轻量化设计技术：系统化方法与步骤

很久以来人们就试图将设计行为系统化，其目的在于学习通用有效的与方法相关的设计技术（见VDI-R2221/2222），而不再是获得仅与产品相关的措施。从这个意义上讲，轻量化不需要特殊的设计教学，而只是要考虑到针对轻量化技术的特殊情形加以修改的方法[FEY 90]。

与所有其他技术设计任务一样，轻量化设计的主要任务也是要满足所要求的功能，除此之外，首先要考虑到的是重量最小化，其他要满足的条件还有：

●安全性/可靠性；

●可生产性；

●可控制性；

●可装配性/可操作性；

●可检查性/可维护性/可修理性；

●环境；

●回收等。

实际设计中无法达到只降低自重的目标。因此，面向轻量化的设计一般按照如下的工作步骤顺序进行：

●任务解析：收集到任务所要求的信息并制定一份任务要求清单；确定现有条件的局限及对解决方案的评估；确定一个解决方案的方向；评估技术经济后果。

●确定方案（找到一个原则性的解决方法）：了解任务背景与确定核心问题；将核心问题分解为从属若干子问题；寻找解决各个子问题的方法；将解决子问题的方案结合起来用于解决核心问题；评估解决方案；生成方案草稿。

生成一个行之有效方案的前提条件是掌握以下相关知识：作用力的大小与方向、所选择材料的可能性、构造的性能、适当的预设定参数。(www.xing528.com)

归根到底，一个好的方案是问题得以创新性解决的保证。方案开发意义重大。遗憾的是，经验表明，在实际中人们对方案工作做得很少，往往是很快就沿着仅仅一个方向进行下去了。

●规划（解决方法架构的细化）：将方案草稿加工成为各种实施细则；评估；对细则加以简化并进行选择；整体草案的修改。

●加工（确定与解决方法相符的制造与装配方法）：最后确定几何尺寸、参数、材料与生产，以生成必要的制造技术资料。

出于对解决方案的优化考虑，以上步骤通常会一次或多次循环进行。随后进入的阶段是：

●原型生产（功能控制、装配等）；

●测试工序（承载能力测试、可靠性、寿命）。

最后是连同要求的文档一起交付用于批量生产（SOP）（文档通常按照ISO9000：2009与ISO/TS 16949：2002标准制作）。

图3-1 轻量化设计的系统方法

以上设计流程如图3-1所示，这个流程与通常的设计系统学方法是一致的，也在解决完全不同的各种问题中得到了验证。

要得到一个好的结果，应具备可靠的轻量化设计知识。仅有创造力是不够的，因为设计所选择的材料通常只有通过符合规定的、确定的构造才能达到轻量化的效果。要做到这一点，需要理论基础知识和实践经验的完美结合。根据已经具备的理论知识，工程技术人员应当能够提出解决问题的方法与工具。所有这些构成了“轻量化人”所应具备的专业知识基础，这些“轻量化人”可以通过技术手段实现甚至是极端的要求。