1.2.1最优化设计的应用及发展

“最优化设计”是在现代计算机广泛应用的基础上发展起来的一项新技术。是根据最优化原理和方法综合各方面的因素，以人机配合方式或“自动探索”方式，在计算机上进行的半自动或自动设计，以选出在现有工程条件下的最佳设计方案的一种现代设计方法，其设计原则是最优设计；设计手段是电子计算机及计算程序；设计方法是采用最优化数学方法。

实践证明，最优化设计是保证产品具有优良的性能，减轻自重或体积，降低工程造价的一种有效的设计方法。同时也可以使设计者从大量烦琐和重复的计算工作中解脱出来，使之有更多的精力从事创造性的设计，并大大提高设计效率。

50年代以前，用于解决最优化问题的数学方法仅限于古典的微分法和变分法。50年代末数学规划方法被首次用于结构最优化，并成为优化设计中求优方法的理论基础。在数学规划方法的基础上发展起来的最优化设计，是60年代出电子计算机引入结构设计领域后逐步形成的一种有效的设计方法。利用这种方法，不仅使设计周期大大缩短，计算精度显著提高，而且可以解决传统设计方法所不能解决的比较复杂的最优化设计问题。大型电子计算机的出现，使最优化设计方法及其理论蓬勃发展，在许多科学领域中得到应用，近几十年来，最优化设计方法已陆续用到建筑结果、化工、冶金、铁路、航天航空、造船、机床、汽车、自动控制系统、电力系统以及电机电器等工程设计领域，并取得了显著效果。虽然其在机械设计方面的应用尚处于早期阶段，但是也已经取得了丰硕的成果。一般来说对于工程设计问题，所涉及的因素愈多，问题愈复杂，最优化设计结果所取得的效益就愈大。

最优化设计反映出人们对于设计规律这一客观世界认识的深化。设计上的“最优值”是指在一定条件（各种设计因素）影响下所能得到的最佳设计值。最优值是一个相对概念。它不同于数学上的极值，但很多情况下可以用最大值或最小值来表示。

概括起来，最优化设计工作包括以下两部分内容[2]：

（1）将设计的物理模型转化为数学模型。建立数学模型时要选取设计变量，列出目标函数，给出约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式；

（2）采取适当的最优化设计方法，求解数学模型。可归结为在给定的条件（如约束条件）下求目标函数的极值或最优值问题。

圆柱齿轮的最优化设计，就是在给定的载荷或环境条件下，对其性态、几何尺寸关系或其它因素的限制（约束）范围内，选取设计变量，建立目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法。设计变量、目标函数和约束条件这三者在设计空间的几何表示中构成设计问题。“最优化设计”将在未来的工程实际中的应用将越来越广泛，越来越具有现实意义。

1.2.2 MATLAB的GUI的应用及优缺点

Matlab的GUI界面的开发比较简单而且能够运用Matlab自带的各种函数，这使得它的设计十分的简单，通过比较直观的方式创建界面，并在创建的按钮中加入返馈函数就可以实现界面的设计。Matlab的GUI是学习其他界面编程的入门指导。如果学好了Matlab GUI，再来学习其他界面编程，比如QT编程、flash、actionScript编程等，都会觉得非常容易。但是Matlab的GUI只能在自己的环境下运行，在没有装Matlab的计算机中运行需要安装别的东西，比较不方便。但是对于本科生来说，Matlab的GUI应该是一种比较易于掌握的界面设计软件了。