HFSS_Designer协同设计方法

Ansoft 协同设计方法

－复杂波导系统设计

2008-06-12 ANSOFT CORPORATION

目录

前言 (2)

一、 Ansoft复杂无源器件仿真解决方案 (2)

二、波导滤波器的设计 (4)

(一) Iris 波导滤波器设计 (4)

1) 在HFSS中进行的基本单元建模和仿真 (4)

2) 建立HFSS与Ansoft Designer间的动态链接 (10)

3) 在Ansoft Designer中求解 (14)

4) 在Ansoft Designer中完成滤波器的优化设计 (15)

5) 将Ansoft Designer中优化后的IRIS滤波器export到HFSS进行验证 (17)

(二) Combline滤波器设计 (19)

1) 在HFSS中进行基本单元的建模仿真 (19)

在求解设置部分可参考前述IRIS波导滤波器的设置，所不同的是求解频率为0.4GHz (34)

2) 在HFSS中进行基本单元的参数化扫描 (41)

3) 建立HFSS与Ansoft Designer间的动态链接 (42)

4) 在Ansoft Designer中完成滤波器的优化设计 (46)

5) Ansoft Designer 与 HFSS的仿真结果对比与讨论 (48)

前言

HFSS精确可靠的三维电磁场仿真彻底改变了传统设计流程， 调试硬件原型的传统设计手段被对三维电磁场仿真模型的设计和优化所取代，大大地缩短了设计周期。尽管如此，Ansoft仍不懈地致力于优化使用者的仿真设计流程，提高优化效率，从而进一步缩短设计周期。

现今对于滤波器或其他复杂波导器件的理论研究和设计技术已经非常成熟，但设计工作依旧面临很多问题。电路仿真具有很高的速度，可快速的仿真出滤波器各个部件的集总电参数，但是在电磁场求解工具中设计真实的3D微波元件却需要花费数周的时间。本文主要阐述了电路仿真器如何与3D场仿真器协同完成设计工作，从而使设计周期从原先的数周缩短为数日。这种解决方案的核心是“场路结合、协同仿真”，优点是有效的结合了三维电磁场仿真的精度和电路仿真的速度，使微波无源器件的设计流程进入了新的时代。

下面我们将以几个具体的例子来说明这套通过“场路结合、协同仿真”来设计复杂无源器件的解决方案。

一、 Ansoft复杂无源器件仿真解决方案

当电磁场仿真被设计者广泛接受后，我们进一步需要把这种技术应用到各种需要精确仿真求解的更大规模的设计问题中。这里就产生了一对速度与精度之间的矛盾，因为我们知道电路仿真速度是很快的，传统的仿真方法一般都是基于等效电路的。我们希望有一种切实可行的解决方案：能提供快速、具有电磁精度、且求解问题的规模不受限制。因为作为工程设计软件，仅仅解决求解精度问题是不够的，更重要的是能够提供一种高效率的、可操作性强的设计流程。“场路结合、协同仿真”的思路就是基于这种实际工程中的需求而产生的。

Ansoft提供的这套复杂无源器件仿真的解决方案如下图所示：

首先，一个复杂的无源器件被拆分成若干基本单元，对于每个基本单元在HFSS 中建立三维模型进行电磁场仿真和参数化扫描。参数化扫描的目的是为了后面将要进行的自动优化设计提供基本数据。在经过合理的划分基本单元之后，每个单元通常都是结构简单且电尺寸小。对于这样的结构，在HFSS 中很容易就能得到收敛的仿真结果。在这一步，我们充分利用了场仿真的精度为后面提供了精确的基础数据源。

接着，HFSS 中的基本单元通过场到路的“协同仿真”链接到Ansoft Designer 的电路设计原理图中。这样以来，整个复杂器件的导波特性由电路仿真完成，电路原理图中的元件即为HFSS 中的基本单元。

然而，如果“协同设计”仅仅停留在拟合S 参数文件进行电路仿真的层面上，就只能用于设计验证，而不能用作设计。因为当仿真结果达不到设计指标时，我们无法对模型进行优化—显然在电路仿真层面上，只剩下基本元件的S 参数，所有三维结构信息全部都丢失了，因而想要无法实现了对整个结构进行电路级的优化――如果应用不同厂家的电磁场仿真器和电路仿真器就必然面临这种情况。

Ansoft “协同设计软件包“的最大优势在于它同时包含强大的三维电磁场仿真工具HFSS 和电路仿真工具Ansoft Designer，当HFSS 中的基本单元以元件的形式插入Ansoft Designer 的电路设计原理图时，除了S 参数之外，所有的变量（如尺寸、材料特性）和参数化扫描结果都可被动态链接进来，从而为基于电路仿真的优化设计提供基础数据。在Ansoft Designer

从Ansoft Designer 中的原理图场

路

场

中进行优化时，即使是HFSS中参数化扫描没有的点，也可以由插值算法得到，整个器件的优化过程可以直接在电路级进行。

在电路级完成整个器件的优化后，原理图还可以通过脚本直接输出到HFSS进行验证，从HFSS中输出三维模型到机械CAD软件。

并且，针对几种波导器件类型，如Iris波导滤波器、腔体滤波器和分支线耦合器，Anosft 还可提供给Ansoft Designer用户波导器件库。器件库不仅包含所有元件的HFSS模型，还有帮助实现设计自动化的脚本文件，并且支持DOE【1】的设计方法。

接下来我们看几个应用这种解决方案设计复杂无源器件的实例。

二、 波导滤波器的设计

(一)Iris 波导滤波器设计

Iris滤波器经常被用作窄带滤波器的设计。一个带宽很窄的滤波器要求的求解精度是很高的，因为每次自适应求解后滤波器的工作频带都会微微地向高频处漂移，加之S12曲线的斜率十分陡峭，因此通常需要较多的求解次数才能收敛。然而，当将Iris波导滤波器拆分成单元后，每个单元的频响都不会呈现出带通的特性，就不存在收敛难的问题了。在这种设计上应用场路结合的解决方案十分划算。详细的设计步骤可总结如下：

1)在HFSS中进行的基本单元建模和仿真

如下图2 (a)所示为一个典型的Iris波导滤波器。根据这样的外形，我们可以轻易地将它分解为图2 (b) 和 (c) 两种基本单元。基本单元(b)表示的是滤波器的IRIS部件；

对于电特性来说，(b) 应该只包含IRIS隔膜部分，但是由于高次模的问题在建模的时候不能这样处理，我们必须包含两段连续的波导。通过HFSS中waveport的deembed 功能可将S参数的参考平面推到IRIS隔膜的根部。

（a）

(De-embed)

（b）(c)

图 2

波导采用WR-90标准波导，波导截面的长和宽分别为a和b，侧边的倒角采用HFSS 中的Fillet功能：选中需要倒角的边（一次可同时选中多条边），3D Modeler-> Fillet。IRIS 具体尺寸如下：

接下来，我们将对这两种基本单元建模并求解。首先，波导结构的求解可使用“Driven Model”求解类型；

如图2（b）所示，波导插入膜片处采用的倒园角的工艺。在这些倒角处可配合相应的手动网格剖分。选定波导结构，右键选择“Assign Mesh Operation”中的“Surface Approximation”，指定“Normal deviation”为5度（90度的角共切18个面）。

