機械系統(tǒng)建模仿真與優(yōu)化課程教學(xué)大綱表1課程基本信息課程代碼01112120課程名稱機械系統(tǒng)建模仿真與優(yōu)化英文名稱Modeling,Simulation,andOptimizationofMechanicalSystems學(xué)分/學(xué)時：2學(xué)分/32學(xué)時（理論學(xué)時：28；實驗學(xué)時：0；上機學(xué)時：4）適用專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化課程類型院系選修課開課單位機械與汽車工程學(xué)院開課學(xué)期第六學(xué)期一、課程簡介《機械系統(tǒng)建模仿真與優(yōu)化》是機械設(shè)計制造及其自動化本科專業(yè)的一門專業(yè)選修課，內(nèi)容主要以產(chǎn)品設(shè)計為對象，以計算機為手段，運用工程設(shè)計的新理論和新方法，使計算結(jié)果達到最優(yōu)化，使設(shè)計過程實現(xiàn)高效化和自動化。傳授結(jié)構(gòu)有限元分析及應(yīng)用、機械系統(tǒng)計算多體系統(tǒng)動力學(xué)分析及應(yīng)用、優(yōu)化設(shè)計建模及應(yīng)用、機械系統(tǒng)可靠性設(shè)計與優(yōu)化、數(shù)字孿生技術(shù)及工程應(yīng)用、多物理場耦合仿真及應(yīng)用等多種現(xiàn)代設(shè)計方法，使學(xué)生在較少的學(xué)時內(nèi)，了解現(xiàn)代設(shè)計方法解決生產(chǎn)實際問題的范圍和思路，熟悉現(xiàn)代設(shè)計方法的基本概念、基本原理和基本步驟，重在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計與開發(fā)技能的基本能力，進而培養(yǎng)學(xué)生運用現(xiàn)代設(shè)計方法去分析和處理實際工程裝備的設(shè)計、分析及評價等問題，為畢業(yè)后繼續(xù)深造學(xué)習(xí)或工作打下堅實的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：培養(yǎng)學(xué)生樹立嚴(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度，具有良好的職業(yè)道德和工匠精神，樹立社會責(zé)任感，采用信息技術(shù)助力裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，實現(xiàn)制造強國夢。課程目標(biāo)2：要求學(xué)生了解機械系統(tǒng)建模仿真與優(yōu)化的最新理論和方法；了解機械系統(tǒng)建模組成、發(fā)展和具體應(yīng)用。課程目標(biāo)3：要求學(xué)生掌握機械系統(tǒng)建模仿真的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本研究方法。課程目標(biāo)4：要求學(xué)生了解優(yōu)化設(shè)計、可靠性、有限元法、數(shù)字孿生技術(shù)及動態(tài)設(shè)計等基本理論和方法，并會應(yīng)用典型工程軟件解決實際工程問題。三、課程目標(biāo)與所支撐畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系表2課程目標(biāo)與所支撐畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)具體要求支撐的畢業(yè)要求課程目標(biāo)1培養(yǎng)學(xué)生樹立嚴(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度，具有良好的職業(yè)道德和工匠精神，樹立社會責(zé)任感，采用信息技術(shù)助力裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，實現(xiàn)制造強國夢。指標(biāo)點3-3、4-2、5-1課程目標(biāo)2要求學(xué)生了解機械系統(tǒng)建模仿真與優(yōu)化的最新理論和方法；了解機械系統(tǒng)建模組成、發(fā)展和具體應(yīng)用。指標(biāo)點3-3課程目標(biāo)3要求學(xué)生掌握機械系統(tǒng)建模仿真的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本研究方法。指標(biāo)點4-2課程目標(biāo)4要求學(xué)生了解優(yōu)化設(shè)計、可靠性、有限元法、數(shù)字孿生技術(shù)及動態(tài)設(shè)計等基本理論和方法，并會應(yīng)用典型工程軟件解決實際工程問題。指標(biāo)點5-1四、教學(xué)內(nèi)容表3教學(xué)內(nèi)容與學(xué)時分配章節(jié)/單元推薦授課形式教學(xué)內(nèi)容建議學(xué)時課程思政元素對應(yīng)的課程目標(biāo)第一章緒論講課1.