發(fā)布時(shí)間：2023-02-03 03:35:21
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的設(shè)計(jì)概論論文樣本，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。
該案項(xiàng)目位于深圳和香港的交界處，蓮塘/香園圍口岸聯(lián)檢大樓的建設(shè)用地有兩塊，西側(cè)是香園圍口岸，東側(cè)是蓮塘口岸，中間深圳河穿流而過(guò)，周邊有部分住宅用地。整體建筑用地規(guī)劃合理，分區(qū)明確，聯(lián)檢大樓功能齊全，周?chē)€設(shè)有貨檢設(shè)施、配套政府辦公設(shè)施、停車(chē)場(chǎng)及園林綠化等必要設(shè)施。道路系統(tǒng)完整流暢，交通便利。EDA建筑的設(shè)計(jì)者對(duì)基地分析研究后發(fā)現(xiàn)深港雙方基地成一定的夾角關(guān)系，正交柱網(wǎng)無(wú)法妥善處理平面布局關(guān)系，因此突破性地多引入一個(gè)向量；同時(shí)通過(guò)對(duì)條狀薄片進(jìn)行打結(jié)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在極限狀態(tài)下，結(jié)形成的幾何形體水平投影為正五邊形，由此確定采用正五邊形作為該項(xiàng)目的核心設(shè)計(jì)元素。此次建筑表皮設(shè)計(jì)手法是在五邊體中交叉疊加的特點(diǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字變換，形成立體編織的視覺(jué)效果（圖3），與屋面呈一定角度的片狀太陽(yáng)能構(gòu)件可以提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，建筑外墻材料采用綠色建材金色銅板和灰色鈦鋅板。由于此方案設(shè)計(jì)造型及外表皮相對(duì)復(fù)雜，因此整個(gè)設(shè)計(jì)運(yùn)用了數(shù)字設(shè)計(jì)的手段，從概念創(chuàng)作到最終成圖，一氣呵成。
2技術(shù)手段
2.1金屬材料建筑表皮技術(shù)優(yōu)勢(shì)
金屬表皮已經(jīng)成為當(dāng)下十分流行的趨勢(shì)，鋁合金、鈦鋅合金、銅等材料等在建筑設(shè)計(jì)上得到了廣泛的應(yīng)用。金屬具有穩(wěn)定的物理性能，正如金屬具有延展性，能被彎曲、扭轉(zhuǎn)以及變形，卻不影響本身特性。同樣金屬表皮耐久且具有自潔性能，并且規(guī)?；?chē)間的生產(chǎn)減少了現(xiàn)場(chǎng)施工量，易于加工，促進(jìn)了生產(chǎn)效率提高。金屬本身的耐腐蝕、耐久性都較其他材料要強(qiáng)，以金屬構(gòu)建形成的建筑表皮甚至能夠獲得與建筑主體結(jié)構(gòu)同步的生命周期。預(yù)裝配化施工，縮短施工周期。金屬的材料性質(zhì)決定了其可以在工廠中大規(guī)模加工生產(chǎn)，進(jìn)而在工地進(jìn)行組裝，極其便于施工，能夠大大的縮短施工周期，降低了人工成本?，F(xiàn)代技術(shù)不僅能讓金屬表皮能夠創(chuàng)造新穎的外部形象外，而且又能起到保護(hù)與創(chuàng)新的雙重作用。透過(guò)金屬表皮，原有建筑透過(guò)金屬表皮傳達(dá)出歷史的信息，視線(xiàn)又會(huì)被其所表現(xiàn)出的不確定性所吸引，傳統(tǒng)與現(xiàn)代在輕薄的表皮上得到同時(shí)呈現(xiàn)。
2.2金屬材料建筑表皮的節(jié)能與環(huán)保
蓮塘/香園圍口岸聯(lián)檢大樓概念設(shè)計(jì)是通過(guò)大量的節(jié)能設(shè)計(jì)計(jì)算的，例如輻射計(jì)算、對(duì)銅、鋅板角度的模擬測(cè)試等，該設(shè)計(jì)力求符合當(dāng)今低碳節(jié)能的設(shè)計(jì)潮流，達(dá)到一個(gè)綠色建筑應(yīng)有金屬表皮的拆卸或重新安裝比較方便，能回收循環(huán)再利用起到生態(tài)節(jié)能的作用。環(huán)保在材料的應(yīng)用上也尤為重要，金屬表皮能夠減少污染的產(chǎn)生，可以有效地過(guò)濾太陽(yáng)輻射，并且能夠配合自然通風(fēng)、太陽(yáng)能照明取熱等節(jié)能技術(shù)（圖5），保證了室內(nèi)實(shí)現(xiàn)向外滲透地最大可能性。與此同時(shí)，金屬材料的可重復(fù)利用性減少了材料的浪費(fèi)，并且采用預(yù)處理技術(shù)減少二次污染。金屬材料是回收率最高的建筑材料，常用的金屬制品廢棄之后有75%可以回收再利用，而銅的回收率則達(dá)到了100%。另外，金屬材料不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，可謂是名副其實(shí)的綠色環(huán)保材料。
3技術(shù)美學(xué)
3.1新美學(xué)基礎(chǔ)
20世紀(jì)以來(lái)，建筑表皮逐漸地從結(jié)構(gòu)的束縛中解脫出來(lái)，在建筑師們的不斷的嘗試與創(chuàng)新中，通過(guò)運(yùn)用新型的建造技術(shù)拓寬金屬的材料形式并挖掘材料更深層次的表現(xiàn)潛力，形成金屬材料多元化的建筑語(yǔ)言。如今，金屬早已成為一種重要的表皮材料，引領(lǐng)著當(dāng)下十分流行的表皮發(fā)展趨勢(shì)。各種新型的合金、沖孔、板網(wǎng)、格柵或編織網(wǎng)形式的金屬材料在幕墻及建筑屋面系統(tǒng)中得到廣泛地應(yīng)用。我國(guó)對(duì)技術(shù)美學(xué)的研究不斷地拓展和深化，在借鑒與吸收國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，探索一條符合中國(guó)當(dāng)代技術(shù)美學(xué)理論與內(nèi)容的體系。目前國(guó)內(nèi)認(rèn)為技術(shù)美是技術(shù)美學(xué)的最高范疇，它是技術(shù)活動(dòng)和產(chǎn)品所表現(xiàn)的審美價(jià)值，是一種綜合性的美。從構(gòu)成來(lái)看，技術(shù)美主要內(nèi)容是功能美，也包括形式美和藝術(shù)美。新美學(xué)的基礎(chǔ)必須建構(gòu)自己獨(dú)特的觀念及范疇體系，揭示其自身研究領(lǐng)域的審美規(guī)律。
3.2技術(shù)美學(xué)產(chǎn)生根源
目前國(guó)內(nèi)技術(shù)美學(xué)研究大多是關(guān)于基本原理的研究，對(duì)技術(shù)美學(xué)思想史的研究還很少。并且，對(duì)西方技術(shù)美學(xué)思想產(chǎn)生、發(fā)展的介紹也只限于西方工業(yè)革命以后，如新藝術(shù)運(yùn)動(dòng)、包豪斯及工業(yè)設(shè)計(jì)的興起、發(fā)展過(guò)程等等。其實(shí)，技術(shù)美的創(chuàng)造不只是大機(jī)器生產(chǎn)出現(xiàn)以后才有，技術(shù)作為人類(lèi)改造自然的手段和方法，它不僅包括機(jī)械化工業(yè)技術(shù)，也包括工業(yè)革命之前的手工技術(shù)。因此，技術(shù)美的創(chuàng)造及其思想也不只是工業(yè)革命以后才出現(xiàn)的。正如竹內(nèi)敏雄所指出的：“一般意義上的技術(shù)同人類(lèi)歷史一道自古以來(lái)就存在著，古代的手工藝也好，現(xiàn)代的工程技術(shù)也好，都包括在內(nèi)。只是在它們之間，功能的效率相差懸殊，而只要隨著那一種產(chǎn)品都符合各自的目的，并伴隨著那種程度的美的效果。那么，在它的技術(shù)美的結(jié)構(gòu)上就沒(méi)有本質(zhì)的差異?！?/p>
3.3技術(shù)美學(xué)發(fā)展趨勢(shì)
現(xiàn)如今，建筑師越來(lái)越認(rèn)識(shí)到技術(shù)對(duì)象的審美價(jià)值。他們?cè)噲D在自己的美學(xué)理論中對(duì)此加以分析，擴(kuò)大研究視野，為理論體系納入新的內(nèi)容。技術(shù)美學(xué)作為一門(mén)應(yīng)用學(xué)科不能停留在形而上的抽象議論層次，而應(yīng)具有強(qiáng)烈的實(shí)踐性和可操作性，用于指導(dǎo)當(dāng)代物質(zhì)審美文化建設(shè)。技術(shù)美學(xué)作為一門(mén)應(yīng)用學(xué)科不能停留在形而上的抽象議論層次，而應(yīng)具有強(qiáng)烈的實(shí)踐性和可操作性，用于指導(dǎo)當(dāng)代物質(zhì)審美文化建設(shè)。技術(shù)美學(xué)對(duì)實(shí)踐的介入主要通過(guò)設(shè)計(jì)活動(dòng)來(lái)進(jìn)行，它不僅為最佳而合理的設(shè)計(jì)觀提供思想基礎(chǔ)，也為設(shè)計(jì)活動(dòng)提供理論指導(dǎo)。技術(shù)美學(xué)不只是美學(xué)自身的邏輯發(fā)展和延伸，更是人類(lèi)實(shí)踐過(guò)程中審美創(chuàng)造智慧的結(jié)晶和運(yùn)用。技術(shù)美學(xué)對(duì)實(shí)踐的介入主要通過(guò)設(shè)計(jì)活動(dòng)來(lái)進(jìn)行。它不僅為最佳而合理的設(shè)計(jì)觀提供思想基礎(chǔ)，也為設(shè)計(jì)活動(dòng)提供理論指導(dǎo)。技術(shù)美學(xué)不只是美學(xué)自身的邏輯發(fā)展和延伸，更是人類(lèi)實(shí)踐過(guò)程中審美創(chuàng)造智慧的結(jié)晶和運(yùn)用。當(dāng)代技術(shù)美學(xué)研究不應(yīng)只是告訴人們什么是技術(shù)美，更重要的是使人們懂得怎樣才能創(chuàng)造和實(shí)現(xiàn)技術(shù)美。技術(shù)美學(xué)研究不僅要解決帶有普遍意義的設(shè)計(jì)觀念、方法等宏觀問(wèn)題，也應(yīng)該關(guān)注設(shè)計(jì)實(shí)踐中的具體問(wèn)題，把技術(shù)美學(xué)的基本觀點(diǎn)微觀化、具體化，用于解決物質(zhì)生產(chǎn)和生活領(lǐng)域?qū)徝绖?chuàng)造中的許多復(fù)雜的問(wèn)題。這樣，技術(shù)美學(xué)才具有強(qiáng)大的生命力。
4技術(shù)美學(xué)應(yīng)用案例及總結(jié)
4.1半透明的金屬表皮
現(xiàn)代建筑重要特征是技術(shù)在建筑藝術(shù)中的覺(jué)醒，注重發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)和建筑材料的性能特點(diǎn)，不去掩飾它們，而是將其作為建筑造型的表現(xiàn)要素之一。建筑中的支撐結(jié)構(gòu)與表皮的分離使表皮成為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的膜結(jié)構(gòu)，這種分層構(gòu)造，為表皮材料提供了可能性，例如瑞士建筑師赫爾佐格及德梅隆在美國(guó)舊金山deYoungMuseum中銅穿孔板的使用。穿孔板的紋理重現(xiàn)了陽(yáng)光下斑駁的樹(shù)影意向，創(chuàng)造出詩(shī)意的建筑（圖6）。
4.2承重的金屬表皮
OMA為PRADA舊金山店設(shè)計(jì)的建筑表皮，采用橫隔板結(jié)構(gòu)，將鋼骨架安裝在與基礎(chǔ)同標(biāo)高的支撐結(jié)構(gòu)上，使建筑結(jié)構(gòu)更加牢固。不銹鋼厚度為25mm，使之滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求，并且在295mm寬交錯(cuò)柵格上打圓孔從而減輕自重并擴(kuò)大建筑內(nèi)外視野（圖7）。這些圓孔由水柱切成，從柵格、孔的分布和大小中，能夠反映出不銹鋼板可以承受的來(lái)自側(cè)向力的壓力，在壓力較小的區(qū)域可以只留下滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)需求的材料。
4.3金屬表皮對(duì)舊建筑的保護(hù)