波导器件的求解设置可参照以下步骤：

i.插入一个新的求解设置，以这个波导滤波器为例，如果需扫频频带为8～

12GHz的话，选择12GHz为求解频率；

ii.为了避免与后面在Ansoft Designer中的仿真产生累积误差，在HFSS中需设置较高的求解精度：

i.Maximum Number Of Passes（最大迭代次数） = 20

ii.Maximum Delta S（S参数矢量差的最坏值） = 0.01

iii.Maximum Refinement Per Pass （每次迭代最多增加的网格量占上一次网格量的百分数）= 30

iv.Minimum Number Of Passes（最小迭代次数） = 3

v.Port Field Accuracy （端口求解精度）= 0.1%

扫频设置：

i.考虑到后面要使用与Ansoft Designer的协同仿真，每个求解设置下必须

只包含一个扫频设置（在HFSS单独使用时，扫频设置的数目不受限制），

并且扫频设置使用默认名称“Sweep1”

ii.对于波导结构来说推荐使用快速扫频；只有当仿真的频段达到波导的截至频率时，才推荐使用插值扫频；

取消“Save Fields”前面的勾选可减少硬盘空间的需求；

端口设置：

i.使用波端口（waveports）

ii.仅求解一个模式(主模)

iii.在每个基本单元的两个端口上都定义积分线，这样可以避免求解出的电场相位有180度的相差；

iv.这样以来，在每个端口处都只求解主模；我们知道在波导内部，IRIS的存在会产生高次模（消逝模式）；然而，这些模式会迅速呈指数衰减，当

波端口距离iris足够远时，这些高次模还没反射到端口处就已经衰耗到很

小的数量级（通常小于－20dB时，高次模可被忽略不计），工程上可忽略

不计；

在IRIS 基本单元中，我们可以设置波导长为2*a，a为波导截面的宽；

v.在这个例子中，我们把波导壁简化为理想导体，可无需画出波导壁，HFSS 会默认仿真物体与背景交界的面为PEC，这将不考虑金属损耗；

vi.如果结构中存在两个放置很近的IRIS，这种情况下可能除了主模以外的少数几个高次模在到达波端口之前还没有得到很好的衰减，那么你需要

将两个IRIS一并当作一个基本单元在HSS中仿真；

2)建立HFSS与Ansoft Designer间的动态链接

当对HFSS中的基本单元求解和参数化扫描完成后，就可以着手建立HFSS到Ansoft Designer的动态链接了。

在Ansoft Designer中插入一个电路设计，Project－> insert circuit design，Layout technology选择none。

我们现插入IRIS基本单元，下图为IRIS基本单元的HFSS project。

如下图所示，在project manager中，右键 circuit，插入一个HFSS子电路。这样

HFSS中的设计会以N端口元件的形式插入到Ansoft Designer的电路设计中来。

接着，你会看到一个动态连接设置的窗口“Dynamic NPort import”。

“File”栏，通过路径查找选中需要链接进来的HFSS基本单元project；

“Design”栏用来选择具体是哪个design，因为一个HFSS project中可以同时管理多个design，（Tips：我们可以将所有HFSS基本单元的设计都存放在一个HFSS project 下，然后给每个基本单元的设计做不同的命名，这样便于查找）；

“Solution”栏，当一个design中包含多个求解设置（solution setup）时（比如分多个频段求解），在这里可以选择某一个求解及扫频设置。具体选择哪一个要根据你在Ansoft Designer中需要做的频率扫描范围而定。

选择“interpolate existing solutions”，当Designer的求解涉及到HFSS的仿真结果以外的值时，（如linear network analysis中的扫频点，或在Designer中进行优化时的优化变量值），Designer会根据插值算法计算出缺少的数据，这个功能在进行扫频和优化时极为有用。否则，也可以选择“simulate missing solutions”，这样当遇到没有求解数据的电视，HFSS的求解引擎会被自动的唤起进行求解。

插值算法还包含一些高级设置－“advanced setting”，提供根据不同的曲线特征选择相应插值算法的功能。关于这部分的细节就不在这里赘述了，感兴趣的设计者可参考online help中的相关内容；否则，按照默认设置即可。

“Information”中，给出了pin脚数目的信息等，一般与HFSS中的端口数目一致。

“Parameter”中可以看到所有HFSS中定义的变量，它们能够被乖乖地传递到Ansoft Designer中，用做优化。

另一种基本单元如图2 (c) 所示为一端空波导，它可用来调节相邻IRIS之间的间隔。我们可以利用两种方法来实现这段空波导。第一种方法大家都能想到，就是做一个两端口波导，然后将波导的长度进行参数化扫描，作为Designer中优化的基础数据，这里就不再赘述了。

我们这里重点介绍一种更方便快捷的方法：利用“transmission line model”来方便的链接进一端均匀传输线。当HFSS的设计被链接到Ansoft Designer时，除了端口的特性阻抗外，端口模式的传播系数（包含衰耗和相移因子）也都会被传递到Designer。对于均匀传输线，在HFSS中只需设置一个端口，Designer便会根据这个端口的特性阻抗和波传播系数计算出不同长度情况下的传输线S参数。在这个过程中，仅仅是不断的调用HFSS的后处理引擎，无需重新求解，因此速度非常快。

当动态链接设置好之后，基本单元可通过简单的ctrl+c, ctrl+v复制出多个来，比如我们要设计一个包含4个IRS的滤波器。当元件放置好之后，加上端口，如下图所示：

3)在Ansoft Designer中求解

Ansoft Designer中的求解设置相比HFSS要简单得多。如下图所示，添加一个“Linear Network Analysis”，然后设置扫描范围 8.2~12GHz即可。

根据初始设计得到的S11和S21仿真结果如下所示。滤波器的带通特性还没有体现出来，显然需要做优化。

4)在Ansoft Designer中完成滤波器的优化设计

HFSS中的变量被传递到Ansoft Designer中之后，都显示为基本单元的属性。进行优化之前，要重新设置变量。

下面我们以优化IRIS间的距离为例。根据IRIS带通滤波器结构对称的特性，5段空波导的长度可以如下分别定义变量为 L0, L1, L2；其中L0的长度与带通特性无关，我们只需要优化L1和L2即可。

设置优化目标之前，要先选定参与优化的变量。如下图所示，“design properties”的“local variables”中将 L1和L2勾选。另外，为L1和L2设置适当的初始值，以及取值区间也会提高优化效率和效果。

接着定义优化设置。在“Optimetrics”中 add一个“Optimization”。

如下图所示，一个优化设置中可同时包含多个优化目标，并且可同时对多个变量进行优化。（优化设置中的更多细节功能这里就不再赘述了，请参考online help）

5)将Ansoft Designer中优化后的IRIS滤波器export到HFSS进行验证

Ansoft

Designer中的通过HFSS动态链接的到的原理图可通过脚本程序直接输出到

HFSS成为一个ready to solve的设计。在Ansoft Designer的波导库中包含这样的脚本程序。

这样就形成了一个工程设计的完美闭环。

HFSS

在Ansoft Designer的菜单栏，Tools->Run Script，运行ExportToHFSS.vbs脚本（改脚本layout->export to hfss生成一个.vbs脚本文件,通过hfss打开脚本文件从而进行仿真验证.

