導(dǎo)語：數(shù)學(xué)模型產(chǎn)品設(shè)計(jì)論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的理論分析

作為一個(gè)新產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)開始之前，不僅要明確創(chuàng)造產(chǎn)品的目的，而且要搞清楚有哪些約束縮小了設(shè)計(jì)方案的選擇。這些約束通常是以準(zhǔn)確表達(dá)出的條件或者以技術(shù)要求的形式表示出來的，符合這些約束的任何一個(gè)方案，都被認(rèn)為是可行的，設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是找到這個(gè)可行方案，哪怕是只有一個(gè)。如果設(shè)置的約束不很嚴(yán)格，能夠存在多個(gè)允許的方案集。在這種情況下，比較并選擇在不同的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面有優(yōu)越性的方案，或者選擇最優(yōu)的方案。在本質(zhì)不確定的條件下，常常是很難甚至不可能找到最優(yōu)的方案并證明它的存在。在解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，許多計(jì)算公式和數(shù)量關(guān)系是接近的，因?yàn)樗鼈兪墙⒃诮y(tǒng)計(jì)依賴關(guān)系或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上。因此應(yīng)慎重評價(jià)得到的設(shè)計(jì)方案與實(shí)際最優(yōu)方案的相近性。在進(jìn)行功能設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的主要特點(diǎn)歸結(jié)于設(shè)計(jì)者的關(guān)注點(diǎn)，主要集中在可能的方案綜合方法選擇上。而僅僅是在可能的方案集形成以后，或是找到可能的方案形成的有效計(jì)算法以后，才會(huì)面臨選擇獲取最優(yōu)方案的方法問題。從本質(zhì)上說，優(yōu)化所有這些方法就是對可能的方案離散集合尋找最適條件。個(gè)別情況下，可能的方案集被以確定的一組某個(gè)結(jié)構(gòu)表示出來，能夠采用已知的優(yōu)化方法，如網(wǎng)式優(yōu)化法、排列優(yōu)化法等。

2案例分析

以飛機(jī)上的殼體零件為例，在使用過程中，殼體處于強(qiáng)大氣流中，承受空氣動(dòng)力負(fù)載，除此之外，它還是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)動(dòng)力布局的一部分。在殼體設(shè)計(jì)的不同階段，創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。在擬定技術(shù)建議階段，為了下一步設(shè)計(jì)，形成產(chǎn)品Ai主要輪廓F（Ai）的組成，這些主要輪廓確定了產(chǎn)品的功能用途。對于殼體而言，主要輪廓的組成與工作用途輪廓的描述一樣，直接影響了殼體的結(jié)構(gòu)方案和工藝性指標(biāo)的選擇：FP11為外圈輪廓的圓柱表面；FP12為法蘭接合處輪廓；FP13為殼體的長度L；FP14為殼體內(nèi)孔輪廓表面；…FP21為外圈輪廓相對理論表面FP11的許可偏差ΔP22；FP22為殼體長度許可偏差ΔP22；FP23為接合處平面平行度許可偏差ΔP23；FP24為內(nèi)孔輪廓許可的表面粗糙度Ra……在構(gòu)思結(jié)構(gòu)方案的過程中，殼體的結(jié)構(gòu)方案分割性質(zhì)是不同的，如整體性程度不同，結(jié)構(gòu)材料不同，毛坯可能的形式不同等。在這個(gè)階段借助于生產(chǎn)工藝準(zhǔn)備模型和生產(chǎn)模型，進(jìn)行殼體工藝性評價(jià)，生產(chǎn)工藝準(zhǔn)備模型能夠評價(jià)生產(chǎn)工藝準(zhǔn)備的時(shí)間長短，生產(chǎn)模型則能夠擴(kuò)展評價(jià)制造產(chǎn)品所需的勞動(dòng)消耗。針對各種不同的生產(chǎn)過程，對應(yīng)有不同的殼體結(jié)構(gòu)方案，整體式殼體，這種殼體可由金屬鑄造或者由非金屬材料壓制成型，并需要外圓表面和兩端面加工；雙半殼體組合的焊接殼體，所示，這種殼體是由兩個(gè)鍛件經(jīng)輾壓得到的，并需要外圓表面和兩端面加工與焊接；焊接外殼和法蘭組合的焊接殼體，它是由兩個(gè)法蘭和一個(gè)外殼組成，主要的聯(lián)接工序是焊接及其后的外圓表面加工；非金屬外殼和金屬法蘭組合的殼體，它是由一個(gè)非金屬外殼和兩個(gè)金屬法蘭組成，并需要外圓表面的加工和法蘭的緊固聯(lián)接。為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，在設(shè)計(jì)階段便對殼體的結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行分析。為評價(jià)其工藝性，選擇一個(gè)與安裝的對接螺釘相匹配的殼體空腔。從圖中可以清楚地看到，空腔可能是圓柱形的，或者是長橢圓形的（A向視圖示）。前一種情況，空腔只能由鉆和锪來實(shí)現(xiàn)。但為了螺釘頭能固定在空腔壁上，必須把孔锪到對接螺釘?shù)南路剑坏诙N情況，不要求锪孔，空腔用不少于二道的工序加工完成，即鉆和銑。在設(shè)計(jì)階段，確定工藝性的任務(wù)包含在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)元素加工工序和工步方案的評價(jià)之中，解決這個(gè)任務(wù)需借助于基于工序、工步和具體類型設(shè)備和工裝水平上的生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。

3結(jié)語

產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化方法有多種，借助于數(shù)學(xué)模型，在草圖設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計(jì)等階段，建立析取或合取形式的數(shù)學(xué)模型，模型簡單、直觀，便于進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，進(jìn)而達(dá)到設(shè)計(jì)方案優(yōu)化的目的。

作者:張永春單位:大連海洋大學(xué)