發(fā)布時間：2023-02-03 03:35:21
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的設(shè)計概論論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
該案項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，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，周圍還設(shè)有貨檢設(shè)施、配套政府辦公設(shè)施、停車場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)計者對基地分析研究后發(fā)現(xiàn)深港雙方基地成一定的夾角關(guān)系，正交柱網(wǎng)無法妥善處理平面布局關(guān)系，因此突破性地多引入一個向量；同時通過對條狀薄片進行打結(jié)試驗，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目的核心設(shè)計元素。此次建筑表皮設(shè)計手法是在五邊體中交叉疊加的特點基礎(chǔ)上進行數(shù)字變換，形成立體編織的視覺效果（圖3），與屋面呈一定角度的片狀太陽能構(gòu)件可以提高太陽能轉(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)計造型及外表皮相對復(fù)雜，因此整個設(shè)計運用了數(shù)字設(shè)計的手段，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
金屬表皮已經(jīng)成為當(dāng)下十分流行的趨勢，鋁合金、鈦鋅合金、銅等材料等在建筑設(shè)計上得到了廣泛的應(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)模化車間的生產(chǎn)減少了現(xiàn)場施工量，易于加工，促進了生產(chǎn)效率提高。金屬本身的耐腐蝕、耐久性都較其他材料要強，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)，進而在工地進行組裝，極其便于施工，能夠大大的縮短施工周期，降低了人工成本。現(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，而且又能起到保護與創(chuàng)新的雙重作用。透過金屬表皮，原有建筑透過金屬表皮傳達出歷史的信息，視線又會被其所表現(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)計是通過大量的節(jié)能設(shè)計計算的，例如輻射計算、對銅、鋅板角度的模擬測試等，該設(shè)計力求符合當(dāng)今低碳節(jié)能的設(shè)計潮流，達到一個綠色建筑應(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，可以有效地過濾太陽輻射，并且能夠配合自然通風(fēng)、太陽能照明取熱等節(jié)能技術(shù)（圖5），保證了室內(nèi)實現(xiàn)向外滲透地最大可能性。與此同時，金屬材料的可重復(fù)利用性減少了材料的浪費，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，而銅的回收率則達到了100%。另外，金屬材料不會對環(huán)境造成污染，可謂是名副其實的綠色環(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，建筑表皮逐漸地從結(jié)構(gòu)的束縛中解脫出來，在建筑師們的不斷的嘗試與創(chuàng)新中，通過運用新型的建造技術(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。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。我國對技術(shù)美學(xué)的研究不斷地拓展和深化，在借鑒與吸收國外研究成果的基礎(chǔ)上，探索一條符合中國當(dāng)代技術(shù)美學(xué)理論與內(nèi)容的體系。目前國內(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)活動和產(chǎn)品所表現(xiàn)的審美價值，是一種綜合性的美。從構(gòu)成來看，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
目前國內(nèi)技術(shù)美學(xué)研究大多是關(guān)于基本原理的研究，對技術(shù)美學(xué)思想史的研究還很少。并且，對西方技術(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)運動、包豪斯及工業(yè)設(shè)計的興起、發(fā)展過程等等。其實，技術(shù)美的創(chuàng)造不只是大機器生產(chǎn)出現(xiàn)以后才有，技術(shù)作為人類改造自然的手段和方法，它不僅包括機械化工業(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)同人類歷史一道自古以來就存在著，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)上就沒有本質(zhì)的差異?！?/p>
3.3技術(shù)美學(xué)發(fā)展趨勢
現(xiàn)如今，建筑師越來越認(rèn)識到技術(shù)對象的審美價值。他們試圖在自己的美學(xué)理論中對此加以分析，擴大研究視野，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)具有強烈的實踐性和可操作性，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)具有強烈的實踐性和可操作性，用于指導(dǎo)當(dāng)代物質(zhì)審美文化建設(shè)。技術(shù)美學(xué)對實踐的介入主要通過設(shè)計活動來進行，它不僅為最佳而合理的設(shè)計觀提供思想基礎(chǔ)，也為設(shè)計活動提供理論指導(dǎo)。技術(shù)美學(xué)不只是美學(xué)自身的邏輯發(fā)展和延伸，更是人類實踐過程中審美創(chuàng)造智慧的結(jié)晶和運用。技術(shù)美學(xué)對實踐的介入主要通過設(shè)計活動來進行。它不僅為最佳而合理的設(shè)計觀提供思想基礎(chǔ)，也為設(shè)計活動提供理論指導(dǎo)。技術(shù)美學(xué)不只是美學(xué)自身的邏輯發(fā)展和延伸，更是人類實踐過程中審美創(chuàng)造智慧的結(jié)晶和運用。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)計觀念、方法等宏觀問題，也應(yīng)該關(guān)注設(shè)計實踐中的具體問題，把技術(shù)美學(xué)的基本觀點微觀化、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)雜的問題。這樣，技術(shù)美學(xué)才具有強大的生命力。
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)中的覺醒，注重發(fā)揮建筑結(jié)構(gòu)和建筑材料的性能特點，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相對獨立的膜結(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舊金山deYoungMuseum中銅穿孔板的使用。穿孔板的紋理重現(xiàn)了陽光下斑駁的樹影意向，創(chuàng)造出詩意的建筑（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，使之滿足結(jié)構(gòu)要求，并且在295mm寬交錯柵格上打圓孔從而減輕自重并擴大建筑內(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自側(cè)向力的壓力，在壓力較小的區(qū)域可以只留下滿足結(jié)構(gòu)需求的材料。