需配合Ansoft 波导库使用），Ansoft Designer 中的Iris 滤波器原理图就直接layout 到HFSS 了。我们接下来可以对比一下HFSS 和Designer 中对整个滤波器的仿真结果。

如下图所示，虚线部分为HFSS 的仿真结果，实线部分是Designer 的仿真结果，可以看出，不论是在通带范围、带外抑制，还是ripple 的大小上，两种仿真结果都十分吻合。

ExportToHFSS.VBS

仿真结果：HFSS （虚线）； Ansoft Designer （实线）

(二)Combline滤波器设计

接下来我们以一个的combline同轴腔体滤波器为例进一步说明协同设计的用法。这种类型的滤波器经常用作大功率的无线通信以及广播中。Chebychev带通滤波器在通带内有波纹，比起Butterworth型（通带内最平坦）滤波器具有更强的带外抑制比。通常，设计一个Chebychev型带通滤波器需要考虑以下指标：波纹水平（ripple）、中心频率、阶数、带宽。这些指标就能将整个滤波器的频响特性描述出来。以接下来要设计的滤波器为例，中心频率为400MHz，带宽为15MHz。

当然不止一种结构能够达到上述设计指标，前面介绍的IRIS波导滤波器就是一种，而在本节中介绍的滤波器是由多个金属棒和腔体构成的。由图3（a）所示，金属棒在底部与腔体连接，在顶部伸进金属扣中，但并不接触。每个金属棒和金属扣都形成了一个谐振器。在输入和输出端，同轴线与能量辐射器（即与同轴相连的圆盘）能够提供必要的能量耦合。

对于结构的设计中包含许多尺寸变量，我们选择其中的某些尺寸赋予固定值，比如金属棒谐振器半径、金属扣尺寸（内外半径和高）、辐射器尺寸、腔体尺寸。然后我们通过对下列尺寸的调整来达到设计指标：中间3根金属棒的高度、外侧2根金属棒的高度、金属棒间的距离以及辐射器距离最外侧金属棒的距离。根据结构的对称性，也就是说我们只要通过调整5个变量的尺寸就可以完成对这个由5个金属棒谐振器构成的滤波器的设计了。

对于该类滤波器的设计原理，请参考B.Mayer博士和Martin V ogel在2002年发表的论文“Design Chebychev bandpass filters efficiently”。在这里，我们着重介绍的是协同仿真部分的操作方法。使用者掌握设计方法之后便可以自行增减腔体的数目以及调整结构尺寸来完成自己的设计任务了。

1)在HFSS中进行基本单元的建模仿真

我们可将这个同轴腔体滤波器如下分割为由图3(b), (c)的基本单元组成的结构。与前述的滤波器设计流程相似，我们也需要对每个基本单元在HFSS中进行建模和仿真。

（a）

东北大学网络教育本科生毕业设计(论文)工作规范

继续教育学院 东北大学网络教育本科生毕业设计(论文)工作规范 毕业设计(论文)是培养学生知识、能力和素质的重要环节，是进行综合训练的教学阶段。对培养学生的工程意识、开拓精神、创新能力、 科学作风、综合素质都具有重要作用。为确保毕业设计(论文)的质量，制定东北大学网络教育学院毕业设计(论文)工作规范。 一、指导思想 通过毕业设计(论文)工作使大学生达到基本知识、基础理论、基本技能(三基)和运用知识能力、网络获取知识能力、实验（仿真）测试能力、计算机应用能力、外语能力(五个能力)以及文化素质、思想品德素质、业务素质(三个素质)的训练，培养学生运用所学的专业知识和技术，研究、解决本专业实际问题的初步能力。同时，毕业设计(论文)工作是大学培养阶段教学质量的综合训练和检验。 二、选题 选题是对毕业设计(论文)工作范围进行专业确定的环节。 1．毕业设计(论文)的选题要按照所学专业培养目标确定。要围绕 本专业、学科选择有一定理论与实用价值的且具有运用课程知识、能 力训练的题目。

继续教育学院2．选题要尽可能与科研、生产和实践结合。工科类专业以毕业设 计为主；文理科类专业毕业论文要理论与实践相结合，有实用价值。 3．毕业设计(论文)的题目要坚持每人一题。指导教师可将大而难的题目分解成若干个子题目，由学生独立完成选题。 4．对于与往届重复的课题，严禁将往届毕业设计(论文)借给学生参考，防止出现抄袭现象。 5．各专业可将水平较高的题目列为重点选题。属于工程设计、软 件设计、科学实验类的重点选题，必须结合科研生产实际并有实用价值。文理类的（论文）重点选题须达到本学科研究领域较先进水平。 6．网络教育学生毕业设计(论文)的选题，在学生中心平台进行，根据指导教师提出的论题方向选题，并自拟题目，由指导教师审核通过，方可进行。 7．无任务书不能进行毕业设计(论文)工作。 8．下列课题不易安排学生做毕业设计（论文）： ①偏离本专业所学基本知识。 ②范围过专或过窄，达不到全面训练的。 ③毕业设计期间难以完成或不能取得阶段结果。 三、对毕业设计(论文)的基本要求

