基于simulation的醫(yī)用升降椅參數(shù)化設(shè)計(jì)

吳鳳民　拓萬兵　張超

【摘 要】隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人們對(duì)產(chǎn)品性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法弊端顯露，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品笨重、有可能不滿足使用要求?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法變得越來越重要，優(yōu)化設(shè)計(jì)作為典型的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用，本文在醫(yī)用升降椅的設(shè)計(jì)中，使用solid works/simulation優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)搖臂長(zhǎng)度、搖臂高度和活塞桿伸縮長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在升降行程參數(shù)約束條件下，通過迭代計(jì)算，得出了馬達(dá)力最小的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)用升降椅；優(yōu)化設(shè)計(jì)；迭代計(jì)算

0 概述

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，壽命期縮短，復(fù)雜性增加，更新?lián)Q代速度變快。此外，由于國(guó)際化市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，用戶對(duì)產(chǎn)品功能、質(zhì)量、價(jià)格、供貨期、售后服務(wù)等要求越來越高，以信息科學(xué)與微電子技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對(duì)制造業(yè)的滲透、改造和更新，使傳統(tǒng)的制造技術(shù)演變成為一門涵蓋從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、管理、銷售到回收再生的全過程的跨多個(gè)學(xué)科且高度復(fù)雜化、集成化的先進(jìn)制造技術(shù)[1]?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)是現(xiàn)代制造的基礎(chǔ)，伴隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)為主體的產(chǎn)品現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法得到了普遍應(yīng)用。

1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)是從多種方案中選擇最佳方案的設(shè)計(jì)方法。在眾多的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是其他優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，只有在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)一步進(jìn)行性能的優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化是在給定約束條件下，按某種目標(biāo)求出最好的設(shè)計(jì)方案，通常以計(jì)算機(jī)為手段，根據(jù)設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種約束條件下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

2 醫(yī)用升降椅優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 升降椅及其結(jié)構(gòu)組成

升降椅是一種新型的椅子，市面上的升降椅使用的升降裝置分為3類——油壓、機(jī)械式和氣壓。在低端的升降椅中以氣壓的居多。氣壓式升降椅里有個(gè)氣缸，氣缸內(nèi)的活塞氣動(dòng)桿上下運(yùn)動(dòng)支配椅子升降。

近年來，由于氣壓升降椅的事故頻頻發(fā)生，液壓式升降椅的市場(chǎng)占有率在程上升趨勢(shì)，液壓升降椅由于升降過程動(dòng)作平穩(wěn)等一系列有點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于美容店、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等。如圖1所示，本文設(shè)計(jì)的醫(yī)用液壓升降椅主要由座板、靠背、扶手、支架、支架搖臂、升降定位裝置（馬達(dá)和活塞桿）和椅腳構(gòu)成。其特征在于：支架和椅腳之間由支架搖臂進(jìn)行對(duì)應(yīng)鉸接，支架搖臂以鉸接在椅腳上鉸接軸為圓心上下轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)搖動(dòng)支架搖臂時(shí)帶動(dòng)支架進(jìn)行升降，實(shí)現(xiàn)座板的升降；另外，在支架與椅腳之間還設(shè)置了升降定位裝置。

2.2 升降椅的優(yōu)化設(shè)計(jì)

使用優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件SolidWorks/simulation進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化參數(shù)為搖臂長(zhǎng)度、搖臂高度和活塞桿伸縮長(zhǎng)度，邊界約束條件為最大升降位移和最小升降位移，優(yōu)化目的是馬達(dá)力最小化。

分析優(yōu)化結(jié)果可以看出，迭代3得到的結(jié)果最優(yōu)，即在搖臂長(zhǎng)度為0.4m，搖臂寬度為0.3m，活塞桿伸長(zhǎng)量為0.6m時(shí)，滿足最小、最大升降位移的約束條件下，馬達(dá)力達(dá)到最小值1393.25N。

