基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究

蘇東楠

（長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長(zhǎng)春 130012）

基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究

蘇東楠

（長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院，長(zhǎng)春 130012）

MATLAB是matrix laboratory的簡(jiǎn)稱，意為矩陣實(shí)驗(yàn)室，是美國(guó)一家公司出品的一款商業(yè)數(shù)學(xué)軟件?；贛ATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)是將機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果通過(guò)MATLAB軟件的仿真模擬運(yùn)算，從而將設(shè)計(jì)成果更為直觀地展示出來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法。利用數(shù)學(xué)軟件彌補(bǔ)人工計(jì)算在機(jī)械設(shè)計(jì)中的不足，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、對(duì)圖形進(jìn)行展示等形式，加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)的有效性。

MATLAB；機(jī)械設(shè)計(jì)；方法

1　基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)方法

1.1MATLAB的簡(jiǎn)要介紹

MATLAB是由matrix（矩陣）和laboratory（實(shí)驗(yàn)室、研究室）兩個(gè)單詞組成，其基本的數(shù)據(jù)單位為矩陣，MATLAB與Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件，在研究領(lǐng)域具有極高的認(rèn)可程度。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、創(chuàng)建用戶界面、繪制函數(shù)和生成數(shù)據(jù)、運(yùn)行算法等處理，并且MATLAB語(yǔ)言與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言特征相一致，能夠很好地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行配合，更加方便、高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。MATLAB的功能主要應(yīng)用于圖形的處理、設(shè)計(jì)的控制、信號(hào)的測(cè)試、數(shù)據(jù)的計(jì)算等領(lǐng)域，基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)方法起源于上世紀(jì)60年代左右，屬于新興起的研究學(xué)科。

1.2機(jī)械設(shè)計(jì)的主要方法及大致過(guò)程

機(jī)械設(shè)計(jì)是根據(jù)生產(chǎn)所需的要求，以機(jī)械原理、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等學(xué)科為依據(jù)，對(duì)機(jī)械的工作原理、運(yùn)動(dòng)方式、能量傳遞結(jié)構(gòu)、機(jī)械中各零部件的形狀、動(dòng)力方式、潤(rùn)滑方式等設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行構(gòu)思，并且通過(guò)分析和計(jì)算將其進(jìn)行描述轉(zhuǎn)化為機(jī)械的生產(chǎn)制造依據(jù)的過(guò)程。機(jī)械設(shè)計(jì)是人類智慧創(chuàng)造的體現(xiàn)，需要以查閱資料、繪圖、計(jì)算、分析、成果模型試驗(yàn)等具體工作的參與。隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的工作可以由計(jì)算機(jī)來(lái)高效的替代，MATLAB軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)多項(xiàng)工作中的參與，提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的便利性和設(shè)計(jì)效率，從而更有利于人類智慧的發(fā)揮。

1.3MATLAB軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

MATLAB軟件對(duì)于數(shù)據(jù)、圖形、函數(shù)等出色的處理能力使得其在機(jī)械設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出充分的應(yīng)用價(jià)值。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者或設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以將設(shè)計(jì)成果通過(guò)MATLAB軟件進(jìn)行分析、計(jì)算以及仿真模擬。MATLAB軟件中具有豐富的函數(shù)庫(kù)，并且使用者可根據(jù)使用需要，通過(guò)MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行所需公式的匯編，即使是非計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員也能夠方便的使用。與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法相比，基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)無(wú)須進(jìn)行人工繪圖，修改時(shí)也無(wú)須在圖紙上反復(fù)進(jìn)行修改繪制等低效率的設(shè)計(jì)工作。通過(guò)仿真可直接體現(xiàn)出所設(shè)計(jì)機(jī)械的可行性，對(duì)其中的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、零件工作情況等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)仿真、數(shù)據(jù)等處理結(jié)果對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)情況進(jìn)行了解，從而有針對(duì)性的進(jìn)行完善和改進(jìn)。MATLAB軟件極大的節(jié)約了數(shù)據(jù)分析、處理的時(shí)間，降低了機(jī)械設(shè)計(jì)所需的成本，提高了機(jī)械設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

