数学建模对电动自行车规范设计的重要意义

梁 正（江苏省自行车电动车协会，江苏 无锡 214000）

数学建模对电动自行车规范设计的重要意义

梁 正
（江苏省自行车电动车协会，江苏 无锡 214000）

我国电动自行车是以自行车技术标准为基础设计而来的，并一直延续至今，没有形成电动自行车独立的产品技术标准规范体系，使电动自行车从设计到产品都存在一定的局限性，以至于人们对电动自行车的概念属性以及一些重要技术参数都存在意见不一的情况。因此，如何科学定义和科学设计电动自行车已是我国电动自行车发展前进路上须要解决的重要课题；而数学建模对电动自行车设计的科学规范具有十分重要的作用和意义。

图6　底部冲击等效位移分布

数学建模；电动自行车；规范设计

1.电动自行车设计数学建模的必要性

飞机设计是要建模的，汽车设计要是如此，而电动自行车作为一个拥有亿万消费者、年产值数百亿元、关系到千万人人身安全的重要产品，设计建模也是非常必要的。

举例而言，在修订电动自行车国标时，有些数据一直存在不确定性，如：电动自行车的自重问题，GB17761-1999规定为40kg，有人提议应为48kg，也有人提议应为60kg。GB17761-1999是沿革了早期电动自行车单纯以自行车标准为依据确定的重量，与现实情况确实存在较大距离；而现在的提议是根据顾客骑行的电动自行车的实际状况确定的重量。二者虽各自都有自己的理由，但都不是建立在具体的数学定量论证基础上的；论据有“认为”“感觉”“应该”这类拍脑袋之嫌，也有经验主义的倾向，缺乏说服力。如果数学建模基础上来认识和设计电动自行车，这样的问题就可以迎刃而解了。

电动自行车与自行车不一样，它所涉及的方方面面远远超出了自行车涵盖的范围，各种相关参量也大相径庭，而电动自行车现在只有一个终端产品的通用技术条件标准，零部件多借用自行车零部件标准，没有以电动自行车为对象的完整专业的标准体系，远远不能满足电动自行车发展的需要，拖累了电动自行车产业的正常发展。做好电动自行车数学建模工作，相应的整车设计和零部件的设计选择都有了可靠数据的支持，并可以在数学建模的基础上建制完整的电动自行车整车及各种零部件的专业技术标准，促进电动自行车标准化建设，为电动自行车产品设计提供真正意义上的质量规范。

现在社会上时常出现一种对电动自行车负面报道的趋势，即电动自行车引发的交通事故越来越多，甚至引发了一些城市把电动自行车等同于交通肇事源头而提出对电动自行车的禁行令。这其中，经常有把汽车撞电动自行车的责任安在了电动自行车的头上，将强势交通工具的责任推卸到弱势代步工具的头上的情况，混淆了视听，对电动自行车在城市交通中的位置存在偏颇摆不正的地方。这种对电动自行车的非议，固然是有失公允的；但如果建立起科学的数学模型来，以数据说话，得到合理的结论，电动自行车在城市交通系统中的关系也就容易理顺了。

2.电动自行车设计数学建模的现实性

我国电动自行车行业经历二十多年的成长发展，已经形成为一个蔚为壮观的产业，对广大百姓的生活有着重大影响；各电动自行车企业也已经进入到由自我探索、闭门试制、相互模仿、外观求变，发展到现在必须关注内在质量和个性化市场细分的新阶段。整个电动自行车行业都面临向上突破的局面，电动自行车产品也有向更精、更好、更美、有特色等升级换代的需求；国标也在为适应和促进电动自行车行业发展的要求而有了修订的必要。然而，升级换代也好，修订国标也好，都缺少不了经过科学论证的技术数据的支持。它不能是猜测出来的，不能是估计出来的，也不能是凭以往一成不变的经验得来的；若要数据靠谱，就要精确的数据验算和论证。数学建模给我们提供了科学解决以上问题的有效途径。

其次，电动自行车已经积累了二十多年的量产经验，有数千个品种的产品可以作为数学建模的样本，有众多上规模电动自行车厂家的技术支持，电动自行车数学建模的基础条件已经成熟。电动自行车提升质量、实现从设计源头到生产制造的标准化、规范化、系统化也已到了不容忽略的阶段。中国电动自行车是走低端制造的路，还是走科技创新、标准规范之路？关系到中国电动自行车产业未来的兴与衰。因此，数学建模工作是电动自行车启动科技兴业的一把金钥匙。