知識點：建模與仿真的定義和分類；機械系統(tǒng)的組成；優(yōu)化設(shè)計概述2.重點：機械系統(tǒng)仿真流程3.難點：建模與仿真應(yīng)用2樹立嚴(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度，具有良好的職業(yè)道德和工匠精神。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2第二章機械系統(tǒng)建模仿真與優(yōu)化基礎(chǔ)講課1.知識點：機械系統(tǒng)（剛體）動力學(xué)建模方法；有限元方法的基本概念；機械系統(tǒng)仿真的定義與分類2.重點：機械系統(tǒng)仿真技術(shù)3.難點：優(yōu)化算法與技術(shù)2樹立嚴(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度，具有良好的職業(yè)道德和工匠精神。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2第三章結(jié)構(gòu)有限元分析及應(yīng)用講課、討論1.知識點：有限元法的基本思想；有限元法基本步驟；工程應(yīng)用2.重點：有限元法基本步驟；典型有限元軟件的應(yīng)用3.難點：有限元法的基本思想及步驟6樹立嚴(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度，具有良好的職業(yè)道德和工匠精神。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3、課程目標(biāo)4第四章機械系統(tǒng)計算多體系統(tǒng)動力學(xué)分析及應(yīng)用講課、翻轉(zhuǎn)課堂1.知識點：多體系統(tǒng)動力學(xué)基本建模理論2.重點：掌握多體系統(tǒng)動力學(xué)應(yīng)用3.難點：多體系統(tǒng)動力學(xué)方程求解算法4結(jié)合工程實例，提升學(xué)生對中國制造的自信。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3、課程目標(biāo)4第五章優(yōu)化設(shè)計建模及應(yīng)用講課、討論1.知識點：優(yōu)化設(shè)計概述；優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型；一維搜索方法；無約束優(yōu)化算法；智能優(yōu)化算法。2.重點：優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型組成3.難點：不同優(yōu)化算法的特點及編寫6增強歷史使命感，以創(chuàng)新驅(qū)動裝備制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，實現(xiàn)制造強國夢。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\r1\h第六章機械系統(tǒng)可靠性設(shè)計與優(yōu)化講課、討論1.知識點：可靠性的概念和設(shè)計特點；機械可靠性設(shè)計原理2.重點：可靠性設(shè)計中基本特征量；應(yīng)力-強度干涉模型3.難點：機械系統(tǒng)可靠性設(shè)計4結(jié)合疲勞可靠性理論，啟發(fā)學(xué)時塑造堅韌的身體素質(zhì)，結(jié)合大國重器實例，提升學(xué)生對中國制造的自信。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3、課程目標(biāo)4第七章數(shù)字孿生技術(shù)及工程應(yīng)用講課、討論1.知識點：裝備數(shù)字孿生的技術(shù)基礎(chǔ)；數(shù)字孿生系統(tǒng)的一般架構(gòu)；數(shù)字孿生的工程應(yīng)用2.重點：數(shù)字孿生構(gòu)建的關(guān)鍵技術(shù)3.難點：形性一體化數(shù)字孿生內(nèi)涵4樹立嚴(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度，具有良好的職業(yè)道德和工匠精神。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3、課程目標(biāo)4第八章多物理場耦合仿真及應(yīng)用講課、翻轉(zhuǎn)課堂1.知識點：多物理場耦合概念；多物理場耦合仿真基礎(chǔ)2.重點：多物理場耦合的應(yīng)用3.難點：多物理場耦合求解方法4結(jié)合工程實例，提升學(xué)生對中國制造的自信。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3、課程目標(biāo)4五、教學(xué)方式方法1.由于《機械系統(tǒng)建模仿真與優(yōu)化》是一門專業(yè)課，不僅理論性強，而且實踐性也較強。