2　MATLAB軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)方法研究中的作用

2.1MATLAB語(yǔ)言在機(jī)械設(shè)計(jì)方法中的作用

MATLAB中的語(yǔ)言是一種高級(jí)陣列語(yǔ)言，包含了目標(biāo)函數(shù)、控制語(yǔ)句、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及對(duì)象編程等內(nèi)容，其本身就是一種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，與高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言相似，因此在使用時(shí)無(wú)須進(jìn)行語(yǔ)言轉(zhuǎn)換。MATLAB軟件具有運(yùn)用程序的端口，使用者可以根據(jù)自身情況，選擇自己所擅長(zhǎng)的程序編寫語(yǔ)言進(jìn)行相關(guān)程序編寫工作。進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者可使用MATLAB軟件對(duì)所需計(jì)算的特定程序或公式進(jìn)行編寫，該功能能夠極大的滿足機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)的個(gè)性化需求。MATLAB中的數(shù)據(jù)計(jì)算和程序編寫均在主程序中進(jìn)行，使用者編寫的軟件可獨(dú)立的進(jìn)行保存再運(yùn)行到主程序中，操作方便易行。

2.2MATLAB的開(kāi)發(fā)環(huán)境在機(jī)械設(shè)計(jì)中的作用

MATLAB的開(kāi)發(fā)環(huán)境主要是對(duì)文件工具以及函數(shù)進(jìn)行使用。使用者可根據(jù)自身的需求，通過(guò)選擇不同的文件工具、函數(shù)或?qū)λ鼈冞M(jìn)行不同形式的排列組合，來(lái)滿足使用者在機(jī)械設(shè)計(jì)中對(duì)MATLAB軟件的需求，方便使用者的個(gè)性化需求。充分利用MATLAB軟件的目標(biāo)函數(shù)庫(kù)和文件工具，通過(guò)便捷的圖形用戶界面，使用者可以快速的找到程序使用的方法，使主程序的作用得到最大程度的體現(xiàn)，幫助使用者在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)能夠更好地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。MATLAB軟件的使用者在開(kāi)發(fā)環(huán)境中還可以選擇使用一些工具包，這些功能全面的工具包可以幫助使用者對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果或程序等進(jìn)行優(yōu)化操作。

2.3MATLAB軟件的圖形處理功能在機(jī)械設(shè)計(jì)方法中的作用

MATLAB軟件具有強(qiáng)大的圖形處理功能，其圖形處理能力甚至不遜色于專業(yè)的圖形處理軟件。圖形相對(duì)于數(shù)據(jù)、代碼來(lái)說(shuō)，能夠更為直觀的展示出所設(shè)計(jì)的機(jī)械，使用人員可以選擇程序自帶的函數(shù)庫(kù)、工具包等，輸入相關(guān)數(shù)據(jù)及要求，通過(guò)MATLAB的處理生成圖形。在MATLAB自帶的函數(shù)庫(kù)無(wú)法滿足使用者要求時(shí)，使用者可以通過(guò)自行編程來(lái)進(jìn)行圖形處理的操作。在一定的命令下，MATLAB的圖形處理功能可以自動(dòng)生成二維或三維的圖形，設(shè)計(jì)者可以在圖形上進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的修改和操作，就可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，這對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)人員提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量具有重要的作用。

3　基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)方法的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.1加強(qiáng)MATLAB在機(jī)械設(shè)計(jì)方法中的應(yīng)用程度

基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)方法發(fā)展時(shí)間并不長(zhǎng)，但由于MATLAB在設(shè)計(jì)時(shí)的高效、便利、易操作的特點(diǎn)而深受設(shè)計(jì)者的喜愛(ài)。從新時(shí)代人才培養(yǎng)和技術(shù)推廣兩方面入手，提高機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生以及專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)于MATLAB的學(xué)習(xí)和掌握能力?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)方法的優(yōu)越性十分明顯，加強(qiáng)MATLAB在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用程度，能夠提高現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

