优化设计

　　本书是“智能制造系列教材”之一，由优化设计简介、优化设计算法、方案优化设计、拓扑优化设计、代理模型优化设计、多学科优化设计、可靠性优化设计和稳健优化设计8章组成，其内容面向智能制造工程专业本科生教学基本要求。
　　在科学技术和工程应用中，优化设计的思想已被广泛应用于各类工业产品设计、软件开发、装备研发、航空航天等领域，所产生的价值也是众所周知的。计算机技术的高速发展和UG、Creo、SolidWorks、CATIA、ANSYS、HyperWorks、ABAQUS等众多CAD/CAE工业软件在设计领域的迅猛普及为优化设计提供了更为广阔的发展空间和应用前景。本书的内容取舍力求理论框架简明清晰，适合优化设计方向本科生的学习需要，深浅适度，难度适中。
　　本书是华中科技大学机械科学与工程学院、东华大学机械工程学院相关团队的全体师生长期研究实践的结晶。其中，第1章由高亮编写，第2、3章由李玉良编写，第4章由李好编写，第5、6、8章由肖蜜编写，第7章由邱浩波编写。本书的编写不仅得到了华中科技大学研究生院的支持，还得到了华中科技大学机械科学与工程学院全体师生的关心和协助，在此表示衷心的感谢。作者对清华大学出版社和本书编辑所做的工作表示感谢。
　　本书内容虽经多次讨论研究，随着科学技术的发展和理论研究的进步仍然需要不断地完善，其中的问题和不足，敬请同行和读者不吝指正。

作者
2022年5月于华中科技大学

本书结合近年来智能制造技术的发展，详细介绍了优化设计的基本概念、优化算法和关键优化技术，并对优化设计技术的发展方向进行了展望。基于作者及其合著者多年来从事优化设计的研究和应用工作，从方案优化设计、拓扑优化设计、代理模型优化设计、多学科优化设计、可靠性优化设计和稳健优化设计等角度对优化设计技术进行阐述，代表了优化设计技术近年来的**发展。本书既可作为智能制造本科专业必修课程教材，也适合其它专业学生选修优化设计课程的教材。对于企业从事或关注产品设计的工程师和管理人员而言，此书不失为一部有价值的向导。

高亮，华中科技大学机械科学与工程学院教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，首届“科学探索奖”获得奖。长期致力于智能优化方法及其在设计制造中的应用等研究。出版著作7部，发表SCI论文290余篇，Web of Science被引5000余次。担任IET Collaborative Intelligent Manufacturing共同主编等。

第1章优化设计简介
1.1优化与设计
1.1.1优化
1.1.2设计
1.2优化设计及其发展
1.2.1优化设计
1.2.2优化设计发展简史
1.3优化设计的不足及发展趋势
1.3.1优化设计的不足
1.3.2优化设计的发展趋势
参考文献

第2章优化设计算法
2.1优化设计算法简介
2.1.1优化模型描述
2.1.2优化设计算法分类
2.1.3最优解的评定
2.2线性规划方法
2.2.1线性规划方法简介
2.2.2单纯形法
2.2.3其他算法简介
2.3非线性规划方法
2.3.1非线性规划方法简介
2.3.2无约束非线性规划算法
2.3.3约束非线性规划算法
2.4元启发式算法
2.4.1元启发式算法简介
2.4.2遗传算法
2.4.3模拟退火算法
2.4.4蚁群算法
参考文献

第3章方案优化设计
3.1方案优化设计简介
3.1.1方案设计任务的描述
3.1.2功能、原理与工作结构的构建
3.1.3方案的形成
3.2方案及优化模型的生成
3.2.1方案组件库的构建
3.2.2系统方案的动态生成
3.2.3系统优化模型的动态生成
3.3基于仿真的方案集成优化设计
3.3.1优化模型的动态编码
3.3.2模型优化与性能仿真的集成
3.4典型应用案例
3.4.1设计案例描述
3.4.2优化设计结果
参考文献

第4章拓扑优化设计
4.1拓扑优化设计简介
4.2拓扑优化设计方法
4.2.1均匀化方法
4.2.2带惩罚的固体各向同性微结构方法
4.2.3进化结构优化方法
4.2.4水平集方法
4.3典型应用案例
4.3.1设计案例描述
4.3.2优化设计结果
参考文献

第5章代理模型优化设计
5.1代理模型简介
5.1.1响应面模型
5.1.2径向基函数模型
5.1.3克里金模型
5.2代理模型性能评价
5.2.1预测精度
5.2.2鲁棒性
5.3典型应用案例
5.3.1代理模型构建
5.3.2代理模型优化设计
参考文献

第6章多学科优化设计
6.1多学科优化设计简介
6.1.1多学科优化设计的定义
6.1.2多学科优化设计的关键技术
6.1.3多学科优化设计的数学表述
6.2多学科优化设计方法
6.2.1多学科可行法
6.2.2单学科可行法
6.2.3协同优化法
6.3典型应用案例
6.3.1设计案例描述
6.3.2优化设计结果
参考文献

第7章可靠性优化设计
7.1可靠性优化设计简介
7.2可靠性优化设计方法
7.2.1基于概率解析的可靠性优化设计
7.2.2基于代理模型的可靠性优化设计
7.2.3时变可靠性优化设计
7.3典型应用案例
7.3.1设计案例描述
7.3.2优化设计结果
参考文献

第8章稳健性优化设计
8.1稳健性优化设计简介
8.1.1稳健性优化设计的定义
8.1.2稳健性优化设计的内容
8.1.3稳健性优化设计的步骤
8.2稳健性优化设计方法
8.2.1均值方差法
8.2.2极差分析法
8.3典型应用案例
8.3.1设计案例描述
8.3.2优化设计结果
参考文献

本书结合近年来智能制造技术的发展，详细介绍了优化设计的基本概念、优化算法和关键优化技术，并对优化设计技术的发展方向进行了展望。基于作者及其合著者多年来从事优化设计的研究和应用工作，从方案优化设计、拓扑优化设计、代理模型优化设计、多学科优化设计、可靠性优化设计和稳健优化设计等角度对优化设计技术进行阐述，代表了优化设计技术近年来的**发展。本书既可作为智能制造本科专业必修课程教材，也适合其它专业学生选修优化设计课程的教材。对于企业从事或关注产品设计的工程师和管理人员而言，此书不失为一部有价值的向导。

高亮，华中科技大学机械科学与工程学院教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，首届“科学探索奖”获得奖。长期致力于智能优化方法及其在设计制造中的应用等研究。出版著作7部，发表SCI论文290余篇，Web of Science被引5000余次。担任IET Collaborative Intelligent Manufacturing共同主编等。