“概念”一詞的本義在《中國大百科全書(shū)》中的解釋是“懷孕，孕育的意思，即經(jīng)過(guò)十月懷胎之后生成的一種新事物”。概念設計是設計師對建設場(chǎng)地進(jìn)行實(shí)地考察后，有意識的針對場(chǎng)地中的環(huán)境構成元素進(jìn)行深入分析，提煉，下面是小編為大家整理的2023年概念設計論文【五篇】,供大家參考。
概念設計論文范文第1篇
關(guān)鍵詞：概念設計；
非理性因素；
設計實(shí)驗
1概念設計的內涵與特征
“概念”一詞的本義在《中國大百科全書(shū)》中的解釋是“懷孕，孕育的意思，即經(jīng)過(guò)十月懷胎之后生成的一種新事物”。概念設計是設計師對建設場(chǎng)地進(jìn)行實(shí)地考察后，有意識的針對場(chǎng)地中的環(huán)境構成元素進(jìn)行深入分析，提煉，濃縮而成的一種可以統領(lǐng)全局，貫穿設計過(guò)程始終的構思主線(xiàn)。它一般以抽象的形式出現，追求神似而非形似，具有非理性因素的思維特征，往往是設計師的一些頓悟、靈感就可能形成一些重要設計項目的原始創(chuàng )作意念。同時(shí)，概念設計具有很強的實(shí)驗性，有時(shí)甚至純粹是一種嘗試，完全在從事探索性活動(dòng)。
2概念設計的重要性與意義
概念設計自從上世紀問(wèn)世以來(lái)，已經(jīng)被許多世界建筑大師在一些重要建設項目中恰如其分的運用，其重要性是不言而喻的。在建設項目的前期階段，概念設計的主體地位是不可辯駁的。倘若沒(méi)有優(yōu)秀的創(chuàng )作意念作為引領(lǐng)整個(gè)設計的主線(xiàn)，策劃方案設計就會(huì )一團散沙，缺乏整體性、有機性，讓人有隨意拼湊，抄襲之感。另外，重視概念設計有利于激發(fā)創(chuàng )作靈感，增強設計師的原創(chuàng )意識，不致步人后塵，而走上自主創(chuàng )新的道路。
3概念設計的策略與方法
首先要對場(chǎng)地的環(huán)境因素進(jìn)行有意識的分類(lèi)與整理，分析各個(gè)條件之間的內在聯(lián)系與制約關(guān)系。從宏觀(guān)的角度進(jìn)行分析，不拘泥于細小的實(shí)際工程問(wèn)題，著(zhù)眼于大局。其次，要充分運用聯(lián)想的方法，輔助于文學(xué)，藝術(shù)等學(xué)科的知識，使頭腦中朦朧，散亂的想法明晰準確地表達出來(lái)。在當今建筑全球化背景下，把握地域性，堅持功能性，重視形式性，考慮經(jīng)濟性是建筑創(chuàng )作的核心所在。建筑創(chuàng )作的突破口往往在學(xué)科邊緣或者交叉學(xué)科中。再次，要擺脫自身的思維定式，對于掌握概念設計來(lái)說(shuō)這種思維定式非常不利。因為如果設計者從自身已有的知識出發(fā)來(lái)進(jìn)行概念設計，必然會(huì )受自身思維定式的影響，所設計出來(lái)的成果必然不太理想。設計者需要拋棄傳統的為了做某個(gè)設計而進(jìn)行資料收集，文獻閱讀的不良習慣，在平時(shí)就要有意識的閱讀一定量的理論方面的文獻，積累一套行之有效的設計手法和解決實(shí)際問(wèn)題的策略。最后，要學(xué)習已有的優(yōu)秀作品的概念設計過(guò)程，做深入的設計分析與表達，因為設計分析與表達作為一種學(xué)習方法對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)是大有裨益的。
4概念設計的應用舉例
4.1這是一個(gè)改建項目，位于南京幕府山腳下，原為長(cháng)安汽車(chē)制造廠(chǎng)，現在破產(chǎn)了，改為藝術(shù)家村租給藝術(shù)家使用。我們一行8人對場(chǎng)地進(jìn)行數次實(shí)地調研。最后我從場(chǎng)地的地形特征——象一條小船，以及場(chǎng)地的環(huán)境特征——背山面水，左右圍護，三面環(huán)山的特點(diǎn)出發(fā)提煉出整個(gè)區域的設計概念“船”。后來(lái)聯(lián)想工廠(chǎng)破產(chǎn)的情景，以及藝術(shù)村將來(lái)經(jīng)營(yíng)的狀況決定再加入風(fēng)險因素“渡”，因而我的設計概念變?yōu)椤岸纱?。接下?lái)又融入了文學(xué)因素，考慮藝術(shù)村商業(yè)運作的需要加了“的情懷”，最終我的設計概念變?yōu)椤岸纱那閼选??？紤]到整個(gè)區域內不同位置的經(jīng)營(yíng)狀況，現狀條件不同，又將整個(gè)區域分成6個(gè)小區域，每個(gè)區域都以自身獨有的特征命名，并貫穿在總概念之中，使其有分有合，統一之中蘊含變化。最后，我對場(chǎng)地內的淺藍色區域進(jìn)行了環(huán)境概念設計，編寫(xiě)了整個(gè)區域的故事書(shū)，使中心概念在故事書(shū)的烘托下顯得更加豐滿(mǎn)。(見(jiàn)圖1)
轉4.2陜西西安某古墓博物館的概念性建筑方案設計中筆者就運用了傳統民居地坑院入口的概念。古墓博物館顧名思義是在新發(fā)現的古墓建筑群上就地建設博物館，以最大可能的保護原址，并使博物館建筑本身具有靜謐，昏暗，冥冥之光的氣氛。為了營(yíng)造這種氣氛筆者想到了傳統民居四合院的空間布局，將古墓建筑群原址保護在地下一層，地上再建二層將古墓發(fā)掘的寶藏進(jìn)行展示，地面建筑四周沒(méi)有開(kāi)窗，參觀(guān)者從室外通過(guò)踏步盤(pán)旋而上到屋面層，而后再從屋面盤(pán)旋而下到達至各層，各層展廳均有入口對外開(kāi)在走廊上，打開(kāi)入口天井中的自然光與室內的人工光源交相呼應，在室外樹(shù)木的遮擋下，室內光影斑斑，忽明忽暗，更加突出了建筑的神秘性，場(chǎng)所感。置身其中使人有一種強烈的空間感受和震撼的視覺(jué)沖擊，崇拜仰慕之情油然而生，這正是建筑師所期望達到的效果，使參觀(guān)者能有深切的體驗空間，參觀(guān)之后難以忘情。(見(jiàn)圖2)
概念設計論文范文第2篇
概念設計概論。概論當中，首先整合了橋梁工程的知識體系，介紹了橋梁的基本組成和分類(lèi)；
然后介紹國內外橋梁的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)。并從中國橋梁建設當中出現的問(wèn)題的角度，說(shuō)明概念設計的目的、意義和重要性。最后介紹了《橋梁概念設計》中安全、適用、經(jīng)濟、美觀(guān)、耐久、環(huán)保的原則及其含義，并詳細闡述了如何建立創(chuàng )新理念。
橋梁美學(xué)設計。美學(xué)是人們對于美和丑的認識，雖然不同人擁有不同的看法，但是美學(xué)還是有其一般性的規律。在橋梁美學(xué)設計當中，首先介紹了東西方美學(xué)的哲學(xué)基礎，提出了橋梁美學(xué)的五個(gè)基本原則———“多樣與統一”“、比例與勻稱(chēng)”“、平衡和和諧”以及“韻律與協(xié)調”。并針對橋梁，提出了概念設計中的美學(xué)考慮和處理方法。最后，介紹了橋梁美學(xué)設計的實(shí)例。
設計構思和總體布置。設計構思和總體布置是《橋梁概念設計》中最為關(guān)鍵的環(huán)節，是生成概念方案所必須有的過(guò)程。設計構思主要是分析橋位處的自然條件、技術(shù)條件、人文條件、社會(huì )條件，進(jìn)而對橋梁總體設計進(jìn)行設計。①自然條件。自然條件主要包括河勢、水文、氣象氣候、地形地貌、地質(zhì)水質(zhì)和地震這七個(gè)方面。在概念設計階段，這些資料的應用一般有兩個(gè)方面：一方面，在理解消化這些資料的基礎上，抓住核心要素和控制條件，形成構思和布局的雛形；
