發布時間：2023-05-31 15:00:13
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的優化設計與優化方法樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
關鍵詞：工程結構；優化設計；分析與方法
引言：
眾所周知，不論在什么行業中，追求追優化的配置和設計是每一個行業從業者追求的目標。所謂的最優化設計，就是在諸多被選擇的項目中根據自身的特點以及條件找到一種比較合理的，最節約成本以及實現利益最大化的設計方式與方法。
立足于工程結構的設計中，我們在最優化設計的過程中致力于將技術以及力學的相應概念做到最好的融合。在設計要求的基礎上形成一些可以操作的，具有可行性的方案。進而通過科學的數學計算找到客觀的，可以應用于實際的優化方案。在諸多工程結構設計的優化方案中，我們在選擇了最佳方案的同時也就同時節約了成本，使得愛同樣的時間內創造了巨大的效應，更加使得這些工程的工期變短，工程質量變的十分優良，是一種降低工程成本，提高質量的最佳選擇則途徑。
一、工程結構優化設計演變歷史概述
對于工程結構設計，最開始是將直覺的準則法，如滿應力準則法，滿應變準則法等作為優化設計的基礎性選擇，在很長的一段時間中得到了很好的應用和成本的節約。一般來說，準則法的應用是為了主要提升單步設計變量修改幅度使之變得越來越大，并且在收斂速度上也有著顯著的提升，但是這些不會改變結構的大小，也不會因為結構的復雜而改變。隨著時間的推移，我們的研究者逐漸的將拓寬了優化設計的范圍，從而數學規劃法出現了。這就使得我們要針對一些特殊的工程進行很好的研究，因為這個時候的準則法已經不適用有所有具有個性的工程優化設計中了，主要是因為沒有一些科學的，客觀的理論準繩。與其相反，數學規劃方法，站在比較科學的角度，對于結構設計有著嚴謹的研究，這樣的算法能夠有著科學性的展現。但是實際的工程結構優化設計一般都是有約束、非線性和隱式的優化問題.這兩種方式都不是用于現代工程的發展和訴求。隨之而來的就是模擬退火算法的出現.接著，到了二十一世紀，隨著計算機的普遍應用，信息化以及全球化時代的到來，我們的研究方式與方法就隨之而來了，在工程結構優化設計上有著很好的發展，諸多實用性方式出現，下面我們將做詳細的研究。
一、 工程優化設計研究
1.為何設計---工程中結構不確定性的存在
在工程施工之前，對于其結構進行深入的分析和研究，并完成良好的設計是因為在工程設計以及進行的過程中，有著很多不確定性的存在。基于不確定性理論的工程結構優化設計主要考慮變量。但是出于安全性以及可靠性的角度考慮，先前的優化設計有些過時，我們要站在更新的角度上發展，所以之前的缺陷我們要有著很好的認識。主要分為以下幾點。
第一， 缺乏結構可靠性的設計，不能保證穩定，安全。
第二， 沒有對材料的可變性做出預算，不能真實的反映材料的參數。所以沒有科學的數學建模可以支撐，難以形成最佳的方案。
第三， 在工程中存在著一些很復雜的施工情況，之前的設計不能很好的給予判斷以及確定，這就使得我們的施工情況不能符合實際，沒有真正意義上的達到最優。
2.工程優化設計方案研究
第一，形狀優化。可以說，這種優化設計方案是當下比較流行的，主要是通過調整工程結構內外邊界形狀來改善結構性能和降低工程結構造價，其主要用來發掘工程系統構件的合理內外邊界形狀。具體上講，這種優化也是將一些離散變量以及塊體、板、殼類的連續變量包含在內。
第二，模擬退火算法。也就是通常所說的SA方式放大，也就是在施工的設計中進行固體加熱，使之到達了一定的溫度，進而在科學的作用下使之漸漸的變冷下來。因為在升溫的時候，固體的內部結構法身了很大的變化，隨著熱能的增多內能變大，其中固體中組成部分也就是內部的元素也會隨之變大。但是隨著熱脹冷縮原理的深入，當這個固體的整體變得冷卻的時候，所有的元素變回到之前的一種有序的排列狀態。也就是說，在固體中，元素因為在每一個趨近于平衡溫度的時候都有著自己的平衡狀態出現，最重要的是在常溫的時候內能處于最小化狀態，也就是我們所說的基態。這就是模擬退火算法.這種方法有著自身的好處，那就是：適用于離散型、連續型及混合型變量；魯棒性、全局收斂性、隱含并行性較強，并且可以得到很廣泛的應用。
第四， 粒子群優化算法。該種算法是近幾年來比較流行的一種應
應用廣泛，并有著實際用途的設計計算方式與方法。這個算法的研究十分奇怪，主要是來源于整個鳥群，從鳥群捕捉食物中找到靈感，這個算法是開始于隨機解，并通過迭代尋找最優解，在設計的過程中不斷的尋找一種適應度來找尋解的品質。這樣的算法是比較方便以及會計的的，沒有一些復雜的計算以及冗長的分析。是比較得到現代設計者以及施工方的喜愛的，效果也是比較明顯的。
第五， 變密度法假設優化設計。可以說，變密度法假設優化設計
的主要設計對象是那些密度可以變更的材料，這就使得我們的設計具有一定的局限性。在設計的過程中我們要假定材料物理參數與密度間存在某種數學關系，并將所設計的材料的密度作為一種變量，致力于尋找到一種目標函數，這種目標函數以材料的最優質分配為主要目標。并且，我們在這種工程優化設計中可以找到一些優勢或者是特色，具體來說，該種方式可以很好的展現出拓撲優化的本質特征，并且在實現的過程中顯得比較簡便，有利于操；同時這種程序的設計計算成功率比較高，但是精準度確實是不高，總而言之，這種方式的最大他點就是計算方法簡單易行，但是適用范圍十分受到局限，需要特定的材料以及特定的環境。
第六， 相對差商法和混沌優化相結合。該種范式是一種導出求解
離散變量桁架結構拓撲優化設計的混合算法，這種優化設計的計算方式和方法，將設計的體積最小最為最終目的。從而有力的實現了一種
拱壩的體形優化的設計和分析，在應用的過程中得到了很好的設計效果，節省了成本提升了利潤。
最后，多目標優化。一般來說，多種目標優化方案就像字面上所述，不是一種單一的目標實現方式，而是在設計中考包含了多方面的設計方式以及方法，這樣在計算的過程中，在實施的過程中保證了設計的安全性以及穩定性，更大的程度上實現了一種可靠性。在安全性的實現上，這種多元化的實施方案就要不斷的加大結構的截面面積但是要取得最少重量的目標，在設計上就要使得截面面積變小。所以我們知道，這就不可能在全局上實現一種面面俱到的設計方案，所以，我們的設計管理者以及決定人，要在多方面分析只會走找到一個比好合適的方案做一個決定，并實施。可以說，這種多目標的優化設計對于工程系統決策是很重要，并有著很好的應用。
參考文獻
