基于simulation的医用升降椅参数化设计

吴凤民　拓万兵　张超

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【摘 要】随着科学技术的飞速发展和人们对产品性能要求的不断提高，传统的设计方法弊端显露，设计的产品笨重、有可能不满足使用要求。现代设计方法变得越来越重要，优化设计作为典型的现代设计方法，以其独特的优势得到了广泛应用，本文在医用升降椅的设计中，使用solid works/simulation优化设计方法对摇臂长度、摇臂高度和活塞杆伸缩长度进行设计，在升降行程参数约束条件下，通过迭代计算，得出了马达力最小的优化设计方案。

【关键词】医用升降椅；优化设计；迭代计算

0 概述

科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，寿命期缩短，复杂性增加，更新换代速度变快。此外，由于国际化市场的激烈竞争，用户对产品功能、质量、价格、供货期、售后服务等要求越来越高，以信息科学与微电子技术为代表的现代科学技术对制造业的渗透、改造和更新，使传统的制造技术演变成为一门涵盖从产品设计、制造、管理、销售到回收再生的全过程的跨多个学科且高度复杂化、集成化的先进制造技术[1]。现代设计是现代制造的基础，伴随着先进制造技术的发展，以计算机和信息技术为主体的产品现代设计方法得到了普遍应用。

1 优化设计

优化设计是从多种方案中选择最佳方案的设计方法。在众多的优化设计中，结构优化是其他优化设计的前提和基础，只有在结构优化的基础上，才能进一步进行性能的优化，结构优化是在给定约束条件下，按某种目标求出最好的设计方案，通常以计算机为手段，根据设计所追求的性能目标，建立目标函数，在满足给定的各种约束条件下，寻求最优的设计方案。

2 医用升降椅优化设计

2.1 升降椅及其结构组成

升降椅是一种新型的椅子，市面上的升降椅使用的升降装置分为3类——油压、机械式和气压。在低端的升降椅中以气压的居多。气压式升降椅里有个气缸，气缸内的活塞气动杆上下运动支配椅子升降。

近年来，由于气压升降椅的事故频频发生，液压式升降椅的市场占有率在程上升趋势，液压升降椅由于升降过程动作平稳等一系列有点，被广泛应用于美容店、医疗机构等。如图1所示，本文设计的医用液压升降椅主要由座板、靠背、扶手、支架、支架摇臂、升降定位装置（马达和活塞杆）和椅脚构成。其特征在于：支架和椅脚之间由支架摇臂进行对应铰接，支架摇臂以铰接在椅脚上铰接轴为圆心上下转动，当摇动支架摇臂时带动支架进行升降，实现座板的升降；另外，在支架与椅脚之间还设置了升降定位装置。

2.2 升降椅的优化设计

使用优化设计软件SolidWorks/simulation进行优化，优化参数为摇臂长度、摇臂高度和活塞杆伸缩长度，边界约束条件为最大升降位移和最小升降位移，优化目的是马达力最小化。

分析优化结果可以看出，迭代3得到的结果最优，即在摇臂长度为0.4m，摇臂宽度为0.3m，活塞杆伸长量为0.6m时，满足最小、最大升降位移的约束条件下，马达力达到最小值1393.25N。

3 结论

马达力随摇臂长度增加呈正比关系增长，随摇臂宽度增加呈减小趋势，在摇臂宽度为0.15-0.27的范围内降低较快，基本上呈线性趋势，之后基本趋于稳定（最小值），所以在设计时可以固定摇臂宽度，变量减少一个，可以大大简化优化设计过程，尤其在分析变量与变量相关性的优化过程中，这样做尤为重要。另外，马达力随活塞杆伸长量的增大而减小，基本上呈线性趋势。本文的优化设计过程为医用升降椅设计提供了重要的理论依据。

【参考文献】

[1]周小东，成思源.基于参数化逆向建模的仿真优化设计[J].组合机床与自动化加工技术，2015，11（12）：13-18.