另一方面，用于總體和關(guān)鍵構件的宏觀(guān)、控制性的計算和分析，來(lái)驗證和調整先前的構思和布置。②技術(shù)條件。經(jīng)過(guò)近200年的發(fā)展，橋梁的上部結構和下部結構已發(fā)展形成了一些較為成熟的形式，在當今技術(shù)條件下，這些不同類(lèi)型的上部結構和下部基礎都有著(zhù)各自的適用范圍，在橋梁概念設計的初始階段，我們應當盡可能地根據橋梁所處的自然條件，選擇最為合適的上部結構和下部基礎。③人文條件。人文條件主要是指橋梁所處地區的歷史文化背景和該區域的橋梁使用者對于美的訴求。橋梁作為一種永久建筑物，除了跨越功能之外，其景觀(guān)功能也是其功能的一個(gè)重要方面，在某些情況下，尤其是城市橋梁當中，橋梁的景觀(guān)功能可能是其最為重要的一個(gè)方面。只有在這些準備工作做好之后，才能夠根據“變化與統一”、“比例與勻稱(chēng)”、“平衡與和諧”，“韻律與協(xié)調”這些基本的美學(xué)基本原則，設計出滿(mǎn)足人們人文訴求和美學(xué)要求的美的橋梁。④社會(huì )條件。社會(huì )條件主要是指橋梁的使用功能、橋梁的經(jīng)濟性。使用功能包括交通功能、航運功能。交通功能方面，對于公路橋梁、鐵路橋梁和城市橋梁，其荷載標準和建筑界限不同；
不同的航道等級和通航標準對應的通航凈空也不相同。經(jīng)濟性方面，不同的橋型、總體布置、基礎方案和施工方案對于橋梁的經(jīng)濟性能均有影響。
4.結構安全驗證。在結構安全驗證中，介紹了橋梁的荷載，講解了結構分析的一般方法和結構的強度、剛度、穩定性、動(dòng)力特性的驗算，然后介紹了橋梁耐久性設計的一般原則和耐久性驗算的方法。5.工程案例分析。通過(guò)分析《橋梁概念設計》的工程實(shí)例，來(lái)完整的介紹橋梁概念設計的流程，以及各個(gè)步驟當中應當注意的問(wèn)題，使學(xué)生在掌握全局的同時(shí)不忽略細節。
概念設計教學(xué)特色
同濟大學(xué)橋梁系在國內土木工程專(zhuān)業(yè)首先開(kāi)展了概念設計的課程，作為橋梁工程教學(xué)改革的一部分，這門(mén)課程嘗試了一些新的教學(xué)方法。具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。
1.強調橋梁創(chuàng )新和美學(xué)設計。通過(guò)概論，首先強調《橋梁概念設計》中創(chuàng )新的重要性，從總體布局、結構體系和局部構造三個(gè)層次引入創(chuàng )新理念。并分別配以工程實(shí)例，深入淺出，強化了創(chuàng )新和美學(xué)設計在橋梁設計中的重要性，引導學(xué)生在創(chuàng )新和美學(xué)方面進(jìn)行思考。如在講解從總體布局的角度創(chuàng )新橋梁設計時(shí)，列舉了某高新區中央島的橋梁概念設計。由于該區域是交通道路上的重要視覺(jué)節點(diǎn)，連島的兩座橋梁需要表現出磅礴的氣勢和很好的視覺(jué)沖擊力，常規橋梁無(wú)法表現這一特征。雖然可以通過(guò)大跨度懸索橋、斜拉橋凸顯氣勢，但是橋位處沒(méi)有大跨度斜拉橋的要求，同時(shí)，大跨度橋梁經(jīng)濟上也不合理。通過(guò)總體布局的創(chuàng )新，采用建筑學(xué)上借勢造景的技法，將一座常規大跨度橋梁一分為二，分別放在南北兩個(gè)河道處，中間道路形成虛擬的橋梁中跨，遠處觀(guān)看，如同一座十分宏偉的大跨度懸索橋，既凸顯了氣勢，又滿(mǎn)足了經(jīng)濟合理的要求。
2.注重講解概念性的原理。傳統的橋梁工程注重從力學(xué)計算方面推導出一些公式，通過(guò)公式里的參數分析來(lái)講解橋梁工程中的基本力學(xué)原理。在《橋梁概念設計》的教學(xué)當中，復雜的力學(xué)計算不是重點(diǎn)，因為其與概念設計注重概念的理念背道而馳。相反，概念性的原理才是重中之重，一方面，概念性的原理便于理解性記憶；
另一方面，如果概念設計不合理，將直接導致后續力學(xué)計算結果出現問(wèn)題，進(jìn)而需要返工或者通過(guò)額外措施解決出現的問(wèn)題。例如，在講解橋梁結構體系對于橋梁受力性能的影響時(shí)，列舉了作者設計的昆山玉峰大橋的外部約束、內部鏈接和剛度分配處理方法的例子。%%昆山某區域需建立一座城市橋梁，通過(guò)概念分析，擬建立一座斜靠拱橋。由于該區域為軟土地基，無(wú)法承擔水平推力。因此，主拱圈采用無(wú)水平推力的系桿拱（外部連接），主拱圈承擔主要的恒載，主拱圈斜靠拱共同承擔活載（剛度分配），進(jìn)而解決了軟土地基的問(wèn)題。在講解主拱圈和主梁之間的內部連接方式時(shí)，同樣也采用了重視概念、簡(jiǎn)化計算的教學(xué)思路。由于主梁為雙邊箱鋼箱梁主梁，在縱橫梁上搭設混凝土預制橋面板，橋面板之間通過(guò)現澆段和橫縱梁上的剪力釘連接，因此在拱梁交接處存在著(zhù)負彎矩區段，會(huì )導致橋面板開(kāi)裂。為了解決這個(gè)問(wèn)題，主拱圈和主梁之間采用鉸接的連接方式，釋放了負彎矩；
同時(shí)，等主梁支架拆除后再澆筑現澆段，通過(guò)讓混凝土橋面板和鋼主梁在不同的階段參與受力，也減小了拱梁連接處的橋面板拉應力，防止了橋面板開(kāi)裂。由于一般的系桿拱橋主梁為混凝土箱梁，可以張拉預應力，因此拱梁交接處主梁拉應力不是設計的關(guān)鍵因素，但是在玉峰橋中，在混凝土橋面板中張拉預應力較為困難，因此采用了釋放拱梁之間彎矩的鉸接的連接方式。
3.教學(xué)結合工程實(shí)際。以上兩個(gè)例子，只是《橋梁概念設計》課程教學(xué)當中所舉的眾多例子的一個(gè)縮影。為了改變傳統橋梁工程教學(xué)時(shí)，學(xué)生只知其然，不知其所以然的狀況，在《橋梁概念設計》教學(xué)中加入了眾多的工程實(shí)例，講解出原因，讓學(xué)生加深理解，加深印象。例如，在介紹懸索橋抗風(fēng)問(wèn)題時(shí)，列舉了著(zhù)名的“塔科馬大橋風(fēng)毀”事故，并從懸索橋的計算理論發(fā)展的角度，解釋了塔科馬大橋發(fā)生風(fēng)毀的背景。在線(xiàn)彈性理論當中，不考慮結構變形對于平衡的影響，因此主梁高度很大；
隨著(zhù)撓度理論的誕生，人們發(fā)現主梁的剛度對于懸索橋的整體剛度貢獻不大，最終，從曼哈頓橋到金門(mén)大橋，懸索橋主梁高度越來(lái)越小。到塔科馬大橋時(shí)，主梁高跨比只有1/350，主梁形式為抗扭性能差的雙邊主梁開(kāi)口斷面，最終導致主梁發(fā)生風(fēng)致顫振破壞。這種結合工程事故發(fā)生的理論發(fā)展背景的講解思路，讓學(xué)生的理解更為深入。
4.整合知識體系。通過(guò)一個(gè)完整的橋梁概念設計流程，學(xué)生明白了本科所學(xué)課程在橋梁概念設計中的作用以及各個(gè)課程之間的關(guān)系，進(jìn)而達到了整合學(xué)生的知識體系的目的；
同時(shí)，概念設計當中歷史文化、美學(xué)訴求方面的人文內涵需要學(xué)生提高綜合素質(zhì)，耐久性、環(huán)保以及全壽命設計思想要求學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習相關(guān)知識，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，概念設計也起到了引導學(xué)生學(xué)習方向的目的。
5.注重學(xué)習與實(shí)踐相結合。讓學(xué)生更深入地理解《橋梁概念設計》，最好的方式是讓學(xué)生參與到真實(shí)的橋梁概念設計當中。在教師指導下，學(xué)生參加橋梁方案競賽是一個(gè)很好的方式。從同濟大學(xué)橋梁系開(kāi)設《橋梁概念設計》課程以來(lái)，歷屆學(xué)生分別參加了廣東省虎門(mén)二橋、北京長(cháng)安街西延永定河橋、北京通州運河區北運河橋和通惠河橋的國際方案競賽。在參與競賽的過(guò)程中，學(xué)生對橋梁概念設計的流程有了更深入地理解，同時(shí)也增強了實(shí)踐能力。下面介紹了長(cháng)安街西延永定河橋梁的概念設計。橋位位于首鋼工業(yè)改造區，該區域規劃功能定位為北京西部綜合服務(wù)中心和后工業(yè)文化創(chuàng )業(yè)產(chǎn)業(yè)區。橋位北部為被譽(yù)為“燕都第一仙山”的石景山，西岸為門(mén)頭溝濱水商務(wù)區，功能以商業(yè)服務(wù)，文化娛樂(lè )為主。
