發(fā)布時(shí)間：2023-05-31 15:00:13
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的優(yōu)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；分析與方法
引言：
眾所周知，不論在什么行業(yè)中，追求追優(yōu)化的配置和設(shè)計(jì)是每一個(gè)行業(yè)從業(yè)者追求的目標(biāo)。所謂的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是在諸多被選擇的項(xiàng)目中根據(jù)自身的特點(diǎn)以及條件找到一種比較合理的，最節(jié)約成本以及實(shí)現(xiàn)利益最大化的設(shè)計(jì)方式與方法。
立足于工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，我們?cè)谧顑?yōu)化設(shè)計(jì)的過程中致力于將技術(shù)以及力學(xué)的相應(yīng)概念做到最好的融合。在設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上形成一些可以操作的，具有可行性的方案。進(jìn)而通過科學(xué)的數(shù)學(xué)計(jì)算找到客觀的，可以應(yīng)用于實(shí)際的優(yōu)化方案。在諸多工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案中，我們?cè)谶x擇了最佳方案的同時(shí)也就同時(shí)節(jié)約了成本，使得愛同樣的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造了巨大的效應(yīng)，更加使得這些工程的工期變短，工程質(zhì)量變的十分優(yōu)良，是一種降低工程成本，提高質(zhì)量的最佳選擇則途徑。
一、工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)演變歷史概述
對(duì)于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最開始是將直覺的準(zhǔn)則法，如滿應(yīng)力準(zhǔn)則法，滿應(yīng)變準(zhǔn)則法等作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性選擇，在很長(zhǎng)的一段時(shí)間中得到了很好的應(yīng)用和成本的節(jié)約。一般來說，準(zhǔn)則法的應(yīng)用是為了主要提升單步設(shè)計(jì)變量修改幅度使之變得越來越大，并且在收斂速度上也有著顯著的提升，但是這些不會(huì)改變結(jié)構(gòu)的大小，也不會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜而改變。隨著時(shí)間的推移，我們的研究者逐漸的將拓寬了優(yōu)化設(shè)計(jì)的范圍，從而數(shù)學(xué)規(guī)劃法出現(xiàn)了。這就使得我們要針對(duì)一些特殊的工程進(jìn)行很好的研究，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候的準(zhǔn)則法已經(jīng)不適用有所有具有個(gè)性的工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中了，主要是因?yàn)闆]有一些科學(xué)的，客觀的理論準(zhǔn)繩。與其相反，數(shù)學(xué)規(guī)劃方法，站在比較科學(xué)的角度，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯?，這樣的算法能夠有著科學(xué)性的展現(xiàn)。但是實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)一般都是有約束、非線性和隱式的優(yōu)化問題.這兩種方式都不是用于現(xiàn)代工程的發(fā)展和訴求。隨之而來的就是模擬退火算法的出現(xiàn).接著，到了二十一世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，信息化以及全球化時(shí)代的到來，我們的研究方式與方法就隨之而來了，在工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)上有著很好的發(fā)展，諸多實(shí)用性方式出現(xiàn)，下面我們將做詳細(xì)的研究。
一、 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)研究
1.為何設(shè)計(jì)---工程中結(jié)構(gòu)不確定性的存在
在工程施工之前，對(duì)于其結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的分析和研究，并完成良好的設(shè)計(jì)是因?yàn)樵诠こ淘O(shè)計(jì)以及進(jìn)行的過程中，有著很多不確定性的存在。基于不確定性理論的工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要考慮變量。但是出于安全性以及可靠性的角度考慮，先前的優(yōu)化設(shè)計(jì)有些過時(shí)，我們要站在更新的角度上發(fā)展，所以之前的缺陷我們要有著很好的認(rèn)識(shí)。主要分為以下幾點(diǎn)。
第一， 缺乏結(jié)構(gòu)可靠性的設(shè)計(jì)，不能保證穩(wěn)定，安全。
第二， 沒有對(duì)材料的可變性做出預(yù)算，不能真實(shí)的反映材料的參數(shù)。所以沒有科學(xué)的數(shù)學(xué)建?？梢灾?，難以形成最佳的方案。
第三， 在工程中存在著一些很復(fù)雜的施工情況，之前的設(shè)計(jì)不能很好的給予判斷以及確定，這就使得我們的施工情況不能符合實(shí)際，沒有真正意義上的達(dá)到最優(yōu)。
2.工程優(yōu)化設(shè)計(jì)方案研究
第一，形狀優(yōu)化?？梢哉f，這種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案是當(dāng)下比較流行的，主要是通過調(diào)整工程結(jié)構(gòu)內(nèi)外邊界形狀來改善結(jié)構(gòu)性能和降低工程結(jié)構(gòu)造價(jià)，其主要用來發(fā)掘工程系統(tǒng)構(gòu)件的合理內(nèi)外邊界形狀。具體上講，這種優(yōu)化也是將一些離散變量以及塊體、板、殼類的連續(xù)變量包含在內(nèi)。
第二，模擬退火算法。也就是通常所說的SA方式放大，也就是在施工的設(shè)計(jì)中進(jìn)行固體加熱，使之到達(dá)了一定的溫度，進(jìn)而在科學(xué)的作用下使之漸漸的變冷下來。因?yàn)樵谏郎氐臅r(shí)候，固體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)法身了很大的變化，隨著熱能的增多內(nèi)能變大，其中固體中組成部分也就是內(nèi)部的元素也會(huì)隨之變大。但是隨著熱脹冷縮原理的深入，當(dāng)這個(gè)固體的整體變得冷卻的時(shí)候，所有的元素變回到之前的一種有序的排列狀態(tài)。也就是說，在固體中，元素因?yàn)樵诿恳粋€(gè)趨近于平衡溫度的時(shí)候都有著自己的平衡狀態(tài)出現(xiàn)，最重要的是在常溫的時(shí)候內(nèi)能處于最小化狀態(tài)，也就是我們所說的基態(tài)。這就是模擬退火算法.這種方法有著自身的好處，那就是：適用于離散型、連續(xù)型及混合型變量；魯棒性、全局收斂性、隱含并行性較強(qiáng)，并且可以得到很廣泛的應(yīng)用。
第四， 粒子群優(yōu)化算法。該種算法是近幾年來比較流行的一種應(yīng)
應(yīng)用廣泛，并有著實(shí)際用途的設(shè)計(jì)計(jì)算方式與方法。這個(gè)算法的研究十分奇怪，主要是來源于整個(gè)鳥群，從鳥群捕捉食物中找到靈感，這個(gè)算法是開始于隨機(jī)解，并通過迭代尋找最優(yōu)解，在設(shè)計(jì)的過程中不斷的尋找一種適應(yīng)度來找尋解的品質(zhì)。這樣的算法是比較方便以及會(huì)計(jì)的的，沒有一些復(fù)雜的計(jì)算以及冗長(zhǎng)的分析。是比較得到現(xiàn)代設(shè)計(jì)者以及施工方的喜愛的，效果也是比較明顯的。
第五， 變密度法假設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)?？梢哉f，變密度法假設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)
的主要設(shè)計(jì)對(duì)象是那些密度可以變更的材料，這就使得我們的設(shè)計(jì)具有一定的局限性。在設(shè)計(jì)的過程中我們要假定材料物理參數(shù)與密度間存在某種數(shù)學(xué)關(guān)系，并將所設(shè)計(jì)的材料的密度作為一種變量，致力于尋找到一種目標(biāo)函數(shù)，這種目標(biāo)函數(shù)以材料的最優(yōu)質(zhì)分配為主要目標(biāo)。并且，我們?cè)谶@種工程優(yōu)化設(shè)計(jì)中可以找到一些優(yōu)勢(shì)或者是特色，具體來說，該種方式可以很好的展現(xiàn)出拓?fù)鋬?yōu)化的本質(zhì)特征，并且在實(shí)現(xiàn)的過程中顯得比較簡(jiǎn)便，有利于操；同時(shí)這種程序的設(shè)計(jì)計(jì)算成功率比較高，但是精準(zhǔn)度確實(shí)是不高，總而言之，這種方式的最大他點(diǎn)就是計(jì)算方法簡(jiǎn)單易行，但是適用范圍十分受到局限，需要特定的材料以及特定的環(huán)境。
第六， 相對(duì)差商法和混沌優(yōu)化相結(jié)合。該種范式是一種導(dǎo)出求解
離散變量桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的混合算法，這種優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算方式和方法，將設(shè)計(jì)的體積最小最為最終目的。從而有力的實(shí)現(xiàn)了一種
拱壩的體形優(yōu)化的設(shè)計(jì)和分析，在應(yīng)用的過程中得到了很好的設(shè)計(jì)效果，節(jié)省了成本提升了利潤(rùn)。
最后，多目標(biāo)優(yōu)化。一般來說，多種目標(biāo)優(yōu)化方案就像字面上所述，不是一種單一的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)方式，而是在設(shè)計(jì)中考包含了多方面的設(shè)計(jì)方式以及方法，這樣在計(jì)算的過程中，在實(shí)施的過程中保證了設(shè)計(jì)的安全性以及穩(wěn)定性，更大的程度上實(shí)現(xiàn)了一種可靠性。在安全性的實(shí)現(xiàn)上，這種多元化的實(shí)施方案就要不斷的加大結(jié)構(gòu)的截面面積但是要取得最少重量的目標(biāo)，在設(shè)計(jì)上就要使得截面面積變小。所以我們知道，這就不可能在全局上實(shí)現(xiàn)一種面面俱到的設(shè)計(jì)方案，所以，我們的設(shè)計(jì)管理者以及決定人，要在多方面分析只會(huì)走找到一個(gè)比好合適的方案做一個(gè)決定，并實(shí)施?？梢哉f，這種多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于工程系統(tǒng)決策是很重要，并有著很好的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法；現(xiàn)實(shí)應(yīng)用
一 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的背景分析
隨著我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，全國(guó)人民的生活也逐步的走入了相對(duì)良好和穩(wěn)定的小康時(shí)代，相應(yīng)的對(duì)于生活質(zhì)量和環(huán)境要求也就越來越高，絕大多數(shù)的人都住進(jìn)了高層建筑當(dāng)中。在這樣一種實(shí)際的背景狀況下，人口持續(xù)增長(zhǎng)，土地資源卻是極其有限，建筑的建設(shè)與規(guī)格也在持續(xù)見長(zhǎng)，這使得土地、建筑物以及建筑物的建設(shè)成本都在不停的提升。由此，降低建筑建設(shè)成本就成為了建筑商在進(jìn)行建設(shè)的過程當(dāng)中最需要注意和考慮的。那在實(shí)際的建設(shè)過程的當(dāng)中應(yīng)當(dāng)以什么樣的方式來進(jìn)行建筑成本的控制呢？本文實(shí)際上也是針對(duì)于這樣一個(gè)問題展開的討論和分析。
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目前在國(guó)外是非常有價(jià)值的一種理論系統(tǒng)，其核心就在于能夠通過對(duì)居住環(huán)境以及生活環(huán)境的改善來實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)品質(zhì)量以及品位的提高，以這樣一種定性的思維和方式來實(shí)現(xiàn)工程建筑質(zhì)量最大化和成本最小化，因此具有適用、經(jīng)濟(jì)和適用的價(jià)值，是值得在實(shí)際的工程建設(shè)中予以廣泛的應(yīng)用和實(shí)施的。
