列式粘贴工具的使用方法。 下面简单介绍一下电路原理图的绘制步骤。 一、电路原理图的设计步骤 1、电路板设计的一般步骤 （1）电路原理图的设计 （2）产生网络表 （3）印制电路板的设计 （4）根据需要生成印制电路板报表 2、电路原理图设计的一般步骤 （1）设置电路纸参数及相关信息 （2）装入所需元件库 （3）放置元件 （4）电路图布线 （5）调整检查和修改 （6）补充完善 （7）打印输出 电路原理图是制作电路板的关键步骤，只有电路原理图绘制的正确，电路板才有可能设计的正确合理。 二、添加元件库 原理图中的内容主要是元件和连线，常见元件工具栏提供的元件远远不够用，这里介绍添加元件库的方法，在如图1 的界面里点击ADD/REMOVE工具，出现的添加/删除元件库对话框如图2所示。
图1 图2 在图2对话框中选中要添加的元件库文件ADD，或双击元件库文件都可以完成元件库的添加。 三、放置元件 （1）打开设计管理器后单击Browse选中元件库，在元件列表中找到所需元件，单击 Place按钮或双击元件将元件放入到原理图编辑区中。 （2）放置元件的另一种方法是在编辑区单击鼠标右键，执行Place Part命令，出现对话框，在Lib Ref框中直接输入元件名称并编辑属性即可。单击工具栏中的工具或选择Place|Part命令也可进行放置元件的操作。 四、编辑元件 由于时间关系，编辑元件属性可简单介绍，重点在试验室进行讲解，方法双击原理图中元件打开对象性编辑对话框，现以电阻和电源为例介绍元件属性的编辑方法。双击电阻元件打开如图3所示的对话框，各个选项含义如下。 Lib Ref：元件在元件库中的名称。
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。
《电路CAD 》课程实验报告 按钮，如图
图2 放置四个模块电路 ）单击菜单P1ace/Add sheet Entry或单击“Wring”工具栏的按钮，放置模块电路端口，并修改其属性，完成后效果如图3所示 图3 放置模块电路端口
图4 连线 创建并绘制下层原理图 在上层原理图中，单击菜单Design/Create Sheet From Symbol，此时鼠标变为十字形。 将十字光标移到“复位晶振模块”电路上，单击鼠标左键，系统自动创建下层原理图“复.SchDoc”及相对应的I/O端口。如图5所示。 自动生成的I/0 晶振模块”电路原理图。 所示。绘制完成后的效果如图 晶振模块”电路元件列表 所在元件库
图7 DS80C310-MCL元件搜索图8 CPU电路模块 表3 显示模块电路元件列表 元件标号元件名所在元件库元件值元件封装 Miscellaneous Devices.IntLib LEDDIP-10
R3 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4 R4 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4 R5 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4 R6 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4 R7 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4 R8 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4 R9 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4 R10 RES2 Miscellaneous Devices.IntLib 1k AXIAL0.4 VCC 电源工具栏 图10 控制电路模块
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
A l t i u m D e s i g n e r绘 制电路原理图