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3. 劉齊茂，燕柳斌，鄧朗妮.桁架形狀優化的一種改進模擬退火算法研究[J].計算機工程與應用，2007
4. 姜冬菊.結構拓撲和布局優化及工程應用研究[D].南京：河海大學，2008
【關鍵詞】建筑結構設計；優化方法；現實應用
一 建筑結構設計的優化方法與現實應用的背景分析
隨著我們國家經濟技術的不斷進步和發展，全國人民的生活也逐步的走入了相對良好和穩定的小康時代，相應的對于生活質量和環境要求也就越來越高，絕大多數的人都住進了高層建筑當中。在這樣一種實際的背景狀況下，人口持續增長，土地資源卻是極其有限，建筑的建設與規格也在持續見長，這使得土地、建筑物以及建筑物的建設成本都在不停的提升。由此，降低建筑建設成本就成為了建筑商在進行建設的過程當中最需要注意和考慮的。那在實際的建設過程的當中應當以什么樣的方式來進行建筑成本的控制呢？本文實際上也是針對于這樣一個問題展開的討論和分析。
結構優化設計目前在國外是非常有價值的一種理論系統，其核心就在于能夠通過對居住環境以及生活環境的改善來實現建筑產品質量以及品位的提高，以這樣一種定性的思維和方式來實現工程建筑質量最大化和成本最小化，因此具有適用、經濟和適用的價值，是值得在實際的工程建設中予以廣泛的應用和實施的。
二 優化結構設計方法
現代社會環境下很多建筑物的造型都相當的優美和獨特，能夠給人以很好的精神享受，這樣一種良好的建筑效果從本質上來看就正是結構設計與建筑實施技術的良好協調和配合，以這樣一種方式來實現建筑美觀效果的完成。建筑結構設計所追求的五種最為基本的目標就是：安全、經濟、適用、美觀以及施工簡便，因此我們在文中所討論的結構優化設計方案就要保證能夠切實的實現這些點，將其良好的應用于實踐，這樣不斷能夠滿足人們對于美的追求，還能夠保證整個房屋建筑的結構設計合理以及性能上的安全保障，成為名符其實的經濟實用型建筑。我們在對其進行深入的探討和分析時則往往需要通過兩個具體的方面來進行：
第一方面：主要是建筑模型的優化結構設計方案，在進行一項大型的建筑工程方案之前，首先必然是需要進行建筑模型的設計的，而在這樣一個過程當中對于建筑模型的優化設計就是非常關鍵和有必要的。在進行建筑模型的優化設計時，主要的工作就是以下幾個部分：基礎結構方案的優化設計、屋蓋系統的優化設計、圍護結構方案的優化設計以及結構細部的優化設計等。除此之外，還需要采取進一步的處理措施，主要就是進行必要的選型、布置以及準確的受力分析，最終實現對于造價本身的良好優化。上述一系列的優化過程都需要按照一切以實際出發的原則來進行，也就是圍繞工程的實際狀況和需要來進行，將房屋建筑的綜合經濟效益以及房屋質量的保證作為設計的最終目標和要求。在進行結構的設計和規劃時，首要的就是要把握和設計的真實意圖，這樣才能夠盡可能的保證整個布置狀況的規則，并較大程度的降低剛度以及質量中心之間的差異，以此來避免較大扭轉作用力的產生。
第二方面：主要是建筑模型的優化結構計算方案，計算方案的進行和完成實際上只需要進行相應的編制并按照相應的運算程序進行計算就能夠得到我們做需要的最終的優化結果。但是我們需要注意和認識到的就是，在進行結構優化的過程當中可能會涉及到多個方面的變量和約束條件，這也就意味著處理的是非線性的優化問題，針對于此，我們在進行計算方案的確定時就需要將一些有約束的條件轉化成為沒有約束條件的問題來進行計算。在實際的建筑工程設計中較多應用的就是Powell算法和拉式乘子法以及符合性法等，利用這樣一些方法基本上就能夠實現優化結構設計方案的良好計算。
三 優化的結構設計技術在實踐當中的應用
我們將結構設計方案處理完成以后就可以將其應用于實踐。對結構設計進行良好的優化在現今的時代背景下實際上是非常好的一個課題，在目前開展的也比較普遍，我們采用結構設計的優化方法就是希望能夠在不改變建筑結構實際使用性能的前提下來保證其工程造價的大幅降低，因此將其應用到實際的工程實踐當中去就是我們工程人員不二的追求。結構設計的優化在實際的工程環境中能夠應用和滲透到其進行的各個步驟和環節當中去，這其中就包括整體的設計階段、前期的設計階段、舊房的改造以及抗震設計當中去，并能夠在應用的過程當中發揮出巨大的效益來。我們在按照結構設計優化的理論方法對模型進行改造實踐的過程中，需要注意以下三個方面的具體問題，下文中正是針對于這樣三個問題進行了詳盡的闡述和分析。
3.1 參與結構設計優化的前期工作
這樣一個方面的強調主要是因為前期工作的進行直接影響到整個建筑工程的總造價，而現如今大多數工程在進行建設的過程當中最為普遍的問題往往也就是其前期方案結構結構設計上的問題，建筑師在進行設計的時候更多關注的是設計本身的問題，而極少關注結構自身的合理性和可行性，這就使得建筑結構在進行建設的過程當中面臨著較多方面的問題，更多的是會引起工程造價的提高，這就與我們進行優化設計本身的目的有所違背。正是因為這樣，我們有必要在進行建設之前針對于不同的建筑類別來對結構形式進行選擇，為整個工作的開展和進行提供良好的開端。
3.2 將概念設計和細部結構設計進行優化
所謂概念設計實際上也就是指一些沒有具體的數值來進行量化的指標，包括地震的防裂度以及其本身的不確定性等，因此在進行設計計算的時候難免會和現實產生較大的差別，正是在這樣一種背景下我們才需要在對這樣一種指標進行設計和確定時選擇使用概念設計的方法，將數值僅僅只是作為輔助或者是參考的依據來進行。在這樣一種設計的過程當中更為強調的就是設計人員本身的靈活性以及應用結構設計優化方法的能力，這樣良好的結合才能夠真正實現效果上的最優化。
3.3 優化下部的地基基礎結構設計
地基基礎的結構設計優化進行過程中最開始的一步就是進行方案的選擇，如果是樁基礎的話，就有必要根據現場的地質條件來選擇樁基的類型，以此來最大程度的降低造價。在建設進行的過程當中，樁端持力層對于灌注樁樁長的選擇影響也是非常大的，因此需要進行較多的對比和分析以后再來進行核實方案的確定和選擇。
結語：通過上文中詳盡的分析我們就可以看到，利用結構設計優化的技術方法是能夠切實有效的提高空間、資源等的利用率的，除此之外，還能夠最大程度的實現經濟性和實用性的最大化，這樣一種狀況實際上就是我們在進行工程設計的過程當中最希望能夠實現的。滿足了建筑產品本身品質不斷提高的基本要求，更重要的是能夠實現人們對于生活質量以及生活水平的更高要求。最后，實際上也是實現了建筑商不斷尋求新手段吸引顧客的目的，達到降低工程建設實際造價的目的。
參考文獻
[1] 李國勝.《多高層鋼筋混凝土結構設計優化與合理構造》.中國建筑工業出版社，2008.
[2] 方鄂華.《高層建筑鋼筋混凝土結構概念設計》.北京.機械工業出版社。2004.