电动自行车虽然已经走进了千家万户，我国的电动自行车实用技术在国际上也处于领先位置。但长久以来，给人的印象是电动自行车技术含量不高。电动自行车虽然走出了国门，但贴牌却几乎成了我国大多数电动自行车出口的常态。其中虽然原因众多，不过这与电动自行车行业忽略科学严谨的基础论证，缺乏具有国际影响力的专业技术标准不无一定关系。数学建模可以为科学论证产品质量建立重要理论实验基础。

这些年来，业内企业为了抢占市场，盲目扩产，忙得不可开交，生意也确实很红火；但在产品外观上翻新多，对产品内在质量技术不如对市场销售热心。导致电动自行车业在大好光景的表象之下，暗藏危机。这一切的关键是要求产品必须尽快提升技术含量和质量水平。如果在设计中引入数学建模方法，以之为设计规范，将设计过程的技术量值一项项地按数学模型要求，精确计算结果，并在检验中验证符合性，这样不仅产品设计质量和可靠性得到有力保证，在理论上也既科学又有说服力。

另一方面，从提升我国电动自行车的国际竞争力来看，如果建立了先进可靠的数学模型标准，并以之为依据指导电动自行车的设计、生产，电动自行车有了科学可靠的质量保障，即使某个厂家的品牌竞争影响不高，但电动自行车数学模型规范标准也可以成为一种不言而喻的优质名片。

3.数学建模的优越性

第一，数学建模的优越性在于它的科学性。它不是凭感觉说话，也不是凭经验说话，它凭的是客观数据反映的事实说话。以事实为依据，以科学为准绳，具有充分的说服力。比如：我国标准规定时速20km/h，重量40kg，电机功率240W以内，为什么是这样的？为什么欧美、日本的技术要求与我们有所不同呢？谁更合理？为什么不能与国际接轨？争论是无谓的。我们必须进行数学建模，将各种因子经过科学筛选，搞清变量函数关系，认真计算，优化分析，获得准确、合理、可靠、科学的数据，就可以提出有说服力的证据主张和建议，成为定义电动自行车属性参数有力的基础。

第二，数学建模的优越性在于它的全面性。它采取广泛性、开放性、包容性的态度尽量多地吸纳各种相关因子，按照科学原则，准确定量，精确计算，并尽可能排除人为因素的影响，为电动自行车设计开发提供了更全面开阔的视角平台。

第三，数学建模的优越性在于它的客观公正性。它得到的结果不是结论，而是数据。数据不会说话，也不会表态，但很能说明问题。数学建模是以数学公式、数字显示、公理运算作为载体，操作结果真实，具有可逆验证性，从而显示出客观公正性，具有不言而喻的公信力。

4.数学建模对电动自行车设计的作用

第一，电动自行车数学建模可以深入促进电动自行车行业树立科学发展观。数学建模通过各种因子物理量的精确测定，给电动自行车的材料、结构、内在质量、功能设计、安全系数等提供了全面的界定参照数值，避免了在设计电动自行车时，像小作坊师傅式的“鞍管薄了加厚一点，车辆重了减轻一点，速度快了加根限速线”的设计随意性习惯；使我们设计电动自行车时，明白电动自行车应该达到什么要求，才是最佳、最合理的设计；在设计中更加尊重科学，注重规范，严肃严谨，设计制造出优质可靠的电动自行车。

第二，电动自行车数学建模可以为修订电动自行车标准提供科学的技术指标。当前，在修订电动自行车国标的过程中，对电动自行车从属性到技术参数的确定和理解，相关方的意见存在着一定的差距而有争论，各自表达的理由也难以说服对方。建立数学模型，可以使大家在更具公信力的科学数据面前，客观公正地认识电动自行车的属性，制订标准，确定技术参数指标。

第三，数学建模为电动自行车制造生产、质量检验提供科学指导。数学建模是以科学理论为基础，以实际应用为目的的模型，它对电动自行车企业产品设计开发无疑具有指导和帮助作用，它可以成为制订电动自行车技术标准的依据，也为电动自行车生产检验提供了具体的变量参数量值，对电动自行车产品质量故障严重性分级分类、质量检验测量、质量控制都有重要的实用价值。

总而言之，电动自行车问世至今，电动自行车行迹遍及全国各地，拥有消费者数以亿计。但要使我国的电动自行车保持兴盛的发展势头，在国际上具有强烈的竞争力，让广大的消费者骑得舒心、用得顺心，买得放心，具有更好质量可靠性，科学设计电动自行车是必须坚持的原则，而数学建模正好提供了一个科学有效的手段，对电动自行车规范设计及未来发展都具有十分重要的意义。

编辑：傅金睿