的一种简单结构活性控制器设计方法

FMS的一种简单结构活性控制器设计方法

王兴平1，李志武2

（1,2西安电子科技大学机电工程学院，西安 710071）

摘 要： 研究了一类柔性制造系统中由可被清空的信标引发死锁的一种预防策略。 根据我们以前的工作, 将Petri网中可被清空的信标分为基本信标和冗余信标。 给每个基本信标添加一个控制库所，通过调节信标的控制深度变量, 就可控制所有的冗余信标。重要的是, 通过对控制器的优化设计，剔除一些冗余控制库所，从而得到了结构更简单, 许可行为更多的活性Petri网控制器。

关键词： 基本信标，Petri网，死锁预防，柔性制造系统。

Design of a More Permissive and Structurally Simple Liveness-Enforcing Petri Net Supervisor for Flexible Manufacturing Systems

Xingping Wang 1, Zhiwu Li 2

(1,2 School of Electro-Mechanical Engineering Xidian University, Xi’an, 710071 P. R. China)

Abstract: This paper develops a deadlock prevention policy for a class of Petri nets which can model a wide class of flexible manufacturing systems, where deadlocks are caused by unmarked siphons. Based on our previous work, we distinguish emptiable siphons in a plant Petri net model by elementary and redundant ones. By adding a monitor for each elementary siphon, all redundant siphons can be controlled by adjusting control depth variables of elementary siphons. Furthermore, by checking the redundancy of the additional monitors, we can remove some monitors added, which leads to a more permissive and structurally simple liveness-enforcing Petri net supervisor.

key words: Elementary siphon, Petri net, deadlock prevention, Flexible manufacturing system.

1 引言

基于Petri网[4]方法，FMS的预防死锁主要通过有效的系统设计或者使用一种离线的机制控制资源的请求，使得系统不会出现死锁[1-3][5-8]，对于后者，具体的方法是首先构造系统的Petri网模型，然后对网模型添加控制库所和相关的连接弧对系统实施控制。[2]定义了一种Petri网的子类S3PR，通过给这种网系统的每一个严格极小信标添加控制库所使网系统是活的。这种方法简单易行，然而需要添加过多的控制库所和连接弧，得到的Petri网控制器比最初的网模型复杂的多。对于大规模网系统来说尤其如此，同时对系统的许可行为限制过多，降低了系统性能。[2]使用了Petri网活性控制的迭代策略，这种方法的主要问题是不适用于复杂或规模大的Petri网系统。原因很简单，通常规模稍大的Petri网中含有过多的需要控制的信标，每一步迭代要对可能被清空的信标添加控制库所，这样随着迭代的进行，信标的数量会急剧增加，最终使迭代收敛很慢。同时导致Petri网监督控制器结构非常复杂。为了更好地解决这一问题，[3]首次提出了基本信标的概念，在得到和以前同样或比以前更好控制效果的同时所添加的控制器和连接弧的数量则减少很多。针对S3PR网，本文首先根据Petri网基本信标的概念[3]，对网系统进行监督控制，然后通过对控制器的优化，剔除一些冗余控制库所，从而得到了结构更简单, 许可行为更多的活性Petri网控制器。

王兴平，男，1978年出生，甘肃天水人，2001年毕业于石油大学（华东），现为西安电子科技大学机电工程学院在读硕士研究生。

2 Petri 网的基本定义

Petri网N=(P, T, F , W),其中P和T为有限、非空和互不相交的集合。P是库所的集合，T是变迁的集合。F ? (P ×T)∪(T ×P)称为流关系或连接弧集合。W: F → IN \{0}表示连接弧的权，其中IN 为非负整数的集合。当W: F →{1}时，N称为普通网，此时，N可以表示为N=(P, T, F)。如果没有特殊的说明，本中涉及的网均为普通网。定义x ?={y ∈P ∪T|(x , y )∈F}为节点x ∈P ∪T的前置集，而x ?={y ∈P ∪T|(x , y )∈F}为节点x ∈P ∪T的后置集。一个集合的前置集（后置集）为它的所有元素的前置集（后置集）的并集。一个网的标识为映射M: P →IN。称(N, M)为网系统或标识网。从标识M 0开始的所有可达标识的集合，记为R(N, M 0)。假设(N, M 0)是一个网系统并且有N=(P, T, F , W , M 0)，一个变迁t ∈T在M下称为使能的, 记为M[t ?，当且仅当?M ∈R(N, M 0),?M ′∈R(N, M)使得M ′[t>成立。N 在M 0下是死的当且仅当??t ∈T使得M 0[t>成立。(N, M 0)是无死锁的当且仅当?M ∈R(N, M 0), ?t ∈T使得M [t>都成立。(N, M 0)是活的充要条件为?t ∈T：t在M 0下都是使能的。(N, M 0)有界的当且仅当?k ∈IN \{0}, ?M ∈R(N, M 0), ?p ∈P使得M(p)≤k成立。P-向量I: P →Z是以P为序标的列向量，T-向量J: T →Z则是以T为序标的列向量，其中Z 是整数的集合。N的关联矩阵[N]: P ×T →Z是由P和T按照如下规则形成的, 即如果p ∈?t\t ?，[N](p, t)=-1，如果p ∈t ?\?t，[N](p, t)=1，其余情况下对所有的 p ∈P

和t ∈T而言有[N](p, t)=0。如果一个列向量中的元素均为0(1)，记这个列向量为0(1)。I T 和[N] T

则

分别表示向量I 和矩阵[N]的转置。I是P不变式的充要条件为I ≠0 并且 I T ?[N]=0T

成立。I的支撑则为||I||={p ∈P| I(p)≠0}。称非空集合S ?P是一个信标当且仅当?S ?S ?成立。一个信标是极小的当且仅当它不包含任何其它的信标。如果一个极小信标不包含任何P不变式的支撑，称它为严格极小信标。M(p)表示库所p 在M下的托肯数。p能被M标识的充要条件为M(p)>0。一个子集D ?P 能被M标识的当且仅当在D中至少有一个库所能被M标识。D中所有库所的托肯数之和用M(D)来表示，其中M(D)=Σp ∈ D M(p)。假设(N, M 0)是一个网系统并且有N=(P, T, F , W , M 0)，假设I为一个P不变式，S ?P是N的一个

信标。称S在M 0下被P不变式I控制的当且仅当I T

?M 0 >0，并且对所有的p ∈P\S， I(p)≤0成立，或者等

价地,I T

?M 0 >0，{p ∈P| I(p)>0}?S成立。[6]中这样的信标被称为受不变式控制的信标。

3 基本信标和冗余信标

3.1 基本信标和冗余信标

[3]将Petri网中的极小信标分为基本信标和冗余信标。文中，用Π表示极小信标的集合，ΠE 和 ΠR 则分别表示基本信标和冗余信标的集合，如无特殊说明，文中提到的信标均为极小信标。

定义1：设S ?P是网N的一个信标，P向量λS 称为信标S的特征P向量，当且仅当?p ∈S, λS (p)=1; 否则 λS (p)=0.

定义2：设S ?P是网N的一个信标，如果ηS T = λS T

?[N]成立，称ηS 为信标S的特征T向量。 定义3：设S 1, S 2, … , 和 S n 是网N的信标，T向量 η1, η2, …, 和 ηn 形成一向量空间。我们用ηB ={ηi , ηj , …, ηk }来表示向量空间的基,其中k为向量空间的秩。那么称S i , S j , …, 和 S k 为网N的基本信标。

定义4：设S ∈ΠR 是网N的一个信标，S 1, S 2, … ,和 S n 是它的基本信标。如果ηS =Σi=1n

a i ?ηI 成立，称S 是关于S 1, S 2, … , 和 S n 的一个严格冗余信标，其中，a 1, a 2, …, a n ∈IN , n ≥2。

定义5：设S ∈ΠR 是网N的一个信标，S 1, S 2, … , S n , S n+1, S n+2, …, 和 S n+m ∈ΠE (n≥1, m≥1) 是基

本信标。如果ηS =Σi=1n a i ?ηi -Σj=n+1n+m

a j ?ηj 成立(a i ≥0, a j >0)，称S是关于基本信标S 1, S 2, … , S n , S n+1, S n+2, …, 和 S n+m 的松弛冗余信标。其中，?i ∈{1, 2, ..., n}, a i ∈IN , ?j ∈{n+1, n+2, ..., n+m}, a i ∈IN \{0}。如果S是关于S 1, S 2, … , 和 S n 的冗余信标，称S 1, S 2, … , 和 S n 为S的基本信标。