大橋跨越永定河蓮石湖，該湖注水后，形成湖濱綠色生態(tài)走廊。概念設計當中，石景山、永定河和首鋼是不可或缺的三個(gè)元素，橋梁應當與這三個(gè)元素相互融合，構建出“一山、一水、一橋，一部鋼鐵史”的和諧篇章。①跨徑布置。橋位處控制橋梁跨徑的主要因素有：路線(xiàn)與河道及兩側道路斜交53度；
東側跨越豐沙鐵路和東濱河路（紅線(xiàn)寬度40米）；
西側跨越河堤路（紅線(xiàn)寬度30米）；
河堤處不能設置橋墩。因此，采用東側一跨跨越豐沙鐵路、東濱河路和東河堤，西側采用一跨跨越西河堤及西河堤路，最小跨徑均為120米。河道中橋墩設置不受通航影響，但需要考慮排洪的作用，橋位處上下游橋梁跨徑均為40米左右。②橋型選擇。
橋型選擇考慮結構的外形與周邊環(huán)境相符，控制結構的高度，是的結構與石景山和山下的首鋼廠(chǎng)區高度協(xié)調，不遮擋永定河自南向北的視覺(jué)走廊。根據跨徑布置，梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋都是可行的。③橫斷面布置。橋位處道路規劃紅線(xiàn)寬度為80米，若采用單層橋面布置，橋面寬度約為60米；
若采用雙幅橋面布置，橋型選擇限制較多，如采用橫向四片拱肋的拱橋，景觀(guān)效果不佳；
如采用雙層橋邊，可以使橋寬變?yōu)?0米左右，同時(shí)具有許多優(yōu)點(diǎn)。非機動(dòng)車(chē)道、人行道和車(chē)行道分離，為互通立交的實(shí)現提供了很好的條件；
雙層橋面的下層人行道、非機動(dòng)車(chē)道可以與東濱河路實(shí)現平交，方便了行人。④概念生成圖3創(chuàng )新總體布局的懸索橋效果
（a）效果圖
（b）結構簡(jiǎn)圖
圖4玉峰橋與選擇。梁橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋都是可選橋型，根據上述分析，概念生成了十四個(gè)比選方案。從安全適用、結構布置的合理性與經(jīng)濟性、與環(huán)境的協(xié)調和美觀(guān)、可設計性和可施工性、耐久環(huán)保五個(gè)方面進(jìn)行綜合比選打分，最終概念選擇了五跨連續桁架拱橋方案、斜拉橋和梁橋組合方案、斜拉橋和拱橋組合方案，進(jìn)行下一步的設計。以下為三個(gè)方案———錦繡河山（五跨連續桁架拱橋方案）、日月同輝（斜拉橋和梁橋組合方案）、龍鳳呈祥（斜拉橋和拱橋組合方案）的效果圖。⑤概念設計。下面簡(jiǎn)略介紹錦繡河山方案極其概念設計。
美學(xué)處理方面，五跨連續桁架拱橋方案主梁和拱肋均采用鋼桁架形式，厚實(shí)的金屬質(zhì)感讓人們感受到首鋼改造區曾經(jīng)輝煌的鋼鐵文化。橋面以上主拱圈的高度近似按照黃金分割比設計，猶如連綿起伏的山巒，突出了錦繡河山的主題。橋頭堡外形也同樣進(jìn)行了美學(xué)優(yōu)化，參照石景山上寶塔的形象進(jìn)行了處理。主橋為采用雙層橋面的梁拱組合體系，各跨拱腳均采用固定鉸支座約束。主梁寬度為32.6m，高度為6.5m。上下橋面每隔6m設置一道橫梁，梁高1.5m。采用正交異性鋼橋面板，主梁上吊桿間距為6m。除拱肋的風(fēng)撐與弦桿，腹桿與弦桿采用高強螺栓連接外，其他鋼構件采用焊接連接?；A采用鉆孔灌注樁。
永定河大橋概念設計是國際方案競賽，有六家國際知名設計單位的十八個(gè)方案參加競爭，最終有六個(gè)方案入圍。作者指導學(xué)生所完成的三個(gè)方案均得以入選。部分競爭者的方案因采用大跨、奇異的造型來(lái)標新立異而被淘汰，而學(xué)生們所完成的方案思路清晰、考慮的因素較為全面，創(chuàng )新性、經(jīng)濟性均較好，設計方案外形也比較優(yōu)美，因此得以入圍。在前面提到的另外兩個(gè)國際比賽中，學(xué)生們的方案也獲得了第二和第一名。參加比賽既提高了學(xué)生的學(xué)習積極性，也達到了《橋梁概念設計》的教學(xué)目的。
學(xué)生反應
本文第二作者作為《橋梁概念設計基礎》課程的學(xué)生，也切身體會(huì )到了《橋梁概念設計》不同于傳統的灌輸式教學(xué)。傳統的橋梁教學(xué)思路只重視結構計算，而《橋梁概念設計》重概念、重視原理、重視講解思路，重視用實(shí)例說(shuō)明抽象的問(wèn)題。這些教學(xué)思路對于學(xué)生的理解十分有益。同時(shí)，提高了創(chuàng )新和美學(xué)考慮在橋梁設計中地位，讓聽(tīng)課的學(xué)生認識到，新的橋梁設計理念需要工程師從傳統的橋梁計算工程師轉變到橋梁創(chuàng )新設計工程師甚至是橋梁建筑師，讓其更為重視自身的人文修養和綜合素質(zhì)發(fā)展。
概念設計論文范文第3篇
【關(guān)鍵詞】建筑結構；
抗震概念；
實(shí)際設計；
理解
地震是一種破壞力較強的自然災害，主要損害建筑結構，進(jìn)而導致承重構件或地基失去作用?，F階段，人們還不能深入的認識到地震的損壞機理，直接影響了抗震計算的精確性。概念設計是一種指導總體方案開(kāi)展的方法，良好的概念設計不僅給日后建筑工程結構計算及工程造價(jià)等奠定基礎，同時(shí)還實(shí)現了抗震設計的目的，具有較廣的應用意義，必須及時(shí)進(jìn)行分析。
1.建筑抗震設計
目前隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，抗震結構設計已經(jīng)呈現出新的發(fā)展趨勢，可利用基于性能結構抗震現場(chǎng)理論、材料抗震模糊可靠度等方法進(jìn)行建筑抗震設計。但是建筑地震災害依然在反復發(fā)作，雖然很多建筑設計師已經(jīng)認識到以上技術(shù)的局限性，但是由于建筑結構還會(huì )受到地形、規劃、工程造價(jià)、施工技術(shù)等多方面因素影響，導致“概念設計”開(kāi)始被人們重視起來(lái)，并加大了對其的研究。概念設計不僅完善了建筑結構，同時(shí)綜合全面的分析了地震所產(chǎn)生的影響，掌握了地質(zhì)活動(dòng)破壞機制，并可以綜合全面的了解抗震設計規范與準則，在長(cháng)期實(shí)踐中還可以不斷提升建筑結構的抗震水平。
2.建筑結構抗震概念設計遵循的原則
2.1建筑選址并確定地基穩定條件
合理的規劃選址已經(jīng)成為建筑設計成功的基礎，對建筑結構抗震設計整體質(zhì)量具有很大影響。實(shí)際操作中要求規避地震不利地段，盡量選擇安全穩定的建筑場(chǎng)地，如果受各方面因素影響，導致實(shí)際操作中無(wú)法避開(kāi)不利地段，必須結合實(shí)際情況采取針對性的措施，提高地基穩定性與安全性?，F有基礎設計規范中明確指出，結構單元中個(gè)別應地質(zhì)因素而采用天然地基或樁基的做法不可取，尤其是不允許在地震高發(fā)段建設建筑物。地震作用力較強，一般會(huì )引起承載力降低或出現基土液化，進(jìn)而影響了地基穩定性，容易出現建筑開(kāi)裂、傾斜和倒塌等問(wèn)題。同時(shí)受地震影響所產(chǎn)生的滑坡、泥石流等情況也與建筑選址密切聯(lián)系，保證建筑基礎穩定已經(jīng)成為提高抗震力的核心條件。
2.2選擇有利于建筑的立面或平面
為了避免地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生應力集中、扭曲或塑性變形等問(wèn)題，要求建筑平、立面必須合理設置，一般要求建筑物的平、立面布置對稱(chēng)，同時(shí)質(zhì)量和剛度均勻，盡量避免樓蓋錯層。實(shí)際操作中可從兩反面操作，一方面，不設抗震逢，對建筑物進(jìn)行結構抗震分析，了解局部應力和變形集中及扭轉等的影響，并采取加強措施進(jìn)行處理。另一方面，設置抗震縫，將建筑物劃分為很多結構單元，可結合抗震設防強度、材料種類(lèi)、結構型號及單位布置，并留有足夠的寬度，要求伸縮縫與沉降縫滿(mǎn)足防震縫要求?？刂坪媒ㄖ偠扰c質(zhì)量變化，各個(gè)樓層不能錯層，條件允許時(shí)可在每層設置防震縫，可根據建筑結構實(shí)際情況設置。一般體型結構復雜的建筑必須給其設置計算模型，并展開(kāi)抗震分析。