關鍵詞： 目標分解； 復雜系統； 多學科設計優化； 層次化建模
中圖分類號： U461文獻標志碼： B
引言
現代產品更新換代速度快，且功能極大豐富，導致系統設計的復雜程度提高.復雜的產品及工程，如汽車、飛機和宇航等，通常由眾多的系統、子系統及其零部件組成.同時，這些復雜的產品及工程設計問題又大多涉及多個學科領域，并且各個學科之間可能存在著很強的相互耦合關系.這些復雜因素都給產品開發與工程設計帶來非常大的挑戰.[1]
為滿足現代社會對產品開發及工程設計的要求，并行性、一致性和高效率已經成為設計流程設置及其開發環節中極為重要的考核指標.
所謂的并行性，指系統的各個設計任務在彼此相互獨立的情況下同時實施.并行進行的設計任務之間，可能會存在著大量的關聯與耦合關系.這就要求各個設計任務之間必須保持與系統設計目標高度一致，從而使得最終生產制造出的產品可以實現預定的設計目標要求.各個設計任務需要與產品的設計目標之間進行不斷地交互，而且這種交互工作越早發生，越有利于整個產品開發的高效進行，避免在產品設計后期發生系統整體的性能未能滿足產品設計目標要求的情況，從而不得不重新設計，導致極為嚴重的資源和時間浪費.
傳統的優化設計方法，采用串行設計模式和單層次優化方法（AllatOnce）.整個產品開發與工程設計過程按照單個子系統或零部件依次進行設計與優化工作.這樣的設計模式嚴重制約產品的開發效率，也導致最終集成的系統無法實現最優方案.隨著產品開發與工程設計問題越來越復雜，自20世紀80年代后期以來，一種解決復雜產品開發與工程設計優化問題的多學科設計優化（Multidiscipline Design Optimization，MDO）方法，在國內外獲得廣泛關注.MDO方法是一種通過充分探索和利用系統間的協同機制來設計復雜系統的方法，即MDO方法是在復雜系統的設計過程中結合系統的多學科本質，充分利用各種不同學科的設計與分析工具，最終達到最優設計的方法.基于MDO理念，將各學科的高精度分析模型與優化技術有機結合起來，尋找到最佳的總體設計方案.MDO方法最初應用在航空、航天領域，目前已經廣泛應用于船舶、汽車和建筑等各個領域.[2]
目前，主要的MDO方法包括：協同優化（Collaborative Optimization，CO），并行子空間優化（Concurrent Subspace Optimization，CSSO），二級系統一體化合成優化（BiLevel Integrated System Synthesis，BLISS）和解析目標分解 （Analytical Target Cascading，ATC）法等.[3]不同于CO和BLISS等傳統的MDO優化方法，ATC方法起源于汽車產品設計，其目標主要是通過不斷地進行子系統與零部件的迭代優化，實現系統級的產品開發與工程設計問題的既定目標.通過層次化的多學科設計優化方法，在系統的優化設計過程中，結合系統設計目標考慮構成系統的各個子系統的優化設計，并在優化各個子系統的基礎上達成整個系統的優化.該方法最早由美國密西根大學KIM博士和PAPALAMBROS教授所在的Optimal Design實驗室提出.[45]
1目標分解方法及其數學表達
1.1優化設計問題的層次化構架設計
通常，一個復雜的產品開發與工程設計問題，可以通過分解構建成一個層次化的結構形式.典型的層次化結構設計案例見圖1.產品開發與工程設計問題被分解為3層結構，包含由A到G的所有元素.對于層級1而言，只擁有元素A.元素A又可通過分解，得到下一個層級（即層級2）的2個元素，分別為B和C.依次，又可分解得到層級3及其對應的元素D，E，F和G.這樣，就可以將一個極為復雜的系統逐層分解成多個簡單問題的集合.
圖 1典型的層次化結構
1.2ATC方法的實施步驟
ATC方法一般可以按照以下4個步驟實施.
（1）首先確定產品開發與工程設計問題系統級的設計目標；
（2）將這個系統級的設計目標逐層分解到各個子系統或者零部件上，確定它們為滿足這個總目標的要求各自所必須實現的子目標；
（3）通過設計優化，使得各個子系統或零部件分別實現其滿足系統總目標要求的各自的子目標；
（4）通過各個子系統和零部件設計結果的組合，驗證最終產品開發與工程設計是否可實現既定的總目標要求.
ATC方法在建立層次化結構時，需要建立2種類型的模型，分別為優化模型P和分析模型r.優化模型P的主要功能是建立優化算法，并通過調用分析模型r得到系統、子系統及其零部件的設計響應；分析模型r為仿真計算模型，其主要功能是根據優化模型P產生的輸入參數（即設計變量）和下一層的響應，通過仿真計算得到相應的計算結果輸出，返回給優化模型P.ATC方法中不同層級之間數據流向及每一層中分析模型P與分析模型r之間的調用關系見圖2.
圖 2ATC方法的數據流向
圖2中，作為中間層的子系統層，它的設計目標RUs1和共享變量yUs1由系統層傳遞下來.經過一系列的子系統層及零部件層優化設計求解之后，將生成相應的設計目標響應RLs1和共享設計變量yLs1，并返回給系統層.同理，對于最底層的零部件層ss1，RUss1和yUss1被作為設計目標和共享設計變量由子系統層傳遞下來，而后通過優化與仿真，再將相對應的RLss1和yLss1返回給子系統層.對于子系統層調用的分析模型rs1，來自零部件層的ss1響應Rss1和ss2的響應Rss2，子系統層本地設計變量x-s1和子系統層的共享設計變量ys一同作為其輸入參數，由Ps1調用.
1.3ATC方法的數學表達
2數值案例及Isight軟件求解
2.1數值案例的分解解析
2.2基于Isight優化軟件的ATC實現
隨著計算機仿真技術的深入，采用單一學科軟件的設計、分析與優化方法，已經難以適應復雜系統設計和工程開發的需要.以航空航天領域設計為例，其涉及機械、電子、控制和熱工等多個學科.隨著各個學科的深入發展，在每個單獨的學科領域內，都已經形成大量專業的仿真方法與工具.因此，如何在設計中將各個學科有效鏈接起來，使其形成一個統一各學科的綜合設計的平臺，已經成為工程和學術界所關注的重點.
作為多學科聯合仿真與優化技術的先驅者，Isight軟件為解決復雜系統的產品設計與工程開發提供多學科集成的優秀平臺.Isight軟件將數字技術、推理技術和設計搜索技術進行有效融合，將多學科專業軟件進行協同以驅動產品設計與優化，并且把原來需要大量人工完成的工作改由軟件自動進行處理.Isight軟件的使用可以大大縮短產品的開發與設計周期，顯著提高產品的質量與可靠性.
本文將Isight軟件作為實現ATC方法的優化仿真平臺.Isight軟件下為實現上述數值案例所構建的2層的ATC架構見圖3，包括系統層與子系統層，其中，子系統層由2個元素組成.
2.3優化結果分析
利用Isight優化軟件所構建的ATC仿真模型見圖4.系統級優化和子系統級優化均采用序列二次規劃優化算法（Sequential quadratic programming，SQP）.最后設計變量（x1，x2，…，x14）收斂，目標函數f=17.02，與該數值算例的最優值f=17.00非常接近.
圖 3Isight軟件下的ATC架構
圖 4ATC方法的Isight軟件實現
3工程案例分析
3.1問題定義
以純電動汽車動力總成優化設計為例，進一步說明ATC方法.純電動汽車動力總成的詳細結構見圖5，其動力總成類似傳統汽車的動力總成結構.
