時間：2023-05-31 09:42:17
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇概念設計，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
要做到這一點，我們計劃利用由達索系統公司提供的三維體驗平臺的優(yōu)勢和功能，并構建一個如同您現在使用的SolidWorks工具一樣簡單直觀的全新使用體驗。今天，我想與您一起分享這種新方法的第一個實例，我們稱其為SolidWorks概念設計。
SolidWorks概念設計是一種用于機械概念設計的工具，它是對您今天所使用產品的補充。它可以讓您數字化捕捉概念，快速建立三維概念模型，從內部和外部的項目干系人獲得反饋，并在提交工程前構建并輕松管理多個概念。
為什么要概念設計？
31%的項目時間都花在機械的概念設計上
3/4的工程師參與到了機械的概念設計
在一個典型的項目中平均有6個概念和4個設計迭代
在概念階段會有三個以上的內部和外部的干系人參與其中
今天，SolidWorks是詳細設計的最佳解決方案，但是它卻限制了您對關鍵概念步驟的創(chuàng)造性。SolidWorks概念設計將填補這些空白，并允許您：
數字化捕捉概念
管理多個概念
溝通和協作
本能設計
設計出概念模型是SolidWorks概念設計加速縮短設計時間的真正開始。大多數系統都迫使你通過思考產品結構來捕捉概念。我們的單一建模環(huán)境易于使用和創(chuàng)新，并且擁有驚人的靈活性且易于修改。數字捕捉概念對于熟悉的工具和概念來講其使用快速簡單，所以重點是想創(chuàng)意而不是軟件。
SolidWorks概念設計將歷史記錄，參數，和直接編輯的優(yōu)點整合到了一個簡單的界面上。當一個概念設計出來后，你可以對設計做任何必要的修改，但同時也要尊重您起初創(chuàng)建設計時的設計意圖。單一建模環(huán)境可以讓你從布局草圖發(fā)展到到三維幾何，而無需考慮產品結構就可分離部件和裝配體。
當你產生了一個創(chuàng)意并且對該設計未來的發(fā)展方向有了很好的判斷時，SolidWorks概念設計可以讓您制作出您設計的組織結構。這消除了時間的浪費，因為你無需重新開始或者徹底返工您的設計，來做一個不明顯的修改。
在單一建模環(huán)境，當我們把產品結構制作成組裝體時，我們具備了熟悉的工具和通過使用來提高的智能，就像組件學習它們之前是如何被使用的一樣。您還可以自主地將最初的設計意圖應用到新的設計當中。Sol社會化創(chuàng)新
當你覺得已經獲得了足夠的概念時，讓干系人（包括組織內部以及客戶和供應商）參與，并取得他們關于最佳前進道路的反饋是至關重要的。
SolidWorks概念設計將社會化創(chuàng)新功能加入到其基礎功能中。在任何時候，設計人員可以通過在自己的私人社區(qū)里貼出自己的理念，來讓干系人參與其中。可以告知干系人有一個需要檢驗的概念，并可以通過使用簡單熟悉的Web概念獲得反饋。在世界正一天天變得越來越社會化時，在SolidWorks，我們相信集體的智慧。SolidWorks概念設計真正將這些功能加入了概念設計中。這種形式的參與讓您可以更好地與您的客戶進行交流并將自己與競爭對手們區(qū)分開。干系人完成工作后，設計師會自動收到通知，并可以利用這些反饋繼續(xù)開發(fā)這種概念。
連接
SolidWorks概念設計總是與設計數據庫和其他用戶相連。這使我們有能力保護您的數據，防止任何系統崩潰導致的數據丟失，并自動保存每一個概念的迭代。
您可以同致力于您項目的用戶連接，也可以同范圍更廣的SolidWorks社群上的用戶連接。您可以參加與其他用戶實時聊天，得到關于問題或者設計挑戰(zhàn)的反饋。 用戶總是合作制作同一個設計，這樣既可以節(jié)省時間，也不會混淆哪個是最新版本。當一個團隊成員做了一個修改，其他的所有用戶都可以實時地更新到最新版本，所以概念在不斷向前發(fā)展。
通過連接，可以隨時隨地訪問你的概念模型。SolidWorks概念設計甚至允許用戶使用移動應用設備帶著設計四處走來進行設計檢驗，甚至銷售和市場營銷活動。
我們對SolidWorks概念設計取得的進展感到非常高興。 該產品對今天使用SolidWorks的公司來說將是一款很好的補充產品。我們相信該產品通過整合單一建模環(huán)境的靈活性，社會化創(chuàng)新，和在線連接的優(yōu)勢，可以提供一種全新的概念設計方法。
論文摘要:分析產品設計中的認知模型,探討設計中概念生成與交互的具體過程和作用。以設計理論研究和實踐運用建立方法論基礎,為設計師個體設計或團隊設計的過程、組織和策略提供設計方法。
概念設計活動是一個從設計任務的要求開始,到概念生成及其可視化的過程。不論是設計師的個體設計,還是團隊設計、協同設計,通過研究影響設計的行為和認知因素就能揭示概念設計活動的根本規(guī)律。或者說是設計問題中,研究從問題域到解域的具體解決過程、任務和步驟,對于設計研究和設計實踐都具有重要意義。
1概念生成中的認知行為
概念生成是指設計師或設計團隊能迅速產生多個有用概念,是一個思維的過程,也是一種認知活動。
傳統設計模型將設計作為分階段、線性或循環(huán)的過程進行形式化表達(符號化表達)。設計過程按照分類學分解為若干子階段和子任務。盡管各種設計模型命名原則不同,設計子流程某些主要種類大體一致。設計過程主要被分為:問題/情境、綜合/生成、表達和評價。
MarvinMinsky在其有趣的書《思維的社會》中提出:無論是人類的思維還是人工智能的思維,都是由原本簡單的元素相連而組成,當這些元素組成一個整體時,他們又變?yōu)闊o限復雜的。
設計活動中,概念生成的思維活動應是一種創(chuàng)造性思維的活動。創(chuàng)造性思維的實質,表現為“選擇”、“突破”、“重新建構”這3者的關系與統一。創(chuàng)造性思維的關鍵點在善于進行“重新建構”,有效及時地抓住事物新的本質,構筑建新的思維支架。創(chuàng)造性思維包括:靈感思維、發(fā)散思維、收斂思維、分合思維、逆向思維和聯想思維[1]。從方法論上講,強化創(chuàng)造動因的團隊激智方法,如頭腦風暴法、德爾菲法、CBS法、KJ法等,都會結合運用各種創(chuàng)造性思維方法。
研究具體的設計思維過程需要建立認知活動模型[2]。上世紀80年代,就提出研究設計思維(designthinking)。Schon,D(1983)建立的設計模型能夠從認知方面來獲取“設計師腦中的進程”,即把設計當作一種“反射性活動”,從設計問題到設計結果是一個接受(感知)—反射(解釋)—反應(轉化)的反射活動。Schon認為,設計是“與視覺媒介的交互”,目的是“為進一步設計提供信息”的過程,即設計思維的本質是通過與視覺媒介(包括紙媒介、數字媒介等)的交互過程,獲得新的設計信息,實現設計創(chuàng)新。在這個研究中,設計情境(designScenario)被定義為2種屬性,也就是2種問題形式:創(chuàng)造性設計與常規(guī)設計;2種限制情景:無限制問題與限制問題。
2設計過程中的交互
設計研究表明設計師通常不是顯性地意識到他們按照某種設計交互順序做設計的。對于實踐,研究案例表明設計師應該有意識地運用交互,來實現設計創(chuàng)新。交互作為一種有效的設計方法,體現了設計思維的本質,是設計研究的重要課題。設計師在個體或團隊設計概念生成過程中的交互,是一種認知活動的交互,包括人機交互HCI(Human-ComputerInteraction),人人交互HHI(Human-Humaninteraction)。交互實質上是“2個(或多個)參與者之間交替聽、想、說的循環(huán)過程”或者說是“兩者之間(無論是生命體還是機器)連續(xù)的作用和反應的過程”。對于設計,交互取決于設計表達和生成,表達是交互的對象,生成是交互的結果。事實上,設計表達和生成能力強的設計師其交互能力和水平也高。
交互的信息是交互的實質,包括數據、圖像、語音、行為。交互過程中,交互媒介也可分為傳統的紙媒介(paper-based)和數字媒介(digitalmedia),見圖1。基于紙媒介的交互,其交互信息是隱性的,基于數字媒介的交互信息被顯性化了。后者較于前者,更加系統化、更加完整表述和更易被人接受和操作。
從設計認知活動分析,交互可分為:與自由形態(tài)的交互,例如和自己的手繪之間的交互;與數字形態(tài)的交互,如與建立的幾何描述模型的交互;與由形態(tài)語法或拓撲機制發(fā)展而來的特定機制生成的數字表達的交互;和與由設計生成工具所表達生成的數字環(huán)境的交互[5]。
人機交互過程實際上是一個輸入和輸出的過程,人通過人機界面向計算機輸入指令,計算機經過處理后把輸出結果呈現給用戶。人和計算機之間的輸入和輸出的形式是多種多樣的,因此交互的形式也是多樣化的。其中數據交互作為人通過輸入數據的方式與計算機進行交流的一種方式,并且它是人機交互的重要內容和形式。
人人的交互是一種交流的活動,可表現為對話、問答、演說或者會議等,也通過計算機來輔助人人交互,甚至通過網絡來實現遠程的交互,人人交互不排斥人機交互。在數字環(huán)境下,可以設計并實現一個原型系統將多個參與人員和應用程序集中起來,實現不同地點的用戶能同步或異步地交互。也可以通過傳統媒介,運用團隊激智方法在同一地點同步的交互。
3概念設計認知模型
概念生成的過程是怎樣的?它和交互是怎樣的關系?它在設計師的認知行為中扮演的角色?設計概念是怎樣被提升、組合、適應、重用、拋棄和丟失的。設計研究者和認知學家都發(fā)展了各種程序模型來研究設計中的創(chuàng)造。這些模型通常是從觀察設計流程和設計草案而分析發(fā)展來的。French(1985)提出了一個設計程序模型:分析問題,概念生成,圖式(schema)化,和細節(jié)設計。這些模型,闡明了設計中的工作步驟或思維步驟[7]。
從研究設計活動的流程和內容,來分析可能的交互機制。IDEF0是以結構化分析和設計技術(StructuredAnalysisandDe-signTechnique,SADT)為基礎建立了一種系統功能表達的工具。該模型幫助我們認識概念生成程序的不同階段。在IDEF0中,由一個活動所生成的內容作為輸出,它可以被輸入、控制,或機制。這些活動控制,見圖2。基于IDEF0(May-er,1992),建構了一個概念設計的認知模型(YanJinandPawatChusilp,2005)。
