优化设计与优化方法范文
发布时间：2023-09-28 10:31:05
导语：想要提升您的写作水平，创作出令人难忘的文章？我们精心为您整理的13篇优化设计与优化方法范例，将为您的写作提供有力的支持和灵感！
篇1
引言
随着我国社会经济的快速发展，我国各行各业对大型自吸离心泵的需求不断增加，大型自吸离心泵应用广泛，在城市给排水、灌溉工程以及工业循环水等方面发挥着重要的作用，所以，研究大型自吸离心泵的设计方法、完善大型自吸离心泵的设计理论，能够有效提高泵的工作效率，对提高自吸离心泵的性能有重要的现实意义。
1 大型自吸离心泵存在的问题
从上世纪60年代开始我国就开始了对大型自吸离心泵的研究，到90年代提出了应用弹性橡胶阀来实现回流孔自动关闭的理论，在此基础上研制出了外混式结构的自吸离心泵，提高了泵的可靠性，这种离心泵得到了广泛的使用。随着时代的发展，对大型自吸离心泵的要求也在不断提高，文章针对大型自吸离心泵的结构、参数以及成本等方面对其进行了广泛的调查，总结出了目前大型自吸离心泵存在的主要问题：（1）自吸结构设计方法有待完善。在国内离心泵生产企业中，大多数还是生产内混式和外混式自吸离心泵，缺乏创新，离心泵的工作效率和自吸性能有待提高；（2）自吸原理比较单一。大多数自吸离心泵采用的是上世纪90年代提出的通过弹性橡胶阀压缩来控制回流孔自动关闭从而实现自吸的理论，这种自吸原理虽然得到了广泛的应用，但随着科学技术的进步，这种自吸原理逐渐变得单一、落后；（3）大型自吸离心泵的材料单一。我国生产大型自吸离心泵的主要材料是铸铁，这会导致大型自吸离心泵比较重，也会一定程度上增大工作人员的工作强度。
2 大型自吸离心泵结构及参数设计
2.1 大型自吸离心泵结构设计
大型自吸离心泵通过自吸系统将泵的进口管内空气排净并实现快速自吸，保证了泵的工作效率，提高了泵的自吸性能。大型自吸离心泵的主要结构由吸入段、泵体、冷却油箱、轴承以及自吸系统等组成，泵与自吸系统采用螺栓连接，密封形式为油冷却，保证泵工作效率和可靠性，大型自吸离心泵的结构如图1所示。
图1 大型自吸离心泵三维结构图
2.2 大型自吸离心泵的设计参数
设计流量为Q=500m3/h，扬程H=45m，泵的转速n=2200r/min，柴油机的功率为P=100kW，泵的效率ηh=83.5%，泵及装置效率ηm%=65.5%。
2.3 叶轮水利设计
大型自吸离心泵内部水的流动非常复杂，在自吸系统工作时涉及到气液的混合，叶轮是非常重要的过流部分，叶轮的设计关系到泵的流量和抗气蚀性能等，对于大型自吸离心泵的正常工作起着重要的作用。本装置叶轮的结构采用闭式结构，叶轮的设计首先需要确定泵的比转速，比转速可以采用以下公式来计算：
n■=■=188
其次，需要确定泵的进出口直径，泵的进口直径是指进口管法兰处内径，常用泵的进口直径、流速以及流量之间的关系表1所示。
表1
根据图表再加上实际情况选择泵的进口直径为200mm，大型自吸离心泵的出口直径选择与进口直径相同，也为200mm；最后要确定叶轮的主要尺寸，叶轮直径也叫做叶轮颈部直径，本装置使用的是悬臂式叶轮。通过一系列计算可得，叶轮进口直径为200mm，叶轮出口宽度为200mm，叶片包角为120°，进口安放角为25°，出口安放角为30°，叶片厚度为8mm，叶片数为6片。
3 大型自吸离心泵自吸系统工作原理
本大型自吸离心泵采用了文丘里自吸系统，文丘里自吸系统是一种以压缩空气作为动力的排气装置，主要由喷嘴、逆止滤网以及排气装置外壳等组成。文丘里自吸系统的排气装置和进口管采用螺栓连接，中间安装金属滤网，用来过滤固体颗粒，文丘里自吸系统内部没有运动部件，所以不需要设置装置，而且密封性能良好，结构相对简单，系统工作可靠性也大幅提升。文丘里自吸系统通过压缩空气产生射流，这时逆止阀会被打开，射流会不断地卷吸泵体内的空气，然后排出。与此同时，逆止阀会组织外部的气体进入泵体内部，经过这样的反复排气会使泵体产生真空，这时水流进入叶轮，水流的作用力会将逆止阀关闭，这时离心泵开始了正常工作，实现了大型离心泵的自吸功能。