圖 5純電動汽車動力總成結構
車輛的基本參數與性能指標見表1.優化目標為在純電動汽車動力總成的制造成本與其使用成本之間取得設計平衡.基于ATC方法的2層電動汽車動力總成目標分解與架構設計方案見圖6.系統層以能耗仿真模型、動力總成成本模型和車輛性能仿真模型作為這一層級的分析模型.通過調用能耗仿真模型和動力總成成本模型可以分別得到使用成本和制造成本，將車輛性能仿真模型作為性能約束條件.[6]
3.2優化結果分析
優化前、后結果的對比見表2，可知，制造成本在整個成本構成中占據較大份額.通過對設計變量優化，使得使用成本和制造成本都有所下降，從而最終優化目標（總成本）也相應地有所下降，說明所提出的基于ATC優化設計方法得到預期效果.
表 2優化設計結果的對比名稱原始值優化值傳動比ig67.983 2電機轉子直徑d/m0.120.051 2電機轉子長度L/m0.128 70.138 1使用成本/元897.71893.73制造成本/元5 013.894 984.88總成本/元5 911.605 878.61
4結束語
目標分解方法是一種處理復雜系統產品設計與工程開發層次化架構的系統化方法，結合Isight優化軟件，對ATC方法進行充分的說明.
（1）對ATC方法的層次化架構進行詳細描述，并引出實施ATC方法的一般步驟.
（2）詳細論述ATC方法每層之間的信息傳遞，并給出ATC方法的一般數學表達式.
（3）基于Isight優化軟件，分別進行數值案例和工程案例的分析，充分說明ATC方法對解決復雜系統優化設計問題的有效性.參考文獻：
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[4]KIM H M， RIDEOUT D G， PAPALAMBROS P Y， et al. Analytical target cascading in automotive vehicle design[J]. J Mech Des， 2003， 125（1）： 481489.
內容摘要 :基于企業對產品投資成本的變動,本文提出了一種產品優化設計的方法。該方法建立了投資成本、約束資源和設計變量之間的動態關系。通過這種關系,企業決策者可以根據市場環境的變化調整相應的投資成本和資源量,以提升產品的升級換代。本文運用此分析方法,對一個飼料配方的實例進行了分析和設計。
關鍵詞:產品 優化設計 投資成本 線性規劃
企業在生產活動中,經常需要對現有產品進行升級改造,以提高企業的市場競爭力。與此同時,企業必須要增加相應的投資成本。在企業追加投入的情況下,如何確保產品的升級改造取得預期的效果,關系到企業未來的發展成敗。
本文以此為背景建立了一個以投資成本為目標函數、以資源為約束對象的線性規劃模型,由此可獲得產品的一種最佳設計方案。由于模型所描述的市場環境是動態變化的,企業不可能通過生產一種不變的產品型號(即使當前是最佳的)來滿足未來復雜多變的市場需求,必須不斷調整投資成本和約束資源,以促進產品的多樣化和升級換代。這涉及到模型的優化后分析,而優化后分析有各種不同的形式。根據本文所討論的問題背景,筆者提出了線性規劃模型的一種新的優化后分析方法,這種優化后分析方法建立了投資成本、約束資源和設計變量之間的動態關系。通過這種關系,企業決策者可以根據市場環境的變化調整相應的投資成本和資源量,以產生更合適的設計方案,確保產品的升級改造取得預期的效果。本文運用此分析方法,對一個關于飼料配方的實例進行了分析和設計。
產品優化設計方法
假設一個產品由n種原料構成,其含量分別是,x1,x2…,xn,如果要求該產品在滿足規定的資源約束條件下,使投資成本最低,則產品設計方案應該由以下的線性規劃模型確定。
(LPM)minf = cT x
s.t.Ax≥b,x≥0
其中,x∈Rn是設計向量,c∈Rn是費用(成本)向量,Ax≥b是由m個資源約束不等式:gi=ai1 x1+…+ain xn≥b(i=1,…,m)構成的不等式組。令xn+i=gi -bi(i=1,…,m),xn+i則是產品的第i種剩余資源量。
采用單純形法求解模型(LPM),本研究可以獲得產品的一個最佳設計方案。不妨設(LPM)的最優基本解為xB*=b*,xN*=0,最低投資成本(目標值)為f *,則(LPM)的目標函數和約束條件可表示為:
f = f *- c TN* xN *(1)
xB* = b*-B*-1 N * xN * (2)
其中,B*與N *分別是最優基矩陣與非基矩陣,c TN*=cTB*B*-1 N *-cTN*是與非基變量xN *相應的縮減費用(the reduced costs)。
由于市場環境時時處于變化之中,因此決策者必須不斷加大投入,研發新的產品來滿足未來的市場需求。開發新產品的一種方式就是調整原產品所含各種功效資源的配重(比),以產生具有不同功能的產品(系列)。相應地,企業在模型(LPM)的最優單純表(原產品的開發設計)的基礎上,對投資成本進行了調整。如果決策者將投資成本 f 從最低成本 f *增加到 f ,則投資成本平面:cTx = f 與模型(LPM)的有效資源約束:xN *≥0相交產生一個新的有界凸多面體,本文稱之為投資成本、約束資源和設計變量之間的動態關系體,記為S f,在這個動態關系體上,每一點都對應一個新的產品設計方案,它們具有不同的功效資源。注意到S f有n個極點,不妨設S f的第j個極點為:
x j(f)=(x1j(f),x2j(f),…,x jn+m(f)T,j=1,…,n
根據凸集的有關理論,S f中的任意一點x可以表示成它的所有極點的凸組合,即:
(3)
其中,0≤λj≤1(j =1,…,p),且。
假設c TN * < 0,通過式(1)和(2),可以求得S f的n個極點的坐標為:
其中,
是矩陣-B*-1 N *的第k行第j列元素。上述極點坐標可統一表示為:
(4)
將式(4)代入(3)中,得:
(POM)(5)
(POM)就是優化后分析模型。這是產品設計變量xi(i =1,…,n)和剩余資源量xn+i(i =1,…,m)關于新增的投資成本f的線性函數。于是,對新增的投資成本f,本文可以通過調節參數λ1,…,λn的適當取值來控制產品中不同功效資源的含量,從而產生新的產品(系列)設計方案,滿足未來市場的需求。
一般地,λj(j =1,…,n)相當于分配給各功效資源的權重。當時,所有功效資源在產品中均衡配置;當被賦值較大時,相應的功效資源在產品中所占比重就大。λj(j =1,…,n)的具體取值,由決策者和研發人員根據市場的需求、產品的試制狀況確定。
模型應用
本文以張建平(1989)提出的一個飼料配方問題為例來闡述本方法的應用。設有八個飼料原料:玉米、大麥、麩皮、豆餅、魚粉、槐葉粉、骨粉和石粉,分別配重x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8公斤,要制成一噸的飼料,使所配飼料滿足規定的八種營養成分(即消化能g1、可消化蛋白g2、粗蛋白g3、賴氨酸g4、蛋+胱氨酸g5、鈣g6、磷g7和粗纖維g8)要求,且總成本最低。