圖2的模型包含概念設計過程中4個關鍵的認知活動和一個交互機制:分析問題,包括理解現存問題和探索再設計中需要滿足和保留的需求和約束[4]。通過任務分析,設計目標被提出,約束和需求被定義。作為問題分析,問題求解標準也從設計目標中決定。問題分析的輸出是一個完整的問題情境描述。
想法(idea)生成,指生成新的初始概念。根據所給的問題需求和約束條件,設計師從他們記憶中提取相關的記憶信息和知識來創(chuàng)造初始的設計概念。基于Finke(1992,Creativecogni-tion-theory,research,andapplication),Oxman(2002,Thethinkingeye:visualre-cognitionindesignemergence)和前面的認知交互模型,想法生成活動不只是記憶提取,而且是“兩者之間(無論是生命體還是機器)連續(xù)的作用和反應的過程”。組成概念,是初始設計想法到設計概念的發(fā)展和構建過程。這個活動中設計師聯結思維中先前生成或別人的想法或概念,這種想法的聯結會轉換為更加成熟的設計概念,組成可以看作是新的生成。
概念評估,是評價組成的概念是否滿足設計需求,約束條件和評估標準。作為一個認知的過程,評估意味著設計師確認生成的概念是相關的、有用的、好的。相關的和有用的決定了概念是否滿足需求和約束條件,同時設計標準決定其好壞。
概念設計認知模型中的交互機制,是為問題分析、想法生成、組成概念以及概念評估提供的一個支撐平臺,通過傳統設計環(huán)境的紙媒介,或是數字設計環(huán)境的數字媒介,設計信息通過交互機制,被交換和操作后形成設計認知互動。
圖2中,交互機制中A可是點對點,也可以是點對多點的一個交互過程。交互機制本身可是一個CAD系統,或一種團隊激智方法。如草圖風暴法,其關鍵在想法或概念的相互激發(fā)。這個機制的優(yōu)點是將多樣的設計信息顯性化,提供給不同背景的設計師。
作為交互機制本身存在一個二律背反,交互的信息越多越利于生成更多、更完備的設計概念,設計創(chuàng)新度也高;但交互的信息越多,設計師的精力和時間成本越高,不利于概念生成的。所以一個好的交互機制應該是有條理,分階段,信息管理合理的。例如:參加一次團隊激智的成員不宜多,避免交互過于繁復。設計一個交互機制應該是符合倫理,意圖明確,注重實效,并包含合適的認知和情感刺激的[3]。
4案例分析
這里對一個創(chuàng)新性設計案例進行分析,這個案例為團隊設計并且是多學科協同設計的過程。由一組研究生和相關專家組成的設計團隊來完成一個產品——奧運火炬的概念設計,生成其造型特征并用一個宣傳短片明晰和深化其概念,提供給后面進一步的設計。明確設計任務后,向團隊成員說明設計要求和設計目標。
向設計師說明要加強交互在概念生成中的運用。見圖3,運用草圖風暴和書寫風暴相結合作為交互機制,這種同步激智方法是一個循環(huán)的過程,規(guī)定約15min為一個循環(huán),團隊成員為10人。生成大量想法后,開始將這些想法進行組合,由相關專家評定,按照獲得的信息進行進一步概念生成、組合,幾個循環(huán)后進行細節(jié)設計,生成故事板和火炬的造型特征。由于設計過程有明確的交互機制,設計概念生成更加有序、有效和快速。新晨
為了進一步研究交互機制對概念生成的影響,還把這個設計流程引入到實際設計公司,觀察在更加廣泛和實際的設計情景中,交互機制的應用。采用近距離的觀察來發(fā)現實際設計環(huán)境下認知活動,并用自然語言法(NLP)對設計過程進行分析[6]。設計的對象為手機,觀察者作為團隊的成員之一,研究發(fā)現,見圖4。
如圖4,設計師的設計活動都可以解釋為設計師的信息處理通過設計過程中交互機制里傳遞的信息,以設計目標和設計流程為標準,將其進行分類和進行定性描述。可以看到設計信息應是顯性的,促進性的。公式化的信息更加高效并符合設計問題情景,但是會缺乏創(chuàng)新性。另外作為背離問題情景的信息,不應全部否定,其中部分信息具有高創(chuàng)新性,可以修改后重用。
5結語
概念設計的認知模型明確了設計概念生成過程和交互過程,以及相互的聯系,可以更好地分析設計的本質過程,提高設計交互的效率和設計創(chuàng)新性。從分析設計師在設計過程中概念生成和交互的行為特點,可以構建更加完備的設計交互機制來促進設計。
參考文獻:
[1]簡召全.工業(yè)設計方法學[M].修訂版2版.北京:北京理工大學出版社,2000.
[2]趙江洪.人機工程學[M].北京:高等教育出版社,2006.
摘要：工程設計，概念設計，創(chuàng)造性思維，創(chuàng)新
1工程領域中的概念設計
現代科技的迅猛發(fā)展，尤其是微電子、信息、新材料及集成技術的進展，使產品結構發(fā)生了革命性的變化，機電一體化、模塊化已成為工程產品的發(fā)展趨向；計算機技術的飛速發(fā)展和廣泛應用，深刻的影響著設計開發(fā)過程、制造過程、營銷和售后服務過程，并改變著產品的結構和功能；先進工藝技術和先進制造技術為現代工程設計提供了前所未有的工藝技術手段和社會化制造體系。這些變化都深刻地影響著工程設計的發(fā)展。
工程設計是人們運用科技知識和方法，有目標地創(chuàng)造工程產品構思和計劃的過程，幾乎涉及到人類活動的全部領域。工程設計的費用往往只占最終產品成本的一小部分（8~15%），然而它對產品的先進性和競爭能力卻起著決定性的影響,并往往決定70~80%的制造成本和營銷服務成本。所以說工程設計是現代社會工業(yè)文明的最重要的支柱，是工業(yè)創(chuàng)新的核心環(huán)節(jié)，也是現代社會生產力的龍頭。工程設計的水平和能力是一個國家和地區(qū)工業(yè)創(chuàng)新能力和競爭能力的決定性因素之一。
工程設計的全過程就是不斷建立各種模型，并不斷進行綜合和分析的過程，即反復地創(chuàng)造模型和評價模型的過程。工程設計的內容大致可分為兩類摘要：一類是數值計算型的工作，包括大量的計算、分析、繪圖、編寫說明書和填寫各種表格；另一類是符號推理性的工作，主要是方案設計工作。在設計方法學中，前者稱之為細節(jié)設計，后者稱之為概念設計。概念設計主要包括功能設計和結構設計兩大部分。其功能主要體現在產品設計的早期階段，把主設計師根據產品功能的需求而萌發(fā)出來的原始構思和沖動形成產品的主體框架，及它應包括的各主要模塊和組件，以完成整體布局和外型初步設計。然后進行評估和優(yōu)化，確定整體設計方案。再由各責任設計師把總設計師的設計思想落實到具體設計中去，實現細節(jié)設計。可見概念設計是個創(chuàng)造性過程，它要求設計者能綜合運用許多學科的專門知識和豐富的實踐經驗，并通過廣泛的調查探究而占有大量的信息資料，再經過反復思索、推理和決策，才能創(chuàng)造出和眾不同的、滿足用戶要求的設計方案來。
在工程設計領域中存在這樣一個誤區(qū)摘要：設計、構思的原始沖動是三維概念，最終設計實施之結果即產品也是三維形體。可是多年來以二維繪圖為基礎的產品設計、制造模式嚴重地束縛了工程技術人員的創(chuàng)造力和想象力，成為創(chuàng)新的桎枯。
三維建模技術的崛起以及虛擬制造技術的出現為概念設計和創(chuàng)新提供了一種極好的工作平臺，設計師們可以直接從三維概念和構思入手，進行概念設計，形成產品的初步框架，然后進一步通過工程分析、數字仿真、虛擬現實等高新技術手段來分析和評價設計方案的可行性及未來產品的質量、可靠性。這種設計方法尤其能充分發(fā)揮自頂向下的設計過程中,設計者的聰明和創(chuàng)新能力，不必拘泥于平面圖紙的限制和束縛，而把主要精力聚焦于創(chuàng)造性的勞動——創(chuàng)新。
2概念設計和創(chuàng)造性思維和技術創(chuàng)新
2.1創(chuàng)造性思維及其特征
要設計就要有創(chuàng)新，而創(chuàng)新正是設計人員進行創(chuàng)造性思維的結果。設計人員要打破習慣性思維，變換角度，開闊視野，才能使自己的創(chuàng)造力得到更充分的發(fā)揮。創(chuàng)造性思維是指有創(chuàng)建的思維，即通過思維，不僅能揭示事物的本質，而且能在此基礎上提供新的、具有社會價值的產物。創(chuàng)造性思維有擴散思維和集中思維、邏輯思維和形象思維、直覺思維和靈感思維等多種形式。在工程設計的概念設計中，要努力發(fā)掘創(chuàng)造性思維的能力，充分注重擴散思維和集中思維的辨證統一，準確把握邏輯思維和形象思維的巧妙結合，善于捕捉直覺思維和靈感思維的“閃光和亮點”，這樣才有可能設計出新奇、獨特、有創(chuàng)意的產品。
創(chuàng)造性思維具有如下一些特征摘要：
（1）獨創(chuàng)性摘要：創(chuàng)造性思維所要解決的新問題是不能用常規(guī)、傳統的方式解決的新問題。它要求重新組織觀念，以便產生某種至少以前在思維者頭腦中不存在的、新奇的、獨特的思維。這就是它的獨創(chuàng)性。獨創(chuàng)性要求人們敢于對司空見慣或“完美無缺”的事物提出懷疑，敢于向傳統的陳規(guī)舊習挑戰(zhàn)，敢于否定自己思想上的“框框”,從新的角度分析新問題、熟悉新問題。
（2）連動性摘要：創(chuàng)造性思維又是一種連動思維，它引導人們由已知探索未知，開拓思路。連動思維表現為縱向、橫向和逆向連動。縱向連動針對某現象或新問題進行縱深思索，探詢其本質而得到新的啟發(fā)。橫向連動則通過某一現象聯想到特征和它相似或相關的事物，從而得到該現象的新應用。逆向連動則是針對現象、新問題或解法，分析其相反的方面，從順推到逆推，從另一角度探索新的途徑。
（3）多向性摘要：創(chuàng)造性思維要求向多個方向發(fā)展，尋求新的思路。可以從一點向多個方向擴散；也可以從不同角度對同一個新問題進行思索、解決。
