智能且长期的解决方案
在良好的设计实践和公司业务之间保持平衡以保护公司未来的发展，是一个充满挑战的过程。以前，电子设计人员通过洞察本行业将要发生转变的时机并在成为开发人员和系统架构师之前首先成为精明的生意人来保持其竞争优势。然而技术创新一直不断地推动着设计工艺的发展，在其成为主流技术之前仍然必须被行业广为接受才行。
发生变化的是所有这些创新所带来的复杂程度。电子产品设计更为成熟，产品技术市场化的动力增加了。压力不仅仅来自于应对这种日益增加的复杂性，而且还来自于寻找到更为智能且长期的解决方案，以保持这种竞争优势并保护这种增长性。
改变设计方法
由于微处理器的出现，许多改进使得产品具有更小的体积、更快的速度，而设计的复杂程度也随之增加。由此带来的结果是设计电子产品不再是一件容易的事情――现已成为一个如何创新地管理不断增长的设计复杂程度的问题。不幸的是，电子设计和开发工具并未经历如此空前快速的变化。昔日的解决方案已不能满足我们的需要，而今天的设计方法即将达到收益递减点。
我们面临的危险情况是：对复杂性的管理已经转移了我们进行创新设计的注意力。这种影响是多重的，因为当前可用的器件技术和市场需求一并将我们转移到现有的设计方法和工具可扩展性之外。寻遍现有选项，我们仅有几种选择，其中的大多数并不依赖于对未来增长或增长潜力的任何形式保护。提高现有工具的特性集只会使集成过程更为复杂和困难，而雇佣具有适当技能的工程师费钱又耗时。
着手电子开发重新评估为时过晚。也许，最大的障碍是在我们的心里，还有就是我们如何感知硬件和软件之间的差异。
一切归结：软件问题
解决方案的复杂开发问题在于通过隐藏设计器的复杂程度，提高板级工程师们进行设计工作的抽象级别。于是，可以全新的方法来处理较大的系统，并且不会延长相同集成电路的开发时间，如：在板级和简化软件工程师们开发工作的高级编程语言级别上降低复杂性所带来的那样。其中的创新也就是将集中于硬件上的注意力转到软件上来，而开发时间并未因此而延长。
由于硬件同软件之间的界线日益一体化，从而使得设计不再是单独地基于硬件。通过使作为物理硬件的组成部分被一次性集成至器件中的东西，成为现在的可编程部分，低成本、高容量的FPGA便具有了改变我们设计方法的潜力。这种“软设计”将注意力集中在电子产品开发上，因此符合逻辑，其将器件智能分离于被编程的物理硬件，并且避免了许多长久以来同依赖硬件的解决方案有关的电子陷阱，例如，无法轻易在开发末期作任何改变。
于是，同硬件结合的软件就成为新型统一设计范例的一个固有部分。诸多可重新配置硬件平台正推动对电子开发范例进行重新定义，并说明了“软设计”潜力日益增长的重要性。
电子产品的进化见证了分立器件使微处理器直至FPGA成为可能。最近可编程硬件的大发展具有将更为一体化的概念扩展到更广泛的电子产品应用的潜力。
以一种新视角看待硬件
此类方法可以让我们探索许多现有技术以外的技术，而所需要的就是一个合适的设计环境。到目前为止，对于电子设计的观点并未统一，并且都将注意力集中于器件，因此开发工具发展也是遵循这一模式。一般的印刷电路板设计观点均是基于选择配置在其上面的处理器或FPGA。例如，使用传统的硬件方法和工具，并且不用经过重写低级代码或带入高效运算法则这一不可避免和令人痛苦的过程时，尝试提升系统的性能。这样做既费时又费钱。但是到目前为止，硬件平台(即合并所有预构建电路，包括微处理器和逻辑芯片)的设计已成为一个独立于实际器件智能创建的过程。
采用“软”方式带来了一些主要优点，例如，更全面的设计同步、设计复用和一个统一的方法。由于设计人员可以在不必构建硬件来支持设计功能性并且不必对其做太多考虑的情况下，混用其硬件及软件方法，因此更高一层次的抽象和设计自动控制可以得到较为高效的运用。在软件开发工作开始之前，不再需要“固定”硬件平台设计，也不再需要在一个紧促的开发周期内费时费力地做一些微小的改动。取而代之的是一个互动的设计方法，在不增加设计时间情况下容许进行多次试验及开发的种种“如果”假定。注意力、努力及资源可以转移到更高一层次的设计实践中，而这才是其价值所在。实现这一研发过程所须的只是合适的设计环境。
尽可能通用的解决方案
关键词：并行工程，面向成本的设计(dfc－designforcost)，全生命周期成本，数据收集
0、引言
dfc（designforcost）的意思是面向成本的设计，它最早出现于九十年代初期，是指在满足用户需求的前提下，尽可能地降低成本，通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产品全生命周期中的各个部分的成本组成情况，并进行评价后，对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改，以达到降低成本的设计方法【1】。dfc将全生命周期成本作为设计的一个关键参数，并为设计者提供分析、评价成本的支持工具。本文通过全生命周期成本与成本核算中成本信息的分析，给出了全生命周期成本数据的收集和使用的途径和原则，为dfc中全生命周期成本的计算打下了基础。
1、全生命周期成本简述
1.1全生命周期成本的构成
在dfc中的成本是指全生命周期成本（lcc?/font>lifecyclecost），它是指产品从开始酝酿，经过论证、研究、设计、发展、生产、使用一直到最后报废的整个生命周期内所耗费的研究、设计与发展费用、生产费用、使用和保障费用及最后废弃费用的总和【2】【3】。lcc的概念最早由美国国防部（dod?/font>departmentofdefense）提出并使用，因为在一个典型的武器系统中运行和维护的成本占总成本的75％【4】，对lcc的研究是迫不得已的，但dod开发的方法不是用于设计的，而是用于采购的。
从全生命周期的角度探讨成本的组成，一般包括设计成本、制造成本、销售成本、维修成本、使用成本和回收报废成本，其分布大致为设计成本占全生命周期成本的10％～15％，制造成本约占30％～35％，使用与维修成本约占50％～60％，其他成本所占比例一般小于5％【3】。
设计成本包括可行性研究、市场调查、图纸设计、产品试验、修改设计、准备技术说明书等所花费的费用。
制造成本包括材料、加工工时、劳动工时、半成品运输、存放以及装配、调试、检验、废品、修复等各种费用。
销售成本包括产品包装、运输、储存以及广告等费用。
维修成本是在使用期限内，为维护设备进行修理或更换零件所需花费的费用。如果所设计的机器设备是自己使用，或在给使用一方的合同中有提供维修的保证，则它是机器设备总成本的一部分；如果合同中不承担维修任务，则是使用消耗费用的一部分。
使用成本是用户使用机器设备期间，需要支付的人力消耗、动力消耗以及维修保养等的费用。
回收报废成本是产品报废处理和再生的费用。其中根据不同的方法会对环境产生不同的影响。
在全生命周期成本中，设计者与公司所关心的成本存在着不同。公司必须知道产品的总成本，但设计者只是关心他们所能控制的那部分成本。在全生命周期成本中，存在一些成本不是由设计所决定的，这些成本与人们工作中所使用的方法有关。因此，lcc可大致上分为与管理有关的成本和与设计有关的成本两大类，本文主要讨论与设计有关的部分，也就是dfc中的成本。
1.2计算全生命周期成本时的时间因素
全生命周期成本的计算可以采用分部分相加的方法，但由于产品从设计到报废有一段时间，所以需要考虑时间因素的影响。因为资金具有时间属性，即在不同的时间内货币有不同的利率，其计算结果就有差异。所谓货币资金的时间价值是指因为时间的变化而引起货币资金价值的变化，也就是随着时间的延长，货币资金会增值。例如：目前的1元与一年后或五年后的1元在价值上是不相等的。这个不相等的差额，在不考虑通货膨胀的条件下，对投资来说就是利润，对信贷来说就是利息，对于利率的计算一般有单利法和复利法。如果通货膨胀严重，通货膨胀的影响也是应该考虑的。