Peripheriques建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)改造了巴黎歷史中心附近校園的一棟建筑。策略是在原有建筑框架概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行改動(dòng)，將原來(lái)的一個(gè)庭院改造為兩個(gè)，其中一個(gè)用ETEE膜加以覆蓋，十幾種不同圖案的穿孔鋁板構(gòu)成了外部表皮，用一個(gè)Z型的斜面引導(dǎo)著人流和視線(xiàn)的到達(dá)。改造后的建筑色彩豐富，在不同區(qū)域的顏色有助于空間方向感的定位。
5結(jié)語(yǔ)
在均布荷載作用下構(gòu)件的彎矩與跨度成二次方的關(guān)系，因此樓板壓型鋼板布置凸肋時(shí)應(yīng)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(shí)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(shí)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(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和冗余度，結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備得到增強(qiáng)，而且在罕遇地震時(shí)可以靠梁柱節(jié)點(diǎn)的塑形變形來(lái)消耗地震能量［2］。屋面結(jié)構(gòu)布置時(shí)，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(cè)變形差異較大對(duì)于結(jié)構(gòu)十分不利［3］；而屋面板為夾芯板，其平面內(nèi)與平面外剛度均較弱，不能有效地協(xié)調(diào)豎向構(gòu)件的變形，故設(shè)計(jì)時(shí)采用了設(shè)置水平支撐的方式，具體見(jiàn)屋面結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示。由于水平縱向支撐平面內(nèi)剛度較大能夠有效協(xié)調(diào)豎向構(gòu)件的側(cè)移，且B、C軸柱頂傳來(lái)的風(fēng)荷載可以由橫向支撐傳到A、D軸邊榀框架，傳力簡(jiǎn)單明確，并且由于設(shè)置了橫向支撐及撐桿，減小了2至5軸屋面梁的平面外計(jì)算長(zhǎng)度，增強(qiáng)了梁的穩(wěn)定性，能夠使梁的截面較小從而取得較大的經(jīng)濟(jì)利益。其中，在軟件中建立計(jì)算模型時(shí)屋面支撐可按PKPM（STS）中的斜桿輸入。屋面支撐設(shè)計(jì)時(shí)橫桿可按壓桿設(shè)計(jì)，斜桿可按拉桿設(shè)計(jì)，橫向及縱向支撐從概念上可以看成桁架，布置簡(jiǎn)單，受力明確。
2立面結(jié)構(gòu)布置
立面布置時(shí)空間大、四周柱高度較高，一側(cè)沒(méi)有框架梁與之相連，詳情見(jiàn)中榀框架立面示意圖，如圖3所示。故其計(jì)算長(zhǎng)度較大，長(zhǎng)細(xì)比難以滿(mǎn)足規(guī)范要求的限值，長(zhǎng)細(xì)比λ＝l／i（l為柱計(jì)算長(zhǎng)度、i為柱截面回轉(zhuǎn)半徑）。因此，要減小長(zhǎng)細(xì)比需從減小柱計(jì)算長(zhǎng)度l及增大相應(yīng)方向的回轉(zhuǎn)半徑入手。由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)算長(zhǎng)度越小。該工程設(shè)計(jì)時(shí)就將柱下端的框架梁適當(dāng)?shù)丶哟罅?，并且將工字形截面柱的弱軸放在了沒(méi)有框架梁的一側(cè)，使i值明顯加大，通過(guò)以上兩種措施長(zhǎng)細(xì)比得到了有效的控制。需要指出的是：工作經(jīng)驗(yàn)較少的設(shè)計(jì)人員往往看到柱的長(zhǎng)細(xì)比不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求就加大柱截面，調(diào)整完后再一計(jì)算發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)細(xì)比不僅沒(méi)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(xiàn)剛度比的數(shù)值減小即梁對(duì)柱的約束減弱，從而柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)就越大；而柱截面增大并不能有效增大回轉(zhuǎn)半徑i，故單純?cè)龃笾慕孛嫱鸩坏浇档烷L(zhǎng)細(xì)比的效果，反而得不償失。而該工程橫向?yàn)?跨，縱向?yàn)?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(qiáng)橫向剛度。經(jīng)軟件PKPM（SATWE）計(jì)算后，得出前三階周期，如表1所示。由于結(jié)構(gòu)材料為鋼材，強(qiáng)度較高，故按強(qiáng)度控制需要的構(gòu)件截面較小，而截面小直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度較弱不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)位移的要求。若加大梁柱截面需要耗費(fèi)較多的材料，且結(jié)構(gòu)剛度提高得并不明顯，效果也不好。無(wú)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(yuǎn)小于彎曲變形，根據(jù)這個(gè)常識(shí)，該工程在框架的周圈布置上支撐以增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，如圖4所示。根據(jù)多道防線(xiàn)的概念設(shè)計(jì)，需要指出的是框架－支撐體系中，支撐框架是第一道防線(xiàn)［4］，在強(qiáng)烈地震中支撐先屈服，內(nèi)力重分布使框架部分承擔(dān)的地震剪力必須增大，二者之和應(yīng)大于彈性計(jì)算的總剪力。故設(shè)計(jì)規(guī)范要求，框架部分按剛度分配計(jì)算得到的地震剪力應(yīng)乘以調(diào)整系數(shù)，應(yīng)不小于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的25％；最終在結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的25％與框架部分計(jì)算最大層剪力的1．8倍這兩個(gè)數(shù)值之間，選取較小值。柱間支撐的布置有多種形式，常見(jiàn)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(jìn)行截面設(shè)計(jì)，即在水平力的作用（地震作用或風(fēng)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(jì)算截面承載力時(shí)，計(jì)算公式為N＝×f×A（f為材料強(qiáng)度，A為截面面積，N為承載力），應(yīng)該考慮構(gòu)件的受壓穩(wěn)定系（＜1）數(shù)以防止構(gòu)件的穩(wěn)定性不足而發(fā)生失穩(wěn)破壞，而按拉桿設(shè)計(jì)時(shí)可不必考慮受壓穩(wěn)定系數(shù)的影響。因此，按拉桿設(shè)計(jì)時(shí)所需截面小于按壓桿設(shè)計(jì)所需界面，故能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，需要指出的是根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011—2010第8．4．1條第1款規(guī)定一、二、三級(jí)中心支撐不得采用拉桿設(shè)計(jì)，四級(jí)采用拉桿設(shè)計(jì)時(shí)，其長(zhǎng)細(xì)比不應(yīng)大于180。而由于該工程抗震等級(jí)為三級(jí)，故計(jì)算時(shí)不能采用拉桿設(shè)計(jì)。2）“人”字形支撐在相同的由梁柱構(gòu)成的框架區(qū)格內(nèi)，其斜桿構(gòu)件長(zhǎng)度一般小于“X”形支撐的斜桿構(gòu)件，故其經(jīng)濟(jì)性較好。但是根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)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(yīng)保持連續(xù)，并按不計(jì)入支撐支點(diǎn)作用的梁驗(yàn)算重力荷載和支撐屈曲時(shí)不平衡力作用下的承載力；不平衡力應(yīng)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(jì)算［5］。必要時(shí)，人字支撐和V形支撐可沿豎向交替設(shè)置或采用拉鏈柱。按此規(guī)定計(jì)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(jù)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(diǎn)在柱中位置處，在罕遇地震作用下，在支撐交匯點(diǎn)處比較容易出現(xiàn)塑性鉸。而該塑性鉸出現(xiàn)在柱中，容易造成結(jié)構(gòu)的整體垮塌，有悖于“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)概念，因此從抗震角度來(lái)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(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)，在壓力作用下構(gòu)件一般較弱軸失穩(wěn)，而強(qiáng)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(duì)稱(chēng)，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(xiàn)與梁柱的軸線(xiàn)不是相交于一點(diǎn)，而是偏離了一段距離。這樣設(shè)計(jì)的好處是可以將框架梁的一段設(shè)計(jì)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(xì)的討論。經(jīng)計(jì)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(shù)值要大，故設(shè)計(jì)時(shí)宜將支撐緊貼在一起布置以取得較大的抗側(cè)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(kāi)布置。因此，在布置支撐時(shí)不應(yīng)只從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還要考慮設(shè)計(jì)工藝的要求，盡量做到經(jīng)濟(jì)合理、安全適用。
3柱腳設(shè)計(jì)
1.1概念設(shè)計(jì)知識(shí)分類(lèi)與表達(dá)
概念設(shè)計(jì)是對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題加以描述,并以方案的形式提出眾多解的設(shè)計(jì)階段[7].概念設(shè)計(jì)從不同的角度有多種定義[8].一般認(rèn)為,概念設(shè)計(jì)是指以設(shè)計(jì)要求為輸入、以最佳方案為輸出的系統(tǒng)所包含的工作流程,是一個(gè)由功能向結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。
