机械设计的基本原理3.1-3.2读书笔记

第三章可以说是Alex本书的精髓，笔者也正是看了这章才提起兴趣看完了整本书。

我个人总结的本书也是本章的精髓是：左脑和右脑思维要融合。作为工程师，不仅要严谨细致，而且要大胆有激情；作为工程师，要会写方程建模，也要敢于总结方程背后暗示的一些普遍性原理或者哲理；作为工程师，读写能力是必备的，但是也要学会沟通和交流的艺术；作为工程师要敢于给设计限定条件，但也要有创新思维、不被束缚。

3.1的核心内容是KISS和MISS ，也就是说所有的设计和制造最好按照最简单易行的方式来实现。这里的简单易行有各种意义上的理解，比如你的零件数量会影响库存，那么你尽量会统一标准零件的类型；还有比如，看起来不那么别扭的零件，直觉上你就会觉得其加工性没有问题；还有比如，也是我工作几年的经验，分析问题的出发点都从简单的原因开始排除，不要一开始想的很复杂，机械就是踏踏实实分析，绕不开的。

此外，按照Alex的相互性思维，其实KISS和MISS反过来看就是：去除任何不需要的或者多余的东西。Alex在本书中提到梁的设计和变迁，从一开始的实心梁到空心梁，再到最后的桁架结构，实际就是按照KISS和MISS不断更新迭代出的一个非常优秀的解。当然，优秀解决方案的前提还是：懂得设计背后的物理意义。这里相关的就是材料力学给出的物理学意义：对于弯曲梁来说，其弯曲应力大部分都由梁的两端承受。 但是他也提到，是不是这样就是完美解了？ 当然不是，完美只在限定的范围中才有，也就是说这样的梁有个前提条件：弯曲梁虽然由梁的两端来承受大部分应力，但是由于由于剪切力的存在，必须校核剪切力是否过大。

因此，在学习本章的过程中，笔者建议大家多思考为什么和“如果-那么”，也就是Alex推荐的一本美国儿童漫画书《If You Give a Mouse a Cookie》里面的思想。机械设计作为螺旋上升的过程，是通过设计系统来满足把输入变成输出的，里面有很多试错的情况。如果你掌握了本章，那么你在方案阶段不进行设计计算也是可以的，成功率也不会低。但是永远记住，MISS和KISS，也就是说简单才是最好的：再宏伟的公示，其思想和优美的表达才是关键。这节的思想其实和圣维南定理这章也有辉映，如果考察细节太多，反而违背KISS和MISS的原则。

3.2的内容简单也不“简单”，牛顿定律是经典物理的基础，而Alex也一再强调理解设计背后物理意义的重要性。笔者推荐《伯克利物理学教程》力学卷，大家就更容易看懂我下面要写的东西了。首先，牛顿定律是简单的近似，符合物理学所谓的数学美学。但是巧的是，因为和加速度有关，古人花了很久才发现，其实力改变的是加速度，而我们要得知一个系统的速度，必须进行积分。这样就引出了我要大家思考的问题，这些问题我推荐的书里都有答案。1.地球是完美的惯性系嘛？如果不是，为什么经典力学可以指导某些机械设计？某些机械设计的范围是什么？2.万有引力对牛顿定律的影响是什么？平方反比力的好处是什么？如何看待惯性质量和引力质量相等这个实验的意义，你是否受启发区分了“应试教育”和“批判性思考教育的区别”？

其次，本章也隐含了后面能量守恒的引出：为什么有了牛顿定律，我们还要假设一个理想的能量守恒来得出答案？没错，积分不是人人都会的，而且能量守恒的解在一定范围内和积分得出的解差不多的话，我们何苦要从牛顿定律导出呢？这里笔者分享个好玩的经验，其实高中物理受微积分的影响，造成牛顿定律也好、电磁学也好（这也是我本科大学物理老师告诉我的），很多题目都无法出。因此，各位读者可以想想，机械设计什么时候才用到牛顿定律，什么时候可以避免看起来复杂的积分和微分来得出简单的解？

最后，牛顿定律其实是Alex对机械设计定的一个基调，也就是说：物理非常重要。此外，笔者也是通过阅读《伯克利物理学教程》才发现，物理是实验不是理论，物理和机械是类似的思维。物理学的所有目的是解决实际问题，而不是推导理论（即使推导，也是为指导实验，验证合理性）；机械设计的所有目的是解决人们生产和生活的问题，提高效率，而不是写公式。当然，这里不是说写公式不对，而是强调解决实际问题，逼近实际问题解的重要性。

最后的最后，牛顿定律也是一种哲思，其在著名电影《星际穿越》中也提到过：牛顿第三定律，你必须留下点什么，来加速。也就是说，你必须付出，才有回报。To give to get。

一家之言，欢迎补充阅读笔记，如有错误，恳请指出。