3.2 冗余信标的可控性

下面阐述在其基本信标被不变式控制的情况下，冗余信标也是受控的条件。 定理1： 设(N, M 0), N=(P, T, F)为一网系统，S={p u , …, p v }为一可被清控的可控信标，而S’={ p α, …, p β}为P的一个子集，其中，{α, …, β}∩{u, …, v}=φ。给N添加一控制器V S ，得到的网记为(N’, M 0’)，

从而有I=(0, …0, 1px , …1py , 0, …0, -b p α,…-b p β, 0…,0 –1VS )T

是N’的P不变式，其中{x, …, y}?{u, …, v}, ?i ∈{α, …, β}, b pi ∈N ; ?p ∈P,M 0’(p)=M 0(p). 设 M 0’(V S )=M 0(V S )-ξs 。如果Σi ∈α, …, β{} b pi ?M 0(p i )< ξs 成立，则S为不变式控制的。

证明： 如果Σi ∈α, …, β{} b pi ?M 0’ (p i )<ξs 成立，有0> Σi ∈α, …, β{} b pi ?M 0’ (p i )-ξs 。从而M 0(S)>Σi ∈α, …, β{}b pi ?M 0’ (p i ) +M 0(S)-ξs 。这就意味着M 0’(S)=M 0(S)>Σi ∈α, …, β{}b pi ?M 0’ (pi)+M 0’ (V S )是成立的。

很明显，{p | I(p) > 0}?S成立。更进一步，?M ∈R(N,M0), I T

?M=M 0’(S)-Σi ∈α, …, β{}b pi ?M 0’(pi)-M 0’

(V S )成立。由上可得到：?M ∈R(N,M0), I T

?M>0成立。定理得证。

ξs 称为信标S的控制深度变量。下文中，初始网标记为(N 0, M 0)，而添加了控制库所的网则标记为(N 1, M 1)。

定理2：设(N, M 0), N=(P, T, F)是一网系统，S是 N的严格冗余信标。设S 1, S 2, …, 和S n 是信标S 的基本信标，并且有 ηS =a 1?ηS1+ a 2?ηS2+…+ a n ?ηSn 。 S 是不变式控制的如果 (1) ?i ∈{1, 2, …,

n},I i =(0, …0, 1pxi , …1pyi , 0, …0, -b p αi ,…-b p βi , 0…,0)T

是N 的一个P-不变式，并且(2) M 0(V S )>Σu ∈α1, …, β1} {a 1?b pu ?M 0(p u ) + Σu ∈α2, …, β2}{a 2?b pu ? M 0(p u )+…+Σu ∈αn, …, βn}{a n ?b pu ?M 0(p u ), 其中 ?i ∈{1, 2, …, n}, S i ={p xi , …p yi },{α1, …, β1}?{1, 2, …, |P |}, ?u ∈{αi , …, βi }, b pu ∈N. 证明: 见[3]。

定理3: 设(N, M 0), N=(P, T, F) 为一网系统，S 为该网N的一松弛冗余信标。设S 1, S 2, … , S n , S n+1, S n+2, …, 和S n+m (n ≥2, m ≥1) 是S的基本信标并且有 ηS =(a 1?ηS1+a 2?ηS2+…+a n ?ηSn )- (a n+1?ηSn+1+a n+2?ηSn+2+… + a n+m ?ηSn+m )。 S 是不变式控制的如果 (1)?i ∈{1, 2, …, n},I i =(0, …0, 1pxi , …1pyi , 0, …0,

-b p αi ,…-b p βi , 0…,0)T

是N 的一P不变式，并且有 (2) M 0(V S )>Σu ∈α1, …, β1} {a 1?b pu ?M 0(p u ) + Σu ∈α2, …, β2}{a 2?b pu ? M 0(p u )+…+Σu ∈αn, …, βn}{a n ?b pu ?M 0(p u ),其中?i ∈{1, 2, …, n}, S i ={p xi , …p yi },{α1, …, β1}?{1, 2, …, |P |}, ?u ∈{αi , …, βi }, b pu ∈N。 证明: 显然，?i ∈{1, 2, …, n}, 从S i 中移走的托肯数的最大值为Σu ∈αi, …, βi}{a i ?b pu ?M 0(p u )。因此, 从S中移走的托肯数的最大值为Σu ∈α1,…,β1}{a 1?b pu ?M 0(p u )+ Σu ∈α2,…,β2}{a 2?b pu ?M 0(p u )+…+ Σu ∈αn, …, βn}{a n ?b pu ?M 0(p u ).既然ηS =(a 1?ηS1+a 2?ηS2+…+a n ?ηSn )-(ηS =a n+1?ηSn+1 +a n+2?ηSn+2 +…+a n+m ?ηSn+m )。则有ηS + a n+1?ηSn+1 +a n+2?ηSn+2+… + a n+m ?ηSn+m =a 1?ηS1+a 2?ηS2+…+a n ?ηSn .假定最坏的情况为仅当S 1, S 2, . . ., 和 S n 中的托肯全部移走时，S 中的托肯才会全部移走。从而，如果M 0(S) >Σu ∈α1, …, β1} {a 1?b pu ?M 0(p u ) + Σu ∈α2, …, β2}{a 2?b pu ? M 0(p u )+…+Σu ∈αn, …, βn}{a n ?b pu ?M 0(p u ) 成立, S 则永远不可被清空。

定义6: 令N=(P, T, F, W)。假定N 有 k个信标 S 1, S 2, …, 以及S k 。设[η]k ×|P|= [λS1|λS2|...|λSk ]T

。

[N]|P|×|T|=[ηS1| ηS2|…|ηSk ]T

称为信标的特征T向量矩阵。

定理4: 令ω 表示N 中基本信标的个数。则有ω ≤ min(|P |,|T |). 证明:见[9]。

4 S 3PR网[2]

首先介绍一类简单加工进程(S 2

P); 然后介绍拥有资源的简单加工进程(S 2

PR)。 最后, 引入拥有

资源的简单加工进程系统(S 3PR)。本文研究的是S 3

PR网。

定义7: 一个简单加工进程(S 2

P)是一个Petri 网 N=(P ∪{p 0}, T, F), 其中 1) P ≠φ (p ∈P 称为工序库所), p 0?P (p 0 称为进程闲置库所); 2) N 是一个强连通的状态机; 3) N中的每一个回路都包含 p 0.

定义8: 一个拥有资源的简单加工进程(S 2

PR)是一个网N=(P ∪{p 0}∪P R , T, F) 其中1) 由P ∪{p 0}∪T

产生的子网是一个S 2

P; 2) P R ≠φ (r ∈P R 称之为资源库所),并有(P ∪{p 0})∩P R =φ; 3)?p ∈P, t ∈?p, t ′∈p ?,

?r p ∈P R , ?t ∩ P R =t ′?∩P R ={r p }; 4) 下面两个关系成立: a) ?r ∈P R ,

??r ∩P=r ??∩P ≠φ 和b) ?r ∈P R , ?r ∩

r ?=φ; 5)

??(p 0)T ∩P R =(p 0)T ??∩P R =φ; 若r ∈P R , 定义H(r)=(??r) ∩P, 即使用r 的工序库所的集合,称之为r的持有者集合。

定义9: 设N=(P ∪{p 0}∪P R , T, F)为一个S 2

PR。 初始标识 M 0 对于网N 来说是合理的初始标识，当且仅当 1) M 0(p 0)≥1; 2) M 0(p)=0, ?p ∈P; 3) M 0(r)≥1, ?r ∈P R 。

以下,当提到一个可被标识的S 2

PR即N=(P ∪{p 0}∪P R , T, F),指的是带有合理标识的N并且P 0={p 0}。

定义10: 一个S 2PR的系统,即 S 3PR,定义如下: 1) 一个S 2PR 就是一个S 3

PR. 2) 设N i =(P i ∪P 0i ∪P Ri , T i ,

F i ), i ∈{1,2}, 有两个S 3

PR 使得(P 1∪P 01)∩(P 2∪P 02)=φ, P R1∩P R2=P C ≠φ, T 1∩T 2=φ; 那么, N 1和N 2通过P C (表示为N 1°N 2)组合得到的网N=(P ∪P 0∪P R , T, F)定义如下: 1) P=P 1∪P 2, 2) P 0=P 01∪P 02, 3) P R =P R1∪P R2;

4) T=T 1∪T 2; 5) F=F 1∪F 2, 也是一个S 3

PR。

定义11: 设N 是一个S 3PR。(N, M 0)是被标识S 3

PR，当且仅当满足以下任何一个条件： 1) (N, M 0) 是

一个可被标识的S 3PR; 2) N=N 1°N 2, 使得(N i , M 0i ) 是一个可被标识的S 3

PR 以及a) ?i ∈{1,2}, ?p ∈P i ∪P 0i , M 0(p)= M 0i (p); b)?i ∈{1,2},?r ∈P Ri \P C , M 0(r)=M 0i (r); 以及c) ?r ∈P C , M 0(r)= max{M 01(r), M 02(r)}。