Altium Designer绘制电路原理图 时间:2011-08-28 22:19来源:作者:点击: 513 次 ?第3章绘制电路原理图 o 3.1 元件库操作 ? 3.1.1 元件库的加载与卸载 ? 3.1.2 查找元器件 o 3.2 元器件操作 ? 3.2.1 放置元器件 ? 3.2.2 编辑元件属性 ? 3.2.3 元件的选取 ? 3.2.4 元件剪切板操作 ? 3.2.5 撤销与重做 ? 3.2.6 元件的移动与旋转 ? 3.2.7 元件的排列 o 3.3 电气连接 ? 3.3.1 绘制导线 ? 3.3.2 导线的属性与编辑 ? 3.3.3 放置节点 ? 3.3.4 绘制总线 ? 3.3.5 放置网络标号 ? 3.3.6 放置电源和地 o 3.4 放置非电气对象 ? 3.4.1 绘制图形 ? 3.4.2 放置字符串 ? 3.4.3 放置文本框 ? 3.4.4 放置注释 o 3.5 放置指示符 ? 3.5.1 放置忽略错误规则检查 ? 3.5.2 放置编译屏蔽 ? 3.5.3 放置PCB布局 第3章绘制电路原理图 通过上一章的学习，相信读者对Altium Designer 7.0的原理图编辑环境有了深刻的了解，本章将以一个51单片机工作系统为总体脉络详细介绍Altium Designer 7.0原理图的编辑操作和技巧，该单片机系统以Philips公司的 P89C51RC2HBP单片机为核心实现一个实时时钟数码管显示的功能，并能够通过RS232串口与上位机通信。请读者打开附带光盘中的“源文件MCU51.PrjPCB”
一、问题描述 1.1结构特点 (1)体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高 ； (2)传动效率高，工作高 ；(3)传动比大。 1.2用途和使用条件 某行星齿轮减速器主要用于石油钻采设备的减速，其高速轴转速为1300r/min ；工作环境温度为-20℃～60℃，可正、反两向运转。 按该减速器最小体积准则，确定行星减速器的主要参数。 二、分析 传动比u=4.64，输入扭矩T=1175.4N.m ，齿轮材料均选用38SiMnMo 钢，表面淬火硬度HRC 45~55，行星轮个数为3。要求传动比相对误差02.0≤?u 。 弹性影响系数Z E =189.8MPa 1/2；载荷系数k=1.05；齿轮接触疲劳强度极限[σ]H =1250MPa ；齿轮弯曲疲劳强度极限[σ]F =1000MPa ；齿轮的齿形系数Y Fa =2.97；应力校正系数Y Sa =1.52；小齿轮齿数z 取
值范围17--25；模数m取值范围2—6。 注：优化目标为太阳轮齿数、齿宽和模数，初始点[24，52，5]T 三、数学建模 建立数学模型见图1，即用数学语言来描述最优化问题，模型中的数学关系式反映了最优化问题所要达到的目标和各种约束条件。 3.1设计变量的确定 影响行星齿轮减速器体积的独立参数为中心轮齿数、齿宽、模数及行星齿轮的个数,将他们列为设计变量，即： x=[x 1 x 2 x 3 x 4 ]T=[z 1 b m c]T [1] 式中：z1 ˉ￣太阳轮齿数；b―齿宽（mm）；m—模数（mm）;行星轮的个数。通常情况下，行星轮个数根据机构类型以事先选定，由已知条件c=3。这样，设计变量为： x=[x 1 x 2 x 3 ]T=[z 1 b m]T [1] 3.2目标函数的确定 为了方便，行星齿轮减速器的重量可取太阳轮和3个行星轮体积之和来代替，即： V=π/4（d 12+Cd 2 2）b 式中：d1--太阳轮1的分度圆直径，mm；d2--行星轮2的分度圆直径，mm。 将d 1=mz 1， d 2 =mz 2 ，z 2 =z 1 （u－2）/2代入（3）式整理，目标函 数则为：
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.
实验4 使用Altium Designer绘制电路原理图 一、实验目的 1、熟悉Altium Designer的软件使用界面 2、掌握Altium Designer的原理图绘制流程及方法 二、实验原理 机器狗控制板的前端电路是主要由多个三极管构成的触发脉冲产生电路，如图4-1所示。咪头S1采集声音信号，经电容C1耦合送入由三极管Q1与电阻R1、R2、R5组成的单管共射放大电路，声音信号经放大电路放大后再经电容C2耦合作为三极管Q2的基极控制电压。如果控制电压足够大，则Q2管发射结导通，Q2管处于饱和状态，集电极电压为低电平，经接头P2的1脚送出去触发后端的单稳态触发器；如果控制电压不够大，Q2管发射结不导通，Q2管处于截止状态，集电极电压为高电平，将无法触发单稳态触发器。 图4-1 机器狗控制板前端电路原理图 接头P2的2脚接单稳态触发器的输出端。当单稳态触发器被触发了，则该端接高电平，经二极管D2给电容C3充电，当C3两端电压足够高了，这三极管Q3导通，将Q2的基极电位强制拉回到低电平，Q2截止，为下一次触发做准备。但Q3导通后，电容C3放电，C3两端电压下降到一定值后，Q3截止。通过D2、C3和Q3组成的反馈控制，使得单稳态触发器可以被多次重复触发。 三、实验条件及设备 1、计算机