二 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
現(xiàn)代社會(huì)環(huán)境下很多建筑物的造型都相當(dāng)?shù)膬?yōu)美和獨(dú)特，能夠給人以很好的精神享受，這樣一種良好的建筑效果從本質(zhì)上來看就正是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑實(shí)施技術(shù)的良好協(xié)調(diào)和配合，以這樣一種方式來實(shí)現(xiàn)建筑美觀效果的完成。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所追求的五種最為基本的目標(biāo)就是：安全、經(jīng)濟(jì)、適用、美觀以及施工簡(jiǎn)便，因此我們?cè)谖闹兴懻摰慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案就要保證能夠切實(shí)的實(shí)現(xiàn)這些點(diǎn)，將其良好的應(yīng)用于實(shí)踐，這樣不斷能夠滿足人們對(duì)于美的追求，還能夠保證整個(gè)房屋建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理以及性能上的安全保障，成為名符其實(shí)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用型建筑。我們?cè)趯?duì)其進(jìn)行深入的探討和分析時(shí)則往往需要通過兩個(gè)具體的方面來進(jìn)行：
第一方面：主要是建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在進(jìn)行一項(xiàng)大型的建筑工程方案之前，首先必然是需要進(jìn)行建筑模型的設(shè)計(jì)的，而在這樣一個(gè)過程當(dāng)中對(duì)于建筑模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是非常關(guān)鍵和有必要的。在進(jìn)行建筑模型的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，主要的工作就是以下幾個(gè)部分：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、屋蓋系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)細(xì)部的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。除此之外，還需要采取進(jìn)一步的處理措施，主要就是進(jìn)行必要的選型、布置以及準(zhǔn)確的受力分析，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于造價(jià)本身的良好優(yōu)化。上述一系列的優(yōu)化過程都需要按照一切以實(shí)際出發(fā)的原則來進(jìn)行，也就是圍繞工程的實(shí)際狀況和需要來進(jìn)行，將房屋建筑的綜合經(jīng)濟(jì)效益以及房屋質(zhì)量的保證作為設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)和要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，首要的就是要把握和設(shè)計(jì)的真實(shí)意圖，這樣才能夠盡可能的保證整個(gè)布置狀況的規(guī)則，并較大程度的降低剛度以及質(zhì)量中心之間的差異，以此來避免較大扭轉(zhuǎn)作用力的產(chǎn)生。
第二方面：主要是建筑模型的優(yōu)化結(jié)構(gòu)計(jì)算方案，計(jì)算方案的進(jìn)行和完成實(shí)際上只需要進(jìn)行相應(yīng)的編制并按照相應(yīng)的運(yùn)算程序進(jìn)行計(jì)算就能夠得到我們做需要的最終的優(yōu)化結(jié)果。但是我們需要注意和認(rèn)識(shí)到的就是，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程當(dāng)中可能會(huì)涉及到多個(gè)方面的變量和約束條件，這也就意味著處理的是非線性的優(yōu)化問題，針對(duì)于此，我們?cè)谶M(jìn)行計(jì)算方案的確定時(shí)就需要將一些有約束的條件轉(zhuǎn)化成為沒有約束條件的問題來進(jìn)行計(jì)算。在實(shí)際的建筑工程設(shè)計(jì)中較多應(yīng)用的就是Powell算法和拉式乘子法以及符合性法等，利用這樣一些方法基本上就能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的良好計(jì)算。
三 優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)在實(shí)踐當(dāng)中的應(yīng)用
我們將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案處理完成以后就可以將其應(yīng)用于實(shí)踐。對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行良好的優(yōu)化在現(xiàn)今的時(shí)代背景下實(shí)際上是非常好的一個(gè)課題，在目前開展的也比較普遍，我們采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法就是希望能夠在不改變建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際使用性能的前提下來保證其工程造價(jià)的大幅降低，因此將其應(yīng)用到實(shí)際的工程實(shí)踐當(dāng)中去就是我們工程人員不二的追求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化在實(shí)際的工程環(huán)境中能夠應(yīng)用和滲透到其進(jìn)行的各個(gè)步驟和環(huán)節(jié)當(dāng)中去，這其中就包括整體的設(shè)計(jì)階段、前期的設(shè)計(jì)階段、舊房的改造以及抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中去，并能夠在應(yīng)用的過程當(dāng)中發(fā)揮出巨大的效益來。我們?cè)诎凑战Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的理論方法對(duì)模型進(jìn)行改造實(shí)踐的過程中，需要注意以下三個(gè)方面的具體問題，下文中正是針對(duì)于這樣三個(gè)問題進(jìn)行了詳盡的闡述和分析。
3.1 參與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的前期工作
這樣一個(gè)方面的強(qiáng)調(diào)主要是因?yàn)榍捌诠ぷ鞯倪M(jìn)行直接影響到整個(gè)建筑工程的總造價(jià)，而現(xiàn)如今大多數(shù)工程在進(jìn)行建設(shè)的過程當(dāng)中最為普遍的問題往往也就是其前期方案結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問題，建筑師在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候更多關(guān)注的是設(shè)計(jì)本身的問題，而極少關(guān)注結(jié)構(gòu)自身的合理性和可行性，這就使得建筑結(jié)構(gòu)在進(jìn)行建設(shè)的過程當(dāng)中面臨著較多方面的問題，更多的是會(huì)引起工程造價(jià)的提高，這就與我們進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)本身的目的有所違背。正是因?yàn)檫@樣，我們有必要在進(jìn)行建設(shè)之前針對(duì)于不同的建筑類別來對(duì)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇，為整個(gè)工作的開展和進(jìn)行提供良好的開端。
3.2 將概念設(shè)計(jì)和細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化
所謂概念設(shè)計(jì)實(shí)際上也就是指一些沒有具體的數(shù)值來進(jìn)行量化的指標(biāo)，包括地震的防裂度以及其本身的不確定性等，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的時(shí)候難免會(huì)和現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生較大的差別，正是在這樣一種背景下我們才需要在對(duì)這樣一種指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定時(shí)選擇使用概念設(shè)計(jì)的方法，將數(shù)值僅僅只是作為輔助或者是參考的依據(jù)來進(jìn)行。在這樣一種設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中更為強(qiáng)調(diào)的就是設(shè)計(jì)人員本身的靈活性以及應(yīng)用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的能力，這樣良好的結(jié)合才能夠真正實(shí)現(xiàn)效果上的最優(yōu)化。
3.3 優(yōu)化下部的地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
地基基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行過程中最開始的一步就是進(jìn)行方案的選擇，如果是樁基礎(chǔ)的話，就有必要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件來選擇樁基的類型，以此來最大程度的降低造價(jià)。在建設(shè)進(jìn)行的過程當(dāng)中，樁端持力層對(duì)于灌注樁樁長(zhǎng)的選擇影響也是非常大的，因此需要進(jìn)行較多的對(duì)比和分析以后再來進(jìn)行核實(shí)方案的確定和選擇。
結(jié)語(yǔ)：通過上文中詳盡的分析我們就可以看到，利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的技術(shù)方法是能夠切實(shí)有效的提高空間、資源等的利用率的，除此之外，還能夠最大程度的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的最大化，這樣一種狀況實(shí)際上就是我們?cè)谶M(jìn)行工程設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中最希望能夠?qū)崿F(xiàn)的。滿足了建筑產(chǎn)品本身品質(zhì)不斷提高的基本要求，更重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)人們對(duì)于生活質(zhì)量以及生活水平的更高要求。最后，實(shí)際上也是實(shí)現(xiàn)了建筑商不斷尋求新手段吸引顧客的目的，達(dá)到降低工程建設(shè)實(shí)際造價(jià)的目的。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞： 目標(biāo)分解； 復(fù)雜系統(tǒng)； 多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化； 層次化建模
中圖分類號(hào)： U461文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B
引言
現(xiàn)代產(chǎn)品更新?lián)Q代速度快，且功能極大豐富，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度提高.復(fù)雜的產(chǎn)品及工程，如汽車、飛機(jī)和宇航等，通常由眾多的系統(tǒng)、子系統(tǒng)及其零部件組成.同時(shí)，這些復(fù)雜的產(chǎn)品及工程設(shè)計(jì)問題又大多涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，并且各個(gè)學(xué)科之間可能存在著很強(qiáng)的相互耦合關(guān)系.這些復(fù)雜因素都給產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)帶來非常大的挑戰(zhàn).[1]
為滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)產(chǎn)品開發(fā)及工程設(shè)計(jì)的要求，并行性、一致性和高效率已經(jīng)成為設(shè)計(jì)流程設(shè)置及其開發(fā)環(huán)節(jié)中極為重要的考核指標(biāo).