4.3金屬表皮對舊建筑的保護
Peripheriques建筑事務(wù)所設(shè)計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)上進行改動，將原來的一個庭院改造為兩個，其中一個用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Z型的斜面引導(dǎo)著人流和視線的到達。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
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，次梁布置時宜按房屋的短向布置以取得較大的剛度［1］。該工程在主梁布置時采用X向與Y向均與柱剛接的方式，這樣既增加了主梁的豎向承載能力，又增加了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和冗余度，結(jié)構(gòu)的安全儲備得到增強，而且在罕遇地震時可以靠梁柱節(jié)點的塑形變形來消耗地震能量［2］。屋面結(jié)構(gòu)布置時，考慮到邊榀框架剛度較大，而中間榀作為大跨度框架剛度十分弱，中間與兩側(cè)變形差異較大對于結(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)計時采用了設(shè)置水平支撐的方式，具體見屋面結(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軸柱頂傳來的風(fēng)荷載可以由橫向支撐傳到A、D軸邊榀框架，傳力簡單明確，并且由于設(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算長度，增強了梁的穩(wěn)定性，能夠使梁的截面較小從而取得較大的經(jīng)濟利益。其中，在軟件中建立計算模型時屋面支撐可按PKPM（STS）中的斜桿輸入。屋面支撐設(shè)計時橫桿可按壓桿設(shè)計，斜桿可按拉桿設(shè)計，橫向及縱向支撐從概念上可以看成桁架，布置簡單，受力明確。
2立面結(jié)構(gòu)布置
立面布置時空間大、四周柱高度較高，一側(cè)沒有框架梁與之相連，詳情見中榀框架立面示意圖，如圖3所示。故其計算長度較大，長細(xì)比難以滿足規(guī)范要求的限值，長細(xì)比λ＝l／i（l為柱計算長度、i為柱截面回轉(zhuǎn)半徑）。因此，要減小長細(xì)比需從減小柱計算長度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)計規(guī)范》GB50017—2003附錄D［4］可知，柱上下兩端與之相連的框架梁剛度與柱剛度之比越大，柱計算長度越小。該工程設(shè)計時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有框架梁的一側(cè)，使i值明顯加大，通過以上兩種措施長細(xì)比得到了有效的控制。需要指出的是：工作經(jīng)驗較少的設(shè)計人員往往看到柱的長細(xì)比不滿足設(shè)計要求就加大柱截面，調(diào)整完后再一計算發(fā)現(xiàn)長細(xì)比不僅沒變小而且還有可能變大。從上邊的分析可知，框架梁截面不變，柱截面加大，梁柱線剛度比的數(shù)值減小即梁對柱的約束減弱，從而柱的計算長度系數(shù)就越大；而柱截面增大并不能有效增大回轉(zhuǎn)半徑i，故單純增大柱的截面往往起不到降低長細(xì)比的效果，反而得不償失。而該工程橫向為3跨，縱向為5跨，因此宜將工字形框架柱的弱軸宜沿橫向（Y向）布置以增強橫向剛度。經(jīng)軟件PKPM（SATWE）計算后，得出前三階周期，如表1所示。由于結(jié)構(gòu)材料為鋼材，強度較高，故按強度控制需要的構(gòu)件截面較小，而截面小直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度較弱不能滿足設(shè)計規(guī)范對位移的要求。若加大梁柱截面需要耗費較多的材料，且結(jié)構(gòu)剛度提高得并不明顯，效果也不好。無支撐框架的變形主要為梁柱的彎曲變形，而支撐的變形主要是軸向變形。眾所周知，相同的荷載、相同的截面軸向變形遠小于彎曲變形，根據(jù)這個常識，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)多道防線的概念設(shè)計，需要指出的是框架－支撐體系中，支撐框架是第一道防線［4］，在強烈地震中支撐先屈服，內(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)大于彈性計算的總剪力。故設(shè)計規(guī)范要求，框架部分按剛度分配計算得到的地震剪力應(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％與框架部分計算最大層剪力的1．8倍這兩個數(shù)值之間，選取較小值。柱間支撐的布置有多種形式，常見的中心支撐有“X”形、“人”字形及“K”形等等。1）其中“X”形支撐可按拉桿進行截面設(shè)計，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，按桿件受壓計算截面承載力時，計算公式為N＝×f×A（f為材料強度，A為截面面積，N為承載力），應(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)計時可不必考慮受壓穩(wěn)定系數(shù)的影響。因此，按拉桿設(shè)計時所需截面小于按壓桿設(shè)計所需界面，故能夠取得較好的經(jīng)濟效益，需要指出的是根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011—2010第8．4．1條第1款規(guī)定一、二、三級中心支撐不得采用拉桿設(shè)計，四級采用拉桿設(shè)計時，其長細(xì)比不應(yīng)大于180。而由于該工程抗震等級為三級，故計算時不能采用拉桿設(shè)計。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)件長度一般小于“X”形支撐的斜桿構(gòu)件，故其經(jīng)濟性較好。但是根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011—2010第8．2．6條第2款規(guī)定：人字支撐和V形支撐的框架梁在支撐連接處應(yīng)保持連續(xù)，并按不計入支撐支點作用的梁驗算重力荷載和支撐屈曲時不平衡力作用下的承載力；不平衡力應(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倍計算［5］。必要時，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在柱中位置處，在罕遇地震作用下，在支撐交匯點處比較容易出現(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“強柱弱梁”的設(shè)計概念，因此從抗震角度來講不宜采用“K”形支撐。支撐的截面形式可采用單槽鋼、單角鋼、雙角鋼、雙槽鋼、H形鋼、鋼管等等。以上幾種截面除鋼管外均有弱軸，在相同的計算長度內(nèi)，在壓力作用下構(gòu)件一般較弱軸失穩(wěn)，而強軸方向又得不到充分的利用，而圓鋼管沿任意直徑方向均對稱，截面能夠得到有效的利用，因此該工程支撐截面選用的是圓鋼管。除了上述的中心支撐，還有偏心支撐。偏心支撐顧名思義即支撐桿件的軸線與梁柱的軸線不是相交于一點，而是偏離了一段距離。這樣設(shè)計的好處是可以將框架梁的一段設(shè)計成耗能梁段從而吸收耗散地震能量。該工程未采用這種支撐，故不做詳細(xì)的討論。經(jīng)計算與分析表明：相鄰的兩跨柱間布置的兩道支撐剛度要大于相隔的兩跨柱間布置的兩道支撐剛度，即兩道緊貼的支撐剛度要大于分離的兩道支撐剛度。原因是兩道分離的支撐剛度之和僅為各自剛度的相加，而兩道緊貼的支撐由于其合并在一起，其力臂加高了一倍，故其剛度肯定要比各自剛度相加的數(shù)值要大，故設(shè)計時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布置。因此，在布置支撐時不應(yīng)只從結(jié)構(gòu)力學(xué)的角度來進行設(shè)計，還要考慮設(shè)計工藝的要求，盡量做到經(jīng)濟合理、安全適用。