2.3選擇科學(xué)合理的抗震結構體系
抗震結構體系要求從建筑重要程度、房屋高度、地基基礎、技術(shù)、經(jīng)濟及使用等多方面進(jìn)行判斷。通常選擇建筑結構體系時(shí)，必須滿(mǎn)足以下條件：（1）具有詳細的計算簡(jiǎn)圖，并有恰當的傳遞地震途徑；
（2）具有較強的強度、耗能及變形能力；
（3）設置多道地震防線(xiàn)，避免部分結構或構件對整體構件造成影響；
（4）控制好強度與剛度，避免局部形成薄弱部位或者應力或塑性變形集中；
（5）控制好結構在兩主軸之間的動(dòng)力特性。設計構件連接時(shí)，要求滿(mǎn)足以下條件：（1）構件節點(diǎn)強度不能低于連接構件強度；
（2）裝配結構連接整體性必須得到保證；
（3）預埋件錨固強度不能低于連接構件強度。選擇抗震結構構件時(shí)，要求滿(mǎn)足以下要求：（1）砌體結構必須結合施工要求，合理設置混凝土圈梁與構造柱，提高結構抗震水平；
（2）設置鋼結構構件時(shí)，要求控制好其尺寸，避免出現局部或整體構件失穩；
（3）混凝土結構構件必須合理選擇尺寸，配置好箍筋與縱向鋼筋，避免剪切在彎曲前破壞，同時(shí)要求混凝土壓潰先于鋼筋屈服、鋼筋錨固粘接在構件破壞前損壞。
2.4計算校核的必要性
目前計算機輔助設計系統已經(jīng)廣泛應用到結構設計中，而且應用范圍較廣，實(shí)際分析中，可應用計算機相關(guān)軟件完成設計與校核。軟件是輔佐校核的工具，實(shí)際操作中為了提高校核效果，必須由具有豐富經(jīng)驗的結構設計技術(shù)人員分析，同時(shí)掌握軟件的適用范圍、條件、計算模型等，深入理解設計規范，而且要端正自己對待工作的態(tài)度，只有如此，才能反復進(jìn)行驗證，進(jìn)而將精確校核的計算結果成功應用到工程項目建設中。
3.正確處理主體結構與非承重結構的關(guān)系
主體結構與非承重結構關(guān)系的處理已經(jīng)成為抗震設計的基礎，具有減少地震損失及避免附加震害的作用。附屬結果構件要求必須與主體結構或錨固穩定連接，避免實(shí)際操作中出現設備損害或砸到人員等問(wèn)題出現。設置圍護墻與隔墻時(shí)，必須綜合考核結構抗震所產(chǎn)生的不利影響，避免設置不恰當損害主體結構。例如，廠(chǎng)房柱間或框架填充不完整時(shí)，就會(huì )損壞柱子。此外，吊掛件、裝飾貼面與幕墻均要與主體合理連接，避免地震時(shí)造成人員傷害。
4.控制好材料與施工質(zhì)量
材料選擇與施工質(zhì)量控制對抗震結構設計具有很大作用，不僅提高了施工質(zhì)量，還保證了其他工序的順利開(kāi)展。目前抗震結構設計中已經(jīng)對材料與施工質(zhì)量提出了要求，必須在設計文件中明確，具體操作如下：（1）黏土磚等級要求不低于MU10，同時(shí)控制好砌筑砂漿強度與等級，不呢低于M5；
（2）混凝土抗震與強度等級均使用一級框架梁、柱與節點(diǎn)，要求不能低于C30，芯柱、基礎與圈梁不應低于C30，其他構件不能低于C20；
（3）混凝土小型砌塊強度控制在MU7.5，要求砌筑砂漿強度在M7.5以上；
（4）控制好鋼筋強度，要求縱向鋼筋使用Ⅱ、Ⅲ級變形鋼筋，箍筋為Ⅰ、Ⅱ熱軋鋼筋，構造柱與芯柱使用Ⅰ、Ⅱ級鋼筋。進(jìn)行鋼筋混凝土結構施工時(shí)，由于實(shí)際設計中缺少規定的鋼筋型號，使用其他規格型號的替代時(shí)，不能使用屈服強度較高的鋼筋替代原始鋼筋。實(shí)際替換中可結合截面實(shí)際屈服強度合理?yè)Q算，并要求替代后構建曲面屈服強度不能超過(guò)原截面屈服強度。此種操作的主要目的是減少了薄弱部位轉移，避免了混凝土脆性損壞，如剪切破壞或混凝土壓碎等問(wèn)題。
5.結語(yǔ)
建筑結構抗震設計時(shí)一項較系統的工程，改變以計算為中心的傳統設計、評估與校核，實(shí)現了設計者多年經(jīng)驗與設計規范的結合，避免了盲目開(kāi)展計算工作，對抗震設計創(chuàng )造了獨特的發(fā)展空間，并真實(shí)展現了結構的實(shí)時(shí)情況，進(jìn)而科學(xué)合理的進(jìn)行抗震設計。
作者:柴梅卿 單位:國家林業(yè)局西北林業(yè)調查規劃設計院
參考文獻
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概念設計論文范文第4篇
總的來(lái)說(shuō)，當前基于產(chǎn)品自身進(jìn)化思想的研究大多還都停留在理論探索階段，相應的計算機輔助創(chuàng )新（ComputerAidedInnovation，CAI）軟件也十分匱乏，更加限制了設計理論的應用與發(fā)展。因此，本文在Jacob、Ma.GL等的研究基礎上，通過(guò)引入系統功能分析的方法，并綜合考慮功能、結構兩方面因素的作用，提出了一種從多個(gè)角度進(jìn)行激勵分析的功能需求內生式產(chǎn)品創(chuàng )新設計方法。并在課題組開(kāi)發(fā)的原型系統中實(shí)現了該功能模塊，體系化、導向性地輔助設計者較好地進(jìn)行產(chǎn)品概念設計。
內生功能驅動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng )新設計模式
1功能驅動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng )新機理
產(chǎn)品是基于一定物理及幾何結構，在相應技術(shù)條件支撐下，實(shí)現所需功能集合的有機體。其與生俱來(lái)就是市場(chǎng)信息的折射，且任何產(chǎn)品都在按照一定規律不斷的發(fā)展和進(jìn)化。類(lèi)似于“適者生存”的過(guò)程，在市場(chǎng)因素的作用下，產(chǎn)品也在不斷的優(yōu)勝劣汰。隨著(zhù)時(shí)間的推移，一些市場(chǎng)特性就逐漸被“映射”或“編碼”到存活產(chǎn)品中，內化為產(chǎn)品功能或結構的一部分。正是這些蘊含于產(chǎn)品自身的進(jìn)化特性信息為需求信息提供了一個(gè)較為高效、可靠的獲取渠道。發(fā)現這些特性并使之向更優(yōu)的方向轉變，就可以帶動(dòng)產(chǎn)品進(jìn)化，感知并滿(mǎn)足新的市場(chǎng)需求。
基于這一思想，本文從功能演化角度構建了一種基于內生功能驅動(dòng)的產(chǎn)品創(chuàng )新設計模式。主要通過(guò)功能演化的形式拉動(dòng)結構、市場(chǎng)等特性進(jìn)化，進(jìn)而實(shí)現產(chǎn)品全面進(jìn)化，如圖1所示（功能、結構、市場(chǎng)等特性的進(jìn)化，均是技術(shù)系統進(jìn)步的反映）。其創(chuàng )新機理在于暫時(shí)擺脫現有技術(shù)和市場(chǎng)對產(chǎn)品設計的束縛，從產(chǎn)品自身出發(fā)，運用一定的功能激勵策略對其進(jìn)行功能改進(jìn)操作，以激勵產(chǎn)生更多新功能需求信息，實(shí)現功能進(jìn)化；
并針對這些功能需求進(jìn)行概念求解，帶動(dòng)產(chǎn)品結構也向更適于功能實(shí)現的方向演進(jìn)，進(jìn)而開(kāi)拓出新的市場(chǎng)應用空間，實(shí)現產(chǎn)品全面進(jìn)化。
2功能激勵分析策略