2、EDA设计软件Altium Designer 13 四、实验内容与操作步骤 绘制电路原理图步骤见图4-2。 步骤1.创建PCB设计项目（*.PrjPCB） 启动Altium Designer,创建PCB设计项目：Cat.PrjPCB。 步骤2.创建原理图文件 File】/【New】/【Schematic】,创建原理图文件，并另存为“AD初步.SchDoc”。这里应注意的是做项目的思想，尽量把一个工程的文件另存为到同一文件夹下，方便以后的管理。 进入原理图编辑器后，设计者可以通过浏览的方式熟悉环境、各菜单命令。这里对一些常用菜单做简单说明。 如图4-4，【File】是对项目创建管理的窗口，【Edit 辑，【View】具有查看、放大、缩小的功能，【Project】可以对原理图进行编译，检查错误，【Place】中有一些常用器件，可直接放置，【Design】可以进行一些高级设计，【Tools】平时用得比较多点，可以对元器件进行自动排序，查看元器件的封装等。 如图4-5，这个工具栏可以直接对连线、总线、文本、地线、电源等进行放置。 如图4-6，这个工具栏可以直接对电阻、电容等进行放置。 步骤1：启动Altium Designer, 创建PCB设计项目 步骤4：放置图件，如元件、 导线、节点、网络标号等步骤2：创建原理图文件， 进入原理图编辑器 步骤3：加载/卸载元件库 步骤5：为元器件添加标注， 规范原理图 步骤6：电气规则检查，原件 封装检查 执行菜单命令【File】/【New】/【Project】/【PCB Project】, 弹出项目面板。面板显示的是系统默认名 “PCB_Project1.PrjPCB”的新建项目文件，将它另存为 其他项目文件名，如“AD初步.PrjPCB”。在创建PCB 工程之前也可以先创建一个Workspace，执行菜单命 令【File】/【New】/【Design Workspace】就可以创建 一个Workspace,在这个独立的工作环境下再重新创建 工程，但最好不要把workspace和创建的PCB工程存 在同一个根目录下。因为workspace包含了新建的工图4-3 新建项目面板 图4-2 绘制电路图原理步骤 图4-5 常用工具栏2 图4-4 常用工具栏1 图4-6 常用工具栏3
浅谈机械优化设计方法 发表时间：2019-08-29T14:17:25.640Z 来源：《基层建设》2019年第16期作者：钟文 [导读] 摘要：伴随着我国的经济发展越来越快，无疑给可优化性能设计带来巨大的挑战。 深圳市海目星激光智能装备股份有限公司 518110 摘要：伴随着我国的经济发展越来越快，无疑给可优化性能设计带来巨大的挑战。机械优化设计是近几年来发展起来的一门新的学科，在二十世纪中旬的时候开始，优化技术和计算机技术的兴起，在每个设计领域中被应用，为工程设计提供了重要的科学的设计方法。因此，对机械设计的优化方法加以分析，吸取精华，紧跟时代步伐，与国际同步，才能增强制造业在我国市场中的竞争压力。 关键词：机械；优化设计；方法特点 引言 当今是一个信息化的社会，科技发展速度非常快，人们对多功能产品不仅有强烈的需求，也需要产品必须具备相应的功能，可靠性优化设计由此应运而生，已经取得了飞速发展和广泛应用，即以时间、费用和性能为基础，将产品能得以可靠使用作为优先考虑的设计准则，进行设计和生产可靠的性能要求。因此，可靠性设计是诸多学科和技术的交融而新兴的一种技术。 1 机械优化的概述 机械优化是顺应时代发展而不断延伸出来的一种现代化的生产而发展兴起的。它是建立在数学规划的理论和计算通过有效的实验数据和科学的评价体系来从众多的设计方案中寻找到能够尽可能的完善和适宜的设计方案，在这机械优化的这个机械方面的研究和应用的发展速度都是非常的快速，并且在快速发展的过程中取得了非常显著的效果。 2 机械设计优化方法的分类及特点 2.1 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；另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法。 2.2 约束优化设计法 优化设计问题大多数是约束的优化问题，根据处理约束条件方法的不同可分为直接法和间接法。直接法常见的方法有复合形法、约束坐标轮换法和网络法等。其内涵是构造一个迭代过程，使每次的迭代点都在可行域中，同时逐步降低目标函数值，直到求得最优解。间接法常见的有惩罚函数法、增广乘子法。它是将约束优化问题转化成无约束优化问题，再通过无约束优化方法来求解，或者非线性优化问题转化成线性规划问题来处理。 2.3 遗传算法 遗传算法是一种非确定性的拟自然算法，它仿造自然界生物进化的规律，对一个随机产生的群体进行繁殖演变和自然选择，适者生存，不适者淘汰，如此循环往复，使群体素质和群体中个体的素质不断演化，最终收敛于全局最优解。