（4）善于想象摘要：創(chuàng)造性思維要求思維者善于想象，善于結合以往的知識和經驗在頭腦里形成新的形象，善于把觀念的東西形象化。愛因斯坦有一句名言摘要：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，并且是知識進化的源泉。”只有善于想象，才有可能跳出現有事實的圈子，才有可能創(chuàng)新。
（5）突變性摘要：直覺思維、靈感思維是在創(chuàng)造性思維中出現的一種突如其來的領悟或理解。它往往表現為思維邏輯的中斷，出現思想的飛躍，忽然閃現出一種新設想、新觀念，使對新問題的思索突破原有的框架，從而使新問題得以解決。
2.2概念設計呼喚技術創(chuàng)新
技術創(chuàng)新在概念設計中發(fā)揮著至關重要的功能。概念設計中技術創(chuàng)新的本質就是要在工程設計領域中發(fā)現某種新事物、提出某種新思想，在很多情況下是因為現有的產品不能滿足社會（用戶）的需求而激發(fā)出的新奇構思和創(chuàng)見。技術創(chuàng)新的基礎是知識的積累和靈感的迸發(fā)，是設計人員進行創(chuàng)造性思維的結果。創(chuàng)新本身就意味著不拘一格，不局限也不依靠于某種特定的模式，以下諸多方面都是孕育技術創(chuàng)新的土壤摘要：
（1）多項現有技術的有機結合或綜合運用往往會產生意想不到的效果；
（2）對已有知識的創(chuàng)造性總結和應用經常帶來重大的科技突破；
（3）突發(fā)奇想但經過科學論證或實驗證實所產生的新思路、新方法、新技術；
（4）新知識和現有知識的合理嫁接；
（5）產品功能上的兼收并蓄和去粗取精；
（6）學科間的交叉、交融和借鑒；
（7）新技術、新材料、新工藝的有機結合及應用；
（8）科學探究中的新發(fā)現和新成果應用于工程實踐……。
由此可以進一總結出多種行之有效的創(chuàng)新技法摘要：
l智力激勵法摘要：又稱集智法、智暴法。即通過集會讓設計人員用口頭或書面交流的方法暢所欲言、互相啟發(fā)進行集智或激智，引起創(chuàng)造性思維的連鎖反應；
l提問追溯法摘要：根據探究對象系統地列出有關新問題，逐個核對討論，從中獲得解決新問題的辦法和創(chuàng)造性發(fā)明的設想，或是針對新開發(fā)產品的希望點（或缺點），逐點深入分析，尋找解決新問題的新途徑；
l聯想類推法摘要：通過相似、相近、對比幾種聯想的交叉使用以及在比較之中找出同中之異、異中之同，從而產生創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新的方案；
l反向探求法摘要：采用背離慣常的思索方法，通過逆向思維、轉換構思，從功能反轉、結構反轉、因果反轉等方面尋求解決新問題的新途徑；
l系統搜索法摘要：從一個初始狀態(tài)開始，分析影響系統的各個參量，逐步向前搜索，或采用孤立因素、更換參數等方法獲取系統的多種解法并求得最優(yōu)解；
l組（綜）合創(chuàng)新法摘要：將現有的技術或產品通過功能原理、構造方法的組合變化，或者通過已知的東西作媒介，將毫無關聯的不同知識要素結合起來，攝取各種產品的優(yōu)點使之綜合在一起，形成具有創(chuàng)新性的設計技術思想或新產品；
l知識鏈接法摘要：創(chuàng)新是一個動態(tài)的和復雜的功能過程和知識流，它包括知識的產生、開發(fā)、轉移和應用，這四個階段構成一條“知識供給鏈”并按照下述原則進行管理摘要：把技術創(chuàng)新過程作為一個集成化的系統，只有將所有涉及該過程的伙伴捆綁在一起，才能發(fā)揮最大功能，這些伙伴都應明確什么知識內容才能滿足用戶最大需求，知識轉移的特征和形式是什么，最終用戶是誰，他們何時需要使用這些知識？涉及創(chuàng)新的所有信息流和通信流對全體伙伴都是開放的，在每個知識供給者和知識使用者之間建立信息反饋，使信息交換更為有效，知識供給鏈中每一個伙伴能夠感受到整個系統和他們自己都從中獲得巨大利益，熟悉到自己是鏈中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。該方法適于更大范圍內、更高層面上的技術創(chuàng)新。
3工程設計領域中的概念設計技術創(chuàng)新實踐
基于上述分析，我們提出了若干種含有技術創(chuàng)新的產品概念設計范例摘要：
（1）采用先進的控制、驅動和定位系統，由局部小畫面組成整體大畫面的可變畫面巨型燈箱廣告機的設計；
（2）時速超過運七飛機的高速鐵路機車車身外型設計，既要滿足空氣動力學性能，又要有美觀的外型，三維CAD建模技術和NURBS曲線面理論的應用；
（3）適應于多彎道和小半徑城市軌道交通環(huán)境下的擺式列車車身及減振轉向架的設計；
（4）反求工程已廣泛應用于一些具有復雜曲面的實物模型（如模具）的三維數據重構，不妨借鑒用來對生物醫(yī)學圖象進行數字圖象處理，為醫(yī)務人員的臨床診斷和治療提供更逼真的三維模型和實體模型；
（5）基于電動機——發(fā)電機可逆原理的新型電動自行車的設計，把（下坡時）車輪轉動的動能所轉化成的電能再回充給蓄電池，從而增加電動自行車蓄電池一次充電使用的續(xù)行距離；
（6）加工中心自動換刀功能的擴展，用于東風4（11）型內燃機車發(fā)動機端面多軸孔加工的自動換箱多軸箱設計；
（7）把列車檢修工人的豐富經驗升華為專家系統——基于加速度傳感器和單片機控制的智能式檢振錘的設計；
（8）虛擬軸機床（并聯機床）的概念設計。
這里以鐵路機車車身設計為例，對概念設計及創(chuàng)新的過程加以說明。
時速300公里以上的高速列車在歐美、日本等發(fā)達國家得到廣泛應用。我國已通過論證并計劃在下世紀初建設第一條（京滬）高速鐵路。
當我們看到法國TGV（TraindelaGrandeVitesse）實驗車速達到515.25公里／小時時，我們知道這已經超過了我國“運八”飛機的時速，設計師的頭腦中自然應該產生這樣的概念摘要：時速300公里的鐵路機車車頭的外型也應該像飛機那樣具有流線型和光順性，才會有較好的動力學特性。“光順”一詞的幾何意義是所構造的曲線、曲面應具有C2連續(xù)，且無奇點。從通俗的概念來理解，即為“光滑順眼”之意。
由這些概念和構思出發(fā)，我們可以由整體構思和概念設計逐步進入流線型機車車身的細節(jié)設計環(huán)節(jié)。
鐵路工業(yè)和汽車工業(yè)對車身外型設計的先進性和創(chuàng)新性的都有著一致和迫切的要求。歸納起來應是以下幾個方面摘要：
l具有良好的空氣動力學特性，以減少在高速運行時的摩擦阻力。
l具有良好的結構布局及足夠的強度和剛度。
l具有美學曲面的質感和動感，以美化生活和環(huán)境。
l盡可能短的設計和制造周期，以盡快地占領市場。
顯然滿足上述諸要求的車身外型曲面是相當復雜的，非一般常規(guī)曲面（如柱面、球面、錐面、環(huán)面等）所能表達。再者，若按常規(guī)設計、制造方法和過程來完成如此高要求的設計外型，則上述第四項要求更是高不可攀。只有積極謀求技術進步，大力推廣應用CAD/CAM技術才是解決車身外型改型頻繁、不斷創(chuàng)新且滿足上述各種要求的關鍵所在。
近十年來，CAD業(yè)界涌現出一批象EDS的UG、PTC的Pro-Engineer、MATRA的EUCLID、IBM的CATIA等等一系列優(yōu)秀的CAD/CAM軟件，為我們提供了一個極好的開發(fā)工具和環(huán)境。它們的三維實體建模、參數建模及復合（Hybrid）建模技術，實體和曲面相結合的造型方法，以及自由形式特征建模（FreeFormFeatureModeling）技術為我們的設計工作提供了強有力的工具。
這里具體地介紹如何使用UG的FreeFormFeature等功能，來實現車身外型的概念設計到細節(jié)設計。
UG的FreeFormFeatureModeling模塊把實體建模和表面建模技術集成為一個功能十分強大的建模工具組，它支持復雜自由曲面的造型設計。它的復合建模技術，自由型面特征建模，可視化編輯，多組件裝配，二維視圖自動生成，尤其是伴隨最新UGV14.0版本推出的全新概念設計WAVE（What-ifAlternativeValueEngineering）可使不同部門的工程師在設計的早期階段，站在系統工程的角度，同時針對多種可供選擇的方案進行評估，通過將設計意圖組織到一個“控件結構”中去，使工程師十分有效地控制設計變更，而且所發(fā)生的變更會自動地傳遞到上級設計中去。
這里以創(chuàng)建流線型機車車身外型為例，具體步驟如下摘要：
（1）根據前節(jié)所述模線的來源，本例參考法國TGV和德國ACE機車外型模板，并加以個性化修改。所選定的23條模型基線見于圖1。
外形模型基線向等值半徑線云圖
以這一組模線為基礎，采用UG的FreeFormFeature/ThroughCurve來創(chuàng)建曲面；采用Info/Analysis/FaceCurvature功能來觀察和分析該曲面的光順性，圖2即為車身外型曲面及頂面法向半徑等值線云圖。
在構造模線的原始數據中可能有“瑕點”，或者僅憑“感覺”進行判定，創(chuàng)建的曲面不一定能完全滿足C2連續(xù)的條件和光順性的要求,可以通過光順處理予以滿足。圖3是對其中一條模線進行光順處理的過程。值得重視的是摘要：獲得一組光順的模線是生成光順曲面的必要條件。
采用光順后的模線重新構造車身外型曲面。采用UG/Photo功能并指定材質，可進行著色、光照、渲染，以得到更為逼真的三維造型圖。見圖4。
圖4機車車身三維造型圖5機車車身二維投影圖
（5）對機車車身裙部和頭部下端，可采用Feature/Curve/Mesh功能分片進行創(chuàng)建。這里充分體現出UG軟件對角域曲面的三維造型能力。
關鍵詞：建筑設計；概念設計
在不斷的結構設計研究與實踐中，人們積累了大量有益的經驗，并體現在設計規(guī)范、設計手冊、標準圖集等等。隨著計算機技術和計算方法的發(fā)展，計算機及其結構程序在結構工程中得到大量地應用，每個設計單位都在為徹底甩掉圖板而做努力。結果給部分結構工程師造成一種錯覺，覺得結構設計很簡單，只需遵循規(guī)范、手冊、圖集，等待建筑師給出一個空間形成的方案（非結構的），使用計算機，然后設法去完成它，自己只不過是一個東拼西湊的計算機畫圖匠而已。這不僅不能有效地運用他們的知識、精力和時間，而且還會與建筑師的交流中產生分歧與矛盾。