所謂的并行性，指系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)在彼此相互獨(dú)立的情況下同時(shí)實(shí)施.并行進(jìn)行的設(shè)計(jì)任務(wù)之間，可能會(huì)存在著大量的關(guān)聯(lián)與耦合關(guān)系.這就要求各個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)之間必須保持與系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)高度一致，從而使得最終生產(chǎn)制造出的產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求.各個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)需要與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)之間進(jìn)行不斷地交互，而且這種交互工作越早發(fā)生，越有利于整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)的高效進(jìn)行，避免在產(chǎn)品設(shè)計(jì)后期發(fā)生系統(tǒng)整體的性能未能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的情況，從而不得不重新設(shè)計(jì)，導(dǎo)致極為嚴(yán)重的資源和時(shí)間浪費(fèi).
傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，采用串行設(shè)計(jì)模式和單層次優(yōu)化方法（AllatOnce）.整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)過程按照單個(gè)子系統(tǒng)或零部件依次進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化工作.這樣的設(shè)計(jì)模式嚴(yán)重制約產(chǎn)品的開發(fā)效率，也導(dǎo)致最終集成的系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)方案.隨著產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)問題越來越復(fù)雜，自20世紀(jì)80年代后期以來，一種解決復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)優(yōu)化問題的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化（Multidiscipline Design Optimization，MDO）方法，在國(guó)內(nèi)外獲得廣泛關(guān)注.MDO方法是一種通過充分探索和利用系統(tǒng)間的協(xié)同機(jī)制來設(shè)計(jì)復(fù)雜系統(tǒng)的方法，即MDO方法是在復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中結(jié)合系統(tǒng)的多學(xué)科本質(zhì)，充分利用各種不同學(xué)科的設(shè)計(jì)與分析工具，最終達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)的方法.基于MDO理念，將各學(xué)科的高精度分析模型與優(yōu)化技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，尋找到最佳的總體設(shè)計(jì)方案.MDO方法最初應(yīng)用在航空、航天領(lǐng)域，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于船舶、汽車和建筑等各個(gè)領(lǐng)域.[2]
目前，主要的MDO方法包括：協(xié)同優(yōu)化（Collaborative Optimization，CO），并行子空間優(yōu)化（Concurrent Subspace Optimization，CSSO），二級(jí)系統(tǒng)一體化合成優(yōu)化（BiLevel Integrated System Synthesis，BLISS）和解析目標(biāo)分解 （Analytical Target Cascading，ATC）法等.[3]不同于CO和BLISS等傳統(tǒng)的MDO優(yōu)化方法，ATC方法起源于汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)，其目標(biāo)主要是通過不斷地進(jìn)行子系統(tǒng)與零部件的迭代優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)問題的既定目標(biāo).通過層次化的多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，在系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)考慮構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在優(yōu)化各個(gè)子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上達(dá)成整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化.該方法最早由美國(guó)密西根大學(xué)KIM博士和PAPALAMBROS教授所在的Optimal Design實(shí)驗(yàn)室提出.[45]
1目標(biāo)分解方法及其數(shù)學(xué)表達(dá)
1.1優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的層次化構(gòu)架設(shè)計(jì)
通常，一個(gè)復(fù)雜的產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)問題，可以通過分解構(gòu)建成一個(gè)層次化的結(jié)構(gòu)形式.典型的層次化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例見圖1.產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)問題被分解為3層結(jié)構(gòu)，包含由A到G的所有元素.對(duì)于層級(jí)1而言，只擁有元素A.元素A又可通過分解，得到下一個(gè)層級(jí)（即層級(jí)2）的2個(gè)元素，分別為B和C.依次，又可分解得到層級(jí)3及其對(duì)應(yīng)的元素D，E，F(xiàn)和G.這樣，就可以將一個(gè)極為復(fù)雜的系統(tǒng)逐層分解成多個(gè)簡(jiǎn)單問題的集合.
圖 1典型的層次化結(jié)構(gòu)
1.2ATC方法的實(shí)施步驟
ATC方法一般可以按照以下4個(gè)步驟實(shí)施.
（1）首先確定產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)問題系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)；
（2）將這個(gè)系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)目標(biāo)逐層分解到各個(gè)子系統(tǒng)或者零部件上，確定它們?yōu)闈M足這個(gè)總目標(biāo)的要求各自所必須實(shí)現(xiàn)的子目標(biāo)；
（3）通過設(shè)計(jì)優(yōu)化，使得各個(gè)子系統(tǒng)或零部件分別實(shí)現(xiàn)其滿足系統(tǒng)總目標(biāo)要求的各自的子目標(biāo)；
（4）通過各個(gè)子系統(tǒng)和零部件設(shè)計(jì)結(jié)果的組合，驗(yàn)證最終產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)是否可實(shí)現(xiàn)既定的總目標(biāo)要求.
ATC方法在建立層次化結(jié)構(gòu)時(shí)，需要建立2種類型的模型，分別為優(yōu)化模型P和分析模型r.優(yōu)化模型P的主要功能是建立優(yōu)化算法，并通過調(diào)用分析模型r得到系統(tǒng)、子系統(tǒng)及其零部件的設(shè)計(jì)響應(yīng)；分析模型r為仿真計(jì)算模型，其主要功能是根據(jù)優(yōu)化模型P產(chǎn)生的輸入?yún)?shù)（即設(shè)計(jì)變量）和下一層的響應(yīng)，通過仿真計(jì)算得到相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果輸出，返回給優(yōu)化模型P.ATC方法中不同層級(jí)之間數(shù)據(jù)流向及每一層中分析模型P與分析模型r之間的調(diào)用關(guān)系見圖2.
圖 2ATC方法的數(shù)據(jù)流向
圖2中，作為中間層的子系統(tǒng)層，它的設(shè)計(jì)目標(biāo)RUs1和共享變量yUs1由系統(tǒng)層傳遞下來.經(jīng)過一系列的子系統(tǒng)層及零部件層優(yōu)化設(shè)計(jì)求解之后，將生成相應(yīng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)響應(yīng)RLs1和共享設(shè)計(jì)變量yLs1，并返回給系統(tǒng)層.同理，對(duì)于最底層的零部件層ss1，RUss1和yUss1被作為設(shè)計(jì)目標(biāo)和共享設(shè)計(jì)變量由子系統(tǒng)層傳遞下來，而后通過優(yōu)化與仿真，再將相對(duì)應(yīng)的RLss1和yLss1返回給子系統(tǒng)層.對(duì)于子系統(tǒng)層調(diào)用的分析模型rs1，來自零部件層的ss1響應(yīng)Rss1和ss2的響應(yīng)Rss2，子系統(tǒng)層本地設(shè)計(jì)變量x-s1和子系統(tǒng)層的共享設(shè)計(jì)變量ys一同作為其輸入?yún)?shù)，由Ps1調(diào)用.
1.3ATC方法的數(shù)學(xué)表達(dá)
2數(shù)值案例及Isight軟件求解
2.1數(shù)值案例的分解解析
2.2基于Isight優(yōu)化軟件的ATC實(shí)現(xiàn)
隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的深入，采用單一學(xué)科軟件的設(shè)計(jì)、分析與優(yōu)化方法，已經(jīng)難以適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程開發(fā)的需要.以航空航天領(lǐng)域設(shè)計(jì)為例，其涉及機(jī)械、電子、控制和熱工等多個(gè)學(xué)科.隨著各個(gè)學(xué)科的深入發(fā)展，在每個(gè)單獨(dú)的學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)，都已經(jīng)形成大量專業(yè)的仿真方法與工具.因此，如何在設(shè)計(jì)中將各個(gè)學(xué)科有效鏈接起來，使其形成一個(gè)統(tǒng)一各學(xué)科的綜合設(shè)計(jì)的平臺(tái)，已經(jīng)成為工程和學(xué)術(shù)界所關(guān)注的重點(diǎn).
作為多學(xué)科聯(lián)合仿真與優(yōu)化技術(shù)的先驅(qū)者，Isight軟件為解決復(fù)雜系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工程開發(fā)提供多學(xué)科集成的優(yōu)秀平臺(tái).Isight軟件將數(shù)字技術(shù)、推理技術(shù)和設(shè)計(jì)搜索技術(shù)進(jìn)行有效融合，將多學(xué)科專業(yè)軟件進(jìn)行協(xié)同以驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并且把原來需要大量人工完成的工作改由軟件自動(dòng)進(jìn)行處理.Isight軟件的使用可以大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計(jì)周期，顯著提高產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性.
本文將Isight軟件作為實(shí)現(xiàn)ATC方法的優(yōu)化仿真平臺(tái).Isight軟件下為實(shí)現(xiàn)上述數(shù)值案例所構(gòu)建的2層的ATC架構(gòu)見圖3，包括系統(tǒng)層與子系統(tǒng)層，其中，子系統(tǒng)層由2個(gè)元素組成.
2.3優(yōu)化結(jié)果分析
利用Isight優(yōu)化軟件所構(gòu)建的ATC仿真模型見圖4.系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化和子系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化均采用序列二次規(guī)劃優(yōu)化算法（Sequential quadratic programming，SQP）.最后設(shè)計(jì)變量（x1，x2，…，x14）收斂，目標(biāo)函數(shù)f=17.02，與該數(shù)值算例的最優(yōu)值f=17.00非常接近.
圖 3Isight軟件下的ATC架構(gòu)
圖 4ATC方法的Isight軟件實(shí)現(xiàn)
3工程案例分析
3.1問題定義
以純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，進(jìn)一步說明ATC方法.純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成的詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖5，其動(dòng)力總成類似傳統(tǒng)汽車的動(dòng)力總成結(jié)構(gòu).