3柱腳設(shè)計
1.1概念設(shè)計知識分類與表達
概念設(shè)計是對設(shè)計問題加以描述,并以方案的形式提出眾多解的設(shè)計階段[7].概念設(shè)計從不同的角度有多種定義[8].一般認(rèn)為,概念設(shè)計是指以設(shè)計要求為輸入、以最佳方案為輸出的系統(tǒng)所包含的工作流程,是一個由功能向結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換過程。
圖1描述了一般概念設(shè)計的工作流程,它包含綜合與評價兩個基本過程。綜合是指根據(jù)設(shè)計要求,運用各種分析、設(shè)計方法推理而生成的多個方案,是個發(fā)散過程；評價則從方案集中擇出最優(yōu),是個收斂過程。概念設(shè)計是將所設(shè)計的產(chǎn)品看成一個系統(tǒng),運用系統(tǒng)工程的方法去分析和設(shè)計。具體說,概念設(shè)計就是將設(shè)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(tǒng)進行再次分解,生成更低一級的功能單元,經(jīng)過這樣逐層分解,直至對應(yīng)的各個最末端功能單元能夠找到一個可以實現(xiàn)的技術(shù)原理解。概念設(shè)計的主要任務(wù)是功能到結(jié)構(gòu)的映射,概念設(shè)計過程主要包括：功能創(chuàng)新、功能分析和功能結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)計的過程及人在設(shè)計時的認(rèn)知特點將概念設(shè)計知識分為元知識和實例知識（其分類如圖2所示）。元知識中主要包括功能知識、技術(shù)原理解知識、結(jié)構(gòu)知識等。實例知識中主要包括方案設(shè)計實例、技術(shù)原理解實例、產(chǎn)品實例等知識。
（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(nèi)容、實現(xiàn)參數(shù)、性能指標(biāo)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(fù)雜些,一方面可用文字、數(shù)字表達它的說明、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。描述產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計狀況,是對原理域知識的細(xì)化和擴充,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（簡稱為功構(gòu)映射）就是對產(chǎn)品的功能模型進行結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的求解,是將產(chǎn)品功能性的描述轉(zhuǎn)化為能實現(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)實現(xiàn)的目的；而結(jié)構(gòu)則為實現(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)系一般而言是多對多的映射關(guān)系。一個功能可能由一個或多個特征或元件實現(xiàn),而一個特征或元件也可能完成一個或多個功能；
（4）實例知識。已成功或失敗的設(shè)計范例,包括方案設(shè)計實例,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)知識實例、技術(shù)原理解實例等。它包含了更多的實際因素,是類比設(shè)計和基于實例推理設(shè)計的基礎(chǔ)。
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(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。其中某個功能的實現(xiàn)可能會由幾個結(jié)構(gòu)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、刮平板等幾個結(jié)構(gòu)一起才能實現(xiàn)。圖3為該水泥攤鋪機的功能層次定義和功能分解結(jié)構(gòu)舉例。該產(chǎn)品所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)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)原理解簡圖、技術(shù)原理解的評價、參考產(chǎn)品,以及實現(xiàn)該功能的說明等相關(guān)的知識。
如何利用計算機技術(shù)對概念設(shè)計予以支持,對概念設(shè)計知識進行有效的管理,至今仍沒有較好的解決方法。目前的知識建模主要是專家系統(tǒng),最常用的知識模型包括框架、產(chǎn)生式規(guī)則、語義網(wǎng)絡(luò)、謂詞邏輯等。專家系統(tǒng)的知識建模主要側(cè)重符號層的系統(tǒng)實現(xiàn),很少考慮動態(tài)的,非結(jié)構(gòu)化的知識,造成專家系統(tǒng)解決問題的局限性,使得專家系統(tǒng)不能解決大型復(fù)雜問題。
本體作為“對概念化顯式的詳細(xì)說明”[9,10],研究領(lǐng)域內(nèi)的對象、概念和其他實體,以及它們之間的關(guān)系,可以很好地解決概念設(shè)計知識的表達、檢索和重用等問題。采用本體描述概念設(shè)計知識可以支持細(xì)粒度的產(chǎn)品語義信息的描述,可以形式化地定義特定領(lǐng)域的知識,如概念、事實、規(guī)則等；支持語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、無歧義的語義解釋,可以保證不同使用者之間進行語義層面的信息共享和互操作。
1.2本體建模過程描述
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)建必須滿足以下的要求：對目標(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、語言形式和XML文檔形式等。
基于本體的產(chǎn)品概念設(shè)計知識建模過程包括3個階段：
（1）產(chǎn)品概念設(shè)計知識目標(biāo)確定。產(chǎn)品概念設(shè)計知識定位,概念設(shè)計知識的定位決定本體構(gòu)造的功能需求及最終用戶。
（2）產(chǎn)品概念設(shè)計知識本體分析與建立。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語言進行形式化描述。這個階段是建立概念設(shè)計知識本體的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響到整個本體的生成質(zhì)量,同時也是工作量最大的階段。
（3）產(chǎn)品概念設(shè)計知識本體評價。對所創(chuàng)建的本體進行一致性及完備性評價。一致性是指術(shù)語之間的關(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。我們稱該3階段的組合為產(chǎn)品概念設(shè)計知識本體建模的一個生命周期（見圖6）。