我國結構計算理論經歷了經驗估算，容許應力法，破損階段計算，極限狀態(tài)計算，到目前普遍采用的概率極限狀態(tài)理論等階段。現行的《建筑結構設計統一標準》（GBJ68-84）則采用以概率理論為基礎的結構極限狀態(tài)設計準則，以使建筑結構的設計得以符合技術先進、經濟合理、安全適用。概率極限狀態(tài)設計法更科學、更合理。但該法在運算過程中還帶有一定程度的近似，只能視作近似概率法。并且光憑極限狀態(tài)設計也很難估計建筑物的真正承載力的。事實上，建筑物是一個空間結構，各種構件以相當復雜的方式共同工作，且都并非是脫離總的結構體系的單獨構件。目前，人們在具體的空間結構體系整體研究上還有一定的局限性，在設計過程中采用了許多假定與簡化。作為結構工程師不應盲目的照搬照抄規(guī)范，應該把它作為一種指南、參考，并在實際設計項目中作出正確的選擇。這就要求結構工程師對整體結構體系與各基本分體系之間的力學關系有透徹的認識，把概念設計應用到實際工作中去。
運用概念性近似估算方法，可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇，易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算，具有較好的的經濟可靠性能。同時，也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。
比如，有的設計人員用多、高層結構三維空間分析程序來計算底層框架，還人為的布置一些抗震墻，即不能滿足樓層間的合理剛度比，也不能正確地反映底層框架在地震時受力狀態(tài)。問題在于結構概念不明確，沒考慮這兩種結構體系的差異。軟件的選擇和使用不當，造成危害是不容忽視的。美國一些著名學者和專家曾警告工業(yè)界：“誤用計算機造成結構破壞而引起災難只是一個時間的問題。”然而避免這種情況，概念設計的思想不妨是個好方法。
運用概念設計的思想，也使得結構設計的思路得到了拓寬，結構工程師往往只注意到不超過最大配筋率，結果肥梁、胖柱、深基礎處處可見。
以抗震設計為例，一般是根據初定的尺寸、砼等級算出結構的剛度，再由結構剛度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，結構剛度越大，地震作用效應越大，配筋越多，剛度越大，地震力就越強。這樣為抵御地震而配的鋼筋，增加了結構的剛度，反而使地震作用效應增強。其實，為什么不考慮降低作用效應呢？目前在抗震設計中，隔震消能的研究就是一個很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎與主體之間設柔性隔震層；加設消能支撐（類似于阻尼器的裝置）；有的在建筑物頂部裝一個“反擺”，地震時它的位移方向與建筑物頂部的位移相反，從對建筑物的振動加大阻尼作用，降低加速度，減少建筑物的位移，來降低地震作用效應，合理設計可降低地震作用效應達60%，并提高屋內物品的安全性。這一研究在國內外正廣泛地深入展開，在日本，研究成果已經廣泛應用于實際工程中，取得良好的經濟、適用效果。而我國由于經濟、技術和人們認識的限制，在工程界還未被廣泛地應用。
概念設計的思構被越來越多的結構工程師所運用，并把結構設計中的作用發(fā)揮越來越大。近年來強調計算機應用教育，比如，畢業(yè)設計用結構設計軟件計算、出圖。但由于計算機設計過程的屏蔽，手算過程訓練程度的削弱，造成學生產生一定依賴性，結果綜合運用能力下降，整體結構體系概念模糊。這些對于培養(yǎng)具有創(chuàng)造力、未來的工程師是相當不利的。
隨著社會經濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，對建筑結構設計也提出了更高的要求。發(fā)展先進計算理論，加強計算機的應用，加快新型高強、輕質、環(huán)保建材的研究與應用，使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟是當務之急，其中，打破建筑結構設計中的墨守成規(guī)，充分發(fā)揮結構工程師的創(chuàng)新能力，是相當必要的。因為他們是結構設計革命的推動者和執(zhí)行者，這則需要工程界和教育界進行共同的努力，推廣概念設計思想是一種有效的辦法。
1、.教育科學研究設計的一般定義
為實現以較少的人力、物力和時間獲取客觀、明確、可靠的研究結論，依據確定的研究項目，對研究方式方法、研究操作程序和控制方案進行周密、科學、完整地構思、確定、規(guī)劃和表述。在這個定義中，前一部分是設計的目的，后一部分指研究設計的工作內容
2、教育科學研究設計的基本任務有兩項：
其一，選擇、確定收集和分析研究數據的方式方法，保證研究采用的方式方法是合理的、可靠的和經濟的；其二，構思、制定實現研究目的的操作程序和控制方案，保證研究是有效的、客觀的和明確的。研究設計的核心內容是保證回答研究的問題和達到研究目的。
研究方式方法是合理的，指針對一定的假設或研究內容，采用的方式方法能夠滿足檢驗、論證和解釋研究內容所需要的功能和潛在條件。
研究方式方法是可靠的，指研究所采用的方式方法式是可以信賴的，可以重復的，即使換了他人來做同樣的工作也能得到基本相同的結果。
研究方式方法是經濟的，指對經費、人力、物力、時間的整體考慮和精打細算，既要力所能及，又要以較少的投入爭取最大的效益。
保證研究是有效的，首先指研究所使用的變量之間存在著真實的確定的關系，這種關系可能是因果關系，也可能是相關關系。例如，教學方法和學習成績、社會責任感和學習能力；其二是這種關系的想象和構思是科學的，源于理論的支持、實踐的啟發(fā)以及靈感的萌動，對關系中的變量進行適當的操作化定義，能夠有效控制和檢驗。其三是對于這種關系的統計意義，采用的數學推論工具是否適宜和數據的質量是否達到需要的標準，以及樣本容量是否合適；其四是研究結果的適用范圍，教育科學研究必須保證有一定的適用范圍，如果僅是對某一個人適用，對于教育科學研究來說其意義不大。
保證研究是客觀的，指研究的程序和控制必須要保證研究變量之間的影響能以真實關系發(fā)生變化，不能是虛構的、或隨心所欲的，收集的數據是反映真實關系的、準確的。例如，以教學方法與學習成績作為兩個研究變量，學生的學習成績除了受教學方法的影響外，還可能會因為請了專門家教進行個別輔導、受到某種社會或物質鼓勵產生學習動機等多方面的影響，所以，必須設計相應的操作程序和控制方案保證反映的是教學方法與學習成績的真實關系。
保證研究是明確的，指設計要使得研究所反映的關系能以比較突出和鮮明的形式表現出來，或者說，使得產生最大的反映關系量，同時，研究結果不能含糊不清或似是而非，而是以明白無誤的、有說服力的、可靠的數據或材料表述出來
3、研究設計功能
任何一項研究，人們總是想使有關的資源得到合理的分配和有效利用，并追求最大效益。研究設計如同一份工作藍圖，能夠提供研究者符合邏輯的推理流程，突出研究工作的重點，指引研究者明確、順利、經濟地完成研究任務。 研究設計不僅是一項規(guī)劃，也是一種策略。事先嚴密的研究設計，有助于使研究具有一定的效度和信度。效度是指研究結果在回答課題提出的問題方面的正確程度，及研究結果反映事物間存在的因果關系或特征的真實程度。信度是指研究所得結果的可靠、精確與穩(wěn)定程度。效度與信度的高低是研究自身價值高低的反映。沒有效度、信度的研究是沒有實際價值的研究，沒有價值的研究是無意義的。任何具有高水平的研究工作依賴研究的客觀性、系統性和科學性，涉及理論構思與科學方法、周密規(guī)劃與嚴謹實施等諸多問題，不能是隨意性的，需要進行研究設計。 同時，研究設計本身是否科學、合理和完善，直接關系到研究的進程、代價，研究結論的可靠性、科學性等，所以，在進行教育科學研究之前，嚴密、審慎地做好研究設計工作是十分必要的。一個好的教育科學研究設計，對研究工作具有一定的保證作用，如同事物有了好的開頭和發(fā)現了一條順利達到目的的科學“捷徑”，能夠收到事半功倍的效果。
1機電系統以及概念設計的內涵
1.1機電系統的內涵機電系統,也是機電一體化系統,它一般是指幾厘米以下,甚至更加小尺寸的小型裝置,主要由傳感順、執(zhí)行器,以及微能源等組成,實際上是一個相對獨立的智能系統,在電子和機械等各個領域有著非常廣泛的應用。對于機電系統的具體內涵,其實有很多不同版本的理解,有的認為,機電系統是一種將機械設備、電子裝置和各種軟件等有機結合而組成的應用系統;有的認為,機電系統是一種主要由計算機信息網絡協調并控制的,以此來實現機械力、運動和能量流等多動力學任務,同時,將機械和機電的各個部件相聯系的系統;有的認為,機電系統是一種將多種不同技術,比如,機械電工、電子光學等組合而成的系統。而在我國普遍將機電系統定義為是機電一體化技術(包括精密機械技術、伺服傳動技術、傳感檢測技術、信息處理技術、自動控制技術,以及系統總體技術)與機電一體化產品的合稱。
1.2概念設計的內涵眾所周知,產品設計是一項非常復雜的工作,就其具體的過程而言,雖然國際上有諸多論述,眾說紛紜,但是無論是哪一種說法,得出的總結就是產品設計涉及到兩個重要的設計階段,也就是概念設計與詳細設計。而概念設計的內涵主要包括這樣幾個方面:首先,功能創(chuàng)新;其次,功能分析和功能結構圖設計;再者,工作原理解的搜索和確定;最后,功能載體方案構思和決策。因此,概念設計在產品設計的整個過程中占據著重要地位,發(fā)揮著不可替代的作用,如果概念設計做好了,產品設計的整體水平才能達到一定的高度。此外,機電系統的概念設計運用到多個學科范疇的知識,其體現了設計的高度藝術性、創(chuàng)新性,以及綜合性。
2機電系統概念設計技術的應用特點