2、lcc数据的来源和收集方法
lcc的数据从发生的时间方面看，可以分为企业内和企业外两部分。但数据的收集却都是由企业负担的，这就存在一些问题，即一个企业是否有能力做好这个工作？从国外的情况看，有一部分工作是由国家统一开展的，例如：对于不同时期的采购物价的可比性参考标准或指数。本文主要讨论由企业负责的部分。
2.1企业内的lcc数据的收集方法
一般与成本有关的数据是属于企业成本会计的范围，成本会计是运用专门的管理技术和方法，以货币为主要计量单位，对生产经营过程中的劳动耗费及其补偿价值，进行预测、决策、计划、控制、核算、分析和考核的一系列价值管理【6】。在成本会计中的成本预测与dfc中的成本估算都是对成本的一种估计，都是用于决策的，但前者是对企业总体上成本的一种预测，是对企业经营管理方面的决策，而后者是对设计中可控的成本的预测，是对产品设计方案的决策。
成本会计中的产品成本核算是按照成本核算对象，归集生产费用，计算各该对象的实际总成本和单位成本。核算产品成本是成本会计的主要内容，是成本会计的基础，它是积聚成本信息在核算中进行事中成本控制的主要手段【6】。由此可见，在成本会计系统中的成本信息一般是用于成本核算的，即使是用于估算也不是用于设计和全生命周期成本的估算的，而是为了产品的销售和报价的。从成本会计系统中一般我们可以得到如下一些与dfc有关的成本信息：
（1）生产成本：此科目核算企业进行工业性生产所发生的各项生产费用，主要包括企业生产各种产成品、自制半成品、提供劳动、自制工具、自制设备等发生的各项费用。具体有：
1)材料成本：材料属于企业的劳动对象，是企业生产经营中必不可少的物质要素。按照材料在生产过程中的作用不同，一般可分为如下几类：
原料及主要材料：经过加工后能够构成产品主要实体的各种原料、主要材料；
辅助材料：直接用于生产，在生产中起辅助作用，不构成产品主要实体的各种材料；这部分成本与设计一般无法建立直接关联，可以不予考虑。
外购半成品：是指从外部购入需要企业进一步加工或装配的已经完成一定生产步骤的半成品。例如：织布用的外购纱布、轧钢用的外购钢锭等。
修理用备件：是指为修理本企业的机器设备和运输设备从外部购入的专用零部件，如：轴承、齿轮和阀门等。它可以计入辅助材料，但当其消耗大为了方便管理和核算可以将其单独列出。
燃料：是指在工艺技术过程中用来燃烧取得热能的各种材料，如：固体燃料、液体燃料和气体燃料，如：煤炭、汽油、天然气等。它可以归入辅助材料中，但由于它是重要的能源，为了突出其重要性可以单独列出，便于管理。
包装物：是指为包装本企业产品，并准备随同产品一起出售以及在销售中出借或出租给购货单位使用的各种包装容器，如：箱、袋、桶、瓶、坛等。用于包装的材料，如纸张、麻绳、铁丝等可归入辅助材料一类。用于储存和保管本企业产品、材料，并不准备出售、出租、出借的包装物应分别列作固定资产或低值易耗品。
废料可以在本企业中回收利用的，根据用途可以列作原料或辅助材料，不能在本企业利用，但可以出售的，计价列为辅助材料。
2)人工成本：是生产成本的主要要素之一。可分为直接人工和间接人工两部分。直接人工是指企业直接从事产品生产的人员的工资、奖金、津贴和补贴等；间接人工是指企业里除直接人工外的其他职工的工资、福利费、奖金、津贴等。直接人工直接计入产品成本，间接人工应归集在制造费用中分配计入产品成本。在这部分成本中，需要计算设计、生产等部门中直接参加有关产品生产的人员的工资，在数据丰富后可以建立产品成本中的人工成本模型。
3)动力费用：可以按发生的地点和用途进行，其主要用途是为了生产工艺过程所消耗，可以并入直接材料，也可以单独设置成本项目计入产品成本。管理部门所耗动力费用属于制造费用。
（2）制造费用：此科目中核算企业的生产车间或分厂为生产产品或提供劳务而发生的各项间接费用，包括工资、福利费、折旧费、修理费、办公费、水电费、机物料消耗、劳动保护费、季节性修理期间的停工损失等。此部分成本与具体的产品设计难以建立直接联系，一般可以忽略。
（3）管理成本：此科目中核算企业行政管理部门为组织和管理生产经营活动而发生的管理费用。此部分成本与具体产品难以建立直接联系，一般可以忽略。
（4）产品销售费用：此科目中核算企业在产品销售过程中发生的费用。在这部分成本中运输和储存费用与产品设计是有直接关联的，计算出两者是需要的。
与pdm相结合，采用信息集成的方法，我们从企业的财务子系统中可以得到上述成本信息。
2.2企业外lcc数据的收集方法
在企业外部发生的lcc数据主要有：用户的使用成本、维修成本、报废和回收成本。
对于使用成本来说一般可以从产品设计的数据中发现一些关键参数，如能源消耗成本是可以知道的。
维修成本的计算与在销售时是否给予用户免费维修的承诺有关，如果是免费维修则这一成本是企业可以直接得到的，否则就只有通过产品的可靠性参数进行估算，或者通过用户对产品的反馈调查得到。
对于回收和报废成本数据的收集有两方面，一是对物资回收部门进行有关的数据收集，另外就是对用户在实际使用后对产品的报废，目前这方面的研究工作开展较少。
对于上述成本数据的收集，主要方法是进行调查，据文献【7】介绍，组织调查的方式主要有：
（1）普查：是专门组织的一次性普遍调查。其特点是对每个调查单位都进行调查，一般在调查单位较少时采用此方法，当调查的单位较多和内容复杂时，需要动用较多的人力和物力，组织工作也比较繁重。
（2）重点调查：是一种非全面的专门调查，即在全部调查单位中选取一部分重点单位，从而了解调查对象的主要情况的方法。虽然被调查的单位只是全部单位中的少数，但它们却在调查总量中占较大的比例。如产品销售额中的大客户。
（3）典型调查：是在对总体情况进行初步分析的基础上，有意识地选择少数有代表性的单位作为典型，进行深入细致的研究，以掌握调查对象的资料和特性。采用这种调查方法的目的是不仅要收集数据，而且要掌握被调查单位更具体的情况。与其他方法相比此方法具有调查范围小，调查单位少，节约人力和物力的优点。而且因为调查的单位少，调查指标可多些，使调查研究更深入细致。
除了以上的方式外，还有抽样调查和统计报表等。
根据调查方法的特点分类有：
（1）访问法：是指调查者根据事先准备的提纲或问卷，向被调查者提出问题，由被调查者答复，从而获取资料的方法。可以采用面谈调查或留置问卷调查。
（2）通讯调查法：通过邮寄问卷或通过电话了解信息，前者时间长，回复率低，后者费用高，调查项目有限，不能深入细致地了解情况，采用网上调查可以克服两者的缺点，但对被调查者仍无约束力。
除了上述方法外还有实验调查和观察法等。随着internet的迅速发展，通过计算机网络进行用户信息的反馈是个非常可行的方法，但这就需要企业的信息化建设达到一定的水平，至少需要有企业的网站。需要指出的是，无论采用什么方法进行调查，与用户保持良好的关系和经常的联系都是必要的。为了鼓励用户对调查的积极性，可以对提供信息的用户给予相应的报酬。
3、lcc原始数据的处理与使用
从调查等方法中得到的原始数据是不能直接应用的，这是因为在原始数据中不可避免地包含有错误、异常等情况，同时，根据不同的使用方法也存在不同的数据处理方法，本文重点探讨与dfc有关的数据处理与使用方法。为了建立成本与设计的关联，对于lcc原始数据需要去除与设计无关的部分，当然在收集数据时做此工作也是可以的，但对于数据的收集来说不一定只是应用于dfc，当然收集到的数据中包含的信息量越大越好。是否与设计有关其判断标准为：在设计产品时此成本是否受设计变更的影响。
