數(shù)學(xué)建模對電動(dòng)自行車規(guī)范設(shè)計(jì)的重要意義

梁 正（江蘇省自行車電動(dòng)車協(xié)會(huì)，江蘇 無錫 214000）

數(shù)學(xué)建模對電動(dòng)自行車規(guī)范設(shè)計(jì)的重要意義

梁 正
（江蘇省自行車電動(dòng)車協(xié)會(huì)，江蘇 無錫 214000）

我國電動(dòng)自行車是以自行車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)而來的，并一直延續(xù)至今，沒有形成電動(dòng)自行車獨(dú)立的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，使電動(dòng)自行車從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品都存在一定的局限性，以至于人們對電動(dòng)自行車的概念屬性以及一些重要技術(shù)參數(shù)都存在意見不一的情況。因此，如何科學(xué)定義和科學(xué)設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車已是我國電動(dòng)自行車發(fā)展前進(jìn)路上須要解決的重要課題；而數(shù)學(xué)建模對電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)的科學(xué)規(guī)范具有十分重要的作用和意義。

圖6　底部沖擊等效位移分布

數(shù)學(xué)建模；電動(dòng)自行車；規(guī)范設(shè)計(jì)

1.電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)建模的必要性

飛機(jī)設(shè)計(jì)是要建模的，汽車設(shè)計(jì)要是如此，而電動(dòng)自行車作為一個(gè)擁有億萬消費(fèi)者、年產(chǎn)值數(shù)百億元、關(guān)系到千萬人人身安全的重要產(chǎn)品，設(shè)計(jì)建模也是非常必要的。

舉例而言，在修訂電動(dòng)自行車國標(biāo)時(shí)，有些數(shù)據(jù)一直存在不確定性，如：電動(dòng)自行車的自重問題，GB17761-1999規(guī)定為40kg，有人提議應(yīng)為48kg，也有人提議應(yīng)為60kg。GB17761-1999是沿革了早期電動(dòng)自行車單純以自行車標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)確定的重量，與現(xiàn)實(shí)情況確實(shí)存在較大距離；而現(xiàn)在的提議是根據(jù)顧客騎行的電動(dòng)自行車的實(shí)際狀況確定的重量。二者雖各自都有自己的理由，但都不是建立在具體的數(shù)學(xué)定量論證基礎(chǔ)上的；論據(jù)有“認(rèn)為”“感覺”“應(yīng)該”這類拍腦袋之嫌，也有經(jīng)驗(yàn)主義的傾向，缺乏說服力。如果數(shù)學(xué)建?；A(chǔ)上來認(rèn)識和設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車，這樣的問題就可以迎刃而解了。

電動(dòng)自行車與自行車不一樣，它所涉及的方方面面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了自行車涵蓋的范圍，各種相關(guān)參量也大相徑庭，而電動(dòng)自行車現(xiàn)在只有一個(gè)終端產(chǎn)品的通用技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)，零部件多借用自行車零部件標(biāo)準(zhǔn)，沒有以電動(dòng)自行車為對象的完整專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)體系，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電動(dòng)自行車發(fā)展的需要，拖累了電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展。做好電動(dòng)自行車數(shù)學(xué)建模工作，相應(yīng)的整車設(shè)計(jì)和零部件的設(shè)計(jì)選擇都有了可靠數(shù)據(jù)的支持，并可以在數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)上建制完整的電動(dòng)自行車整車及各種零部件的專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)電動(dòng)自行車標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，為電動(dòng)自行車產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供真正意義上的質(zhì)量規(guī)范。

現(xiàn)在社會(huì)上時(shí)常出現(xiàn)一種對電動(dòng)自行車負(fù)面報(bào)道的趨勢，即電動(dòng)自行車引發(fā)的交通事故越來越多，甚至引發(fā)了一些城市把電動(dòng)自行車等同于交通肇事源頭而提出對電動(dòng)自行車的禁行令。這其中，經(jīng)常有把汽車撞電動(dòng)自行車的責(zé)任安在了電動(dòng)自行車的頭上，將強(qiáng)勢交通工具的責(zé)任推卸到弱勢代步工具的頭上的情況，混淆了視聽，對電動(dòng)自行車在城市交通中的位置存在偏頗擺不正的地方。這種對電動(dòng)自行車的非議，固然是有失公允的；但如果建立起科學(xué)的數(shù)學(xué)模型來，以數(shù)據(jù)說話，得到合理的結(jié)論，電動(dòng)自行車在城市交通系統(tǒng)中的關(guān)系也就容易理順了。