1.3概念設(shè)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(jié)合圖3～圖5中的實際知識,從概念實體、概念屬性及概念間關(guān)系等方面來說明產(chǎn)品知識、功能知識、技術(shù)原理解知識、技術(shù)原理解實例等概念設(shè)計知識的本體表示,通過概念蘊涵、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,形成一個語義關(guān)系清晰的產(chǎn)品概念設(shè)計知識模型。建模采用目前最新的OWL語言描述。
表述的語義為一個滑模式水泥攤鋪機繼承了一個產(chǎn)品的所有屬性,此外還具備了關(guān)系屬性：攤鋪能力,同時,又對屬性攤鋪能力作了限制：只能應(yīng)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似屬性的定義,如攤鋪厚度和攤鋪速度等）。
（3）功能知識類
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表述的語義為一個功能知識只有一個功能名稱,且最少具有一個相關(guān)產(chǎn)品（省略了功能知識類似屬性的定義,如功能編號、功能說明、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時間、存儲位置等）。
（4）功能技術(shù)原理解類
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表述的語義為一個功能技術(shù)原理解具有對應(yīng)的功能名稱,相關(guān)的技術(shù)原理解簡圖（省略了技術(shù)原理解類似屬性的定義,如評價、參考產(chǎn)品、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時間、存儲位置等）。
上述描述中,使用類公理（subclassof）描述了兩個類（概念）之間的繼承關(guān)系,如滑模式水泥攤鋪機類是產(chǎn)品類的子類。在描述類屬性時,使用關(guān)系屬性（objectproperty）描述了類的某個屬性同時也表示了兩個類之間的某種關(guān)系,如攤鋪能力既是滑模式水泥攤鋪機類的一個屬性,同時也表達了和攤鋪寬度類之間的對應(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類,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)計知識管理的特點和優(yōu)勢
基于本體的概念設(shè)計知識管理可以讓設(shè)計人員更好地重用已有的概念設(shè)計知識,基于本體的概念設(shè)計知識管理具有以下的一些特點或優(yōu)勢：
（1）支持用戶定制知識類別。產(chǎn)品概念設(shè)計過程中,需要運用多種類型的知識,如：功能類、功能技術(shù)原理方案解類等。這些知識的描述和使用有著不同的特點,不能用相同的描述框架來處理?；诒倔w的設(shè)計知識建模允許用戶對設(shè)計中知識類別加以定制,針對每一類別定義其描述屬性,從而較好的解決了概念設(shè)計中多來源多類型知識的表示問題。
（2）支持概念共享的知識庫構(gòu)建。概念設(shè)計知識本體的構(gòu)造澄清了概念設(shè)計領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu),為概念設(shè)計知識的表示打好了基礎(chǔ),而本體中統(tǒng)一的術(shù)語和概念也使概念設(shè)計知識更好地共享成為可能?；诒倔w的概念設(shè)計知識表示在區(qū)分不同知識類別的同時,建立起概念間的共享聯(lián)系。通過概念間的共享機制,避免了設(shè)計知識庫的數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致問題,方便了知識的建模錄入、檢索及統(tǒng)計處理。
（3）多視圖和基于本體概念的知識檢索。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)庫查詢方法,由于其數(shù)據(jù)庫組織不是建立在能夠表示概念之間的關(guān)系、事實和實例的領(lǐng)域模型的基礎(chǔ)上,因此無法實現(xiàn)智能查詢和信息推理,也就無法解決語義異構(gòu)性問題。由于不同的組織和人員可能使用不同的詞語表示同一個含義,因此查詢系統(tǒng)得不到意義相同但用詞（語法）不同的內(nèi)容。當(dāng)需要對多個數(shù)據(jù)源進行查詢的時候問題更為明顯,多意詞和同義詞會使查詢得到許多不相關(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)計知識管理中由于具有統(tǒng)一的術(shù)語和概念,知識庫建立在本體的基礎(chǔ)上,使得基于知識的設(shè)計意圖匹配成為可能。采用基于知識、語義上的檢索匹配,對用戶的檢索請求,通過查詢轉(zhuǎn)換器按照本體把各種檢索請求轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的概念,在本體的幫助下從知識庫中匹配出符合條件的數(shù)據(jù)集合,解決了語義異構(gòu)的問題。
從人在設(shè)計時的認(rèn)知特點出發(fā),可以采用基于功能分解樹的功能設(shè)計知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)樹的結(jié)構(gòu)設(shè)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,實現(xiàn)基于知識檢索的設(shè)計意圖的匹配。
2、基于本體的概念設(shè)計知識管理
2.1概念設(shè)計知識管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
結(jié)合工程機械行業(yè)的實際,本文提出了圖7所示的基于本體的產(chǎn)品概念設(shè)計知識管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu),系統(tǒng)按照知識產(chǎn)生、獲取和利用的流程來構(gòu)建,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括概念設(shè)計知識管理工具、數(shù)據(jù)接口程序以及基于本體的概念設(shè)計知識庫,具體由4個部分構(gòu)成。
（1）概念設(shè)計知識獲取。概念設(shè)計知識的獲取包括從概念設(shè)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(shè)計知識獲取整個過程。
（2）概念設(shè)計知識維護。主要包括從概念設(shè)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(shè)計知識維護的過程,實現(xiàn)對本體的屬性修改,各類知識之間的關(guān)系維護,以及知識庫的更新等。
（3）概念設(shè)計知識檢索重用。系統(tǒng)中提供基于多視圖的知識檢索方式,如基于功能分解樹的功能設(shè)計知識檢索視圖、基于產(chǎn)品分解結(jié)構(gòu)樹的結(jié)構(gòu)設(shè)計知識檢索視圖,及用戶定義的其它知識檢索視圖。此外系統(tǒng)提供基于本體概念的知識檢索方式,通過本體映射庫,可以實現(xiàn)同義詞的檢索,保證可能會采用不同的概念和術(shù)語表示相同的設(shè)計信息的人可以得到相同的知識幫助。
（4）概念設(shè)計知識庫的構(gòu)建。要實現(xiàn)基于本體的,支持客戶自定義的概念設(shè)計知識管理,系統(tǒng)必須由足夠的柔性,支持各類知識的存儲,作為系統(tǒng)基石的知識庫的構(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)庫加上在此基礎(chǔ)上經(jīng)過本體定義工具動態(tài)生成的各類知識庫的方法保證基于本體的知識管理的實現(xiàn)。