4 大型自吸离心泵试验研究
按照上述设计，在产品质量检测水泵试验台上进行检测，并按照国家标准GB/T3216-2005《回转动力泵水力性能验收试验1级和2级》进行实验。预测性能曲线与实验性能曲线重合度非常高，由于集合造型、湍流模型以及计算方法等都会对计算结果产生一定的影响，所以实验结果产生的误差在可以接受的范围之内。同时对大型自吸离心泵自吸性能进行实验，按照相关标准，当自吸离心泵自吸高度达到5米时，自吸时间应小于120s，本装置进行自吸实验时，自吸高度达到5米时自吸时间为75s，远远高于国家标准，通过实验可以得出，大型自吸离心泵的性能参数满足设计要求。
5 结束语
综上所述，文章对离心泵优化设计理论与方法进行了分析，介绍了泵的结构、自吸系统以及叶轮等的设计，通过对大型自吸离心泵试验研究可以得出其性能参数满足设计要求，甚至一些参数远远超过了国家相关标准。对大型自吸离心泵进行研究，提高了泵的工作效率和性能，对促进我国社会经济发展具有重要的现实意义。
参考文献
篇2
引言
目前，随着社会经济水平的不断提高，土地价格也在不断上涨。同时，人民对住房条件的需求也在不断上升，因此，对开发商带来的压力也在不断加大。为了实现房屋建筑经济效益的最大化，就需要采用结构优化技术，在有限的空间内实现资源的最大利用。房屋结构优化设计是指，采取科学合理的设计理念和技术方法来设计房屋结构，以最小的工程报价来最大化整体的建筑收益，提高房屋的质量水平，使得企业也获得较高的利润等。
一、我国目前房屋结构设计现状以及实施优化设计的原因
随着我国经济的飞速发展，人民生活水平的不断提高，对住房建设要求也越来越高。同时，根据我国目前的基本国情，人口数量日益增长，住房面积需求量不断加大。因此，我国现阶段住房建设主要以高层为主。房屋的结构设计优化不仅能够满足当今大众的需求，更能为投资者减少建筑成本。
房屋建设结构优化必须以建筑的安全性为首要原则，然后再进一步分析建筑方案，配合科学合理的设计理念，从而有效控制建筑工程造价，实现经济效益的最大化。根据近些年的数据资料显示，优化建筑结构设计可以为整项建筑工程节省30%-50%的费用。但是，在实际的设计过程中，方案设计受自然因素的影响很大，很难发挥出其本身的优越性。例如，工程设计阶段，施工方过多的缩短建筑设计时间，从而使设计效果达不到理想的要求，在缩短工程工期的同时也降低了工程设计质量；建筑设计时，设计人员的经验不足，专业知识不完备，对一些设计软件掌握的不够精通；一些设计者在设计建筑时过度的关注部分结构而忽视了整体方案等等，这些因素都会导致建筑结构设计的不够优化。因此，房屋建筑设计者必须科学合理的分析整体建筑方案，并设计出最优的结构，才能实现经济利益的最大化。
二、房屋结构设计优化主要体现在哪些方面
房屋结构设计优化主要是采取合适的方法以及科学的设计理念来最大化的达到房屋设计标准，如：房屋结构的合理布局、构件大小、结构框架等。钢筋混凝土结构的优化设计的基本理念是将建筑的具体部件以及整体布局进行分析，而顶柱、体形、层高以及拉力构件等等都会影响建筑物的整体布局。建筑构件的布局、强度等级以及配筋构造都是建筑物具体构件的体现。综合以上因素，建筑方案结构需要专业知识丰富且熟知设计规范的工程技术人员设计，而且在设计时必须充分考虑各构件直接的受力特性，从而选取最优的设计方案。
三、房屋结构优化设计技术
（一）优化技术的基本原则
在工程设计优化过程中，必须以工程设计和工程价值为基本原则。优化结构设计的最终目标是充分利用建筑材料，实现建筑构件利用的最大化。优化结构设计不仅遵守建筑设计规范，更实现了当今建筑的审美学和价值学。通过深化改善房屋结构设计，从而实现建筑功能更加协调完善，降低建筑成本，提高经济效益。