探讨建筑设计方案优化的策略与方法

探讨建筑设计方案优化的策略与方法 发表时间：2018-07-25T16:33:48.077Z 来源：《基层建设》2018年第15期作者：卢芬[导读] 摘要：建筑工程设计方案的优化是提高工程造价管理的关键，科学的建筑工程设计方案优化能够有效降低工程施工成本。 中国华西工程设计建设有限公司中山分公司 528400摘要：建筑工程设计方案的优化是提高工程造价管理的关键，科学的建筑工程设计方案优化能够有效降低工程施工成本。因此，加强建筑工程设计方案优化已经成为现代工程建筑投资方的重要工作。 关键词：建筑；设计方案；优化 一、建筑工程设计方案优化概述 建筑工程方案设计是依据设计任务书而编制的文件。主要由设计说明书、设计图纸、投资估算、透视图等四部分组成。是关着国家及地方有关工程建设政策和法令的基础文件，是建筑工程投资有关指标、定额和费用标准的规定。建筑工程设计方案对建设投资有着重要的影响，通过科学的建筑工程设计方案优化能够有效降低工程造价10%左右，同时还能够对工程施工成本、施工质量起到简介的促进作用。因此，加强现代建筑工程设计方案优化对提高投资使用率、提高企业综合市场竞争力都有着重要的影响。加强建筑工程设计方案优化已经成为现代工程建筑投资与建设的首要工作。 二、建筑设计方案优化的必要性 建筑设计方案优化是在建筑设计招标工作结束后，建设单位与中标设计单位需要立刻展开的一项重要工作，其必要性在于： 1、集思广益，博采众长 中标方案仅为一家单位的设计成果，其设计思路的局限性在所难免。而设计招标过程中，少则三家，多则十几家单位参与设计，各投标方案的设计手法、设计亮点对开拓建设单位和中标设计单位的思路是有价值的，可以在设计方案优化阶段集思广益、博采众长，充分借鉴其他投标方案的优点，对中标方案进行优化完善。鉴于这些情况，对于工程建设项目，尤其是大型复杂建设项目，方案优化工作已成为工程建设过程中不可或缺的工作程序和环节。建设单位要摒弃建筑设计方案优化可有可无的思想误区，在设计招标结束后不要急于展开后续设计，而要发挥各方优势，对中标方案进行充分的优化和深化，使各项功能指标及技术措施更为合理，建筑风格定位更为准确，造价与运营成本更为经济，并为后续工程设计、工程施工等环节提供科学、系统的工作依据。 2、建设单位的技术要求有待明确与落实 目前的建设项目，尤其是大型复杂建设项目，面临功能、交通、环保、景观、法规等越来越复杂的内外部环境条件和设计约束，在缺乏建筑设计方案雏形的情况下，建设单位很难提出明确详细的设计要求，其在设计招标文件中对功能需求、建筑风格的描述往往是模糊的或是框架的。因此，在明确中标方案后，应该基于中标方案的建筑布局，对各项技术要求、功能需求及设计约束进行逐一细化、优化和协调，并最终落实和确认。 3、中标设计方案有待成熟与完善 方案中标并不意味着方案的完善。通常情况下，自招标文件公布至提交方案，留给设计单位的有效设计周期不会超过40天。同时，依据招投标法规，招标期间建设单位与设计单位之间除“答疑”之外不能进行其他方式的沟通，因此，在有限时间与有限交流的前提下，要求设计单位拿出能够充分领悟建设单位意图、完全满足建设需求的方案是不现实的。此外为了加快进度，目前建设单位一般都采用“概念设计方案”招标。在功能布局及技术标准等方面，中标设计方案的深度难以直接衔接后续的相关设计活动，需要在设计方案优化阶段加以深化与细化。 三、建筑设计方案优化的途径 1、通过设计招投标和方案竞选优化设计方案 建设单位就拟建工程的设计任务通过报刊、信息网络或其他媒介发布公告，吸引设计单位参加设计招标或设计方案竞选，以获得众多的设计方案；然后组织评标专家小组，采用科学的方法，按照经济、适用、美观的原则，以及技术先进、功能全面、结构合理、安全适用、满足建筑节能及环境等要求，综合评定各设计方案优劣，从中选择最优的设计方案，或将各方案的可取之处重新组合，提出最佳方案。 2、建筑工程设计方案的综合优化 建筑工程设计方案的优化以工程功能需求出发，以技术先进性、工程造价严谨性、财务审核规范性为重点，科学的进行设计方案优化。通过对施工技术的先进性的设计，科学的应用现代建筑施工技术，提高工程施工效率，达到降低施工成本、降低投资的目的。通过工程造价严谨性控制，达到工程造价对施工的指导目的，为施工成本控制奠定基础。通过财务审核规范性对工程造价、施工资金使用等进行控制，达到工程投资的科学使用，避免职务侵占、偷工减料等情况的发生。同时科学的建筑工程设计方案优化还需要对施工过程材料进场数量、进场时间、堆放场地与堆放方法的进行设计优化。通过科学的进场数量设计减少材料进场过多造成的场地占用、资金占用以及材料管理费用。通过科学的堆放场地设计能够有效减少施工过程二次运输费用，提高施工效率。通过科学的堆放方法设计优化能够有效的避免材料堆放不当造成的材料损失。总之，科学的建筑工程设计方案优化施工对施工全过程各项工作的充分考虑，建立现代化、精细化施工管理，以此达到建筑工程施工设计方案的最终目的。 3、实施限额设计，优化设计方案 所谓限额设计，就是按照批准的设计任务书及投资估算控制初步设计，按照初步设计总概算控制施工图设计，同时各专业在保证达到使用功能的前提下，按分配的投资限额控制设计，严格控制技术设计和施工图设计的不合理变更，保证总投资限额不被突破。投资分解和工程量控制是实行限额设计的有效途径和主要方法。限额设计是将上阶段设计审定的投资限额和工程量先分解到各专业，然后再分解到各单位工程和各分部工程而得到的，通过层层限额设计，实现对投资限额的控制与管理；同时也实现了对设计标准、工程数量与预算指标等各方面的控制。限额设计是设计阶段控制工程造价的重要手段，它能有效地克服和控制“三超”现象，使设计单位加强技术与经济的对立统一管理，能克服设计概预算本身的失控对工程造价带来的负面影响。 四、建筑设计方案优化中应重点关注的要素 1、成本要素

东北大学毕业-论文设计要求

目录 一、内容总体要求 (3) （一）引言 (3) （二）论文的类型 (3) （三）毕业设计的选题 (3) （四）论文的写作 (4) 二、编写格式 (5) （一）封面 (5) 1、论文题目 (6) 2、作者姓名 (6) 3、指导教师姓名 (6) 4、论文封面日期 (6) （二）中文题名页 (6) 1、题目 (6) 2、姓名 (6) 3、学校与日期 (7) （三）英文题名页 (7) 1、题目 (7) 2、姓名 (7) 3、职称 (7) 4、学校与日期 (7) （四）毕业设计论文（任务书） (7) 1、毕业设计（论文）题目 (7) 2、基本内容 (7) 3、毕业设计（论文）专题部分 (8) 4、学生接受毕业设计（论文）题目日期 (8) （五）中文摘要 (8) 1、中文题目 (8) 2、摘要 (8) 3、摘要内容 (8) 4、关键词 (8) 5、关键词内容 (8) 6、关键词的选取 (8) 7、摘要内容的编写 (9) （六）英文摘要 (9) 1、题目 (9) 2、摘要 (9) 3、格式 (9) 4、关键词 (9) （七）目录 (9) 1、目录 (10) 2、索引条目 (10) 3、各节 (10) （八）正文 (10)

1、标题 (11) 2、正文 (11) 3、节 (11) 4、小节 (12) 5、正文编号 (12) 6、图 (12) 7、表 (12) 8、程序代码 (13) 9、结论 (13) （九）参考文献 (13) （十）结束语（致谢） (14) 三、其他要求 (14) 1、打印 (14) 2、页码编排 (14) 3、页眉设置 (14) 4、装订 (14)

施工组织设计方案的优化

施工组织设计的优化 (一)优化目的 通过技术经济比较分析，可以看出存在有两个或两个以上施工组织设计方案之间的优劣。从而去劣存优，对施工组织设计进行方案、组合、顺序、周期、生产要素等要素调整，以期使设计趋于最优化。同时，通过优化，努力节约资源，注重环境保护，提高机械设备的利用率，并协调好工期、质量、成本三控制的关系。 (二)施工方案的优化 施工方案优化主要通过对施工方案的经济、技术比较，选择最优的施工方案，达到加快施工进度并能保证施工质量和施工安全，降低消耗的目的。 主要包括：施工方法的优化、施工顺序的优化、施工作业组织形式的优化、施工劳动组织优化、施工机械组织优化等。 施工方法的优化要能取得好的经济效益，同时还要有技术上的先进性。 施工顺序的优化是为了保证现场秩序，避免混乱，实现文明施工，取得好快省而又安全的效果。 施工作业组织形式的优化是指作业组织合理采取顺序作业、平行作业、流水作业三种作业形式的一种或几种的综合方式。 施工劳动组织优化是指按照工程项目的要求，将具有一定素质的劳动力组织起来，选出相对最优的劳动组合方案，使之符合工程项目施工的要求，投入到施工项目中去。