定义12: 设Οk i=1N i=(P∪P0∪P R, T, F) 为一S3PR，S 为N中的严格极小信标，其中S=S P∪S R, S R=S∩P R, 以及S P=S\S R。 设[S]=(∪r∈SR H(r))\S。[S]称为信标S 的补集。

对于资源的集合Y={r1, r2, …, r m}, 拥有资源Y的工序库所的集合记为H(r1)∪H(r2) ∪…∪H(r m) 或简单地记作 ∪r∈Y H(r)。[2]已经证明,在S3PR中，对于不包含P不变式的支撑的信标S,有|S∩S R|>1成立。同时可以得到S=S R∪S P。还有，(1) ?i∈{1, 2, …, k}, ?r∈P R, P i∪P0i 以及H(r)∪{r}是S3PR 中的P不变式的支撑。(2) 设S=S P∪S R 是N 的一个严格极小信标, 其中S R={r1, r2, …, r n}。那么?p∈[S], ?i∈{1, 2, …, n}, p∈H(r i) 以及 ?j∈{1, 2, …, n}\{i}, p?H(r j)。 (3)在N中给定一个严格极小信标S,则[S]∪S是N的一个P不变式的支撑。由此，一个S3PR被 P不变式所控制并且任何一个P不变式的支撑都是可被标识的。因此，在一个S3PR中,任何一个严格极小信标在其演变过程中都有可能被清空。

5死锁控制策略

本文的死锁预防控制策略包含两部分：首先添加控制库所控制所有的基本信标，其次对所添加的控制库所的进行计算和判断，剔除冗余控制库所。死锁控制的算法如下：

第一步： 确定初始网系统(N0,M0)中的基本信标(ES)和冗余信标(RS)的集合。对于每一个基本信标ES i, 给原网添加控制库所 V Si 使得 ES i 受控（假定基本信标的个数为n）。正如[3]和[9]，得到了网(N1,M1)（n个控制库所V S1, V S2, …, 和 V Sn 添加到了原网中，得到的网系统记作(N1, M1)）。

第二步：i:=1。

第三步：如果 i>n 那么转到第六步。

如果 i=n 那么转到第五步。

第四步：添加完控制库所V Si 后，检测S1, S2, …, S i-1 是否被不变式所控。

如果?j∈{1, 2, …, i-1}, S j 被V Si所控制。

那么从N1中剔除V Sj以及相关的连接弧; 新的网系统记作(N2, M2)。

否则 i:=i+1; 转到第三步。

第五步：对应于已经添加的控制库所 V S1, V S2, …., V Sn-1 ，检测S n是否为不变式所控。

如果 S n是不变式所控的，

那么V Sn就没必要添加;转到第六步。

否则，添加V Sn;转到第四步。

第六步：输出(N2, M2)。

第七步：结束。

一个信标是否被不变式控制可在多项式时间内通过下面的线性规划问题来确定,

min 0T*I

subject to

I T*[N]=0T

I T * M0 >0

I(p) ≤0 for all p∈P\S

在 S3PR中,有|T|≤|P|。本文的控制策略算法复杂度为 O(|T|2)，因为在一个S3PR中, 最多有|T|个基本信标，那么我们检测冗余控制库所的次数为1+2+…+|T|-1=|T|(|T|-1)/2。

6 控制策略实例

图1所示的FMS单元[2][3]有四台机床M1-4，每台机床同时可以加工2个工件。该单元有三台机器人R1-3，每台机器人可以夹持1个工件。由机器人来处理工件的搬运，R1负责工件从I1到M1, 从I1到M3和从M3到O3的搬运工作，R2负责工件从M1到M2, 从M4到M3, 从M3到M4, 从I2到M2和从M2到O2的搬运工作，R3负责工件从I3到M4，从M2到O1和从M4到O1的搬运工作。工件通过上料器I1, I2和I3进入该FMS单元，通过下料器O1, O2和O3离开该FMS单元。该单元可以生产三种类型零P1, P2和P3。该FMS的Petri网模型如图2所示。这是一个S3PR网系统。

图2 .柔性制造系统的Petri网模型.

该网共有18个严格极小信标，如表I所示，冗余信标冠以符号*。这18个严格极小信标中有6个基本信标。例如，S7是相对于基本信标 S10, S16的冗余信标。

首先,对应于6个基本信标S1, S4, S10, S16, S17 和 S18，添加6个控制库所 V S1, V S4, V S10, V S16, V S17 和 V S18 [3]。这里使用[2]中的方法对每一个基本信标添加控制库所，对应于这种添加方法，添加后网系统不再产生新的SMS。假设ξsi=1, i=1, 4, 10, 16, 17, 18；有M1(V S1)=2,M1(V S4)=5, M1(V S10)=2, M1(V S16)=2, M1(V S17)=5 和M1(V S18)=2。冗余信标和基本信标间的初始标识关系以及基于定理4冗余信标的可控性如表II所示

表II中有三个等式，这表明S11, S13 和 S15有可能是不可控的。通过分析, 得到S11, S13 和 S15 被如下的不变式所控制：

I S11=(0 1 0 1 0 -1 0 1 0 1 -1 0 0 0 1 0 0 0 -1 1 1 1 1 0 1 1 -1 0 0 0 -1 0)T.

I S13=(0 1 0 1 0 -2 0 1 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 -1 0 1 1 0 0 1 1 -1 0 0 0 0 –1)T.

I S15=(0 1 0 1 0 -2 0 1 0 1 -2 -1 0 0 0 0 1 0 -1 0 1 1 0 0 0 1 -1 0 0 -1 0 0)T.

因此， S11, S13 和 S15永远不可被清空。控制后的网系统如图3所示，可达标识为6287。

当添加V S18后，V S18同时使得S17 和 S18受控。控制S17 和 S18的P不变式如下：

I S17 =(0 1p2 0 1p4 0 0 0 1p8 0 0 –1p11 1p12 0 0 1p15 0 0 –1p18 –1p19 1p20 1p21 0 0 0 0 0 0 0 0 0 –1VS18)T

I S18=(0 1p2 0 1p4 0 –1p6 0 1p8 0 0 0 1p12 0 0 0 1p16 0 -1p18 –1p19 0 1p21 0 0 0 1p25 0 0 0 0 0 –1VS18)T

当剔除V S17后, 网系统仍然是活的并且可达状态为6331，如图4所示。

图 3.6个基本信标全部控制后的网系统模型

图 4.去掉冗余控制库所V S17后的网系统模型

表 I

图2网系统中的18个SMS

Si Places M0(S) S1p10, p18, p22, p26 3

S2*p4, p10, p15, p20, p21, p22, p23, p24, p25, p2611

S3*p4, p10, p16, p21, p22, p24, p25, p268

S4p4, p10, p17, p21, p22, p24, p26 6

S5*p4, p9, p13, p15, p20, p21, p23, p24, p25, p2610

S6*p4, p9, p13, p16, p21, p24, p25, p267

S7*p4, p9, p13, p17, p21, p24, p26 5

S8*p4, p9, p12, p15, p20, p21, p23, p24, p258

S9*p4, p9, p12, p16, p21, p24, p25 5

S10p4, p9, p12, p17, p21, p24 3

S11*p2, p4, p8, p10, p15, p20, p21, p22, p23, p25, p269

S12*p2, p4, p8, p13, p15, p20, p21, p23, p25, p268

S13*p2, p4, p8, p10, p16, p21, p22, p25, p26 6

S14*p2, p4, p8, p13, p16, p21, p25, p26 5

S15*p2, p4, p8, p10, p17, p21, p22, p26 4

S16p2, p4, p8, p13, p17, p21, p26 3

S17p2, p4, p8, p12, p15, p20, p21, p23, p25 6

S18p2, p4, p8, p12, p16, p21, p25 3

表 II

冗余信标和基本信标间的标识关系

RSη 间的关系初始表识间的关系是否受控S2η2=η4+η17M0(S2)> M0(S4)+ M0(S17)-2Yes S3η3=η4+η18M0(S3)> M0(S4)+ M0(S18)-2Yes S5η5=η10+η16+η17 M0(S5)>M0(S10)T+M0(S16)+M0(S17)-3Yes S6η6=η10+η16+η18 M0(S6)>M0(S10)T+M0(S16)+M0(S18)-3Yes S7η7=η10+η16M0(S7)>M0(S10)T+M0(S16)-2Yes S8η8=η10+η17M0(S8)>M0(S10)T+M0(S17)-2Yes S9η9=η10+η18M0(S9)>M0(S10)T+M0(S18)-2Yes S11η11=η1+η16+η17 M0(S11)=M0(S1)+M0(S16)+M0(S17)-3 No S12η12=η16+η17M0(S12)>M0(S16)+M0(S17)-2Yes S13η13=η1+η16+η18 M0(S13)=M0(S1)+M0(S16)+M0(S18)-3No S14η14=η16+η18M0(S14)>M0(S16)+M0(S18)-2Yes S15η15=η1+η16M0(S15)=M0(S1)+M0(S16)-2No