圖 5純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)
車輛的基本參數(shù)與性能指標(biāo)見表1.優(yōu)化目標(biāo)為在純電動(dòng)汽車動(dòng)力總成的制造成本與其使用成本之間取得設(shè)計(jì)平衡.基于ATC方法的2層電動(dòng)汽車動(dòng)力總成目標(biāo)分解與架構(gòu)設(shè)計(jì)方案見圖6.系統(tǒng)層以能耗仿真模型、動(dòng)力總成成本模型和車輛性能仿真模型作為這一層級(jí)的分析模型.通過調(diào)用能耗仿真模型和動(dòng)力總成成本模型可以分別得到使用成本和制造成本，將車輛性能仿真模型作為性能約束條件.[6]
3.2優(yōu)化結(jié)果分析
優(yōu)化前、后結(jié)果的對(duì)比見表2，可知，制造成本在整個(gè)成本構(gòu)成中占據(jù)較大份額.通過對(duì)設(shè)計(jì)變量?jī)?yōu)化，使得使用成本和制造成本都有所下降，從而最終優(yōu)化目標(biāo)（總成本）也相應(yīng)地有所下降，說明所提出的基于ATC優(yōu)化設(shè)計(jì)方法得到預(yù)期效果.
表 2優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的對(duì)比名稱原始值優(yōu)化值傳動(dòng)比ig67.983 2電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑d/m0.120.051 2電機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度L/m0.128 70.138 1使用成本/元897.71893.73制造成本/元5 013.894 984.88總成本/元5 911.605 878.61
4結(jié)束語(yǔ)
目標(biāo)分解方法是一種處理復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工程開發(fā)層次化架構(gòu)的系統(tǒng)化方法，結(jié)合Isight優(yōu)化軟件，對(duì)ATC方法進(jìn)行充分的說明.
（1）對(duì)ATC方法的層次化架構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述，并引出實(shí)施ATC方法的一般步驟.
（2）詳細(xì)論述ATC方法每層之間的信息傳遞，并給出ATC方法的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式.
（3）基于Isight優(yōu)化軟件，分別進(jìn)行數(shù)值案例和工程案例的分析，充分說明ATC方法對(duì)解決復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的有效性.參考文獻(xiàn)：
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內(nèi)容摘要 :基于企業(yè)對(duì)產(chǎn)品投資成本的變動(dòng),本文提出了一種產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。該方法建立了投資成本、約束資源和設(shè)計(jì)變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。通過這種關(guān)系,企業(yè)決策者可以根據(jù)市場(chǎng)環(huán)境的變化調(diào)整相應(yīng)的投資成本和資源量,以提升產(chǎn)品的升級(jí)換代。本文運(yùn)用此分析方法,對(duì)一個(gè)飼料配方的實(shí)例進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞:產(chǎn)品 優(yōu)化設(shè)計(jì) 投資成本 線性規(guī)劃
企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)中,經(jīng)常需要對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)改造,以提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。與此同時(shí),企業(yè)必須要增加相應(yīng)的投資成本。在企業(yè)追加投入的情況下,如何確保產(chǎn)品的升級(jí)改造取得預(yù)期的效果,關(guān)系到企業(yè)未來的發(fā)展成敗。
本文以此為背景建立了一個(gè)以投資成本為目標(biāo)函數(shù)、以資源為約束對(duì)象的線性規(guī)劃模型,由此可獲得產(chǎn)品的一種最佳設(shè)計(jì)方案。由于模型所描述的市場(chǎng)環(huán)境是動(dòng)態(tài)變化的,企業(yè)不可能通過生產(chǎn)一種不變的產(chǎn)品型號(hào)(即使當(dāng)前是最佳的)來滿足未來復(fù)雜多變的市場(chǎng)需求,必須不斷調(diào)整投資成本和約束資源,以促進(jìn)產(chǎn)品的多樣化和升級(jí)換代。這涉及到模型的優(yōu)化后分析,而優(yōu)化后分析有各種不同的形式。根據(jù)本文所討論的問題背景,筆者提出了線性規(guī)劃模型的一種新的優(yōu)化后分析方法,這種優(yōu)化后分析方法建立了投資成本、約束資源和設(shè)計(jì)變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。通過這種關(guān)系,企業(yè)決策者可以根據(jù)市場(chǎng)環(huán)境的變化調(diào)整相應(yīng)的投資成本和資源量,以產(chǎn)生更合適的設(shè)計(jì)方案,確保產(chǎn)品的升級(jí)改造取得預(yù)期的效果。本文運(yùn)用此分析方法,對(duì)一個(gè)關(guān)于飼料配方的實(shí)例進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。
產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
假設(shè)一個(gè)產(chǎn)品由n種原料構(gòu)成,其含量分別是,x1,x2…,xn,如果要求該產(chǎn)品在滿足規(guī)定的資源約束條件下,使投資成本最低,則產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案應(yīng)該由以下的線性規(guī)劃模型確定。
(LPM)minf = cT x
s.t.Ax≥b,x≥0
其中,x∈Rn是設(shè)計(jì)向量,c∈Rn是費(fèi)用(成本)向量,Ax≥b是由m個(gè)資源約束不等式:gi=ai1 x1+…+ain xn≥b(i=1,…,m)構(gòu)成的不等式組。令xn+i=gi -bi(i=1,…,m),xn+i則是產(chǎn)品的第i種剩余資源量。
采用單純形法求解模型(LPM),本研究可以獲得產(chǎn)品的一個(gè)最佳設(shè)計(jì)方案。不妨設(shè)(LPM)的最優(yōu)基本解為xB*=b*,xN*=0,最低投資成本(目標(biāo)值)為f *,則(LPM)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件可表示為:
f = f *- c TN* xN *(1)
xB* = b*-B*-1 N * xN * (2)
其中,B*與N *分別是最優(yōu)基矩陣與非基矩陣,c TN*=cTB*B*-1 N *-cTN*是與非基變量xN *相應(yīng)的縮減費(fèi)用(the reduced costs)。
由于市場(chǎng)環(huán)境時(shí)時(shí)處于變化之中,因此決策者必須不斷加大投入,研發(fā)新的產(chǎn)品來滿足未來的市場(chǎng)需求。開發(fā)新產(chǎn)品的一種方式就是調(diào)整原產(chǎn)品所含各種功效資源的配重(比),以產(chǎn)生具有不同功能的產(chǎn)品(系列)。相應(yīng)地,企業(yè)在模型(LPM)的最優(yōu)單純表(原產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì))的基礎(chǔ)上,對(duì)投資成本進(jìn)行了調(diào)整。如果決策者將投資成本 f 從最低成本 f *增加到 f ,則投資成本平面:cTx = f 與模型(LPM)的有效資源約束:xN *≥0相交產(chǎn)生一個(gè)新的有界凸多面體,本文稱之為投資成本、約束資源和設(shè)計(jì)變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系體,記為S f,在這個(gè)動(dòng)態(tài)關(guān)系體上,每一點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案,它們具有不同的功效資源。注意到S f有n個(gè)極點(diǎn),不妨設(shè)S f的第j個(gè)極點(diǎn)為:
x j(f)=(x1j(f),x2j(f),…,x jn+m(f)T,j=1,…,n
根據(jù)凸集的有關(guān)理論,S f中的任意一點(diǎn)x可以表示成它的所有極點(diǎn)的凸組合,即:
(3)
其中,0≤λj≤1(j =1,…,p),且。
假設(shè)c TN * < 0,通過式(1)和(2),可以求得S f的n個(gè)極點(diǎn)的坐標(biāo)為:
其中,
是矩陣-B*-1 N *的第k行第j列元素。上述極點(diǎn)坐標(biāo)可統(tǒng)一表示為:
(4)
將式(4)代入(3)中,得:
(POM)(5)
(POM)就是優(yōu)化后分析模型。這是產(chǎn)品設(shè)計(jì)變量xi(i =1,…,n)和剩余資源量xn+i(i =1,…,m)關(guān)于新增的投資成本f的線性函數(shù)。于是,對(duì)新增的投資成本f,本文可以通過調(diào)節(jié)參數(shù)λ1,…,λn的適當(dāng)取值來控制產(chǎn)品中不同功效資源的含量,從而產(chǎn)生新的產(chǎn)品(系列)設(shè)計(jì)方案,滿足未來市場(chǎng)的需求。
一般地,λj(j =1,…,n)相當(dāng)于分配給各功效資源的權(quán)重。當(dāng)時(shí),所有功效資源在產(chǎn)品中均衡配置;當(dāng)被賦值較大時(shí),相應(yīng)的功效資源在產(chǎn)品中所占比重就大。λj(j =1,…,n)的具體取值,由決策者和研發(fā)人員根據(jù)市場(chǎng)的需求、產(chǎn)品的試制狀況確定。
模型應(yīng)用
本文以張建平(1989)提出的一個(gè)飼料配方問題為例來闡述本方法的應(yīng)用。設(shè)有八個(gè)飼料原料:玉米、大麥、麩皮、豆餅、魚粉、槐葉粉、骨粉和石粉,分別配重x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8公斤,要制成一噸的飼料,使所配飼料滿足規(guī)定的八種營(yíng)養(yǎng)成分(即消化能g1、可消化蛋白g2、粗蛋白g3、賴氨酸g4、蛋+胱氨酸g5、鈣g6、磷g7和粗纖維g8)要求,且總成本最低。
根據(jù)張建平(1989)給出的八種飼料原料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),本文得到該飼料配方的一個(gè)線性規(guī)劃模型如下:
min f =0.236x1+0.256x2+0.132x3+0.43x4+
1.76x5+0.222x6+0.18x7+0.06x8
s.t. g1 =3.43x1+2.91x2+2.53x3+3.21x4+2.73x5 + 2.6x6≥3200
g2=64x1+74x2+90x3+346x4+439x5+132x6≥115000
g3=85x1+105x2+135x3+424x4+536x5+190x6≥150000
g4=2.9x1+3.5x2+5.8x3+28.1x4+24.7x5+ 10.6x6≥5600
g5=2.3x1+2.6x2+6.8x3+13.4x4+16x5+
2.2x6≥3700
g6=0.2x1+0.4x2+2.2x3+2.8x4+31.6x5+4x6
+300x7+400x8≥5000
g7=2.1x1+4x2+10.9x3+5.9x4+11.7x5+4x6 +135x7≥4100
g8=13x1+65x2+104x3+61x4+0x5+125.7x6≤45000
x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8=1000
x3≤70,x5≥40
x1,x2,…,x8≥0