圖1描述了一般概念設(shè)計(jì)的工作流程,它包含綜合與評(píng)價(jià)兩個(gè)基本過(guò)程。綜合是指根據(jù)設(shè)計(jì)要求,運(yùn)用各種分析、設(shè)計(jì)方法推理而生成的多個(gè)方案,是個(gè)發(fā)散過(guò)程；評(píng)價(jià)則從方案集中擇出最優(yōu),是個(gè)收斂過(guò)程。概念設(shè)計(jì)是將所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品看成一個(gè)系統(tǒng),運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法去分析和設(shè)計(jì)。具體說(shuō),概念設(shè)計(jì)就是將設(shè)計(jì)對(duì)象的總功能分解成相互有機(jī)聯(lián)系的若干功能單元,并以功能單元為子系統(tǒng)進(jìn)行再次分解,生成更低一級(jí)的功能單元,經(jīng)過(guò)這樣逐層分解,直至對(duì)應(yīng)的各個(gè)最末端功能單元能夠找到一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理解。概念設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是功能到結(jié)構(gòu)的映射,概念設(shè)計(jì)過(guò)程主要包括：功能創(chuàng)新、功能分析和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作原理解的搜索和確定、功能載體方案構(gòu)思和決策。
根據(jù)概念設(shè)計(jì)的過(guò)程及人在設(shè)計(jì)時(shí)的認(rèn)知特點(diǎn)將概念設(shè)計(jì)知識(shí)分為元知識(shí)和實(shí)例知識(shí)（其分類(lèi)如圖2所示）。元知識(shí)中主要包括功能知識(shí)、技術(shù)原理解知識(shí)、結(jié)構(gòu)知識(shí)等。實(shí)例知識(shí)中主要包括方案設(shè)計(jì)實(shí)例、技術(shù)原理解實(shí)例、產(chǎn)品實(shí)例等知識(shí)。
（1）功能知識(shí)。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(xiàng)。描述產(chǎn)品要完成的功能,包括功能內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)參數(shù)、性能指標(biāo)等；
（2）技術(shù)原理解知識(shí)。描述產(chǎn)品功能及功能子項(xiàng)的原理解答。它的表達(dá)要復(fù)雜些,一方面可用文字、數(shù)字表達(dá)它的說(shuō)明、解答參數(shù),另一方面,要有圖形支持產(chǎn)品原理解答；
（3）結(jié)構(gòu)知識(shí)。描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)狀況,是對(duì)原理域知識(shí)的細(xì)化和擴(kuò)充,是求解原理解的結(jié)構(gòu)載體,可描述產(chǎn)品關(guān)鍵部分的形狀、尺寸和參數(shù)。產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)的映射（簡(jiǎn)稱(chēng)為功構(gòu)映射）就是對(duì)產(chǎn)品的功能模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的求解,是將產(chǎn)品功能性的描述轉(zhuǎn)化為能實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)的抽象,是結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的目的；而結(jié)構(gòu)則為實(shí)現(xiàn)某功能而選用的一組構(gòu)件或元件。功能結(jié)構(gòu)間的關(guān)系一般而言是多對(duì)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(xiàn),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(shí)。已成功或失敗的設(shè)計(jì)范例,包括方案設(shè)計(jì)實(shí)例,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)知識(shí)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(shè)計(jì)和基于實(shí)例推理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
以工程機(jī)械中某型滑模式水泥攤鋪機(jī)為例,總功能為攤鋪水泥路面,總功能可細(xì)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(xì)分為提水泥漿、擠壓成型等功能。其中某個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)可能會(huì)由幾個(gè)結(jié)構(gòu)組合而成,例如滑模式水泥攤鋪機(jī)滑模作業(yè)功能就是由螺旋分料器、刮平板等幾個(gè)結(jié)構(gòu)一起才能實(shí)現(xiàn)。圖3為該水泥攤鋪機(jī)的功能層次定義和功能分解結(jié)構(gòu)舉例。該產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)分解則如圖4所示。圖5中給出了對(duì)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(píng)價(jià)、參考產(chǎn)品,以及實(shí)現(xiàn)該功能的說(shuō)明等相關(guān)的知識(shí)。
如何利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)概念設(shè)計(jì)予以支持,對(duì)概念設(shè)計(jì)知識(shí)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(shí)建模主要是專(zhuān)家系統(tǒng),最常用的知識(shí)模型包括框架、產(chǎn)生式規(guī)則、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、謂詞邏輯等。專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)建模主要側(cè)重符號(hào)層的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),很少考慮動(dòng)態(tài)的,非結(jié)構(gòu)化的知識(shí),造成專(zhuān)家系統(tǒng)解決問(wèn)題的局限性,使得專(zhuān)家系統(tǒng)不能解決大型復(fù)雜問(wèn)題。
本體作為“對(duì)概念化顯式的詳細(xì)說(shuō)明”[9,10],研究領(lǐng)域內(nèi)的對(duì)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(shè)計(jì)知識(shí)的表達(dá)、檢索和重用等問(wèn)題。采用本體描述概念設(shè)計(jì)知識(shí)可以支持細(xì)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(shí),如概念、事實(shí)、規(guī)則等；支持語(yǔ)義層面的集成和共享,基于本體的知識(shí)定義可以對(duì)知識(shí)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,著意于在抽象層次提出描述客觀世界的抽象模型,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(gòu)建必須滿(mǎn)足以下的要求：對(duì)目標(biāo)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(shè)計(jì)知識(shí)建模過(guò)程包括3個(gè)階段：
（1）產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識(shí)目標(biāo)確定。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識(shí)定位,概念設(shè)計(jì)知識(shí)的定位決定本體構(gòu)造的功能需求及最終用戶(hù)。
（2）產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識(shí)本體分析與建立。根據(jù)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(shè)計(jì)知識(shí)本體的關(guān)鍵環(huán)節(jié),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(shè)計(jì)知識(shí)本體評(píng)價(jià)。對(duì)所創(chuàng)建的本體進(jìn)行一致性及完備性評(píng)價(jià)。一致性是指術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)系邏輯上應(yīng)保持一致；完備性是指本體中概念及關(guān)系應(yīng)是完善的。我們稱(chēng)該3階段的組合為產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)知識(shí)本體建模的一個(gè)生命周期（見(jiàn)圖6）。
1.3概念設(shè)計(jì)知識(shí)的本體表示
在此我們以工程機(jī)械中滑模式水泥攤鋪機(jī)為例,結(jié)合圖3～圖5中的實(shí)際知識(shí),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(shí)、功能知識(shí)、技術(shù)原理解知識(shí)、技術(shù)原理解實(shí)例等概念設(shè)計(jì)知識(shí)的本體表示,通過(guò)概念蘊(yùn)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(shè)計(jì)知識(shí)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(jī)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(duì)屬性攤鋪能力作了限制：只能應(yīng)用于滑模式水泥攤鋪機(jī)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(jī)類(lèi)似屬性的定義,如攤鋪厚度和攤鋪速度等）。
（3）功能知識(shí)類(lèi)
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表述的語(yǔ)義為一個(gè)功能知識(shí)只有一個(gè)功能名稱(chēng),且最少具有一個(gè)相關(guān)產(chǎn)品（省略了功能知識(shí)類(lèi)似屬性的定義,如功能編號(hào)、功能說(shuō)明、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時(shí)間、存儲(chǔ)位置等）。
（4）功能技術(shù)原理解類(lèi)
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表述的語(yǔ)義為一個(gè)功能技術(shù)原理解具有對(duì)應(yīng)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(píng)價(jià)、參考產(chǎn)品、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時(shí)間、存儲(chǔ)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(jī)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(jī)類(lèi)的一個(gè)屬性,同時(shí)也表達(dá)了和攤鋪寬度類(lèi)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。另外,使用屬性公理domain和range表示屬性的應(yīng)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(jī)類(lèi),且它的取值只能是攤鋪寬度數(shù)據(jù)集。