2.電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)建模的現(xiàn)實(shí)性

我國電動(dòng)自行車行業(yè)經(jīng)歷二十多年的成長發(fā)展，已經(jīng)形成為一個(gè)蔚為壯觀的產(chǎn)業(yè)，對廣大百姓的生活有著重大影響；各電動(dòng)自行車企業(yè)也已經(jīng)進(jìn)入到由自我探索、閉門試制、相互模仿、外觀求變，發(fā)展到現(xiàn)在必須關(guān)注內(nèi)在質(zhì)量和個(gè)性化市場細(xì)分的新階段。整個(gè)電動(dòng)自行車行業(yè)都面臨向上突破的局面，電動(dòng)自行車產(chǎn)品也有向更精、更好、更美、有特色等升級換代的需求；國標(biāo)也在為適應(yīng)和促進(jìn)電動(dòng)自行車行業(yè)發(fā)展的要求而有了修訂的必要。然而，升級換代也好，修訂國標(biāo)也好，都缺少不了經(jīng)過科學(xué)論證的技術(shù)數(shù)據(jù)的支持。它不能是猜測出來的，不能是估計(jì)出來的，也不能是憑以往一成不變的經(jīng)驗(yàn)得來的；若要數(shù)據(jù)靠譜，就要精確的數(shù)據(jù)驗(yàn)算和論證。數(shù)學(xué)建模給我們提供了科學(xué)解決以上問題的有效途徑。

其次，電動(dòng)自行車已經(jīng)積累了二十多年的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，有數(shù)千個(gè)品種的產(chǎn)品可以作為數(shù)學(xué)建模的樣本，有眾多上規(guī)模電動(dòng)自行車廠家的技術(shù)支持，電動(dòng)自行車數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)條件已經(jīng)成熟。電動(dòng)自行車提升質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)源頭到生產(chǎn)制造的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系統(tǒng)化也已到了不容忽略的階段。中國電動(dòng)自行車是走低端制造的路，還是走科技創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之路？關(guān)系到中國電動(dòng)自行車產(chǎn)業(yè)未來的興與衰。因此，數(shù)學(xué)建模工作是電動(dòng)自行車啟動(dòng)科技興業(yè)的一把金鑰匙。

電動(dòng)自行車雖然已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶，我國的電動(dòng)自行車實(shí)用技術(shù)在國際上也處于領(lǐng)先位置。但長久以來，給人的印象是電動(dòng)自行車技術(shù)含量不高。電動(dòng)自行車雖然走出了國門，但貼牌卻幾乎成了我國大多數(shù)電動(dòng)自行車出口的常態(tài)。其中雖然原因眾多，不過這與電動(dòng)自行車行業(yè)忽略科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕A(chǔ)論證，缺乏具有國際影響力的專業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不無一定關(guān)系。數(shù)學(xué)建?？梢詾榭茖W(xué)論證產(chǎn)品質(zhì)量建立重要理論實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

這些年來，業(yè)內(nèi)企業(yè)為了搶占市場，盲目擴(kuò)產(chǎn)，忙得不可開交，生意也確實(shí)很紅火；但在產(chǎn)品外觀上翻新多，對產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量技術(shù)不如對市場銷售熱心。導(dǎo)致電動(dòng)自行車業(yè)在大好光景的表象之下，暗藏危機(jī)。這一切的關(guān)鍵是要求產(chǎn)品必須盡快提升技術(shù)含量和質(zhì)量水平。如果在設(shè)計(jì)中引入數(shù)學(xué)建模方法，以之為設(shè)計(jì)規(guī)范，將設(shè)計(jì)過程的技術(shù)量值一項(xiàng)項(xiàng)地按數(shù)學(xué)模型要求，精確計(jì)算結(jié)果，并在檢驗(yàn)中驗(yàn)證符合性，這樣不僅產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量和可靠性得到有力保證，在理論上也既科學(xué)又有說服力。

另一方面，從提升我國電動(dòng)自行車的國際競爭力來看，如果建立了先進(jìn)可靠的數(shù)學(xué)模型標(biāo)準(zhǔn)，并以之為依據(jù)指導(dǎo)電動(dòng)自行車的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，電動(dòng)自行車有了科學(xué)可靠的質(zhì)量保障，即使某個(gè)廠家的品牌競爭影響不高，但電動(dòng)自行車數(shù)學(xué)模型規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也可以成為一種不言而喻的優(yōu)質(zhì)名片。