根據張建平(1989)給出的八種飼料原料的技術經濟指標,本文得到該飼料配方的一個線性規劃模型如下:
min f =0.236x1+0.256x2+0.132x3+0.43x4+
1.76x5+0.222x6+0.18x7+0.06x8
s.t. g1 =3.43x1+2.91x2+2.53x3+3.21x4+2.73x5 + 2.6x6≥3200
g2=64x1+74x2+90x3+346x4+439x5+132x6≥115000
g3=85x1+105x2+135x3+424x4+536x5+190x6≥150000
g4=2.9x1+3.5x2+5.8x3+28.1x4+24.7x5+ 10.6x6≥5600
g5=2.3x1+2.6x2+6.8x3+13.4x4+16x5+
2.2x6≥3700
g6=0.2x1+0.4x2+2.2x3+2.8x4+31.6x5+4x6
+300x7+400x8≥5000
g7=2.1x1+4x2+10.9x3+5.9x4+11.7x5+4x6 +135x7≥4100
g8=13x1+65x2+104x3+61x4+0x5+125.7x6≤45000
x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7+x8=1000
x3≤70,x5≥40
x1,x2,…,x8≥0
應用MATLAB V6.5語言編寫了單純形算法和本文提出的優化后分析程序。通過該程序求解上述飼料配方線性規劃問題,得到八個飼料原料的最優配方是:675.7015,0,70.0000,96.3468,40.0000,110.2964,3.2622,4.3931 (公斤),及最低總成本為:f *=305.8712 (元)。在按最優配方配成的飼料中所含各種營養(資源)量分別是:消化能g1=3200、可消化蛋白g2=115000、粗蛋白g3=150130、賴氨酸g4=7230、蛋+胱氨酸g5=4200、鈣g6=5000、磷g7=4100和粗纖維g8=35810,由此可見,除粗蛋白、賴氨酸,蛋+胱氨酸和粗纖維的指標“超過”了給定的限度,其它營養元素的指標恰好達到給定的限度。
若根據市場需求,企業打算將每噸飼料產品的投資成本增加到f =310元,以研發新的飼料產品系列,要求在給定的成本預算下,在保持八項營養(資源)量和兩種原料(麩皮和魚粉)不低(或不高)于原來制定的最低(或最高)標準的前提下,盡可能提高所配飼料的某一(幾)項營養指標。為此,本文建立該問題的優化后分析模型如下:
(POM)(6)
其中,x8+i =gi - bi(i =1,…,7),x16 =45000 - g8經計算,可得:
在(6)中,增大λ2的取值,可調高飼料產品中消化能的含量。若取λ2=0.8,λ3=0.2,λ j=0(j=1,4,5,6,7),得到一個新的飼料產品的配方:713.32,0,70,113.87,40,54.659,3.5595,4.585(公斤),該產品所含各種營養(資源)量分別是:消化能g1=3240.645、可消化蛋白g2=116128、粗蛋白g3=150190.14、賴氨酸g4=7241.9、蛋+胱氨酸g5=4402.8、鈣g6=5000、磷g7=4100和粗纖維g8=30370,由此可見,當投資成本調整到310元/噸時,可研制新的飼料產品,使其消化能比原來提高40.645兆卡/噸,同時,可消化蛋白提高了1128克/噸,其它營養元素的指標都滿足最低(高)標準要求。
如果需要調高新產品中鈣的含量,可在公式(6)中增大λ4的取值。我們不妨取λ4=0.85,λ3=0.15,λj=0(j=1,2,5,6,7),得到一個新的飼料產品的配方:710.16,0,70,127.87,40,25.928,3.8485,22.201 (公斤),該產品所含各種營養(資源)量分別是:消化能g1=3200、可消化蛋白g2=116974、粗蛋白g3=150394.6、賴氨酸g4=7321.3、蛋+胱氨酸g5=4519.8、鈣g6=12056.6、磷g7=4100和粗纖維g8=27571,這樣,新產品配方的鈣含量比原來提高了7056.6克/噸,同時,可消化蛋白提高了1974克/噸,其它營養元素的指標都滿足最低(高)標準要求。
總之,決策者可以根據環境變化、市場需求、原料供給等因素,通過優化后模型的分析求解,重新設計合適的飼料配方。
結論
眾所周知,好的產品必須有足夠多的研發資金的投入作保證,但資金投入的增加不一定能帶來好的研發結果,必須要有科學的分析方法。本文提出的線性規劃優化后分析模型為企業在產品研發投資過程中的產品設計決策提供了一種定量分析方法。通過投資成本的變動(增加),可以根據投資成本、約束資源和設計變量之間的關系,設計出滿足未來市場需求的新產品(系列),以提高企業的市場競爭力和可持續發展能力。需要指出的是,本文所討論的投資成本僅僅指新產品的原材料成本,而不包括人力成本、研制成本等費用。
參考文獻:
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Abstract： Aluminum liquid pouring temperature and mold temperature were optimized on the motor rotor Aluminum-casting process by using the Taguchi method. According to the results of solidification time， the best pouring temperature and mold temperature combination were determined which provided reference for improving the quality of Aluminum-casting rotor.
關鍵詞： Taguchi方法；工藝參數優化；澆注溫度；模具溫度
Key words： Taguchi method；technological parameters optimization；pouring temperature；mold temperature
中圖分類號：TM303 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）24-0034-02
0 引言
電機鑄鋁轉子的加工質量是影響電機整體質量的關鍵要素之一，轉子鑄鋁方法主要有離心鑄鋁和壓力鑄鋁兩種，其中壓力鑄鋁用壓力將融化好的金屬鋁液注入型腔，待冷卻凝固成鑄件。該方法質量問題最突出的表現是轉子內部存在的氣孔，其次是轉子內部的籠條細條、斷條、夾渣以及端環部分的縮孔、冷裂、熱裂、缺肉等問題。這些問題最終導致整機的電氣性能下降、轉速不夠、效率降低。
