蘇東楠

（長春理工大學光電信息學院，長春 130012）

基于MATLAB的機械設計方法研究

蘇東楠

（長春理工大學光電信息學院，長春 130012）

MATLAB是matrix laboratory的簡稱，意為矩陣實驗室，是美國一家公司出品的一款商業(yè)數(shù)學軟件?；贛ATLAB的機械設計是將機械設計結果通過MATLAB軟件的仿真模擬運算，從而將設計成果更為直觀地展示出來的機械設計方法。利用數(shù)學軟件彌補人工計算在機械設計中的不足，通過對數(shù)據(jù)進行計算、對圖形進行展示等形式，加強機械設計的有效性。

MATLAB；機械設計；方法

1　基于MATLAB的機械設計方法

1.1MATLAB的簡要介紹

MATLAB是由matrix（矩陣）和laboratory（實驗室、研究室）兩個單詞組成，其基本的數(shù)據(jù)單位為矩陣，MATLAB與Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學軟件，在研究領域具有極高的認可程度。MATLAB可以進行矩陣運算、創(chuàng)建用戶界面、繪制函數(shù)和生成數(shù)據(jù)、運行算法等處理，并且MATLAB語言與計算機語言特征相一致，能夠很好地與計算機進行配合，更加方便、高效地進行數(shù)據(jù)的處理。MATLAB的功能主要應用于圖形的處理、設計的控制、信號的測試、數(shù)據(jù)的計算等領域，基于MATLAB的機械設計方法起源于上世紀60年代左右，屬于新興起的研究學科。

1.2機械設計的主要方法及大致過程

機械設計是根據(jù)生產(chǎn)所需的要求，以機械原理、材料力學、結構力學等學科為依據(jù)，對機械的工作原理、運動方式、能量傳遞結構、機械中各零部件的形狀、動力方式、潤滑方式等設計內容進行構思，并且通過分析和計算將其進行描述轉化為機械的生產(chǎn)制造依據(jù)的過程。機械設計是人類智慧創(chuàng)造的體現(xiàn)，需要以查閱資料、繪圖、計算、分析、成果模型試驗等具體工作的參與。隨著科技的發(fā)展，越來越多的工作可以由計算機來高效的替代，MATLAB軟件在機械設計多項工作中的參與，提高了機械設計的便利性和設計效率，從而更有利于人類智慧的發(fā)揮。

1.3MATLAB軟件在機械設計中的應用優(yōu)勢

MATLAB軟件對于數(shù)據(jù)、圖形、函數(shù)等出色的處理能力使得其在機械設計中體現(xiàn)出充分的應用價值。在進行機械設計時，設計者或設計團隊可以將設計成果通過MATLAB軟件進行分析、計算以及仿真模擬。MATLAB軟件中具有豐富的函數(shù)庫，并且使用者可根據(jù)使用需要，通過MATLAB語言進行所需公式的匯編，即使是非計算機專業(yè)的人員也能夠方便的使用。與傳統(tǒng)的機械設計方法相比，基于MATLAB的機械設計無須進行人工繪圖，修改時也無須在圖紙上反復進行修改繪制等低效率的設計工作。通過仿真可直接體現(xiàn)出所設計機械的可行性，對其中的結構強度、零件工作情況等數(shù)據(jù)進行分析和計算，設計人員可以通過仿真、數(shù)據(jù)等處理結果對機械設計情況進行了解，從而有針對性的進行完善和改進。MATLAB軟件極大的節(jié)約了數(shù)據(jù)分析、處理的時間，降低了機械設計所需的成本，提高了機械設計效率和質量。

2　MATLAB軟件在機械設計方法研究中的作用

2.1MATLAB語言在機械設計方法中的作用

MATLAB中的語言是一種高級陣列語言，包含了目標函數(shù)、控制語句、數(shù)據(jù)結構以及對象編程等內容，其本身就是一種計算機語言，與高級程序設計語言相似，因此在使用時無須進行語言轉換。MATLAB軟件具有運用程序的端口，使用者可以根據(jù)自身情況，選擇自己所擅長的程序編寫語言進行相關程序編寫工作。進行機械設計時，設計者可使用MATLAB軟件對所需計算的特定程序或公式進行編寫，該功能能夠極大的滿足機械設計時的個性化需求。MATLAB中的數(shù)據(jù)計算和程序編寫均在主程序中進行，使用者編寫的軟件可獨立的進行保存再運行到主程序中，操作方便易行。