3.數(shù)學(xué)建模的優(yōu)越性

第一，數(shù)學(xué)建模的優(yōu)越性在于它的科學(xué)性。它不是憑感覺說話，也不是憑經(jīng)驗(yàn)說話，它憑的是客觀數(shù)據(jù)反映的事實(shí)說話。以事實(shí)為依據(jù)，以科學(xué)為準(zhǔn)繩，具有充分的說服力。比如：我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)速20km/h，重量40kg，電機(jī)功率240W以內(nèi)，為什么是這樣的？為什么歐美、日本的技術(shù)要求與我們有所不同呢？誰更合理？為什么不能與國際接軌？爭論是無謂的。我們必須進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，將各種因子經(jīng)過科學(xué)篩選，搞清變量函數(shù)關(guān)系，認(rèn)真計(jì)算，優(yōu)化分析，獲得準(zhǔn)確、合理、可靠、科學(xué)的數(shù)據(jù)，就可以提出有說服力的證據(jù)主張和建議，成為定義電動(dòng)自行車屬性參數(shù)有力的基礎(chǔ)。

第二，數(shù)學(xué)建模的優(yōu)越性在于它的全面性。它采取廣泛性、開放性、包容性的態(tài)度盡量多地吸納各種相關(guān)因子，按照科學(xué)原則，準(zhǔn)確定量，精確計(jì)算，并盡可能排除人為因素的影響，為電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)開發(fā)提供了更全面開闊的視角平臺(tái)。

第三，數(shù)學(xué)建模的優(yōu)越性在于它的客觀公正性。它得到的結(jié)果不是結(jié)論，而是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)不會(huì)說話，也不會(huì)表態(tài)，但很能說明問題。數(shù)學(xué)建模是以數(shù)學(xué)公式、數(shù)字顯示、公理運(yùn)算作為載體，操作結(jié)果真實(shí)，具有可逆驗(yàn)證性，從而顯示出客觀公正性，具有不言而喻的公信力。

4.數(shù)學(xué)建模對電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)的作用

第一，電動(dòng)自行車數(shù)學(xué)建?？梢陨钊氪龠M(jìn)電動(dòng)自行車行業(yè)樹立科學(xué)發(fā)展觀。數(shù)學(xué)建模通過各種因子物理量的精確測定，給電動(dòng)自行車的材料、結(jié)構(gòu)、內(nèi)在質(zhì)量、功能設(shè)計(jì)、安全系數(shù)等提供了全面的界定參照數(shù)值，避免了在設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車時(shí)，像小作坊師傅式的“鞍管薄了加厚一點(diǎn)，車輛重了減輕一點(diǎn)，速度快了加根限速線”的設(shè)計(jì)隨意性習(xí)慣；使我們設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車時(shí)，明白電動(dòng)自行車應(yīng)該達(dá)到什么要求，才是最佳、最合理的設(shè)計(jì)；在設(shè)計(jì)中更加尊重科學(xué)，注重規(guī)范，嚴(yán)肅嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)制造出優(yōu)質(zhì)可靠的電動(dòng)自行車。

第二，電動(dòng)自行車數(shù)學(xué)建?？梢詾樾抻嗠妱?dòng)自行車標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)的技術(shù)指標(biāo)。當(dāng)前，在修訂電動(dòng)自行車國標(biāo)的過程中，對電動(dòng)自行車從屬性到技術(shù)參數(shù)的確定和理解，相關(guān)方的意見存在著一定的差距而有爭論，各自表達(dá)的理由也難以說服對方。建立數(shù)學(xué)模型，可以使大家在更具公信力的科學(xué)數(shù)據(jù)面前，客觀公正地認(rèn)識電動(dòng)自行車的屬性，制訂標(biāo)準(zhǔn)，確定技術(shù)參數(shù)指標(biāo)。

第三，數(shù)學(xué)建模為電動(dòng)自行車制造生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗(yàn)提供科學(xué)指導(dǎo)。數(shù)學(xué)建模是以科學(xué)理論為基礎(chǔ)，以實(shí)際應(yīng)用為目的的模型，它對電動(dòng)自行車企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)無疑具有指導(dǎo)和幫助作用，它可以成為制訂電動(dòng)自行車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，也為電動(dòng)自行車生產(chǎn)檢驗(yàn)提供了具體的變量參數(shù)量值，對電動(dòng)自行車產(chǎn)品質(zhì)量故障嚴(yán)重性分級分類、質(zhì)量檢驗(yàn)測量、質(zhì)量控制都有重要的實(shí)用價(jià)值。

總而言之，電動(dòng)自行車問世至今，電動(dòng)自行車行跡遍及全國各地，擁有消費(fèi)者數(shù)以億計(jì)。但要使我國的電動(dòng)自行車保持興盛的發(fā)展勢頭，在國際上具有強(qiáng)烈的競爭力，讓廣大的消費(fèi)者騎得舒心、用得順心，買得放心，具有更好質(zhì)量可靠性，科學(xué)設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車是必須堅(jiān)持的原則，而數(shù)學(xué)建模正好提供了一個(gè)科學(xué)有效的手段，對電動(dòng)自行車規(guī)范設(shè)計(jì)及未來發(fā)展都具有十分重要的意義。

編輯：傅金睿