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【關(guān)鍵詞】機械 計算機 設(shè)計 探索
機械設(shè)計是根據(jù)使用要求對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、運動方式、力和能量的傳遞方式、各個零件的材料和形狀尺寸、方法等進行構(gòu)思、分析和計算,并將其轉(zhuǎn)化為具體的描述以作為制造依據(jù)的工作過程,其目標是在各種限定的條件下設(shè)計出最好的機械,即做出優(yōu)化設(shè)計。隨著科技的進步,特別是計算機科學、系統(tǒng)科學的發(fā)展,機械設(shè)計水平發(fā)展得很快。多種設(shè)計技術(shù)和理論交叉融合,使得機械設(shè)計方法進一步拓展,設(shè)計手段也更加精確化和智能化。
1.1現(xiàn)代機械設(shè)計的內(nèi)涵
在20世紀60年代初期,人們將機械設(shè)計方案的過程分為不同的設(shè)計階段,如用戶體驗階段、設(shè)計方案階段、技術(shù)設(shè)計與工藝設(shè)計階段等。但是隨著科技的不斷發(fā)展,產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展不再單純依賴于設(shè)計者的思想靈感或經(jīng)驗技術(shù),而是逐漸發(fā)展成為一門科學,并且是以知識為基礎(chǔ),具有科學設(shè)計手段的現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)。隨后,現(xiàn)代機械設(shè)計又引進了多種不同的設(shè)計方法理念,例如系統(tǒng)科學、信息科學、計算機技術(shù)等,這些都為我國的機械設(shè)計理念增色不少。
1.2現(xiàn)代機械設(shè)計的特點
現(xiàn)代機械設(shè)計種類繁多,其結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜?,F(xiàn)代機械設(shè)計可以從實現(xiàn)功能的角度來考查,其中包括系統(tǒng)功能、傳統(tǒng)功能、執(zhí)行功能和操作功能等,這些功能都可以用來協(xié)助機械的運作,每一種功能都有其自身的特點?,F(xiàn)代機械設(shè)計方法一般都是憑借計算機網(wǎng)絡(luò)或其他一些現(xiàn)代化機械設(shè)備,引進先進的現(xiàn)代化設(shè)計理念及方法,創(chuàng)造出具有現(xiàn)代化機械設(shè)計特點的作品?,F(xiàn)代機械設(shè)計的主要工具也是計算機,如利用計算機計算、分析、繪圖等,可以大大提高現(xiàn)代機械設(shè)計的效率。
2現(xiàn)代機械設(shè)計方法
2.1現(xiàn)代機械設(shè)計的優(yōu)化
設(shè)計的優(yōu)化就是通過不同的方式進行方式的優(yōu)化,在機械設(shè)計的過程中對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)以及性能進行優(yōu)化設(shè)計,這樣的優(yōu)化是為了保證設(shè)計出的機械產(chǎn)品一方而具有外在的品質(zhì)保證,另一方面是保證產(chǎn)品的內(nèi)在的質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計一般分為兩種方式。
2.1.1數(shù)學規(guī)劃實現(xiàn)的設(shè)計優(yōu)化
我們說的數(shù)學規(guī)劃法,就是把數(shù)學規(guī)劃的理論作為基礎(chǔ),是一種嚴格意義上的優(yōu)化方法。這種算法對理論依據(jù)有很高的要求,同時對設(shè)計流程的規(guī)格也有著嚴格的標準。因為這種規(guī)劃方法在計算的過程中要進行很多的迭代,并對數(shù)學模型要求高性態(tài)。所以這樣的優(yōu)化方式的適用范圍很小,適用于目標明確,容易建立數(shù)學模型或者結(jié)構(gòu)不復(fù)雜的機械設(shè)計中。
2.1.2人工智能實現(xiàn)的設(shè)計優(yōu)化
現(xiàn)代機械設(shè)計是我國人民創(chuàng)造型勞動中的一種,機械設(shè)計的過程需要進行以下四個步驟,任務(wù)的明確,設(shè)計方案,設(shè)計技術(shù)以及設(shè)計施工,并且每個環(huán)節(jié)都要及時地對建立的模型進行仔細分析,對設(shè)計的模型進行修改與合理性評價。人工智能優(yōu)化設(shè)計活動有下面兩種,一直對設(shè)計數(shù)值的計算,內(nèi)容主要是大量的繪圖與計算分析;二是對設(shè)計方案進行設(shè)計以及推理,內(nèi)容主要是方案的提出,方案的優(yōu)化以及設(shè)計結(jié)構(gòu)等方面。因為思考和推理是這種優(yōu)化活動的基礎(chǔ),所以這就要求設(shè)計人員要有豐富的專業(yè)知識和設(shè)計經(jīng)驗。
作為機械設(shè)計重要的內(nèi)容,設(shè)計方案的設(shè)計以及推理設(shè)計的結(jié)果對產(chǎn)品的質(zhì)量起養(yǎng)關(guān)鍵性的作用,在這種情況下使用人工智能技術(shù)能為設(shè)計中的非數(shù)值計算工作提供保障。
2.2現(xiàn)代機械設(shè)計的并行設(shè)計
我們說的機械設(shè)計的并行設(shè)計就是在對機械產(chǎn)品進行設(shè)計的時候,通過應(yīng)用IT技術(shù)中的CAM或者CAD技術(shù),以集成或者并成的方式對產(chǎn)品設(shè)計出合適的生產(chǎn)步驟。這種設(shè)計方法要求機械設(shè)計人員,從設(shè)計的最初階段就要對機械產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程,包括生產(chǎn)周期內(nèi)的設(shè)計,測試,工藝規(guī)劃以及配置進行細致的考慮和規(guī)劃,將產(chǎn)品的概念設(shè)計到產(chǎn)品的報廢等一切可能發(fā)生的問題進行分析,最大限度地對用戶的需求進行把握。根據(jù)設(shè)計的效果,通過對并行設(shè)計進行全面的評價,對產(chǎn)品的設(shè)計進行改進,能有效地保證產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一次成功率,還能夠增強企業(yè)的自身管理以及提高資源的利用率,減少生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效益。