图4中网系统的P不变式的基如下：

I1=(1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)T

I2=(0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)T

I3=(0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)T

I4=(0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)T

I5=(0 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 -1 0 0 0 0 -1 0 0 0-1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0)T

I6=(0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 -1 -1 -1 -1 -1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0)T

I7=(0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0)T

I8=(0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0)T

I9=(0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0)T

I10=(0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0)T

I11=(0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0)T

I12=(0 1 1 0 -1 0 0 0 0 -1 0 0 0 -1 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0)T

I13=(0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0)T

I14=(0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 -1 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0)T

I15=(0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 -1 -1 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1)T

容易验证I S17=I1-I3+I4-I5-I15。这意味着S17可以通过图4中网系统的P不变式基的组合去控制。从

而可以看出，图2中的所有信标通过添加5个控制库所就可以完全控制。 这一点非常有意义，文章

仅仅对6个基本信标中的其中5个添加了5个控制库所和27条连接弧，得到的网系统是活的。[3]

中，所有的6个基本信标全部控制并添加了32条连接弧。在[2]中，添加了18个控制库所和106条

连接弧，其复杂性是我们的三倍多。表III针对这个例子比较了三种死锁控制策略间的不同。

表 III.

三种不同策略间的性能比较

监督网系统Ezpeleta et al. [2] Li and Zhou [3] 我们的方法

5 所添加的控制库所得个数18 6

27 所添加的连接弧个数106 32

6331 可达状态6287 6287

7．总结

本文在作者前期工作的基础上研究提出了一种新的死锁控制策略。通过优化计算，判断所添加控

制库所的冗余性，得到活的并在结构上更为简单的Petri网监督控制器。此外，由于剔除了一些冗

余的控制库所，降低了对网系统行为的限制，从而有更多的许可行为产生。进一步的工作是将该思

想应用于一般网系统(general nets)中。

参考文献：

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[9] Z. W. Li and M. C. Zhou, Elementary siphons of Petri nets and effective deadlock control, submitted to the IEEE Trans.

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联系方式：王兴平，2002级机械电子专业硕士研究生，导师李志武，电话：88202460，

email:wxp1200@https://www.wendangku.net/doc/3612872274.html,

建筑结构设计的优化方法及应用分析 (2)

建筑结构设计的优化方法及应用分析 在建筑造价中，结构造价的比例非常大。因此，研究建筑结构设计的优化方法并将其应用于实践具有非常积极的现实意义。文章分析了建筑结构设计的优化方法和应用。 标签：建筑结构设计；优化；方法；应用 引言：伴随我国建筑业的快速发展，对建筑设计进行优化也是设计者的一个重要研究课题。为了解决建筑面积与土地面积的矛盾，建筑本身的性质与理论知识与实际情况之间的矛盾，优化了建筑结构。 1、建筑结构设计优化的内容及意义 建筑结构的优化主要体现在两个方面。一是建筑工程整体结构的优化设计；二是建筑工程局部结构的优化设计。其中，局部结构优化设计的目标主要包括以下几个方面：基本结构方案、屋面系统方案、围护结构方案、结构细节等。当对上述目标进行优化时，往往涉及到选择、受力分析和成本分析。总之，在优化建筑结构设计过程中，不仅要严格执行设计规范，而且要充分结合施工项目的具体情况，从而最终提高建筑工程的综合经济效益。建筑结构优化的重要性主要是两点，一是提高建筑工程的安全性和可靠性，二是降低建筑工程的总造价。通过对比分析发现，在适当的应用下，建筑结构设计优化方法能最大限度地降低建筑工程总造价30%。通过优化方法的有效应用，一方面可以最大限度地提高材料的性能，另一方面可以为实际的规划执行提供一系列有用的工作。 2、建筑结构设计的优化方法 2.1概念设计优化 建筑结构的概念设计是设计者将自己的理论知识和设计要求和建筑环境结合起来设计建筑结构。在设计时，应考虑许多非唯一的数值和不可预测的不可抗拒因素。例如，在设计建筑物时，需要考虑其抗震性能。地震不能通过预测和针对性的设计发生，所以在设计中，应加强地震多发区域内每一栋建筑物的抗震性能，尤其要注意建筑物的抗震性能，是设计优化的这些因素的设计优化的概念。 2.2模型设计优化 在优化设计概念后，还应优化模型的结构。首先，在设计变量的选择中，需要选择的变化内容越来越少，但作为参考标准的基本价值，减少了优化设计的难度，提高了设计的可靠性；其次，针对较大的接触因素，建立相应的功能结构设计和分析，降低建筑成本，减少错误概率的设计，加强建筑整体性优化，减少设计和施工工作的工作量；第三是衡量建筑结构的工作条件，工作环境通常是复杂多变的，具体的建设需要考虑的各个部分稳定、结构应力极限，整体结构刚性和

机械结构优化设计

机械结构优化设计 ——周江琛2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数 优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立

目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。 优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算

钢结构设计步骤

钢结构设计步骤和设计思路 摘要：钢结构设计简单步骤和设计思路关键词: 钢结构结构设计步骤 (一) 判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 (二) 结构选型与结构布置 此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍.由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指 导下进行。 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是\"概念设计＼＂，它在结构选型与布置阶段尤其重要．对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概

念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法,以及结构总体系和个分体系间 的相互力学关系和简化近似设计方法。[２０] 钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳)、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。 其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决，或没有简单实用的设计方法,比如网壳的稳定等。 结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载）,如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中,不

企业组织架构设置原理及设置方法

企业组织架构设置原则及设置方法 组织架构设计必须把握五条原则：战略导向原则、简洁高效原则、负荷适当原则、责任均衡原则、企业价值最大化原则。 组织架构设置原则 组织架构设计必须把握五条原则：战略导向原则、简洁高效原则、负荷适当原则、责任均衡原则、企业价值最大化原则。 战略导向原则。战略决定组织架构，组织架构支撑企业战略落地。内贸企业不会设立外贸部，代工企业不会成立研发部，零售企业不会设立生产部。设置任何部门都必须成为企业某一战略的载体。反过来说明，如果企业某一战略没有承载部门，就会导致架构残缺。华东某企业在全国设立了十个分公司，经营规模也超过十亿元人民币，但由于企业没有成本核算部门，公司欠银行贷款一亿多元，老板连哪家亏损哪家赚钱都搞不清楚！前些年轰然倒塌的集团企业无不与此类似。 简洁高效原则。部门绝不会越多越好，以层级简洁、管理高效为原则。过多则效率低下，过少则残缺不全。 负荷适当原则。部门功能划分适度，不能让某个部门承载过多功能。功能集中不仅不利于快速反应，而且还会形成工作瓶颈，制约企业发展。 责任均衡原则。责任均衡体现企业的授权艺术。如果让某部门“一枝独秀”“权倾四野”，可能有工作效率无企业效益，权力失衡、制约乏力往往会滋生腐败。 负荷适当体现的是功能多少，责任均衡体现的是权力大小。如生产型企业，生产部是功能多的部门，相对而言品质部则是权力大的部门，也许生产部有几百上千员工，品质部只有十几人甚至少到几个人，但品质部员工却拥有产品是否合格的最终裁定权。 部门设置的根本原则，那就是让部门组合价值最大化，即确保企业以最少的投入获得最大的市场回报。 组织架构设置方法 设计组织架构可以分五步进行：战略对接、选择类型、设计部门、划分功能、确定层级。

企业组织结构设计范例

企业组织结构设计范例 （一）行政部组织结构设计范例 行政部组织结构图 行 政 主 管 相关说明 （二）采购部组织结构设计范例 采购部组织结构图 行政部经理 经理级1人 安 全 专 员 公 关 专 员 前台接待专员 专员级 _____ 人 人员编制 总务后勤主管 办 公事务主管 人员编制 经理级1人 主管级 人 专员级 _____ 人 相关说明

（三）生产部组织结构设计范例 生产部组织结构图 （四）研发部组织结构设计范例 相关说明 （五）技术部组织结构设计范例 人员编制 生产部经理 经理级1人 中试分析员 生产试制员 工艺设计员 分析员 试验员 产品设计员 产品开发员 资料员 研究员 相关说明 研发部组织结构图 人员编制