3 結(jié)論

馬達(dá)力隨搖臂長(zhǎng)度增加呈正比關(guān)系增長(zhǎng)，隨搖臂寬度增加呈減小趨勢(shì)，在搖臂寬度為0.15-0.27的范圍內(nèi)降低較快，基本上呈線性趨勢(shì)，之后基本趨于穩(wěn)定（最小值），所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以固定搖臂寬度，變量減少一個(gè)，可以大大簡(jiǎn)化優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，尤其在分析變量與變量相關(guān)性的優(yōu)化過程中，這樣做尤為重要。另外，馬達(dá)力隨活塞桿伸長(zhǎng)量的增大而減小，基本上呈線性趨勢(shì)。本文的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程為醫(yī)用升降椅設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周小東，成思源.基于參數(shù)化逆向建模的仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2015，11（12）：13-18.

[2]衛(wèi)巍，呂志軍，黃東欣.基于遺傳算法的堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].華東大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，10（12）：513-516.

[3]秦松，侯斌魁.面向模具并行設(shè)計(jì)的任務(wù)分派過程研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2015，6（12）：245-247.

[4]馬巧云，洪流.多Agent系統(tǒng)中任務(wù)分配問題的分析建模[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，35（12）：54-57.

[5]彭觀明，胡靜，曹延華.基于Cult3D 技術(shù)的機(jī)電產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2013，10（12）：22-24.

[6]劉電霆.綠色設(shè)計(jì)中產(chǎn)品模塊劃分的不確定優(yōu)化及GA求解[J].桂林理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，11（12）：743-746.

[7]李斌，趙新樂.煤礦機(jī)械的綠色設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2013，11（12）：45-46.

[8]謝里陽.機(jī)械可靠性理論、方法及模型中若干問題評(píng)述[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，7（12）：27-34.

[9]明志茂，張?jiān)瓢?，陶俊勇，?研制階段系統(tǒng)可靠性增長(zhǎng)的Bayesian 評(píng)估與預(yù)測(cè)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010，46（4）：150-156.

[10]劉紀(jì)濤，張為華，王中偉.基于數(shù)論方法的結(jié)構(gòu)可靠性分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010，46（6）：195-198.

[11]張根保.國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床可靠性技術(shù)綜述[J].航空制造技術(shù)，2013（5）：26-31.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]

【摘 要】魯南地區(qū)大學(xué)生信仰受環(huán)境、傳統(tǒng)、民族等因素的影響，出現(xiàn)了諸多問題。而堅(jiān)持主流信仰引導(dǎo)、堅(jiān)持實(shí)踐育人走向、堅(jiān)持新媒體介入，能夠有效催化大學(xué)生政治信仰教育，以此幫助和引導(dǎo)青年大學(xué)生樹立正確的信仰，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)青年學(xué)生思想與意識(shí)、實(shí)踐與行動(dòng)在政治層面與黨中央保持一致，促進(jìn)學(xué)生的精神成長(zhǎng)和全面素質(zhì)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】信仰現(xiàn)狀；信仰教育；青年大學(xué)生

信仰是人們對(duì)其最高價(jià)值對(duì)象始終不移的信賴和執(zhí)著不渝的追求。大學(xué)生作為一個(gè)特殊群體，其信仰選擇、信仰判斷，不僅關(guān)乎著大學(xué)生自身的成長(zhǎng)發(fā)展，還關(guān)系到國(guó)家和民族的未來。但是，在大學(xué)生群體中，忽視信仰、沒有信仰、道德淡化、崇名拜金、享樂縱欲并不少見，這些信仰問題，鞭打著高校思政教育的研究與實(shí)踐，急需解決，迫切眉睫。

而本文通過對(duì)魯南地區(qū)青年大學(xué)生信仰問題調(diào)查，分析大學(xué)生信仰現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在的問題，并探索如何以馬克思主義信仰引領(lǐng)和整合其他社會(huì)多元信仰，聚焦學(xué)生的意識(shí)形態(tài)、幫助學(xué)生樹立健康向上的思想信仰。