2.3現(xiàn)代機械的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計
一般來說,所謂的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計,就是通過利用現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)機制,將分布在不同地方的設(shè)計資源以及設(shè)計任務(wù)進行統(tǒng)一,以協(xié)同工作中的機制以及平而支撐工具為基礎(chǔ)對信息進行有效的管理,進而完成對機械產(chǎn)品的研發(fā)以及設(shè)計工作。隨著現(xiàn)代IT技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟,網(wǎng)絡(luò)時代中的寬帶也得到了很大程度上的提高,所以利用現(xiàn)代化中多媒體實時數(shù)據(jù)的傳輸特性,一方面能夠?qū)C械設(shè)計中的相關(guān)數(shù)據(jù)進行了解,另一方面還能建立起數(shù)據(jù)平臺,這個數(shù)據(jù)平臺是以web為基礎(chǔ)的,進而解決web中數(shù)據(jù)的修改、訪問以及傳輸工作,從而進一步實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享,進一步滿足現(xiàn)代機械設(shè)計過程中的技術(shù)要求。
結(jié)語
總之,我們在未來的工作中,首先要進一步分析市場需求、國家的發(fā)展方向,居民對機械設(shè)備的具體訴求,之后采用有效的方式進行系統(tǒng)優(yōu)化,保證現(xiàn)代機械設(shè)計方法可以長久地被應(yīng)用,最后再應(yīng)用到實際的生產(chǎn)和加工工作中。相信在日后的相關(guān)工作中,現(xiàn)代機械設(shè)計方法能夠取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益。
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關(guān)鍵詞: 現(xiàn)代機械設(shè)計 系統(tǒng)化 結(jié)構(gòu)模塊化 產(chǎn)品特征 智能化
隨著近年來人類科學技術(shù)水平的加速發(fā)展,特別是計算機軟硬件性能的持續(xù)提高,以及計算機技術(shù)對各行各業(yè)全面深入的滲透,各技術(shù)領(lǐng)域的思維、觀念和方法不斷得以更新。機械設(shè)計作為一個具有幾百年歷史的技術(shù)領(lǐng)域,也在世界科技進步的大潮中獲得了新生。目前,計算機輔助產(chǎn)品的設(shè)計繪圖、設(shè)計計算、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃已得到了比較廣泛和深入的研究,并初見成效。
根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學者進行機械產(chǎn)品方案設(shè)計所用方法的主要特征,我們可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計方法概括為下述四大類型。
一、系統(tǒng)化設(shè)計方法
系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是:將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng),每個設(shè)計要素具有獨立性,各個要素間存在著有機的聯(lián)系,并具有層次性。所有的設(shè)計要素結(jié)合后,即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計思想于上世紀70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出,他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ),制定了設(shè)計的一般模式,倡導設(shè)計工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上,制定出標準VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。
由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同,進行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法有設(shè)計元素法、圖形建模法、“構(gòu)思”―“設(shè)計”法、矩陣設(shè)計法、鍵合圖法,等等。
二、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計方法
從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出:定義設(shè)計任務(wù)時以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計任務(wù),即分解任務(wù)時就考慮每個分任務(wù)是否存在對應(yīng)的產(chǎn)品解。這樣,能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計任務(wù)中可能存在的矛盾,早期預(yù)測生產(chǎn)能力、費用,以及開發(fā)設(shè)計過程中計劃的可調(diào)整性,由此提高設(shè)計效率和設(shè)計的可靠性,同時也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層:(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄,對功能元件進行更為具體的定性和定量描述。同時研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計初期使用的工具軟件STRAT。