2.1創(chuàng)新性我國一直致力于建設創(chuàng)新型國家,培養(yǎng)創(chuàng)新型高新技術人才,對于“創(chuàng)新”一詞的高度重視是當今社會的必然要求,而對于機電系統概念設計技術而言,創(chuàng)新性更是機電系統概念設計技術的精髓和靈魂,如果要適應時展的要求,滿足用戶對機電產品的日益增長的要求,就要很好地體現機電系統概念設計技術的創(chuàng)新性特點,只有不斷地對機電系統進行創(chuàng)新的概念設計,才能夠打造出能夠讓機電產品的用戶感到滿意并且適用的新產品。因為機電系統本身就是一個相對比較繁雜的綜合性系統,所以,機電系統概念設計技術上所體現出來的創(chuàng)新可以是不同層面的,比如,機電系統的結構的完善和更換等等。無論是哪個方面的創(chuàng)新,都直接對機電系統的整體的創(chuàng)新有很大的影響。因此,機電系統概念設計技術的創(chuàng)新性特點是不可忽視的。
2.2多樣性除了創(chuàng)新性的特點以外,機電系統概念設計的另一個比較重要的特點就是它所體現出來的多樣性。無論是機電系統概念設計的手段的多種多樣,還是機電系統概念設計的設計方案的豐富多樣,都在一定程度上反映了機電系統概念設計在市場需求、工作原理,以及產品形態(tài)等多個方面的多樣化。不但布局不同會體現多樣化,而且設計思路不同也會加強多樣化的顯現。
3結語
總而言之,從長遠的角度來看,機電系統的快速發(fā)展和更新換代都離不開概念設計技術的應用。就目前的情形而言,機電系統概念設計技術的使用早就已經在世界范疇內得到了大家的普遍認可和推崇,作為產品設計的重要環(huán)節(jié),概念設計是整個產品設計的過程中最不可或缺的一個階段。在某種程度來說,概念設計階段在產品的生命周期里發(fā)揮著決定性的作用,產品特征多半通過概念設計階段的內容來決定,同時,概念設計也是市場及企業(yè)間的角逐競爭的關鍵因素。上述內容通過對機電系統概念設計技術與應用的研究背景的分析,在深入理解相關概念的基礎上,對其應用特點等進行探析對該領域的發(fā)展具有一定的參考價值，
作者：張云龍 單位：阜新礦業(yè)集團物資有限公司
關鍵詞：建筑抗震，概念設計
一、 地震相關概念簡介
1） 地震：地震又稱地動、地振動，是地殼快速釋放能量過程中造成振動，期間會產生地震波的一種自然現象。全球每年發(fā)生地震約五百五十萬次。地震常常造成嚴重人員傷亡，能引起火災、水災、有毒氣體泄漏、細菌及放射性物質擴散，還可能造成海嘯、滑坡、崩塌、地裂縫等次生災害。地震分為三大類：火山地震，誘發(fā)地震和構造地震，目前世界上90%的地震是構造地震。
2） 震級：是指地震的大小，是以地震儀測定的每次地震活動釋放的能量多少來確定的。中國目前使用的震級標準，是國際上通用的里氏分級表，共分9個等級，在實際測量中，震級則是根據地震儀對地震波所作的記錄計算出來的。地震愈大，震級的數字也愈大，震級每差一級，通過地震被釋放的能量約差32倍。由于其與震源的物理特性沒有直接的聯系，因此現在多用矩震級來表示。
3） 烈度：地震烈度是表示地面及房屋等建筑物遭受地震影響破壞的程度。同一地震發(fā)生后，不同地區(qū)受地震影響的破壞程度不同，地震烈度也不同。判斷烈度的大小，是根據人的感覺、家具及物品振動情況、房屋及建筑物受破壞的程度，以及地面出現的破壞現象等。
4） 地震基本烈度：地震基本烈度是指未來50年內在一般場地條件下可能遭遇的超越概率為10%的地震烈度值。。
二、 建筑設防目的和要求
1） 設防目的：在一定經濟條件下， 最大限度地限制和減輕建筑物的地震破壞。
2） 設防要求：“小震不倒，中震可修，大震不倒”---三水準設防要求。
3） 三水準設防具體要求：
a） 第一水準：當遭受低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震（重現期約50年）影響時，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。結構仍處于彈性狀態(tài)，可以用彈性反應譜進行地震作用計算，按承載力要求進行截面設計，并控制結構彈性變形符合要求。
b） 第二水準：當遭受相當于本地區(qū)抗震設防烈度的地震（重現期約475年）影響時，可能損壞，經一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。結構產生塑性變形，依靠塑性耗能能力，使結構保持穩(wěn)定得以保存下來，此時結構抗震設計應按變形要求設計。
c） 第三水準：當遭受高于本地區(qū)抗震設防烈度的預估的罕遇地震（重現期約1600～2400年）影響時，不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴重破壞。結構進入彈塑性大變形狀態(tài)，此時應考慮防倒塌設計。
三、 建筑抗震的概念設計
1） 抗震概念設計是指一些在計算中或在規(guī)范中難以作出具體規(guī)定的問題，必須由工程師運用“概念”進行分析，作出判斷，以便采取相應的措施。例如結構破壞機理的概念，力學概念以及由震害試驗現象等總結提供的各種宏觀和具體的經驗等，這些概念及經驗要貫穿在方案確定及結構布置過程中，也體現在計算簡圖或計算結果的處理中。建筑結構的抗震設計，是以現有科學水平和經濟條件為前提的。
2） 概念設計主要內容：
a） .選擇對建筑抗震有利的場地，宜避開對建筑抗震不利的地段，不應在危險地段建造 甲、乙、丙類建筑。對于不利地段，結構工程師應提出避開要求，當無法避開時，應采取有 效措施，這就考慮了地震因場地條件間接引起結構破壞的原因，諸如地基土的不均勻沉陷、 地震引起的地表錯動與地裂。
b） .建筑的平立面布置應符合概念設計的要求，不應采用嚴重不規(guī)則的方案。不規(guī)則的 建筑，在結構設計時要進行水平地震作用計算和內力調整，并應對薄弱部位采取有效的抗震 構造措施。借鑒國際的通行做法，參考外國規(guī)范，使我們的設計更加完善合理。
c） .結構材料選擇與結構體系的確定應符合抗震結構的要求。采用哪一種結構材料，什么樣的結構體系，經技術經濟條件比較綜合確定。同時力求結構的延性好、強度與重力比值 大、勻質性好、正交各向同性，盡量降低房屋重心，充分發(fā)揮材料的強度，并提出了結構兩個主軸方向的動力特性（周期和振型 ）相近的抗震概念。4.盡可能設置多道抗震防線。地震有一定的持續(xù)時間，而且可能多次往復作用，根據 地震后倒塌的建筑物的分析，我們知道地震的往復作用使結構遭到嚴重破壞，而最后倒塌則是結構因破壞而喪失了承受重力荷載的能力。適當處理構件的強弱關系，使其形成多道防線，是增加結構抗震能力的重要措施。例如單一的框架結構，框架就成為唯一的抗側力構件，那么采用“強柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可 以做到利用梁的變形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防線的位置。
d） 具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結構的抗側移剛度，往往 是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物在遭受強烈地震時，具有很強 的抗倒塌能力，最理想的是使結構中的所有構件及構件中的所有桿件都具有較高的延性，然 而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿作的延性是比較經濟有 效的辦法。例如上剛下柔的框支墻結構，應重點提高轉換層以下的各層的構件延性。對于框架和框架筒體，應優(yōu)先提高柱的延性。在工程設計中另一種提高結構延性的辦法是結構承載 力無明顯降低的前提下，控制構件的破壞形態(tài)，減小受壓構件的軸壓比（同時還應注意適當降低剪壓比），提高柱的延性。
e） 確保結構的整體性。各構件之間的連接必須可靠，符合下列要求 ：1 ）構件節(jié)點的承 載力不應低于其連接構件的承載力，當構件屈服、剛度退化時，節(jié)點應保持承載力和剛度不變。2 ）予埋件的錨固承載力不應低于連接件的承載力。3 ）裝配式的連接應保證結構的整體 性，各抗側力構件必須有可靠的措施以確保空間協同工作。4）結構應具有連續(xù)性，注重施 工質量，避免施工不當使結構的連續(xù)性遭到削弱甚至破壞。
四、 結語
建筑抗震概念設計是根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程，是一種基于震害經驗建立的抗震基本設計原則和思想。設計人員應在工程中應靈活運用概念設計，設計出經濟可靠的建筑。
參考文獻
[1] 鄧文旭.建筑抗震概念設計初探.山西建筑，2007，33（24）..
由此可見，概念設計是一種非常理性、目的性很強的設計。它的主要作用就是讓游戲吸引玩家，并能得到投資者的投資。對于致力于游戲概念設計的人來說，個人美術風格不是首要的，反而要花大量時間研究大眾的娛樂心理，了解大眾的游戲趣味，很難想象一個從不玩游戲的人會成為游戲概念設計師。
通過前面的文字描述，大家對概念設計的基本含義已經有所了解。下面，我們進一步研究游戲行業(yè)中的概念設計，具體有哪些類別。
1、角色概念設計
角色概念設計包括對象的額相貌、體型體格、服裝配飾等方面的設計，這些方面的設計，可以體現角色的性別、種族、性格，身份、職業(yè)、社會背景等。
在RPG（角色扮演游戲）、FTG（格斗類游戲）、ACT（動作過關類游戲）、AVG（冒險類游戲）等游戲中，角色在游戲中是主角，他們的概念設計設計好壞，對一款游戲的成敗至關重要。好的角色概念設計，可以讓游戲的角色獲得永久的生命力。譬如生化危機系列中的“Leon”，街霸系列的“Ryu”等，他們不僅在游戲界赫赫有名，現實生活中以它們?yōu)樵偷挠耙曌髌芬矊映霾桓F，Cosplay盛行，儼然也是赫赫有名的大明星。
要成為優(yōu)秀的角色概念設計師，相應地需要具備解剖、透視學、服裝、心理學、地理學、歷史學等方面的知識。在平時生活中注意觀察，特別留意人物性格與肢體語言、服裝等因素的關系，并大量畫速寫。注意廣泛閱讀關于人類心理學、歷史學、服飾學等方面的書籍，增強自己的觀察深度和認知水準。
2、工具概念設計
工具一詞的內涵很廣，概念設計中的工具設計主要指的是角色所創(chuàng)造出供其使用的衍生物設計。機械設計就是很典型的工具概念設計。