[2]卫巍，吕志军，黄东欣.基于遗传算法的堆垛机结构多目标优化设计[J].华东大学学报，2012，10（12）：513-516.

[3]秦松，侯斌魁.面向模具并行设计的任务分派过程研究[J].机械设计与制造，2015，6（12）：245-247.

[4]马巧云，洪流.多Agent系统中任务分配问题的分析建模[J].华中科技大学学报：自然科学版，2007，35（12）：54-57.

[5]彭观明，胡静，曹延华.基于Cult3D 技术的机电产品虚拟设计[J].煤炭技术，2013，10（12）：22-24.

[6]刘电霆.绿色设计中产品模块划分的不确定优化及GA求解[J].桂林理工大学学报，2013，11（12）：743-746.

[7]李斌，赵新乐.煤矿机械的绿色设计与制造技术研究[J].煤炭技术，2013，11（12）：45-46.

[8]谢里阳.机械可靠性理论、方法及模型中若干问题评述[J].机械工程学报，2014，7（12）：27-34.

[9]明志茂，张云安，陶俊勇，等.研制阶段系统可靠性增长的Bayesian 评估与预测[J].机械工程学报，2010，46（4）：150-156.

[10]刘纪涛，张为华，王中伟.基于数论方法的结构可靠性分析[J].机械工程学报，2010，46（6）：195-198.

[11]张根保.国产数控机床可靠性技术综述[J].航空制造技术，2013（5）：26-31.

[责任编辑：杨玉洁]

【摘 要】鲁南地区大学生信仰受环境、传统、民族等因素的影响，出现了诸多问题。而坚持主流信仰引导、坚持实践育人走向、坚持新媒体介入，能够有效催化大学生政治信仰教育，以此帮助和引导青年大学生树立正确的信仰，进而实现青年学生思想与意识、实践与行动在政治层面与党中央保持一致，促进学生的精神成长和全面素质发展。

【关键词】信仰现状；信仰教育；青年大学生

信仰是人们对其最高价值对象始终不移的信赖和执著不渝的追求。大学生作为一个特殊群体，其信仰选择、信仰判断，不仅关乎着大学生自身的成长发展，还关系到国家和民族的未来。但是，在大学生群体中，忽视信仰、没有信仰、道德淡化、崇名拜金、享乐纵欲并不少见，这些信仰问题，鞭打着高校思政教育的研究与实践，急需解决，迫切眉睫。

而本文通过对鲁南地区青年大学生信仰问题调查，分析大学生信仰现状，发现存在的问题，并探索如何以马克思主义信仰引领和整合其他社会多元信仰，聚焦学生的意识形态、帮助学生树立健康向上的思想信仰。

1 调查对象和调查方法

本次调查主要采取问卷调查和样本访谈两种方式。在鲁南地区选取6所高校，涵盖本科、专科、高职3个层次，发放问卷1000份，收回977份，其中有效问卷953份，问卷有效率为95.3%。调研对象涵盖文、理、工、农、医、师范等专业、访谈对象包括思想政治理论课教师、辅导员和学生共30人，数据分析主要运用Excel和SPSS软件，进行了描述性统计和数据相关性分析等。

2 鲁南地区青年大学生信仰现状

2.1 青年大学生对信仰的认同情况

调查发现，52.9%的大学生认为当今时代缺乏信仰，27.13%的大学生认为当今时代并不缺乏信仰，19.97%的同学则认为信仰无用；另一项调查中，认为自己有信仰的占比53.02%，认为自己没有信仰的占28.11%，其余同学选择折中态度。并且，认为自己有信仰的学生群体坦陈，认为自己非常容易受到非主流信仰影响。

2.2 青年大学生政治信仰情况

对于是否坚持中国特色社会主义理论体系，69.5%的大学生持赞同态度，26.5%表示基本赞同；对于现阶段中国中国特色社会主义建设的态度，35.2%的大学生认为“对中国特色社会主义充满希望和信心”；46.6%的学生表示“坚决拥护党的改革开放政策”，以上表明大多数同学的政治立场是坚定的。