房屋结构的优化必须从实际工程施工出发，结合房屋结构的具体情况，实现房屋建筑的结构的最优化设计。在进行结构优化时，必须依据设计意图，采用平面设计布局，降低构件质量和刚度之间的差异，减小水平负载造成的房屋扭曲，在竖直方向上采用转换层技术，有效地降低构件的集中用力。
（二）优化设计的基本的要点
1.依据设计规范
工程师在设计建筑结构时必须具备丰富的建筑设计经验以及熟知设计规范。即依据科学的设计理念，将自身的优化方案融于整个工程项目设计中去。建筑结构设计规范更多是对于工程较大的项目，因而会造成某些规定过于保守。另外，在工程设计比较特殊或复杂时，依据某些规定将会造成建筑物的不安全。因此，这就要求设计师在建筑设计过程中必须具备良好的专业素质以及清醒的思路、正确的判断力，争取将建筑结构设计做到最优。
优化房屋结构设计过程中，应注重建筑构件的细节优化，如：建筑构件的受力钢筋，在满足塑性的条件下尽可能的选择性价比较高的产品，从而实现房屋结构的经济、安全。
2.结构师主动参与建筑设计
在工程施工前期以及施工过程中，建筑结构师的主动参与对整个房屋结构优化起到关键性作用。在实际的工程施工过程中，建筑设计师往往不能够对整个结构体系进行很好的受力分析，即建筑结构师的设计理念以及其自身具备的经验不能完全代替设计师的设计思想，同时，建筑与结构上专业知识的隔阂也无法弥补。建筑结构设计师其丰富的工程设计经验以及专业设计理论，积极主动的为设计师出谋划策，只有两者的顺利合作才能设计出更加优秀的方案。
目前，我国的房屋建筑设计总是先从建筑的结构布局开始，根据结构承载负荷的不同分析所需的材料、参数等，往往这种分析方法是计算机所不能计算出的，它需要建筑结构设计师充分论证整个建筑设计方案之后做出的判断。而这些判断需依据实际工程实践经验以及结构设计所遵循的一般规律进行。
3.加强设计团队之间的合作
优化房屋结构是一项整体而系统的工作，它需要团队之间的协调合作。现代建筑主要由结构、设备、建筑三大要素组成。因此，在工程施工过程中要明细团队内部分工，并做好团队合作，只有这样才能有机的结合各个构件创造出更加完美的作品。在建筑工程设计阶段，房屋的结构设计和建筑设计是不可分割的，只有协调好两者之间的关系，才能设计出更加美观大方的建筑方案，同时，又降低了建筑成本，简化施工过程，达到既美观又实用的建筑效果。通常建筑设计师在设计建筑时，只是一味的要求设计方案的新奇，而忽略了建筑学中基本的力学关系，这样设计出的方案往往在结构设计上造成困难。因此，团队之间的协调合作是房屋结构优化的重要保障。
4.优化房屋建筑结构，解决房屋抗震问题
房屋结构的优化不仅仅能降低建筑成本、增加建筑美观、简化施工过程，更能加强房屋的抗震作用。通过房屋结构优化技术，可以增加房屋抵抗外部作用的破坏，有效地降低房屋破坏程度。因此，在房屋结构优化设计过程中，抵抗外界各种不良因素的影响成为结构优化设计工作的主要内容。在日常的外界不良因素中，地震是最难以预测且对房屋建筑物破坏最强的，所以在房屋计算及构造上必须加强抗震措施。如：房屋构件刚度的对称性以及均匀性都可以有效的缓解地震对建筑物的破坏；多道防设设计理念可以有效缓冲特大地震对房屋主构件的破坏。以上这些设计思想都是房屋结构设计的重要内容。
四、总结
工程造价对整个工程项目的经济效益起着关键性作用，因此优化房屋结构设计，不仅可以降低整个工程的造价成本，更能提升整体房屋的安全级别。结构设计与建筑设计的协调配合，充分发挥其自身的优势，设计出最优的房屋结构。在平面设计过程中，应遵循对称、均匀的原则，缩小房屋构建质量与刚度之间的差异。在竖直布置上，保证上下承重件负载的上下贯通。建筑是艺术的表现，在保证房屋安全的前提下，结构师应敢于创新，将房屋的实用性与艺术性完美的结合在一起。
参考文献：
[1]侯贯泽，刘树堂.工程结构优化设计理论与方法[J].钢结构，2009，2（8）：148-150.