施工机械组织优化就是要从仅仅满足施工任务的需要转到如何发挥其经济效益上来。这就是要从施工机械的经济选择、合理配套、机械化施工方案的经济比较以及施工机械的维修管理上进行优化，才能保证施工机械在项目施工中发挥巨大的作用。 (三)资源利用的优化 项目物资是劳动的对象，是生产要素的重要组成部分。施工过程也就是物资消耗过程。项目物资指主要原材料、辅助材料、机械配件、燃料、工具、机电设备等，它服务于整个建设项目，贯穿于整个施工过程。因此，对于它的采购、运输、储存、保管、发放、节约使用、综合利用和统计核销，关系到整个工程建设的进度、质量和成本，必须对其进行全面管理。 资源利用的优化主要包括：物资采购与供应计划的优化、机械需要计划的优化。 项目物资采购与供应计划的优化就是在工程项目建设的全过程中对项目物资供需活动进行计划，必要时需调整施工进度计划。 机械需要计划的优化就是尽量考虑如何提高机械的出勤率、完好率、利用率，充分发挥机械的生产效率。 浅议施工组织设计与工程预结算 施工组织设计是进行基本建设和指导建筑施工的必要文件，是建筑施工企业高质量，高，低成本，低消耗加强管理提高经济效益的重要手段，也是正确处理施工中人与物、时间与空间，质量与数量，工艺与设备，专业与协作，供应与消耗，生产与管理等各种矛盾，合理而科学地，计

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Ironmaking Plant Designing With an Annual Output of 4.8 Million Tons of Pig Iron for Steelmaking and 0.4 Million Tons Pig Iron for Casting by XXX Supervisor: Professor XXX Northeastern University June 2016

毕业设计（论文）任务书

摘要 我国钢铁产量已连续多年位居世界第一，而高炉炼铁又是钢铁联合企业中极其重要的一环。为了响应现代化工业的要求，高炉炼铁设计必须积极推行可持续发展和循环经济理念，提高环境保护和资源综合利用水平，那么我们的设计就必须要全面贯彻“高效、优质、低耗、长寿、环保”的炼铁方针。因此，本设计在延续经典传统工艺方法的同时，积极采用国内先进的生产工艺和设备以达到高炉炼铁的新要求。 本设计主要的任务是：设计一座年产480万吨制钢生铁和40万吨铸造生铁的炼铁厂。根据国内外大型高炉先进生产技术指标，确定的主要技术经济指标：利用系数2.3，焦比315kg，煤比180kg，热风温度1200℃，富氧3%。炼铁厂设计主体包括两座33003的高炉，以及每座高炉对应的四座新日铁外燃式热风炉，一座重力除尘器及其它附属设备。在设计上，采用国内外先进技术，如高风温，喷吹煤粉，干法除尘，环形出铁场等。另外，在炉前设置了除烟罩和其他除尘设备，在噪音大的地方安装消音器，以改善炼铁厂的环境，减少对环境的污染。本设计预计可实现高产、优质、低耗、长寿和环保的综合目标。 本说明书分为两个部分：第一部分，高炉车间设计；第二部分，翻译。 第一部分分为10章，内容包括高炉冶炼综合计算、高炉本体设计、高炉车间原料系统、炉顶装料设备、送风系统、高炉煤气系统、渣铁处理系统、高炉喷吹燃料系统、高炉平面布置、环境保护。 关键词要求3-6个。摘要页要求中、英文两种，英文是对中文的翻译，中文摘要一般不少于400字。 （打印方式：摘要前三页（无页码）均采用单页输出，摘要页之后（有页码）采用正反面输出） …… …… ……

现代设计方法3000字总结

现代设计方法 现代设计方法是随着当代科学技术的飞速发展和计算机技术的广泛应用而在设计领域发展起来的一门新兴的多元交叉学科。以满足市场产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的,以计算机辅助设计技术为主体,以知识为依托,以多种科学方法及技术为手段,研究、改进、创造产品和工艺等活动过程所用到的技术和知识群体的总称。 现代设计方法有:并行设计、虚拟设计、绿色设计、可靠性设计、智能优化设计、计算机辅助设计、动态设计、模块化设计、计算机仿真设计、人机学设计、摩擦学设计、反求设计、疲劳设计。 一、并行设计 并行设计是一种对产品及其相关过程(包括设计制造过程和相关的支持过程)进行并行和集成设计的系统化工作模式。强调产品开发人员一开始就考虑产品从概念设计到消亡的整个生命周期里的所有相关因素的影响，把一切可能产生的错误、矛盾和冲突尽可能及早地发现和解决，以缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量。 二、虚拟设计 在达到产品并行的目的以后，为了使产品一次设计成功，减少反复，往往会采用仿真技术，而对机电产品模型的建立和仿真又属于是虚拟设计的范畴。所谓的虚拟制造(也叫拟实制造)指的是利用仿真技术、信息技术、计算机技术和现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，发现制造过程中可能出现的问题，在真实制造以前，解决这些问题，以缩减产品上市的时间，降低产品开发、制造成本，并提高产品的市场竞争力。 三、绿色设计 绿色设计是指以环境资源保护为核心概念的设计过程，其基本思想就是在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳人产品设计之中，将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境的影响为最小。 产品设计的基本流程为：市场调研--草图构思--方案设计。 四、可靠性设计 机电产品的可靠性设计可定义为:产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性设计是以概率论为数学基础，从统计学的角度去观察偶然事件，并从偶然事件中找出其某些必然发生的规律，而这些规律一般反映了在随机变量与随机变量发生的可能性(概率)之间的关系。用来描述这种关系的模型很多，如正态分布模型、指数分布模和威尔分布模型。 五、智能优化设计 随着与机电一体化相关技术不断的发展，以及机电一体化技术的广泛使用，我们面临的将是越来越复杂的机电系统。解决复杂系统的出路在于使用智能优化的设计手段。智能优化设计突破了传统的优化设计的局限，它更强调人工智能在优化设计中的作用。智能优化设计应该以计算机为实现手段，与控制论、信息论、决策论相结合，使现代机电产品具有自学习、自组织、自适应的能力，其创造性在于借助三维图形，智能化软件和多媒体工具等对产品进行开发设计。 六、计算机辅助设计 机械计算机辅助设计（机械CAD）技术，是在一定的计算机辅助设计平台上，对所设计的机械零、部件，输入要达到的技术参数，由计算机进行强度，刚度，稳定性校核，然后输出标准的机械图纸，简化了大量人工计算及绘图，效率比人工提高几十倍甚至更多。 七、动态设计 动态设计法是在计算参数难以准确确定、设计理论和方法带有经验性和类比性时，根据施工

浅谈工程优化设计

浅谈工程优化设计 一、优化设计对建设投资的影响 1.设计方案直接影响投资 工程建设过程包括项目决策、项目设计和项目实施三大阶段。进行投资控制的关键在于决策和设计阶段，而在项目作出投资决策后，其关键就在于设计。据研究分析，设计费一般只相当于建设工程全寿命费用的1%以下，但正是这少于1%的费用对投资的影响却高达75%以上，单项工程设计中，其建筑和结构方案的选择及建筑材料的选用对投资又有较大影响，如建筑方案中的平面布置为内廊式还是外廊式、进深与开间的确定、立面形式的选择、层高与层数的确定、基础类型选用、结构形式选择等都存在着技术经济分析问题。据统计，在满足同样功能的条件下，技术经济合理的设计，可降低工程造价5%～10%，甚至可达10%～20%，如某无线电厂的多层框架结构厂房(4层)，设计单位按常规设计为独立基础，由于多层厂房荷载较大，致使独立基础的单体尺寸较大，埋深较深(-3.2m)，事后经其他设计人员分析如采用柱下条基，可节约大量的砼，并可降低埋深减少土方开挖，相比可节约投资20多万元；某两幢功能、结构、面积、基础形式均相近的综合楼，其中一幢因考虑立面效果设置了多处装饰柱及装饰线条，致使该部分费用相差10多万元，真可谓是笔下一条线，投资花万千扰。 2.设计质量间接影响投资 据统计，在工程质量事故的众多原因中，设计责任多数占40.1%，