2.2概念設(shè)計知識管理關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)
關(guān)鍵詞：數(shù)控機床，單片機數(shù)控系統(tǒng)，改裝設(shè)計
第一章概述
機床作為機械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計算機技術(shù)的興起，促使機床的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進行柔性自動化控制的新一代機床－數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實現(xiàn)機械加工工藝過程自動化的理想手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，同時使人們對傳統(tǒng)的機床傳動及結(jié)構(gòu)的概念發(fā)生了根本的轉(zhuǎn)變。數(shù)控機床以其優(yōu)異的性能和精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，并開創(chuàng)機械產(chǎn)品向機電一體化發(fā)展的先河。數(shù)控機床是以數(shù)字化的信息實現(xiàn)機床控制的機電一體化產(chǎn)品，它把刀具和工件之間的相對位置，機床電機的啟動和停止，主軸變速，工件松開和夾緊，刀具的選擇，冷卻泵的起停等各種操作和順序動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)控裝置或計算機，經(jīng)過譯碼，運算，發(fā)出各種指令控制機床伺服系統(tǒng)或其它的執(zhí)行元件，加工出所需的工件。數(shù)控機床與普通機床相比，其主要有以下的優(yōu)點：1.適應(yīng)性強，適合加工單件或小批量的復(fù)雜工件；在數(shù)控機床上改變加工工件時，只需重新編制新工件的加工程序，就能實現(xiàn)新工件加工。2.加工精度高；3.生產(chǎn)效率高；4.減輕勞動強度，改善勞動條件；5.良好的經(jīng)濟效益；6.有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化。數(shù)控機床已成為我國市場需求的主流產(chǎn)品，需求量逐年激增。我國數(shù)控機機床近幾年在產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)上取得了明顯的進步，特別是在機床的高速化、多軸化、復(fù)合化、精密化方面進步很大。但是，國產(chǎn)數(shù)控機床與先進國家的同類產(chǎn)品相比，還存在差距，還不能滿足國家建設(shè)的需要。我國是一個機床大國，有三百多萬臺普通機床。但機床的素質(zhì)差，性能落后，單臺機床的平均產(chǎn)值只有先進工業(yè)國家的1/10左右，差距太大，急待改造。舊機床的數(shù)控化改造，顧名思義就是在普通機床上增加微機控制裝置，使其具有一定的自動化能力，以實現(xiàn)預(yù)定的加工工藝目標(biāo)。隨著數(shù)控機床越來越多的普及應(yīng)用，數(shù)控機床的技術(shù)經(jīng)濟效益為大家所理解。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，機床的微機數(shù)控化改造已成為重要方面。許多工廠一面購置數(shù)控機床一面利用數(shù)控、數(shù)顯、PC技術(shù)改造普通機床，并取得了良好的經(jīng)濟效益。我國經(jīng)濟資源有限，國家大，機床需要量大，因此不可能拿出相當(dāng)大的資金去購買新型的數(shù)控機床，而我國的舊機床很多，用經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)改造普通機床，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高機床的自動化程度，比較符合我國的國情。1984年，我國開始生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，并用于改造舊機床。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。可以預(yù)料，今后，機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造將迅速發(fā)展和普及。所以說，本畢業(yè)設(shè)計實例具有典型性和實用性。
第二章總體方案的設(shè)計
2.1設(shè)計任務(wù)本設(shè)計任務(wù)是對CA6140普通車床進行數(shù)控改造。利用微機對縱、橫向進給系統(tǒng)進行開環(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)動元件采用步進電機，傳動系統(tǒng)采用滾珠絲杠副，刀架采用自動轉(zhuǎn)位刀架。2.2總體方案的論證對于普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造，在確定總體設(shè)計方案時，應(yīng)考慮在滿足設(shè)計要求的前提下，對機床的改動應(yīng)盡可能少，以降低成本。（1）數(shù)控系統(tǒng)運動方式的確定數(shù)控系統(tǒng)按運動方式可分為點位控制系統(tǒng)、點位直線控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)。由于要求CA6140車床加工復(fù)雜輪廓零件，所以本微機數(shù)控系統(tǒng)采用兩軸聯(lián)動連續(xù)控制系統(tǒng)。（2）伺服進給系統(tǒng)的改造設(shè)計數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。因為開環(huán)控制具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造容易、控制精度較好、容易調(diào)試、價格便宜、使用維修方便等優(yōu)點。所以，本設(shè)計決定采用開環(huán)控制系統(tǒng)。（3）數(shù)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計任何一個數(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，軟件才能有效地運行。在設(shè)計的數(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.時鐘頻率和字長與被控對象的運動速度和精度密切相關(guān)；2.可擴展存儲器的容量與數(shù)控功能的強弱相關(guān)；3.I/O口擴展的能力與對外設(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)用場合、控制對象以及各種性能、參數(shù)要求等，綜合起來考慮以確定CPU。在我國，普通機床數(shù)控改造方面應(yīng)用較普遍的是Z80CPU和MCS-51系列單片機，主要是因為它們的配套芯片便宜，普及性、通用性強，制造和維修方便，完全能滿足經(jīng)濟型數(shù)控機床的改造需要。本設(shè)計中是以MCS-51系列單片機，51系列相對48系列指令更豐富，相對96系列價格更便宜，51系列中，是無ROM的8051，8751是用EPROM代替ROM的8051。目前，工控機中應(yīng)用最多的是8031單片機。本設(shè)計以8031芯片為核心，增加存儲器擴展電路、接口和面板操作開關(guān)組成的控制系統(tǒng)。2.3總體方案的確定經(jīng)總體設(shè)計方案的論證后，確定的CA6140車床經(jīng)濟型數(shù)控改造示意圖如圖所示。CA6140車床的主軸轉(zhuǎn)速部分保留原機床的功能，即手動變速。車床的縱向（Z軸）和橫向（X軸）進給運動采用步進電機驅(qū)動。由8031單片機組成微機作為數(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電機轉(zhuǎn)動，經(jīng)齒輪減速后帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車床的縱向、橫向進給運動。刀架改成由微機控制的經(jīng)電機驅(qū)動的自動控制的自動轉(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：每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖個數(shù)和一個同步信號，經(jīng)隔離電路以及I/O接口送給微機。如圖2－1所示：
