现代设计理论与方法2022/7/111标题添加点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容前言点击此处输入相关文本内容标题添加点击此处输入相关文本内容2现代设计理论与方法课程内容由数学计算软件MATLAB和有限元分析软件ANSYS两部分组成，主要介绍软件的基本知识、基本用途和使用方法，通过上机操作实践培养应用此软件的能力。本课程在人才培养体系中的作用使学生具有较强的工程素质以及工程技术综合应用能力，毕业后能从事机械工程方面的设计、制造、研究开发和维护与使用、生产及经营管理等方面的工作。在计算机技术不断发展与普及的今天，机械工程方面的设计、制造与研究开发领域中，计算机的应用已十分普遍。因此，十分有必要在计算机基础课程的教学之后再进一步使学生掌握一些在现代设计方法中常用的应用软件。本课程是计算机教学的进一步发展，也是在专业课及诸设计类课程中应用计算机工具的一个基础。应该指出，现代设计方法的应用软件是十分丰富的，目前根据学时与需要，本课程只包含MATLAB数学计算软件和ANSYS有限元计算软件两部分。本课程主要介绍有关软件的基本知识，使学生熟悉这些软件的基本用途和使用方法，通过上机操作实践培养实际使用此软件的能力，使学生较熟练地使用这些软件处理与专业有关的基本问题。教学方法本课程采用多媒体教学手段，结合屏幕投影显示实际操作状态进行教学。学习应用软件必须与上机操作实践密切结合，要求同学在每次课堂教学后进行上机操作。2022/7/113I.MATLAB语音及其应用 在欧美各高等学校，MatlabMatlab成为线性代数、自动控制理论、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等诸多课程的基本教学工具，成为本科生、硕士生和博士生的必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MatlabMatlab已被广泛地用于研究和解决各种具体的工程问题。可以预见，MatlabMatlab将在我国科学研究和工程应用中发挥越来越大的作用。2022/7/114I.MATLAB语音及其应用 讲授MATLABMATLAB语言基础入门知识，介绍MATLABMATLAB产品的体系、MATLABMATLAB桌面工具的使用方法，重点介绍MATLABMATLAB的数据可视化、数值计算的基本步骤以及如何使用MATLABMATLAB语言编写整洁、高效、规范的程序。通过本课程的学习，了解、熟悉、掌握 MATLABMATLAB的基本编程方法，并具有初步的利用计算机处理、解决实际问题的能力，为进一步学习后续的专业课程做好准备。本课程的目的（Objectives of This CourseObjectives of This Course ）本课程的特点（Features of This CourseFeatures of This Course ）交叉性课程，是计算机技术、数学理论知识以及诸多工程理论知识的综合。实践性课程。内容多，课时少，要求同学上课认真听讲，课后进行上机实践消化、理解、掌握课上讲解内容。2022/7/115I.MATLAB语音及其应用课堂教学共1212学时；（1-81-8周）主要参考书精通MATLAB 6.5MATLAB 6.5张志涌 等编著，北航出版，20032003年高等应用数学问题的MatlabMatlab求解 薛定宇等著，清华大学出版社，20042004年MatlabMatlab程序设计与应用 刘卫国主编，高等教育出版社2022/7/116第一讲 Matlab概述前言MatlabMatlab软件概述MatlabMatlab的桌面环境及入门知识 2020/7/217Application of Matlab Language1 Matlab1 Matlab概述内容MatlabMatlab发展历史MatlabMatlab产品家族(MatlabMatlab family of productsfamily of products)体系Matlab Matlab 语言的特点。目的全面了解 MatlabMatlab软件包激发对MatlabMatlab软件的学习兴趣。2020/7/218Application of Matlab Language1.1 MATLAB的历史及影响 7070年代中期，Cleve MolerCleve Moler博土及其同事在美国国家基金会的帮助下，开发了LINPACKLINPACK和EISPACKEISPACK的FORTRANFORTRAN语言子程序库，这两个程序库代表了当时矩阵运算的最高水平。到了7070年代后期，身为美国新墨西哥州大学计算机系系主任的CIeve MolerCIeve Moler，在给学生上线性代数课时，为了让学生能使用这两个子程序库，同时又不用在编程上花费过多的时间，开始着手用FORTRANFORTRAN语言为学生编写使用LINPACKLINPACK和EISPACKEISPACK的接口程序，他将这个程序取名为MATLABMATLAB，其名称是由MATrixMATrix和 LABoratoryLABoratory（矩阵实验室）两个单词的前三个字母所合成。在19781978年，MalabMalab就面世了。这个程序获得了很大的成功，受到了学生的广泛欢迎。在以后的几年里，MatlabMatlab在多所大学里作为教学辅助软件使用，并作为面向大众的免费软件广为流传。CleveMoler 2020/7/219Application of Matlab Language 将MATLABMATLAB商品化的不是Cleve MolerCleve Moler,而是一个名叫Jack LittleJack Little的人。当免费的MATLABMATLAB软件到StanfordStanford大学，Jack LittleJack Little正在该校主修控制，便接触到了当时MATLABMATLAB，直觉告诉他，这是一个具有巨大发展潜力的软件。