篇3
引言：
众所周知，不论在什么行业中，追求追优化的配置和设计是每一个行业从业者追求的目标。所谓的最优化设计，就是在诸多被选择的项目中根据自身的特点以及条件找到一种比较合理的，最节约成本以及实现利益最大化的设计方式与方法。
立足于工程结构的设计中，我们在最优化设计的过程中致力于将技术以及力学的相应概念做到最好的融合。在设计要求的基础上形成一些可以操作的，具有可行性的方案。进而通过科学的数学计算找到客观的，可以应用于实际的优化方案。在诸多工程结构设计的优化方案中，我们在选择了最佳方案的同时也就同时节约了成本，使得爱同样的时间内创造了巨大的效应，更加使得这些工程的工期变短，工程质量变的十分优良，是一种降低工程成本，提高质量的最佳选择则途径。
一、工程结构优化设计演变历史概述
对于工程结构设计，最开始是将直觉的准则法，如满应力准则法，满应变准则法等作为优化设计的基础性选择，在很长的一段时间中得到了很好的应用和成本的节约。一般来说，准则法的应用是为了主要提升单步设计变量修改幅度使之变得越来越大，并且在收敛速度上也有着显著的提升，但是这些不会改变结构的大小，也不会因为结构的复杂而改变。随着时间的推移，我们的研究者逐渐的将拓宽了优化设计的范围，从而数学规划法出现了。这就使得我们要针对一些特殊的工程进行很好的研究，因为这个时候的准则法已经不适用有所有具有个性的工程优化设计中了，主要是因为没有一些科学的，客观的理论准绳。与其相反，数学规划方法，站在比较科学的角度，对于结构设计有着严谨的研究，这样的算法能够有着科学性的展现。但是实际的工程结构优化设计一般都是有约束、非线性和隐式的优化问题.这两种方式都不是用于现代工程的发展和诉求。随之而来的就是模拟退火算法的出现.接着，到了二十一世纪，随着计算机的普遍应用，信息化以及全球化时代的到来，我们的研究方式与方法就随之而来了，在工程结构优化设计上有着很好的发展，诸多实用性方式出现，下面我们将做详细的研究。
一、 工程优化设计研究
1.为何设计---工程中结构不确定性的存在
在工程施工之前，对于其结构进行深入的分析和研究，并完成良好的设计是因为在工程设计以及进行的过程中，有着很多不确定性的存在。基于不确定性理论的工程结构优化设计主要考虑变量。但是出于安全性以及可靠性的角度考虑，先前的优化设计有些过时，我们要站在更新的角度上发展，所以之前的缺陷我们要有着很好的认识。主要分为以下几点。
第一， 缺乏结构可靠性的设计，不能保证稳定，安全。
第二， 没有对材料的可变性做出预算，不能真实的反映材料的参数。所以没有科学的数学建模可以支撑，难以形成最佳的方案。
第三， 在工程中存在着一些很复杂的施工情况，之前的设计不能很好的给予判断以及确定，这就使得我们的施工情况不能符合实际，没有真正意义上的达到最优。
2.工程优化设计方案研究
第一，形状优化。可以说，这种优化设计方案是当下比较流行的，主要是通过调整工程结构内外边界形状来改善结构性能和降低工程结构造价，其主要用来发掘工程系统构件的合理内外边界形状。具体上讲，这种优化也是将一些离散变量以及块体、板、壳类的连续变量包含在内。