1.4基于本體的概念設(shè)計(jì)知識(shí)管理的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
基于本體的概念設(shè)計(jì)知識(shí)管理可以讓設(shè)計(jì)人員更好地重用已有的概念設(shè)計(jì)知識(shí),基于本體的概念設(shè)計(jì)知識(shí)管理具有以下的一些特點(diǎn)或優(yōu)勢(shì)：
（1）支持用戶(hù)定制知識(shí)類(lèi)別。產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要運(yùn)用多種類(lèi)型的知識(shí),如：功能類(lèi)、功能技術(shù)原理方案解類(lèi)等。這些知識(shí)的描述和使用有著不同的特點(diǎn),不能用相同的描述框架來(lái)處理?；诒倔w的設(shè)計(jì)知識(shí)建模允許用戶(hù)對(duì)設(shè)計(jì)中知識(shí)類(lèi)別加以定制,針對(duì)每一類(lèi)別定義其描述屬性,從而較好的解決了概念設(shè)計(jì)中多來(lái)源多類(lèi)型知識(shí)的表示問(wèn)題。
（2）支持概念共享的知識(shí)庫(kù)構(gòu)建。概念設(shè)計(jì)知識(shí)本體的構(gòu)造澄清了概念設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu),為概念設(shè)計(jì)知識(shí)的表示打好了基礎(chǔ),而本體中統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)和概念也使概念設(shè)計(jì)知識(shí)更好地共享成為可能?；诒倔w的概念設(shè)計(jì)知識(shí)表示在區(qū)分不同知識(shí)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(jī)制,避免了設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題,方便了知識(shí)的建模錄入、檢索及統(tǒng)計(jì)處理。
（3）多視圖和基于本體概念的知識(shí)檢索。在目前的應(yīng)用系統(tǒng)中一般采用基于關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)方法,由于其數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)上,因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能查詢(xún)和信息推理,也就無(wú)法解決語(yǔ)義異構(gòu)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(tǒng)得不到意義相同但用詞（語(yǔ)法）不同的內(nèi)容。當(dāng)需要對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)知識(shí)管理中由于具有統(tǒng)一的術(shù)語(yǔ)和概念,知識(shí)庫(kù)建立在本體的基礎(chǔ)上,使得基于知識(shí)的設(shè)計(jì)意圖匹配成為可能。采用基于知識(shí)、語(yǔ)義上的檢索匹配,對(duì)用戶(hù)的檢索請(qǐng)求,通過(guò)查詢(xún)轉(zhuǎn)換器按照本體把各種檢索請(qǐng)求轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的概念,在本體的幫助下從知識(shí)庫(kù)中匹配出符合條件的數(shù)據(jù)集合,解決了語(yǔ)義異構(gòu)的問(wèn)題。
從人在設(shè)計(jì)時(shí)的認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā),可以采用基于功能分解樹(shù)的功能設(shè)計(jì)知識(shí)檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)樹(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)檢索視圖,還可以利用本體中已定義的概念定義其它知識(shí)檢索視圖,比如需求功能知識(shí)檢索視圖、軟件工具使用知識(shí)檢索視圖等,實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)檢索的設(shè)計(jì)意圖的匹配。
2、基于本體的概念設(shè)計(jì)知識(shí)管理
2.1概念設(shè)計(jì)知識(shí)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
結(jié)合工程機(jī)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(shè)計(jì)知識(shí)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)按照知識(shí)產(chǎn)生、獲取和利用的流程來(lái)構(gòu)建,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括概念設(shè)計(jì)知識(shí)管理工具、數(shù)據(jù)接口程序以及基于本體的概念設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù),具體由4個(gè)部分構(gòu)成。
（1）概念設(shè)計(jì)知識(shí)獲取。概念設(shè)計(jì)知識(shí)的獲取包括從概念設(shè)計(jì)知識(shí)本體定義、本體之間關(guān)系定義、本體知識(shí)庫(kù)生成到概念設(shè)計(jì)知識(shí)獲取整個(gè)過(guò)程。
（2）概念設(shè)計(jì)知識(shí)維護(hù)。主要包括從概念設(shè)計(jì)知識(shí)本體維護(hù)、本體關(guān)系維護(hù)、知識(shí)庫(kù)重新生成到概念設(shè)計(jì)知識(shí)維護(hù)的過(guò)程,實(shí)現(xiàn)對(duì)本體的屬性修改,各類(lèi)知識(shí)之間的關(guān)系維護(hù),以及知識(shí)庫(kù)的更新等。
（3）概念設(shè)計(jì)知識(shí)檢索重用。系統(tǒng)中提供基于多視圖的知識(shí)檢索方式,如基于功能分解樹(shù)的功能設(shè)計(jì)知識(shí)檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)樹(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)檢索視圖,及用戶(hù)定義的其它知識(shí)檢索視圖。此外系統(tǒng)提供基于本體概念的知識(shí)檢索方式,通過(guò)本體映射庫(kù),可以實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)信息的人可以得到相同的知識(shí)幫助。
（4）概念設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建。要實(shí)現(xiàn)基于本體的,支持客戶(hù)自定義的概念設(shè)計(jì)知識(shí)管理,系統(tǒng)必須由足夠的柔性,支持各類(lèi)知識(shí)的存儲(chǔ),作為系統(tǒng)基石的知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建就不能采用完全預(yù)先定義的方式,在系統(tǒng)中我們采用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)加上在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)本體定義工具動(dòng)態(tài)生成的各類(lèi)知識(shí)庫(kù)的方法保證基于本體的知識(shí)管理的實(shí)現(xiàn)。
2.2概念設(shè)計(jì)知識(shí)管理關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床，單片機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，改裝設(shè)計(jì)
第一章概述
機(jī)床作為機(jī)械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的興起，促使機(jī)床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行柔性自動(dòng)化控制的新一代機(jī)床－數(shù)控機(jī)床的誕生和發(fā)展。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類(lèi)提供了實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化的理想手段。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時(shí)使人們對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)床傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機(jī)床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開(kāi)創(chuàng)機(jī)械產(chǎn)品向機(jī)電一體化發(fā)展的先河。數(shù)控機(jī)床是以數(shù)字化的信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對(duì)位置，機(jī)床電機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，工件松開(kāi)和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字記錄在控制介質(zhì)上，然后將數(shù)字信息送入數(shù)控裝置或計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比，其主要有以下的優(yōu)點(diǎn)：1.適應(yīng)性強(qiáng)，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機(jī)床上改變加工工件時(shí)，只需重新編制新工件的加工程序，就能實(shí)現(xiàn)新工件加工。2.加工精度高；3.生產(chǎn)效率高；4.減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；5.良好的經(jīng)濟(jì)效益；6.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機(jī)床已成為我國(guó)市場(chǎng)需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國(guó)數(shù)控機(jī)機(jī)床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上取得了明顯的進(jìn)步，特別是在機(jī)床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進(jìn)步很大。