產(chǎn)品作為一個(gè)有機體，與生物體相類(lèi)似，也是由功能及承載功能的結構載體組成的系統。借鑒系統功能分析的方法，結合已有產(chǎn)品對其加以功能結構分解，并根據其功能-組件間的鏈式關(guān)系及組件間的隸屬關(guān)系進(jìn)行系統功能建模，構建相應的基礎功能模型——功能-組件鏈圖，如圖2所示。功能是產(chǎn)品存在的目的，功能的實(shí)現除了與產(chǎn)品自身結構有關(guān)外，還與超系統內其它關(guān)聯(lián)組件相關(guān)。為了較好地實(shí)現對產(chǎn)品自身蘊含的進(jìn)化特性信息的挖掘，本文提出的方法正是在系統功能建?；A上，從超系統和技術(shù)系統兩個(gè)方面對已有產(chǎn)品進(jìn)行較為全面的功能激勵分析。進(jìn)行技術(shù)系統分析，是為了實(shí)現其自身功能結構特性?xún)?yōu)化，增進(jìn)其理想化水平。而引入超系統分析，其目的在于實(shí)現技術(shù)系統特性向超系統特性進(jìn)化，進(jìn)而實(shí)現超系統進(jìn)化反向促進(jìn)技術(shù)系統進(jìn)化的作用。技術(shù)系統分析是功能激勵的主要內容，超系統分析是其有益補充。
本文提出的方法是從功能演化角度，綜合考慮功能、結構二因素的設計模式。因此，技術(shù)系統分析包含單組件操作、多組件操作兩個(gè)方面，超系統分析則采取賦予新的功能關(guān)聯(lián)關(guān)系的激勵模式。對于單組件而言，功能激勵主要是針對其承載功能加以改變操作；
對于多組件，則從功能組合角度對其加以激勵操作?；谝陨峡紤]，本文提出從多個(gè)角度進(jìn)行功能激勵的分析策略，如圖3所示。
基于功能需求內生的產(chǎn)品概念設計
1超系統組件功能關(guān)聯(lián)
一般情況下，每一個(gè)超系統功能都是為了輔助產(chǎn)品技術(shù)系統內某個(gè)/某些功能的順利實(shí)現，即一個(gè)超系統功能肯定與系統內某個(gè)/某些功能存在相關(guān)關(guān)系，但通常并不是與所有功能都存在相關(guān)關(guān)系（關(guān)系十分薄弱/暫未發(fā)現其相關(guān)性）。且超系統功能間通常也存在很多不相關(guān)的情況。因此，這就給產(chǎn)品系統提供了不小的創(chuàng )新思考空間。超系統組件功能關(guān)聯(lián)分析正是基于對這一創(chuàng )新空間信息進(jìn)行系統挖掘的創(chuàng )新策略。它通過(guò)選擇某個(gè)超系統功能，在與其不相關(guān)的某個(gè)系統功能（超系統功能、系統內功能）間建立起良性關(guān)系，使其變?yōu)橄嚓P(guān)。如此，便能創(chuàng )造出新的產(chǎn)品功能需求，進(jìn)而產(chǎn)生新的產(chǎn)品創(chuàng )意。
這種相關(guān)分析主要通過(guò)以產(chǎn)品超系統功能為行，所有系統功能為列，而構建的系統功能相關(guān)性分析矩陣加以分析，如表1所示。其中，“1”表示功能間存在相關(guān)關(guān)系，“0”則代表不存在，“X”表示兩個(gè)功能相同（在此不予討論）。針對筆記本電腦功能創(chuàng )新實(shí)例，通過(guò)在“敲擊鍵盤(pán)”與“存儲電能”間建立起關(guān)聯(lián)（由0變?yōu)?），便激發(fā)出在使用者敲擊鍵盤(pán)的同時(shí)可以產(chǎn)生電能，并有效地將其儲存利用的新型節能筆記本電腦的創(chuàng )意。
2系統內單組件功能改變
系統內單組件功能改變分析主要針對技術(shù)系統內某一功能組件及其所承載的功能加以改變性操作，以激勵設計者產(chǎn)生新的想法。
（1）功能擴展
功能擴展主要針對系統內某一功能組件，通過(guò)賦予其新的功能，從而帶動(dòng)其結構也發(fā)生相應的改變，進(jìn)而形成能適應未來(lái)市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品，如圖4a所示。擴展的功能主要通過(guò)超系統組件功能關(guān)聯(lián)分析得到，也包括由新的超系統組件引入而衍生得到的新需求功能。如在輪椅創(chuàng )新設計中，通過(guò)在超系統中引入臺階，以產(chǎn)生攀爬臺階的新功能需求，進(jìn)而激勵產(chǎn)生帶越障功能的行星輪式車(chē)輪的創(chuàng )新方案。
（2）功能裁剪
功能裁剪主要是基于產(chǎn)品簡(jiǎn)化及專(zhuān)用化的思想，通過(guò)裁剪掉鏈內的冗余功能或對特定應用環(huán)境可有可無(wú)的功能，甚至一些看上去不可或缺的功能，進(jìn)而帶動(dòng)鏈內其它關(guān)聯(lián)功能改變，以實(shí)現產(chǎn)品功能、結構、工藝等方面的簡(jiǎn)化，得到更具市場(chǎng)競爭力的產(chǎn)品創(chuàng )意，屬于破壞性創(chuàng )新（DisruptiveInnovation）范疇，如圖4b所示。如可通過(guò)去除電視機的顯示圖像功能，以降低其生產(chǎn)及使用成本，使盲人得到相對物美價(jià)廉的新產(chǎn)品。
（3）功能分割
功能分割主要是對系統內某組件所承載的功能進(jìn)行分割，以形成新的結構及新市場(chǎng)的產(chǎn)品創(chuàng )新模式，包括功能作用分割、功能量值分割兩種形式。功能作用分割是將組件上承載的多個(gè)功能進(jìn)行分割，進(jìn)而形成多個(gè)新功能單元，以促使功能組件向更趨于專(zhuān)業(yè)化、標準化的方向改進(jìn)，如圖4c所示；
功能量值分割主要將組件上承載的功能從量值上加以分割，以形成多個(gè)量值相同或不同的新功能單元，以促使功能組件向精準化、微控化等方向演進(jìn)，如圖4d所示。如在顯示器演進(jìn)道路上，通過(guò)對顯示內容加以分割，激勵產(chǎn)生了多顯示器協(xié)同顯示的超大顯示屏。
（4）功能替代
功能替代主要建立在技術(shù)進(jìn)步或技術(shù)優(yōu)化基礎上，在不影響產(chǎn)品主要功能實(shí)現前提下，通過(guò)將某組件所承載的功能利用更優(yōu)的功能，或將發(fā)出某功能的組件用更優(yōu)的組件加以替換操作，以帶動(dòng)鏈內其它相關(guān)功能組件改變，進(jìn)而實(shí)現產(chǎn)品整體性能優(yōu)化的目的，如圖4e所示。例如，將精密機械移動(dòng)替換成磁致伸縮移動(dòng)的，高精密度顯微鏡玻片載物臺移動(dòng)裝置創(chuàng )新設計方案。
3系統內多組件功能組合
系統內多組件功能組合分析主要是針對技術(shù)系統內多個(gè)組件間所承載的功能加以組合優(yōu)化，以激勵設計者產(chǎn)生創(chuàng )新想法，進(jìn)而推動(dòng)產(chǎn)品功能-結構改進(jìn)向理想化方向逼近而引入的創(chuàng )新策略。
（1）功能合并
功能合并主要建立在對相同或不同功能鏈中具有相近或相關(guān)功能的不同組件進(jìn)行系統分析的基礎上，通過(guò)對其進(jìn)行功能并處理操作，以實(shí)現功能、組件的高效利用，去除多余功能結構，實(shí)現產(chǎn)品功能結構優(yōu)化的目的，演進(jìn)過(guò)程如圖5a所示。通過(guò)這一處理，可使產(chǎn)品功能結構得到優(yōu)化，經(jīng)濟性、易操作性增強，提升其市場(chǎng)競爭力。如在冰箱制冰機創(chuàng )新設計中，將儲冰裝置內為定向輸送冰塊而進(jìn)行的螺旋攪動(dòng)操作，與為防止冰塊粘結而加入的反向攪動(dòng)操作合并，便形成了定時(shí)雙向螺旋攪動(dòng)裝置的設計方案。
（2）功能整合
功能整合主要基于合理化配置的思想，對多組件間承載的多個(gè)功能進(jìn)行優(yōu)化整合處理，進(jìn)而帶動(dòng)結構上的優(yōu)化整合，以增強其系統性、經(jīng)濟性、適用性等綜合性能，形成新的競爭優(yōu)勢，這一過(guò)程如圖5b所示。例如，在輪椅創(chuàng )新設計中，通過(guò)對各組件間所承載的功能進(jìn)行整合處理，最終得到利用汽缸結構實(shí)現自動(dòng)調節升降高度及靠背角度調節功能，利用行星輪結構實(shí)現越障、行進(jìn)功能，利用套扣結構實(shí)現可變形（變身為擔架）功能等集多種實(shí)用功能于一體的新型多功能輪椅的改進(jìn)方案。