第二，模拟退火算法。也就是通常所说的SA方式放大，也就是在施工的设计中进行固体加热，使之到达了一定的温度，进而在科学的作用下使之渐渐的变冷下来。因为在升温的时候，固体的内部结构法身了很大的变化，随着热能的增多内能变大，其中固体中组成部分也就是内部的元素也会随之变大。但是随着热胀冷缩原理的深入，当这个固体的整体变得冷却的时候，所有的元素变回到之前的一种有序的排列状态。也就是说，在固体中，元素因为在每一个趋近于平衡温度的时候都有着自己的平衡状态出现，最重要的是在常温的时候内能处于最小化状态，也就是我们所说的基态。这就是模拟退火算法.这种方法有着自身的好处，那就是：适用于离散型、连续型及混合型变量；鲁棒性、全局收敛性、隐含并行性较强，并且可以得到很广泛的应用。
第四， 粒子群优化算法。该种算法是近几年来比较流行的一种应
应用广泛，并有着实际用途的设计计算方式与方法。这个算法的研究十分奇怪，主要是来源于整个鸟群，从鸟群捕捉食物中找到灵感，这个算法是开始于随机解，并通过迭代寻找最优解，在设计的过程中不断的寻找一种适应度来找寻解的品质。这样的算法是比较方便以及会计的的，没有一些复杂的计算以及冗长的分析。是比较得到现代设计者以及施工方的喜爱的，效果也是比较明显的。
第五， 变密度法假设优化设计。可以说，变密度法假设优化设计
的主要设计对象是那些密度可以变更的材料，这就使得我们的设计具有一定的局限性。在设计的过程中我们要假定材料物理参数与密度间存在某种数学关系，并将所设计的材料的密度作为一种变量，致力于寻找到一种目标函数，这种目标函数以材料的最优质分配为主要目标。并且，我们在这种工程优化设计中可以找到一些优势或者是特色，具体来说，该种方式可以很好的展现出拓扑优化的本质特征，并且在实现的过程中显得比较简便，有利于操；同时这种程序的设计计算成功率比较高，但是精准度确实是不高，总而言之，这种方式的最大他点就是计算方法简单易行，但是适用范围十分受到局限，需要特定的材料以及特定的环境。
第六， 相对差商法和混沌优化相结合。该种范式是一种导出求解
离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法，这种优化设计的计算方式和方法，将设计的体积最小最为最终目的。从而有力的实现了一种
拱坝的体形优化的设计和分析，在应用的过程中得到了很好的设计效果，节省了成本提升了利润。
最后，多目标优化。一般来说，多种目标优化方案就像字面上所述，不是一种单一的目标实现方式，而是在设计中考包含了多方面的设计方式以及方法，这样在计算的过程中，在实施的过程中保证了设计的安全性以及稳定性，更大的程度上实现了一种可靠性。在安全性的实现上，这种多元化的实施方案就要不断的加大结构的截面面积但是要取得最少重量的目标，在设计上就要使得截面面积变小。所以我们知道，这就不可能在全局上实现一种面面俱到的设计方案，所以，我们的设计管理者以及决定人，要在多方面分析只会走找到一个比好合适的方案做一个决定，并实施。可以说，这种多目标的优化设计对于工程系统决策是很重要，并有着很好的应用。
参考文献
1. 蔡新，郭兴文，张旭明.工程结构优化设计[M].北京：中国水利水电出版社，2003.
2. 张炳华，侯昶.土建结构优化设计[M].2版.上海：同济大学出版社，1998.