但是，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床與先進(jìn)國(guó)家的同類(lèi)產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿(mǎn)足國(guó)家建設(shè)的需要。我國(guó)是一個(gè)機(jī)床大國(guó)，有三百多萬(wàn)臺(tái)普通機(jī)床。但機(jī)床的素質(zhì)差，性能落后，單臺(tái)機(jī)床的平均產(chǎn)值只有先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機(jī)床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機(jī)床上增加微機(jī)控制裝置，使其具有一定的自動(dòng)化能力，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。隨著數(shù)控機(jī)床越來(lái)越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益為大家所理解。在國(guó)內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機(jī)床的微機(jī)數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購(gòu)置數(shù)控機(jī)床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機(jī)床，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)經(jīng)濟(jì)資源有限，國(guó)家大，機(jī)床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購(gòu)買(mǎi)新型的數(shù)控機(jī)床，而我國(guó)的舊機(jī)床很多，用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機(jī)床，在投資少的情況下，使其既能滿(mǎn)足加工的需要，又能提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，比較符合我國(guó)的國(guó)情。1984年，我國(guó)開(kāi)始生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機(jī)床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說(shuō)，本畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例具有典型性和實(shí)用性。
第二章總體方案的設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)CA6140普通車(chē)床進(jìn)行數(shù)控改造。利用微機(jī)對(duì)縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，縱向（Z向）脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖，橫向（X向）脈沖當(dāng)量為0.005mm/脈沖，驅(qū)動(dòng)元件采用步進(jìn)電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。2.2總體方案的論證對(duì)于普通機(jī)床的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)考慮在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，對(duì)機(jī)床的改動(dòng)應(yīng)盡可能少，以降低成本。（1）數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、點(diǎn)位直線(xiàn)控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車(chē)床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動(dòng)連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的伺服進(jìn)給系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因?yàn)殚_(kāi)環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價(jià)格便宜、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。所以，本設(shè)計(jì)決定采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。（3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)任何一個(gè)數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成。硬件是數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，性能的好壞直接影響整體數(shù)控系統(tǒng)的工作性能。有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。在設(shè)計(jì)的數(shù)控裝置中，CPU的選擇是關(guān)鍵，選擇CPU應(yīng)考慮以下要素：1.時(shí)鐘頻率和字長(zhǎng)與被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)速度和精度密切相關(guān)；2.可擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量與數(shù)控功能的強(qiáng)弱相關(guān)；3.I/O口擴(kuò)展的能力與對(duì)外設(shè)控制的能力相關(guān)。除此之外，還應(yīng)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合、控制對(duì)象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來(lái)考慮以確定CPU。在我國(guó)，普通機(jī)床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU和MCS-51系列單片機(jī)，主要是因?yàn)樗鼈兊呐涮仔酒阋?，普及性、通用性?qiáng)，制造和維修方便，完全能滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的改造需要。本設(shè)計(jì)中是以MCS-51系列單片機(jī)，51系列相對(duì)48系列指令更豐富，相對(duì)96系列價(jià)格更便宜，51系列中，是無(wú)ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控機(jī)中應(yīng)用最多的是8031單片機(jī)。本設(shè)計(jì)以8031芯片為核心，增加存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、接口和面板操作開(kāi)關(guān)組成的控制系統(tǒng)。2.3總體方案的確定經(jīng)總體設(shè)計(jì)方案的論證后，確定的CA6140車(chē)床經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造示意圖如圖所示。CA6140車(chē)床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機(jī)床的功能，即手動(dòng)變速。車(chē)床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由8031單片機(jī)組成微機(jī)作為數(shù)控裝置的核心，由I/O接口、環(huán)形分配器與功率放大器一起控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪減速后帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)車(chē)床的縱向、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。刀架改成由微機(jī)控制的經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)控制的自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架。為保持切削螺紋的功能，必須安裝主軸脈沖發(fā)生器，為此采用主軸靠同步齒形帶使脈沖發(fā)生器同步旋轉(zhuǎn)，發(fā)出兩路信號(hào)：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)和一個(gè)同步信號(hào)，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給微機(jī)。如圖2－1所示：
第三章微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
3.1微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)硬件電路總體方案設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選用8031CPU作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機(jī)。外接一片2764EPROM，作為監(jiān)控程序的程序存儲(chǔ)器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用于存放需要隨機(jī)修改的零件程序、工作參數(shù)。采用譯碼法對(duì)擴(kuò)展芯片進(jìn)行尋址，采用74LS138譯碼器完成此功能。8279作為系統(tǒng)的輸入輸出口擴(kuò)展，分別接鍵盤(pán)的輸入、輸出顯示，8255接步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分配器，分別并行控制X軸和Z軸的步進(jìn)電機(jī)。另外，還要考慮機(jī)床與單片機(jī)之間的光電隔離，功率放大電路等。其硬件框圖如圖3－1所示：圖3－28031芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖各引腳功能簡(jiǎn)要介紹如下：⒈源引腳VSS：電源接地端。VCC：＋5V電源端。⒉輸入/輸出（I/O）口線(xiàn)8031單片機(jī)有P0、P1、P2、P34個(gè)端口，每個(gè)端口8根I/O線(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，P0口用來(lái)輸出低8位并行數(shù)據(jù)，P2口用來(lái)輸出高8位地址，P3口除可作為一個(gè)8位準(zhǔn)雙向并行口外，還具有第二功能，各引腳第二功能定義如下：P3.0RXD：串行數(shù)據(jù)輸入端。P3.1TXD：串行數(shù)據(jù)輸出端P3.2INT0：外部中斷0請(qǐng)求信號(hào)輸入端。P3.3INT1：外部中斷1請(qǐng)求信號(hào)輸入端。P3.4T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端P3.5T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端P3.6WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通。P3.7RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。在進(jìn)行第二功能操作前，對(duì)第二功能的輸出鎖存器必須由程序置1。⒊信號(hào)控制線(xiàn)RST/VPD：RST為復(fù)位信號(hào)線(xiàn)輸入引腳，在時(shí)鐘電路工作以后，該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，完成一次復(fù)位操作。8031單片機(jī)采用兩種復(fù)位方式：一種是加電自動(dòng)復(fù)位，另一種為開(kāi)關(guān)復(fù)位。ALE/PROG：ALE是地址鎖存允許信號(hào)。它的作用是把CPU從P0口分時(shí)送出的低8位地址鎖存在一個(gè)外加的鎖存器中。外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。當(dāng)其為低電平時(shí)有效。