應(yīng)用MATLAB V6.5語(yǔ)言編寫了單純形算法和本文提出的優(yōu)化后分析程序。通過該程序求解上述飼料配方線性規(guī)劃問題,得到八個(gè)飼料原料的最優(yōu)配方是:675.7015,0,70.0000,96.3468,40.0000,110.2964,3.2622,4.3931 (公斤),及最低總成本為:f *=305.8712 (元)。在按最優(yōu)配方配成的飼料中所含各種營(yíng)養(yǎng)(資源)量分別是:消化能g1=3200、可消化蛋白g2=115000、粗蛋白g3=150130、賴氨酸g4=7230、蛋+胱氨酸g5=4200、鈣g6=5000、磷g7=4100和粗纖維g8=35810,由此可見,除粗蛋白、賴氨酸,蛋+胱氨酸和粗纖維的指標(biāo)“超過”了給定的限度,其它營(yíng)養(yǎng)元素的指標(biāo)恰好達(dá)到給定的限度。
若根據(jù)市場(chǎng)需求,企業(yè)打算將每噸飼料產(chǎn)品的投資成本增加到f =310元,以研發(fā)新的飼料產(chǎn)品系列,要求在給定的成本預(yù)算下,在保持八項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)(資源)量和兩種原料(麩皮和魚粉)不低(或不高)于原來制定的最低(或最高)標(biāo)準(zhǔn)的前提下,盡可能提高所配飼料的某一(幾)項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)。為此,本文建立該問題的優(yōu)化后分析模型如下:
(POM)(6)
其中,x8+i =gi - bi(i =1,…,7),x16 =45000 - g8經(jīng)計(jì)算,可得:
在(6)中,增大λ2的取值,可調(diào)高飼料產(chǎn)品中消化能的含量。若取λ2=0.8,λ3=0.2,λ j=0(j=1,4,5,6,7),得到一個(gè)新的飼料產(chǎn)品的配方:713.32,0,70,113.87,40,54.659,3.5595,4.585(公斤),該產(chǎn)品所含各種營(yíng)養(yǎng)(資源)量分別是:消化能g1=3240.645、可消化蛋白g2=116128、粗蛋白g3=150190.14、賴氨酸g4=7241.9、蛋+胱氨酸g5=4402.8、鈣g6=5000、磷g7=4100和粗纖維g8=30370,由此可見,當(dāng)投資成本調(diào)整到310元/噸時(shí),可研制新的飼料產(chǎn)品,使其消化能比原來提高40.645兆卡/噸,同時(shí),可消化蛋白提高了1128克/噸,其它營(yíng)養(yǎng)元素的指標(biāo)都滿足最低(高)標(biāo)準(zhǔn)要求。
如果需要調(diào)高新產(chǎn)品中鈣的含量,可在公式(6)中增大λ4的取值。我們不妨取λ4=0.85,λ3=0.15,λj=0(j=1,2,5,6,7),得到一個(gè)新的飼料產(chǎn)品的配方:710.16,0,70,127.87,40,25.928,3.8485,22.201 (公斤),該產(chǎn)品所含各種營(yíng)養(yǎng)(資源)量分別是:消化能g1=3200、可消化蛋白g2=116974、粗蛋白g3=150394.6、賴氨酸g4=7321.3、蛋+胱氨酸g5=4519.8、鈣g6=12056.6、磷g7=4100和粗纖維g8=27571,這樣,新產(chǎn)品配方的鈣含量比原來提高了7056.6克/噸,同時(shí),可消化蛋白提高了1974克/噸,其它營(yíng)養(yǎng)元素的指標(biāo)都滿足最低(高)標(biāo)準(zhǔn)要求。
總之,決策者可以根據(jù)環(huán)境變化、市場(chǎng)需求、原料供給等因素,通過優(yōu)化后模型的分析求解,重新設(shè)計(jì)合適的飼料配方。
結(jié)論
眾所周知,好的產(chǎn)品必須有足夠多的研發(fā)資金的投入作保證,但資金投入的增加不一定能帶來好的研發(fā)結(jié)果,必須要有科學(xué)的分析方法。本文提出的線性規(guī)劃優(yōu)化后分析模型為企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)投資過程中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)決策提供了一種定量分析方法。通過投資成本的變動(dòng)(增加),可以根據(jù)投資成本、約束資源和設(shè)計(jì)變量之間的關(guān)系,設(shè)計(jì)出滿足未來市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品(系列),以提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)發(fā)展能力。需要指出的是,本文所討論的投資成本僅僅指新產(chǎn)品的原材料成本,而不包括人力成本、研制成本等費(fèi)用。
參考文獻(xiàn):
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Abstract： Aluminum liquid pouring temperature and mold temperature were optimized on the motor rotor Aluminum-casting process by using the Taguchi method. According to the results of solidification time， the best pouring temperature and mold temperature combination were determined which provided reference for improving the quality of Aluminum-casting rotor.
關(guān)鍵詞： Taguchi方法；工藝參數(shù)優(yōu)化；澆注溫度；模具溫度
Key words： Taguchi method；technological parameters optimization；pouring temperature；mold temperature
中圖分類號(hào)：TM303 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）24-0034-02
0 引言
電機(jī)鑄鋁轉(zhuǎn)子的加工質(zhì)量是影響電機(jī)整體質(zhì)量的關(guān)鍵要素之一，轉(zhuǎn)子鑄鋁方法主要有離心鑄鋁和壓力鑄鋁兩種，其中壓力鑄鋁用壓力將融化好的金屬鋁液注入型腔，待冷卻凝固成鑄件。該方法質(zhì)量問題最突出的表現(xiàn)是轉(zhuǎn)子內(nèi)部存在的氣孔，其次是轉(zhuǎn)子內(nèi)部的籠條細(xì)條、斷條、夾渣以及端環(huán)部分的縮孔、冷裂、熱裂、缺肉等問題。這些問題最終導(dǎo)致整機(jī)的電氣性能下降、轉(zhuǎn)速不夠、效率降低。
針對(duì)上述質(zhì)量問題，諸多文獻(xiàn)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，在解決上述質(zhì)量問題的工藝過程控制中對(duì)澆注鋁液溫度和主要模具溫度的控制是工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)之一，模具預(yù)熱溫度不夠，使鋁液的流動(dòng)性降低，加上鋁液在壓鑄機(jī)注入口停留一段時(shí)間，又會(huì)降低一些液溫，鋁液在壓入型腔時(shí)，由于澆道口的尺寸太小，致使鋁液的流動(dòng)性更加變差，鋁液雖被壓入型腔后，但過低的鋁溫使之固化速度加快，可是澆道口尺寸太小，本身就限制了鋁液的流動(dòng)，另外澆道口的鋁液也會(huì)迅速固化從而堵塞了料餅“后續(xù)部隊(duì)”的支援、致使型腔和端環(huán)部位得不到鋁液的補(bǔ)充，從而形成了氣孔。為確保鑄鋁轉(zhuǎn)子質(zhì)量，必須精確確定并控制鋁液的壓鑄溫度，傳統(tǒng)上鋁液澆注溫度一般控制在650-720°C，本文采用Taguchi方法來確定最佳的澆注溫度和模具溫度組合，為提高鑄鋁轉(zhuǎn)子質(zhì)量提供參考。
1 物理模型和方法設(shè)計(jì)
1.1 鑄鋁轉(zhuǎn)子壓鑄工藝分析 鑄鋁轉(zhuǎn)子壓鑄工藝分析過程如圖1所示，其工作原理是用壓力將融化好的金屬鋁液注入型腔，待冷卻凝固成鑄件。壓力鑄鋁時(shí)，鋁水壓射到轉(zhuǎn)子槽和型腔中的速度極高，其充填速度可達(dá)10-25m/s。
1.2 方法設(shè)計(jì) Taguchi方法使用標(biāo)準(zhǔn)的正交矩陣以保證通過最少數(shù)目的試驗(yàn)，得到能夠影響試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的所有試驗(yàn)因子的信息，該方法的目的是優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)的組合，提高生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性。
在Taguchi方法中，把影響質(zhì)量的工藝分為控制因子、噪聲因子、信號(hào)因子。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化目標(biāo)可以把信噪比的計(jì)算分為目標(biāo)值越大越優(yōu)、目標(biāo)值越接近某個(gè)值越優(yōu)和目標(biāo)值越小越優(yōu)3種類型，對(duì)凝固時(shí)間來說都是越小越好，屬于目標(biāo)值越小越優(yōu)問題，因此采用如下信噪比計(jì)算公式。
目標(biāo)值越小越優(yōu)計(jì)算公式：
η=-10log（■■yi2）（1）
試驗(yàn)結(jié)果均值分析根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，確定各個(gè)試驗(yàn)因子對(duì)質(zhì)量的影響，預(yù)測(cè)出對(duì)應(yīng)于最佳質(zhì)量響應(yīng)的最優(yōu)因子水平組合。
MAi=■■ηAi（2）
式中MAi——因子A在水平i的平均信噪比；
nA——因子A在正交表中出現(xiàn)的次數(shù)；
ηAi——因子A在水平i的信噪比。
通過變量分析（ANOVA）可以定量估計(jì)各個(gè)因子對(duì)整體測(cè)量響應(yīng)的相對(duì)貢獻(xiàn)；計(jì)算方差和來確定各個(gè)因子對(duì)產(chǎn)品性能指標(biāo)的影響程度。
SStotal=■■（ηij2-nrηm2）（3）
SSfactor=■■（ηk-ηm）2（4）
Vtactor=■（5）
SStotal——總方差和；SSfactor——各因子方差和；
Vtactor——因子的變量；n——實(shí)驗(yàn)次數(shù)；
r——樣本數(shù)；DOF——自由度。
2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
2.1 因子水平表 鑄件凝固時(shí)間直接與合金澆注溫度和模具溫度有關(guān)，本文主要研究直接與鑄件接觸的上模、下模、側(cè)模溫度和澆注溫度對(duì)最后鑄造成型的影響，以上4個(gè)變量均為可控因素，表1是因子水平表。
2.2 正交實(shí)驗(yàn)表 該實(shí)驗(yàn)是4因子二水平，把相應(yīng)的因素水平按因素水平表中所確定的關(guān)系對(duì)號(hào)入座，得到正交實(shí)驗(yàn)表，如表2所示。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 顯著因子確定
3.2 因素主次分析
若因素的F比>=F0.01，則稱此因素高度顯著；若因素的F比>=F0.05，則稱此因素顯著；查表得F0.01（1，3）=34.1，F(xiàn)0.05（1，3）=10.1，由表3、表4分析可得，影響結(jié)果凝固時(shí)間分析：FA>34.1，F(xiàn)B>34.1，F(xiàn)C>34.1。
所以A、B、C三因素對(duì)凝固時(shí)間的影響均為高度顯著性因素，由表5、表6可得其影響因素的排序情況，需考慮交互作用。
A、B間的交互作用，如表7所示。
AB交互作用后的最佳因子水平是A2B2，同理可以得到BC交互作用后的最佳因子水平是B2C1，AC交互作用后的最佳因子水平是A2C1。
根據(jù)不同水平信噪比的均值可以得到各因子對(duì)性能指標(biāo)影響的敏感程度，S/N的值越大表示信號(hào)對(duì)噪聲的敏感程度越小，A2B2C1D1對(duì)于凝固時(shí)間來說是最優(yōu)的工藝組合。
4 結(jié)論
本文采用Taguchi方法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子鑄鋁工藝中的鋁液澆注溫度和主要模具溫度進(jìn)行組合優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)預(yù)測(cè)凝固時(shí)間的結(jié)果，獲取最佳的澆注溫度和模具溫度組合，為提高鑄鋁轉(zhuǎn)子質(zhì)量提供參考。
參考文獻(xiàn)：
[1]毛亞莉，席德鑒.對(duì)絕緣處理工藝中一些看法和問題[J].電機(jī)技術(shù)，1980（02）.