第三章微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
3.1微機數(shù)控系統(tǒng)硬件電路總體方案設(shè)計本系統(tǒng)選用8031CPU作為數(shù)控系統(tǒng)的中央處理機。外接一片2764EPROM，作為監(jiān)控程序的程序存儲器和存放常用零件的加工程序。再選用一片6264RAM用于存放需要隨機修改的零件程序、工作參數(shù)。采用譯碼法對擴展芯片進行尋址，采用74LS138譯碼器完成此功能。8279作為系統(tǒng)的輸入輸出口擴展，分別接鍵盤的輸入、輸出顯示，8255接步進電機的環(huán)形分配器，分別并行控制X軸和Z軸的步進電機。另外，還要考慮機床與單片機之間的光電隔離，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8031單片機有P0、P1、P2、P34個端口，每個端口8根I/O線。當(dāng)系統(tǒng)擴展外部存儲器時，P0口用來輸出低8位并行數(shù)據(jù)，P2口用來輸出高8位地址，P3口除可作為一個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請求信號輸入端。P3.3INT1：外部中斷1請求信號輸入端。P3.4T0：定時器/計數(shù)器0外部輸入端P3.5T1：定時器/計數(shù)器1外部輸入端P3.6WR：外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通。P3.7RD：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。在進行第二功能操作前，對第二功能的輸出鎖存器必須由程序置1。⒊信號控制線RST/VPD：RST為復(fù)位信號線輸入引腳，在時鐘電路工作以后，該引腳上出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，完成一次復(fù)位操作。8031單片機采用兩種復(fù)位方式：一種是加電自動復(fù)位，另一種為開關(guān)復(fù)位。ALE/PROG：ALE是地址鎖存允許信號。它的作用是把CPU從P0口分時送出的低8位地址鎖存在一個外加的鎖存器中。外部程序存儲器讀選通信號。當(dāng)其為低電平時有效。
VPP：當(dāng)EA為高電平且PC值小于0FFFH時CPU執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。當(dāng)EA為低電平時，CPU僅執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。XTAL1：震蕩器的反相放大器輸入，使用外部震蕩器時必須接地；XTAL2：震蕩器的反相放大器輸出，使用外部震蕩器時，接收震蕩信號；（2）片外三總線結(jié)構(gòu)單片機在實際應(yīng)用中，常常要擴展外部存儲器、I/O口等。單片機的引腳，除了電源、復(fù)位、時鐘輸入以及用戶I/O口外，其余的引腳都是為了實現(xiàn)系統(tǒng)擴展而設(shè)置的，這些引腳構(gòu)成了三總線形式：⒈地址總線AB地址總線寬度為16位。因此，外部存儲器直接尋址范圍為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DB數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0口提供。⒊控制總線CB控制總線由第二功能狀態(tài)下的P3口和4根獨立的控制線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口擴展芯片8255A可編程并行I/O口擴展芯片可以直接與MCS系列單片機系統(tǒng)總線連接，它具有三個8位的并行I/O口，具有三種工作方式，通過編程能夠方便地采用無條件傳送、查詢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8位并行數(shù)據(jù)I/O端口，二個工作方式控制電路，一個讀/寫控制邏輯電路和一個8位數(shù)據(jù)總線緩沖器。各部分功能介紹如下：（1）三個8位并行I/O端口A、B、CA口：具有一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個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8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個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8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器，C口可分作兩個4位口，用于輸入或輸出，也可作為A口和B口選通方式工作時的狀態(tài)控制信號。（2）工作方式控制電路A、B兩組控制電路把三個端口分成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控制命令寄存器，用來接收由CPU寫入的控制字，以決定兩組端口的工作方式。也可根據(jù)控制字的要求對C口按位清“0”或置“1”。（3）讀/寫控制邏輯電路它接收來自CPU的地址信號及一些控制信號，控制各個口的工作狀態(tài)。（4）數(shù)據(jù)總線緩沖器它是一個三態(tài)雙向緩沖器，用于和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，以實現(xiàn)CPU和8255A之間信息的傳送。
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選擇所需要的各單元設(shè)備和連接方式；確定需要研究的過程替代方案，列出主要設(shè)計變量（如原料配比、反應(yīng)時間、操作溫度、壓力等）；估計最佳的生產(chǎn)條件；確定最佳的過程方案；在流程圖上標(biāo)出哪些設(shè)備應(yīng)間歇操作，哪些應(yīng)連續(xù)；哪些生產(chǎn)步驟應(yīng)在一臺釜內(nèi)進行或每一步生產(chǎn)均單獨釜進行；為改善裝置操作的時間排列，何時采用并聯(lián)的間歇設(shè)備較為有利；需多少臺中間貯罐，如何布置；進行工程經(jīng)濟考核決策，如果經(jīng)濟效益不好，存在潛在效益呈負(fù)值時，要尋找其他方案或終止項目。
2第二層：確定流程圖輸入-輸出結(jié)構(gòu)（原料-產(chǎn)品）
每一步反應(yīng)進料在加料前是否需要預(yù)處理；副產(chǎn)物是移出還是循環(huán)；是否需要采用氣體循環(huán)和放空；某些反應(yīng)物是否值得回收并循環(huán)；有多少種產(chǎn)品產(chǎn)出；確定輸入-輸出結(jié)構(gòu)的設(shè)計變量（如原料配比、反應(yīng)時間、操作溫度、壓力等）以及與之相應(yīng)的投資變化；進行工程經(jīng)濟考核決策，如果經(jīng)濟效益不好，存在潛在效益呈負(fù)值，這時要尋找另外的方案或終止項目。