VPP：當(dāng)EA為高電平且PC值小于0FFFH時(shí)CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。當(dāng)EA為低電平時(shí)，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的程序。XTAL1：震蕩器的反相放大器輸入，使用外部震蕩器時(shí)必須接地；XTAL2：震蕩器的反相放大器輸出，使用外部震蕩器時(shí)，接收震蕩信號(hào)；（2）片外三總線(xiàn)結(jié)構(gòu)單片機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中，常常要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器、I/O口等。單片機(jī)的引腳，除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘輸入以及用戶(hù)I/O口外，其余的引腳都是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的，這些引腳構(gòu)成了三總線(xiàn)形式：⒈地址總線(xiàn)AB地址總線(xiàn)寬度為16位。因此，外部存儲(chǔ)器直接尋址范圍為64KB。由P0口經(jīng)地址鎖存器提供16位地址總線(xiàn)的低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。⒉數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB數(shù)據(jù)總線(xiàn)寬度為8位，由P0口提供。⒊控制總線(xiàn)CB控制總線(xiàn)由第二功能狀態(tài)下的P3口和4根獨(dú)立的控制線(xiàn)RST、EA、ALE和PSEN組成。其引腳圖如圖3－3所示：3.1.28255A可編程并行I/O口擴(kuò)展芯片8255A可編程并行I/O口擴(kuò)展芯片可以直接與MCS系列單片機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)連接，它具有三個(gè)8位的并行I/O口，具有三種工作方式，通過(guò)編程能夠方便地采用無(wú)條件傳送、查詢(xún)傳送或中斷傳送方式完成CPU與設(shè)備之間的信息交換。8255A的結(jié)構(gòu)及引腳功能：1、8255A的結(jié)構(gòu)8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3－4所示。其中包括三個(gè)8位并行數(shù)據(jù)I/O端口，二個(gè)工作方式控制電路，一個(gè)讀/寫(xiě)控制邏輯電路和一個(gè)8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器。各部分功能介紹如下：（1）三個(gè)8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器?？删幊虨?位輸入、或8位輸出、或8位雙向寄存器。B口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位輸入或輸出寄存器，但不能雙向輸入/輸出。C口：具有一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，C口可分作兩個(gè)4位口，用于輸入或輸出，也可作為A口和B口選通方式工作時(shí)的狀態(tài)控制信號(hào)。（2）工作方式控制電路A、B兩組控制電路把三個(gè)端口分成A、B兩組，A組控制A口各位和C口高四位，B組控制B口各位和C口低四位。兩組控制電路各有一個(gè)控制命令寄存器，用來(lái)接收由CPU寫(xiě)入的控制字，以決定兩組端口的工作方式。也可根據(jù)控制字的要求對(duì)C口按位清“0”或置“1”。（3）讀/寫(xiě)控制邏輯電路它接收來(lái)自CPU的地址信號(hào)及一些控制信號(hào)，控制各個(gè)口的工作狀態(tài)。（4）數(shù)據(jù)總線(xiàn)緩沖器它是一個(gè)三態(tài)雙向緩沖器，用于和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線(xiàn)直接相連，以實(shí)現(xiàn)CPU和8255A之間信息的傳送。
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所謂“概念”指的是“反映對(duì)象的本質(zhì)屬性的思維形式”，是“人們通過(guò)實(shí)踐，從對(duì)象的許多屬性中，抽出其特有屬性概括而成”的。人對(duì)世界的認(rèn)識(shí)、人類(lèi)的全部文化、科學(xué)知識(shí)以及思想，都是由概念組成的。從這個(gè)意義上說(shuō)，沒(méi)有概念，就沒(méi)有人類(lèi)的歷史，就沒(méi)有人類(lèi)的一切文明成果。因此，“概念設(shè)計(jì)”從本質(zhì)上說(shuō)，提供的是“思想”。所謂“反映對(duì)象本質(zhì)屬性的思維形式”指的就是通過(guò)某種媒介或手段，把我們對(duì)事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識(shí)確定下來(lái)。媒介有許多不同的類(lèi)型，文字符號(hào)是一種表達(dá)概念的媒介，視覺(jué)符號(hào)也是一種表達(dá)概念的媒介。就設(shè)計(jì)藝術(shù)而言，“概念設(shè)計(jì)”就是用視覺(jué)語(yǔ)言把我們對(duì)事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識(shí)表達(dá)出來(lái)，這種認(rèn)識(shí)就是我們從事物中提煉、概括出來(lái)的概念或思想。因此，它在本質(zhì)上是對(duì)“思想”的設(shè)計(jì)，換句話(huà)說(shuō)，它提供的是創(chuàng)意，即從某種理念、思想出發(fā)，對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目在觀念形態(tài)上進(jìn)行的概括、探索和總結(jié)，為設(shè)計(jì)活動(dòng)正確深入的開(kāi)展指引前進(jìn)的方向。
2概念設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍
概念設(shè)計(jì)在不同的領(lǐng)域中有不同的含義、不同的對(duì)象。除了上述設(shè)計(jì)藝術(shù)領(lǐng)域之外，在產(chǎn)品的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、銷(xiāo)售等領(lǐng)域中也有廣泛的應(yīng)用。這一類(lèi)的“概念設(shè)計(jì)”指的是對(duì)某種經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售思想、策略的策劃。所謂“概念”是對(duì)企業(yè)、產(chǎn)品、管理、營(yíng)銷(xiāo)理念等方面的特殊性做出的概括。按主體不同，對(duì)這一類(lèi)的“概念設(shè)計(jì)”可分為三個(gè)方面：即企業(yè)概念、品牌概念和產(chǎn)品概念。
除了物質(zhì)生產(chǎn)領(lǐng)域之外，在影視、戲劇、展覽策劃等文化生產(chǎn)領(lǐng)域，概念設(shè)計(jì)也發(fā)揮著重要作用，特別是在科幻題材影視創(chuàng)作中，那些在現(xiàn)實(shí)中不存在的場(chǎng)景和道具都需要設(shè)計(jì)師根據(jù)預(yù)先設(shè)定的概念進(jìn)行創(chuàng)作。
概念設(shè)計(jì)早在20世紀(jì)80年代，在國(guó)外就已經(jīng)開(kāi)始為設(shè)計(jì)界所廣泛關(guān)注。美國(guó)平面設(shè)計(jì)師愛(ài)倫•霍伯特（AllenHubert）當(dāng)時(shí)曾經(jīng)撰寫(xiě)了一本書(shū)，題目就叫“ConceptualDesign”（概念設(shè)計(jì)），內(nèi)容是針對(duì)平面設(shè)計(jì)中如何組織創(chuàng)意，如何賦予設(shè)計(jì)對(duì)象某種理念或思想，更好地推廣企業(yè)和產(chǎn)品，引導(dǎo)消費(fèi)者。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)很少有人從“概念設(shè)計(jì)”的角度理解、重視這個(gè)問(wèn)題。在設(shè)計(jì)領(lǐng)域始終倡導(dǎo)并努力實(shí)踐“概念設(shè)計(jì)”的是工業(yè)設(shè)計(jì)，由于工業(yè)產(chǎn)品具有批量化、自動(dòng)化和時(shí)尚性等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)領(lǐng)域帶來(lái)的影響更直接，對(duì)市場(chǎng)信息做出的反映更迅速、更靈敏，在推廣一個(gè)新產(chǎn)品之前，概念設(shè)計(jì)就顯得十分重要。特別是汽車(chē)工業(yè)，概念設(shè)計(jì)成為推動(dòng)汽車(chē)工業(yè)不斷創(chuàng)新的發(fā)動(dòng)機(jī)。廠家對(duì)新的時(shí)尚、技術(shù)和功能的探索往往首先通過(guò)概念設(shè)計(jì)來(lái)完成，同時(shí)，概念車(chē)也成為引領(lǐng)時(shí)尚的風(fēng)向標(biāo)。
3概念設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)
（1）獨(dú)創(chuàng)性。概念設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的獨(dú)創(chuàng)性和原創(chuàng)性，從形式和內(nèi)容上都排斥業(yè)已存在的東西。當(dāng)然，這不是說(shuō)不能使用歷史上已經(jīng)存在的形式符號(hào)和材料做法，而是必須以新的手法、新的視角加以運(yùn)用。
（2）抽象性。概念的形成是對(duì)紛然陳雜的生活現(xiàn)象提煉、概括、抽象的結(jié)果。任何概念都有一定的抽象性，它來(lái)源于我們提煉出的某種理念或思想，我們欲倡導(dǎo)、傳揚(yáng)的主張以及我們欲表達(dá)的某種意象。例如：柯布西埃設(shè)計(jì)的郎香教堂、賴(lài)特設(shè)計(jì)的流水別墅、密斯設(shè)計(jì)的法恩斯沃斯住宅等等，不管它們是否經(jīng)歷過(guò)我們所稱(chēng)的“概念設(shè)計(jì)”階段，但它們都表現(xiàn)出了概念設(shè)計(jì)所具有的全部特征。這幾位現(xiàn)代建筑的開(kāi)創(chuàng)者都曾經(jīng)確立了他們的新建筑概念，沒(méi)有這些理念的引導(dǎo)，沒(méi)有對(duì)這些主張堅(jiān)定不移的實(shí)踐，他們的作品就不可能對(duì)后世產(chǎn)生如此大的影響力。