這種方法認為專用機械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解,而具有新型解的專用功能只是少數(shù)。因此,在專用機械設(shè)計中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),對于評價專用機械的設(shè)計、制造風險十分有利。
這種方法提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上,將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu),通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件,甚至是一個系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標準化的接口(連接和配合部),并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化,具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù),將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合,根據(jù)分級模塊化原理,將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級,并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊,再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
這種方法以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具,提出將設(shè)計的解元素進行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排,形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息,非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。
根據(jù)機械零部件的連接特征,將其歸納成四種類型:
1)元件間直接定位,并具有自調(diào)整性的部件;
2)結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件;
3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的連接;
4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的連接,并采用準符號表示典型元件和元件間的連接規(guī)則,由此實現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。
在進行機械系統(tǒng)的方案設(shè)計時,用“功能建立”模塊對功能進行分解,并規(guī)定功能分解的最佳“粒化”程度是功能與機構(gòu)型式的一一對應(yīng)?!敖Y(jié)構(gòu)建立”模塊則作為功能解的選擇對象,以便于實現(xiàn)映射算法。
三、基于產(chǎn)品特征知識的設(shè)計方法
基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是:用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)<业闹R和經(jīng)驗,建立相應(yīng)的知識庫及推理機,再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。
機械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征,以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)<业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策,完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計,必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。
四、智能化設(shè)計方法
智能化設(shè)計方法的主要特點是:根據(jù)設(shè)計方法學理論,借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù),以及多媒體、超媒體工具進行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、表達產(chǎn)品的構(gòu)思、描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。在利用數(shù)學系統(tǒng)理論的同時,我們考慮了系統(tǒng)工程理論、產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)和系統(tǒng)開發(fā)方法學VDI2221,研制出適合于產(chǎn)品設(shè)計初期使用的多媒體開發(fā)系統(tǒng)軟件MUSE。上述各種方法并不是完全孤立的,各類方法之間都存在一定程度上的聯(lián)系。
機械產(chǎn)品的方案設(shè)計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、智能化設(shè)計和滿足異地協(xié)同設(shè)計制造需求的方向邁進,由于產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)方法的研究起步較晚,目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設(shè)計工具軟件。我認為,綜合運用文中四種類型設(shè)計方法是達到這一目標的有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領(lǐng)域較多,不僅與機械設(shè)計的領(lǐng)域知識有關(guān),而且涉及系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識,但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計必須努力的方向。