3第三層：流程圖的循環(huán)結(jié)構(gòu)
需要多少個反應(yīng)器系統(tǒng)，反應(yīng)器系統(tǒng)之間是否涉及分離問題；需要多少物料循環(huán)使用；在反應(yīng)器進料中是否有過量反應(yīng)物；是否需要氣體壓縮機和制氮機，費用幾何；反應(yīng)器是絕熱操作或用直接加熱或冷卻，加熱或冷卻采取何種介質(zhì)；是否考慮改變平衡轉(zhuǎn)化率，如何改變；反應(yīng)器費用對經(jīng)濟潛力的影響多大，經(jīng)濟潛力=產(chǎn)品價值-原料費用；最后進行工程經(jīng)濟考核決策，如果經(jīng)濟效益不好，存在潛在效益呈負(fù)值，這時要尋找另外的方案或終止項目。
4第四層：分離系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
反應(yīng)器的出料有三種可能：如為液體，需考慮液體分離系統(tǒng)；如為兩相混合物，可把化工反應(yīng)器制成帶有相分離功能；如全是蒸汽，需考慮蒸汽回收系統(tǒng)。（1）蒸汽回收系統(tǒng)①確定最佳位置，是在反應(yīng)器出口直接接冷凝器還是經(jīng)過一段冷卻管路后接冷凝器。②選擇最經(jīng)濟的蒸汽回收系統(tǒng)，是依次用循環(huán)水冷卻—新鮮水冷卻—低溫水冷卻；還是一步到位的直接用低溫水冷卻。（2）液體分離系統(tǒng)①如果輕組分會污染產(chǎn)品，應(yīng)該怎樣將其去除；②這些輕組分去向應(yīng)是什么；③是否需要循環(huán)與反應(yīng)物形成共沸物的組分，或是應(yīng)分割這些共沸物；④蒸餾可以完成哪些分離；⑤采用何種形式的塔，怎樣排列順序；⑥若蒸餾不可行，應(yīng)怎樣完成分離；（3）進行工程經(jīng)濟考核決策，如經(jīng)濟效益不好，存在潛在效益呈負(fù)值，這時要尋找其他方案或終止項目。
5第五層：熱交換器網(wǎng)絡(luò)
以能量集成分析為出發(fā)點計算換熱器網(wǎng)絡(luò)的最低熱量和冷量，熱交換器網(wǎng)絡(luò)其實就是節(jié)能設(shè)計。使反應(yīng)系統(tǒng)以最低的加熱量和冷卻量，并以最低能耗和最少換熱器臺數(shù)來實現(xiàn)最佳的生產(chǎn)目的。其基本過程為：向高于夾點溫度的過程供熱；向低于夾點溫度的過程移出熱量；確定換熱設(shè)備臺數(shù)；進行工程經(jīng)濟考核決策，如果經(jīng)濟效益不好，存在潛在效益成負(fù)值，這時要尋找另外的方案或終止項目。除上述五層分層決策外，還要考慮安全環(huán)保方面的制約條件，只有這些全部滿足經(jīng)濟考核決策要求，這個項目才是成功的項目。
6結(jié)論
雖然很多院校開設(shè)了“菜單設(shè)計”課程，但是由于本課程綜合性極強，涉及知識面廣，與其他專業(yè)課程交叉點較多，很多院校在教學(xué)過程中存在一些問題:一是開設(shè)課程較早，學(xué)生知識儲備不足。有的院校把本課程安排在第二或者第三學(xué)期，這時候?qū)W生在菜肴制作、烹飪營養(yǎng)等方面還不能靈活掌握與運用，在設(shè)計過程中不能透徹理解菜單設(shè)計的用意，設(shè)計時只能是簡單的菜品名稱羅列，有些學(xué)生甚至在羅列菜品名稱時連冷菜和熱菜都分不清。二是在教學(xué)中重理論、輕實踐。很多院校在教學(xué)過程中把本課程當(dāng)作理論教學(xué)，在授課過程中側(cè)重于教師在講臺上講授，對各種菜單設(shè)計要點的分析，而忽略了本課程的目標(biāo)是讓學(xué)生掌握各種菜單設(shè)計的方法和要求，能獨立設(shè)計不同的實用的菜單。
2“菜單設(shè)計”課程教學(xué)改革的教學(xué)實踐
2.1強調(diào)專業(yè)知識儲備，以各科專業(yè)知識為基礎(chǔ)，進行整體教學(xué)
長垣烹飪職業(yè)技術(shù)學(xué)院將由沈濤與彭濤老師主編、科學(xué)出版社出版的《菜單設(shè)計》作為授課教材。在本課程教學(xué)之初，授課教師就要求每一名學(xué)生在課下積累菜肴知識，要在大腦中至少儲存200道菜肴，包括菜名、原料、烹調(diào)方法、味道、成品色澤、口感及主要營養(yǎng)功效。要求學(xué)生每人準(zhǔn)備一個作業(yè)本，用來積累自己設(shè)計的菜單，以便進行比較教學(xué)，并關(guān)注各自的進步，提升對“菜單設(shè)計”學(xué)習(xí)的興趣與信心。
2.2以教師講授為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生實踐為主
在教學(xué)過程中，授課教師先通過多媒體圖片和實物展示，讓學(xué)生了解各種不同的菜單，通過對具體菜單的分析，向他們講述菜單的分類和菜單設(shè)計的原則、要求和程序。然后，就是讓學(xué)生自行設(shè)計菜單。如講到點菜單設(shè)計時，授課教師要求學(xué)生自己虛擬開設(shè)一家酒店，概括說明酒店檔次、風(fēng)格、目標(biāo)顧客群等，然后展示分析自己設(shè)計的點菜單。授課教師則針對學(xué)生設(shè)計的情況指出優(yōu)缺點，提出修改建議。在后面的套餐菜單和中式筵席菜單設(shè)計教學(xué)中，授課教師也是采用“講授與實例展示———學(xué)生設(shè)計———課堂展示———針對點評”的模式。一半的課時交由學(xué)生自行查資料和設(shè)計，最后自行上臺展示說明。學(xué)生對此很感興趣，課堂氣氛非常活躍，學(xué)生為了在課堂上展示出最好的作品，在準(zhǔn)備過程別用心。他們?nèi)D書館或上網(wǎng)廣泛搜集資料，再進行甄選、設(shè)計和制作，力求達到自己想要的效果。雖然學(xué)生剛剛開始設(shè)計的時候由于知識積累的匱乏而遇到不少困難。但隨著設(shè)計次數(shù)增多、專業(yè)知識積累豐富，他們的設(shè)計水平也逐步提高，從被動地按照教師的要求去做到獨立思考，尋找主題，做出具有自己特色的菜單。
2.3改革課程考試模式實現(xiàn)學(xué)與術(shù)的統(tǒng)一
“菜單設(shè)計”在本學(xué)院的考核中，既沒有用傳統(tǒng)的試卷考試，也沒有完全沿襲有些院校的設(shè)計一張菜單的模式作為考核結(jié)果。本學(xué)院“菜單設(shè)計”課程考核分三部分。第一部分考核是讓學(xué)生發(fā)揮積極性進行創(chuàng)作，設(shè)計一張中式筵席菜單，這張菜單要求學(xué)生按照自己的思路進行設(shè)計，自己確定主題，組配菜肴，并對菜單進行裝潢設(shè)計。對菜單設(shè)計規(guī)格沒有做具體要求，但是菜品組配要求葷素兼顧(全素席除外)、濃淡相宜，營養(yǎng)搭配合理，菜單組合編列要協(xié)調(diào)恰當(dāng)，菜品結(jié)構(gòu)比例科學(xué)合理。這部分主要考查學(xué)生對專業(yè)知識掌握與運用的情況，體現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新思維與動手能力。這部分占課程考核總分的30%。第二部分考核要求學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計的筵席菜單寫一份菜單設(shè)計書。設(shè)計書包括宴席主題、設(shè)計理念、創(chuàng)新思路。要把所設(shè)計的中式筵席菜單的指導(dǎo)思想表達清楚，如果是鄉(xiāng)土風(fēng)味筵席則要求體現(xiàn)鄉(xiāng)土風(fēng)味特色以及民風(fēng)民俗在筵席中的表達;如果是高檔海鮮筵席則要求說明生猛海鮮的特點。如果是喜慶筵席，同樣也要在設(shè)計思想中體現(xiàn)出設(shè)宴一方的要求和特點，以及相關(guān)事宜。并且在設(shè)計書中還要有對菜品的分析，包括用餐對象、人數(shù)、價格、利潤、菜品的風(fēng)味特色、原料、主要烹飪技法、菜品造型、味型、顏色、質(zhì)地和營養(yǎng)搭配的分析。