数据是资料的具体形式，它可以反映研究对象的特征和变化。从经济预测的角度看，在定量预测方法中数据是建立数学模型的基础，缺少数据或数据异常，将不能建立符合事物客观发展规律的模型，因而也得不到正确的预测结论【8】。因此，一般来说，为了得到正确的预测结论，应对数据进行分析和鉴别。成本估算实质就是预测，因此对于值得怀疑的数据，首先要调查这些数据资料产生的背景，鉴别其真实性和可靠性，以便去伪存真，加以修正和处理。
对于数据的鉴别可以采用图形观察的方法，也可用统计的滤波方法。图形观察法的过程是首先作出数据的图形，观察图形的分布情形，对大起大落、数值变动较大的数据进行背景调查和定性分析，然后判断这些数据是否为异常数据。对于异常数据一般可以采用剔除法或还原法。剔除法就是直接删除异常数据，在数据量少时，剔除法不能使用的，这时可以采用将异常数据“还原”为正常的数据，即采用还原法【7】。
对于时间跨度较大的数据，还需要去除时间和通货膨胀的影响。一般可以采用统一的计算标准，根据不同时期的经济状况进行处理。lcc数据是应用于成本估算的，这就要求数据必须与成本估算方法相适应，不同的估算方法所使用的数据是不同的。如：神经网络方法就要求输入数据必须是通过量化处理的，即数据需要值一般在0～1之间。
4、结论
dfc中全生命周期成本数据的收集和使用过程可以概括如图1所示，图中给出的只是粗略的过程，详细的叙述在本文中已有。
图1dfc中全生命周期成本数据的收集与使用过程图
综上所述，本文通过全生命周期成本与成本核算中成本信息的分析，给出了全生命周期成本数据的收集和使用的途径和原则，为dfc中全生命周期成本的计算打下了基础。
参考文献
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在教育科学研究中，可供选择的搜集事实与数据的具体方法是多种多样的。例如，实验室实验法、现场实验法、访谈法、观察法、问卷法、测验法、文献法等，每种方法又可以有不同的设计方式，或分成许多不同的类型，例如，实验法有真实验设计与准实验设计不同方式之分；观察法有时间取样和事件取样等不同的类型之分。各种具体的教育科学研究方法都有其优点、局限性和其特定的适用条件，同时，其各自的搜集事实资料与数据的形式、类型、设计方式也不尽相同。在研究方法设计时，应根据研究的目标，研究对象的特点(例如儿童与成人之间)、研究的主客观条件（如研究者的科研方法素养、研究的时间、人力、经费），各种方法的优缺点与适用条件，选用最适当的研究方法去解决研究课题所提出的具体问题。由于同一研究课题往往可以用多种方法搜集数据，而每种方法又有其优点与不足，因此，提倡在教育科学研究设计中，采用多种方法的综合运用，以相互取长补短，提高研究的整体信度、效度。
在确定研究方法时，需要对以下四个方面的问题综合加以考虑：
（1）研究被试的取样方法（明确研究的总体、样本的大小、取样的手段等）；
（2）研究的控制方法（操纵、控制变量的方式，实验处理，仪器的配备和程序的安排等）；
（3）收集研究资料的方法（确定测量指标、测定方法，设计量表，规定数据记录方式等）；
中图分类号: D26文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(a)-0000
1 引言
在设计这个行业里，有很多优秀的设计师，他的思维想象力有时是超乎常人的，我们经常会为他们想象力而惊叹，当然对于有些人来说有是先天因素——天赋，对于大多数人来讲，掌握和学习正确的思维方法，就像找到了一把钥匙，就像插上了一双翅膀，去开拓无限的想象空间。
2 思维形式
思维是人类高级智慧产生的根源。思维形式，思维借以实现的形式。从思维的形式来讲，人类的思维形式主要有形象思维、抽象思维、直觉思维、逻辑思维。
2.1 形象思维
形象思维是对形象信息传递的客观形象体系进行感受、储存的基础上，结合主观的认识和情感进行识别（包括审美判断和科学判断等），并用一定的形式、手段和工具（包括文学语言、绘画线条色彩、音响节奏旋律及操作工具等）创造和描述形象（包括艺术形象和科学形象）的一种基本的思维形式。
形象思维是人类能动地认识和反映世界的基本形式之一，也是艺术创作的主要思维方式，是人类通过感知形象，即视觉、听觉、触觉对外界进行认知，进而对色彩、线条、形状、声音、结构、质感等表象进行分析、综合、分解、提取、整合其内涵属性关系，
再而进行联想、想象和结构性的重组，创造出完整的新形象。
形象思维具有具体性、细节性、直观性、可感性的特点。
2.2 抽象思维
抽象思维是运用一定的概念来进行判断、推理和论证的一种思维形式。
而形象思维是运用一定的形象来感知、把握和认识事物，也就是通过具体、感性的形象来达到对事物本质规律认识的一种思维形式，这也是两者本质的区别。
抽象思维主要应用于哲学、社会科学、自然科学等领域，侧重于理论研究与逻辑推理。
但是，科学研究中抽象思维常有形象思维伴随一样，在艺术设计创作中形象思维也常有抽象思维伴随。例如在创作中体裁的选择、主题的提炼、结构的安排等。
抽象思维是用概念来代表现实的事物，而不是象形象思维那样用感知的图画来代表现实的事物；抽象思维是用概念间的关系来代表现实的事物之间的联系，而不是象形象思维那样用图画的变换来代表现实的事物之间的联系。这为人类超越自己的感官去认清或者更加宏观或者更加微观或者更加快速变化的世界提供了可能性。但是，如果没有抽象思维的准确性，即不能准确界定概念和概念与概念间的关系，这种可能性就无法变成现实性。因此，准确地形成概念以及概念间的关系是抽象思维方法的最基本的规则。
2.3 直觉思维
直觉思维又被称为灵感思维，是指在创造活动中，人的大脑皮质高度兴奋时的一种特殊的心里状态和思维形式，它是在一定的抽象思维或形象思维的基础上，突如其来地产生出新概念或新意象的顿悟式思维形式。
直觉思维是在坚实的理论基础、敏锐的观察力、丰富的经验与高度的概括力及形象、逻辑思维积累的基础上，凭人类的知觉用猜测、跳跃、压缩思维过程进行的快速思维方法。
2.4 逻辑思维
逻辑思维是人们在认识过程中借助于概念、判断、推理反映现实的过程。它与形象思维不同，是用科学的抽象概念、范畴揭示事物的本质，表达认识现实的结果。逻辑思维是一种确定的，而不是模棱两可的；前后一贯的，而不是自相矛盾的；有条理、有根据的思维。
可以在设计中运用某些概念、推理中反应的数据、尺度、比例等等因素，为实现设计中要求的科学性、准确性提供依据和方法。
3 思维方法
3.1发散思维方法
发散思维，又称辐射思维、放射思维、扩散思维或求异思维，是指大脑在思维时呈现的一种扩散状态的思维模式，它表现为思维视野广阔，思维呈现出多维发散状。如“一题多解”、“一事多写”、“一物多用”等方式，培养发散思维能力。 不少心理学家认为，发散思维是创造性思维的最主要的特点，是测定创造力的主要标志之一。
3.2收敛思维方法
收敛思维又称“聚合思维”、“求同思维”、“辐集思维”或“集中思维”。特点是使思维始终集中于同一方向，使思维条理化、简明化、逻辑化、规律化。收敛思维与发散思维，如同“一个钱币的两面”，是对立的统一，具有互补性，不可偏废。实践证明：在教学中，既重视培养学生发散思维，又重视收敛思维的培养，才能较好地促进学生思维发展，提高学习能力，培养高素质人才。
3.3逆向思维方法
