機(jī)械工程材料優(yōu)選方法的研究現(xiàn)狀探析

李薛邦　羅戈山　彭汪濤　馬世杰

摘 要：機(jī)械工程材料選擇作為機(jī)械工程施工的重要環(huán)節(jié)，直接影響著機(jī)械工程實(shí)施的整體質(zhì)量和最終性能，并且機(jī)械工程材料選擇是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的工作，涉及的標(biāo)準(zhǔn)和要求眾多，工作實(shí)施具有一定的難度。傳統(tǒng)工作模式下，機(jī)械工程材料的選擇和確定，以設(shè)計(jì)人員的主觀判斷和經(jīng)驗(yàn)判斷為主要標(biāo)準(zhǔn)，缺乏科學(xué)性的輔助參考。信息時代背景下，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代化選材輔助手段，得到了越來越廣泛的應(yīng)用和關(guān)注。筆者從機(jī)械工程材料的選擇和確定方法現(xiàn)狀入手，就材料數(shù)據(jù)庫的實(shí)踐應(yīng)用發(fā)表幾點(diǎn)看法，以供相關(guān)單位參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；工程材料優(yōu)選；優(yōu)選方法；現(xiàn)狀研究

工程材料選擇具有多種標(biāo)準(zhǔn)和要求，如經(jīng)濟(jì)性要求、工藝要求等，并且隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，生態(tài)環(huán)保理念的持續(xù)深入，相應(yīng)豐富了工程材料選擇的標(biāo)準(zhǔn)要求，提出了環(huán)保和可靠兩點(diǎn)新的要求和標(biāo)準(zhǔn)。從材料選擇實(shí)踐的角度分析，傳統(tǒng)模式以設(shè)計(jì)人員主觀判斷、選擇為主，具有較大的局限性，且缺少科學(xué)的數(shù)據(jù)參考，相應(yīng)限制了機(jī)械工程的良性發(fā)展。因此，從機(jī)械工程材料選擇現(xiàn)狀和優(yōu)選方法入手，探討現(xiàn)代材料數(shù)據(jù)庫在材料優(yōu)選中的實(shí)際應(yīng)用，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 現(xiàn)代機(jī)械工程材料優(yōu)選方法概述

1.1 知識系統(tǒng)選材方法分析

知識系統(tǒng)選材法是一種借助計(jì)算機(jī)設(shè)備完成對材料信息分析，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行材料優(yōu)選的材料確定方法。在實(shí)際操作過程中，知識系統(tǒng)選材法側(cè)重于對材料分析結(jié)果的認(rèn)識和理解。其優(yōu)點(diǎn)主要分為以下幾點(diǎn)：一，工程團(tuán)隊(duì)可隨時借助知識系統(tǒng)了解材料選擇過程中的材料信息；二，工程團(tuán)隊(duì)接收材料選擇信息后，可隨時將材料信息和工作分配指令，下達(dá)至各個團(tuán)隊(duì)，有效簡化了材料選擇商討流程，提高了材料優(yōu)選效率。另外，雖然知識系統(tǒng)選材法無法實(shí)現(xiàn)對最優(yōu)材料的直接選擇和確定，但與傳統(tǒng)方法相比，其仍具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

1.2 構(gòu)建失效指標(biāo)背景下的選材方法分析

構(gòu)建具有的失效抗力具體是指構(gòu)建在一定條件、環(huán)境下，產(chǎn)生磨損、變形的能力，以及與其他相關(guān)性能的實(shí)際配合能力。由于機(jī)械工程材料種類復(fù)雜性影響，材料的性能存在著較大的差異，加強(qiáng)對材料失效抗力的談?wù)摵脱芯浚纱_保測試階段與實(shí)踐階段材料數(shù)據(jù)的一致性。首先，工作人員應(yīng)對機(jī)械的操作條件進(jìn)行確認(rèn)，明確目標(biāo)機(jī)械對材料抗力的實(shí)際要求；其次，工作人員應(yīng)依據(jù)模具的失效表現(xiàn)，確定其相應(yīng)的抗力指標(biāo)，以判斷機(jī)械材料的達(dá)標(biāo)情況；最后，綜合經(jīng)濟(jì)性和材料來源等選材要求，進(jìn)行機(jī)械工程材料選擇。

1.3 層次分析法基礎(chǔ)上的材料優(yōu)選分析

層次分析法具體包含技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益以及生態(tài)效益四方面內(nèi)容。經(jīng)濟(jì)效益可細(xì)分為勞務(wù)費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用、包裝費(fèi)用以及運(yùn)輸成本等內(nèi)容；技術(shù)效益具體是指材料的物理指標(biāo)和可靠性指標(biāo)；社會效益則包含材料優(yōu)選過程中設(shè)計(jì)的法律法規(guī)指標(biāo)、文化因素以及環(huán)境改善因素；生態(tài)效益是在生態(tài)環(huán)境保護(hù)理念下衍生出的概念，側(cè)重于材料的節(jié)能性和環(huán)境保護(hù)性要求。在實(shí)際操作過程中，工作人員需綜合以上四方面內(nèi)容，對材料進(jìn)行評價和分析，最終完成相應(yīng)的材料選擇。