【關(guān)鍵詞】初中英語(yǔ)；教學(xué)目標(biāo)；優(yōu)化
《全日制義務(wù)教育英語(yǔ)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》中強(qiáng)調(diào)，教學(xué)目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)該在突出課程知識(shí)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，能夠?yàn)閷W(xué)生的英語(yǔ)課程學(xué)習(xí)提供豐富的資源引導(dǎo)和生成促進(jìn)作用。優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)對(duì)提高課程教學(xué)有效性產(chǎn)生如下的積極意義：（1）體現(xiàn)課程教學(xué)的整體要求，便于學(xué)生學(xué)習(xí)運(yùn)用。（2）激活學(xué)生學(xué)習(xí)思維，增強(qiáng)學(xué)生語(yǔ)言學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性。（3）培養(yǎng)學(xué)生良好的自主學(xué)習(xí)和主動(dòng)探究能力，滿足他們的學(xué)習(xí)發(fā)展需要。
一、突出知識(shí)要點(diǎn)目標(biāo)設(shè)計(jì)，積累語(yǔ)言表達(dá)內(nèi)涵
英語(yǔ)課程教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)應(yīng)該首先體現(xiàn)在知識(shí)要點(diǎn)的呈現(xiàn)上，即要求教師能夠通過對(duì)語(yǔ)言知識(shí)結(jié)構(gòu)的整體把握來確定相應(yīng)的目標(biāo)結(jié)構(gòu)。在知識(shí)目標(biāo)要點(diǎn)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該圍繞教學(xué)目標(biāo)要求來進(jìn)行優(yōu)化組合，以此來確定教學(xué)過程。
在教學(xué)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該圍繞課程知識(shí)目標(biāo)要求，優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系整體運(yùn)用。注重目標(biāo)的教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)優(yōu)化總結(jié)，讓學(xué)生能夠在通過基礎(chǔ)性學(xué)習(xí)體驗(yàn)的基礎(chǔ)上能夠有所理解。在設(shè)計(jì)過程中，可要求學(xué)生能夠根據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行多元化的學(xué)習(xí)。在呈現(xiàn)知識(shí)目標(biāo)過程中，應(yīng)該圍繞重點(diǎn)和難點(diǎn)，注重基礎(chǔ)知識(shí)的整體呈現(xiàn)和有機(jī)聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)過程中學(xué)會(huì)總結(jié)和概括，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生語(yǔ)言學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。
在知識(shí)要點(diǎn)目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)該體現(xiàn)全面性和層次性，讓學(xué)生能夠有一定的堅(jiān)實(shí)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)來予以綜合學(xué)習(xí)運(yùn)用。例如，在《牛津初中英語(yǔ)》（Fun with English）中7B Unit1 Dream homes的“Reading A Homes around the world”的教學(xué)中，可就文章表達(dá)主題大意和重點(diǎn)詞匯短語(yǔ)的理解等方面來設(shè)計(jì)相應(yīng)的知識(shí)目標(biāo)。在教學(xué)過程中，除了鼓勵(lì)學(xué)生能夠運(yùn)用多種語(yǔ)言學(xué)習(xí)方法來概括文章的表達(dá)主題外，圍繞“What do you know about the houses in the world?”中的表達(dá)內(nèi)容來設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)。通過這樣的運(yùn)用，能夠就love to do something、get into…share something with someone等詞匯的表達(dá)內(nèi)涵進(jìn)行理解記憶，以此來加深學(xué)習(xí)運(yùn)用。
二、強(qiáng)化技能運(yùn)用目標(biāo)設(shè)計(jì)，提高綜合運(yùn)用能力
學(xué)生在掌握了一定的語(yǔ)言學(xué)習(xí)目標(biāo)之后，更應(yīng)該學(xué)會(huì)去理解運(yùn)用。這就要求教師在教學(xué)過程中，應(yīng)該圍繞學(xué)生的語(yǔ)言學(xué)習(xí)認(rèn)知情況，運(yùn)用多元化的方法來設(shè)計(jì)合理的技能學(xué)習(xí)目標(biāo)，以此來提高學(xué)生的綜合語(yǔ)言運(yùn)用能力。
通過對(duì)這些技能目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠更好地激活學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，切實(shí)增強(qiáng)他們的語(yǔ)言理解感悟和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)中，注重技能目標(biāo)的適用性，要求學(xué)生能夠在通曉詞匯短語(yǔ)使用范圍和規(guī)則的基礎(chǔ)上，能夠掌握使用的方法。同時(shí)，應(yīng)該為學(xué)生的語(yǔ)言學(xué)習(xí)使用提供必要的平臺(tái)空間，尤其要注意突出技能目標(biāo)的多元化使用實(shí)踐意義，鼓勵(lì)學(xué)生能夠從目標(biāo)的引導(dǎo)中不斷地進(jìn)行反復(fù)運(yùn)用，以此來提高自身語(yǔ)言運(yùn)用能力水平。
通過這樣的形式來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，更利于提高學(xué)生的整體綜合運(yùn)用能力。例如，在講解《牛津初中英語(yǔ)》7B Unit 3 Finding your way“Welcome to the unit”時(shí)，可要求學(xué)生能夠通過對(duì)Eddie和Hobo之間的對(duì)話來幫助學(xué)生了解介詞的使用特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，可就一般將來時(shí)態(tài)的使用方法予以講解。同時(shí)，教師可通過深入引導(dǎo)學(xué)生能夠就“will”、“shall”、“be going to do something”等彼此之間的聯(lián)系和區(qū)別進(jìn)行正確運(yùn)用，以此來增強(qiáng)學(xué)生語(yǔ)言技能的使用能力。
三、升華情感態(tài)度目標(biāo)設(shè)計(jì)，提高學(xué)科綜合素養(yǎng)
學(xué)生的語(yǔ)言學(xué)習(xí)情感目標(biāo)是在知識(shí)目標(biāo)和技能目標(biāo)升華發(fā)展的基礎(chǔ)上而形成的。這種目標(biāo)能夠在提高學(xué)生語(yǔ)言學(xué)習(xí)和使用激情基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生形成高尚的審美價(jià)值觀。情感教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)能夠幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)思維習(xí)慣，積累豐富的語(yǔ)言文化知識(shí)。這也是學(xué)科人文化教學(xué)的特點(diǎn)。
依據(jù)課程教學(xué)要求，在教學(xué)中設(shè)計(jì)豐富情感目標(biāo)，應(yīng)該最體現(xiàn)“主體性”和“生成性”，尊重學(xué)生的學(xué)習(xí)所得和學(xué)習(xí)思考，鼓勵(lì)學(xué)生能夠從教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)中探尋其中的精神靈魂。這些情感目標(biāo)的設(shè)計(jì)，應(yīng)該依據(jù)文本學(xué)習(xí)內(nèi)容，注重培養(yǎng)學(xué)生的自悟?qū)W習(xí)能力。以這樣的形式來注意情感目標(biāo)的設(shè)計(jì)，能夠讓學(xué)生的學(xué)科綜合素養(yǎng)得到體現(xiàn)，能夠更好地促進(jìn)他們技能的發(fā)展。教師可通過這樣的形式來更好地培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言學(xué)習(xí)激情，以此來幫助學(xué)生提高跨文化語(yǔ)言學(xué)習(xí)運(yùn)用能力，滿足他們的學(xué)習(xí)世界觀和情感價(jià)值觀發(fā)展需要。
綜上所述，設(shè)計(jì)好教學(xué)目標(biāo)，對(duì)于優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)和提高整體教學(xué)效果具有不可替代的重要作用。教師在優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)過程中，應(yīng)該在依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和潛能的前提下，合理設(shè)計(jì)安排，以此來提高學(xué)生的語(yǔ)言學(xué)習(xí)和使用能力。