因此他在毕业沒多久，就开始用C C语言重新编写了MATLABMATLAB的核心。在MolerMoler的协助下，于19841984年成立MathWorksMathWorks公司，首次推出MATLABMATLAB商用版。在其商用版推出的初期，MATLABMATLAB就以其优秀的品质（高效的数据计算能力和开放的体系结构）占据了大部分数学计算软件的市场，原来应用于控制领域里的一些封闭式数学计算软件包（如英国的UMISTUMIST、瑞典的LUNDLUND和SIMNONSIMNON、德国的KEDDCKEDDC）就纷纷被淘汰或在MATLABMATLAB上重建。Jack Little 2020/7/2110Application of Matlab Language Cleve MolerCleve Moler至今仍是该公司的首席科学家，他以6060多岁的高龄，还常常亲自进行撰写程序的工作，非常令人佩服。如果你有数值运算方面的高水平问题，寄到 MathWorks MathWorks 后，大部份还是会由 Cleve MolerCleve Moler亲自回答。在19941994年，PentiumPentium芯片曾发生FdivFdiv的bugbug，当时Cleve MolerCleve Moler是第一个以软件方式解决此 bugbug的人，曾一时脍炙人口。在公司初创的五年，Jack LittleJack Little非常辛苦，常常身兼数职（董事长、总经理、推销、程序开发等），但公司一直稳定发展，从当初的一人公司，到19931993年的200200人，到20002000年的 500500余人，到20052005年公司员工达到了13001300人，不但打败其他竞争软件，而且前景一片欣欣向荣。根据Jack LittleJack Little个人说法，MATLABMATLAB早期成功的两大因素是：选用了C C语言及选定PCPC为主要平台，这似乎和微软的成功有相互呼应之妙。MathWorksMathWorks公司，目前仍然是私人企业，并未上市，这和Jack LittleJack Little个人理念有关，他认为MATLABMATLAB的设计方向应该一直是以顾客的需求与软件的完整性为首要目标，而不是以盈利为主要目的，因此MATLABMATLAB一直是在稳定中求进步，而不会因为上市而遭受股东左右其发展方向。这也是为什么MATLABMATLAB新版本总是姗姗来迟的原因，因为他们不会因为市场的需求而推出不成熟的产品。此外，由于Jack LittleJack Little保守的个性，也使得MathWorksMathWorks不曾跨足MATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink以外的行业，当前商场上纷纷扰扰的并购或分家，MathWorksMathWorks完全是绝缘体。2020/7/2111Application of Matlab Language 1992 1992年，支持Windows 3.xWindows 3.x的MATLAB 4.0MATLAB 4.0版本推出，增加了SimulinkSimulink，ControlControl，Neural NetworkNeural Network，Signal ProcessingSignal Processing等专用工具箱。1993 1993年1111月，MathWorksMathWorks公司推出了Matlab 4.1Matlab 4.1，其中主要增加了符号运算功能。当升级至Matlab 4.2cMatlab 4.2c，这一功能在用户中得到广泛应用。1997 1997年，Matlab 5.0Matlab 5.0版本问世了,实现了真正的3232位运算，加快数值计算，图形表现有效。2001 2001年初，MathWorksMathWorks公司推出了Matlab 6.0Matlab 6.0（R12R12）。2002 2002年7 7月，推出了Matlab 6.5(R13)Matlab 6.5(R13)，在这一版本中SimulinkSimulink升级到了5.05.0，性能有了很大提高，另一大特点是推出了JITJIT程序加速器，MatlabMatlab的计算速度有了明显的提高。2005 2005年9 9月，推出了MAILAB 7.1(Release14 SP3)MAILAB 7.1(Release14 SP3)，在这一版本中SimulinkSimulink升级到了6.36.3，软件性能有了新的提高，用户界面更加友好。值得说明的是，Matlab V7.1Matlab V7.1版采用了更先进的数学程序库，即“LAPACK”LAPACK”和“BLAS”BLAS”。目前，MatlabMatlab软件支持多种系统平台，如常见的WindowsNT/XPWindowsNT/XP、UNIXUNIX、LinuxLinux等。Matlab版本的发展 2020/7/2112Application of Matlab Language MATLABMATLAB就是这样经过了近3030年的专门打造、2020多年的千锤百炼，它以高性能的数组运算（包括矩阵运算）为基础，不仅实现了大多数数学算法的高效运行函数和数据可视化，而且提供了非常高效的计算机高级编程语言，在用户可参与的情况下，各种专业领域的工具箱不断开发和完善，MATLABMATLAB取得了巨大的成功，已广泛应用于科学研究、工程应用，用于数值计算分析、系统建模与仿真。早在2020世纪9090年代初，欧美等发达国家的大学就将MATLABMATLAB列为一种必须掌握的编程语言。近几年来，国内的很多大学也将MATLABMATLAB列为了本科生必修课程。与MapleMaple、MathematicaMathematica数学计算软件相比，MATLABMATLAB以数值计算见长，而MapleMaple等以符号运算见长，能给出解析解和任意精度解，而处理大量数据的能力远不如MATLABMATLAB。MATLABMATLAB软件功能之