逆向思维也叫求异思维，它是对司空见惯的似乎已成定论的事物或观点反过来思考的一种思维方式。敢于“反其道而思之”，让思维向对立面的方向发展，从问题的相反面深入地进行探索，树立新思想，创立新形象。当大家都朝着一个固定的思维方向思考问题时，而你却独自朝相反的方向思索，这样的思维方式就叫逆向思维。人们习惯于沿着事物发展的正方向去思考问题并寻求解决办法。其实，对于某些问题，尤其是一些特殊问题，从结论往回推，倒过来思考，从求解回到已知条件，反过去想或许会使问题简单化
3.4联想思维方法
是一种很容易掌握思维方法，能够很有效帮助我们创造新的形象，它的可以通过接近联想，比如坐上火车，就能想到到站的情景；相似联想，比如看到一条玩具鱼，就会想到水里游来游去的鱼群。对比联想，这是一种差异化的联想，反差很大，比如看到红色，想到绿色。因果联想，比如看到一粒豆子，就想到它破土发芽。
参考文献
[1] 马尔科姆．克累格《看清你的思维图谱》.
作者简介： 吴巍，女，东北石油大学秦皇岛分校建工系讲师，主要从事建筑装饰及平面设计方面的教学和研究。
李娜，女，黑龙江齐齐哈尔人。大庆石油学院应用技术学院建筑工程系主任助理，讲师，主要从事建筑装饰方面的教学和研究。
简介： 这里介绍的是某些生态设计的衡量标准。然而，要提醒设计者的是，生态设计不只是 满足这些标准，而是要尽量全面的确保一个设计：对生态系统和生物圈内的不可再生能源产生最小的系统影响（或者产生最大的有益影响）。
关键字：设计 生态 绿色方法
关键词：机械产品；方案设计方法；发展趋势
引言
科学技术的飞速发展，产品功能要求的日益增多，复杂性增加，寿命期缩短，更新换代速度加快。然而，产品的设计，尤其是机械产品方案的设计手段，则显得力不从心，跟不上时展的需要。目前，计算机辅助产品的设计绘图、设计计算、加工制造、生产规划已得到了比较广泛和深入的研究，并初见成效，而产品开发初期方案的计算机辅助设计却远远不能满足设计的需要。为此，作者在阅读了大量文献的基础上，概括总结了国内外设计学者进行方案设计时采用的方法，并讨论了各种方法之间的有机联系和机械产品方案设计计算机实现的发展趋势。
根据目前国内外设计学者进行机械产品方案设计所用方法的主要特征，可以将方案的现代设计方法概括为下述四大类型。
1、系统化设计方法
系统化设计方法的主要特点是：将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出，他们以系统理论为基础，制订了设计的一般模式，倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上，制订出标准VDI2221“技术系统和产品的开发设计方法。
制定的机械产品方案设计进程模式，基本上沿用了德国标准VDI2221的设计方式。除此之外，我国许多设计学者在进行产品方案设计时还借鉴和引用了其他发达国家的系统化设计思想，其中具有代表性的是：
(1)将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础，从产品开发的宏观过程出发，利用质量功能布置方法，系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。
(2)将产品看作有机体层次上的生命系统，并借助于生命系统理论，把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求，形成产品功能系统结构。
(3)将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题：一是把要设计的产品作为一个系统处理，最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系；二是将产品设计过程看成一个系统，根据设计目标，正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。
由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同，进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。
1.1设计元素法
用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”，认为一个产品的五个设计元素值确定之后，产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。
1.2图形建模法
研制的“设计分析和引导系统”KALEIT，用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息，实现了系统结构、功能关系的图形化建模，以及功能层之间的联接。
将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点，将设计方法解与信息技术进行集成，实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。
文献［11］将语义设计网作为设计工具，在其开发的活性语义设计网ASK中，采用结点和线条组成的网络描述设计，结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等)，线条用以调整和定义结点间不同的语义关系，由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型，使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达，实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。
1.3“构思”—“设计”法
将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。
将方案的“构思”具体描述为：根据合适的功能结构，寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现，并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”，“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图，先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”，再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置，得到结构示意图。Roper，H.利用图论理论，借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念，以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图，把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述，形成了有效地应用现有知识的方法，并将其应用于“构思”和“设计”阶段。