對于一部游戲作品來說，工具概念設計可以鮮明地表現該游戲設定的世界觀和時間背景，科技人文水平。好的工具概念設計，可以給游戲玩家?guī)砜岷退母杏X，在視覺上和心理上形成強烈的沖擊力。譬如經典的FPS（第一人稱視角射擊游戲）游戲――戰(zhàn)爭機器中典型的武器鏈鋸槍的設計，一方面展示了戰(zhàn)士的強悍，另一方面也表現出戰(zhàn)爭的殘酷。
要成為優(yōu)秀的工具概念設計師，相應地需要具備透視學、工業(yè)造型、人體工程學、力學、物理學等方面的知識。 在學習過程中，注意經常寫生各種工藝品、工具器械、各類機器的整體和局部構造（臨摹照片也行），熟悉各種紋理圖案和制作工藝。積累的素材越多，工具概念設計的可信度就越高，也越能打動觀眾。
3、場景概念設計
場景一詞的內涵很廣，概念設計中的場景設計主要指的是角色所處的環(huán)境設計。這里的環(huán)境，既包括自然景觀，包括山川河流，大地星球等地理環(huán)境；也包括人文景觀，包括現代建筑，城市風光，室內環(huán)境等等。
在AVG（冒險類游戲）、RPG（角色扮演游戲）、FPS（第一人稱視角射擊游戲）等游戲中，場景的概念設計會對角色和游戲的進程產生很大的影響。當游戲玩家以游戲角色的視角穿行于游戲設定的世界中，一路上五光十色的風景會極大程度上影響和左右玩家的情緒。最終幻想13中，華麗的場景設計與美輪美奐的主角，讓游戲玩家留念忘返，如癡如醉地沉浸在這個“繭”這個虛擬游戲世界的龐大敘事構架中。
要成為優(yōu)秀的場景概念設計師，相應地需要具備透視學、人體工程學、地理學、環(huán)境學等方面的知識。 在學習過程中，注意經常觀察和寫生各種風景、室內外景觀。讀萬卷書，行萬里路，多見識各地風土人情，積累的素材越多，越有可能設計出獨有魅力的場景概念設計，讓觀眾欲罷不能。
4、游戲體驗的概念設計
游戲體驗是指玩家在玩游戲過程中，游戲的畫面，音樂，劇情變化等方面給游戲玩家?guī)淼纳砗托睦砀惺堋ｋS著3D視像技術、人工智能技術、人機互動技術的發(fā)展，游戲體驗也越來越逼真和豐富，未來發(fā)展的方向是直接作用影響于人的五感（視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺）。電影《Matrix》中描述的現實與虛擬世界互相混淆的場景，甚至在不久的將來，人們在游戲中就可以真實地體驗到這一幕。
游戲體驗概念設計，主要是研究針對于游戲玩家視覺、聽覺、觸覺（以后會包括觸覺和味覺）元素的運用，把握游戲玩家的游戲感受和游戲體驗受。游戲的玩法、操縱性、互動元素等非造型因素的改變也會影響游戲視覺造型方面。作為一名游戲概念設計師，應該緊密追隨游戲發(fā)展潮流，及時體驗各種類型的游戲，將新的靈感不斷帶入到自己的概念設計中去。
景觀;建筑設計
景觀建筑設計作為一個單獨的概念,出現在西方等發(fā)達國家,有幾百年的歷史,最早的如英國在1863年就有了景觀建筑設計的理念,而在我國,建筑建筑設計的興盛,只有在改革開放后的短短的一段歷史,而在現在將其提上議事日程并引起重視的,是源自遍地開花的廣場、市政道路、城市公園的建設以及開發(fā)商為了獲取更大的經濟利益、迎合消費者的口味、提高其樓盤品味而推崇的景觀建筑設計。
可是現在,人們對于景觀和景觀建筑設計有許多誤解,以為就是修一些寬闊的、有綠化的道路,或者在城市廣場上立個雕塑、設個噴泉、搞一片綠化等等。產生這些的原因就是這些人沒有真正理解景觀建筑設計的概念,忽視了它同時也是一門科學。首先,如果我們要認識它,就需要科學的分析土地、認識土地,然后在此基礎上對土地進行規(guī)劃、設計、保護和恢復,如此,才能設計出真正意義上的景觀建筑。然而,我們現在來單獨定義"景觀"和“景觀建筑設計”是很困難的,因為它與規(guī)劃,園林,生態(tài),地理等多種學科交叉,融合,在不同的學科中具有不同的意義,而我們常常接觸到的"景觀建筑設計"(又叫做景觀建筑學),是指在建筑設計或規(guī)劃設計的過程中,對周圍環(huán)境要素的整體考慮和設計,這里的環(huán)境要素,包括自然要素和人工要素,設計的最終目的是使建筑(群)與自然環(huán)境產生呼應關系,使其使用更方便,更舒適,并應該提高其整體的藝術價值。這個概念更多的是從規(guī)劃及建筑設計角度出發(fā),關注人的使用,即與作為自然和社會混合物的人與周邊環(huán)境的關系。
具體的景觀建筑設計,它是關于土地的分析、規(guī)劃、設計、管理、保護和恢復的科學和藝術。因此,這里景觀建筑設計既是科學又是藝術,是它們兩者的有效統一體。因此,作為一名景觀設計師,他的工作是以景觀設計為主體,他所要解決的是一切有關戶外空間設計中的問題,比如戶外空間中建筑與建筑、建筑與植物、建筑與人、人與植物等關系問題,它的最終目的是幫助我們同周圍的建筑物、社區(qū)、城市以及他們生活生命的地球和諧共處,并且在其過程中要考慮歷史和文化的繼承性。而這明顯的不同于建筑師設計時僅僅考慮建筑單體的設計。
我們在理解景觀建筑設計時還應該區(qū)分好它和園林規(guī)劃及設計概念的區(qū)別,如果我們將景觀設計同“園林規(guī)劃及設計”、或者“造園”混為一談,這種理解會過于狹隘,景觀不僅僅是大廣場上的花園或開發(fā)出來的風景旅游區(qū)(當然也包括產生的園林及園林建筑等),景觀是不同尺度的大的綜合體,包括的建筑、道路系統、生態(tài)系統等,其實質是土地的概念。確實,"景觀建筑設計"最早是從設計漂亮的園林和花園衍生而來的,但這個專業(yè)發(fā)展至今,早已跳出傳統"園林設計"的小圈子,而逐步延伸到設計大眾的公園、綠地系統、城市,現在甚至已發(fā)展到區(qū)域景觀設計、沿高速公路沿江地帶的景觀設計、國土及地球景觀設計。因此景觀建筑設計
本質上應是在不同尺度的土地上,建立作為自然和社會混合物的人與周邊環(huán)境的關系,比較園林設計,景觀建筑設計的外延和內涵都要大的多,這也是這二者的主要區(qū)別。
前面提到了景觀建筑設計的一些主要內容,但是為了我們更好的理解它,還是要進行一些較為詳細的介紹。景觀建筑設計包括那些內容,這根據我們研究它的出發(fā)點不同而有很大不同。大面積的河域治理,城鎮(zhèn)總體規(guī)劃大多是從地理,生態(tài)角度出發(fā);中等規(guī)模的主題公園設計,街道景觀設計常常從規(guī)劃和園林的角度出發(fā);面積相對較小的城市廣場,小區(qū)綠地,甚至住宅庭院等又是從詳細規(guī)劃與建筑角度出發(fā);但無疑這些項目都涉及景觀因素,而在規(guī)劃及設計過程中對景觀因素的考慮的景觀建筑設計,通常分為硬景觀和軟景觀。據我理解硬景觀是指人工設施,通常包括鋪裝,雕塑,涼棚,座椅,燈光,果皮箱等等;軟景觀是指人工植被,河流等仿自然景觀,如噴泉,水池,抗壓草皮,修剪過的樹木等等。國外將景觀建筑設計進行了非常詳盡的分類,這也為將來這門學科的發(fā)展提供了良好的機遇。
最后,我們來討論一下評價景觀建筑設計的標準。一般認為,景觀評價的標準是多種多樣的。從規(guī)劃設計角度來看,評價景觀設計的好壞,不單單在于環(huán)境好看與否,更重要的的是其是否解決了功能,氛圍等問題,是否形成了適宜的場所感,使用上是否方便舒適,與周圍環(huán)境是否和諧,融洽等等。而從總的大局來看,要看設計解決作為自然和社會混合物的人與周邊環(huán)境的關系的效果。
[1]吳良鏞.世紀之交的凝思:建筑學的未來[M]北京:清華大學出版社,1999
關鍵詞：基礎；概念設計；沉降
中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號：
1、概念設計的一般性原則
1.1 基礎概念設計遵循原則
基礎的工程造價大概占了總工程造價的20%～30%,因此對基礎的設計工作必須要給予重視。在進行基礎設計時,必須要遵循一定的概念設計原則,如基礎參數的設計要依據勘測所得的地質資料來確定,基礎樣式的選擇要根據上部主體的結構形式、荷載以及對周圍環(huán)境的影響來確定。從經濟的角度來考慮的話,基礎應放置在承載力較強的持力土層上,以發(fā)揮地基的潛力。若在地質未知的場地上進行基礎設計時,則應參照當地或類似地質的基礎設計來確定方案。
1.2 主體概念設計遵循原則
建筑主體結構在進行概念設計時,首先要滿足建筑的使用功能,其次要滿足結構的安全性及經濟適應性,作為一個結構設計人員,首先要明確結構體系的受力特點,并在此基礎之上,對主體結構進行科學合理的優(yōu)化,使之受力明確、傳力簡單,在優(yōu)化設計過程中要始終遵照“強柱弱梁,強剪弱彎,強壓弱拉”等理念,并使主體結構符合建筑方案平面及豎向規(guī)則,最后再綜合考慮材料、環(huán)境及施工等條件,確定出主體結構的最優(yōu)設計方案,在得到計算機的計算結果之后,要結合實際進行分析,慎重校核,找出結構薄弱部分,適當采用合理的技術措施對計算結果進行修正,以保證結構更安全、合理。
1.3結構延性設計原則
結構延性一般用延性系數表示,它表示的是結構極限變形與屈服變形的比值,該比值越大,結構的延性越好,如果組成整體結構的各個構件均具有較好的延性,那么整體結構的延性也較好。
1.3.1在設計中為提高鋼筋混凝土梁的延性,采用的措施:①應選取合適的鋼筋混凝土梁截面尺寸,以獲得適宜的鋼筋配筋率,避免梁受拉鋼筋過多或出現超筋,造成梁受壓區(qū)混凝土先被壓碎或剪切破壞。②梁的上部(跨中)和下部(支座處)配置適量的受壓鋼筋對梁的延性有益。③提高混凝土梁的強度等級,采用中低級強度鋼筋對延性有利。④T形截面梁比矩形截面梁的延性好。⑤加密箍筋可以改善梁的延性。
1.3.2在設計中為提高鋼筋混凝土柱的延性,采用的措施:①控制鋼筋混凝土柱的軸壓比,當其軸壓比小于0·4時,即可認為是延性柱了。②設計中應盡量避免短柱,當柱凈高與截面長邊尺寸之比大于4時,即可認為是長柱。③柱的延性與受荷偏心大小有關,大偏心受壓柱的延性優(yōu)于小偏心受壓柱和中心受壓柱。④加密柱的箍筋,采用復合箍筋對改善柱的延性有好處。⑤提高混凝土強度等級和采用雙向縱向配筋,對改善柱的延性有好處。
1.3.3在設計中為提高鋼筋混凝土剪力墻結構延性,采用的措施:①控制剪力墻的高寬比,使其大于2。②設計中盡量采用有邊緣構件的剪力墻,且邊緣構件的受力筋要有很好的錨固,在無邊緣構件的剪力墻中應設置暗梁,暗柱。③盡量采用聯肢墻,它可以大大提高剪力墻的延性。④當剪力墻很寬時,可人為地在剪力墻中有規(guī)劃地開些洞,然后再填砌,可大大改善剪力墻的抗震性能。