針對上述質量問題，諸多文獻提出相應的改進措施，在解決上述質量問題的工藝過程控制中對澆注鋁液溫度和主要模具溫度的控制是工藝設計的關鍵參數之一，模具預熱溫度不夠，使鋁液的流動性降低，加上鋁液在壓鑄機注入口停留一段時間，又會降低一些液溫，鋁液在壓入型腔時，由于澆道口的尺寸太小，致使鋁液的流動性更加變差，鋁液雖被壓入型腔后，但過低的鋁溫使之固化速度加快，可是澆道口尺寸太小，本身就限制了鋁液的流動，另外澆道口的鋁液也會迅速固化從而堵塞了料餅“后續部隊”的支援、致使型腔和端環部位得不到鋁液的補充，從而形成了氣孔。為確保鑄鋁轉子質量，必須精確確定并控制鋁液的壓鑄溫度，傳統上鋁液澆注溫度一般控制在650-720°C，本文采用Taguchi方法來確定最佳的澆注溫度和模具溫度組合，為提高鑄鋁轉子質量提供參考。
1 物理模型和方法設計
1.1 鑄鋁轉子壓鑄工藝分析 鑄鋁轉子壓鑄工藝分析過程如圖1所示，其工作原理是用壓力將融化好的金屬鋁液注入型腔，待冷卻凝固成鑄件。壓力鑄鋁時，鋁水壓射到轉子槽和型腔中的速度極高，其充填速度可達10-25m/s。
1.2 方法設計 Taguchi方法使用標準的正交矩陣以保證通過最少數目的試驗，得到能夠影響試驗目標的所有試驗因子的信息，該方法的目的是優化設計參數的組合，提高生產質量的穩定性。
在Taguchi方法中，把影響質量的工藝分為控制因子、噪聲因子、信號因子。根據試驗設計的優化目標可以把信噪比的計算分為目標值越大越優、目標值越接近某個值越優和目標值越小越優3種類型，對凝固時間來說都是越小越好，屬于目標值越小越優問題，因此采用如下信噪比計算公式。
目標值越小越優計算公式：
η=-10log（■■yi2）（1）
試驗結果均值分析根據正交試驗結果，確定各個試驗因子對質量的影響，預測出對應于最佳質量響應的最優因子水平組合。
MAi=■■ηAi（2）
式中MAi——因子A在水平i的平均信噪比；
nA——因子A在正交表中出現的次數；
ηAi——因子A在水平i的信噪比。
通過變量分析（ANOVA）可以定量估計各個因子對整體測量響應的相對貢獻；計算方差和來確定各個因子對產品性能指標的影響程度。
SStotal=■■（ηij2-nrηm2）（3）
SSfactor=■■（ηk-ηm）2（4）
Vtactor=■（5）
SStotal——總方差和；SSfactor——各因子方差和；
Vtactor——因子的變量；n——實驗次數；
r——樣本數；DOF——自由度。
2 實驗設計
2.1 因子水平表 鑄件凝固時間直接與合金澆注溫度和模具溫度有關，本文主要研究直接與鑄件接觸的上模、下模、側模溫度和澆注溫度對最后鑄造成型的影響，以上4個變量均為可控因素，表1是因子水平表。
2.2 正交實驗表 該實驗是4因子二水平，把相應的因素水平按因素水平表中所確定的關系對號入座，得到正交實驗表，如表2所示。
3 實驗結果與分析
3.1 顯著因子確定
3.2 因素主次分析
若因素的F比>=F0.01，則稱此因素高度顯著；若因素的F比>=F0.05，則稱此因素顯著；查表得F0.01（1，3）=34.1，F0.05（1，3）=10.1，由表3、表4分析可得，影響結果凝固時間分析：FA>34.1，FB>34.1，FC>34.1。
所以A、B、C三因素對凝固時間的影響均為高度顯著性因素，由表5、表6可得其影響因素的排序情況，需考慮交互作用。
A、B間的交互作用，如表7所示。
AB交互作用后的最佳因子水平是A2B2，同理可以得到BC交互作用后的最佳因子水平是B2C1，AC交互作用后的最佳因子水平是A2C1。
根據不同水平信噪比的均值可以得到各因子對性能指標影響的敏感程度，S/N的值越大表示信號對噪聲的敏感程度越小，A2B2C1D1對于凝固時間來說是最優的工藝組合。
4 結論
本文采用Taguchi方法對電機轉子鑄鋁工藝中的鋁液澆注溫度和主要模具溫度進行組合優化設計，根據預測凝固時間的結果，獲取最佳的澆注溫度和模具溫度組合，為提高鑄鋁轉子質量提供參考。
參考文獻：
[1]毛亞莉，席德鑒.對絕緣處理工藝中一些看法和問題[J].電機技術，1980（02）.
【關鍵詞】初中英語；教學目標；優化
《全日制義務教育英語課程標準（實驗稿）》中強調，教學目標的優化設計，應該在突出課程知識要點的基礎上，能夠為學生的英語課程學習提供豐富的資源引導和生成促進作用。優化設計教學目標對提高課程教學有效性產生如下的積極意義：（1）體現課程教學的整體要求，便于學生學習運用。（2）激活學生學習思維，增強學生語言學習主動性和創造性。（3）培養學生良好的自主學習和主動探究能力，滿足他們的學習發展需要。
一、突出知識要點目標設計，積累語言表達內涵
英語課程教學目標的設計應該首先體現在知識要點的呈現上，即要求教師能夠通過對語言知識結構的整體把握來確定相應的目標結構。在知識目標要點設計中，應該圍繞教學目標要求來進行優化組合，以此來確定教學過程。
在教學設計中，應該圍繞課程知識目標要求，優化結構體系整體運用。注重目標的教學重點難點優化總結，讓學生能夠在通過基礎性學習體驗的基礎上能夠有所理解。在設計過程中，可要求學生能夠根據知識結構來進行多元化的學習。在呈現知識目標過程中，應該圍繞重點和難點，注重基礎知識的整體呈現和有機聯系，引導學生能夠在學習過程中學會總結和概括，最大限度地調動學生語言學習的主動性和創造性。
在知識要點目標優化設計中，應該體現全面性和層次性，讓學生能夠有一定的堅實學習基礎來予以綜合學習運用。例如，在《牛津初中英語》（Fun with English）中7B Unit1 Dream homes的“Reading A Homes around the world”的教學中，可就文章表達主題大意和重點詞匯短語的理解等方面來設計相應的知識目標。在教學過程中，除了鼓勵學生能夠運用多種語言學習方法來概括文章的表達主題外，圍繞“What do you know about the houses in the world?”中的表達內容來設計相應的教學目標。通過這樣的運用，能夠就love to do something、get into…share something with someone等詞匯的表達內涵進行理解記憶，以此來加深學習運用。
二、強化技能運用目標設計，提高綜合運用能力
學生在掌握了一定的語言學習目標之后，更應該學會去理解運用。這就要求教師在教學過程中，應該圍繞學生的語言學習認知情況，運用多元化的方法來設計合理的技能學習目標，以此來提高學生的綜合語言運用能力。
通過對這些技能目標的優化設計，能夠更好地激活學生的學習激情，切實增強他們的語言理解感悟和學習體驗。在教學目標設計中，注重技能目標的適用性，要求學生能夠在通曉詞匯短語使用范圍和規則的基礎上，能夠掌握使用的方法。同時，應該為學生的語言學習使用提供必要的平臺空間，尤其要注意突出技能目標的多元化使用實踐意義，鼓勵學生能夠從目標的引導中不斷地進行反復運用，以此來提高自身語言運用能力水平。