1 調(diào)查對(duì)象和調(diào)查方法

本次調(diào)查主要采取問卷調(diào)查和樣本訪談兩種方式。在魯南地區(qū)選取6所高校，涵蓋本科、?？?、高職3個(gè)層次，發(fā)放問卷1000份，收回977份，其中有效問卷953份，問卷有效率為95.3%。調(diào)研對(duì)象涵蓋文、理、工、農(nóng)、醫(yī)、師范等專業(yè)、訪談對(duì)象包括思想政治理論課教師、輔導(dǎo)員和學(xué)生共30人，數(shù)據(jù)分析主要運(yùn)用Excel和SPSS軟件，進(jìn)行了描述性統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)相關(guān)性分析等。

2 魯南地區(qū)青年大學(xué)生信仰現(xiàn)狀

2.1 青年大學(xué)生對(duì)信仰的認(rèn)同情況

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，52.9%的大學(xué)生認(rèn)為當(dāng)今時(shí)代缺乏信仰，27.13%的大學(xué)生認(rèn)為當(dāng)今時(shí)代并不缺乏信仰，19.97%的同學(xué)則認(rèn)為信仰無用；另一項(xiàng)調(diào)查中，認(rèn)為自己有信仰的占比53.02%，認(rèn)為自己沒有信仰的占28.11%，其余同學(xué)選擇折中態(tài)度。并且，認(rèn)為自己有信仰的學(xué)生群體坦陳，認(rèn)為自己非常容易受到非主流信仰影響。

2.2 青年大學(xué)生政治信仰情況

對(duì)于是否堅(jiān)持中國(guó)特色社會(huì)主義理論體系，69.5%的大學(xué)生持贊同態(tài)度，26.5%表示基本贊同；對(duì)于現(xiàn)階段中國(guó)中國(guó)特色社會(huì)主義建設(shè)的態(tài)度，35.2%的大學(xué)生認(rèn)為“對(duì)中國(guó)特色社會(huì)主義充滿希望和信心”；46.6%的學(xué)生表示“堅(jiān)決擁護(hù)黨的改革開放政策”，以上表明大多數(shù)同學(xué)的政治立場(chǎng)是堅(jiān)定的。

2.3 青年大學(xué)生宗教信仰情況

調(diào)查顯示，魯南地區(qū)大學(xué)生僅13.3%有宗教信仰，絕大多數(shù)學(xué)生沒有宗教信仰，且有宗教信仰的學(xué)生中35.2%為“受家庭環(huán)境影響”而信仰的宗教。從絕對(duì)數(shù)量上來看，農(nóng)村家庭宗教信仰學(xué)生多于城市學(xué)生，女生信仰者多于男生，隨著年級(jí)升高，學(xué)生信仰宗教數(shù)量呈增加趨勢(shì)；從信仰宗派上看，學(xué)生對(duì)基督教、佛教的了解更多，以基督教為主。關(guān)于對(duì)宗教態(tài)度的調(diào)查顯示，55.6%的學(xué)生對(duì)宗教文化比較感興趣，70.1%的同學(xué)認(rèn)為“信仰宗教是個(gè)人的事情，學(xué)生信教應(yīng)持寬容態(tài)度”。

2.4 其他信仰情況分析

調(diào)查顯示，23.1%的大學(xué)生參加過一些類似跳鐘馗、打秋千等傳統(tǒng)習(xí)俗活動(dòng)，48.4%的大學(xué)生參加過上墳祭祀祖先的活動(dòng)，14.9%的同學(xué)有祭拜各類神靈，偶爾會(huì)找人算命、占卜風(fēng)水的占13.6%。而參加以上民間傳統(tǒng)活動(dòng)的原因58.2%的是“家鄉(xiāng)的傳統(tǒng)習(xí)慣”，“尋求心理安慰和精神寄托”的占比17.7%；在進(jìn)行“民間信仰對(duì)當(dāng)代中國(guó)傳統(tǒng)文化是否有幫助？”的調(diào)查中，38.5%的大學(xué)生認(rèn)為有“很大的幫助”，52.3%的認(rèn)為“有一點(diǎn)幫助”，1.7%的認(rèn)為“沒有幫助”，其他選擇“不清楚”。