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[關(guān)鍵詞]現(xiàn)代設(shè)計技術(shù) 機械設(shè)計 綠色創(chuàng)新
中圖分類號:TD767 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)13-0265-01
在機械工程領(lǐng)域,機械設(shè)計是非常重要和關(guān)鍵的環(huán)節(jié),它直接決定了機械產(chǎn)品的技術(shù)水平、研發(fā)周期、經(jīng)濟效益以及實際性能水平。所謂的機械設(shè)計主要是指,在深刻理解、熟練掌握機械工作原理的基礎(chǔ)上,根據(jù)設(shè)計目標和需要達成的效果來構(gòu)思、計算以及分析機械的結(jié)構(gòu)形式、能量傳遞模式、方式、運動形式、零件尺寸和形狀等,并將分析結(jié)果和計算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為具體描述。在以上過程中,需要綜合考慮各種因素,并對其進行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。時代和科技的進步突出了現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的重要性。筆者在本文中以現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)為主要研究對象,分析和探討了在機械設(shè)計中應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的相關(guān)情況。
1 基于IT技術(shù)的設(shè)計技術(shù)
1.1 仿真與虛擬設(shè)計技術(shù)
計算機的不斷發(fā)展,出現(xiàn)的大量的設(shè)計軟件,如:PROE、CAD、ANSYS、SOLIDWORKS等。這些仿真畫圖軟件形成了更為強大的人機交互系統(tǒng)。所謂仿真便是以計算機為工具,通過軟件模擬出與實際想適應(yīng)的系統(tǒng)模型,通過改變控制條件研究模型運行結(jié)果的計算機與機械相結(jié)合的技術(shù)。當然,工具不是無所不能的,而是為人所用的,軟件只是輔助設(shè)計師進行設(shè)計工作,沒有設(shè)計師的工作,軟件是不會自動完成任何設(shè)計的。虛擬設(shè)計即是在這種多維化人機交互信息環(huán)境中從事設(shè)計的技術(shù)。目前投入使用的虛擬設(shè)計采用的是通過對數(shù)據(jù)格式進行適當?shù)霓D(zhuǎn)換輸出利用現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)進行建模的環(huán)境系統(tǒng)。
1.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計是在支撐平面和高效的協(xié)同工作機制下完善信息管理將分散的設(shè)計工作流和資源有機的統(tǒng)一起來從而完成產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)上大量數(shù)據(jù)傳輸和分布的數(shù)據(jù)庫管理成為現(xiàn)實,從而解決了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的訪問、傳輸、修改等問題,構(gòu)造一個三維的網(wǎng)絡(luò)機械設(shè)計平臺。
1.3 并行設(shè)計
傳統(tǒng)的機械設(shè)計每下一個分支工作必須等上一個結(jié)束后才能開始,這是低效的串行設(shè)計,這種設(shè)計缺乏信息交換以及可操作性。并行設(shè)計作為一種設(shè)計哲理,是在原有信息集成基礎(chǔ)上,集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品。并行設(shè)計更強調(diào)功能上和過程上的集成,在優(yōu)化和重組產(chǎn)品開發(fā)過程的同時,實現(xiàn)多學科領(lǐng)域?qū)<胰后w協(xié)同工作。從任何產(chǎn)品設(shè)計來看,并行設(shè)計采用每個時刻可容納的設(shè)計過程相應(yīng)增加,使整個設(shè)計過程盡可能同時進行。并行設(shè)計的特點是并發(fā)個協(xié)同,并發(fā)是指設(shè)計活動的并發(fā)進行,協(xié)同是指多學科設(shè)計隊伍活動的協(xié)作。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以使得并行設(shè)計成為機械設(shè)計的重要方法之一。
1.4 智能設(shè)計
智能設(shè)計的發(fā)展,從根本上取決于對設(shè)計本質(zhì)的理解,智能設(shè)計系統(tǒng)不僅僅是對人腦某些思維特征的模擬,而且需要具有自學習適應(yīng)的能力,能夠較好地支持設(shè)計過程自動化。我國市場經(jīng)濟的發(fā)展對產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)提出了強烈的創(chuàng)新要求。在當前的市場經(jīng)濟體系中,對產(chǎn)品設(shè)計不僅要求特立獨行,還要求簡單方便效率的設(shè)計。
2 基于數(shù)學知識的設(shè)計技術(shù)
2.1 有限元設(shè)計
有限元法又稱有限單元法,是求解偏微分方程的一種有效的數(shù)值方法。有限元法發(fā)展至今天,已經(jīng)成為工程數(shù)值分析的有力工具,取得了巨大的進展,利用它成功地解決了一大批有重大意義的問題,很多通用程序和專用程序投入了實際應(yīng)用,而且應(yīng)用愈加廣泛,已拓展到諸多領(lǐng)域。
2.2 優(yōu)化設(shè)計