居第一位。不少建筑产品由于缺乏优化设计，而出现功能设置不合理，影响正常使用；有的设计图纸质量差，专业设计之间相互矛盾，造成施工返工、停工的现象，有的造成质量缺陷和安全隐患，给国家和人民带来巨大损失，造成投资的极大消费。震惊全国的宁波大桥事故就是这方面的典型例证。 3.设计方案影响经常性费用 优化设计不仅影响项目建设的一次性投资，而且还影响使用阶段的经常性费用，如暖通、照明的能源消耗、清洁、保养、维修费等，一次性投资与经常性费用有一定的反比关系，但通过优化设计可努力寻求这两者的最佳结合，使项目建设的全寿命费用最低。 二、优化设计运作困难的成因 1.政府主管部门对优化设计监控不力 长期以来，形成了一种设计对业主负责，设计质量由设计单位自行把关的观念，主管部门对设计成果缺乏必要的考核与评价，有的仅靠图纸会审来发现一些简单问题，只有等出现了大的技术问题才来追究责任，而方案的经济性则问及更少。另外，对设计市场管理不够，越级、无证、挂靠设计时有发生，从而导致设计质量下降，加之由于设计工作的特殊性，不同的项目有各自的特点，所以针对不同项目优化设计的成果缺乏明确的定性考核指标。

MEMS的计算机辅助设计方法与技术综述

MEMS的计算机辅助设计方法与技术综述 霍鹏飞 (中国兵器工业集团第212研究所 西安 710065) 摘 要：MEMS作为一个多能量域耦合、多学科交叉的复杂系统，一个成功MEMS设计必须借助 于计算机辅助设计。本文结合国际MEMS计算机辅助设计的最新成果，对MEMS的设计、建模与 仿真方法及其技术进行了详细的论述。对MEMS器件或系统设计以及MEMS CAD研究具有参考价 值。 关键词: MEMS CAD；建模与仿真；结构化设计 0 引言 微机电系统(MicroElectroMechanical Systems，MEMS)指的是可以批量制作的将微传感器、微执行器以及接口电路和控制电路、通讯接口和电源等集成于一体的微系统。MEMS作为一门多学科交叉的新兴学科，涉及精密机械、微电子材料科学、微细加工、系统与控制等技术和物理、化学、生物学等基础学科，现已成为一个新兴强大的科学领域。世界各国科研机构大力投资MEMS及其相关技术的研究，它正在对世界科技、经济发展和国防建设带来深远的影响和革命性的变革。 随着MEMS制作工艺的长足发展，目前MEMS由具有单一功能的微器件向由微机械结构、接口电路和控制电路等构成复杂功能系统的集成化方向发展，如芯片系统(System on a Chip)、芯片实验室(Lab on a Chip)，因此针对单个微器件的bottom-up设计方法[0-0]已不能满足MEMS发展需求，结构化设计(structured design)[0-0]成为当前MEMS设计的主流方法。结构化设计方法是以超大规模集成电路设计为参照对象来研究MEMS的设计，其主要思想是MEMS设计分阶层，通过在不同设计阶层关注相对独立的设计问题来降低对各阶层设计人员的知识要求；同时因为不同设计阶层都是针对同一MEMS 器件，故结构化方法还强调不同设计阶层之间的数据交换、信息共享。 目前，国内外已出现了一些基于结构化设计方法的MEMS计算机辅助设计(Computer aided design,CAD)软件，如美国Coventor公司的CoventorWare[0]软件，MEMS CAP公司的MEMS Pro软件[0]等，在国内的软件有西北工业大学的MEMSGarden[0]，北京大学的IMEE[0]，但随着MEMS技术的发展，这些设计软件也在进一步研究和发展之中。 美国麻省理工学院(MIT)的S.D. Senturia [0,0] 教授是MEMS CAD的鼻祖，曾多次展望了MEMS CAD 的发展前景和面临的挑战，根据他的观点，MEMS的设计分为四个阶层：工艺级 (process level) 、物理级 (physical level) 、器件级 (device level) 和系统级 (system level) ，如图1所示，这也是当前国际上关于MEMS设计的一种主流分级方法。工艺级设计关注的焦点是MEMS的几何形状的可加工制造性；与工艺级所关注的焦点不同，物理级、器件级和系统级这三个设计阶层是从不同的角度或不同的抽象阶层来研究MEMS的行为特性。物理级是从物理场的角度研究分析器件内的能量与信息转换机理；相对于物理级，器件级是从更高阶层的角度研究MEMS器件内的能量与信息的转换，在该阶层只关注MEMS器件主要的行为特性，即关注主要矛盾，忽略次要因素，以便对器件行为进行快速的设计、评估；而在系统级设计中研究分析由更多微器件(如微传感器、微致动器、接口电路等)构成微系统的整体性能，以寻求相对合理的系统整体设计方案。

设计及施工方案优化建议

第十节设计及施工方案优化建议 海洋石油工程青岛制造基地三期项目分段制造车间工程实体量较大，结构属重钢结构，结构形式较多，专业较多，对施工方技术人员水平要求较高，因此设计及施工方案优化是保证工期、保证质量的一项重要的工作。具体工作安排如下： 1、本工程一些节点没有在图纸中反应出来，我方如果中标，将在最短的时间内吃透设计意图，进一步地和设计人员沟通，补充实施性的施工节点，保证本工程的钢构件的加工能够提前进行。 2、本工程屋面为网架结构，网架报价依据初步的设计。因此，如我方中标，将对网架的设计方案进行进一步的深化设计及计算复核，在保证结构安全大的前提下（此方案也必须经过中国船舶工业第九设计研究院结构设计工程师的认可），尽可能地经济、合理。 3、本工程的一些钢柱长度较长，如果在工厂一次性制作成型，会给运输带来一些难度，因此，如我方中标，将于设计院设计工程师、业主、甲方、监理充分接触、协商钢柱分段制作现场二次焊接事宜，如果取得以上几方的认可，我方将编制详细的施工方案，保证二次对接的施工质量。 4、本工程网架屋面暂定采用高空拼装法。中标后，我方将对网架的安装的方案（包括整体顶升、高空滑移等其他一些施工方法）进行详细的对比，在保证安全的前提下，经济、合理、高效地完成屋面网架结构的安装。 5、施工技术保证 各专业的设计深化人员把设计深化内容划分成各个小节点，设定责任人，由我方统一统筹协调，按合同规范定出方案，严格按照进度计划准时出图，为现场施工作好准备。技术人员要认真阅读图纸及文件，制定出合理有