从设计方法学的观点出发，将明确了设计任务后的设计工作分为三步：1)获取功能和功能结构(简称为“功能”)；2)寻找效应(简称为“效应”)；3)寻找结构(简称为“构形规则”)。并用下述四种策略描述机械产品构思阶段的工作流程：策略1：分别考虑“功能”、“效应”和“构形规则”。因此，可以在各个工作步骤中分别创建变型方案，由此产生广泛的原理解谱。策略2：“效应”与“构形规则”(包括设计者创建的规则)关联，单独考虑功能(通常与设计任务相关)。此时，辨别典型的构形规则及其所属效应需要有丰富的经验，产生的方案谱远远少于策略1的方案谱。策略3：“功能”、“效应”、“构形规则”三者密切相关。适用于功能、效应和构形规则间没有选择余地、具有特殊要求的领域，如超小型机械、特大型机械、价值高的功能零件，以及有特殊功能要求的零部件等等。策略4：针对设计要求进行结构化求解。该策略从已有的零件出发，通过零件间不同的排序和连接，获得预期功能。
1.4矩阵设计法
在方案设计过程中采用“要求—功能”逻辑树(“与或”树)描述要求、功能之间的相互关系，得到满足要求的功能设计解集，形成不同的设计方案。再根据“要求—功能”逻辑树建立“要求—功能”关联矩阵，以描述满足要求所需功能之间的复杂关系，表示出要求与功能间一一对应的关系。
Kotaetal将矩阵作为机械系统方案设计的基础，把机械系统的设计空间分解为功能子空间，每个子空间只表示方案设计的一个模块，在抽象阶段的高层，每个设计模块用运动转换矩阵和一个可进行操作的约束矢量表示；在抽象阶段的低层，每个设计模块被表示为参数矩阵和一个运动方程。
1.5键合图法
将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型，并借用键合图表达元件的功能解，希望将基于功能的模型与键合图结合，实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换，寻求由键合图产生多个设计方案的方法。
2、结构模块化设计方法
从规划产品的角度提出：定义设计任务时以功能化的产品结构为基础，引用已有的产品解(如通用零件部件等)描述设计任务，即分解任务时就考虑每个分任务是否存在对应的产品解，这样，能够在产品规划阶段就消除设计任务中可能存在的矛盾，早期预测生产能力、费用，以及开发设计过程中计划的可调整性，由此提高设计效率和设计的可靠性，同时也降低新产品的成本。Feldmann将描述设计任务的功能化产品结构分为四层，(1)产品(2)功能组成(3)主要功能组件(4)功能元件。并采用面向应用的结构化特征目录，对功能元件进行更为具体的定性和定量描述。同时研制出适合于产品开发早期和设计初期使用的工具软件STRAT。
认为专用机械中多数功能可以采用已有的产品解，而具有新型解的专用功能只是少数，因此，在专用机械设计中采用功能化的产品结构，对于评价专用机械的设计、制造风险十分有利。
提倡在产品功能分析的基础上，将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构，通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件，甚至是一个系统。理想的模块化基本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化，具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术，将变形设计与组合设计相结合，根据分级模块化原理，将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级，并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块，再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。
以设计为目录作为选择变异机械结构的工具，提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排，形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息，非常有利于设计工程师选择解元素。
根据机械零部件的联接特征，将其归纳成四种类型：1)元件间直接定位，并具有自调整性的部件；2)结构上具有共性的组合件；3)具有嵌套式结构及嵌套式元件的联接；4)具有模块化结构和模块化元件的联接。并采用准符号表示典型元件和元件间的连接规则，由此实现元件间联接的算法化和概念的可视化。
在进行机械系统的方案设计中，用“功能建立”模块对功能进行分解，并规定功能分解的最佳“粒化”程度是功能与机构型式的一一对应。“结构建立”模块则作为功能解的选择对象以便于实现映射算法。
3、基于产品特征知识的设计方法
基于产品特征知识设计方法的主要特点是：用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验，建立相应的知识库及推理机，再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。
机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征，以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策，完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计，必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此，国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作，采用的方法可归纳为下述几种。
3.1编码法
根据“运动转换”功能(简称功能元)将机构进行分类，并利用代码描述功能元和机构类别，由此建立起“机构系统方案设计专家系统”知识库。在此基础上，将二元逻辑推理与模糊综合评判原理相结合，建立了该“专家系统”的推理机制，并用于四工位专用机床的方案设计中。
利用生物进化理论，通过自然选择和有性繁殖使生物体得以演化的原理，在机构方案设计中，运用网络图论方法将机构的结构表达为拓扑图，再通过编码技术，把机构的结构和性能转化为个体染色体的二进制数串，并根据设计要求编制适应值，运用生物进化理论控制繁殖机制，通过选择、交叉、突然变异等手段，淘汰适应值低的不适应个体，以极快的进化过程得到适应性最优的个体，即最符合设计要求的机构方案。
3.2知识的混合型表达法
针对复杂机械系统的方案设计，采用混合型的知识表达方式描述设计中的各类知识尤为适合，这一点已得到我国许多设计学者的共识。
在研制复杂产品方案设计智能决策支持系统DMDSS中，将规则、框架、过程和神经网络等知识表示方法有机地结合在一起，以适应设计中不同类型知识的描述。将多种单一的知识表达方法(规则、框架和过程)，按面向对象的编程原则，用框架的槽表示对象的属性，用规则表示对象的动态特征，用过程表示知识的处理，组成一种混合型的知识表达型式，并成功地研制出“面向对象的数控龙门铣床变速箱方案设计智能系统GBCDIS”和“变速箱结构设计专家系统GBSDES”。
3.3利用基于知识的开发工具
在联轴器的CAD系统中，利用基于知识的开发工具NEXPERT-OBJECT，借助于面向对象的方法，创建了面向对象的设计方法数据库，为设计者进行联轴器的方案设计和结构设计提供了广泛且可靠的设计方法谱。则利用NEXPERT描述直线导轨设计中需要基于知识进行设计的内容，由此寻求出基于知识的解，并开发出直线导轨设计专家系统。
3.4设计目录法
