丁新星 趙正龍 武瑞

摘 要：本文重點(diǎn)分析了復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)涉及到的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分布情況。為保證在結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)標(biāo)準(zhǔn)中的條款規(guī)則能夠直接指導(dǎo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化業(yè)務(wù)活動(dòng)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)本身開展結(jié)構(gòu)化制作，并推送到個(gè)人工作臺(tái)中進(jìn)行應(yīng)用。避免了開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不易找到標(biāo)準(zhǔn)中具體對(duì)應(yīng)條款的現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)效率，提升了標(biāo)準(zhǔn)的管理水平。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化，伴隨

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.05.018

0 引 言

綠色化、智能化是我國(guó)裝備制造行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)方向。以輕量化為切入點(diǎn)，開發(fā)節(jié)能新型工程機(jī)械產(chǎn)品，同時(shí)提高產(chǎn)品的可靠性和安全性，對(duì)我國(guó)工程機(jī)械的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)有重要的意義[1]。結(jié)構(gòu)輕量化主要是通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足設(shè)備壽命的條件下，去除冗余部分，減小零部件的尺寸來(lái)達(dá)到減重的目的。

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是指在系統(tǒng)優(yōu)化背景下，運(yùn)用綜合設(shè)計(jì)的方式，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的需求和質(zhì)量，達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案和標(biāo)準(zhǔn)。目前傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要采用其他相近類型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)為主要模板，運(yùn)用長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和觀察最后來(lái)確定整體的設(shè)計(jì)方案，在產(chǎn)品加工后期要全面檢測(cè)來(lái)確定是否符合整體的質(zhì)量要求和標(biāo)準(zhǔn)。這一設(shè)計(jì)過(guò)程不僅需要大量的時(shí)間，同時(shí)還會(huì)給機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)埋下安全隱患，給機(jī)械產(chǎn)品加工過(guò)程帶來(lái)問題和困難[2]。

機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)主要包括利用結(jié)構(gòu)分析工具，提高建模能力、求解能力、后處理能力。多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化，將算法、尋優(yōu)搜索策略和數(shù)據(jù)分析及管理等進(jìn)行集成，通過(guò)這一方式來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)建相互左右或耦合的子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)[3]。

傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的載體形式己不能完全滿足數(shù)字化和創(chuàng)新發(fā)展的要求。如在航空行業(yè)，傳統(tǒng)紙型標(biāo)準(zhǔn)不適應(yīng)航空研制生產(chǎn)的數(shù)字化環(huán)境，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施應(yīng)用與航空數(shù)字化研制生產(chǎn)的過(guò)程相脫節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)難以與企業(yè)流程、系統(tǒng)等集成應(yīng)用[4]。這就需要將標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容與業(yè)務(wù)流程結(jié)合使用。這種面向業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)信息管理能夠幫助使用者避免信息的重載從而能夠?qū)⒆⒁饬性谄髽I(yè)價(jià)值鏈的關(guān)鍵信息上。同時(shí)，也能改進(jìn)企業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)信息的可用性和標(biāo)準(zhǔn)管理系統(tǒng)的可執(zhí)行性[5]。

對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)集中管理，開展標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化生成標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)。建立標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的聯(lián)系，對(duì)于提高研發(fā)效率、提升產(chǎn)品性能有著重要的意義。

1 復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)及標(biāo)準(zhǔn)分布

復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個(gè)涵蓋多個(gè)領(lǐng)域的綜合性任務(wù)。通常涉及以下領(lǐng)域：結(jié)構(gòu)分析與仿真、材料優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)優(yōu)化、聲學(xué)與振動(dòng)優(yōu)化、可制造性優(yōu)化等多個(gè)領(lǐng)域。

復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化業(yè)務(wù)主要包括以下業(yè)務(wù)流程：

（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工況研究：研究機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作條件；

（2）載荷譜測(cè)試及研究：分析機(jī)械產(chǎn)品在工作狀態(tài)下的負(fù)荷以及產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊等；

（3）評(píng)估可輕量化對(duì)象：明確哪些系統(tǒng)與部件輕量化后可提高產(chǎn)品性能、降低成本等；

（4）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)：通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬分析、質(zhì)量環(huán)節(jié)和性能測(cè)試等，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)；

（5）可靠性分析：在保證結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)保證產(chǎn)品可靠性；

（6）結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)：從性能、成本、制造性等維度對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案進(jìn)行評(píng)估；

（7）整機(jī)或零部件測(cè)試：進(jìn)行必要的性能測(cè)試和驗(yàn)證，確保產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)；