（3）功能捆綁
功能捆綁主要是對功能-組件鏈圖中功能作用密集的組件加以分析，將作用于該組件的功能，以及鏈內其它相關(guān)功能進(jìn)行打包組合；
然后，采取反問(wèn)“引入該功能目的”的思考形式，探求這些功能的本質(zhì)（設計需求）；
最后，對這些設計目的加以組合優(yōu)化處理，并進(jìn)行相應的功能性再設計，激勵產(chǎn)生新的功能配置方案，實(shí)現功能集成進(jìn)化，如圖5c所示。這一過(guò)程通常會(huì )伴隨新功能的產(chǎn)生，可有效帶動(dòng)產(chǎn)品結構產(chǎn)生較為全面的進(jìn)化，進(jìn)而得到更具市場(chǎng)競爭優(yōu)勢的創(chuàng )新產(chǎn)品。例如，將冰箱制冰機儲冰裝置的儲冰功能與制冰裝置的儲水功能，以及輸冰裝置的定向輸送功能加以捆綁，激勵得到傳輸帶式制冰機的創(chuàng )新方案。
4功能需求內生式產(chǎn)品概念設計過(guò)程
本文提出的方法應用的關(guān)鍵在于合理利用上述激勵策略進(jìn)行功能激勵分析。將這種方法與計算機輔助創(chuàng )新設計模式相結合，構建的產(chǎn)品概念設計過(guò)程模型如圖6所示。這一過(guò)程主要包含系統功能建模、功能激勵分析、概念方案生成、方案優(yōu)化評價(jià)四大分析模塊。具體操作步驟描述如下：
步驟1產(chǎn)品組件、功能錄入。結合已有產(chǎn)品對其進(jìn)行功能結構分解，提取并錄入產(chǎn)品功能組件及其所承載的功能。
步驟2功能-組件鏈圖構建。針對步驟1的錄入結果，構建相應的產(chǎn)品功能-組件鏈圖，并適時(shí)對錄入的功能、組件加以調整。
步驟3多角度激勵分析。結合功能-組件鏈圖及在此基礎上生成的功能相關(guān)矩陣，從三大分析角度出發(fā)，利用對應的分析策略進(jìn)行遍歷式分析，以得到多個(gè)功能改進(jìn)方向，形成相應的功能需求信息集。
步驟4概念方案求解。針對上一步分析得到的功能需求信息利用FBS方法進(jìn)行知識資源檢索，以映射得到相應的原理解。
步驟5領(lǐng)域具體化分析。結合得到的原理解及已有產(chǎn)品進(jìn)行具體化分析，使之轉化為相應的產(chǎn)品創(chuàng )新方案。這一步是結合獲取的知識資源進(jìn)行創(chuàng )造性思維的階段，是新知識生成的過(guò)程。
步驟6方案優(yōu)化評價(jià)。此步操作主要通過(guò)對生成的方案做進(jìn)一步探討，借鑒功能跟隨形式（FunctionFollowForms）原理發(fā)現新產(chǎn)品的潛在應用市場(chǎng)，并結合已有信息及設計經(jīng)驗對方案加以?xún)?yōu)化評價(jià)，進(jìn)而得到創(chuàng )新性、實(shí)用性及可實(shí)現性相對較好的產(chǎn)品創(chuàng )新方案。
5功能模塊實(shí)現
產(chǎn)品創(chuàng )新是市場(chǎng)需求與技術(shù)實(shí)現對立統一的過(guò)程，是創(chuàng )新主體與現代設計技術(shù)有機協(xié)同的設計過(guò)程，是以知識為基礎，以獲取及創(chuàng )造新知識為核心的知識物化過(guò)程。本文基于提出的多角度功能激勵的設計思想，融合認知科學(xué)、信息技術(shù)及創(chuàng )新設計理論，實(shí)現了該功能模塊。其體系架構如圖7所示，包含交互層、推理層、資源層。
（1）交互層是實(shí)現人機交互的重要單元，主要給用戶(hù)提供一個(gè)友好的交互界面，提供信息輸入、輸出接口，并對整個(gè)設計過(guò)程加以可視化。其中，也包含管理員對系統及知識庫進(jìn)行的日常維護操作。
（2）推理層主要根據設計過(guò)程中用戶(hù)輸入的設計信息，為其提供所需的設計原理及過(guò)程推理方法支持。該層除了系統功能建模、功能激勵分析等人機交互式信息操作單元外，還包括信息轉換、映射求解、評價(jià)計算等多個(gè)采用推理機形式，通過(guò)調用相應的知識資源，以實(shí)現創(chuàng )新信息映射轉換的智能操作單元。信息轉換單元主要采用自然語(yǔ)義與基于規則推理的形式，對功能激勵結果加以標準化轉換；
映射求解單元利用FBS方法，對生成的標準化信息進(jìn)行概念求解；
評價(jià)計算單元則是根據輸入的評價(jià)信息，利用一定的評價(jià)規則對方案加以量化比較，以篩選得到相對較優(yōu)的設計方案。
（3）資源層主要為概念設計過(guò)程提供知識支持，包括本體庫、效應庫、評價(jià)庫等多個(gè)知識單元。
系統內的效應庫、專(zhuān)利庫等知識庫主要采用功能基的形式加以組織，并提供基于自然語(yǔ)義的Internet3應用實(shí)例冰箱通常都在冷凍室內裝一制冰裝置，其制冰的工作原理與大型制冰機一樣。制冰裝置的上面部分放置有普通的柵格式盒子。往盒子里倒上水，冷凍一定時(shí)間后，再由一個(gè)特制的帶有蝸桿減速器的電機把盒子翻轉。當盒子幾乎朝下時(shí)，盒子的另外一邊就頂到了專(zhuān)門(mén)的凸出部位上。盒子傾斜后，冰塊就能實(shí)現與內壁相分離，往下脫落，并掉到收集器中。這一加工過(guò)程一直會(huì )持續到收集器裝滿(mǎn)冰塊為止，如圖8所示。但這種制冰裝置也存在很多問(wèn)題，如占用空間較大，工作震動(dòng)、噪聲大等問(wèn)題，迫切需要對其加以改進(jìn)。運用本文提出的方法進(jìn)行創(chuàng )新分析，具體步驟如下：
步驟1通過(guò)選擇已有的制冰裝置作為基礎產(chǎn)品，對其進(jìn)行功能結構分解，錄入電機1、連桿、制冷裝置、驅動(dòng)減速器1、轉動(dòng)冰盒等產(chǎn)品組件及功能信息。
步驟2結合已有產(chǎn)品，并針對錄入結果對制冰機進(jìn)行系統建模，構建相應的產(chǎn)品功能-組件鏈圖（如圖9）。
步驟3根據超系統功能與所有功能間的關(guān)系，建立起相應的制冰機功能相關(guān)矩陣，如表2所示。并針對矩陣進(jìn)行超系統組件功能關(guān)聯(lián)分析，如通過(guò)在“提供水”與“轉動(dòng)冰層推桿”之間建立起關(guān)聯(lián)，提出在“轉動(dòng)冰層推桿”時(shí)，根據其受到的阻力大小，實(shí)時(shí)控制是否“提供水”的創(chuàng )意；
在“提供水”與“儲存2冰塊”間建立關(guān)聯(lián)，提出只有當開(kāi)始“儲存2冰塊”操作時(shí)，機器才“提供水”的新需求。針對鏈圖，從系統內單組件功能改變、系統內多組件功能組合兩個(gè)角度進(jìn)行激勵分析。如圖10所示，經(jīng)功能裁剪分析，提出去除攪拌器“攪拌2冰塊”操作的創(chuàng )意，以減小裝置的控制復雜程度；
經(jīng)功能合并分析，并根據經(jīng)其它激勵操作得到的設計過(guò)程信息，提出將驅動(dòng)撥冰裝置葉輪轉動(dòng)的“轉動(dòng)連桿”功能與驅動(dòng)傳輸帶轉動(dòng)的“轉動(dòng)轉軸”功能加以合并的新需求，以在一定程度上實(shí)現結構簡(jiǎn)化；
經(jīng)功能捆綁分析，將冰盒的“儲存水”功能、儲冰器的“儲存冰塊”功能和攪拌器“輸送冰塊”等多個(gè)功能加以捆綁，激勵產(chǎn)生要設計一個(gè)既能“儲存水及冰塊”，又能“按需定向輸送冰塊”的集成化裝置的想法。
步驟4通過(guò)以上遍歷式創(chuàng )新分析，生成“輸送冰塊”、“轉動(dòng)轉軸”等多個(gè)功能需求。對其進(jìn)行相應的知識檢索，得到“一種提高冰淇淋抗融性的乳化劑以及用其制備的冰淇淋”、“超薄潛水數顯磁力攪拌器”、“物料輸送螺旋機構”等知識。