2.2MATLAB的開發(fā)環(huán)境在機械設計中的作用

MATLAB的開發(fā)環(huán)境主要是對文件工具以及函數(shù)進行使用。使用者可根據(jù)自身的需求，通過選擇不同的文件工具、函數(shù)或對它們進行不同形式的排列組合，來滿足使用者在機械設計中對MATLAB軟件的需求，方便使用者的個性化需求。充分利用MATLAB軟件的目標函數(shù)庫和文件工具，通過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)，幫助使用者在機械設計時能夠更好地優(yōu)化設計方案。MATLAB軟件的使用者在開發(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設計結果或程序等進行優(yōu)化操作。

2.3MATLAB軟件的圖形處理功能在機械設計方法中的作用

MATLAB軟件具有強大的圖形處理功能，其圖形處理能力甚至不遜色于專業(yè)的圖形處理軟件。圖形相對于數(shù)據(jù)、代碼來說，能夠更為直觀的展示出所設計的機械，使用人員可以選擇程序自帶的函數(shù)庫、工具包等，輸入相關數(shù)據(jù)及要求，通過MATLAB的處理生成圖形。在MATLAB自帶的函數(shù)庫無法滿足使用者要求時，使用者可以通過自行編程來進行圖形處理的操作。在一定的命令下，MATLAB的圖形處理功能可以自動生成二維或三維的圖形，設計者可以在圖形上進行一些簡單的修改和操作，就可以對設計進行修改，這對于機械設計人員提高設計效率和質量具有重要的作用。

3　基于MATLAB的機械設計方法的未來發(fā)展趨勢

3.1加強MATLAB在機械設計方法中的應用程度

基于MATLAB的機械設計方法發(fā)展時間并不長，但由于MATLAB在設計時的高效、便利、易操作的特點而深受設計者的喜愛。從新時代人才培養(yǎng)和技術推廣兩方面入手，提高機械設計專業(yè)學生以及專業(yè)設計人員對于MATLAB的學習和掌握能力。現(xiàn)代設計方法中基于MATLAB的機械設計方法的優(yōu)越性十分明顯，加強MATLAB在機械設計中的應用程度，能夠提高現(xiàn)代機械設計效率和質量。

3.2規(guī)范MATLAB在機械設計專業(yè)教學中的應用

MATLAB在一些高校已經(jīng)成為機械相關專業(yè)的課程，對數(shù)學軟件MATLAB的學習和掌握能夠彌補學生在數(shù)學計算分析上的劣勢。學生在掌握一定的基礎知識后，通過利用MATLAB軟件在計算、分析、圖形處理中的優(yōu)勢，充分發(fā)揮自身的創(chuàng)造性和設計性。雖然MATLAB軟件能夠替代機械設計中的許多工作，但學生也應當認識到只有自身具備一定的知識儲備，才能更好地發(fā)揮軟件的作用，擁有更扎實的理論知識，才能更好地投身設計實踐，不應當因為科技的進步而導致對課業(yè)學習的不重視。

3.3不斷優(yōu)化MATLAB軟件，使其適于機械設計研究

即便MATLAB軟件在現(xiàn)代已經(jīng)得到了較好的應用和發(fā)展，MATLAB軟件的相關技術和內容也應當與時俱進的發(fā)展，不斷優(yōu)化MATLAB軟件，使其能夠更好地適于機械設計的研究。MATLAB軟件的設計公司可以根據(jù)現(xiàn)有用戶的反饋以及公司對產(chǎn)品的調試，不斷完善MATLAB的功能，以軟件更可靠、更簡潔、更高效的運行處理為目標，注重用戶體驗的便利性和舒適性?；贛ATLAB軟件的機械設計方法應當充分發(fā)揮出MATLAB軟件的優(yōu)勢，通過軟件的輔助幫助設計者將機械設計的效果最大程度地體現(xiàn)出來，從而更好地幫助設計者進行機械的設計工作。

4　結語

基于MATLAB的機械設計方法為機械設計提供了可靠的方針數(shù)據(jù)，對于輔助設計人員進行可行性創(chuàng)新、改進設計的不足均有極大的幫助。基于MATLAB的機械設計方法能夠縮短設計時間和設計流程，降低機械設計所需成本以及設計風險，對于追求效率和科技的現(xiàn)代社會，MATLAB軟件能夠較好地滿足設計者的需要。但即便MATLAB軟件在業(yè)內擁有較高的認可度，但其未來的發(fā)展仍需與時俱進的對軟件進行開發(fā)和完善，提高軟件質量。

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，從事機械設計制造及其自動化方向研究。

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

［2］ 李京秀，張煥龍.基于Matlab高階動態(tài)電路自動計算平臺的設計與實現(xiàn)［J］.實驗室研究與探索，2014，（08）：26-28，105.