（8）結(jié)構(gòu)優(yōu)化產(chǎn)品交付：結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的產(chǎn)品交付市場(chǎng)驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)優(yōu)化效益。

面向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)前已有很多國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

從表1中可以看出，當(dāng)前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中面向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)可以分為：面向功能安全類，主要用于工況研究；面向優(yōu)化方法類，主要用于可靠性分析；面向整機(jī)或零部件的設(shè)計(jì)規(guī)范，主要用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。其中航空領(lǐng)域已經(jīng)開展了部件級(jí)別結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究。

在開展典型產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，主要使用整機(jī)或零部件設(shè)計(jì)規(guī)范。設(shè)計(jì)規(guī)范面向各技術(shù)領(lǐng)域各部件的描述存在于標(biāo)準(zhǔn)文檔中，無(wú)法快速尋找及單獨(dú)使用，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化業(yè)務(wù)聯(lián)系不緊密，標(biāo)準(zhǔn)信息的結(jié)構(gòu)化及其面向場(chǎng)景的技術(shù)亟待研究。

2 標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)及伴隨技術(shù)研究

在復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員首先考慮的是產(chǎn)品及其組成，其次開展結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的技術(shù)研究。因此利用產(chǎn)品類設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行業(yè)務(wù)指導(dǎo)時(shí)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信息的查詢同樣遵循此邏輯。這就要求對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類標(biāo)準(zhǔn)本身需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，滿足產(chǎn)品組成、技術(shù)領(lǐng)域的精準(zhǔn)對(duì)應(yīng)要求。同時(shí)為保證精準(zhǔn)推送至設(shè)計(jì)任務(wù)中，還需要開展標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)伴隨技術(shù)研究。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化技術(shù)研究

標(biāo)準(zhǔn)是由條款、圖、表、數(shù)學(xué)公式等多種元素組合而成。所描述的對(duì)象可分為總成、系統(tǒng)、分系統(tǒng)、部件、零件。以標(biāo)準(zhǔn)的章節(jié)為架構(gòu)，通過(guò)各元素的屬性將描述對(duì)象、技術(shù)領(lǐng)域聯(lián)系起來(lái)，形成交叉鏈接的立體模型，如圖1所示。

以GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]為例，從該標(biāo)準(zhǔn)中可以看出涉及到的技術(shù)領(lǐng)域包括結(jié)構(gòu)、電氣、安全等領(lǐng)域。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成包括起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)等。依據(jù)圖1的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化模型，得出GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》的結(jié)構(gòu)化實(shí)例，如圖2所示。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)伴隨場(chǎng)景技術(shù)研究

利用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化技術(shù)，將標(biāo)準(zhǔn)文檔轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，為研發(fā)場(chǎng)景的標(biāo)準(zhǔn)伴隨提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，還需對(duì)研發(fā)人員進(jìn)行用戶、場(chǎng)景識(shí)別，才能滿足用戶對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要素的個(gè)性化應(yīng)用。因此對(duì)于用戶的個(gè)性化知識(shí)需求，需要開展標(biāo)準(zhǔn)伴隨場(chǎng)景的技術(shù)研究，如圖3所示。

整理用戶角色數(shù)據(jù)、研發(fā)流程數(shù)據(jù)并導(dǎo)入，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)賦予用戶角色屬性、場(chǎng)景屬性，形成標(biāo)準(zhǔn)伴隨場(chǎng)景的底層數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)計(jì)人員開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化業(yè)務(wù)時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角色、面向優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程階段，為當(dāng)前工作精準(zhǔn)推送強(qiáng)關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。用戶對(duì)推送的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)使用完成后，運(yùn)用信息技術(shù)手段記錄用戶的使用行為存儲(chǔ)到用戶角色數(shù)據(jù)中，為用戶個(gè)性屬性分析提供數(shù)據(jù)迭代。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)流程分析以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)分析，得出當(dāng)前已經(jīng)具備支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的載體為非結(jié)構(gòu)化文檔，無(wú)法支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)精準(zhǔn)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的要求。為此開展了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)研究、標(biāo)準(zhǔn)伴隨場(chǎng)景技術(shù)研究，將標(biāo)準(zhǔn)文檔轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)且能夠單獨(dú)使用，根據(jù)用戶的角色以及場(chǎng)景精準(zhǔn)推送。避免了開展結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)不易找到對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)具體條款的現(xiàn)象，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)效率，提升了標(biāo)準(zhǔn)的管理水平。

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作者簡(jiǎn)介

丁新星，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)數(shù)字化技術(shù)研究。

（責(zé)任編輯：袁文靜）