優(yōu)化設(shè)計就是在滿足特定的約束條件下,利用建立數(shù)學模型的方法來求取設(shè)計的最佳值。優(yōu)化設(shè)計的目標就是最優(yōu)化設(shè)計對象,其手段便是依靠先進的計算機輔助軟件。因此,優(yōu)化設(shè)計還可以被看作為通過計算機語言來模擬達到最佳設(shè)計方案的現(xiàn)代科技手段。優(yōu)化設(shè)計大體上包括兩點內(nèi)容:首先,建立符合實際的數(shù)學模型,把設(shè)計要求抽象為約束條件和函數(shù);其次,根據(jù)所建立的模型利用計算機進行數(shù)學模型的求解從而得到優(yōu)化設(shè)計方案。任何機械設(shè)計問題,總是要求滿足一定的工作條件、載荷和工藝等方面要求,并在強度、剛度、壽命、尺寸范圍及其他一些技術(shù)要求的限制條件下尋找一組設(shè)計參數(shù)。
2.3 可靠性設(shè)計
產(chǎn)品可靠性設(shè)計是指在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計階段將載荷、強度等有關(guān)設(shè)計量及其影響因素作為隨機變量對待,應(yīng)用可靠性數(shù)學理論與方法,使所設(shè)計的產(chǎn)品滿足預(yù)期的可靠性要求。產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段的主要內(nèi)容還包括預(yù)測設(shè)計對象的可靠度、找出并消除薄弱環(huán)節(jié)、不同設(shè)計方案之間的可靠性指標比較等,可分為定量分析與定性分析兩個方面。定量分析是應(yīng)用概率統(tǒng)計方法、布爾代數(shù)、馬爾可夫過程理論、故障樹分析等計算產(chǎn)品的失效概率。定性分析是通過故障模式、影響及致命度分析、事件樹分析、故障樹分析等對事故種類、原因、后果等進行羅列和分析。
3 基于新概念的設(shè)計技術(shù)
3.1 綠色產(chǎn)品設(shè)計
由于綠色產(chǎn)品設(shè)計是一個新的改變,因此無論在國外或在國內(nèi),人們對于這一新概念有著各種不同的稱呼。有綠色設(shè)計、生態(tài)設(shè)計、面向環(huán)境的設(shè)計,也有人根據(jù)產(chǎn)品生命周期不同階段所進行的綠色設(shè)計,而分別稱為“面向包裝的設(shè)計”、面向使用的設(shè)計、面向維修的設(shè)計、面向拆卸的設(shè)計、面向回收的設(shè)計等。綠色產(chǎn)品設(shè)計從產(chǎn)品安全生命周期出發(fā),考慮了生命周期各個階段對環(huán)境的影響。特別是在產(chǎn)品生命終止后,綠色產(chǎn)品設(shè)計必須考慮廢棄產(chǎn)品如何回收。再生和利用。只有這樣才能使廢棄產(chǎn)品對環(huán)境的影響減至最小,才能最大限度地提高資源的循環(huán)利用率。
3.2 機械創(chuàng)新設(shè)計
機械創(chuàng)新設(shè)計可以分為三個過程:直覺思維、邏輯思維、創(chuàng)造過程。直覺思維對事物內(nèi)部各種關(guān)系的領(lǐng)悟過程是一種在下意識狀態(tài)下完成的過程,具有強烈的靈感凸顯特點。邏輯思維是運用邏輯推理的思維對自己提出的創(chuàng)造目標進行分析,把復(fù)雜問題分解為若干小問題,求出每個分支的解,再將各個分支綜合起來從而逼近目標。創(chuàng)造過程是提出一個創(chuàng)造目標,這個目標本身也可能就是一個創(chuàng)造靈感;為了實現(xiàn)這個目標,必須進行分析和邏輯推理;這個過程中出現(xiàn)的技術(shù)難關(guān),必須經(jīng)過反復(fù)實驗才能找到最終解;而這些解法的發(fā)現(xiàn),往往又帶有突發(fā)性、直覺性,最終實現(xiàn)創(chuàng)造目標。
4 結(jié)論
伴隨著科技日新月異的發(fā)展,各個領(lǐng)域技術(shù)的相互融合,工程技術(shù)人員需要不斷提高自己的能力,在機械設(shè)計中靈活運用各種現(xiàn)代設(shè)計技術(shù),只有這樣設(shè)計出來的產(chǎn)品才能滿足社會市場的需求。
參考文獻
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關(guān)鍵詞:現(xiàn)代機械設(shè)計方法、礦山機械設(shè)計、優(yōu)勢、要點、應(yīng)用
中圖分類號:TU2文獻標識碼: A
一、礦山機械設(shè)計的重要意義
眾所周知,在煤礦生產(chǎn)過程和其他類型礦產(chǎn)資源的開采過程中環(huán)節(jié)是十分復(fù)雜的。而在這其中礦山機械設(shè)計的作用就顯得尤為重要,更關(guān)系到礦山的安全生產(chǎn)運行。礦山機械設(shè)備是礦山整個開采過程的中堅力量,因此我們必須重視對礦山機械的設(shè)計研究。特別值得一提的是礦山機械設(shè)計的優(yōu)劣還關(guān)系到整個生產(chǎn)過程的安全、效率和產(chǎn)出礦石質(zhì)量。現(xiàn)階段,我國經(jīng)濟飛速發(fā)展,科學水平也在不斷提高,如何將日新月異的科技應(yīng)用于礦山機械設(shè)計體系當中,是今后我們所要面對的一大重要課題。
二、現(xiàn)代機械設(shè)計方法的優(yōu)勢所在
當前的科學技術(shù)創(chuàng)新可以說是日新月異,而傳統(tǒng)的機械設(shè)計理念中一些舊的、保守的設(shè)計思想占據(jù)了主流位置。相較于以往的生產(chǎn)需求層次,傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代礦山的生產(chǎn)需求?,F(xiàn)代設(shè)計理念秉承著生態(tài)、智能、綠色的原則,相對于傳統(tǒng)設(shè)計方法有了長足的進步,與傳統(tǒng)的機械設(shè)計方法相比現(xiàn)代機械設(shè)計方法有以下三個特點:1、高效性;2、安全性;3、智能性。
三、礦山機械設(shè)計中的要點分析
第一,在礦山機械設(shè)計當中首推應(yīng)以人文本的設(shè)計理念。這點毋容置疑,任何一種機械設(shè)計理念中,必須要強調(diào)人的特殊作用。在整個以人為本的設(shè)計理念里還包括其他多方面內(nèi)容,比如礦山機械由于其體型和功能的要求一般都會存在噪音大的問題。如何盡量的削減噪音對人體構(gòu)成的傷害,依然是現(xiàn)階段人們研究的首要課題。相關(guān)專家研究表明,人長期處于噪音當中,整個身體機能都會出現(xiàn)問題,其最容易看到的外在表現(xiàn)就是經(jīng)常發(fā)生嘔吐和眩暈現(xiàn)象。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,一旦外在環(huán)境的音量超過八十五分貝,人體的整個大腦皮層就會處于興奮和難以抑制的狀態(tài)。這時,礦山機械的操作者因為這種噪音環(huán)境的影響就很容易發(fā)生事故。因此,在礦山機械設(shè)計中要以操作者即以人為本,盡可能的進行降噪系統(tǒng)的設(shè)計,盡量運用科學技術(shù)來進行合理降噪合理除噪。特別值得一提的是,現(xiàn)階段我國礦山機械設(shè)計上的自動化程度還很不夠,現(xiàn)在礦山機械設(shè)計要點應(yīng)當放在方便舒適的操作系統(tǒng)上。盡量人性化設(shè)計好整個工作臺的構(gòu)造,再比如說操作臺的位置,針對人體眼睛的最佳角度來設(shè)計操作臺的角度。人的眼睛最佳視角是左右在六十度、上下三十度左右,盡量滿足這個原則就可以有效的減輕操作者的疲勞感。