2.3 青年大学生宗教信仰情况

调查显示，鲁南地区大学生仅13.3%有宗教信仰，绝大多数学生没有宗教信仰，且有宗教信仰的学生中35.2%为“受家庭环境影响”而信仰的宗教。从绝对数量上来看，农村家庭宗教信仰学生多于城市学生，女生信仰者多于男生，随着年级升高，学生信仰宗教数量呈增加趋势；从信仰宗派上看，学生对基督教、佛教的了解更多，以基督教为主。关于对宗教态度的调查显示，55.6%的学生对宗教文化比较感兴趣，70.1%的同学认为“信仰宗教是个人的事情，学生信教应持宽容态度”。

2.4 其他信仰情况分析

调查显示，23.1%的大学生参加过一些类似跳钟馗、打秋千等传统习俗活动，48.4%的大学生参加过上坟祭祀祖先的活动，14.9%的同学有祭拜各类神灵，偶尔会找人算命、占卜风水的占13.6%。而参加以上民间传统活动的原因58.2%的是“家乡的传统习惯”，“寻求心理安慰和精神寄托”的占比17.7%；在进行“民间信仰对当代中国传统文化是否有帮助？”的调查中，38.5%的大学生认为有“很大的帮助”，52.3%的认为“有一点帮助”，1.7%的认为“没有帮助”，其他选择“不清楚”。

3 鲁南地区大学生信仰的差异化分析

综合以上，宗教信仰已在青年大学生群体中产生深刻的影响，大学生对待宗教的态度更加宽容，思想更加开放。并且，鲁南地区大学生信仰宗教数量所占比例不高，但绝对数量的并不少，且有些问题需要分析澄清。

3.1 信仰的性别差异

男女大学生在宗教信仰、民间信仰和精神信仰上存在显著差异。调查中，有82.1%的女大学生有宗教信仰，并且有学者研究，女大学生比男大学生在遇到压力事件时，更多地求助于宗教[2]；民间信仰的调查中，有祭祀祖先等行为的男大学生占62.6%，高于女大学生，这可能是与中国的传统文化有关；关于对金钱的崇拜上男大学生和女大学生基本持平，男性的金钱崇拜观念与其性格相关，认为经济基础与社会地位的关系更加密切；而女生的金钱崇拜，则和享受思想、体面生活的社会思潮有关。

3.2 信仰的专业差异

文科学生比理工科学生在宗教信仰和精神信仰方面有更明显的倾向性，这可能是因为文科学生更注重对生命和人的价值的思考，而对生命神圣性的认同和对人生价值的思考是产生宗教信仰的基础。调查显示，理工科学生在政治信仰方面比其他专业表现明显，原因可能是理工类学生以男生居多，对时事政治和国事国情的关注更多，以及男性对于权力的欲望要高于女性。

3.3 信仰的区域差异

居住在农村的大学生因受到农村习俗和家族性的影响更多，祭祀祖先等活动更多些，更容易产生民间信仰和神灵崇拜。城市大学生则更易产生拜金主义倾向，原因可能在于城市的孩子受家庭环境影响，更早的接触到金钱的价值。农村大学生由于家庭成员文化程度普遍不高，传统的思想影响更重，因此农村大学生的传统信仰更强烈、更牢固[3]。

4 加强和改进大学生信仰教育的思考

依据调查，青年学生信仰多元多类，中外兼有。依据国家宗教政策和宪法规定的信仰政策，鲁南高校应发现青年学生信仰问题、统计信仰信息、尊重信仰选择、规范信仰行为，依据法律法规帮助青年学生进行规范化、人性化的信仰管理，坚持主流政治信仰导向，以高校思想政治教育为主要形式，强化政治信仰对其他信仰的引领作用。