效的施工方案，保证该工序在符合设计施工规范的前提下进行，避免返工返修现象出现，从而影响工期。

计算机辅助设计方案及示例

第6章计算机辅助设计及示例 教学要点 技能要点 计算机辅助设计及示例；平面设计模块、纵断面设计模块、横断面设计模块、挡土墙设计模块、涵洞设计模块、土石方调配模块和图表输出模块；平交口设计、交通岛设计、平交口模型、路脊线、边线和平交口范围；喇叭型立交、主线、被交线、匝道、线位数据图、连接部图、总体布置图和纬地软件。 引例 计算机辅助设计在道路设计领域得到广泛应用，国内外有许多专业应用软件， 如CARD/1、MOSS 、纬地、EICAD 和DICAD 等软件。这些专业软件具有强大 的平纵横三维设计功能，使设计人员从繁杂的计算过程中解放出来，设计时间 短、快，所设计图表清晰，便于设计人员修改。同时由于计算机的快速发展， 高效、动态、实时的道路设计成为可能。6.1 计算机辅助设计 6.1.1计算机辅助设计发展状况 计算机辅助设计

工程施工设计方案优化和工程量控制

施工组织设计（方案）优化与工程量控制 第一部分：施工组织设计（方案）优化 一、施工组织设计（方案）与工程造价的关系，及方案优化的定义 施工组织设计（方案）是保证工程顺利进行，确保工程质量、安全、工期及环水保，有效的控制工程造价的重要工具。 工程造价的确定，以施工组织设计（方案）为依据，并综合考虑本单位的现有的资源配置情况、技术实力及管理能力等诸多因素。 施工组织设计（方案）与工程造价二者之间是密切联系，相互确定的关系。 只有合理的施工方案和施工技术，才能确定出合理的具有竞争力的工程造价。另外工程造价计算的准确与否将影响施工组织设计（方案）的优化比选结果。 施工组织设计（方案）优化是施工组织设计（方案）编制阶段对工程项目

人、机、料、工等生产要素的合理组合和对施工过程中的技术方案进行有效地预先谋划和比选过程。 在保证工程质量和满足业主使用要求及工期要求的前提下，优化施工组织设计（方案）是增加企业收益，降低工程项目成本的重要措施和手段。 集团公司要求工程项目在出图后再优化率达到7％以上。 二、施工组织设计（方案）编制与评审组织 （一）施工组织设计（方案）编制 1、编制原则：贯彻现行标准和规范，结合现场，体现设计意图，合理配置资源，按合同工期xx％安排施工计划，提倡采用“四新”技术，贯彻“永临结合”，充分论证比选等。 2、编制依据：合同文件、设计文件和图纸、业主要求、施工调查报告、现行定额标准等。 3、编制的主要内容：工程概况、总体施工组织安排、大临设施及过渡工程方案、施工进度计划、主要施工技术方案、主要工程材料设备、主要施工装备、劳动力及投资安排、附表及附图等。 （二）施工组织设计（方案）的评审组织 1、评审按方案分类（重大、重要和一般）实行集团公司、工程公司二级管理模式。由各级总工程师负责，科技（技术）部归口管理。 2、评审组织（略） （1）项目经理部内部，由项目经理牵头，项目总工程师组织技术人员和相关部门，进行评审优化，完善后，由项目经理和项目总工程师负责审批，施工技术部完善各项签认和报批手续。 （2）工程公司和集团公司按权限分工进行评审，科技（技术）管理部门应

计算机辅助设计CAD教案

教案 学校：苏州市相城中等专业学校 课程：计算机辅助设计----Auto CAD2004 班级：11 工艺美术 任课教师：吴丹 2012~2013学年度第一学期

一、课程性质和任务 （一）课程性质： 1、本课程适合于建筑工程专业 2、本课程属于技能基础课程 3、本课程属于专业必修课 （二）课程任务： 1、《计算机辅助设计----Auto CAD2004》是介绍在工程领域利用计算机技术进行辅助设计的理论与技术的学科，在工程设计等领域的应用日趋广泛，利用计算机的高效、快速、准确的计算和绘图能力，结合设计人员的经验和知识已成为今天完成工程设计的主要手段。 2、通过本门课程的学习，使学生了解计算机辅助工程设计的基本知识，掌握基本理论，具备计算机辅助设计的基本能力和技巧。 二、教学目标选择 （一）知识目标 了解计算机辅助设计产生及发展背景，在各行各业的应用情况，发展趋势等。熟悉操作环境、操作界面、绘图的一般流程，掌握辅助设计绘图的操作方法。 （二）能力（技能）目标 了解绘图的一般操作步骤。掌握基本的绘图命令，了解编辑绘图的一般步骤，掌握基本编辑命令和操作方法。掌握有关图案填充的命令和操作方法。了解文字式样设置、注写和编辑的操作方法。了解块、外部参照的基本概念。掌握块创建、使用和块属性的操作方法。了解尺寸组成、标注步骤等概念。掌握尺寸样式设定、尺寸标注、尺寸编辑、形位公差标注的有关命令和操作方法。掌握显示控制的有关命令和操作方法。熟练掌握有关设计中心、查询和辅助功能的命令和操作方法。掌握图形输出及图形打印管理的有关命令和操作方法。 （三）素质（态度）目标 要求学生对计算机辅助设计的现状和发展趋势有一个较为全面的了解，熟悉较新流行的计算机辅助设计软件，掌握其基本命令和操作方法。能够利用计算机进行本专业简单的设计工作，具备设计绘制建筑工程设计等平面图形的能力。