通過這樣的形式來進行優化設計，更利于提高學生的整體綜合運用能力。例如，在講解《牛津初中英語》7B Unit 3 Finding your way“Welcome to the unit”時，可要求學生能夠通過對Eddie和Hobo之間的對話來幫助學生了解介詞的使用特點。在此基礎上，可就一般將來時態的使用方法予以講解。同時，教師可通過深入引導學生能夠就“will”、“shall”、“be going to do something”等彼此之間的聯系和區別進行正確運用，以此來增強學生語言技能的使用能力。
三、升華情感態度目標設計，提高學科綜合素養
學生的語言學習情感目標是在知識目標和技能目標升華發展的基礎上而形成的。這種目標能夠在提高學生語言學習和使用激情基礎上，幫助學生形成高尚的審美價值觀。情感教學目標的設計能夠幫助學生養成良好的學習思維習慣，積累豐富的語言文化知識。這也是學科人文化教學的特點。
依據課程教學要求，在教學中設計豐富情感目標，應該最體現“主體性”和“生成性”，尊重學生的學習所得和學習思考，鼓勵學生能夠從教學目標的設計中探尋其中的精神靈魂。這些情感目標的設計，應該依據文本學習內容，注重培養學生的自悟學習能力。以這樣的形式來注意情感目標的設計，能夠讓學生的學科綜合素養得到體現，能夠更好地促進他們技能的發展。教師可通過這樣的形式來更好地培養學生的語言學習激情，以此來幫助學生提高跨文化語言學習運用能力，滿足他們的學習世界觀和情感價值觀發展需要。
綜上所述，設計好教學目標，對于優化教學結構和提高整體教學效果具有不可替代的重要作用。教師在優化設計教學目標過程中，應該在依據學生學習基礎和潛能的前提下，合理設計安排，以此來提高學生的語言學習和使用能力。
【參考文獻】
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[2]王穎梅.優化設計教學，實現高效課堂[J].新課程（教研版），2010年12期。
1 DIV+CSS的不足
1.1 瀏覽器兼容問題
DIV+CSS技術的不成熟，導致設計者在網頁設計中常常出現自己電腦顯示的網頁效果與其他機器上的網頁效果有差異的情況，造成這種差異的原因往往是由于不同的電腦瀏覽器的兼容效果不一樣，如IE6、Firefox、Mozilla等瀏覽器對、CSS（級聯樣式表）的解析程度不一致，很容易造成網頁頁面效果的差異。
1.2 操作難度大
DIV+CSS的技術復雜度相比table而言要更難操作，特別是對于網頁設計代碼的初學者來說，設計思維已經固定后很難接受CSS先定義后使用的操作樣式，在這種情況下如果讓其使用DIV+CSS操作技術反而只能取得相反效果。
2 基于DIV+CSS技術的網頁設計優化方法
2.1 慎用DIV塊
在進行布局時，無需在對象中重復使用同一個DIV模塊。列表本身為完整對象的話就可以直接使用樣式，如圖1中的兩段代碼。顯然其最終顯示效果是完全一致的，但右邊代碼看起來要比左邊更為簡潔明了。
除了直接使用樣式之外，還要盡可能減少DIV的嵌入與套用，多層嵌套的DIV布局會破壞DIV+CSS優越性，還容易造成瀏覽器不兼容問題。因此，設計者在進行DIV+CSS技術的網頁設計時，要充分使用簡單TABLE設計來讓網頁代碼變得更為整潔。
2.2 盡量使用外部CSS樣式
CSS樣式表主要特點體現在頁面的美化與風格的統一上，但設計者在對網頁代碼進行美化時要注意代碼的結構性，不能采用一個DIV用一個樣式或者采用獨立的樣式表來增加代碼復雜度，應盡量使用外部CSS樣式，將效果一樣的樣式定義為多次使用，并且在頁面存在差異的地方進行適當的獨立樣式代碼編寫。
2.3 使用子選擇器
在簡化CSS選擇器時，利用子選擇器的樣式定義能夠有效簡化代碼，如：
以上這段代碼的CSS定義為：
利用子選擇器來設計和簡化代碼，則可以用下面的代碼替代：
CSS樣式定義為：
將“#nav{}”設為主選擇器使用，后面的子選擇器則會自動尋找相對應的樣式，無需重復定義新樣式。
2.4 id與class靈活搭配
很多設計者在提高CSS選擇器的利用率通常會采用class來取代id。盡管class用途要比id靈活和廣泛，但id由于具備強制唯一性特征，更能夠讓使用者快速簡便的通過id檢索到所需模塊，其網頁結構構建顯然要高于class。因此在進行CSS選擇器使用時，要做到id與class靈活搭配，將id運用在網頁的布局和設計元素中方便使用者檢索和翻閱，同時將class運用在文字排版中降低樣式復雜度。
3 結語
隨著網絡信息技術的發展，現如今的網頁設計所采用的“內容”與“樣式”分離設計方法式網頁代碼的設計變得更為簡潔，使用DIV在HTML中編寫內容和結構，再采用CSS建立代碼樣式的設計方法既能夠有效節省網頁空間，對其進行重復利用，還能夠減少代碼的設計難度，給設計者帶來更為便捷的操作體驗。在技術的不斷優化下，基于DIV+CSS技術之下的網頁設計一定能夠實現更好的發展。
[參考文獻]
【關鍵詞】 化工安全 化工設計 化工事故 預防
據國家安監總局對化工行業目前安全形勢的分析，經過政府、協會、企業在“十一五”期間的共同努力，化工行業的安全整治和管理工作已經取得了明顯成效。危化品安全事故有所減少，但化工行業安全生產基礎薄弱的現狀沒有實現根本性改變，有部分的企業工藝技術落后，設備、自動化控制、安全設施設計達不到安全生產要求，安全管理水平低以及從業人員素質較低。
安全設計是化工項目建設的源頭和關鍵環節，在化工安全生產中占有十分重要的地位。近幾年發生的一些危化品事故，暴露出行業設計規范和標準滯后或缺失，總體規劃布局欠完善，設計變更管理隨意性大，設計單位水平參差不齊，安全設計存在缺陷，安全設計管理存在盲區等問題。
通過這些年化工設計的實踐和體會，本文通過對湖北省內外發生的事故案例分析，針對湖北省部分化工生產企業安全隱患的現實狀況，提出安全設計方面的建議，供化工設計單位和化工生產企業參考。
一、危險化學品建設項目正規設計是企業安全生產的基本保障
1、事故案例
2012年2月28日上午9時4分左右，位于河北省石家莊市趙縣工業園區生物產業園內的河北克爾化工有限責任公司（以下簡稱河北克爾公司）生產硝酸胍的一車間發生重大爆炸事故，造成25人死亡、4人失蹤、46人受傷。這起事故是近一個時期以來危險化學品領域發生的傷亡最嚴重的事故。
事故原因初步分析：硝酸銨、硝酸胍均屬強氧化劑。硝酸銨是國家安全監管總局公布的首批重點監管的危險化學品，遇火時能助長火勢；與可燃物粉末混合，能發生激烈反應而爆炸；受強烈震動或急劇加熱時，可發生爆炸。硝酸胍受熱、接觸明火或受到摩擦、震動、撞擊時，可發生爆炸；加熱至150℃時，分解并爆炸。
事故直接原因是：河北克爾公司一車間的1號反應釜底部放料閥（用導熱油伴熱）處導熱油泄漏著火，造成釜內反應產物硝酸胍和未反應完的硝酸銨局部受熱，急劇分解發生爆炸，繼而引發存放在周邊的硝酸胍和硝酸銨爆炸。
該事故暴露出河北克爾公司存在以下突出問題：一是裝置本質安全水平低、工廠布局不合理。裝置自動化程度低，反應溫度缺乏有效、快捷的控制手段；加料、出料、冷卻等作業均需人工操作，現場操作人員多。一車間與二車間廠房均采用框架磚混結構，同向相距約25米布置，且中間建有硫酸儲罐。一車間爆炸后波及到二車間，造成廠房損毀和重大人員傷亡。二是企業安全管理不嚴格，變更管理處于失控狀態。河北克爾公司在沒有進行安全風險評估的情況下，擅自改變生產原料、改造導熱油系統，將導熱油最高控制溫度從210℃提高到255℃。三是車間管理人員、操作人員專業素質低。四是事故企業邊生產，邊施工建設，廠區作業單位多、人員多，加劇了事故的傷亡程度。五是安全隱患排查治理不認真。