因此，在該課程的教學(xué)中，應(yīng)瞄準(zhǔn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)，著重培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、強調(diào)應(yīng)用性和能力的培養(yǎng)。2.要緊密結(jié)合實際工程背景，采用課堂教學(xué)、上機實操及項目學(xué)術(shù)匯報等實踐教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法，注意從工程應(yīng)用角度出發(fā)，理解基本方法，以加強對所學(xué)理論知識的掌握。3.注意以學(xué)生為本，采用啟發(fā)、引導(dǎo)、討論式的教學(xué)方法。注意采用上機、匯報、視頻、多媒體課件等教學(xué)手段，便于學(xué)生學(xué)習(xí)理解，加大教學(xué)信息量。4.由于課程內(nèi)容多，涉及面廣，需要授課老師有較寬的知識面、豐富的實踐經(jīng)驗和授課經(jīng)驗。授課教師要經(jīng)常去工廠調(diào)研，發(fā)現(xiàn)工程問題，以豐富實踐經(jīng)驗。要加強教學(xué)研究，開展示范教學(xué)、互相聽課等，以豐富教學(xué)經(jīng)驗，提高教學(xué)水平。同時在學(xué)習(xí)通上發(fā)布線上資源，供學(xué)生學(xué)習(xí)，建議在線自主學(xué)習(xí)時數(shù)不低于16學(xué)時。5.典型工程案例可源于實際工程案例，避免教條式教學(xué)，達到學(xué)以致用的目的。六、考核要求與評價1.考核方式和要求采取平時考核與期末考試相結(jié)合的原則，平時成績占50%，期末考試成績占50%。平時成績的依據(jù)是平時考核，平時考核包括考勤占10%，作業(yè)占20%，實驗10%，專題報告占10%。各部分占比及要求見表4所示。表4考核方式和要求考核方式考核內(nèi)容百分比考核標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的課程目標(biāo)平時作業(yè)課后習(xí)題206次作業(yè)（每次2%）缺交0分補交×0.8雷同×0.4課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3專題匯報1次課程相關(guān)的專題報告，分組制作PPT，并上臺講述101、層次清楚、能突出主題、觀點明確：40分；2、結(jié)構(gòu)合理、重點突出、結(jié)合工程實例：30分；3、分工合理及詳細：20分；4、選題及分析有獨立見解：10分。課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)4實驗成績有限元應(yīng)用、動態(tài)設(shè)計平臺應(yīng)用10實驗現(xiàn)場（占實驗成績的40%），2次實驗報告（占實驗成績的60%）課程目標(biāo)4課堂考勤課堂出勤、積極發(fā)言等10遲到、早退1次扣1分；曠課1次扣2分課程目標(biāo)1、課程目標(biāo)3、課程目標(biāo)4期末考試課程所學(xué)的所有知識點50填空18分（每空1分）、選擇22分（每題2分）、解答題20分（每題5分）、綜合性答題40分（第1，2題每題8分，第3，4題每題12分）課程目標(biāo)2、課程目標(biāo)3小計1002.課程評價課程評價周期為叁年評價一次。每學(xué)年課程結(jié)束后，由任課教師根據(jù)教學(xué)各環(huán)節(jié)的學(xué)生完成情況，進行課程目標(biāo)達成評價；每叁年由課程負責(zé)人進行課程總體評價，經(jīng)教研室主任審查，專業(yè)負責(zé)人、教學(xué)指導(dǎo)委員會審定，報教務(wù)處備案。評價結(jié)果用于持續(xù)改進。七、先修課程《C語言程序設(shè)計》、《CAD/CAM應(yīng)用軟件》、《高等數(shù)學(xué)》、《概率論與數(shù)理統(tǒng)計》等。八、推薦教材與參考資料推薦教材：《現(xiàn)代設(shè)計理論與方法》，張鄂、張帆、買買提明·艾尼編著，科學(xué)出版社，2019年。參考書目與文獻：《現(xiàn)代機械設(shè)計方法》，周金宇編著，高等教育出版社，2018年《現(xiàn)代設(shè)計方法》，王體春編著，電子工業(yè)出版社，2019年《現(xiàn)代設(shè)計方法基礎(chǔ)》，孟憲頤編著，機械工業(yè)出版社，2016年課程相關(guān)主要網(wǎng)站：/course/TONGJI-1002989013?from=searchPage#/info/course/HZAU-1449913176?from=searchPage九、相關(guān)實踐教學(xué)內(nèi)容說明表5課程實驗項目與內(nèi)容設(shè)計序號項目內(nèi)容和要求實驗學(xué)時主要儀器設(shè)備備注1有限元應(yīng)用內(nèi)容：1）熟悉有限元軟件的基本模塊；2）熟悉有限元分析的基本流程；3）根據(jù)給定的模型及邊界條件，進行有限元分析，并提取結(jié)果。要求：1）掌握有限元分析方法