技术部组织结构图 人员编制 相关说明 （六）质量部组织结构设计范例 质量部组织结构图 相关说明 （七）市场部组织结构设计范例 市场部组织结构图 人员编制 质量部经理 经理级1人 来料质量控制专员 质 量 控 制 主 管 工序质量控制专员 成品质量控 制专员 质量体系主管 质 量 改 进 专 员 质量成本控制专员 质 量 体 系 专 员 专员级 _____ 人 技术部经理 经理级1人 技术主管 I 测试主管 主管级 人 技 技 术 术 员 员 试 分 验 析 员 员 专员级 _____ 人 人员编制 1

相关说明 （八）销售部组织结构设计范例 （九）设备部组织结构设计范例 市场部经理经理级1人市场调研主管市场开发主管市场策划主管促销主管

相关说明 （十）工程部组织结构设计范例 相关说明 （十）客服部组织结构设计范例 客户关系主管 呼 叫 中 心 专 员 大 客 户 服 务 团 队 客 户 投 诉 接 待 专 员 售 后 服 务 调 研 专 员 人 级 员 专 工程部组织结构图人员编制

钢结构设计的八大要点

钢结构设计的八大要点 钢结构设计要点 钢结构设计简单步骤和设计思路 （一)判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有 较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住 宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 （二）结构选型与结构布置 此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛, 做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。 在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”,它在结构 选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规 定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来 确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有 效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是 判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。（无论结构软件 如何强大，扎实的结构概念和力学分析，及可靠的手算能力，才是过 硬的素质。）钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。 其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设 计方法，比如网壳的稳定等。 结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大 悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。屋面上雪

压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨 量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节 点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选 择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用 钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为 了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型src 柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。 对抗震不利。（把受力单元尽可能的向结构外围布置，是充分利用材 料性能的关键，就像中空的竹子一样，所以外强内弱很重要。） 结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的 说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响 范围,使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。 其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线。否则应考虑结构的扭转。 结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构,柱子至少应能单独承 受1/4的总水平力。 框架结构的楼层平面次梁的布置,有时可以调整其荷载传递方向以满足 不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截 面加大，减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消，此时把次梁支撑 在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。 （三）预估截面 结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是梁柱和支撑等的 断面形状与尺寸的假定。 钢梁可选择槽钢、轧制或焊接h型钢截面等。根据荷载与支座情况， 其截面高度通常在跨度的1/20～1/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧 向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按 规范中局部稳定的构造规定预估。

机械结构设计准则汇总

机械结构设计准则汇总 第一部分、塑料件 1、概述： 注塑件设计的一般原则: z 充分考虑塑料件的成型工艺性，如流动性； z 塑料件的形状在保证使用要求的前提下，应有利于充模，排气，补缩， 同时能适应高效冷却硬化； z 塑料设计应考虑成型模具的总体结构，特别是抽芯与脱出制品的复杂程 度，同时应充分考虑到模具零件的形状及制造工艺，以便使制品具有较 好的经济性： z 塑料件设计主要内容是零件的形状、尺寸、壁厚、孔、圆角、加强筋、 螺纹、嵌件、表面粗糙度的设计。 1.1、常用塑料介绍 常用的塑料主要有 ABS、AS、PC、PMMA、PS、HIPS、PP、POM 等，其 中常用的透明塑料有 PC、PMMA、PS、AS。高档电子产品的外壳通常采用 ABS+PC；显示屏采用 PC，如采用 PMMA 则需进行表面硬化处理。日常生活中 使用的中底挡电子产品大多使用 HIPS 和 ABS 做外壳，HIPS 因其有较好的抗老 化性能，逐步有取代 ABS 的趋势。 1.2、常见表面处理介绍 表面处理有电镀、喷涂、丝印、移印。ABS、HIPS、PC 料都有较好的表面处 理效果。而 PP 料的表面处理性能较差，通常要做预处理工艺。近几年发展起来 的模内转印技术（IMD）、注塑成型表面装饰技术（IML）、魔术镜（HALF MIRROR）制造技术。 IMD 与 IML 的区别及优势： 1、 IMD 膜片的基材多数为剥离性强的 PET，而 IML 的膜片多数为 PC。 2、 IMD 注塑时只是膜片上的油墨跟树脂接合，而 IML 是整个膜片履在树 脂上。 9 3、 IMD 是通过送膜机器自动输送定位，IML 是通过人工操作手工挂。 1.3、外形设计 对于塑料件，如外形设计错误，很可能造成模具报废，所以要特别小心。外 形设计要求产品外观美观、流畅，曲面过渡圆滑、自然，符合人体工程。 现实生活中使用的大多数电子产品，外壳主要都是由上、下壳组成，理论上 上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素影响， 造成上、下外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面壳）。可接受面刮<0.15mm，可接受底刮<0.1mm。所以在无法保证零段差时，尽 量使产品：面壳>底壳。 一般来说，上壳因有较多的按键孔，成型缩水较大，所以缩水率选择较大， 一般选 0.5%。 底壳成型缩水较小，所以缩水率选择较小，一般选 0.4%。

企业如何进行组织结构设计

企业如何进行组织结构设计 （和君咨询：林子力） 企业组织结构设计与优化是企业在发展过程中必然要面临的关键命题之一，本文结合自己做过的几个组织结构设计的项目阐述自己对组织结构设计的一些理解。主要涉及组织结构设计的概念、组织结构对于企业的重要性及如何进行组织结构设计。 一、组织结构设计的概念 组织结构设计是企业管理的常用手段，组织设计指的是建立或改造一个组织的过程，即对组织活动和组织结构的设计和再设计，是把任务、流程、权力和责任进行有效组合和协调的活动。在平日的运营当中企业往往总是通过组织设计，为企业的全体员工一一指派职责并协调其工作，以期在达成企业经营目标的过程中获得最佳的工作绩效。 组织设计的结果是形成新的企业组织结构。其内容包括： 1、各岗位职务的专业化，部门的划分，以及直线指挥系统与职能参谋系统的相互关系等方面的工作任务组合。 2、建立职权指挥系统、控制幅度和集权分权等部门与部门、人与人之间相互影响、协调和控制的机制。 3、建立最优化业务流程和信息流，以及相应的最有效的协调和管理手段，形成一套管理机构，以及与之相配套的支持系统，如领导制度、管理程序、工作标准、规定制度等。 组织设计的基本功能就是要协调组织中全体人员与该组织的任务、目标之

间的关系，使该组织适应企业完成目标的需要，最大限度地发挥全体人员的能量与积极性，成为一个具有凝聚力的整体。 二、组织结构的重要性 组织结构对企业的重要性不言而喻，从表面上看，企业面临着很多不良的组织结构带来的问题，如：责任不清、权限不明、越级报告、部门主义、目标紊乱、机构臃肿、管理僵化、运营失控。发展迅速的企业更是经常遇到这样的问题，企业发展的速度太快，企业的组织结构经常跟不上其发展。而这些都需要科学的组织结构设计来解决问题。 从构建企业的的内部秩序来说，组织结构设计可以保障公平责权利的分工以降低内耗，达到企业内部的秩序构建的目的。 从企业的运营效率而言，企业的运营效率=岗位效率+系统协同，企业需要组织结构设计将工作进行分解至每个岗位上，以专业化的分工来加快企业运营的速度。同时需要组织结构设计中的协调机制来进行岗位与岗位之间的、部门与部门之间的有效协同，通过协同来整合各个部门、各个岗位的工作以达成整个企业的目标。 非常明显的是：结构效率优先于运营效率，单个个体再大的本事，再高的素质，在一个失效或低效的组织中工作都是痛苦的。缺乏科学的组织结构企业将会在部门扯皮等内耗当中痛苦的生存。 三、如何进行组织结构设计

基于OptiStruct的结构优化设计方法

基于OptiStruct的结构优化设计方法 作者：张胜兰 优化设计是以数学规划为理论基础，将设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学理论，以计算机和应用软件为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。有限元法（FEM）被广泛应用于结构分析中，采用这种方法，任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行研究。最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。 一、OptiStruct结构优化方法简介 OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具。它提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化，这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。概念设计优化――用于概念设计阶段，采用拓扑（Topology）、形貌（Topography）和自由尺寸（Free Sizing）优化技术得到结构的基本形状。详细设计优化――用于详细设计阶段，在满足产品性能的前提下采用尺寸（Size）、形状（Shape）和自由形状（Free Shape）优化技术改进结构。拓扑、形貌、自由尺寸优化基于概念设计的思想，作为结果的设计空间需要被反馈给设计人员并做出适当的修改。经过设计人员修改过的设计方案可以再经过更为细致的形状、尺寸以及自由形状优化得到更好的方案。最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。表1简单介绍各种方法的特点和应用。