现代优化设计方法的现状和发展趋势

M ac hi neBuil di ng Auto m atio n,D ec2007,36(6):5~6,9 现代优化设计方法的现状和发展趋势 王基维1,熊伟2,李会玲1,汪振华3 (1.宁波职业技术学院,浙江宁波315800;2.湖南生物机电职业技术学院,湖南长沙410126; 3.南京理工大学,江苏南京210094) 摘要:优化设计是近年来发展起来的一门新学科,为机械设计提供了一种重要的科学设计方 法。优化设计在解决复杂设计问题时,能从众多设计方案中寻到尽可能完美或最适宜的设计 方案。对现代优化设计方法进行了概括和总结,展望了现代优化设计的发展方向和发展趋势。 关键词:优化设计;机械设计;发展趋势 中图分类号:T H122文献标识码:B文章编号:167125276(2007)0620005202 Develop ing T rend on M odern O pt im a l Design M ethods WANG J i2wei1,XI ONG W ei2,LI H u i2li ng1,WANG Zhen2hua3 (1.Ni ngbo Voca ti on Te chno l ogy C o ll e ge,N i n gbo315800,C h i na; 2.Huna n B i o l ogy Me c ha ni c a la nd E l e c tri c a lP ro f e ss i ona lTe chno l ogy C o ll ege,C ha ngsha410126,C h i na; 3.Na n ji ng Un i ve rs ity o f S c i e nc e a nd Te chno l o gy,Na n ji ng210094,C h i n a) Abstr ac t:As a new d i s c i p l i ne,o p tm i a l de s i gn p rov i de s an m i p o rtan t sc i en tifi c de s i gn m e t h od f o r e ng i nee https://www.sodocs.net/doc/5d17372661.html, i ng op tm i a ld es i gn, t he y can fi nd o ut a nea rl y pe rf e ct o r op tm i um des i gn s ch em e fr om l o ts o f feas i b l e ap p r o ache s.T he p ape r s um m a ri ze s t he de ve l o p i ng trend a nd d ir e cti o n o f t he m ode rn op tm i a l des i gn m e t hod s. K ey word s:op tm i a ld es i g n;m a ch i n e des i gn;de ve l o p t re nd 0引言 机械设计与制造是机械工程领域中最重要的内容,而机械设计又是机械制造的前提。优化设计(opti m a l de2 si gn)是近年来发展起来的一门新的学科,优化设计为机械设计提供了一种重要的科学设计方法,在机械设计上起着重要的作用,使得在解决复杂设计问题时,能从众多的设计方案中寻到尽可能完美的或最适宜的设计方案[1]。实践证明,在机械设计中采用优化设计方法,不仅可以减轻机械设备质量,降低材料消耗与制造成本,而且可以提高产品的品质和工作性能[2]。文中初步论述了机械优化设计方法的发展现状和趋势。 优化设计方法[3]是数学规划和计算机技术相结合的产物,它是一种将设计变量表示为产品性能指标、结构指标或运动参数指标的函数(称为目标函数),然后在产品规定的性态、几何和运动等其它条件的限制(称为约束条件)的范围内,寻找满足一个目标函数或多个目标函数最大或最小的设计变量组合的数学方法。优化设计方法已成为解决复杂设计问题的一种有效工具。 1优化设计方法及应用现状 优化设计的基础和核心是优化理论和算法。迄今为止,己有上百种优化方法提出,这里重点介绍以下几种优化方法[4,5]。 a)线性逼近法:线性逼近法SLP是将原非线性问题转化为一系列线性优化问题,通过求解线性优化问题得到原问题的近似解。根据形成线性优化的方法不同,可以得到不同的线性逼近法。常用的线性逼近法有近似规划法和割平面法; b)遗传算法[2,6,14]:遗传算法GA(genetic a l gorith m s)是一种基于生物自然选择与遗传机理的随机搜索算法。它是1962年首先由美国密执安大学的J.H.H olland教授提出、随后主要由他和他的一批学生发展起来的[7],并在1975年的专著中作了介绍,首先提出了以二进制串为基础的基因模式理论,用二进制位串来模拟生物群体的进化过程。进化结束时的二进制所对应的设计变量的值即为优化问题的解。GA方法的主要优点是具有很强的通用优化能力,它不需要导数信息,也不需要设计空间或函数的连续性条件,其优化搜索具有隐性并行性,可以多点同时在大空间中作快速搜索,因此有可能获得全局最优解。由于G A有着其他优化算法不可比拟的优点,因此,GA的应用非常广泛,取得大量研究应用成果。在结构优化设计方面的如离散结构的遗传形状优化设计[8]、悬臂扭转结构和梁结构的优化设计[9]、桁架和薄壁的结构优化问题[10]等。在文献[11]中对平面四杆机构的遗传优化设计进行了研究。文献[12]介绍了一个用于ZL40装载机的直齿圆锥齿轮差速器的优化设计问题,用GA中的实数编码进行优化求解,取群体大小为50,交叉率为0.2,变异率为0.5,经过120代的进化并经圆整后得到最优解。文献[15]中通过把机械方案设计过程看作是一个状态空间的求解问题,用遗传算法控制其搜索过程,完善了新的遗传编码体系,为了适应新的编码体系重新构建了交叉和变异等遗传操作,并利用复制、交换和变异等操作进行一次次迭代,最终自动生成一组最优的设计方案。 此外,G A还应用在函数优化、机械工程、结构优化、电工、神经网络、机器学习、自适应控制、故障诊断、系统工程调度和运输问题等诸多领域中[13]; #5 #

计算机辅助设计

中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 水运工程制图是港口航道与海岸工程专业基础教学的重要组成部分，是港航专业工程师应该掌握的一项基本技能。目前对工程图纸的要求已经从一般手工绘图转为按国家标准使用计算机软件进行标准化制图。本课程包括计算机辅助设计（CAD）的基本绘图指令、图形的边界和修改、文字注释和尺寸标注、标准制图和出图方法。通过课程教学与机房上机练习，要求学生了解计算机辅助设计（CAD）的发展概况，学会计算机辅助设计软件AutoCAD的基本操作，掌握基本的绘图、修改、编辑、标注工具和打印设置等指令，能够初步掌握使用AutoCAD软件进行工程制图，为从事相关技术工作打下坚实的基础。 2.设计思路： 本课程以工程制图的基本理论和基本方法为基础，以计算机绘图软件AutoCAD为平台，进行大量的上机实践，使同学们掌握在计算机绘图软件中进行标准化出图的方法。课程内容包括两个模块：计算机辅助设计操作示范与讲授教学、计算机绘图的上机练习。 （1）计算机辅助设计示范与讲授教学： - 3 -

理论教学以在机房进行操作示范、讲授为主，辅助以电子教案和多媒体课件，重点进行计算机设计软件基本操作和主要指令的学习、训练和掌握。明确《计算机辅助设计》的内容范围，包括AutoCAD软件的发展概况和操作基础、绘图基本指令、图形的编辑和修改、文字注释和尺寸标注、标准图纸与出图方法。 （2）计算机绘图的上机练习： 上机练习以学生自主练习为主，将理论讲授内容在AutoCAD软件中实现，上机练习期间就AutoCAD软件操作中的问题展开讨论。 3. 课程与其他课程的关系： 先修课程：画法几何及工程制图 本课程与画法几何及工程制图密切相关，计算机辅助设计是画法几何及工程制图在计算机软件上的应用，只有在画法几何及工程制图的基础上，计算机辅助设计的教学才能达到较好的效果。 二、课程目标 本课程的目标是培养学生的计算机绘图能力，达到华盛顿公约规定的国际工程师认证的标准，培养符合国家经济发展需要的工程技术人才。 （1）、知识获取 （Ⅰ）了解计算机辅助设计软件AutoCAD的发展概况，相关软硬件基础要求。 （Ⅱ）掌握AutoCAD 主要版本的基本操作。 （Ⅲ）掌握基本绘图、修改、编辑及尺寸标注等主要指令。 （Ⅳ）掌握水运工程对制图的基本要求和出图方法。 （2）、思维方法培养 （Ⅰ）、培养学生缜密、立体观察问题的思维方法； （Ⅱ）、培养学生综合、系统分析问题的思维方法。 - 3 -

机械优化设计方法概述

机械优化设计方法概述 摘要 机械优化设计是最优化技术在机械设计领域的移植和应用,其基本思想是根据机械设计的理论,方法和标准规范等建立一反映工程设计问题和符合数学规划要求的数学模型,然后采用数学规划方法和计算机计算技术自动找出设计问题的最优方案。作为一门新兴学科，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。本文论述了优化设计方法的发展背景、流程，并对无约束优化及约束优化不同优化设计方法的发展情况、原理、具体方法、特点及应用范围进行了叙述。 关键词：机械优化设计；约束；特点；选取原则 Mechanical optimization design is optimized technology in the field of mechanical design and application of transplantation, its basic idea is based on mechanical design theory, methods and standards to establish a reflect problems in engineering design and meet the requirements of the mathematical programming model, and then applying the mathematical programming method and computer technology to find out the design problem of the optimal scheme of automatic. As a new subject, which is based on the theory of mathematical programming and computer program design basis, by numerical calculation, from the large number of design so as to improve or the most suitable design, so that the desired economic index optimal, it can successfully solve the analysis and other methods are difficult to deal with complex problem. Optimization design and provides an important scientific design method. So using this design method can greatly improve the design efficiency and design quality. This paper discusses the optimized design method of the background, development process, and to the unconstrained and constrained optimization of different optimal design method for the development, principle, methods, characteristics and scope of application are described. Key words: mechanical design optimization; constraint; characteristics; selection principle.