步驟5結合已有產(chǎn)品，對步驟4得到的原理解進(jìn)行具體化思考，進(jìn)而產(chǎn)生“在儲冰盒內增加可溶且可食用的抗融泡沫添加劑”、“用磁力攪拌器代替機械攪拌”、“采用多柵格式制冰、儲冰裝置，且伴隨傳送帶輸送，出冰口處受扭曲力和重力作用而自動(dòng)脫落”等多個(gè)概念方案，如圖11所示。
步驟6結合已有設計經(jīng)驗及企業(yè)實(shí)際情況，對以上分析得到的多個(gè)概念方案進(jìn)行初步評價(jià)篩選，并進(jìn)行合理的市場(chǎng)定位，去除可實(shí)現性低、經(jīng)濟性差、創(chuàng )新性不高的噪聲方案。然后，再對剩余的創(chuàng )新想法做進(jìn)一步組合優(yōu)化分析，以得到最終制冰機改進(jìn)方案。即采用一種柵格式的傳輸帶式結構，將其直接放在冷凍室的頂部沿著(zhù)圓周運動(dòng)，并采用一個(gè)帶葉輪的旋轉裝置，以頂出柵格內的冰塊，供用戶(hù)食用；
且儲水罐的“提供水”功能也與傳輸帶的運行建立起相應的控制關(guān)系，使滴水速度與柵格制冰、儲冰速度保持同步。改進(jìn)后的制冰機系統工作過(guò)程如圖12所示。其去除了原有的冷藏室，縮減了工作空間，部分消除了收集、儲存冰塊所帶來(lái)的各種不便，并通過(guò)合理調節傳輸帶的運行速度，可實(shí)現按用戶(hù)需求持續提供冰塊等優(yōu)勢。
概念設計論文范文第5篇
目前,設計知識管理已成為國內外許多研究機構、大學(xué)、企業(yè)的研究熱點(diǎn),如美國NIST的設計知識庫項目[2]；
歐洲WISE工程知識管理項目[3]、MOKA項目[4]；
韓國LG公司資助的知識管理項目[5]；
國家863資助的知識管理平臺研究[6]等,但還沒(méi)有一個(gè)實(shí)用的能支持概念設計知識重用的系統,對它的研究也還停留在理論準備階段。
本文在研究了基于本體的的概念設計知識模型的基礎上,提出了基于本體的概念設計知識管理框架,研究了用戶(hù)對本體的定義、對知識結構內容的自由擴充以及概念設計知識的檢索方法等關(guān)鍵技術(shù)。
1、基于本體的概念設計知識建模
1.1概念設計知識分類(lèi)與表達
概念設計是對設計問(wèn)題加以描述,并以方案的形式提出眾多解的設計階段[7].概念設計從不同的角度有多種定義[8].一般認為,概念設計是指以設計要求為輸入、以最佳方案為輸出的系統所包含的工作流程,是一個(gè)由功能向結構的轉換過(guò)程。
圖1描述了一般概念設計的工作流程,它包含綜合與評價(jià)兩個(gè)基本過(guò)程。綜合是指根據設計要求,運用各種分析、設計方法推理而生成的多個(gè)方案,是個(gè)發(fā)散過(guò)程；
評價(jià)則從方案集中擇出最優(yōu),是個(gè)收斂過(guò)程。概念設計是將所設計的產(chǎn)品看成一個(gè)系統,運用系統工程的方法去分析和設計。具體說(shuō),概念設計就是將設計對象的總功能分解成相互有機聯(lián)系的若干功能單元,并以功能單元為子系統進(jìn)行再次分解,生成更低一級的功能單元,經(jīng)過(guò)這樣逐層分解,直至對應的各個(gè)最末端功能單元能夠找到一個(gè)可以實(shí)現的技術(shù)原理解。概念設計的主要任務(wù)是功能到結構的映射,概念設計過(guò)程主要包括：功能創(chuàng )新、功能分析和功能結構設計、工作原理解的搜索和確定、功能載體方案構思和決策。
根據概念設計的過(guò)程及人在設計時(shí)的認知特點(diǎn)將概念設計知識分為元知識和實(shí)例知識（其分類(lèi)如圖2所示）。元知識中主要包括功能知識、技術(shù)原理解知識、結構知識等。實(shí)例知識中主要包括方案設計實(shí)例、技術(shù)原理解實(shí)例、產(chǎn)品實(shí)例等知識。
（1）功能知識。主要描述產(chǎn)品完成的任務(wù),描述產(chǎn)品的功能及功能子項。描述產(chǎn)品要完成的功能,包括功能內容、實(shí)現參數、性能指標等；
（2）技術(shù)原理解知識。描述產(chǎn)品功能及功能子項的原理解答。它的表達要復雜些,一方面可用文字、數字表達它的說(shuō)明、解答參數,另一方面,要有圖形支持產(chǎn)品原理解答；
（3）結構知識。描述產(chǎn)品的結構設計狀況,是對原理域知識的細化和擴充,是求解原理解的結構載體,可描述產(chǎn)品關(guān)鍵部分的形狀、尺寸和參數。產(chǎn)品功能結構的映射（簡(jiǎn)稱(chēng)為功構映射）就是對產(chǎn)品的功能模型進(jìn)行結構實(shí)現的求解,是將產(chǎn)品功能性的描述轉化為能實(shí)現這些功能的具有具體形狀、尺寸及相互關(guān)系的零部件描述。在這里功能是產(chǎn)品結構的抽象,是結構實(shí)現的目的；
而結構則為實(shí)現某功能而選用的一組構件或元件。功能結構間的關(guān)系一般而言是多對多的映射關(guān)系。一個(gè)功能可能由一個(gè)或多個(gè)特征或元件實(shí)現,而一個(gè)特征或元件也可能完成一個(gè)或多個(gè)功能；
（4）實(shí)例知識。已成功或失敗的設計范例,包括方案設計實(shí)例,產(chǎn)品結構知識實(shí)例、技術(shù)原理解實(shí)例等。它包含了更多的實(shí)際因素,是類(lèi)比設計和基于實(shí)例推理設計的基礎。
以工程機械中某型滑模式水泥攤鋪機為例,總功能為攤鋪水泥路面,總功能可細分為滑模作業(yè)、控制作業(yè)等功能,滑模作業(yè)功能又可細分為提水泥漿、擠壓成型等功能。其中某個(gè)功能的實(shí)現可能會(huì )由幾個(gè)結構組合而成,例如滑模式水泥攤鋪機滑模作業(yè)功能就是由螺旋分料器、刮平板等幾個(gè)結構一起才能實(shí)現。圖3為該水泥攤鋪機的功能層次定義和功能分解結構舉例。該產(chǎn)品所對應的結構分解則如圖4所示。圖5中給出了對于滑模作業(yè)功能的技術(shù)原理解簡(jiǎn)圖、技術(shù)原理解的評價(jià)、參考產(chǎn)品,以及實(shí)現該功能的說(shuō)明等相關(guān)的知識。
如何利用計算機技術(shù)對概念設計予以支持,對概念設計知識進(jìn)行有效的管理,至今仍沒(méi)有較好的解決方法。目前的知識建模主要是專(zhuān)家系統,最常用的知識模型包括框架、產(chǎn)生式規則、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò )、謂詞邏輯等。專(zhuān)家系統的知識建模主要側重符號層的系統實(shí)現,很少考慮動(dòng)態(tài)的,非結構化的知識,造成專(zhuān)家系統解決問(wèn)題的局限性,使得專(zhuān)家系統不能解決大型復雜問(wèn)題。
本體作為“對概念化顯式的詳細說(shuō)明”[9,10],研究領(lǐng)域內的對象、概念和其他實(shí)體,以及它們之間的關(guān)系,可以很好地解決概念設計知識的表達、檢索和重用等問(wèn)題。采用本體描述概念設計知識可以支持細粒度的產(chǎn)品語(yǔ)義信息的描述,可以形式化地定義特定領(lǐng)域的知識,如概念、事實(shí)、規則等；
支持語(yǔ)義層面的集成和共享,基于本體的知識定義可以對知識作普遍的、無(wú)歧義的語(yǔ)義解釋,可以保證不同使用者之間進(jìn)行語(yǔ)義層面的信息共享和互操作。
1.2本體建模過(guò)程描述
本體是某一領(lǐng)域的概念化描述,著(zhù)意于在抽象層次提出描述客觀(guān)世界的抽象模型,它包括兩個(gè)基本的要素：概念和概念之間的關(guān)系。本體的構建必須滿(mǎn)足以下的要求：對目標領(lǐng)域的清晰描述；
概念或概念之間關(guān)系的明確定義；
一般性和綜合性原則。本體可以有多種表述方式,包括圖形方式、語(yǔ)言形式和XML文檔形式等。
基于本體的產(chǎn)品概念設計知識建模過(guò)程包括3個(gè)階段：
（1）產(chǎn)品概念設計知識目標確定。產(chǎn)品概念設計知識定位,概念設計知識的定位決定本體構造的功能需求及最終用戶(hù)。