OptiStruct提供的优化方法可以对静力、模态、屈曲、频响等分析过程进行优化，其稳健高效的优化算法允许在模型中定义成千上万个设计变量。设计变量可取单元密度、节点坐标、属性（如厚度、形状尺寸、面积、惯性矩等）。此外，用户也可以根据设计要求和优化目标，方便地自定义变量。 在进行结构优化过程中，OptiStruct允许在有限元计算分析时使用多个结构响应，用来定义优化的目标或约束条件。OptiStruct支持常见的结构响应，包括：位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、结构应变能、以及各响应量的组合等。 OptiStruct提供丰富的参数设置，便于用户对整个优化过程及优化结果的实用性进行控制。这些参数包括优化求解参数和制造加工工艺参数等。用户可以设定迭代次数、目标容差、初始步长和惩罚因子等优化求解参数，也可以根据零件的具体制造过程添加工艺约束，从而得到正确的优化结果并方便制造。此外，利用OptiStruct软件包中的OSSmooth工具，可以将拓扑优化结果生成为IGES等格式的文件，然后输入到CAD系统中进行二次设计。

机械结构设计的原则和特点

5.1.1机械结构设计的任务 机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。所以，结构设计的直接产物虽是技术图纸，但结构设计工作不是简单的机械制图，图纸只是表达设计方案的语言，综合技术的具体化是结构设计的基本内容。 5.1.2机械结构设计特点 机械结构设计的主要特点有：（1）它是集思考、绘图、计算（有时进行必要的实验）于一体的设计过程，是机械设计中涉及的问题最多、最具体、工作量最大的工作阶段，在整个机械设计过程中，平均约80%的时间用于结构设计，对机械设计的成败起着举足轻重的作用。（2）机械结构设计问题的多解性，即满足同一设计要求的机械结构并不是唯一的。（3）机械结构设计阶段是一个很活跃的设计环节，常常需反复交叉的进行。为此，在进行机械结构设计时，必须了解从机器的整体出发对机械结构的基本要求 5.2机械结构件的结构要素和设计方法 5.2.1结构件的几何要素 机械结构的功能主要是靠机械零部件的几何形状及各个零部件之间的相对位置关系实现的。零部件的几何形状由它的表面所构成，

一个零件通常有多个表面，在这些表面中有的与其它零部件表面直接接触，把这一部分表面称为功能表面。在功能表面之间的联结部分称为联接表面。 零件的功能表面是决定机械功能的重要因素，功能表面的设计是零部件结构设计的核心问题。描述功能表面的主要几何参数有表面的几何形状、尺寸大小、表面数量、位置、顺序等。通过对功能表面的变异设计，可以得到为实现同一技术功能的多种结构方案。 5.2.2结构件之间的联接 在机器或机械中，任何零件都不是孤立存在的。因此在结构设计中除了研究零件本身的功能和其它特征外，还必须研究零件之间的相互关系。 零件的相关分为直接相关和间接相关两类。凡两零件有直接装配关系的，成为直接相关。没有直接装配关系的相关成为间接相关。间接相关又分为位置相关和运动相关两类。位置相关是指两零件在相互位置上有要求，如减速器中两相邻的传动轴，其中心距必须保证一定的精度，两轴线必须平行，以保证齿轮的正常啮合。运动相关是指一零件的运动轨迹与另一零件有关，如车床刀架的运动轨迹必须平行于于主轴的中心线，这是靠床身导轨和主轴轴线相平行来保证的，所以，主轴与导轨之间位置相关；而刀架与主轴之间为运动相关。 多数零件都有两个或更多的直接相关零件，故每个零件大都具有两个或多个部位在结构上与其它零件有关。在进行结构设计时，两零件直接相关部位必须同时考虑，以便合理地选择材料的热处理方式、

建筑结构设计的优化方法及应用分析 何彬

建筑结构设计的优化方法及应用分析何彬 摘要：文章以建筑结构设计的优化方法及应用分析为研究对象，首先对建筑结 构设计优化必要性进行了阐述分析，随后简单介绍了建筑结构优化设计方法步骤，最后以装配式工艺为例，对建筑结构设计的优化应用进行了分析研究以供参考。 关键词：建筑结构；设计优化方法；应用分析 前言：建筑结构作为整体建筑核心组成部分，针对于建筑结构的设计不仅关系到建筑建 设经济适用性，同时对于建筑整体功能性发挥具有重要的影响意义。在低碳环保理念、可持 续发展理念日益深入人心的当下，需要进一步加强对建筑结构设计优化方法的应用与分析， 从而有效提升建筑节能效率，最大限度地降低对环境的负面影响，促进建筑建设质量提升， 推动我国建筑行业实现可持续发展。 一、建筑结构设计优化必要性 随着我国城市建设进程不断加快，国民经济水平不断提升，有效带动了我国建筑行业的 发展。当下人们对于建筑建设提出了更高的要求，其不仅要求在建筑质量方面更加稳定，同 时要求具备良好的建筑功能性，建筑造型设计要独特、新颖，整体建筑外观结合自身功能性 不同具有一定艺术特质，给人以美的感受；还要响应国家关于绿色建筑的政策号召，能够减 少建筑施工中不必要的资源浪费，提升建筑的低碳、环保性能，经济适用性更强，从而带给 人更好的居住体验。建筑结构作为建筑的核心组成部分，在满足上述要求上发挥着关键性作用。首先，建筑整体结构合理与否，决定着建筑的抗震性能、质量及稳定性实现，是提升建 筑建设水平与质量的关键；其次，建筑结构与建筑的整体造型设计也具有密切的联系，在建 筑造型设计方面发挥着重要的作用。最后，建筑结构建设关系到建筑的用材、施工技术选择、等因素，而上述这些因素决定着建筑资源的利用率的高低，能够有效减少不必要的建筑资源 浪费，使得建筑施工建设更加低碳环保。 基于以上种种分析，很有有必要加强对建筑结构设计的优化，进一步推广建筑结构设计 优化应用，从而有效实现建筑成本的节约，提升建筑建设质量，确保建筑节能标准得到有效 落实，有效减少建筑施工建设过程中各种违法、资源浪费、破坏问题的发生，从而推动建筑 行业实现绿色健康可持续发展。 二、建筑结构优化设计方法步骤 （一）构建建筑结构优化模型 在建筑结构优化过程中，首先需要借助数学函数关系，通过构建建筑结构设计约束条件 与可变条件之间的关系式，从而实现建筑结构应用模型的建立，在此基础之上，借助相应模 型对影响建筑结构优化的因素进行全面的分析，从中获得最佳的优化方式，为整体建筑结构 优化奠定坚实的基础。例如结合对建筑墙体保温板与墙体受压能力的分析，通过构建相应模 型进行全面的数据分析，从而推动建筑结构的优化得到有效实现。 （二）制定科学合理的建筑结构优化设计方案 在数据模型运行阶段，通过对房屋建筑的模型相关条件进行处理分析，在有效保证建筑 结构在实际实施中功能性得到良好的发挥的基础之上，通常对线性分析加以应用，做好线性 条件的检验，通过对数学模型中的函数进行变置转化应用，以此为依据，实现建筑结构优化 设计的实施方案制定，有效提升建筑结构优化设计的可实施性及可操作性，保证建筑结构设 计优化得到全面有效的落实。 （三）综合应用分析建筑程序 通过利用现代测量技术与建筑结构设计相结合，进一步将抽象的数据资源转化为房屋建 筑中的实际执行操作，确保建筑结构在优化后，发挥出应有的作用价值。例如在房屋墙体设 计上应用建筑结构设计优化方法，以墙体建设各种因素为依据，全面分析外墙和内墙建设实施，最终形成专门针对于建筑中墙体施工实际方案，发挥建筑结构设计优化方法的引导作用，提升建筑结构优化设计水平与质量。 三、建筑结构设计优化应用，以装配式工艺为例 在建筑结构设计建造方面，相对于传统的现浇施工工艺，装配式建筑工艺作为新型建筑

钢结构设计步骤与思路

钢结构设计步骤与思路 钢结构设计步骤与思路作者：佚名 时间：2008-7-30 浏览量： 判断结构是否适合用钢结构 钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说:大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。 结构选型与结构布置 此处仅简单介绍。详请参考相关专业书籍。由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。

在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题,可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想,从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确,并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时,它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。 林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法,以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。[20] 钢结构通常有框架、平面架、网架、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。

其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法,比如网壳的稳定等。 结构选型时,应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载,就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区,屋面曲线应有利于积雪滑落,如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时,在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中,可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中,常采用钢混凝土组合结构,在地震烈度高或很不规则的高层中,不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRc柱,核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震不利。[19] 结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀。力学模型清晰。尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围,使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀。其形心要尽量靠近侧向力