2、建議
對照上述案例暴露的問題，目前湖北省內的部分危險化學品企業，也存在工廠布局不合理、建構筑物間防火間距不符合規范要求、裝置自動化程度低等事故隱患。究其原因，一是部分企業未按要求委托有資質的單位進行正規設計，二是設計單位在建設項目設計時未認真堅持執行相關標準規范的要求。
根據《關于開展提升危險化學品領域本質安全水平專項行動的通知》（安監總管三〔2012〕87號）的要求，對未經過正規設計的在役化工裝置要進行安全設計診斷，全面消除安全設計隱患。對設計單位進行安全設計診斷提出如下建議。
（1）設計單位應嚴格按照《工業企業總平面布置設計規范》（GB50187-2012）、《化工企業總圖運輸設計規范》（GB50489-2009）、《建筑設計防火規范》（GB50016-2006）等規范的要求，對工廠布局不合理、建構筑物間防火間距不足的提出解決方案。
（2）針對部分精細化工產品建設項目，如染料中間體、醫藥中間體、農藥中間體等，盡管有些反應過程和單元操作過程未列入重點監管的危險化工工藝目錄，建議設計單位根據具體工藝及單元操作過程，采用DCS、PLC等控制方式，進行監控、報警、緊急停車和泄放等安全聯鎖系統設計，提高本質安全度。
（3）根據國家對重點監管危險化學品的生產儲存裝置和危險化學品重大危險源的自動化控制系統的要求，建議設計單位完善上述自動化控制系統改造設計。
二、切實根據物料的性質進行生產裝置的安全設計
1、事故案例
2011年1月14日20時20分左右，湖北某市一化工企業在對2，3-二氯-4—硝基乙苯減壓精餾過程中發生爆燃事故，致2人死亡，1人重傷。
2，3-二氯-4—硝基乙苯是生產醫藥、農藥的有機化工中間體。該物質遇明火、高熱可燃。與強氧化劑可發生反應。受高熱分解，產生有毒的氮氧化物和氯化物氣體。有腐蝕性。該企業在試生產過程中，采用電熱桳加熱蒸餾釜夾套導熱油的方式進行加熱，選用的導熱油正常工作溫度為350℃，無溫控系統。在減壓精餾過程中由于2，3-二氯-4—硝基乙苯受熱分解，蒸餾釜發生爆炸，致使設備毀壞，房屋垮塌。
事故后，經湖北省權威分析檢測單位測定，在氮氣保護下，2，3-二氯-4—硝基乙苯在215℃左右就發生分解。該起事故發生的重要原因是在不清楚2，3-二氯-4—硝基乙苯的熱分解溫度的情況下，選用不合適的設備和加熱方式進行試生產。
2、建議
通過這起事故，也警醒設計單位，對熱敏性物料（特別是芳環上帶硝基的化合物）加工方面的設計，一定要在了解其熱分解數據的情況下，進行設備選型、單元操作和過程控制設計。
三、設計中配置事故應急處理系統
1、事故案例
2008年6月12日19時40分左右，昆明市安寧齊天化肥廠發生硫化氫氣體泄漏安全生產事故，導致6人死亡，28人在醫院接受救治。
“6·12”硫化氫氣體泄漏事故的初步原因，即昆明市安寧齊天化肥廠在操作時，從硫化鈉配制槽放硫化鈉溶液到磷酸槽的過程中（主要是為了脫除磷酸中的砷），閥門失控導致進入磷酸槽的硫化鈉流量過大、流速過快，產生大量的硫化氫氣體不能被及時反應消耗，磷酸槽中產生的硫化氫從槽的上部逸出（槽未封閉），造成作業人員和圍觀人員中毒傷亡。
直接原因是該工藝設計存在不足，硫化鈉溶液流量無顯示控制儀器及安全設施，并未配備硫化氫尾氣吸收系統，不能除去過量的硫化氫氣體，導致該氣體進入作業場所。
2、建議
在精細化工生產過程中，有很多過程如出現操作失誤、設備及部件失效，有可能出現硫化氫、氯化氫、膦化氫、氟化氫、氰化氫等有毒氣體泄漏，造成人員中毒或死亡的事故發生。在這些生產過程中設置事故應急處理系統，如氣體吸收處理系統，是防止事故發生或擴大的有效安全措施。
四、重視防止粉塵爆炸措施
1、事故案例
2008年1月13日2時45分，昆明市東站工商服務公司儲存硫磺的倉庫內，該公司53名工人開始從事火車硫磺卸車作業，作業過程是從火車卸下并拆開硫磺包裝袋，將硫磺分別倒入平行于鐵路、與地面平齊的34個料斗中，硫磺通過料斗落在地坑中輸送機皮帶上，用輸送機傳送皮帶將硫磺送入硫磺庫。3時40分，作業過程中地坑硫磺粉塵突然發生爆炸，爆炸沖擊波將料斗、硫磺庫的輕型屋頂、皮帶輸送機、斗式提升機等設施毀壞，造成7人死亡、7人重傷、25人輕傷。
事故發生的重要原因，一是天氣干燥，空氣濕度低，硫磺粉塵容易爆炸。二是作業時正值深夜，風速低，空氣流動性差，造成局部空間內（皮帶運輸機地坑）硫磺粉塵濃度增大，達到爆炸極限，由現場產生的點火能量引發爆炸。
2、建議
可燃性粉塵（如硫磺、淀粉等）顆粒的表面能量高，在局部區域濃度達到一定范圍時，在點火能量作用下（如靜電、電火花等）容易發生爆炸。在設計如硫磺等可燃性粉塵儲存、輸送時，應采取強制通風和防爆防塵技術措施，防止粉塵爆炸。湖北省采用硫磺制酸的企業不少，也因從該事故中吸取教訓，切實加強安全設施的配置和現場安全管理。
五、對靜電危害應引起足夠重視
1、事故案例
2002年7月，江蘇姜堰某廠二車間的離心機（封閉式），在剛開始分離從搪瓷反釜卸出的W-100-1紡織用抗氧化劑和甲苯溶劑時，突然發生爆炸，致使1名職工死亡，1名職工重傷。
調查發現，此物料經過23小時不停地機械攪拌，又經過塑料導管直接送入離心機，離心機轉鼓內墊有非導電體的化纖過濾布袋。經長時間攪拌，含有甲苯溶劑（甲苯的爆炸極限為1.2%～7%（V））的物料產生靜電積聚，快速流經塑料管道時，靜電荷得到加強。當物料進入離心機時，帶有很高的電位，而轉鼓上部暴露的螺絲是低電位點，當物料沖擊到離心機的轉鼓時，高壓電位與螺絲頂端的零電位形成高低電位差而引發放電，產生了火花，引爆了離心機內混合性爆炸氣體。
2、建議
目前，精細化工生產廠家由于規模小，幾乎都是間歇式生產，一釜多用的現象普遍存在。進料、物料離心分離過程多采用塑料管。這些生產廠家很多都是經過設計單位設計，但設計人員對靜電的危害性認識不足，沒有對塑料管輸送易燃易爆物料的流速進行計算，也沒有做出相關說明。因此對靜電危害及采取相關的技術措施，應引起設計人員和企業安全管理人員的足夠重視。
六、結語
開展安全設計的出發點和落腳點，都是推動企業在建設項目設計階段按照標準規范的要求，嚴格安全設計，提高企業的本質安全程度。設計單位應提高安全設計質量，從設計源頭防止和減少化工企業生產安全事故，安全生產才有堅實的保障。
【參考文獻】
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[3] 關于開展提升危險化學品領域本質安全水平專項行動的通知（安監總管三〔2012〕87號）[Z].2012.
[4] 工業企業總平面布置設計規范（GB50187-2012）[Z].2012.
[5] 化工企業總圖運輸設計規范（GB50489-2009）[Z].2009.