（2）產(chǎn)品概念設計知識本體分析與建立。根據需求分析,確定該領(lǐng)域的相關(guān)概念及概念屬性,并用XML語(yǔ)言進(jìn)行形式化描述。這個(gè)階段是建立概念設計知識本體的關(guān)鍵環(huán)節,直接影響到整個(gè)本體的生成質(zhì)量,同時(shí)也是工作量最大的階段。
（3）產(chǎn)品概念設計知識本體評價(jià)。對所創(chuàng )建的本體進(jìn)行一致性及完備性評價(jià)。一致性是指術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)系邏輯上應保持一致；
完備性是指本體中概念及關(guān)系應是完善的。我們稱(chēng)該3階段的組合為產(chǎn)品概念設計知識本體建模的一個(gè)生命周期（見(jiàn)圖6）。
1.3概念設計知識的本體表示
在此我們以工程機械中滑模式水泥攤鋪機為例,結合圖3～圖5中的實(shí)際知識,從概念實(shí)體、概念屬性及概念間關(guān)系等方面來(lái)說(shuō)明產(chǎn)品知識、功能知識、技術(shù)原理解知識、技術(shù)原理解實(shí)例等概念設計知識的本體表示,通過(guò)概念蘊涵、屬性關(guān)聯(lián)、相互約束和公理定義等方法揭示了概念間的本質(zhì)聯(lián)系,形成一個(gè)語(yǔ)義關(guān)系清晰的產(chǎn)品概念設計知識模型。建模采用目前最新的OWL語(yǔ)言描述。
表述的語(yǔ)義為一個(gè)滑模式水泥攤鋪機繼承了一個(gè)產(chǎn)品的所有屬性,此外還具備了關(guān)系屬性：攤鋪能力,同時(shí),又對屬性攤鋪能力作了限制：只能應用于滑模式水泥攤鋪機領(lǐng)域,且取值變化只能在攤鋪寬度中（省略了關(guān)于滑模式水泥攤鋪機類(lèi)似屬性的定義,如攤鋪厚度和攤鋪速度等）。
表述的語(yǔ)義為一個(gè)功能技術(shù)原理解具有對應的功能名稱(chēng),相關(guān)的技術(shù)原理解簡(jiǎn)圖（省略了技術(shù)原理解類(lèi)似屬性的定義,如評價(jià)、參考產(chǎn)品、創(chuàng )建人、創(chuàng )建時(shí)間、存儲位置等）。
上述描述中,使用類(lèi)公理（subclassof）描述了兩個(gè)類(lèi)（概念）之間的繼承關(guān)系,如滑模式水泥攤鋪機類(lèi)是產(chǎn)品類(lèi)的子類(lèi)。在描述類(lèi)屬性時(shí),使用關(guān)系屬性（objectproperty）描述了類(lèi)的某個(gè)屬性同時(shí)也表示了兩個(gè)類(lèi)之間的某種關(guān)系,如攤鋪能力既是滑模式水泥攤鋪機類(lèi)的一個(gè)屬性,同時(shí)也表達了和攤鋪寬度類(lèi)之間的對應關(guān)系。另外,使用屬性公理domain和range表示屬性的應用領(lǐng)域和屬性的取值范圍,如屬性攤鋪能力只能用于滑模式水泥攤鋪機類(lèi),且它的取值只能是攤鋪寬度數據集。
1.4基于本體的概念設計知識管理的特點(diǎn)和優(yōu)勢
基于本體的概念設計知識管理可以讓設計人員更好地重用已有的概念設計知識,基于本體的概念設計知識管理具有以下的一些特點(diǎn)或優(yōu)勢：
（1）支持用戶(hù)定制知識類(lèi)別。產(chǎn)品概念設計過(guò)程中,需要運用多種類(lèi)型的知識,如：功能類(lèi)、功能技術(shù)原理方案解類(lèi)等。這些知識的描述和使用有著(zhù)不同的特點(diǎn),不能用相同的描述框架來(lái)處理?；诒倔w的設計知識建模允許用戶(hù)對設計中知識類(lèi)別加以定制,針對每一類(lèi)別定義其描述屬性,從而較好的解決了概念設計中多來(lái)源多類(lèi)型知識的表示問(wèn)題。
（2）支持概念共享的知識庫構建。概念設計知識本體的構造澄清了概念設計領(lǐng)域知識的結構,為概念設計知識的表示打好了基礎,而本體中統一的術(shù)語(yǔ)和概念也使概念設計知識更好地共享成為可能?；诒倔w的概念設計知識表示在區分不同知識類(lèi)別的同時(shí),建立起概念間的共享聯(lián)系。通過(guò)概念間的共享機制,避免了設計知識庫的數據冗余和數據不一致問(wèn)題,方便了知識的建模錄入、檢索及統計處理。
（3）多視圖和基于本體概念的知識檢索。在目前的應用系統中一般采用基于關(guān)鍵字的數據庫查詢(xún)方法,由于其數據庫組織不是建立在能夠表示概念之間的關(guān)系、事實(shí)和實(shí)例的領(lǐng)域模型的基礎上,因此無(wú)法實(shí)現智能查詢(xún)和信息推理,也就無(wú)法解決語(yǔ)義異構性問(wèn)題。由于不同的組織和人員可能使用不同的詞語(yǔ)表示同一個(gè)含義,因此查詢(xún)系統得不到意義相同但用詞（語(yǔ)法）不同的內容。當需要對多個(gè)數據源進(jìn)行查詢(xún)的時(shí)候問(wèn)題更為明顯,多意詞和同義詞會(huì )使查詢(xún)得到許多不相關(guān)的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本體的概念設計知識管理中由于具有統一的術(shù)語(yǔ)和概念,知識庫建立在本體的基礎上,使得基于知識的設計意圖匹配成為可能。采用基于知識、語(yǔ)義上的檢索匹配,對用戶(hù)的檢索請求,通過(guò)查詢(xún)轉換器按照本體把各種檢索請求轉換成對應的概念,在本體的幫助下從知識庫中匹配出符合條件的數據集合,解決了語(yǔ)義異構的問(wèn)題。
從人在設計時(shí)的認知特點(diǎn)出發(fā),可以采用基于功能分解樹(shù)的功能設計知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結構樹(shù)的結構設計知識檢索視圖,還可以利用本體中已定義的概念定義其它知識檢索視圖,比如需求功能知識檢索視圖、軟件工具使用知識檢索視圖等,實(shí)現基于知識檢索的設計意圖的匹配。
2、基于本體的概念設計知識管理
2.1概念設計知識管理系統結構
結合工程機械行業(yè)的實(shí)際,本文提出了圖7所示的基于本體的產(chǎn)品概念設計知識管理系統結構,系統按照知識產(chǎn)生、獲取和利用的流程來(lái)構建,系統結構主要包括概念設計知識管理工具、數據接口程序以及基于本體的概念設計知識庫,具體由4個(gè)部分構成。
（1）概念設計知識獲取。概念設計知識的獲取包括從概念設計知識本體定義、本體之間關(guān)系定義、本體知識庫生成到概念設計知識獲取整個(gè)過(guò)程。
（2）概念設計知識維護。主要包括從概念設計知識本體維護、本體關(guān)系維護、知識庫重新生成到概念設計知識維護的過(guò)程,實(shí)現對本體的屬性修改,各類(lèi)知識之間的關(guān)系維護,以及知識庫的更新等。
（3）概念設計知識檢索重用。系統中提供基于多視圖的知識檢索方式,如基于功能分解樹(shù)的功能設計知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結構樹(shù)的結構設計知識檢索視圖,及用戶(hù)定義的其它知識檢索視圖。此外系統提供基于本體概念的知識檢索方式,通過(guò)本體映射庫,可以實(shí)現同義詞的檢索,保證可能會(huì )采用不同的概念和術(shù)語(yǔ)表示相同的設計信息的人可以得到相同的知識幫助。
（4）概念設計知識庫的構建。要實(shí)現基于本體的,支持客戶(hù)自定義的概念設計知識管理,系統必須由足夠的柔性,支持各類(lèi)知識的存儲,作為系統基石的知識庫的構建就不能采用完全預先定義的方式,在系統中我們采用基礎數據庫加上在此基礎上經(jīng)過(guò)本體定義工具動(dòng)態(tài)生成的各類(lèi)知識庫的方法保證基于本體的知識管理的實(shí)現。
2.2概念設計知識管理關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現
