1 引言
MATLAB(Matrix Laboratory)是一种流行的数学软件,非常适合矩阵运算,它可将复杂的数学计算过程表示为一个程序(以后可随意调用),还可用三维图形、图像、声音和动画等方便快捷地表达计算结果,帮助逻辑思维。此外,MATLAB软件中还有几十种工具箱,可用于各类科研工作。目前MATLAB软件不仅已成为大学教学的实验软件之一,而且正逐步推广应用于工程界。本文结合具体实例,应用MATLAB软件对某种型号刀具的使用寿命进行了统计分析与假设检验,初步展示了MATLAB软件在机械工程中的广阔应用前景。
2 应用MATLAB软件统计分析刀具寿命
在某一道工序中,用自动车床连续加工某种零件。因刀具损坏等原因将引起加工故障,设故障的出现具有随机性,并假定加工任一零件时出现故障的机会相等。操作人员通过检测零件来确定工序是否出现故障。现积累有100 次故障记录,当故障出现时该批刀具加工完成的零件数如下:
| 459 |
362 |
624 |
542 |
509 |
584 |
433 |
748 |
815 |
505 |
| 612 |
452 |
434 |
982 |
640 |
742 |
565 |
706 |
593 |
680 |
| 926 |
653 |
164 |
487 |
734 |
608 |
428 |
1153 |
593 |
844 |
| 527 |
552 |
513 |
781 |
474 |
388 |
824 |
538 |
862 |
659 |
| 775 |
859 |
755 |
49 |
697 |
515 |
628 |
954 |
771 |
609 |
| 402 |
960 |
885 |
610 |
292 |
837 |
473 |
677 |
358 |
638 |
| 699 |
634 |
555 |
570 |
84 |
416 |
606 |
1062 |
484 |
120 |
| 447 |
654 |
564 |
339 |
280 |
246 |
687 |
539 |
790 |
581 |
| 621 |
724 |
531 |
512 |
577 |
496 |
468 |
499 |
544 |
645 |
| 764 |
558 |
378 |
765 |
666 |
763 |
217 |
715 |
310 |
851 |
试统计分析该工序中刀具使用寿命的分布规律。
- 统计分析步骤
- 数据录入
- 首先将各行数据按行向量输入,构成矩阵,然后将X 矩阵存为新文件data。在图1 所示MATLAB软件命令窗口输入如下12 行内容后按Enter 键:
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 图1 MATLAB软件命令窗口
|
- x1 =[459 362 624 542 509 584 433 748 815 505];
- x2 =[612 452 434 982 640 742 565 706 593 680];
- x3 =[926 653 164 487 734 608 428 1153 593 844];
- x4 =[527 552 513 781 474 388 824 538 862 659];
- x5 =[775 859 755 49 697 515 628 954 771 609];
- x6 =[402 960 885 610 292 837 473 677 358 638];
- x7 =[699 634 555 570 84 416 606 1062 484 120];
- x8 =[447 654 564 339 280 246 687 539 790 581];
- x9 =[621 724 531 512 577 496 468 499 544 645];
- x10 =[764 558 378 765 666 763 217 715 310 851];
- x =[x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10];
- save data x
- 则在MATLAB软件安装文件夹的子文件夹bin里,立即出现一个新文件data。需要说明,在以后的每一步骤里都要用load data命令调用该数据文件。
- 作频数直方图
- 在MATLAB命令窗口输入如下两行内容后按Enter 键:
- load data
- hist(x,10)
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 图2 频数直方图
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 图3 刀具寿命分布的正态性检验结果 |
- 则在图形窗口可立即显示如图2 所示的频数直方图。由图2 可得出初步结论:该批刀具的使用寿命可能服从正态分布规律。
- 刀具寿命分布的正态性检验
- 在MATLAB命令窗口输入如下两行内容后按Enter 键:
- load data
- normplo(t x)
- 则在图形窗口可立即显示如图3 所示的刀具寿命分布正态性检验结果。由于图3 中100 个离散点非常靠近倾斜直线段,因此可得出结论:该批刀具的使用寿命近似服从正态分布规律。
- 参数估计
- 在MATLAB命令窗口输入如下两行内容后按Enter 键:
- load data
- [muhat,sigmahat,muci,sigmaci]= normfit(x)
- 则可立即估计出该批刀具寿命的均值为594,方差为204.1301;均值的0.95置信区间为[553.4962,634.5038],方差的0.95置信区间为[179.2276,237.1329]。
- 假设检验
- 已知该批刀具的使用寿命服从正态分布,现在方差未知的情况下检验其均值m 是否等于594。
- 在MATLAB命令窗口输入如下两行内容后按Enter 键:
- load data
- [h,sig,ci]= ttest(x,594)
- 则可得数据结果:h=0,sig=1,ci=[553.4962,634.5038]。
- 检验结果:①布尔变量h=0,表示不拒绝零假设,说明提出的假设“寿命均值594”是合理的;②95%的置信区间为[553.5,634.5],它完全包括594,且精度很高;③sig 的值为1,远超过0.5,不能拒绝零假设。
3 结语
应用MATLAB软件统计分析刀具使用寿命具有高效、便捷、形象等优点。在大学教学、工程分析和科学研究中,MATLAB软件正逐步取代FORTRAN语言和BASIC语言,起着越来越重要的作用。可以预见,MATLAB软件在工程界将获得日益广泛的应用。
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