第二,現(xiàn)代機械設(shè)計的高效性、安全性、智能性的特點,要求我們礦山機械設(shè)計人員一定要把握好這些,綜合設(shè)計好人體的基本數(shù)據(jù)和生理指標,然后綜合這些具體的數(shù)據(jù)和指標再結(jié)合實際需要來進行設(shè)計。這樣,我們設(shè)計出來的方案才是完善的、符合人性化需求和現(xiàn)代生產(chǎn)需求的。
四、現(xiàn)代設(shè)計方法在礦山機械設(shè)計中的具體應(yīng)用
首先,我們來談?wù)勱P(guān)于仿生學設(shè)計技術(shù)在礦山機械設(shè)計中的具體應(yīng)用。我們可以這么理解,一件工業(yè)產(chǎn)品的具體設(shè)計會同時作用于技術(shù)、經(jīng)濟、藝術(shù)三個特定行業(yè)。因此,整個工業(yè)設(shè)計的基本理念應(yīng)該滿足這三方面的需求。下面讓我們就這三方面的內(nèi)容具體談一下關(guān)于工業(yè)設(shè)計中仿生設(shè)計的具體應(yīng)用。
第一,關(guān)于形態(tài)的仿生設(shè)計。在這方面筆者想要闡述的核心思想是形態(tài)仿生設(shè)計的來源都是大自然。大自然形形的生物為仿生設(shè)計提供了無窮無盡的素材。現(xiàn)代的優(yōu)秀設(shè)計師就是從大自然中提取靈感,以生物的形態(tài)來對礦山機械進行系統(tǒng)的分析和設(shè)計,用生物的自然形態(tài)來獲得更好的生產(chǎn)力來源。這點毋容置疑,物競天擇的自然生態(tài)法則決定了在自然界中存在的生物都有其適合生態(tài)環(huán)境的特殊能力?,F(xiàn)階段,形態(tài)仿生設(shè)計的理念越來越被現(xiàn)代礦山機械設(shè)計者所重視,通過系統(tǒng)化的分析和數(shù)據(jù)提取,更多的設(shè)計者完成了對礦山機械的生態(tài)外形改造,并應(yīng)用于具體的礦山機械制造當中。
第二,關(guān)于功能的仿生設(shè)計.所謂的功能仿生設(shè)計理念是通過對整個自然界的生物本身構(gòu)造和功能進行系統(tǒng)的分析后提取數(shù)據(jù),再根據(jù)礦山機械設(shè)計的具體需求加以功能性融合。功能仿生設(shè)計源于自然生物的本身,自然生物本身所具有的功能是我們值得借鑒和模仿的,并且可以最大限度的應(yīng)用于當前礦山機械設(shè)計的需求當中。當這些自然功能和實際功能能夠完美的融合之后就會衍生出現(xiàn)代礦山機械的新時期功能。這對于整個礦山機械設(shè)計技術(shù)而言具有的優(yōu)勢是無法估計的,也是今后礦山機械設(shè)計發(fā)展的方向之一。
其次,讓我們來談?wù)勱P(guān)于綠色設(shè)計理念在整個礦山機械設(shè)計體系中的具體應(yīng)用問題。
第一,關(guān)于設(shè)計方法探討。礦山機械在運行中會產(chǎn)生很多有害物質(zhì),對自然環(huán)境產(chǎn)生直接的影響,比如礦山機械的配套動力設(shè)備大多都是柴油機,因為柴油機在工作中會出現(xiàn)較大的噪聲以及排放較多的顆粒物,尤其是那種大缸徑的柴油機,其產(chǎn)生的噪聲以及顆粒物等都會對環(huán)境產(chǎn)生較嚴重的影響。所以對于礦山機械的綠色設(shè)計就是基于環(huán)保技術(shù)的設(shè)計。
從整體系統(tǒng)的角度出發(fā),綠色設(shè)計就是整個系統(tǒng)的核心所在,在礦山機械設(shè)計中就是針對其結(jié)構(gòu)的設(shè)計,比如可拆卸的設(shè)計,以及對于選擇材料方面、環(huán)境設(shè)計方面、包裝設(shè)計方面的創(chuàng)新。其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是對于環(huán)境的影響評價,這一點是要貫穿在整個系統(tǒng)全過程中,主要用于企業(yè)礦山機械設(shè)備的戰(zhàn)略性開發(fā)以及設(shè)計和制作過程。
評價指標體系的建立,主要可以從生態(tài)平衡以及廢棄處理等幾個方面。其中對于美觀以及使用的舒適度、礦山機械的零部件和廢棄部件的回收都是要貫穿在設(shè)計、制造以及使用和回收全過程中。因為對于礦山機械的設(shè)計以及開發(fā)中,在各個階段其工作都是交叉進行的,所以就必須要建立一個完善的環(huán)境來讓內(nèi)部可以交叉運用。一方面,要把各類信息進行篩選后及時傳達給決策者,另一方面就是有利于反復(fù)使用。
第二,關(guān)于礦山機械綠色設(shè)計中的技術(shù)分析。經(jīng)過一段時期發(fā)展之后,在礦山機械的綠色設(shè)計中,最為核心的技術(shù)主要有以下幾點:第一就是針對數(shù)據(jù)管理的技術(shù),第二就是針對建模以及仿真技術(shù),第三就是針對評價方面的技術(shù)。關(guān)于數(shù)據(jù)管理技術(shù),這里我們會提到一個術(shù)語,那就是Pdm,也就是數(shù)據(jù)管理技術(shù)是在對礦山機械進行綠色設(shè)計中一個關(guān)鍵的技術(shù),也是在礦山機械整個生命周期中每個環(huán)節(jié)都需要的一種對于大量數(shù)據(jù)和信息,包括了綠色資源以及工程規(guī)范和技術(shù)文檔等進行管理的技術(shù),可以按照要求把數(shù)據(jù)或者信息傳遞給指定位置的指定工作人員。另一方面關(guān)于建模數(shù)字化仿真技術(shù),為了可以達到在礦山機械中進行綠色設(shè)計的目的,可以通過大量收集和整理設(shè)計、運行中的數(shù)據(jù)和信息來建立礦山機械的生命周期模型。