构造了“功能模块”、“功能元解”和“机构组”三级递进式设计目录，并将这三级递进式设计目录作为机械传动原理方案智能设计系统的知识库和开发设计的辅助工具。
3.5基于实例的方法
在研制设计型专家系统的知识库中，采用基本谓词描述设计要求、设计条件和选取的方案，用框架结构描述“工程实例”和各种“概念实体”，通过基于实例的推理技术产生候选解来配匹产品的设计要求。
4、智能化设计方法
智能化设计方法的主要特点是：根据设计方法学理论，借助于三维图形软件、智能化设计软件和虚拟现实技术，以及多媒体、超媒体工具进行产品的开发设计、表达产品的构思、描述产品的结构。
在利用数学系统理论的同时，考虑了系统工程理论、产品设计技术和系统开发方法学VDI2221，研制出适合于产品设计初期使用的多媒体开发系统软件MUSE。
在进行自动取款机设计时，把产品的整个开发过程概括为“产品规划”、“开发”和“生产规划”三个阶段，并且充分利用了现有的CAD尖端技术——虚拟现实技术。1)产品规划—构思产品。其任务是确定产品的外部特性，如色彩、形状、表面质量、人机工程等等，并将最初的设想用CAD立体模型表示出，建立能够体现整个产品外形的简单模型，该模型可以在虚拟环境中建立，借助于数据帽和三维鼠标，用户还可在一定程度上参与到这一环境中，并且能够迅速地生成不同的造型和色彩。立体模型是检测外部形状效果的依据，也是几何图形显示设计变量的依据，同时还是开发过程中各类分析的基础。2)开发—设计产品。该阶段主要根据“系统合成”原理，在立体模型上配置和集成解元素，解元素根据设计目标的不同有不同的含义：可以是基本元素，如螺栓、轴或轮毂联接等；也可以是复合元素，如机、电、电子部件、控制技术或软件组成的传动系统；还可以是要求、特性、形状等等。将实现功能的关键性解元素配置到立体模型上之后，即可对产品的配置(设计模型中解元素间的关系)进行分析，产品配置分析是综合“产品规划”和“开发”结果的重要手段。3)生产规划—加工和装配产品。在这一阶段中，主要论述了装配过程中CAD技术的应用，提出用计算机图像显示解元素在相应位置的装配过程，即通过虚拟装配模型揭示造形和装配间的关系，由此发现难点和问题，并找出解决问题的方法，并认为将CAD技术综合应用于产品开发的三个阶段，可以使设计过程的综合与分析在“产品规划”、“开发”和“生产规划”中连续地交替进行。因此，可以较早地发现各个阶段中存在的问题，使产品在开发进程中不断地细化和完善。
我国利用虚拟现实技术进行设计还处于刚刚起步阶段。利用面向对象的技术，重点研究了按时序合成的机构组合方案设计专家系统，并借助于具有高性能图形和交换处理能力的OpenGL技术，在三维环境中从各个角度对专家系统设计出的方案进行观察，如运动中机构间的衔接状况是否产生冲突等等。
将构造标准模块、产品整体构造及其制造工艺和使用说明的拟订(见图1)称之为快速成型技术。建议在产品开发过程中将快速成型技术、多媒体技术以及虚拟表达与神经网络(应用于各个阶段求解过程需要的场合)结合应用。指出随着计算机软、硬件的不断完善，应尽可能地将多媒体图形处理技术应用于产品开发中，例如三维图形(立体模型)代替装配、拆卸和设计联接件时所需的立体结构想象力等等。
利用智能型CAD系统SIGRAPH-DESIGN作为开发平台，将产品的开发过程分为概念设计、装配设计和零件设计，并以变量设计技术为基础，建立了胶印机凸轮连杆机构的概念模型。从文献介绍的研究工作看，其概念模型是在确定了机构型、数综合的基础上，借助于软件SIGRAPH-DESIGN提供的变量设计功能，使原理图随着机构的结构参数变化而变化，并将概念模型的参数传递给下一级的装配模型、零件设计。
5、各类设计方法评述及发展趋势
综上所述，系统化设计方法将设计任务由抽象到具体(由设计的任务要求到实现该任务的方案或结构)进行层次划分，拟定出每一层欲实现的目标和方法，由浅入深、由抽象至具体地将各层有机地联系在一起，使整个设计过程系统化，使设计有规律可循，有方法可依，易于设计过程的计算机辅助实现。
结构模块化设计方法视具有某种功能的实现为一个结构模块，通过结构模块的组合，实现产品的方案设计。对于特定种类的机械产品，由于其组成部分的功能较为明确且相对稳定，结构模块的划分比较容易，因此，采用结构模块化方法进行方案设计较为合适。由于实体与功能之间并非是一一对应的关系，一个实体通常可以实现若干种功能，一个功能往往又可通过若干种实体予以实现。因此，若将结构模块化设计方法用于一般意义的产品方案设计，结构模块的划分和选用都比较困难，而且要求设计人员具有相当丰富的设计经验和广博的多学科领域知识。
机械产品的方案设计通常无法采用纯数学演算的方法进行，也难以用数学模型进行完整的描述，而需根据产品特征进行形式化的描述，借助于设计专家的知识和经验进行推理和决策。因此，欲实现计算机辅助产品的方案设计，必须解决计算机存储和运用产品设计知识和专家设计决策等有关方面的问题，由此形成基于产品特征知识的设计方法。
目前，智能化设计方法主要是利用三维图形软件和虚拟现实技术进行设计，直观性较好，开发初期用户可以在一定程度上直接参与到设计中，但系统性较差，且零部件的结构、形状、尺寸、位置的合理确定，要求软件具有较高的智能化程度，或者有丰富经验的设计者参与。
值得一提的是：上述各种方法并不是完全孤立的，各类方法之间都存在一定程度上的联系，如结构模块化设计方法中，划分结构模块时就蕴含有系统化思想，建立产品特征及设计方法知识库和推理机时，通常也需运用系统化和结构模块化方法，此外，基于产品特征知识的设计同时又是方案智能化设计的基础之一。在机械产品方案设计中，视能够实现特定功能的通用零件、部件或常用机构为结构模块，并将其应用到系统化设计有关层次的具体设计中，即将结构模块化方法融于系统化设计方法中，不仅可以保证设计的规范化，而且可以简化设计过程，提高设计效率和质量，降低设计成本。
1设计的原理
化工设备设计主要是在把握设计标准的基础上，设计出安全合理经济的产品。标准规范介绍了各种形式化工设备的设计原理和规则。熟悉化工设备的设计原理，需要了解化工设备的结构和计算模型。化工设备根据结构的不同，具有不同的计算模型，卧式容器的计算模型是对称外伸悬臂梁，塔器的计算模型是多自由度振动体系。总的来说，化工设备的计算模型可以从结构、受力和约束三方面来分析。化工设备的结构由外壳、内件和支座等组成，外壳多为圆柱壳体或球壳。约束指的是设备的支撑方式，包括支座、鞍座、裙座和球罐支柱等。受力主要是压力、液柱静压力和接管载荷等。不同形式的设备承受不同的载荷，并且主次载荷并不相同，比如，卧式容器和换热器不考虑横向风载荷，但是塔器和球罐需要考虑风载荷（且是主要载荷），还需考虑水平风力和水平地震力。总而言之，化工设备设计的原理包括结构的设计和计算。结构设计主要是确定不同设备的外形和内件形式，使其满足工艺要求；结构计算主要是确定计算模型，使设备及零部件满足强度、刚度、稳定性和使用寿命的要求。此外，设计是制造的上游工序，因此，设备设计还要考虑制造和检测的要求[1]。
1.1工程设计方法