最近几年中遗传算法在机械工程领域也开展了多方面的应用，主要表现在：机械结构优化设计；可靠性分析；故障诊断；参数辨识；机械方案设计。遗传算法尽管已解决了许多难题，但还存在许多问题，如算法本身的参数优化问题、如何避免过早收敛、如何改进操作手段或引入新的操作来提高算法的效率、遗传算法与其它优化算法的结合问题等。 2.4 蚁群算法 蚁群算法是受自然界中真实蚁群的集体行为的启发而提出的一种基于群体的模拟进化算法。蚁群算法对系统优化问题的数学模型没有很高的要求，只要可以显式表达即可，避免了导数等数学信息，使得优化过程更加简单，遍历性更好，适合非线性问题的求解。 2.5 模拟退火算法 模拟退火算法是一个全局最优算法，以优化问题的求解与物理系统退火过程的相似性为基础，适当的控制温度的下降过程实现模拟退火，从而达到求解全局优化问题的目的。模拟退火算法是一种通用的优化算法，用以求解不同的非线性问题；对不可微甚至不连续的函数优化，能以较大概率求得全局优化解；并且能处理不同类型的优化设计变量（离散的、连续的和混合型的）；不需要任何的辅助信息，对目标函数和约束函数没有任何要求。 3机械优化设计过程中的设计方式 众所周知，在机械方面的设计都是非常的复杂困难的，要对机械进行优化设计面临的挑战也是非常大的，但是由于机械领域中优化形式十分的广泛，相关的研究人员根据优化运算的形式进行划分，主要分为准则优化，其次是线性规划，最后是非线性规划三种。其中准则优化是一种传统的优化方式，这种方式没有通过机械优化设计的数学理论方式进行优化，而是通过物理学方面的分析得出相应的结果，这样的方式得出的结论往往是具备一定的主观性的，但是这样的传统的优化设计方式具有的优点就是可以直观的看到优化的概念，并且这种优化设计的方式相对来说也是比较简单的，并且能够充分的发挥出目标函数的最大功效，并且非常的符合传统的工程需要，但是同样具有一定的缺点，就是在效率上始终优点偏低。 线性规划就是依据数学的基础进行优化的方式，同样线性规划是机械优化设计中最重要的设计方式，但是线性规划的优化设计方式在通过数学的理论上进行设计存在着很多的缺陷，就是在针对多函数的时候就不能充分的发挥出功效，还有就是在计算的过程中，十分的复杂，结算量非常的大，导致了在效率上有很大的缺陷，所以通常情况下，线性规则的优化设计方式都没有被采用。那么非线性规划的优化设计方式是整个生产和生活中应用最广泛的优化方式，并且能够有效的推进机械优化设计的发展，并且可以利用数学模式的计算将非线性规划分为两种，一种是没有约束的直接设计方式，就是在利用机械优化设计方案中以及存在的数据和再生的数据最为基础来进行合理的分析，进而得到最佳的效果，还有一种就是没有约束但是比较间接的方法，这种方式就是前者的方式的数学模式计算改变成了数学原理作为基础，通过利用函数的特性进行计算，从而得到最优的方式，这种方式在整个的机械优化设计中是非常重要的组成部分。 4机械设计优化方法的选择 根据优化设计问题的特点（如约束问题），选择适当的优化方法是非常关键的，因为同一个问题可以有多种方法，而有的方法可能会导致优化设计的结果不符合要求。选择优化方法有四个基本原则：效率要高、可靠性要高、采用成熟的计算程序、稳定性要好。另外选择适当的优化方法还需要个人经验，深入分析优化模型的约束条件、约束函数及目标函数，根据复杂性、准确性等条件对它们进行正确的选
机械优化设计方法 机械优化设计是近年来发展起来的一门新的学科，起始于60年代，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，在机械应用的实践中，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。本文重点介绍机械优化设计理论基础的同时，对其特点、评价方式进行了总结，并指出该领域中应当进一步研究的问题和发展方向。机械优化设计；数学模型；优化方法；智能优化 机械优化设计概念 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。并且它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上，通过有效的实验数据和科学的评价体系来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。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。那就让我们关注机械优化设计中那些重要的量。 