在建模的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)在不同部門之間的協(xié)同合作,利用這種仿真技術(shù)來對礦山機械的開發(fā)和設(shè)計、制作和測試以及后期回收和二次處理等進行全方位的仿真,這樣可以更好的發(fā)現(xiàn)其中的問題以便解決問題。再者就是綠色度的評價,對于礦山機械的綠色度的評價,除了有操作性的指標以及保養(yǎng)性指標之外,還有經(jīng)濟性的指標以及環(huán)保性的指標,在評價的過程中應(yīng)該重點強調(diào)機械對于環(huán)境的負面影響,其中對于操作性的指標就是對傳統(tǒng)的對于功能合理性以及安全性指標的綜合;保養(yǎng)性指標就是對其可靠性的延伸;經(jīng)濟性指標中,包含了因為考慮礦山機械的綠色設(shè)計而有可能會增加的成本,比如說對于廢棄物的處理等;環(huán)保性的指標就是在綠色設(shè)計有的評價體系,要對于礦山機械生命周期內(nèi)的所有過程都進行全面的評價。
五、結(jié)束語
總而言之,礦山機械設(shè)計在整個礦山開采工程中起到的作用是十分巨大的。作為新時代的礦山機械設(shè)計者,我們一定要與時代同行,積極學習先進的科學技術(shù)和現(xiàn)代礦山機械設(shè)計理念,努力打造,智能化、精密化、人性化的新時代礦山機械。同時,我們礦山機械設(shè)計人員還應(yīng)當努力提高自身素質(zhì)和修養(yǎng),提升歷史使命感和社會責任感,為我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)增磚添瓦。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:現(xiàn)代;機械工程;設(shè)計;特點;創(chuàng)新
中圖分類號: F407 文獻標識碼: A
前言
在進行機械設(shè)計的過程中,創(chuàng)新思維有多種工作的手段。如果將這些手段與方法合理應(yīng)用在現(xiàn)實的生產(chǎn)當中,則會收到巨大的回報。對于機械的創(chuàng)新設(shè)計而言,能夠有效地提高設(shè)計人員的設(shè)計水平,最終能夠快速確定自己的設(shè)計目標,向著自己的目標前進。此外,在進行機械設(shè)計的過程中,不斷地進行創(chuàng)新與探索,能夠有效拓展設(shè)計人員的創(chuàng)新思維,提高其設(shè)計的能力,樹立正確的技術(shù)創(chuàng)新理念,提高自己的創(chuàng)新意識。
1.現(xiàn)代機械設(shè)計基本概述及特點
1.1現(xiàn)代機械設(shè)計的內(nèi)涵
長期以來,機械設(shè)計一直被當作一門設(shè)計技術(shù)來進行研究的,但自從引入了系統(tǒng)科學,機械設(shè)計的技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門設(shè)計科學,是機械設(shè)計走向了理性化、高層次化。并且隨著科技的不斷進步,現(xiàn)代機械設(shè)計在傳統(tǒng)的設(shè)計方法上進行了繼承、創(chuàng)新和發(fā)展,成為了一門多專業(yè)、多學科交叉的綜合性很強的技術(shù)科學,即將微電子技術(shù)、機械技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)等在系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)上進行有機綜合,實現(xiàn)了整個機械系統(tǒng)的最優(yōu)化。
1.2現(xiàn)代機械設(shè)計的特點
現(xiàn)代械種類繁多,其制造工藝也很復(fù)雜。按功能的角度分類,包括能動、傳輸、運轉(zhuǎn)、操作以及最終的控制等方面,每一方面又可以分為更為細小復(fù)雜的小系統(tǒng)?,F(xiàn)代機械設(shè)計同樣種類繁多,結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜?,F(xiàn)代機械設(shè)計按實現(xiàn)功能的角度進行考查,包括系統(tǒng)功能、傳統(tǒng)功能、執(zhí)行功能和操作功能等,這些功能都是用來協(xié)助機械的運行,每一種功能也都具有其自身的特點和作用?,F(xiàn)代機械設(shè)計方法一般都是利用計算機或者其他現(xiàn)代化機械設(shè)備,引入先進的現(xiàn)代化設(shè)計理念與方法,并創(chuàng)造出具有現(xiàn)代化機械設(shè)計特點的產(chǎn)品?,F(xiàn)代機械設(shè)計具有以下特點:
(1)動態(tài)性?,F(xiàn)代機械設(shè)設(shè)計不僅需要考慮產(chǎn)品的靜態(tài)特性,而且需要考慮產(chǎn)品在各種實際工作狀態(tài)下的動態(tài)特性,其中包括產(chǎn)品與外界的物質(zhì)流、能量流和信息流的交換。
(2)創(chuàng)新性?,F(xiàn)代機械設(shè)計以先進的設(shè)計理論和設(shè)計工具為基礎(chǔ),能夠充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)新思維能力,利用各種創(chuàng)造性的方法和手段,研發(fā)出具有創(chuàng)新性的產(chǎn)品。
(3)計算機化。計算機的誕生極大促進了生產(chǎn)力的發(fā)展,并且已經(jīng)滲透到了機械設(shè)計的各個環(huán)節(jié),許多現(xiàn)代機械設(shè)計方法都得依靠計算機,例如系統(tǒng)仿真、優(yōu)化設(shè)計等。
(4)系統(tǒng)性。現(xiàn)代機械設(shè)計非常注重用系統(tǒng)的觀點看問題,把產(chǎn)品看做是具有特定功能、相互聯(lián)系的各個組成部分所構(gòu)成的一個整體,并且考慮產(chǎn)品與外界的聯(lián)系。
(5)前瞻性?,F(xiàn)代機械設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計的初期,就需要考慮產(chǎn)品各個階段和生命周期全過程的要求,將可能發(fā)生的故障的可能性降到最低。
2.現(xiàn)代機械設(shè)計的規(guī)律