化工设备的设计包括零部件的设计和总体设计。具体设计方法上包括材料选择、结构选型和尺寸计算、材料选择需要考虑工艺介质和各种材料的物理化学和机械加工性能等。结构选型一方面指的是工艺的设备选型，另一方面指的是设备的强度计算模型，比如开孔补强方法采用补强圈还是厚壁管或者增加壳体壁厚的整体补强。尺寸计算指的是确定满足工艺要求和设备强度要求的尺寸。零部件的设计可分为标准件的选型和非标件的设计。对于标准件的选型来说，需要设计者充分了解标准件的适用范围，做到既满足工艺和结构要求，又经济合理。当设备的设计条件超出标准件的使用范围时，就需要设计者设计非标件。对于非标件的设计，需要设计者从计算模型上把握产品的合格标准，在满足产品要求的前提下，追求设计的最优化。非标件的设计经常使用经验对比的设计方法，主要是参考标准件和竣工图纸的形状和尺寸作为初始参数，补充输入新的设计参数，利用SW6的校核模式来验证是否合格，若合格则可采用，否则需要修改尺寸，重新校核，直至合格。这种方法既可以借鉴原有的成功经验，又同时满足计算的要求，提高了非标件设计的效率。总体设计是将整个设备作为一个计算模型，重点考查零部件之间的连接方式以及连接后产生的局部应力，同时分析整个设备在整体载荷下的安全问题，比如塔器在风载荷、地震载荷和内压共同作用下的应力响应。SW6是化工设备计算软件，包括零部件设计和设备设计。利用计算机的计算方便性，结合理论知识，可以提高设计的效率和产品的品质。
1.1.1化工设备的壁厚
化工设备是根据弹性失效和弹塑性失效准则来设计的。壁厚尺寸是设备满足载荷和工艺要求的关键尺寸。理解化工设备各种壁厚的含义对于合理准确的设计至关重要。计算壁厚指的是满足强度要求的厚度，这是强度要求的厚度，以解决设备在这种载荷下可不可以用的问题。最小壁厚大多是刚度要求的厚度，解决设备变形的问题。腐蚀裕量保证了设备的使用寿命（对均匀腐蚀来讲）。设计厚度是强度和使用寿命要求的厚度，等于计算厚度（或最小厚度）加腐蚀裕量，所以，设计厚度可以保证设备在使用寿命内的强度安全。筒体的名义厚度=设计厚度+负偏差C1+圆整，圆整量是富裕的厚度，此类富裕厚度反映出设备的最大允许工作压力往往大于设计压力。封头的名义厚度需要考虑制造减薄率，封头的最小成形厚度只有大于等于设计厚度，才能保证封头的强度和使用寿命。
1.1.2不同设备壁厚的决定因素
不同的设备有不同的计算模型，因此，不同的设备也就具有不同的关键厚度。关键厚度指的是决定受压元件名义厚度的关键因素要求的厚度。球罐的关键厚度是内压、开孔补强、a点组合应力决定的厚度中最大者。根据经验，球罐壳体的壁厚，大多由支柱和壳体相交最低点的应力决定。卧式容器的关键厚度是内压、开孔补强、鞍座应力决定的厚度中的最大者。一般来说，中低压卧式容器的壁厚大多是由鞍座处壳体厚度决定的。塔器的关键厚度是内压、开孔补强、地震力和风压决定的厚度中的最大者。中低压塔的最大壁厚是由地震力和风压共同决定的。大型储罐的壁厚是由内压（氮封压力）、风压、地震力、物料和自重决定的。一般来说，壁厚主要由液柱静压力或内压决定。除此之外，对于一些特殊的容器，我们还需要特别考虑接管载荷对壳体厚度的要求，比如高温高压反应器封头上接管载荷对封头壁厚的要求。了解不同设备的关键厚度，对于我们掌握化工设备的安全设计至关重要。
1.2设计标准
设计标准是设计的依据。设计者只有熟悉设计标准的内容，理会设计标准表达的内涵，才能准确地利用好标准，设计出合格的产品。标准按照设计内容可以分为设备级标准、零部件标准和施工标准。设备标准包括塔设备、换热设备、反应设备、储运设备标准。零部件标准包括钢制管法兰、紧固件、垫片标准、设备法兰、支座等标准。除此之外，了解压力容器的材料标准，在已知的介质和环境条件下，选择合适的材料，保证结构的安全和使用寿命。我国标准的特点是相互联系，相辅相成，所以学习标准不可只见树木不见森林。首先，就单个标准来讲，要把握标准的使用范围和选择原则；其次，由于我国标准是层层相关的，包括法规、规范、行业标准等，因而使用标准时不仅要把握该标准本身，还要结合与该标准相关的其他标准，这样才能更透彻地理解标准的含义，更准确地把握标准，设计出更优秀的产品。随着社会和学术的发展，标准规范也在不断更新，各个国家的标准也存在差异[2-3]。对于更先进、更经济的新标准来说，老标准相对保守，不经济，存在不足。所以设计者要不断学习新标准，学习新的设计方法和设计理念，这样才能做到与时俱进，设计出更加安全可靠、经济合理的产品。
1.3绘图
图纸是设计理念和结果的表达。化工设备由于其结构的特点，其绘图方法也和一般的机械制图不太一样。绘图对于化工设备的设计十分重要：一是可以表达设计理念；二是可以确定零部件的配合尺寸；三是可以检查设计中的一些干涉问题。化工设备的绘图顺序是先按比例绘制所有的零件图，之后利用配合关系组装出总图。当零件之间，特别是内件之间存在干涉时，需要重新修改零件尺寸，校核验证，直至没有干涉为止。在绘制整体的装配图后，需要绘制零件之间的节点图，比如焊接节点图、局部放大节点等。之后添加必要的制造、检验和安装使用的技术要求。最后，统计材料，填写明细表，完成绘图。绘图中的尺寸可以分为两类：一类是计算出来的精确尺寸，比如工艺的筒体内径和管口尺寸，设备强度计算出的筒体壁厚等；另一类是规则经验尺寸，也就是说该类尺寸不需要经精确的公式计算，只是根据规则和经验而定的，比如高温塔器裙座的过渡段的长度要大于五倍的保温层厚度，且不小于500mm；焊缝间距宜大于三倍壁厚且不小于150mm等。因此，绘图尺寸来自于设计者的计算和设计规则。传统的CAD绘图方法自动化程度不高，生产效率低。随着计算机的发展，更加智能的绘图方法不断出现，大大提高了绘图效率和准确性，比如，交互化、智能化的化工设备CAD绘图系统、PVCAD系统等[4-5]。
2存在的问题和建议
化工设备的设计标准都有一定的使用范围，实际设计中往往会超出标准的使用范围，比如计算模型不同、载荷工况不同等。因此，设计者不仅要把握标准的内容，。在有标准的时候严格使用标准，在没标准可以参照的时候，要依据相关的知识，运用合理的简化和计算方法，设计出合格的产品，比如螺纹锁紧环换热器、夹套搅拌容器等。这类设备的设计一方面可以利用经验对比法，参考以前的图纸进行结构设计；另一方面要根据力学的原理，建立力学模型，进行计算校核；此外，利用有限元法可以对复杂的结构进行分析设计、优化设计或校核等。设计标准的层次和行业众多，针对同一问题，可能不同的标准具有不同的表达方式或者侧重点。设计者不仅要把握标准的内容，更要理解编制标准者的初衷，把握标准的原理。在众多的标准中选择最适合产品工况条件的标准进行设计。设计中需要经常使用标准件，使用标准件可以方便设备的设计和制造。标准件可以直接选择型号，不必再进行计算。但是，实际设计中，当我们选择了标准件，同时需要修改标准件的某个尺寸时，此时的标准件就不能算标准件了，必须重新计算，合格后才可选用，比如，球罐人孔法兰盖，可以选择标准件，如果需要在法兰盖中心再接一个排凝管，此时法兰盖就算是非标件了，需要重新计算。类似的问题还有标准法兰的内径选择，一般标准法兰并不给出法兰内径，只是要求法兰内径与对接的接管内径相同。由于接管和法兰的计算模型不同，接管的壁厚和法兰应力校核需要的直边段厚度不一定相等[6]。因此，对此类情况下的标准件，在苛刻工况下，为了安全可靠，应进行必要的校核后再选用。
3结论
化工设备的工程设计方法包括设计的原理、标准和绘图方法。设计原理是设计的根本，设计标准使设计更加规范和准确，绘图是设计思路和计算结果的表达，设计原理和图纸相辅相成。只有了解了化工设备的计算原理和设计标准，才能设计出安全经济合理的产品。
作者:范强强 单位:安徽实华工程技术股份有限公司
参考文献
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[3]丁伯民.压力容器标准应用的探讨[J].化工设备与管道，2001，38（2）：5-10.
[4]林杰.交互式、智能化化工设备CAD系统的开发[J].化工设备与管道，2012，49（3）：47-49.