解决优化设计问题的一般步骤 解决优化设计问题的一般步骤如下： 机械设计问题——建立数学模型——选择或设计算法——编码调试——计算结果的分析整理 优化设计中数学模型的建立 a设计变量 在最优化设计过程中需要调整和优选的参数，称为设计变量。设计变量是最优化设计要优选的量。最优化设计的任务，就是确定设计变量的最优值以得到最优设计方案。但是每一次设计对象不同，选取的设计变量也不同。它可以是几何参数，如零件外形尺寸、截面尺寸、机构的运动尺寸等；也可以是某些物理量，如零部件的重量、体积、力与力矩、惯性矩等；还可以是代表工作性能的导出量，如应力、变形等。总之，设计变量必须是对该项设计性能指标优劣有影响的参数。 b约束条件 设计空间是一切设计方案的集合，只要在设计空间确定一个点，就确定了一个设计方案。但是，实际上并不是任何一个设计方案都可行，因为设计变量的取
文件编号文件版本 港湾网络有限公司 共26页 QB-HN-0043-2003A0 电路原理图绘制规范 2003-12-30发布2003-12-30实施 港湾网络有限公司
前言 本规范起草部门：港湾网络有限公司硬件部 本规范起草人：周建华硬件部 本规范审核人：周建华硬件部 本规范批准人：江建平研发部 本规范修订记录： 修订版本修订日期修订内容修改人审核A0 2003-12-30 初始版本 目录
1 目的 (5) 2 范围 (5) 3 术语定义 (5) 3.1 原理图 (5) 3.2 图纸幅面 (5) 3.3 图框 (5) 3.4 标题栏 (5) 3.5 项目代号 (5) 3.6 标称值（Part value） (5) 3.7 图形符号 (6) 3.8 元器件库（Symbol） (6) 3.9 非电气连接线 (6) 3.10 电气连接线 (6) 3.11 网络标号 (6) 3.12 注释 (6) 3.13 网表 (6) 4 引用标准和参考资料 (6) 5 规范细则 (7) 5.1 图纸规则 (7) 5.1.1图纸幅面尺寸 (7) 5.1.2图框和标题栏格式 (7) 5.2 项目代号 (8) 5.2.1项目代号的组成 (8) 5.2.2项目种类的字母代码 (9) 5.2.3项目代号的放置位置 (10) 5.3 标称值 (10) 5.3.1集成电路 (10) 5.3.2电阻类 (11) 5.3.3电容类： (11) 5.3.4电感类 (11) 5.3.5晶体、晶振类 (11) 5.3.6保险管 (11) 5.4 元器件图形符号 (12) 5.5 布局规则 (12) 5.5.1整体布局 (12) 5.5.2功能布局法 (12) 5.5.3对称布局法 (13) 5.5.4按信号流向布局 (13) 5.5.5注释 (14) 5.5.6器件放置 (14) 5.5.7线框的应用 (14) 5.5.8集成运放和通用集成逻辑电路放置方法 (15) 5.5.9总线的使用 (16) 5.5.10未用管脚的处理 (16)
第一、填空题 1.组成优化设计数学模型的三要素是 设计变量 、 目标函数 、 约束条件 。 2.函数()2 2 121212,45f x x x x x x =+-+在024X ??=????点处的梯度为120-?? ? ??? ，海赛矩阵 为2442-?? ? ? -?? 3.目标函数是一项设计所追求的指标的数学反映，因此对它最基本的要求是能用 来评价设计的优劣，，同时必须是设计变量的可计算函数 。 4.建立优化设计数学模型的基本原则是确切反映 工程实际问题，的基础上力求简洁 。 5.约束条件的尺度变换常称 规格化，这是为改善数学模型性态常用的一种方法。 6.随机方向法所用的步长一般按 加速步长 法来确定，此法是指依次迭代的步 长按一定的比例 递增的方法。 7.最速下降法以 负梯度 方向作为搜索方向，因此最速下降法又称为 梯度法，其收 敛速度较 慢 。 8.二元函数在某点处取得极值的充分条件是()00f X ?=必要条件是该点处的海赛矩阵正定 9.拉格朗日乘子法的基本思想是通过增加变量将等式约束 优化问题变成 无 约束优化问题，这种方法又被称为 升维 法。 10改变复合形形状的搜索方法主要有反射，扩张，收缩，压缩 11坐标轮换法的基本思想是把多变量 的优化问题转化为 单变量 的优化问题 12．在选择约束条件时应特别注意避免出现 相互矛盾的约束， ，另外应当尽量减少不必要的约束 。 13．目标函数是n 维变量的函数，它的函数图像只能在n+1, 空间中描述出来，为了在n 维空间中反映目标函数的变化情况，常采用 目标函数等值面 的方法。 14.数学规划法的迭代公式是 1 k k k k X X d α+=+ ，其核心是 建立搜索方向， 和 计算最佳步长 15协调曲线法是用来解决 设计目标互相矛盾 的多目标优化设计问题的。 16.机械优化设计的一般过程中， 建立优化设计数学模型 是首要和关键的一步，它是取得正确结果的前提。 二、名词解释