在進行新的設(shè)計或改進老的設(shè)計過程中,設(shè)計者應(yīng)遵循一種理性化的規(guī)律,一步步地進行設(shè)計,這樣才有利于對設(shè)計工作進行科學的管理。現(xiàn)代機械設(shè)計規(guī)律分四個步驟:①確定設(shè)計的邏輯關(guān)系;②確定設(shè)計的物理關(guān)系;③確定設(shè)計的結(jié)構(gòu)關(guān)系;④確定總體設(shè)計。四個步驟中各含七個過程:①將機械基礎(chǔ)特性化;②確定計算數(shù)據(jù);③應(yīng)用收集數(shù)據(jù);④確定處理數(shù)據(jù)的原則;⑤確定應(yīng)用的數(shù)學方法;⑥優(yōu)化準則;⑦將計算結(jié)果具體化。
3.現(xiàn)代機械設(shè)計的創(chuàng)新措施
3.1系統(tǒng)化機械設(shè)計方式
原有的機械設(shè)計方式十分關(guān)注機械產(chǎn)品預(yù)期功能的實現(xiàn),而現(xiàn)代的機械設(shè)計方式已經(jīng)打破這種觀念,機械設(shè)計開始向智能化、信息化、系統(tǒng)化以及柔性化的道路前進。從系統(tǒng)角度來看,現(xiàn)代機械設(shè)計以及控制技術(shù)將機械產(chǎn)品的制造工藝、使用功能以及性能等都提升到一定的高度,并且將原有機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行了改進,從而有效促進了經(jīng)濟的發(fā)展。因此在機械工業(yè)的發(fā)展過程中,機械產(chǎn)品必將朝系統(tǒng)化方向發(fā)展。機械設(shè)計的系統(tǒng)化以及控制技術(shù)是一項改進傳統(tǒng)機械的有效手段。
隨著科學技術(shù)水平的不斷進步,人們對機械產(chǎn)品的功能要求越來越高,技術(shù)工藝越來越復(fù)雜,使用期限越來越短,人們更新?lián)Q代的速度越來越快,家用電器在使用幾年之后就會更換。但是家電產(chǎn)品設(shè)計方案的設(shè)計方法上,則無法更上時展的步伐,不能滿足人們對產(chǎn)品的需要。當前,計算機輔助產(chǎn)品的繪圖設(shè)計、設(shè)計計算、生產(chǎn)規(guī)劃以及加工制造等方面,已經(jīng)獲得較為廣泛的分析與研究,并且獲得了一定的成果,但是機械產(chǎn)品開發(fā)的初期方案,利用計算機輔助設(shè)計則難以達到其設(shè)計的要求。
系統(tǒng)化機械設(shè)計方式就是產(chǎn)品的設(shè)計從抽象分解到具體,依層次進行,將每一層所要達成的方法與目標都加以制定,使其能從淺到深從抽象到具體相連,從而實現(xiàn)機械設(shè)計的系統(tǒng)化。系統(tǒng)化機械設(shè)計的基本特征有:它是把設(shè)計當作由多個設(shè)計要素所構(gòu)成的系統(tǒng),其中的設(shè)計要素是獨立存在的,要素之間又是相連,富有一定的層次性,將全部設(shè)計要素組成之后,那么就能達成系統(tǒng)設(shè)計所要實現(xiàn)的目標。
在進行系統(tǒng)化機械設(shè)計時,為了達到產(chǎn)品設(shè)計的科學性與合理性,一般會將一個機械系統(tǒng)分成幾個子系統(tǒng),其中子系統(tǒng)較為簡單,且相互聯(lián)系,這樣就能設(shè)計變得更加簡便??梢砸罁?jù)實際的需要,在對分解后的子系統(tǒng)進行再次分解,從而使設(shè)計與分析工作更加的簡單。
3.2計算機輔助機械設(shè)計方式
計算機輔助設(shè)計技術(shù)作為電子信息技術(shù)中的一個關(guān)鍵內(nèi)容。在機械設(shè)計中加入該技術(shù),能充分將計算機強大的功能運用到產(chǎn)品設(shè)計中,例如繪圖功能、計算功能,從而有效提升機械產(chǎn)品開發(fā)的精確度以及速度,并進一步發(fā)展設(shè)計人員的能力與技能。計算機輔助設(shè)計方式將計算機的速度快、精確度高、有識別判斷、繪圖以及圖像顯示等功能與人類的創(chuàng)造、智慧等有機結(jié)合,進而在最大限度上降低設(shè)計人員的勞動強度,縮短設(shè)計時間,提升設(shè)計質(zhì)量水平。
計算機輔助機械設(shè)計的方法有四個步驟,具體為:第一步,構(gòu)建數(shù)學模型:通常情況下,機械的零部件都擁有現(xiàn)成的數(shù)學模型,對于沒有現(xiàn)成模型的,首先就必須構(gòu)建一個準確的模型。第二步,對程序框圖進行設(shè)計:程序框圖的設(shè)計一般是依據(jù)人工計算的步驟完成的。第三步,通過高級語言對程序進行編制:按照程序框圖進行編制。第四步,對程序進行調(diào)試:在編制好程序之后,首先對源程序進行認真檢查,之后輸?shù)接嬎銠C中,開始進行試算,然后再試算程序適用范圍的轉(zhuǎn)折點以及界限等,注意所計算出來的結(jié)果必須和人工結(jié)果相一致。
4.現(xiàn)代機械設(shè)計的研究進展
隨著科技的不斷發(fā)展,現(xiàn)代機械設(shè)計方法理論不斷地被大眾所認知,滿足市場化發(fā)展的需求。現(xiàn)代機械設(shè)計方法理論,吸收了各個相關(guān)的學科之長,并且綜合運用了各個學科知識并且進行整體優(yōu)化,形成了自身的設(shè)計理念。隨著計算機技術(shù)、檢測技術(shù)和控制技術(shù)等學科的快速發(fā)展,現(xiàn)代機械設(shè)計將更加的科學和實用,設(shè)計出的產(chǎn)品原理更加的科學、結(jié)構(gòu)更加的新穎、實用性也更強?,F(xiàn)代機械設(shè)計的發(fā)展可以概括為以下三個方面:在層次上向系統(tǒng)化、集成化的方向發(fā)展;在功能上向輕型化、小型化、多功能方向發(fā)展;在性能上向高性能、高精度、高效率和智能化的方向發(fā)展。
5.結(jié)語
總之,只有掌握好現(xiàn)代科學知識,運用好現(xiàn)代的科學技術(shù)和工具,保持創(chuàng)新意識,才能為工業(yè)企業(yè)的發(fā)展和競爭創(chuàng)造一個較寬松的技術(shù)環(huán)境。既然現(xiàn)代機械設(shè)計與傳統(tǒng)的機械設(shè)計相比,已經(jīng)發(fā)生了很大的變化,當然也就必須改革以往的傳統(tǒng)教學模式,才能培養(yǎng)出真正的高素質(zhì)人才,以適應(yīng)現(xiàn)代機械設(shè)計的需要。
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