2.地基沉降變形碟形分布機理
據相關材料證實,地基沉降變形多呈現碟形, 中間大, 邊緣小。即使樁基支承在風化的巖基上, 地基沉降變形也呈現這一規(guī)律, 只是不那么顯著而已。地基沉降變形呈現碟形分布緣于地基巖土的性質、分布, 地基中的應力傳遞機制和分布等, 當然也于荷載分布、基礎和上部結構的剛度有關。下面的討論是基于地基巖土和上部荷載分布均勻的前提下進行的。
2.1 基礎剛度效應
高層建筑基礎首先要有一個比較大的剛度。基礎剛度的大小由基礎型式和基礎底板的厚度來體現, 比如采用整體剛度大的箱形基礎, 筏板基礎厚度按建筑層數每層約 70mm 確定, 其目的就是均化地基沉降, 減輕建筑物因地基不均勻沉降引起的危害。基礎剛度越大, 地基不均勻沉降就越小, 但基礎造價越高。基礎剛度多大合適, 應依據經濟、技術方案比較確定。基礎底板厚度除應考慮地基變形要求外, 還應考慮抗沖切和抗彎要求。基礎底板設計計算即要進行局部分析, 又要進行整體分析。局部分析時, 其最不利荷載狀態(tài)和作用荷載取值有待于進一步研究。
2.2 上部結構的剛度效應
隨著上部結構施工的進展, 結構層數越來越多, 上部結構的整體剛度逐漸形成, 并越來越大, 樁間土反力增長率, 樁頂反力增長率, 角部、邊緣和中部樁頂反力比以及地基邊緣和中部沉降比也隨之變化。地基碟形沉降使基礎和上部結構產生較大的次應力, 甚至導致基礎底板斷裂。如昆明某大廈, 樁筏基礎, 梁板式筏形承臺, 工程建至 12層時, 基礎底板出現局部開裂、滲漏; 結構封頂時, 底板大面積開裂, 最終不得不對承臺實施加固, 于梁側加焊鋼板、填充混凝土形成平板厚筏承臺。
3.差異沉降控制的方式
3.1 加強上部結構的剛度
增加上部結構的剛度可以使基礎最終沉降差減小。上部結構的剛度越大, 這種作用就越明顯。但是由于上部結構的有限性, 隨著層數的增加, 上部結構的剛度矩陣各分量幾乎不再增加, 趨于常數, 因此對于基礎底板不是絕對剛性的基礎而言, 由于群樁效應, 必然使得中心樁的沉降大于邊樁和角樁的沉降值, 也就是說存在差異沉降。再加上受使用功能的約束, 該方法是難以實現的。
3.2 加大基礎底板厚度和配筋量以增大樁基承臺的整體強度和剛度
增加基礎板厚度, 其“跨越作用”加強, 使荷載向筏板邊緣轉移, 迫使基礎沉降趨于均勻。但是厚度增加后, 雖然可以減小差異沉降和上部結構的次應力, 但基礎變得很敏感, 微小的不均勻沉降將導致巨大的內力, 而且會使基礎的造價大幅度提高。因此, 增加樁基承臺板的厚度并不是一種很好地減小基礎差異沉降的方法。
3.3 調整地基的剛度, 使其剛度分布規(guī)律與基底壓力分布規(guī)律相吻合
調整復合地基剛度的方法主要是通過改變褥墊層的剛度、樁間土的模量、樁的設計參數、布樁方式等手段, 使復合地基的剛度分布與基底壓力的分布相吻合, 從而減小不均勻沉降。良好的地基處理方案應該是通過調整地基在建筑物平面內的剛度分布, 在保證結構安全性和使用性的前提下, 充分發(fā)揮材料性能, 達到經濟上的優(yōu)化。復合地基剛度在平面上的分布原則是地基剛度大的區(qū)域與基礎沉降大的區(qū)域相對應, 即在沉降大的地方布置長而粗的樁, 在沉降小的地方布置短而細的樁。以上述原則為指導, 人為調整地基剛度可以通過合理地增減復合地基的樁長、樁徑和樁距來實現, 共有 8 種基本組合情況, 即: 變樁長; 變樁長變樁距; 變樁徑; 變樁距; 變樁徑變樁距;中心布樁; 變樁長變樁徑; 變樁徑變樁距變樁長。考慮到目前施工水平所限, 通過改變樁長、樁距來調整地基剛度分布的方法, 應是最佳的選擇。
4.小結
文獻[1]提出了變剛度調平概念設計, 其基本思路是通過調整地基或基樁的剛度分布, 使反力同荷載分布相協調, 沉降變形趨向均勻, 由此使基礎所受沖切力, 剪力和整體彎矩減至最小; 具體作法是根據結構布局、荷載及地層條件, 實施局部增強變剛度調平、樁基變剛度調平、主裙連體變剛度調平, 并進行地基—基礎—上部結構共同作用計算分析, 譬如: 對于框筒、框剪結構, 強化核心筒區(qū)的樁土剛度(調整樁長、樁徑或樁距, 如圖 1 所示), 相對弱化剛度; 對于主裙連體建筑, 強化主體, 弱化裙房(采用天然地基、復合地基和疏短樁基); 對于箱、筏基礎, 局部強化核心筒區(qū)(采用樁基或剛性樁復合地基)。而文獻[2]則根據樁頂反力分布的規(guī)律, 提出布樁的密度應從筏板中部向邊緣部位和角部漸次加大。
圖 1樁體布置形式
同一個問題, 兩種完全迥異的觀點。筆者認為應從實際出發(fā), 具體問題具體分析, 在滿足地基承載力、穩(wěn)定性和變形的基本要求下, 盡量方便施工, 降低成本。更優(yōu)的地基基礎設計方案應該是即滿足地基基礎設計基本要求, 又經濟合理、便于施工。地基基礎設計要避免過分強調某一方面, 而忽視另一個方面, 要全面考慮。
參考文獻：
1結構約束
適航要求中的結構約束主要包括民機某部分系統或子系統必須具有的物理結構組成及對象的某些形狀、尺寸要求。此處將物理對象的材料類型和相應的強度要求也納入了結構約束的范疇。此類要求常見于CCAR-25部C分部(結構)，D分部(設計與構造)等。對于結構約束的表達采用以下形式：<OS,(ES,PS)>。(3)式中：OS代表物理結構特征的主體，ES和PS代表兩種結構約束類型，ES為結構組成約束，如要求必須存在某種物理結構；PS為某物理結構的空間尺寸、形狀限制。例如CCAR25.777(e)中規(guī)定了襟翼和其他輔助升力裝置的操縱器件在駕駛艙的位置要求：“操縱臺上部，油門桿之后，對準或右偏于操作臺中心線并在起落架操縱器件之后至少254mm”。該條款要求屬于結構設計要求，條款中出現了數值型約束，表達方式為{操縱器件:起落架{*}@≥"254mm"}，相應的概念圖索引如圖5所示。按照上述方式建立了包含CCAR25部B分部“飛行”、C分部“結構”、D分部“設計與構造”和E分部“動力裝置”共290條適航條款的概念圖本體庫，基本覆蓋了民機設計中性能操穩(wěn)、結構強度和動力燃油部分的適航要求（除A分部“總則”，F分部“機載設備相關”和G分部“使用限制和資料”外）。采用以上方式從適航條款中提取設計約束信息的完備程度，并依此建立的適航條款的概念圖索引很大程度上決定了后續(xù)能否根據設計任務檢索到所有適用的條款要求，即條款檢索的完備性，對于民機設計至關重要。因此，為盡量保證能夠從條款要求中完備地提取關鍵“概念(包括設計特征、指標或參數)”，需經過以下過程：①通過適航條款的字面分析，包括研究條款條文、條款相關的修正案和咨詢公告等文件進行初步提取；②參考已有同類機型（同級別）的型號取證數據，通過對比和構型差異分析進一步補充和完善；③在此基礎上進一步由各專業(yè)有豐富型號經驗的設計師進行評議、完善和確認。即便如此，這種完備性仍是相對的，因為一方面，隨著航空技術的進步和航空事故的教訓，適航要求也會不斷修訂、發(fā)展和完善；另一方面，隨著民機制造商型號經驗的積累和技術能力水平的提升，對于適航條款的理解會逐步加深，這種信息提取的完備性也會不斷提高。
2適航要求的識別和檢索機制
適航要求識別與獲取的目的在于根據當前設計任務檢索適用的適航條款要求，本質上屬于一種依據索引的文本檢索[13]。與傳統的關鍵詞檢索相比，用于建立設計任務和適用條款要求之間映射的索引不是若干離散的關鍵詞，而是一種由概念圖表達的結構化索引，構成索引的“概念”之間具有內部關聯性；另外，由于適航條款的概括性，建立條款索引的概念集中包含的很多概念術語超出了條款文本范圍。例如，CCAR25.581閃電防護條款的條文中并未明確提及飛機的燃油系統，但燃油系統設計必然需要考慮該條款要求。因此，“燃油系統”要包含在該條款索引的概念集中，而這種情況主要依靠設計師的經驗知識來保證。針對適航條款的特點，本文提出一種基于匹配度的適航條款要求檢索方法，即某適航條款對于當前設計任務的適用性可通過設計任務中包含的民機設計特征與條款約束的設計對象之間的匹配度來衡量。2.1匹配度對象（設計特征）之間的匹配過程包括兩個步驟：首先判斷當前設計對象與條款約束的對象名稱是否一致；若對象名一致，則進一步判斷對象屬性值之間的一致程度；否則，兩者完全不匹配。此處，設ai為當前設計對象a的第i個屬性值，bi為條款約束的對象b與之相對應的屬性值，則M(aibi)表示兩者屬性值之間的匹配度函數。若ai和bi為枚舉型取值，則匹配度計算公式如式（4）：2.2檢索算法根據上述介紹，基于匹配度的適航條款檢索算法如圖6所示，詳細的檢索步驟描述如下：步驟1輸入飛機的某設計特征（系統、子系統及其結構組成）作為當前設計特征Pc（當前設計對象）。步驟2讀取Pc相關的特征約束C(Pc)，這里的C(Pc)主要來自于對于產品整體的屬性約束或繼承自父級特征的屬性約束。步驟3讀取Pc的關聯特征，生成關聯特征集；此處的關聯特征包括Pc的下一級結構特征，以及與Pc在功能或結構上存在關聯關系的其他設計特征；此處構建關聯特征集的目的在于擴大適用條款的檢索范圍。步驟4從適航條款數據庫中讀取第一條未被檢索過的條款作為當前條款，如果成功，則進一步讀取該條款約束的目標對象Pc’及其特征約束；否則退出程序。步驟5比較Pc和Pc’，如果Pc=Pc’，則進一步比較其屬性特征C(Pc)和C(Pc’)，并按式（6）計算其匹配度Mi。步驟6如果Pc≠Pc’，則該條款的目標對象與當前設計特征不匹配，但可能與Pc的某項關聯設計特征相匹配。因此，進一步讀取Pc’的關聯對象集Pr’，判斷Pr與Pr’是否相交，即按照式（7）計算Mj。步驟7若Mi>0，則當前設計特征與條款約束的目標對象一致，該條款為當前設計特征的主要適用條款，從而將該條款錄入適用條款集；否則轉步驟8。步驟8若Mj>0，則當前條款為當前設計特征的相關條款，屬于次級適用條款，也將該條款錄入適用條款集；否則，當前條款為完全不適用條款，轉步驟9。步驟9將當前條款的狀態(tài)標記為已檢索過的條款，轉步驟4。步驟10適航條款數據庫中的所有條款都被檢索過，退出程序。
3實現與應用