【參考文獻(xiàn)】
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[2]王穎梅.優(yōu)化設(shè)計(jì)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)高效課堂[J].新課程（教研版），2010年12期。
1 DIV+CSS的不足
1.1 瀏覽器兼容問題
DIV+CSS技術(shù)的不成熟，導(dǎo)致設(shè)計(jì)者在網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)中常常出現(xiàn)自己電腦顯示的網(wǎng)頁(yè)效果與其他機(jī)器上的網(wǎng)頁(yè)效果有差異的情況，造成這種差異的原因往往是由于不同的電腦瀏覽器的兼容效果不一樣，如IE6、Firefox、Mozilla等瀏覽器對(duì)、CSS（級(jí)聯(lián)樣式表）的解析程度不一致，很容易造成網(wǎng)頁(yè)頁(yè)面效果的差異。
1.2 操作難度大
DIV+CSS的技術(shù)復(fù)雜度相比table而言要更難操作，特別是對(duì)于網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)代碼的初學(xué)者來說，設(shè)計(jì)思維已經(jīng)固定后很難接受CSS先定義后使用的操作樣式，在這種情況下如果讓其使用DIV+CSS操作技術(shù)反而只能取得相反效果。
2 基于DIV+CSS技術(shù)的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法
2.1 慎用DIV塊
在進(jìn)行布局時(shí)，無需在對(duì)象中重復(fù)使用同一個(gè)DIV模塊。列表本身為完整對(duì)象的話就可以直接使用樣式，如圖1中的兩段代碼。顯然其最終顯示效果是完全一致的，但右邊代碼看起來要比左邊更為簡(jiǎn)潔明了。
除了直接使用樣式之外，還要盡可能減少DIV的嵌入與套用，多層嵌套的DIV布局會(huì)破壞DIV+CSS優(yōu)越性，還容易造成瀏覽器不兼容問題。因此，設(shè)計(jì)者在進(jìn)行DIV+CSS技術(shù)的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分使用簡(jiǎn)單TABLE設(shè)計(jì)來讓網(wǎng)頁(yè)代碼變得更為整潔。
2.2 盡量使用外部CSS樣式
CSS樣式表主要特點(diǎn)體現(xiàn)在頁(yè)面的美化與風(fēng)格的統(tǒng)一上，但設(shè)計(jì)者在對(duì)網(wǎng)頁(yè)代碼進(jìn)行美化時(shí)要注意代碼的結(jié)構(gòu)性，不能采用一個(gè)DIV用一個(gè)樣式或者采用獨(dú)立的樣式表來增加代碼復(fù)雜度，應(yīng)盡量使用外部CSS樣式，將效果一樣的樣式定義為多次使用，并且在頁(yè)面存在差異的地方進(jìn)行適當(dāng)?shù)莫?dú)立樣式代碼編寫。
2.3 使用子選擇器
在簡(jiǎn)化CSS選擇器時(shí)，利用子選擇器的樣式定義能夠有效簡(jiǎn)化代碼，如：
以上這段代碼的CSS定義為：
利用子選擇器來設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)化代碼，則可以用下面的代碼替代：
CSS樣式定義為：
將“#nav{}”設(shè)為主選擇器使用，后面的子選擇器則會(huì)自動(dòng)尋找相對(duì)應(yīng)的樣式，無需重復(fù)定義新樣式。
2.4 id與class靈活搭配
很多設(shè)計(jì)者在提高CSS選擇器的利用率通常會(huì)采用class來取代id。盡管class用途要比id靈活和廣泛，但id由于具備強(qiáng)制唯一性特征，更能夠讓使用者快速簡(jiǎn)便的通過id檢索到所需模塊，其網(wǎng)頁(yè)結(jié)構(gòu)構(gòu)建顯然要高于class。因此在進(jìn)行CSS選擇器使用時(shí)，要做到id與class靈活搭配，將id運(yùn)用在網(wǎng)頁(yè)的布局和設(shè)計(jì)元素中方便使用者檢索和翻閱，同時(shí)將class運(yùn)用在文字排版中降低樣式復(fù)雜度。
3 結(jié)語(yǔ)
隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)如今的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)所采用的“內(nèi)容”與“樣式”分離設(shè)計(jì)方法式網(wǎng)頁(yè)代碼的設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)潔，使用DIV在HTML中編寫內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，再采用CSS建立代碼樣式的設(shè)計(jì)方法既能夠有效節(jié)省網(wǎng)頁(yè)空間，對(duì)其進(jìn)行重復(fù)利用，還能夠減少代碼的設(shè)計(jì)難度，給設(shè)計(jì)者帶來更為便捷的操作體驗(yàn)。在技術(shù)的不斷優(yōu)化下，基于DIV+CSS技術(shù)之下的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)一定能夠?qū)崿F(xiàn)更好的發(fā)展。
[參考文獻(xiàn)]
【關(guān)鍵詞】 化工安全 化工設(shè)計(jì) 化工事故 預(yù)防
據(jù)國(guó)家安監(jiān)總局對(duì)化工行業(yè)目前安全形勢(shì)的分析，經(jīng)過政府、協(xié)會(huì)、企業(yè)在“十一五”期間的共同努力，化工行業(yè)的安全整治和管理工作已經(jīng)取得了明顯成效。危化品安全事故有所減少，但化工行業(yè)安全生產(chǎn)基礎(chǔ)薄弱的現(xiàn)狀沒有實(shí)現(xiàn)根本性改變，有部分的企業(yè)工藝技術(shù)落后，設(shè)備、自動(dòng)化控制、安全設(shè)施設(shè)計(jì)達(dá)不到安全生產(chǎn)要求，安全管理水平低以及從業(yè)人員素質(zhì)較低。
安全設(shè)計(jì)是化工項(xiàng)目建設(shè)的源頭和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在化工安全生產(chǎn)中占有十分重要的地位。近幾年發(fā)生的一些?；肥鹿剩┞冻鲂袠I(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)滯后或缺失，總體規(guī)劃布局欠完善，設(shè)計(jì)變更管理隨意性大，設(shè)計(jì)單位水平參差不齊，安全設(shè)計(jì)存在缺陷，安全設(shè)計(jì)管理存在盲區(qū)等問題。
通過這些年化工設(shè)計(jì)的實(shí)踐和體會(huì)，本文通過對(duì)湖北省內(nèi)外發(fā)生的事故案例分析，針對(duì)湖北省部分化工生產(chǎn)企業(yè)安全隱患的現(xiàn)實(shí)狀況，提出安全設(shè)計(jì)方面的建議，供化工設(shè)計(jì)單位和化工生產(chǎn)企業(yè)參考。
一、危險(xiǎn)化學(xué)品建設(shè)項(xiàng)目正規(guī)設(shè)計(jì)是企業(yè)安全生產(chǎn)的基本保障
1、事故案例
2012年2月28日上午9時(shí)4分左右，位于河北省石家莊市趙縣工業(yè)園區(qū)生物產(chǎn)業(yè)園內(nèi)的河北克爾化工有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱河北克爾公司）生產(chǎn)硝酸胍的一車間發(fā)生重大爆炸事故，造成25人死亡、4人失蹤、46人受傷。這起事故是近一個(gè)時(shí)期以來危險(xiǎn)化學(xué)品領(lǐng)域發(fā)生的傷亡最嚴(yán)重的事故。
事故原因初步分析：硝酸銨、硝酸胍均屬?gòu)?qiáng)氧化劑。硝酸銨是國(guó)家安全監(jiān)管總局公布的首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品，遇火時(shí)能助長(zhǎng)火勢(shì)；與可燃物粉末混合，能發(fā)生激烈反應(yīng)而爆炸；受強(qiáng)烈震動(dòng)或急劇加熱時(shí)，可發(fā)生爆炸。硝酸胍受熱、接觸明火或受到摩擦、震動(dòng)、撞擊時(shí)，可發(fā)生爆炸；加熱至150℃時(shí)，分解并爆炸。
事故直接原因是：河北克爾公司一車間的1號(hào)反應(yīng)釜底部放料閥（用導(dǎo)熱油伴熱）處導(dǎo)熱油泄漏著火，造成釜內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物硝酸胍和未反應(yīng)完的硝酸銨局部受熱，急劇分解發(fā)生爆炸，繼而引發(fā)存放在周邊的硝酸胍和硝酸銨爆炸。
該事故暴露出河北克爾公司存在以下突出問題：一是裝置本質(zhì)安全水平低、工廠布局不合理。裝置自動(dòng)化程度低，反應(yīng)溫度缺乏有效、快捷的控制手段；加料、出料、冷卻等作業(yè)均需人工操作，現(xiàn)場(chǎng)操作人員多。一車間與二車間廠房均采用框架磚混結(jié)構(gòu)，同向相距約25米布置，且中間建有硫酸儲(chǔ)罐。一車間爆炸后波及到二車間，造成廠房損毀和重大人員傷亡。二是企業(yè)安全管理不嚴(yán)格，變更管理處于失控狀態(tài)。河北克爾公司在沒有進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的情況下，擅自改變生產(chǎn)原料、改造導(dǎo)熱油系統(tǒng)，將導(dǎo)熱油最高控制溫度從210℃提高到255℃。三是車間管理人員、操作人員專業(yè)素質(zhì)低。四是事故企業(yè)邊生產(chǎn)，邊施工建設(shè)，廠區(qū)作業(yè)單位多、人員多，加劇了事故的傷亡程度。五是安全隱患排查治理不認(rèn)真。
2、建議
對(duì)照上述案例暴露的問題，目前湖北省內(nèi)的部分危險(xiǎn)化學(xué)品企業(yè)，也存在工廠布局不合理、建構(gòu)筑物間防火間距不符合規(guī)范要求、裝置自動(dòng)化程度低等事故隱患。究其原因，一是部分企業(yè)未按要求委托有資質(zhì)的單位進(jìn)行正規(guī)設(shè)計(jì)，二是設(shè)計(jì)單位在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)未認(rèn)真堅(jiān)持執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。