组织结构设计的基本原则

组织结构设计，指对企业的组织等级、运营结构及管理模式等进行再造的过程，EMBA、MBA等常见经营管理教育均组织结构设计方法有所探究。 一、定义 组织结构设计，是通过对组织资源（如人力资源）的整合和优化，确立企业某一阶段的最合理的管控模式，实现组织资源价值最大化和组织绩效最大化。狭义地、通俗地说，也就是在人员有限的状况下通过组织结构设计提高组织的执行力和战斗力。 企业的组织结构设计是这样的一项工作：在企业的组织中，对构成企业组织的各要素进行排列、组合，明确管理层次，分清各部门、各岗位之间的职责和相互协作关系，并使其在企业的战略目标过程中，获得最佳的工作业绩。 从最新的观念来看，企业的组织结构设计实质上是一个组织变革的过程，它是把企业的任务、流程、权力和责任重新进行有效组合和协调的一种活动。根据时代和市场的变化，进行组织结构设计或组织结构变革（再设计）的结果是大幅度地提高企业的运行效率和经济效益。 二、目的 创建柔性灵活的组织，动态地反映外在环境变化的要求，并在组织成长过程中，有效地积聚新的组织资源，同时协调好组织中部门与部门之间的关系，人员与任务间的关系，使员工明确自己在组织中应有的权力和应承担的责任，有效地保证组织活动的开展。 三、主要内容 1、职能设计 职能设计是指企业的经营职能和管理职能的设计。企业作为一个经营单位，要根据其战略任务设计经营、管理职能。如果企业的有些职能不合理，那就需要进行调整，对其弱化或取消。

2、框架设计 框架设计是企业组织设计的主要部分，运用较多。其内容简单来说就是纵向的分层次、横向的分部门。 3、协调设计 协调设计是指协调方式的设计。框架设计主要研究分工，有分工就必须要有协作。协调方式的设计就是研究分工的各个层次、各个部门之间如何进行合理的协调、联系、配合，以保证其高效率的配合，发挥管理系统的整体效应。 4、规范设计 规范设计就是管理规范的设计。管理规范就是企业的规章制度，它是管理的规范和准则。结构本身设计最后要落实并体现为规章制度。管理规范保证了各个层次、部门和岗位，按照统一的要求和标准进行配合和行动。 5、人员设计 人员设计就是管理人员的设计。企业结构本身设计和规范设计，都要以管理者为依托，并由管理者来执行。因此，按照组织设计的要求，必须进行人员设计，配备相应数量和质量的人员。 6、激励设计 激励设计就是设计激励制度，对管理人员进行激励，其中包括正激励和负激励。正激励包括工资、福利等，负激励包括各种约束机制，也就是所谓的奖惩制度。激励制度既有利于调动管理人员的积极性，也有利于防止一些不正当和不规范的行为。 四、基本理论

钣金结构设计准则

1 引言 薄板指板厚和其长宽相比小得多的钢板。它的横向抗弯能力差,不宜用于受横向弯曲载荷作用的场合。薄板就其材料而言是金属，但因其特殊的几何形状厚度很小，所以薄板构件的加工工艺有其特殊性。和薄板构件有关的加工工艺有三类:(1)下料:它包括剪切和冲裁。（2)成形：它包括弯曲、折叠、卷边和深拉。（3)连接:它包括焊接、粘接等。薄板构件的结构设计主要应考虑加工工艺的要求和特点。此外，要注意构件的批量大小。 薄板构件之所以被广泛采用是因为薄板有下列优点: (１）易变形,这样可用简单的加工工艺制造多种形式的构件。 (2)薄板构件重量轻。 (3)加工量小，由于薄板表面质量高,厚度方向尺寸公差小，板面不需加工。（4)易于裁剪、焊接，可制造大而复杂的构件。 (5)形状规范，便于自动加工。 2 结构设计准则 在设计产品零件时，必须考虑到容易制造的问题。尽量想一些方法既能使加工容易，又能使材料节约，还能使强度增加,又不出废品。为此设计人员应该注意以下制造方面事项。 钣金件的工艺性是指零件在冲切、弯曲、拉伸加工中的难易程度。良好的工艺应保证材料消耗少,工序数目少,模具结构简单,使用寿命高，产品质量稳定。在一般情况下，对钣金件工艺性影响最大的是材料的性能、零件的几何形状、尺寸和精度要求。

如何在薄板构件结构设计时充分考虑加工工艺的要求和特点,这里推荐几条设计准则。 2.1 简单形状准则 切割面几何形状越简单，切割下料越方便、简单、切割的路径越短,切割量也越小。如直线比曲线简单,圆比椭圆及其它高阶曲线简单，规则图形比不规则图形简单(见图1）。 (a）不合理结构(b)改进结构 图１ 图２a的结构只有在批量大时方有意义，否则冲裁时,切割麻烦，因此，小批量生产时,宜用图ｂ所示结构。 (a）不合理结构(b）改进结构 图2 2.2 节省原料准则(冲切件的构型准则） 节省原材料意味着减少制造成本。零碎的下角料常作废料处理，因此在薄板构件的设计中,要尽量减少下脚料。冲切弃料最少以减少料的浪费。特别在批量大的构件下料时效果显著，减少下角料的途径有:

企业组织结构的设计

如何设计企业组织结构 企业组织结构是指企业全体员工为实现企业目标而进行的分工协作，在职务范围、责任、权力方面所形成的结构体系。那么想要成为一个成功的企业，设计好企业组织结构是至关重要的，作为一个即将创业的创业者，下面我将就企业制度、企业外部环境、企业经营战略对组织结构的影响、企业技术与人员素质、企业规模等方面来讨论如何设计企业组织结构。 企业制度 企业制度是决定组织制度的首要因素。个人业主制企业和合伙制企业由所有者直接进行管理，组织体系比较简单，部门划分和管理层次就比较少。而公司制企业所有权和经营权相分离，在组织中设置有执行各项权能的机构，并建立责、权明确的授权与监督机制；同时，公司还往往要设置多个部门，管理层次也较复杂。所以我们选择运用直线－职能制。直线－职能制，也叫生产区域制，或直线参谋制。它是在直线制和职能制的基础上，取长补短，吸取这两种形式的优点而建立起来的。目前，我们绝大多数企业都采用这种组织结构形式。这种组织结构形式是把企业管理机构和人员分为两类，一类是直线领导机构和人员，按命令统一原则对各级组织行使指挥权；另一类是职能机构和人员，按专业化原则，从事组织的各项职能管理工作。直线－职能制的优点是：既保证了企业管理体系的集中统一，又可以在各级行政负责人的领导下，充分发挥各专业管理机构的作用。但其缺点是：职能部门之间的协作和配合性较差，职能部门的许多工作要直接向上层领导报告请示才能处理，这一方面加重了上层领导的工作负担；另一方面也造成办事效率低。为了克服这些缺点，可以设立各种综合委员会，或建立各种会议制度，以协调各方面的工作，起到沟通作用，帮助高层领导出谋划策。企业外部环境 企业组织结构设计必须考虑到企业外部环境的影响，不同的企业、同一企业不同时期所处的外部环境可能有很大的差异。企业的外部环境因素既包括经济、技术、文化、政治、法律和国际关系等一般环境，也包括企业所处的具体的竞争环境，如竞争对手、顾客、资金等经营要素供应者、政府机构等。企业环境的性质可以按不同标准进行划分。对企业的组织结构设计来说，最为重要的是环境的不确定性。衡量环境的不确定性，可以归纳为两个指标：环境的复杂性和环境的稳定性。环境的复杂性是指关系到企业运营的环境因素的多寡。如果影响企业的外部因素多，而且各因素之间又相互影响，那么这样的环境就比较复杂。环境的稳定性是指环境因素在时间上的变化状况。如果环境因素在较长时间内没有什么变化，那么这种环境就比较稳定；如果环境因素瞬息万变，难以预料，这样的环境自然就不稳定。随着环境不确定程度的不断提高，组织设计工作中通常可以采取的对策有：①相应地增加企业的职能

结构设计优化方法简介

结构设计优化方法简介 1．简单解法当优化问题的变量较少时，可用下列简单解法。 （1）图解法。在设计空间中作出可行域和目标函数等值面，再从图形上找出既在可行域内（或其边界内），又使目标函数值最小的设计点的位置。 （2）解析法。当问题比较简单时，可用解析法求解。 2．准则法 准则法是从工程和力学观点出发，提出结构达到优化设计时应满足的某些准则（如同步失效准则、满应力准则、能量准则等），然后用迭代的方法求出满足这些准则的解。该方法的主要特点是收敛快，重分析次数与设计变量数目无直接关系，计算量不大，但适用有局限性，主要适用于结构布局及几何形状已定的情况。尽管准则法有它的缺点，但从工程应用的角度来看，它比较方便，习惯上易于接受，优点仍是主要的。最简单的准则法有同步失效准则法和满应力准则法。 （1）同步失效准则法。其基本思想可概括为：在荷载作用下，能使所有可能发生的破坏模式同时实现的结构是最优的结构。同步失效准则设计有许多明显的缺点。由于要用解析表达式进行代数运算，同步失效设计只能用来处理非常简单的元件优化；当约束数大于设计变量数时，必须设法确定那些破坏模式应当同时发生才给出最优设计，这通常是一件十分困难的工作；当约束数和设计变量数相等时，并不能保证这样求得的解是最优解。 （2）满应力准则法。该法认为充分发挥材料强度的潜力，可以算是结构优化的一个标志，以杆件满应力作为优化设计的准则。这一方法在杆件系统如桁架的优化设计中用得较多。在此基础上又发展了与射线步结合的齿行法以及框架等复杂结构的满应力设计。 3．数学规划法 将结构优化问题归纳为一个数学规划问题，然后用数学规划法来求解。结构优化中常用