1.4 定量評價方式分析

系統(tǒng)工程理論是定量評價方法的根本理論依據(jù)，側(cè)重于對系統(tǒng)內(nèi)涵蓋的所有的問題進(jìn)行分析和處理。從實(shí)際應(yīng)用的角度分析，定量評價方法可以實(shí)現(xiàn)對材料關(guān)鍵性質(zhì)以及次要性質(zhì)的分析，并聯(lián)系成本分析方法或目標(biāo)函數(shù)方法，實(shí)現(xiàn)材料性能的最終確定。為進(jìn)一步優(yōu)化定量評價方法的實(shí)施效果，設(shè)計(jì)人員還需充分考慮到材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與材料結(jié)構(gòu)間的關(guān)系問題。

2 材料數(shù)據(jù)庫概述

2.1 材料數(shù)據(jù)庫基本構(gòu)成分析

材料數(shù)據(jù)庫是根據(jù)目前工程材料優(yōu)選存在的數(shù)據(jù)信息龐大、數(shù)據(jù)處理困難等問題，提出的技術(shù)概念。從材料數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的角度分析，相關(guān)工作人員需在數(shù)據(jù)庫技術(shù)基礎(chǔ)上，采集、存儲材料的物理性能、耐腐蝕特征以及型號特征等信息，并使用數(shù)據(jù)完成對相關(guān)參數(shù)的關(guān)系描述，以形成完整的材料數(shù)據(jù)庫。材料數(shù)據(jù)庫中收錄的數(shù)據(jù)信息，主要分為材料參數(shù)信息、生產(chǎn)應(yīng)用信息、以及商業(yè)信息三方面內(nèi)容。用戶在實(shí)際使用過程中，僅需輸入相應(yīng)的材料參數(shù)，就可以得到得到數(shù)據(jù)庫中記錄的所有的符合條件的材料選項(xiàng)。隨著材料數(shù)據(jù)庫研究的不斷發(fā)展，目前已經(jīng)具有航空材料數(shù)據(jù)庫、耐磨料磨損材料數(shù)據(jù)庫等多種數(shù)據(jù)庫形式。

2.2 材料數(shù)據(jù)庫的發(fā)展方向分析

與傳統(tǒng)材料優(yōu)選模式相比，材料數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)信息的儲存和處理，給予設(shè)計(jì)人員更加科學(xué)、有效的材料優(yōu)選參考，不僅有利于工程施工質(zhì)量的提高，同事有利于工程實(shí)施社會效益、生態(tài)效益的提高。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，材料數(shù)據(jù)庫的功能性愈發(fā)豐富，目前其發(fā)展方向主要包含以下兩個方面：一，材料數(shù)據(jù)庫與專家咨詢系統(tǒng)向融合。這種技術(shù)融合發(fā)展優(yōu)勢在于，用戶可根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)公式實(shí)現(xiàn)在材料優(yōu)選過程中對于材料選擇的科學(xué)預(yù)測，以合金材料數(shù)據(jù)庫為例，其內(nèi)部包含大量的元素信息、經(jīng)驗(yàn)公式和合金信息，當(dāng)用戶輸入基礎(chǔ)參數(shù)后，系統(tǒng)即可完成對選材的預(yù)測，提供給用戶相應(yīng)的科學(xué)參考，從而提高了材料優(yōu)選的科學(xué)性和針對性；二，材料數(shù)據(jù)庫與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，材料數(shù)據(jù)庫的信息儲備得到了進(jìn)一步的擴(kuò)展和豐富，并且強(qiáng)化了材料數(shù)據(jù)庫的信息共享功能，提高了材料優(yōu)選的靈活性。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融入，強(qiáng)化了材料數(shù)據(jù)庫的檢索功能，提高了材料優(yōu)選的工作效率。

3 結(jié)語

綜上所述，材料優(yōu)選作為機(jī)械工程設(shè)計(jì)與實(shí)施質(zhì)量的基礎(chǔ)保障，在實(shí)際操作過程中，應(yīng)充分結(jié)合已有的材料優(yōu)選方法，進(jìn)行科學(xué)的創(chuàng)新和改進(jìn)，通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效融入，提高材料優(yōu)選過程中的數(shù)據(jù)處理能力，對比多方面材料選擇標(biāo)準(zhǔn)，綜合性確定最終的工程實(shí)施材料，從而提高工程整體的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

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