基于Matlab的機械設計方法研究

沈元元 于晨斯

摘 要：隨著經濟社會的不斷進步和計算機技術的飛速發展，機械設計軟件開發技術取得了巨大的進步，這為各行各業的創新發展提供了十分便利的條件。基于Matlab的數學計算機軟件機械設計方法具有十分突出的設計周期短、方便簡潔、設計效率高等優勢。該研究通過對Matlab的機械設計方法的原理和相關理論知識進行了相應的探討，以期為相關軟件開發人員提供借鑒。

關鍵詞：機械設計 軟件開發 科學技術

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（c）-0063-01

1 有關機械設計和MATLAB優化原理的概述

1.1 機械設計的概念和MATLAB的優化原理

機械設計，也被稱為設計優化，其主要是依賴一些編程系統或者軟件來實現，基于Matlab的機械優化設計是二十世紀六十年代新興的一門新學科，該技術充分結合了計算機技術應用的設計領域和Matlab的優化原理，這有利于為機械工程設計提供重要的現代設計方案。[1]軟件開發人員應當綜合考慮機械產品的大小、輪廓和幾何圖形等因素，充分運用固定的載荷、環境條件和充分發揮機械系統的應用功能，提升科學合理地設計和編程整個機械設計標準和水平，促進軟件開發人員機械編程系統快速高效地完成整套機械設計的編制和設計工作。[2]機械設計人員應當選取合理的設計變量參數，嚴格按照約束條件和目標函數使現代機械設計方法能夠實現最優化。

1.2 MATLAB和機械設計的聯系及特點分析

Matlab作為一種包含目標函數、控制語句、數據結構、對象編程的高級陣列語言， Matlab和機械設計軟件開發人員應當控制好輸出和輸入系統，有效指引用戶在命令窗口中輸入有效的執行命令，編寫靈活科學的應用程序和運行。然而，新型的Matlab語言是以C++計算機語言為基礎的，但語法特征保持一致，而且更加簡潔明了，使得科技人員能夠快速的適應數學表達式的書寫格式。新型的Matlab語言與機械技術的聯系更加密切，相輔相成，也具有方便非計算機專業科技人員的使用習慣。具有可拓展性強、可移植性好、工具方便特點的新型Matlab語言，有利于深入分析科學研究和工程計算的不同領域，使軟件用戶能夠充分利用Matlab的目標函數和數據文件，具體包括Matlab桌面的編輯器和調試器，做好路徑搜索和用戶瀏覽工作，確保調試系統的完備程序的有序運行。

2 MATLAB原理在機械設計中的運用探究

2.1 MATLAB在機械設計計算機語言中的運用

由于MATLAB原理廣泛運用于具備很多的運用子程序的機械優化設計中， 具備良好的語言指導功能和相當高的可靠性。Matlab軟件開發人員為了實現機械設計整套的運行程序和縝密的設計環節。Matlab的技術人員應當充分利用個性化的工具箱，嚴格遵循完整的拓展程序，機械設計應當直接運用MATLAB的主程序，充分發揮Matlab原理在語言運用環境和運用程序的接口。計算機軟件語言有利于更好地控制機械設計流程，合理地調用對函數的設計過程以及精確有效地計算出計算機的數據指令，使得軟件開發人員還應當通過語言編寫程序的代碼，做好輸入輸出操作控制工作。

2.2 MATLAB在機械設計開發環境方面的運用

基于Matlab的機械優化設計在開發環境方面具有優先使用目標函數和文件工具的作用，有利于方便使用者對機械設計的需求，充分運用函數庫的目標函數和文件工具，實現圖形用戶界面的設計轉化，進而方便軟件開發人員快速找到程序的突破口，合理運用機械設計的運行程序，充分發揮機械優化設計的開發環境功能，使設計者能夠快速保存Matlab文件，充分發揮計算機主程序的合理運用，直接做好預期的設計結果，使得主程序能夠很好地實現機械優化設計的命令窗口，有利于更好地發揮執行同步輸入結果和程序輸入的功能，實現創新安全、穩定的機械設計開發環境。

2.3 MATLAB數學函數庫和圖形處理的運用

Matlab數學函數庫主要作用于可視化操作系統和數值計算探究，是集眾多目標函數于一體的函數調用庫，它可以有效進行數學運算，機械設計者在進行系統設計的過程中，能夠預先存入許多的目標函數，有利于對數據庫的數值進行精確計算，Matlab的工具箱可以幫機械軟件開發人員解決一系列重大復雜的工程問題和工業設計問題，有利于使Matlab的仿真功能實現數學函數庫的充分調用，也有利于函數庫進行相關的圖像顯示，方便技術操作人員進行相應的可視化操作，進而簡化相應的機械設計操作流程和目標函數編寫過程。Matlab在圖形處理方面也具有強大的功能操作系統，其可以直觀地展現圖形代碼和操作程序，主動生成相應的目標圖形，有利于提高機械工作人員的工作效率。

3 基于Matlab優化設計軟件開發的程序編寫和必要性探究

3.1 Matlab優化設計軟件開發的程序編寫

基于Matlab的機械優化設計技術主要采用模塊化的設計思維方式，該設計原理主要設置一個主程序和若干各子程序，綜合考慮機械運行的各個零部件，將優化設計原理充分運用到各子窗口運行程序中，使機械設計程序結構更加清晰、明確，這有利于簡化運行程序的設計結構和運行構造，機械優化設計技術人員還應當積極調用主程序窗口系統，優化子窗口程序的運行系統，這些程序窗口需要嚴格按照機械專業的大綱要求充分掌握主要的優化算法，尤其要遵照大綱不同的難易程度優化不同問題的具體解決辦法，充分選擇基于Matlab的機械優化設計技術的優化方法，然后根據系統的運行程序提示點擊“下一步”操作按鈕，再進入目標函數的子窗口程序進行相應的操作。

3.2 Matlab優化設計軟件的必要性

基于Matlab原理建立的機械優化設計軟件，主要適用于軟件開發的實驗教學環節，有利于使設計軟件的客戶能夠直觀了解到機械軟件優化設計的基本方法和基本程序的操作流程。這有利于加深機械優化設計軟件的理解，創新機械設計軟件的優化算法，完善程序編程方法技巧和軟件優化算法流程圖，也有利于技術軟件開發人員對操作程序進行代碼注解，優化設計軟件的編寫程序，充分利用Matlab優化原理編制機械優化設計的各種教學軟件，使用戶能夠及時地掌握目標函數的計算機編程方法和特點，還有利于軟件用戶優化不同的優化算法對比方式，結合具體的算式和試驗實例。

4 結語

綜上所述，為了保證機械制造產品的高質量和高效率的基礎，軟件開發人員應當關注機械設計的重要性。隨著越來越多的實用機械優化設計程序和編程軟件的日益復雜和形式的多元化，軟件開發人員應當根據軟件或者程序的不同特點和適用范圍，尤其要注意對優化方法和初始參數的合理選擇，采用靈活多樣的解決方法解決具體問題。由于基于Matlab的語言優化工具箱具有簡單的初始參數，使機械技術能夠符合工程設計的語言要求，進而促進機械設計的優化和創新。

參考文獻

[l] 曹保金.基于MATLAB的機械設計方法研究[D].西華大學，2010.