钢结构设计方法与思路

钢结构设计简单步骤和设计思路 (一) 判断结构是否适合用钢结构（这个问题实际上一般和结构选型联系在一 起）。钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说：大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。（材料的选用还应考虑：材料的综合成本，施工周期，是否就地取材，以及使用环境） (二) 结构选型与结构布置此处仅简单介绍. 详请参考相关专业书籍.由于结构选型涉及广泛,做结构选型及布置应该在经验丰富的工程师指导下进行。在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是"概念设计",它在结构选型与布置阶段尤其重要. 对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确，并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时，它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。林同炎教授在《结构概念和体系》一书中介绍了用整体概念来规划结构方案的方法，以及结构总体系和个分体系间的相互力学关系和简化近似设计方法。[20] 钢结构通常有框架、平面(木行)架、网架（壳）、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。其理论与技术大都成熟。亦有部分难题没有解决,或没有简单实用的设计方法，比如网壳的稳定等。结构选型时，应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中，当有较大悬挂荷载或移动荷载，就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区，屋面曲线应有利于积雪滑落（切线50度内需考虑雪载），如亚东水泥厂石灰石仓棚采用三心圆网壳。总雪载释放近一半。降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。而屋面覆盖跨度较大的建筑中，可选择构件受拉为主的悬索或索膜结构体系。高层钢结构设计中，常采用钢混凝土组合结构，在地震烈度高或很不规则的高层中，不应单纯为了经济去选择不利抗震的核心筒加外框的形式。宜选择周边巨型SRC柱，核心为支撑框架的结构体系。我国半数以上的此类高层为前者。对抗震

浅谈如何优化建筑结构设计的方法 姜建发

浅谈如何优化建筑结构设计的方法姜建发 发表时间：2019-11-06T14:15:17.653Z 来源：《建筑细部》2019年第11期作者：姜建发[导读] 为此，本文将具体介绍几种建筑结构优化设计的方法，以供参考。 中国联合工程有限公司 310000 摘要：对现代建筑建设来说，建筑不仅需要满足用户的使用需求，还需要同时满足用户的审美需求，具备一定的美感。在建筑结构设计过程中，安全、施工便捷、经济、实用和美观是必须要考虑的五个基本问题，这也要求设计者对建筑结构设计进行优化，使建筑不断趋于合理、安全和实用。为此，本文将具体介绍几种建筑结构优化设计的方法，以供参考。 关键词：建筑结构；设计；优化方法；数学模型 在建筑结构的设计环节中，设计者需要对建筑的布局、施工方案和验收环节进行把控，综合考虑并不断优化，才能做出科学的结构设计方案。在原有方案的基础之上，对结构设计方案进行改进，使其充分利用空间资源，并在最大程度上满足用户的实际需求，在实现其基本的建筑物使用功能的基础上，实现较好的美观功能，并在实际建设中节约建设成本，获得最佳经济效益。 1建筑结构设计优化的必要性 在房屋结构设计过程中，使用合理的优化设计方案，不仅能够提升建筑物的使用价值，还可以同时实现建筑物的经济价值和环保价值。在优化设计方案中，节省建筑单位的资金投入，降低建设成本。建筑优化设计与传统的建筑设计相比，能够为企业带来更好的经济效益、为用户提供更好的使用体验。通过优化配置建筑施工过程中的各种资源，如建筑材料、结构布局，实现结构布局的有效结合，共同发挥更优作用，建筑物的面积随着建筑物层数的增加而增加，而要想保证建筑物的良好设计效果、稳定性和可靠性，建筑物的单位面积造价也会随之升高。通过建筑结构优化设计，便可以在这些因素之间找到协调点，实现最佳的方案设计。 2建筑结构优化设计结构化建模的详细步骤 2．1目标函数的选择 设计人员在对房屋结构进行设计优化时，首先必须确定建筑结构的目标函数，通过建筑物的安全标准和面积参数共同确定，进而根据建筑物建设工程材料的情况准确定建筑物优化设计的工程造价。在这之后，设计人员需要对计算出的集中工程造价方案进行分析，选择工程造价最低的方案，以实现在满足建筑物各项需求的基础上经济效益的最大化。 2．2变量的选择 在对目标函数进行合理的选择之后，还需要对建筑物的变量进行选择。变量的选择具体是指设计人员分析出的可能影响建筑物结构设计的因素，对其进行分析和研究，选择其中影响程度最大的变量因素进行计算和控制，进而达到变量选择的实际作用。 2．3约束条件的选择 对建筑结构的可靠性进行优化和创新，可以对房屋建筑结构当中的定量与约束条件内容进行准确的判定，并将约束条件限定在建筑物的工程标准之内，借此实现建筑结构设计的最优化。例如，在对应力、尺寸大小和结构强度等因素的约束条件进行判定时，必须以建筑物结构的实际情况为基础进行选择。 3建筑结构设计优化新方法介绍 建筑物结构的优化设计体现在建筑物工程结构总体的优化设计和建筑物结构分部结构的优化设计两方面。在分部结构优化设计中，需要进行优化设计的内容有基础结构、屋盖层系统、围护结构以及结构细部方案的优化设计。对这些内容的优化设计涉及到选型、布置、造价分析和受力分析几个部分，并在满足其使用需求的前提下实现经济效益的最大化。并在满足建筑物结构的长期效益条件下，以减少近期投资为目的降低工程造价5%～30%。在优化技术的同时，通过合理利用不同材料的性能使建筑物内部结构的各个单元实现最佳协调。 3．1拓扑优化方法 拓扑优化方法需要设计人员在对建筑物进行设计优化过程中，找到准确的建筑结构理想化分布形式，并对建筑物结构的刚度等属性进行有效分析，通过拓扑优化方式实现减少建筑物结构重量的目的，进一步提升建筑物的性能。在使用拓扑优化方法时，设计者必须充分认识到拓扑优化方法的优点，通过拓扑优化方法将建筑物结构的设计转变为概念性的结构设计方法，提升建筑物结构设计的逻辑性。 3．2截面优化方法 建筑物结构的细节是最能体现其整体可靠性和安全性能的部分，在处理建筑物截面时，设计人员必须考虑到截面结构的安全性和可靠性，对建筑物的截面进行科学计算，提升其稳定性和美观度。对于建筑物截面的优化设计，设计人员可以利用有限元方法来计算设计变量的应力特点和结构位移情况，并通过信息化的设备验算和统计所获得的设计数据，再依据所得的结果判断需要调整的范围，并对该范围内的区域进行优化设计。 3．3外形优化方法 通过外形优化方法，设计人员可以在固有的截面优化方法基础上发对建筑物的结构框架和内部形状进行更进一步的调整、完善，以便提升建筑物的结构设计质量。首先，设计人员需要了解和掌握建筑物的整体情况，以我国现行的建筑物结构设计标准对其进行修正。通过外形优化方法划分建筑物结构的外形特征，在实际工作中，主要采用的是杆系结构和连续性结构。在使用干洗结构外形设计过程中，建筑物结构的节点坐标的选取是关键点，并将选取的节点坐标作为设计的变量，用以满足建筑物外形优化设计的需求。 3．4概念设计与细部结构设计优化相结合 在缺乏详细数据的情况下，我们可以通过概念设计的方法来实现设计的优化。例如，在对建筑物的抗震能力进行设计时，因为地震的强度是不确定因素，我们无法找到与之对应的计算方法，因此，就可以引入概念设计的方法，将数值作为辅助依据。并在设计过程中结合结构设计优化的方法，从而使优化设计达到最佳效果。此外，在设计过程中，设计人员必须对结构的西部进行优化设计，例如，在进行现浇混凝土施工中，异形板料的弯曲部位十分容易开裂，为此，我们可以将其简化为矩形板，再选择钢筋，这样就可以降低凝土开裂的概率，既能满足建筑物结构的基本需求，又能够实现安全和经济的目标。