另外，設(shè)計中涉及的相關(guān)歷史文化、藝術(shù)等都要注明。要求設(shè)計書主題明確，內(nèi)容全面，具有針對性、準(zhǔn)確性和可行性。設(shè)計書這部分考查比較全面，包括烹飪原料、烹調(diào)工藝、烹飪營養(yǎng)、飲食文化、財務(wù)管理及菜肴制作等專業(yè)知識的整合運用，因此，這部分占課程考核總分的40%，是考核中最重要的部分，也是培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)進行研究的能力。第三部分考查的重點是筵席制作的實踐能力，這部分占本課程考核總分的30%。這部分考核本來設(shè)計的是讓學(xué)生把自己設(shè)計的筵席制作出來，但是，考慮到制作成本太高，且在考核過程中不易控制而改為借鑒全國高校烹飪大賽，指定20種常用原料，讓學(xué)生分組設(shè)計并制作出一桌筵席。本桌筵席要求做到用料齊全，使用合理，利用率高，并且烹法得當(dāng)，技法多樣，口味豐富，體現(xiàn)地方特色，色彩自然，造型多樣，形態(tài)美觀。學(xué)生在設(shè)計中分工合作，可以整合運用菜單設(shè)計、廚房管理、菜肴與面點制作技術(shù)等知識與技能。
3結(jié)論
本文作者：劉丹工作單位：黑龍江省克山縣北興鎮(zhèn)政府
運作不夠規(guī)范，民主管理機制有待完善。我縣農(nóng)民專業(yè)合作社名稱、組建方式、遵循原則和運作方式差別很大，有按企業(yè)組建的，有按合作制組建的，有按社團組織組建的，一些農(nóng)民專業(yè)合作社內(nèi)部工作機制不健全，民主管理、利益分配和監(jiān)督約束機制落實不到位，導(dǎo)致成員對組織的依存度不高，影響了農(nóng)民專業(yè)合作社的發(fā)展壯大。
專業(yè)人才缺乏。農(nóng)民專業(yè)合作社發(fā)展到今天，越來越多的合作社需要具備農(nóng)業(yè)技術(shù)知識，能管理、善管理的專業(yè)人才。但是由于工資待遇及思想認(rèn)識等問題，真正的人才并不愿意加入農(nóng)民專業(yè)合作社，大多數(shù)仍然依靠相關(guān)職能部門提供技術(shù)指導(dǎo)，仍處于初級階段，制約了合作社進一步發(fā)展。利用科技提升合作社。一是信息到家。要及時編印農(nóng)村科技、市場銷售等信息，結(jié)合科技下鄉(xiāng)等活動，進行信息指導(dǎo)，確保農(nóng)民第一時間掌握市場需求信息。二是打造信息交流平臺。建立完善農(nóng)民專業(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、銷等環(huán)節(jié)的市場信息。為專業(yè)合作社會員和農(nóng)民提供致富信息、市場行情、政策法規(guī)服務(wù)。三是通過網(wǎng)站、電子平臺引導(dǎo)，鼓勵和支持農(nóng)民專業(yè)合作社產(chǎn)品與國內(nèi)外超市、物流配送中心、農(nóng)產(chǎn)品加工流通企業(yè)建立銷售網(wǎng)絡(luò)，參加有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品交易洽談會、博覽會、展示展銷會，通過訂單形式建立契約關(guān)系。
對農(nóng)民專業(yè)合作社的扶持力度要進一步加強。雖然國家《農(nóng)民專業(yè)合作社法》已實施4年多，但地方的相關(guān)配套扶持政策相對滯后，或遲遲沒有出臺。省里和市、縣對農(nóng)民專業(yè)合作社雖有一定的扶持，但財政專項扶持的資金數(shù)量較少，受惠面窄。一是農(nóng)民專業(yè)合作社很難得到金融部門的信貸資金支持，特別是中長期項目貸款更少。二是國農(nóng)有關(guān)扶持農(nóng)民專業(yè)合作社的稅收居大不易還沒有完全落實到位。三是農(nóng)民專業(yè)合作社在辦理自產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的品牌注冊，有機、綠色、無公害等標(biāo)識認(rèn)證過程中，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)是專業(yè)合作社應(yīng)對市場挑戰(zhàn)、增強市場競爭力和提高自身效益的重要途徑。引導(dǎo)農(nóng)民專業(yè)合作社建立健全規(guī)范的信用管理制度，樹立現(xiàn)代農(nóng)產(chǎn)品品牌戰(zhàn)略意識，實施品牌化經(jīng)營戰(zhàn)略。
引導(dǎo)、鼓勵和支持農(nóng)民專業(yè)合作社開展無公害產(chǎn)品、綠色食品、有機食品生產(chǎn)基地和地理標(biāo)志產(chǎn)品等相關(guān)認(rèn)證和申請注冊產(chǎn)品商標(biāo)，提升產(chǎn)品價值，以信譽和品牌贏得市場。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)民專業(yè)合作社產(chǎn)品的知名度和市場競爭能力核心作用力。
在瓶蓋機機械系統(tǒng)設(shè)計的過程中，從理蓋、送蓋、傳送機構(gòu)、沖裁、壓入等工序進行入手設(shè)計。理蓋機構(gòu)的設(shè)計：在瓶蓋機機械系統(tǒng)中，會遇到一些形狀相對復(fù)雜的工件，在實際加工的過程中，要一邊進行調(diào)整，一邊進行修磨，這樣將會增加工件的加工周期。在理蓋的過程中，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)，紙片將無法被壓入瓶蓋中，甚至還會因為機械之間的碰撞，發(fā)生設(shè)備的故障等等。所以針對瓶蓋機機械系統(tǒng)中的理蓋機構(gòu)，對其進行的設(shè)計為定向設(shè)計。定向設(shè)計采用的方法有兩種：積極定向、消極定向。積極定向設(shè)計主要是采用請執(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，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：在瓶蓋傳送的過程中，到達沖裁位置時必須保證是整齊排列的，正對著沖刀，為此在紙片沖裁之前安裝一個卡輪裝置，使用兩個步進電機，一個齒輪順時針旋轉(zhuǎn)、一個齒輪逆時針旋轉(zhuǎn)，這樣可以保障瓶蓋到達沖裁位置的時候，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上，需要保持一定的角度。瓶蓋的傳送結(jié)構(gòu)在設(shè)計的過程中，需要滿足三個要求：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)動慣性；第三，保證保證瓶蓋可以在軌道上順利的前行。
沖裁機構(gòu)的設(shè)計：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，需要先將其攤平，然后將其輸送到瓶蓋的正上方。沖裁機構(gòu)的設(shè)計采用的是動力源驅(qū)動主動軸，使其旋轉(zhuǎn)進而帶動偏心輪，使得沖頭支架的導(dǎo)軌上進行上下往復(fù)滑動。其中采用的偏心軸，與沖壓模具的曲柄機構(gòu)相連，在完成沖裁的紙片，將直接進行沖壓，這種設(shè)計可以保證沖裁機構(gòu)的穩(wěn)定性、降低瓶蓋機機械系統(tǒng)的磨損。壓入結(jié)構(gòu)的設(shè)計：完成沖裁的紙片需要塞入瓶蓋內(nèi)，但是因為紙片的質(zhì)量較小，其一般情況下在落入瓶蓋時，將停留在廁內(nèi)螺紋之間，及時有的紙片落入瓶蓋的底部，但是沒有固定的鑲嵌圈，在瓶蓋翻過來之后，紙片非常容易掉落。為了保障紙片在進入瓶蓋之后不發(fā)生掉落，實施壓入，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行的，也就是說可以保證紙片的沖裁和壓入是同時進行的。
2結(jié)論