（3）探索性。概念設(shè)計(jì)可以不過(guò)多地涉及具體的功能問(wèn)題（這類(lèi)問(wèn)題可以在方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行修正），即使考慮功能問(wèn)題，也是概念性的，原理性的或邏輯推論性的、說(shuō)得更直接一點(diǎn)就是紙上談兵。它更像一個(gè)探索性的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，與實(shí)際生活保持一定距離，可以保證思維有足夠的想象空間。
（4）先進(jìn)性。概念設(shè)計(jì)要求我們立足于時(shí)代最先進(jìn)的技術(shù)和社會(huì)意識(shí)，有足夠的勇氣去嘗試最新的東西（新技術(shù)、新材料、新工藝、新的生活觀念），凝聚時(shí)代最先進(jìn)的技術(shù)成果，使其處于時(shí)代的前端，否則就談不上是什么“概念設(shè)計(jì)”。
4概念的誤區(qū)
（1）概念虛無(wú)。有人認(rèn)為，所謂的概念不過(guò)是廣告人或策劃人“編”出來(lái)的光環(huán)，未必是騙人的，但卻離實(shí)際很遠(yuǎn)，至少是有誤導(dǎo)的嫌疑。社會(huì)上也的確有一些夸大其辭或空穴來(lái)風(fēng)式的概念炒作，這反過(guò)來(lái)又加深了人們對(duì)概念的誤解。其實(shí)我們可以這樣去理解，概念或者是對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象所固有屬性的某種概括（設(shè)計(jì)對(duì)象有許多屬性，不一定只有一種），或者是一種對(duì)可及目標(biāo)的追求，是實(shí)際存在的東西。
（2）概念無(wú)用。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，的確有許多人沒(méi)有從概念設(shè)計(jì)的角度考慮方案，也能夠創(chuàng)作出不錯(cuò)的作品。但是，這類(lèi)作品往往不具有開(kāi)創(chuàng)性和激勵(lì)社會(huì)不斷探索的精神。這只能說(shuō)明脫離了追求“概念”常常是這類(lèi)作品落入陳規(guī)、俗套的一種原因。實(shí)際上，認(rèn)真的創(chuàng)作幾乎不可避免地涉及到對(duì)許多概念的分析，單就形式語(yǔ)言本身來(lái)說(shuō)，就存在各種不同的概念。成熟的設(shè)計(jì)師在做方案之前，總是要有一個(gè)明確的主導(dǎo)思想，要達(dá)到什么目標(biāo)、體現(xiàn)什么精神、突出什么特征等等，這些就是概念設(shè)計(jì)的內(nèi)涵。所謂“概念無(wú)用”，是由于人們沒(méi)有認(rèn)識(shí)到它的價(jià)值或誤解為華而不實(shí)的花招，這實(shí)在是一種莫大的偏見(jiàn)。
（3）概念游戲。這是在實(shí)際操作中表現(xiàn)出的草率、脫離實(shí)際、缺乏認(rèn)真求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。認(rèn)識(shí)到概念設(shè)計(jì)在創(chuàng)新和推動(dòng)商業(yè)利益方面產(chǎn)生的作用，但沒(méi)有用科學(xué)的、務(wù)實(shí)的態(tài)度去操作，而是夸大其辭、玩詞藻，靠耍小聰明進(jìn)行詭秘的“包裝”，怎么“洋”怎么來(lái)，怎么“時(shí)髦”怎么來(lái)，然而這種花拳秀腿最終是遮掩不住設(shè)計(jì)因脫離實(shí)際，缺乏認(rèn)真求實(shí)的科學(xué)態(tài)度而導(dǎo)致的缺陷的。
5概念的塑造
任何一個(gè)實(shí)際存在的項(xiàng)目都具有一定的概念，它或許是陳舊的、歷史性的，或許是潛在的、模糊的，或許是地域性、具有行業(yè)特征的等等。拿產(chǎn)品為例，任何產(chǎn)品都具有它獨(dú)有的功能、特點(diǎn)，或者表現(xiàn)在技術(shù)上，或者表現(xiàn)在它所處的氛圍上。比如保暖內(nèi)衣，首先和其它內(nèi)衣相比更具有獨(dú)特的保暖功能，“保暖”這一概念已被廣泛地運(yùn)用了；同是保暖內(nèi)衣，大家在科技含量、組成材料、穿著感覺(jué)等方面尋求著自己的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)又是各自產(chǎn)品所獨(dú)有的。這些特點(diǎn)已構(gòu)成了成為概念的因素，為了讓公眾真正了解其獨(dú)特之處，就有必要把這種特點(diǎn)用形象的說(shuō)法“亮”出來(lái)。從另一個(gè)方面思考，如果產(chǎn)品并不具備特殊的優(yōu)勢(shì)，沒(méi)有哪一點(diǎn)可以包裝成概念，那么就必須承認(rèn)它在市場(chǎng)上很難與實(shí)力對(duì)手相抗?fàn)帯２粷M(mǎn)足于此，就要讓技術(shù)人員改進(jìn)工藝、用料等做出特色來(lái)。在做出來(lái)之前，這個(gè)特色是被“想象”出來(lái)的，那么這個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)就可以成為“概念”。拿一些大城市如北京的一些房地產(chǎn)項(xiàng)目策劃舉例，北京是一個(gè)缺水干旱的城市，地勢(shì)平坦、季風(fēng)氣候顯著，大城市的一些弊病在這里都有突出的表現(xiàn)。在這樣的地理環(huán)境中建造居住區(qū)，創(chuàng)造水域以及大片的植被、改造地表形態(tài)等等，都對(duì)消費(fèi)者具有很強(qiáng)的吸引力。因此，開(kāi)發(fā)商制造了“水域花園”、“都市山莊”、“慧谷陽(yáng)光”等一系列這樣的概念，這樣的項(xiàng)目如果是建在昆明湖、北海、密云水庫(kù)周邊，其真實(shí)性是無(wú)庸置疑的，但恰恰這些項(xiàng)目大多數(shù)位于遠(yuǎn)離水域的地區(qū)。顯然，這個(gè)目標(biāo)是需要努力才能達(dá)到的。如此說(shuō)來(lái)，概念可被分為兩類(lèi)，一類(lèi)是提煉性概念，一類(lèi)是目標(biāo)性概念。
在概念設(shè)計(jì)的具體方法上，提煉性概念和目標(biāo)性概念是小異而大同的，既有各自的特殊性，但共同遵守的原則是一致的。
第一個(gè)原則是優(yōu)勢(shì)優(yōu)先。所謂“優(yōu)勢(shì)”是以市場(chǎng)為標(biāo)準(zhǔn)，而不是以企業(yè)、設(shè)計(jì)者或老總個(gè)人喜好為標(biāo)準(zhǔn)，這一點(diǎn)往往被混淆。比如說(shuō)啤酒，在質(zhì)量方面許多老總認(rèn)為自己在這方面最具優(yōu)勢(shì)，實(shí)際情況即便是這樣，而對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，支持質(zhì)量的眾多環(huán)節(jié)、嚴(yán)格體系又最難了解到，所以往往愿意在認(rèn)同質(zhì)量相同的前提下，從口味、價(jià)位、品牌等明顯因素上尋求購(gòu)買(mǎi)理由。推而廣之，我們要設(shè)計(jì)概念，就必須以“市場(chǎng)認(rèn)可的優(yōu)勢(shì)”為素材。
第二個(gè)原則是差異性。首先表現(xiàn)在概念素材即優(yōu)勢(shì)因素的差異性上，其次表現(xiàn)在概念的表達(dá)上。素材的選擇要體現(xiàn)獨(dú)特性，避免雷同；在概念的表達(dá)上也要體現(xiàn)獨(dú)創(chuàng)性，可以是通俗的，也可以是玄妙的，但通俗而不直白，玄妙而不蒙事。
第三個(gè)原則是務(wù)實(shí)性。概念必須是實(shí)際的、可行的、有根基的。目標(biāo)性概念盡管目前尚未達(dá)到，但通過(guò)努力是完全可能達(dá)到的，如果不能實(shí)現(xiàn)或難以實(shí)現(xiàn)，則會(huì)成為空談和虛妄，這樣的概念對(duì)企業(yè)是非常有害的。
第四個(gè)原則是概括性。適應(yīng)市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)因素要用專(zhuān)業(yè)的語(yǔ)言嚴(yán)密地表達(dá)出來(lái)，是件很麻煩的事兒，甚至可以寫(xiě)成文章，這和消費(fèi)者的認(rèn)知時(shí)間是相違背的。他們希望能夠迅速快捷地認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，這就需要對(duì)產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行概括，甚至概括成幾個(gè)字，還可以加點(diǎn)修飾，用些修辭手法，達(dá)到直觀、通俗、形象、生動(dòng)、有趣的效果，以致更好地讓公眾接受，讓公眾記得牢，目的就達(dá)到了。當(dāng)然還有一些較為含蓄的表達(dá)也可能更為高明，就是通過(guò)事物、現(xiàn)象、形象等讓公眾了解到這個(gè)概念的潛臺(tái)詞，比如北極人保暖內(nèi)衣啟用外星人形象來(lái)體現(xiàn)其科技含量。
概念設(shè)計(jì)可以被看作方法論層面上的設(shè)計(jì)思維訓(xùn)練，不在乎方案是否能夠?qū)嵤词故轻槍?duì)一個(gè)實(shí)際不存在的目標(biāo)，概念設(shè)計(jì)訓(xùn)練也是有意義的，要害是開(kāi)闊思路，探尋創(chuàng)新的靈感，在不受或較少受約束的情況下，最大限度地發(fā)揮想象力。這種設(shè)計(jì)通?？偸且c真實(shí)的適用性之間保持一定的距離，目的是給思維留有足夠的發(fā)揮想象力的空間。
摘要：“概念設(shè)計(jì)”不僅在當(dāng)代設(shè)計(jì)領(lǐng)域是被廣泛關(guān)注的一個(gè)話(huà)題，甚至在其他許多以創(chuàng)新為目標(biāo)的行業(yè)（IT行業(yè)、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理、商業(yè)銷(xiāo)售、廣告、演藝活動(dòng)、影視創(chuàng)作等等），人們都在談?wù)摗案拍钤O(shè)計(jì)”在推動(dòng)一個(gè)產(chǎn)品、一個(gè)工程、一項(xiàng)活動(dòng)、一個(gè)事件的過(guò)程中所起到的重要作用。因此，對(duì)于從事設(shè)計(jì)工作的人來(lái)說(shuō),弄清楚到底什么是概念設(shè)計(jì)，如何進(jìn)行概念設(shè)計(jì),是一件十分必要的事。
關(guān)鍵詞：概念設(shè)計(jì)；應(yīng)用范圍；主要特點(diǎn)；誤區(qū)；塑造
參考文獻(xiàn)
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一.擬定模具結(jié)構(gòu)形式
A.確定型腔數(shù)量及排列方式
型腔的數(shù)量是由廠方給定，為“一出四”即一模四腔，他們已考慮了本產(chǎn)品的生產(chǎn)批量（大批量生產(chǎn)）和自己的注射機(jī)型號(hào)。因此我們?cè)O(shè)計(jì)的模具為多型腔的模具。
考慮到模具成型零件和抽芯結(jié)構(gòu)以及出模方式的設(shè)計(jì)，模具的型腔排列方式如下圖所示：
B.模具結(jié)構(gòu)形式的確定
由于塑件外觀質(zhì)量要求高，尺寸精度要求一般，且裝配精度要求高，因此我們?cè)O(shè)計(jì)的模具采用多型腔多分型面。根據(jù)本塑件電動(dòng)機(jī)絕緣膠架的結(jié)構(gòu)，模具將會(huì)采用三個(gè)分模面，三個(gè)分型面。
二.注射機(jī)型號(hào)的確定
一般工廠的塑膠部都擁有從小到大各種型號(hào)的注射機(jī)。中等型號(hào)的占大部分，小型和大型的只占一小部分。所以我們不必過(guò)多的考慮注射機(jī)型號(hào)。具體到這套模具，廠方提供的注射機(jī)型號(hào)和規(guī)格以及各參數(shù)如下：
注射量：95g
鎖模力：120T
模板大?。?00×550
開(kāi)模距離：
推出形式：推出位置：推出行程：
三.分型面位置的確定
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時(shí)一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則：