3.2規(guī)范MATLAB在機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

MATLAB在一些高校已經(jīng)成為機(jī)械相關(guān)專業(yè)的課程，對(duì)數(shù)學(xué)軟件MATLAB的學(xué)習(xí)和掌握能夠彌補(bǔ)學(xué)生在數(shù)學(xué)計(jì)算分析上的劣勢(shì)。學(xué)生在掌握一定的基礎(chǔ)知識(shí)后，通過(guò)利用MATLAB軟件在計(jì)算、分析、圖形處理中的優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造性和設(shè)計(jì)性。雖然MATLAB軟件能夠替代機(jī)械設(shè)計(jì)中的許多工作，但學(xué)生也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到只有自身具備一定的知識(shí)儲(chǔ)備，才能更好地發(fā)揮軟件的作用，擁有更扎實(shí)的理論知識(shí)，才能更好地投身設(shè)計(jì)實(shí)踐，不應(yīng)當(dāng)因?yàn)榭萍嫉倪M(jìn)步而導(dǎo)致對(duì)課業(yè)學(xué)習(xí)的不重視。

3.3不斷優(yōu)化MATLAB軟件，使其適于機(jī)械設(shè)計(jì)研究

即便MATLAB軟件在現(xiàn)代已經(jīng)得到了較好的應(yīng)用和發(fā)展，MATLAB軟件的相關(guān)技術(shù)和內(nèi)容也應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)的發(fā)展，不斷優(yōu)化MATLAB軟件，使其能夠更好地適于機(jī)械設(shè)計(jì)的研究。MATLAB軟件的設(shè)計(jì)公司可以根據(jù)現(xiàn)有用戶的反饋以及公司對(duì)產(chǎn)品的調(diào)試，不斷完善MATLAB的功能，以軟件更可靠、更簡(jiǎn)潔、更高效的運(yùn)行處理為目標(biāo)，注重用戶體驗(yàn)的便利性和舒適性。基于MATLAB軟件的機(jī)械設(shè)計(jì)方法應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮出MATLAB軟件的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)軟件的輔助幫助設(shè)計(jì)者將機(jī)械設(shè)計(jì)的效果最大程度地體現(xiàn)出來(lái)，從而更好地幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行機(jī)械的設(shè)計(jì)工作。

4　結(jié)語(yǔ)

基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)方法為機(jī)械設(shè)計(jì)提供了可靠的方針數(shù)據(jù)，對(duì)于輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行可行性創(chuàng)新、改進(jìn)設(shè)計(jì)的不足均有極大的幫助。基于MATLAB的機(jī)械設(shè)計(jì)方法能夠縮短設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)流程，降低機(jī)械設(shè)計(jì)所需成本以及設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于追求效率和科技的現(xiàn)代社會(huì)，MATLAB軟件能夠較好地滿足設(shè)計(jì)者的需要。但即便MATLAB軟件在業(yè)內(nèi)擁有較高的認(rèn)可度，但其未來(lái)的發(fā)展仍需與時(shí)俱進(jìn)的對(duì)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)和完善，提高軟件質(zhì)量。

Study on mechanical design method based on MATLAB

SUDong-nan
（School ofOptoelectronic Information，Changchun UniversityofTechnology，Changchun 130012，China）

MATLAB is short for matrix laboratory，which is a commercial mathematical software produced by a US company.Mechanical design based on MATLAB makes design results more intuitive to people through the analog operation.Mathematical software is made up for deficiencies of manual calculation in mechanical design，and to enhance the effectiveness of mechanical design by data calculation and graphic display.

MATLAB；Mechanical design；Method

TH122

B

1674-8646（2016）17-0028-02

2016-07-15

蘇東楠（1989-），女，吉林公主嶺人，助教，碩士研究生，從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化方向研究。

［1］ 陳致水，王娟，羅洪峰，等.MATLAB在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，（30）：18979-18981.

［2］ 李京秀，張煥龍.基于Matlab高階動(dòng)態(tài)電路自動(dòng)計(jì)算平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，（08）：26-28，105.