根據(jù)《關(guān)于開展提升危險(xiǎn)化學(xué)品領(lǐng)域本質(zhì)安全水平專項(xiàng)行動(dòng)的通知》（安監(jiān)總管三〔2012〕87號(hào)）的要求，對(duì)未經(jīng)過正規(guī)設(shè)計(jì)的在役化工裝置要進(jìn)行安全設(shè)計(jì)診斷，全面消除安全設(shè)計(jì)隱患。對(duì)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行安全設(shè)計(jì)診斷提出如下建議。
（1）設(shè)計(jì)單位應(yīng)嚴(yán)格按照《工業(yè)企業(yè)總平面布置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50187-2012）、《化工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50489-2009）、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2006）等規(guī)范的要求，對(duì)工廠布局不合理、建構(gòu)筑物間防火間距不足的提出解決方案。
（2）針對(duì)部分精細(xì)化工產(chǎn)品建設(shè)項(xiàng)目，如染料中間體、醫(yī)藥中間體、農(nóng)藥中間體等，盡管有些反應(yīng)過程和單元操作過程未列入重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄，建議設(shè)計(jì)單位根據(jù)具體工藝及單元操作過程，采用DCS、PLC等控制方式，進(jìn)行監(jiān)控、報(bào)警、緊急停車和泄放等安全聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高本質(zhì)安全度。
（3）根據(jù)國(guó)家對(duì)重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化學(xué)品的生產(chǎn)儲(chǔ)存裝置和危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，建議設(shè)計(jì)單位完善上述自動(dòng)化控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)。
二、切實(shí)根據(jù)物料的性質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn)裝置的安全設(shè)計(jì)
1、事故案例
2011年1月14日20時(shí)20分左右，湖北某市一化工企業(yè)在對(duì)2，3-二氯-4—硝基乙苯減壓精餾過程中發(fā)生爆燃事故，致2人死亡，1人重傷。
2，3-二氯-4—硝基乙苯是生產(chǎn)醫(yī)藥、農(nóng)藥的有機(jī)化工中間體。該物質(zhì)遇明火、高熱可燃。與強(qiáng)氧化劑可發(fā)生反應(yīng)。受高熱分解，產(chǎn)生有毒的氮氧化物和氯化物氣體。有腐蝕性。該企業(yè)在試生產(chǎn)過程中，采用電熱桳加熱蒸餾釜夾套導(dǎo)熱油的方式進(jìn)行加熱，選用的導(dǎo)熱油正常工作溫度為350℃，無溫控系統(tǒng)。在減壓精餾過程中由于2，3-二氯-4—硝基乙苯受熱分解，蒸餾釜發(fā)生爆炸，致使設(shè)備毀壞，房屋垮塌。
事故后，經(jīng)湖北省權(quán)威分析檢測(cè)單位測(cè)定，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，2，3-二氯-4—硝基乙苯在215℃左右就發(fā)生分解。該起事故發(fā)生的重要原因是在不清楚2，3-二氯-4—硝基乙苯的熱分解溫度的情況下，選用不合適的設(shè)備和加熱方式進(jìn)行試生產(chǎn)。
2、建議
通過這起事故，也警醒設(shè)計(jì)單位，對(duì)熱敏性物料（特別是芳環(huán)上帶硝基的化合物）加工方面的設(shè)計(jì)，一定要在了解其熱分解數(shù)據(jù)的情況下，進(jìn)行設(shè)備選型、單元操作和過程控制設(shè)計(jì)。
三、設(shè)計(jì)中配置事故應(yīng)急處理系統(tǒng)
1、事故案例
2008年6月12日19時(shí)40分左右，昆明市安寧齊天化肥廠發(fā)生硫化氫氣體泄漏安全生產(chǎn)事故，導(dǎo)致6人死亡，28人在醫(yī)院接受救治。
“6·12”硫化氫氣體泄漏事故的初步原因，即昆明市安寧齊天化肥廠在操作時(shí)，從硫化鈉配制槽放硫化鈉溶液到磷酸槽的過程中（主要是為了脫除磷酸中的砷），閥門失控導(dǎo)致進(jìn)入磷酸槽的硫化鈉流量過大、流速過快，產(chǎn)生大量的硫化氫氣體不能被及時(shí)反應(yīng)消耗，磷酸槽中產(chǎn)生的硫化氫從槽的上部逸出（槽未封閉），造成作業(yè)人員和圍觀人員中毒傷亡。
直接原因是該工藝設(shè)計(jì)存在不足，硫化鈉溶液流量無顯示控制儀器及安全設(shè)施，并未配備硫化氫尾氣吸收系統(tǒng)，不能除去過量的硫化氫氣體，導(dǎo)致該氣體進(jìn)入作業(yè)場(chǎng)所。
2、建議
在精細(xì)化工生產(chǎn)過程中，有很多過程如出現(xiàn)操作失誤、設(shè)備及部件失效，有可能出現(xiàn)硫化氫、氯化氫、膦化氫、氟化氫、氰化氫等有毒氣體泄漏，造成人員中毒或死亡的事故發(fā)生。在這些生產(chǎn)過程中設(shè)置事故應(yīng)急處理系統(tǒng)，如氣體吸收處理系統(tǒng)，是防止事故發(fā)生或擴(kuò)大的有效安全措施。
四、重視防止粉塵爆炸措施
1、事故案例
2008年1月13日2時(shí)45分，昆明市東站工商服務(wù)公司儲(chǔ)存硫磺的倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，該公司53名工人開始從事火車硫磺卸車作業(yè)，作業(yè)過程是從火車卸下并拆開硫磺包裝袋，將硫磺分別倒入平行于鐵路、與地面平齊的34個(gè)料斗中，硫磺通過料斗落在地坑中輸送機(jī)皮帶上，用輸送機(jī)傳送皮帶將硫磺送入硫磺庫(kù)。3時(shí)40分，作業(yè)過程中地坑硫磺粉塵突然發(fā)生爆炸，爆炸沖擊波將料斗、硫磺庫(kù)的輕型屋頂、皮帶輸送機(jī)、斗式提升機(jī)等設(shè)施毀壞，造成7人死亡、7人重傷、25人輕傷。
事故發(fā)生的重要原因，一是天氣干燥，空氣濕度低，硫磺粉塵容易爆炸。二是作業(yè)時(shí)正值深夜，風(fēng)速低，空氣流動(dòng)性差，造成局部空間內(nèi)（皮帶運(yùn)輸機(jī)地坑）硫磺粉塵濃度增大，達(dá)到爆炸極限，由現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的點(diǎn)火能量引發(fā)爆炸。
2、建議
可燃性粉塵（如硫磺、淀粉等）顆粒的表面能量高，在局部區(qū)域濃度達(dá)到一定范圍時(shí)，在點(diǎn)火能量作用下（如靜電、電火花等）容易發(fā)生爆炸。在設(shè)計(jì)如硫磺等可燃性粉塵儲(chǔ)存、輸送時(shí)，應(yīng)采取強(qiáng)制通風(fēng)和防爆防塵技術(shù)措施，防止粉塵爆炸。湖北省采用硫磺制酸的企業(yè)不少，也因從該事故中吸取教訓(xùn)，切實(shí)加強(qiáng)安全設(shè)施的配置和現(xiàn)場(chǎng)安全管理。
五、對(duì)靜電危害應(yīng)引起足夠重視
1、事故案例
2002年7月，江蘇姜堰某廠二車間的離心機(jī)（封閉式），在剛開始分離從搪瓷反釜卸出的W-100-1紡織用抗氧化劑和甲苯溶劑時(shí)，突然發(fā)生爆炸，致使1名職工死亡，1名職工重傷。
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此物料經(jīng)過23小時(shí)不停地機(jī)械攪拌，又經(jīng)過塑料導(dǎo)管直接送入離心機(jī)，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)墊有非導(dǎo)電體的化纖過濾布袋。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間攪拌，含有甲苯溶劑（甲苯的爆炸極限為1.2%～7%（V））的物料產(chǎn)生靜電積聚，快速流經(jīng)塑料管道時(shí)，靜電荷得到加強(qiáng)。當(dāng)物料進(jìn)入離心機(jī)時(shí)，帶有很高的電位，而轉(zhuǎn)鼓上部暴露的螺絲是低電位點(diǎn)，當(dāng)物料沖擊到離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓時(shí)，高壓電位與螺絲頂端的零電位形成高低電位差而引發(fā)放電，產(chǎn)生了火花，引爆了離心機(jī)內(nèi)混合性爆炸氣體。
2、建議
目前，精細(xì)化工生產(chǎn)廠家由于規(guī)模小，幾乎都是間歇式生產(chǎn)，一釜多用的現(xiàn)象普遍存在。進(jìn)料、物料離心分離過程多采用塑料管。這些生產(chǎn)廠家很多都是經(jīng)過設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)，但設(shè)計(jì)人員對(duì)靜電的危害性認(rèn)識(shí)不足，沒有對(duì)塑料管輸送易燃易爆物料的流速進(jìn)行計(jì)算，也沒有做出相關(guān)說明。因此對(duì)靜電危害及采取相關(guān)的技術(shù)措施，應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員和企業(yè)安全管理人員的足夠重視。
六、結(jié)語(yǔ)
開展安全設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，都是推動(dòng)企業(yè)在建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，嚴(yán)格安全設(shè)計(jì)，提高企業(yè)的本質(zhì)安全程度。設(shè)計(jì)單位應(yīng)提高安全設(shè)計(jì)質(zhì)量，從設(shè)計(jì)源頭防止和減少化工企業(yè)生產(chǎn)安全事故，安全生產(chǎn)才有堅(jiān)實(shí)的保障。
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