1)分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處。
2)便于塑件順利脫模，盡量使塑件開(kāi)模時(shí)留在動(dòng)模一邊。
3)保證塑件的精度要求。
4)滿(mǎn)足塑件的外觀質(zhì)量要求。
5)便于模具加工制造。
6)對(duì)成型面積的影響。
7)對(duì)排氣效果的影響。
8)對(duì)側(cè)向抽芯的影響。
其中最重要的是第5）和第2）、第8）點(diǎn)。為了便于模具加工制造，應(yīng)盡是選擇平直分型面工易于加工的分型面。如下圖所示，采用A－A這樣一個(gè)平直的分型
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論文目錄
一.擬定模具結(jié)構(gòu)形式
二.注射機(jī)型號(hào)的確定
三.分型面位置的確定
本文作者：劉丹工作單位：黑龍江省克山縣北興鎮(zhèn)政府
運(yùn)作不夠規(guī)范，民主管理機(jī)制有待完善。我縣農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社名稱(chēng)、組建方式、遵循原則和運(yùn)作方式差別很大，有按企業(yè)組建的，有按合作制組建的，有按社團(tuán)組織組建的，一些農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社內(nèi)部工作機(jī)制不健全，民主管理、利益分配和監(jiān)督約束機(jī)制落實(shí)不到位，導(dǎo)致成員對(duì)組織的依存度不高，影響了農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社的發(fā)展壯大。
專(zhuān)業(yè)人才缺乏。農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社發(fā)展到今天，越來(lái)越多的合作社需要具備農(nóng)業(yè)技術(shù)知識(shí)，能管理、善管理的專(zhuān)業(yè)人才。但是由于工資待遇及思想認(rèn)識(shí)等問(wèn)題，真正的人才并不愿意加入農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社，大多數(shù)仍然依靠相關(guān)職能部門(mén)提供技術(shù)指導(dǎo)，仍處于初級(jí)階段，制約了合作社進(jìn)一步發(fā)展。利用科技提升合作社。一是信息到家。要及時(shí)編印農(nóng)村科技、市場(chǎng)銷(xiāo)售等信息，結(jié)合科技下鄉(xiāng)等活動(dòng)，進(jìn)行信息指導(dǎo)，確保農(nóng)民第一時(shí)間掌握市場(chǎng)需求信息。二是打造信息交流平臺(tái)。建立完善農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社網(wǎng)站，利用互聯(lián)網(wǎng)收集農(nóng)業(yè)科技信息，特別是產(chǎn)、供、銷(xiāo)等環(huán)節(jié)的市場(chǎng)信息。為專(zhuān)業(yè)合作社會(huì)員和農(nóng)民提供致富信息、市場(chǎng)行情、政策法規(guī)服務(wù)。三是通過(guò)網(wǎng)站、電子平臺(tái)引導(dǎo)，鼓勵(lì)和支持農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外超市、物流配送中心、農(nóng)產(chǎn)品加工流通企業(yè)建立銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)，參加有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品交易洽談會(huì)、博覽會(huì)、展示展銷(xiāo)會(huì)，通過(guò)訂單形式建立契約關(guān)系。
對(duì)農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社的扶持力度要進(jìn)一步加強(qiáng)。雖然國(guó)家《農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社法》已實(shí)施4年多，但地方的相關(guān)配套扶持政策相對(duì)滯后，或遲遲沒(méi)有出臺(tái)。省里和市、縣對(duì)農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社雖有一定的扶持，但財(cái)政專(zhuān)項(xiàng)扶持的資金數(shù)量較少，受惠面窄。一是農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社很難得到金融部門(mén)的信貸資金支持，特別是中長(zhǎng)期項(xiàng)目貸款更少。二是國(guó)農(nóng)有關(guān)扶持農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社的稅收居大不易還沒(méi)有完全落實(shí)到位。三是農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社在辦理自產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的品牌注冊(cè)，有機(jī)、綠色、無(wú)公害等標(biāo)識(shí)認(rèn)證過(guò)程中，被視同公司、企業(yè)、得不到相關(guān)政策扶持和優(yōu)惠。建品牌發(fā)展合作社。品牌化建設(shè)是專(zhuān)業(yè)合作社應(yīng)對(duì)市場(chǎng)挑戰(zhàn)、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和提高自身效益的重要途徑。引導(dǎo)農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社建立健全規(guī)范的信用管理制度，樹(shù)立現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品品牌戰(zhàn)略意識(shí)，實(shí)施品牌化經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略。
引導(dǎo)、鼓勵(lì)和支持農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社開(kāi)展無(wú)公害產(chǎn)品、綠色食品、有機(jī)食品生產(chǎn)基地和地理標(biāo)志產(chǎn)品等相關(guān)認(rèn)證和申請(qǐng)注冊(cè)產(chǎn)品商標(biāo)，提升產(chǎn)品價(jià)值，以信譽(yù)和品牌贏得市場(chǎng)。要以農(nóng)民合作示范社為標(biāo)尺，推行品牌化建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。從該市現(xiàn)有成功合作社的例子看，此舉應(yīng)當(dāng)是努力提高農(nóng)民專(zhuān)業(yè)合作社產(chǎn)品的知名度和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力核心作用力。
在瓶蓋機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，從理蓋、送蓋、傳送機(jī)構(gòu)、沖裁、壓入等工序進(jìn)行入手設(shè)計(jì)。理蓋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：在瓶蓋機(jī)機(jī)械系統(tǒng)中，會(huì)遇到一些形狀相對(duì)復(fù)雜的工件，在實(shí)際加工的過(guò)程中，要一邊進(jìn)行調(diào)整，一邊進(jìn)行修磨，這樣將會(huì)增加工件的加工周期。在理蓋的過(guò)程中，瓶蓋的正面需要朝上，只有這樣，才可以保障紙片順利的壓入其中，如果瓶蓋處于其他狀態(tài)，紙片將無(wú)法被壓入瓶蓋中，甚至還會(huì)因?yàn)闄C(jī)械之間的碰撞，發(fā)生設(shè)備的故障等等。所以針對(duì)瓶蓋機(jī)機(jī)械系統(tǒng)中的理蓋機(jī)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行的設(shè)計(jì)為定向設(shè)計(jì)。定向設(shè)計(jì)采用的方法有兩種：積極定向、消極定向。積極定向設(shè)計(jì)主要是采用請(qǐng)執(zhí)行措施，將理蓋中不符合定向要求的物件轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)定的基準(zhǔn)方向，消極定向設(shè)計(jì)，就是讓符合定向基準(zhǔn)的物件在輸送道上始終的保持穩(wěn)定的狀態(tài)，并將其中不符合定向基準(zhǔn)物件剔除。
瓶蓋傳送結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：在瓶蓋傳送的過(guò)程中，到達(dá)沖裁位置時(shí)必須保證是整齊排列的，正對(duì)著沖刀，為此在紙片沖裁之前安裝一個(gè)卡輪裝置，使用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，一個(gè)齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)、一個(gè)齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣可以保障瓶蓋到達(dá)沖裁位置的時(shí)候，可以順利的將沖裁紙片塞入瓶蓋中。其中為了保證紙片可以充分的得到利用，瓶蓋和紙片的輸送不能保持在一條直線(xiàn)上，需要保持一定的角度。瓶蓋的傳送結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要滿(mǎn)足三個(gè)要求：第一，克服瓶蓋和軌道之間產(chǎn)生的摩擦力；第二，克服卡輪自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性；第三，保證保證瓶蓋可以在軌道上順利的前行。
沖裁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：需要沖裁的紙片需要具備一定的厚度和硬度，在紙片送到?jīng)_裁位置時(shí)，需要先將其攤平，然后將其輸送到瓶蓋的正上方。沖裁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用的是動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)主動(dòng)軸，使其旋轉(zhuǎn)進(jìn)而帶動(dòng)偏心輪，使得沖頭支架的導(dǎo)軌上進(jìn)行上下往復(fù)滑動(dòng)。其中采用的偏心軸，與沖壓模具的曲柄機(jī)構(gòu)相連，在完成沖裁的紙片，將直接進(jìn)行沖壓，這種設(shè)計(jì)可以保證沖裁機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性、降低瓶蓋機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的磨損。壓入結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：完成沖裁的紙片需要塞入瓶蓋內(nèi)，但是因?yàn)榧埰馁|(zhì)量較小，其一般情況下在落入瓶蓋時(shí)，將停留在廁內(nèi)螺紋之間，及時(shí)有的紙片落入瓶蓋的底部，但是沒(méi)有固定的鑲嵌圈，在瓶蓋翻過(guò)來(lái)之后，紙片非常容易掉落。為了保障紙片在進(jìn)入瓶蓋之后不發(fā)生掉落，實(shí)施壓入，在電氣的作用下將紙片壓入瓶蓋內(nèi)。該壓入結(jié)構(gòu)在紙片的沖裁結(jié)構(gòu)之后，與沖裁中的沖刀是同步運(yùn)行的，也就是說(shuō)可以保證紙片的沖裁和壓入是同時(shí)進(jìn)行的。
2結(jié)論