根據本文提出的方法進行相應的軟件實現。采用技術，利用VisualStudio2008軟件開發(fā)平臺和SQLServer2008數據庫系統開發(fā)出一套民機適航要求的識別與確認系統，用于輔助某民機制造商的適航工程師（型號各分系統適航審定計劃的負責人）根據某些設計任務中的民機設計特征檢索適航條款數據庫，形成型號各專業(yè)適航審定基礎中適用條款集合的初步方案。以民機起落架系統中的部分設計特征“主起落架及艙門”為例檢索其適用的適航條款要求。首先，定義當前的設計任務，包括明確目標設計特征，定義目標設計特征所在型號的飛機級特征參數要求，并將主起落架系統的父級系統和子級系統作為關聯設計特征，形成當前設計任務的概念術語集用于檢索，如圖7所示。依次根據目標設計特征“主起落架及艙門”及其關聯特征（如父級設計特征起落架系統，子級設計特征收放系統、機輪系統等）檢索適航規(guī)章數據庫。此處以CCAR25.721條為例（如圖8），首先進行當前設計特征與條款約束的目標對象名稱的比對；若一致，則進一步進行（飛機級）特征參數的匹配。
4結束語
本文以民機概念設計階段適航要求的識別和檢索為例，研究復雜產品系統的設計過程中，對于相關行業(yè)要求和規(guī)范中蘊含的產品設計約束的識別和捕獲方法。主要內容包括：①適航要求的類型分析，從產品功能、行為和結構的角度上區(qū)分了適航要求中的設計約束類型；②基于概念圖本體的條款約束表達，建立適航條款要求的結構化索引；③基于匹配度的適航要求識別和檢索算法，形成了一套根據設計任務自動獲取適用適航條款要求的檢索機制；④根據方法進行軟件實現，開發(fā)相應的原型工具；⑤以主起落架系統的適用條款要求檢索為例驗證了方法的有效性。在實際的民機型號研制工作中，適用條款集是型號適航審定基礎的重要組成部分。通過本方法形成的只是一個初步的方案，其最終擬定還需要經過和各專業(yè)部的主管設計師、局方（適航審定）專家等經過反復論證，并結合民機制造商當前技術能力水平共同確定的過程（如制定某些條款的等效安全、豁免等）。因此，后續(xù)研究將在條款檢索的基礎上，圍繞如何通過CCAR-25部適航條款要求之間的關聯性分析擴大適用條款集的檢索范圍，并通過國內外同類機型數據對比以提高適用條款集的可參考性等方面做進一步的工作。
作者：劉澤林 錢仲焱 陳泳 單位：中國商用飛機有限責任公司 上海交通大學機械與動力工程學院
1平面結構布置
在均布荷載作用下構件的彎矩與跨度成二次方的關系，因此樓板壓型鋼板布置凸肋時應盡量沿板的短跨布置以提高樓板的平面外剛度，減小撓度。同理，次梁布置時宜按房屋的短向布置以取得較大的剛度［1］。該工程在主梁布置時采用X向與Y向均與柱剛接的方式，這樣既增加了主梁的豎向承載能力，又增加了結構的抗側剛度和冗余度，結構的安全儲備得到增強，而且在罕遇地震時可以靠梁柱節(jié)點的塑形變形來消耗地震能量［2］。屋面結構布置時，考慮到邊榀框架剛度較大，而中間榀作為大跨度框架剛度十分弱，中間與兩側變形差異較大對于結構十分不利［3］；而屋面板為夾芯板，其平面內與平面外剛度均較弱，不能有效地協調豎向構件的變形，故設計時采用了設置水平支撐的方式，具體見屋面結構示意圖，如圖2所示。由于水平縱向支撐平面內剛度較大能夠有效協調豎向構件的側移，且B、C軸柱頂傳來的風荷載可以由橫向支撐傳到A、D軸邊榀框架，傳力簡單明確，并且由于設置了橫向支撐及撐桿，減小了2至5軸屋面梁的平面外計算長度，增強了梁的穩(wěn)定性，能夠使梁的截面較小從而取得較大的經濟利益。其中，在軟件中建立計算模型時屋面支撐可按PKPM（STS）中的斜桿輸入。屋面支撐設計時橫桿可按壓桿設計，斜桿可按拉桿設計，橫向及縱向支撐從概念上可以看成桁架，布置簡單，受力明確。
2立面結構布置
立面布置時空間大、四周柱高度較高，一側沒有框架梁與之相連，詳情見中榀框架立面示意圖，如圖3所示。故其計算長度較大，長細比難以滿足規(guī)范要求的限值，長細比λ＝l／i（l為柱計算長度、i為柱截面回轉半徑）。因此，要減小長細比需從減小柱計算長度l及增大相應方向的回轉半徑入手。由《鋼結構設計規(guī)范》GB50017—2003附錄D［4］可知，柱上下兩端與之相連的框架梁剛度與柱剛度之比越大，柱計算長度越小。該工程設計時就將柱下端的框架梁適當地加大了，并且將工字形截面柱的弱軸放在了沒有框架梁的一側，使i值明顯加大，通過以上兩種措施長細比得到了有效的控制。需要指出的是：工作經驗較少的設計人員往往看到柱的長細比不滿足設計要求就加大柱截面，調整完后再一計算發(fā)現長細比不僅沒變小而且還有可能變大。從上邊的分析可知，框架梁截面不變，柱截面加大，梁柱線剛度比的數值減小即梁對柱的約束減弱，從而柱的計算長度系數就越大；而柱截面增大并不能有效增大回轉半徑i，故單純增大柱的截面往往起不到降低長細比的效果，反而得不償失。而該工程橫向為3跨，縱向為5跨，因此宜將工字形框架柱的弱軸宜沿橫向（Y向）布置以增強橫向剛度。經軟件PKPM（SATWE）計算后，得出前三階周期，如表1所示。由于結構材料為鋼材，強度較高，故按強度控制需要的構件截面較小，而截面小直接導致結構剛度較弱不能滿足設計規(guī)范對位移的要求。若加大梁柱截面需要耗費較多的材料，且結構剛度提高得并不明顯，效果也不好。無支撐框架的變形主要為梁柱的彎曲變形，而支撐的變形主要是軸向變形。眾所周知，相同的荷載、相同的截面軸向變形遠小于彎曲變形，根據這個常識，該工程在框架的周圈布置上支撐以增加結構的抗側剛度，如圖4所示。根據多道防線的概念設計，需要指出的是框架－支撐體系中，支撐框架是第一道防線［4］，在強烈地震中支撐先屈服，內力重分布使框架部分承擔的地震剪力必須增大，二者之和應大于彈性計算的總剪力。故設計規(guī)范要求，框架部分按剛度分配計算得到的地震剪力應乘以調整系數，應不小于結構底部總地震剪力的25％；最終在結構底部總地震剪力的25％與框架部分計算最大層剪力的1．8倍這兩個數值之間，選取較小值。柱間支撐的布置有多種形式，常見的中心支撐有“X”形、“人”字形及“K”形等等。1）其中“X”形支撐可按拉桿進行截面設計，即在水平力的作用（地震作用或風荷載作用）下，支撐交叉斜桿受力為一拉一壓，考慮支撐斜桿在壓力的作用下退出工作，只剩受拉力的桿件起作用，按桿件受壓計算截面承載力時，計算公式為N＝×f×A（f為材料強度，A為截面面積，N為承載力），應該考慮構件的受壓穩(wěn)定系（＜1）數以防止構件的穩(wěn)定性不足而發(fā)生失穩(wěn)破壞，而按拉桿設計時可不必考慮受壓穩(wěn)定系數的影響。因此，按拉桿設計時所需截面小于按壓桿設計所需界面，故能夠取得較好的經濟效益，需要指出的是根據《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011—2010第8．4．1條第1款規(guī)定一、二、三級中心支撐不得采用拉桿設計，四級采用拉桿設計時，其長細比不應大于180。而由于該工程抗震等級為三級，故計算時不能采用拉桿設計。2）“人”字形支撐在相同的由梁柱構成的框架區(qū)格內，其斜桿構件長度一般小于“X”形支撐的斜桿構件，故其經濟性較好。但是根據《建筑抗震設計規(guī)范》GB50011—2010第8．2．6條第2款規(guī)定：人字支撐和V形支撐的框架梁在支撐連接處應保持連續(xù)，并按不計入支撐支點作用的梁驗算重力荷載和支撐屈曲時不平衡力作用下的承載力；不平衡力應按受拉支撐的最小屈服承載力和受壓支撐最大屈曲承載力的0．3倍計算［5］。必要時，人字支撐和V形支撐可沿豎向交替設置或采用拉鏈柱。按此規(guī)定計算后鋼材的用量可能并不能比“X”形支撐的框架鋼材整體用量少，故可根據具體的工程具體分析采用哪一種支撐形式。3）“K”形支撐由于其斜桿交匯點在柱中位置處，在罕遇地震作用下，在支撐交匯點處比較容易出現塑性鉸。而該塑性鉸出現在柱中，容易造成結構的整體垮塌，有悖于“強柱弱梁”的設計概念，因此從抗震角度來講不宜采用“K”形支撐。支撐的截面形式可采用單槽鋼、單角鋼、雙角鋼、雙槽鋼、H形鋼、鋼管等等。以上幾種截面除鋼管外均有弱軸，在相同的計算長度內，在壓力作用下構件一般較弱軸失穩(wěn)，而強軸方向又得不到充分的利用，而圓鋼管沿任意直徑方向均對稱，截面能夠得到有效的利用，因此該工程支撐截面選用的是圓鋼管。除了上述的中心支撐，還有偏心支撐。偏心支撐顧名思義即支撐桿件的軸線與梁柱的軸線不是相交于一點，而是偏離了一段距離。這樣設計的好處是可以將框架梁的一段設計成耗能梁段從而吸收耗散地震能量。該工程未采用這種支撐，故不做詳細的討論。經計算與分析表明：相鄰的兩跨柱間布置的兩道支撐剛度要大于相隔的兩跨柱間布置的兩道支撐剛度，即兩道緊貼的支撐剛度要大于分離的兩道支撐剛度。原因是兩道分離的支撐剛度之和僅為各自剛度的相加，而兩道緊貼的支撐由于其合并在一起，其力臂加高了一倍，故其剛度肯定要比各自剛度相加的數值要大，故設計時宜將支撐緊貼在一起布置以取得較大的抗側剛度。但是該工程由于工藝布置的要求，墻面上有許多洞口，所以不能按上述的原則布置支撐，而只能將支撐分離開布置。因此，在布置支撐時不應只從結構力學的角度來進行設計，還要考慮設計工藝的要求，盡量做到經濟合理、安全適用。
3柱腳設計
鋼柱柱腳為柱與基礎的連接節(jié)點，鋼柱柱腳常用的形式有外露式柱腳、埋入式柱腳及外包式柱腳。由“強節(jié)點弱構件”的抗震概念可知：柱腳的極限受彎承載力應為柱的塑性受彎承載力的1．1倍（外露式柱腳）或1．2倍［5］（埋入式柱腳及外包式柱腳）。而當柱截面較大時，柱的塑性受彎承載力也較大，因此外露式柱腳很難滿足此要求。埋入式柱腳是通過混凝土對鋼柱的承壓力傳遞彎矩［6］，一般用于柱下雙向條形基礎或筏板基礎，這兩類基礎能夠對鋼柱傳遞可靠的壓力。而該工程基礎為柱下獨立基礎，故采用外包式柱腳，外包式柱腳底部的彎矩全部由外包鋼筋混凝土承受［6］。鉸接柱腳由于其轉動剛度較弱，在該工程設計時并未選用，故不作詳細討論。結構設計應重視結構的平、立面布置，保證結構的整體抗震性能，使整個結構具有必要的承載力、剛度和延性。結構設計中概念設計是基礎，而概念設計的靈魂是力學知識，在結構設計時運用力學的思維不僅能取得較好技術指標與經濟效益，往往還有事半功倍的效果。以上為筆者在實際工作中得出的一些設計方法和思路，限于自身水平，有不當不周之處敬請業(yè)內同行們不吝指教。
作者：王志偉 單位：唐山森迪科技有限公司