关键词：设计；方法；建筑方案；
中图分类号： S611 文献标识码： A
引言：建筑方案设计是有针对性的根据具体的环境条件对空间环境建构的过程，是指为满足一定的建造目的（包括人们对它的视觉感受的要求、对它的使用功能的要求）而进行的建筑创造和出品。每一项建筑设计都是从无到有、去粗取精，去伪存真、由表及里的最形象化、具体化的一种表现过程。
1建筑行业在设计方案过程中的现状
建筑方案设计工作是一项对空间想象和立体思维能力要求很高的工作，但在学习当中很多建筑师没有对这两方面予以重视，导致此方面的能力和水平比较低。且在实习培训阶段，都是由导师指导学生完成建筑设计，存在着许多的干扰和不自主性。设计过程中耗力、耗时且效率不高，严重影响了设计人员的能力。
2理解并掌握任务书
2. 1理解任务书
最重要的前提条件之一就是要很好的把握和理解设计任务书的内容。设计人员的脑海中要有一个整体构架：第一，把任务书的设计目标和设计概念明确出来；第二，了解项目的规模，对地理和建筑环境等条件和内容进行调查，与建筑的使用功能结合起来。去了解和查找相关的知识，严格按照调查的内容根据实际的情况解决问题，把资料完整的罗列和整理好；第三，务必要仔细全面的阅读任务书，与此同时记录好项目的特殊功能和特殊要求等内容，避免遗漏和疏忽。
2. 2掌握任务书
要想全面掌握的任务书，最重要的是消除或减少在重点内容上出现的设计思路和方向的偏差。要把设计要点把握好，抓住设计的重心并围绕这点去进行设计图纸以及施工，最终设计出符合项目的设计方案。
3设计方案的起步
一般情况下建筑方案设计工作的流程，大部分都是要从依照群体、环境、细部、个体设计这四个环节入手。在进行个体设计前，设计人员应首先做环境设计，对总体平面的规划要科学全面地考量，为之后的个体设计提供参考依据。此时，设计人员不但要对外部因素加以注意，还应该考虑到建筑的内部构造条件对总体平面规划的限制 。实际上建筑方案的设计就是创作建筑的形象，但是往往是在某种特定客观环境下的建筑施工，因此还要考虑建筑所处的地理环境。此外，阅读任务书的过程当中，工作人员也要把条件以及地段等空间概念考虑其中，从而判断最终所设计的总平面图是否符合合理的要求。
总之，要把各种因素对建筑方案设计所产生的影响全面综合的考虑到，抓住每个设计阶段当中的矛盾中心点。要在不断地检验和实践当中去进行建筑的方案设计。实际上整个设计工作是一个动态的不断变化的过程，在这样不断地冲突和矛盾当中设计出更好的建筑方案，不断地理想化、完善化，按照项目设计的要求设计出高质量高水平的建筑图纸。
4设计方案的形成
事实上成熟的设计方案是在不断的产生和解决矛盾的过程当中形成的。在每一个阶段当中，工作人员需要有针对性地讨论和研究不同的设计问题，这些阶段并不是分离割裂开来的，每个阶段都是相互促进、相互渗透的关系。接下来简要地围绕着这些设计阶段展开讨论：
4.1单体设计和环境设计的同步
整体的建筑设计工作的出发点以及切入点是环境设计，而单体设计同它是相互联系相互制约的。工作人员不仅要把环境的设计问题考虑到，同时还应当要把由外部条件所产生一系列的制约和影响因素考虑到其中。要进行全面、整体的多方位的思考，方能使单体建筑设计在创新上有不同的崭新的观点。因此，在设计之初，设计人员就应当把同步思维运用到其中。
4.3各层平面设计的同步
在做某些建筑的设计时要把若干层的因素结合在一起去考虑。例如设置卫生系统、选择结构类型、设定垂直交通体系等等。同时，工作人员还应当把建筑室内的空间效果融入其中去设计。除此之外，设计某一层面的同时，还必须把上下若干层的平面形式和面积等问题综合考虑到。只有把设计同步和相互调整做好，才能把设计目标的要求做到出类拔萃、与众不同。
4.2选型和建筑设计的同步
以前，在设计建筑方案时，很多设计师常常是依据房间的面积去组合与设计空间，使得空间的大小变得杂乱无章。因此设计人员应当树立一个正确完整的整体结构观念：把大致的功能和布局初步确定好后，第一要给此平面框架建立一个合理全面的结构体系网，能够有效的把建筑的平面和结构结合在一起。这不是要把之前所形成的结构体系和布局给打乱掉，而是要将每个房间的平面形态整理合成为一个更加正确合理的结构系统，为最后的平面布局形成一个更符合逻辑、更有秩序的结构。
5推敲设计方案
在设计建筑的方案的前期，工作人员应当对任务书进行一个逻辑而系统的分析，全面快速的把任务书的相关内容吃透。在设计工作开展时，不能仅把所形成的平面方案放在首位，而是应当把项目的平面布局和功能分析这两项内容兼顾到。可以先将设计人员脑海中那些不稳定、模糊的的设计意向用手绘的方式记录和保存下来，成为一个能够被应用的有效的实体图形，伴随着思考深度的增加以及设计工作的不断进行，之前的草图也会渐渐变得清晰明了的。经过实践表明，这个办法可以使设计者从头至尾保持着不断创作的自发行为和激情，有效的激发了创作人员的灵感。此外，所有的设计问题基本上都会在思维活跃的时候被剖析与分解，之后的设计工作也会不断地顺利进行。从而不仅提高了建筑施工的效率，设计质量也会得到提高和保障。
总之，在前期进行设计建筑方案的工作即设计人员在创建概念以及构思设计时，要采取图表与思维相结合的方式去设计，通过捕捉灵感并将其绘制出来，从而实现设计方案结构的不断深化深入。
6 设计方案的表达
设计建筑方案的工作是涉及方面比较广的工作，常常有以下几点特征：(1)方案设计会因技术的因素产生问题。建筑跟纯粹的艺术是不大相同的，它需要把抽象和形象思维相结合，要在符合逻辑的基础上去不断地大胆地设计创新。(2) 社会的审美观念以及流行风格等因素会制约建筑方案的设计思维。(3) 开展设计工作会因项目经费、使用功能等这些因素所影响与制约。因此，要在人们能够接受的程度上进行建筑设计的创新理念。
实际上运用设计语言能力来表达设计的方案，这个表达并不是仅指那些你可以掌握的书面资料，而是指没有被修饰过的、更为接近、更为原始的设计师所要表达的本意。这不但是设计师不断实践的汗水和成果，还是表现其艺术修养以及学识的最好的方法。建筑设计师职业活动的基础是他的表达能力，这个能力会因艺术沉淀、教育程度、个性等因素所制约。表达设计构思的方式又很多的种类，可是不管采取哪种方法，到位的功能分析、扎实的技术功底、结构选型知识、素描速写能力、制图规范的全面掌握、运用色彩的水平等都是不可缺少的重要技能。要把能力和思想有机的结合在一起，实现两者更好地融合，才会在处理建筑方案设计的问题时更加迅速快捷。
7 结束语
总之，只有在不断地工作和学习中，总结和吸取自身的设计经验与得失，建立一套完整的构建体系和成熟的建筑方案设计方法，以及不断地积累这方面的各种资料和专业知识，建立正确良好的设计观念和设计习惯，才能提高自己的工作能力和建筑设计的素养，从而为未来将建的建筑提供更好的设计图纸，更好地实现建筑作品的“经济、实用、美观”。
参考文献
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