#include "stdio.h" #include "stdlib.h" #include "math.h" double objf(double x[]) {double ff; ff=pow((x[0]-4),2)+pow((x[1]-5),2); return(ff); } /*约束条件子程序*/ double strain(double x[]) {int i; double g[3]; g[0]=x[0]-1; g[1]=x[1]-1; g[2]=8-x[0]-x[1]; for (i=0;i<3;i++) {if(g<0) return(0); } return(1); } double rn(double *r) {int m; double s,u,v,p; s=65536.0;u=2053.0;v=13849.0; *r=u*(*r)+v; m=(int)(*r/s); *r=*r-m*s; p=*r/s; return(p); } double randopti(double x[],double xl[],double xh[],double a0,double eps,int n,int nmax) {int i,iw,k,jj=0; double *x0,*s,a,f0,f,rr=0,ss; x0=(double *)malloc(n*sizeof(double)); s=(double *)malloc(n*sizeof(double)); do {for(i=0;i
结构优化设计 structural optimal design (optimum structural design) 参考书：1. 孙靖民：机械优化设计，机械工业出版社，2003 2. 孙德敏：工程最优化方法和应用，中国科大出版社，1997 3. 施光燕：最优化方法，高教出版社，1999 绪论 1. 内容 基本概念： 结构(structure) 广义—系统组成； 窄义—承受载荷、维持系统几何形状不变的部分，如梁杆板壳及其组合。结构是用来支承有效载荷的。 设计(design) 完成一项新产品、新工程前的方案构思（如大小、尺寸、形状、材料、工艺过 程等）。数据—数字化--CAE 优化(optimization) 从几种方案中选出最好的—优选；从设计空间中的无数种方案中用计算 机选出最好的—优化。 2. 工程中的优化问题 1） 桥梁 2） 等强度梁，铁塔 3） 飞机、航天器 4） 其他领域（控制、化工） 3. 发展史: 牛顿，计算机， 钱令希；MATLAB —优化工具箱；遗传算法 MATLAB —面向工程的高级语言 Optimization Toolbox 主要功能： 1） 线性规划 x c T b Ax ?≤min —— () b A c lp x ,,* = 2） 二次规划 ?? ? ??+≤x c x H x T T b Ax 21min —— ),,,(*b A c H qp x = 一、 概述（入门实例） 一、 举例 1. 人字架优化
已知：2B=152cm, T=0.25cm, E=2.1×105Mpa, ρ=7.8×103kg/m 3, σ=420Mpa, 2F=3×105N 求：min [m(D,h)] 满足强度和稳定要求 解：变量 D,h 载荷 () h h B F F F 2 122 1cos /+==θ--单杆内力 应力 ( ) hTD h B F A F πσ2 1 22 1+== 临界应力 ) (8) (2 2222h B D T E A F e e ++==πσ 强度条件 y σσ≤ ( ) hTD h B F π2 122 +y σ≤ 稳定条件 e σσ≤ ( ) hTD h B F π2 122 +) (8) (2 2222h B D T E ++≤ π 目标函数：2 12 2)(22),(min h B TD AL h D m +==πρρ ● 解析法：2 12 2)(22),(min h B TD AL h D m +==πρρ 不考虑稳定条件，由强度条件建立D,h 关系 极限情况 y h D σσ=),(Th h B F D y πσ2 /122)(+=→→ h h B F h B TD AL h m y 2 22 1 2 2 2)(22)(+?=+==σρπρρ 012)(22=???? ? ?-=h B F dh h dm y σρcm B h 76* ==→→ cm D 43.6* = 校核稳定条件 ),(),(* ***h D h D e σσ≤，没问题。 ● 图解法 p6