3 魯南地區(qū)大學(xué)生信仰的差異化分析

綜合以上，宗教信仰已在青年大學(xué)生群體中產(chǎn)生深刻的影響，大學(xué)生對(duì)待宗教的態(tài)度更加寬容，思想更加開放。并且，魯南地區(qū)大學(xué)生信仰宗教數(shù)量所占比例不高，但絕對(duì)數(shù)量的并不少，且有些問題需要分析澄清。

3.1 信仰的性別差異

男女大學(xué)生在宗教信仰、民間信仰和精神信仰上存在顯著差異。調(diào)查中，有82.1%的女大學(xué)生有宗教信仰，并且有學(xué)者研究，女大學(xué)生比男大學(xué)生在遇到壓力事件時(shí)，更多地求助于宗教[2]；民間信仰的調(diào)查中，有祭祀祖先等行為的男大學(xué)生占62.6%，高于女大學(xué)生，這可能是與中國(guó)的傳統(tǒng)文化有關(guān)；關(guān)于對(duì)金錢的崇拜上男大學(xué)生和女大學(xué)生基本持平，男性的金錢崇拜觀念與其性格相關(guān)，認(rèn)為經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)與社會(huì)地位的關(guān)系更加密切；而女生的金錢崇拜，則和享受思想、體面生活的社會(huì)思潮有關(guān)。

3.2 信仰的專業(yè)差異

文科學(xué)生比理工科學(xué)生在宗教信仰和精神信仰方面有更明顯的傾向性，這可能是因?yàn)槲目茖W(xué)生更注重對(duì)生命和人的價(jià)值的思考，而對(duì)生命神圣性的認(rèn)同和對(duì)人生價(jià)值的思考是產(chǎn)生宗教信仰的基礎(chǔ)。調(diào)查顯示，理工科學(xué)生在政治信仰方面比其他專業(yè)表現(xiàn)明顯，原因可能是理工類學(xué)生以男生居多，對(duì)時(shí)事政治和國(guó)事國(guó)情的關(guān)注更多，以及男性對(duì)于權(quán)力的欲望要高于女性。

3.3 信仰的區(qū)域差異

居住在農(nóng)村的大學(xué)生因受到農(nóng)村習(xí)俗和家族性的影響更多，祭祀祖先等活動(dòng)更多些，更容易產(chǎn)生民間信仰和神靈崇拜。城市大學(xué)生則更易產(chǎn)生拜金主義傾向，原因可能在于城市的孩子受家庭環(huán)境影響，更早的接觸到金錢的價(jià)值。農(nóng)村大學(xué)生由于家庭成員文化程度普遍不高，傳統(tǒng)的思想影響更重，因此農(nóng)村大學(xué)生的傳統(tǒng)信仰更強(qiáng)烈、更牢固[3]。

4 加強(qiáng)和改進(jìn)大學(xué)生信仰教育的思考

依據(jù)調(diào)查，青年學(xué)生信仰多元多類，中外兼有。依據(jù)國(guó)家宗教政策和憲法規(guī)定的信仰政策，魯南高校應(yīng)發(fā)現(xiàn)青年學(xué)生信仰問題、統(tǒng)計(jì)信仰信息、尊重信仰選擇、規(guī)范信仰行為，依據(jù)法律法規(guī)幫助青年學(xué)生進(jìn)行規(guī)范化、人性化的信仰管理，堅(jiān)持主流政治信仰導(dǎo)向，以高校思想政治教育為主要形式，強(qiáng)化政治信仰對(duì)其他信仰的引領(lǐng)作用。