3. 刘齐茂，燕柳斌，邓朗妮.桁架形状优化的一种改进模拟退火算法研究[J].计算机工程与应用，2007
篇4
基金项目:本项目为2014年省科技厅科技计划项目承担的“基于ANSYS的门式起重机金属结构的力学性能分析及优化研究”的研究项目，（编号为：20142BBE50009）
集装箱起重机中最为复杂的故障是门架变形，其中，门架的下挠变形，对起重机的正常运行危害最大。本文采用有限元分析软件ANSYS建立了起重机的有限元模型，对其进行结构应力分析、模态分析，从应力分布和应力集中两个方面对该起重机进行评价和校核。
1起重机门架结构有限元模型的建立
集装箱起重机门架是由标准型钢构成，结构对称。首先建立起重机门架整体三维模型。
1.1起重机主要性能参数。该起重机主要性能参数为：额定载荷320T；跨度25m；桁高12m；起升速度9.5/19 m/min；最大起升高度10/12m；小车轮距3035mm；小车质量5t；吊钩总重2T；材料全部采用Q235。门式起重机门架的主要结构与参数如图1所示。
1-前端梁 2-道轨 3-后端梁 4-主梁 5-前上横梁
6-后上横梁7-门腿 8-底横梁
1.2起重机有限元模型单元选择
采用ANSYS中的三维梁单元，划分单元建立有限元分析模型。门架结构有限元模型划分后的单元95401个，节点数182120。图2为该起重机划分单元后的有限元网格模型。
2应力分布分析
2.1固定载荷
按图1所示的工况位置，要求额定起门力：工况1（16T）、工况2（在门架中间带运行吊重11T运行）工况3（10T）、工况4（9T）、工况5（（悬臂处5T）；规定起重机主梁方向为Z方向，垂直地面向上方向为Y方向，X向垂直于起重机平面。
2.2移动载荷
起升载荷16T，同时，取动力系数1.25；起重机自重，在建模过程中单位采用SI（MKS），取重力加速度g =10；抓斗和小车结构自重共为5T；水平惯性载荷：根据有关文献，取加速度0.13 m/s2，取加速度放大倍数1.5。选择对门架最危险的工况1、工况2和工况5载荷组合进行分析，如果这三工况没有问题，其它工况也就没有问题。
2.3计算结果分析
1）小车在工况1起吊16T额定载荷时，由图3~6所示。
由上各工况的位移、等效应力数据分析可以看出：
（1）X方向最大位移为9.566，最大位移发生在小车位于工况2上，满足规范要求的；
（2）Y方向最大位移为11.658，最大位移发生在小车位于工况5上，位移动载数值过大；（3）Z方向最大位移为13.98，最大位移发生在小车位于工况5上，最大位移13.98；
（4）最大等效应力为333MPa，最大等效应力发生在小车位于工况5上。
2.4方案优化设计比较
重新对图2进行结构优化，在ansys中进行一系列的操作，得到有限元模型有95300个单元，181367个节点，称为方案2，比较后发现，门架结构和受力上没有什么变化，只是将主梁悬臂端变为一梯形结构，也就是说只进行小车工况5时（在悬臂端）的计算即可。
通过现场实际测量，如表4所示。数据表明，实际测量值与有限元分析计算结果比较吻合，有限元分析结果有较高的计算精度。
3结论
本文研究的对象为集装箱门式起重机门架，采用有限元分析软件ANSYS对门架进行分析，并在原来的基础上进行优化设计，达到了以下目的：
篇5
一个建筑要达到精美的效果，设计师需要把其美观设计与结构设计紧密结合起来。为实现在有限的空间、有限的资源的情况下，发挥出最大效果，最终达到经济化、实用性和适用性的良好目标，在房屋结构设计中，要采取适用、经济、安全、便于施工和美观这五种效果措施。而在房屋结构设计中，应用建筑结构优化设计方法可以满足这一要求，保证建筑美观、造型优美，同时又能够便于房屋的施工，使房屋安全、经济、适用，从而真正成为“经济适用”房[1]。
一、结构设计优化方法的理论基础
在进行工程项目和结构设计的过程中，需要考虑的因素很多，最终目的是要在保证设计对象基本适用功能和安全可靠性的情况下，把设计对象设计到最好的程度。这就涉及到工程和结构最优化的问题。用科学的语言来描述就是：利用确定的数学方法，在所有可能的设计方案的集合中，搜索到能够满足预定目标的、最令人满意的方案[2]。
从建筑理论上分析结构设计优化方法可以得知，结构设计优化方法主要体现在两个方面，其一是房屋工程部分结构的优化设计，其二是房屋工程结构总体的优化设计。后者的优化设计包括：屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。穿插其中的，还包含选型、布置、受力分析、造价分析等项目，在实施过程中，应遵循一定的原则，结合具体工程的实际情况，从实际出发，围绕房屋建筑的综合经济效益目标进行结构优化设计。
在设计安全被保证的情况下，建筑师应开拓创新，挑战新的结构形式。在建筑结构设计的过程中，建筑师的设计意图应能够得到基本满足，应设置尽量符合规则的平面布局，使其对称；同时减少质量中心和刚度中心的差异，使建筑物在水平荷载作用下不致于产生太大的扭转效应。在竖直方向的布置上，应确保在满足功能要求的情况下，尽最大可能贯通竖向的承重构件；为使结构分析和设计上的难度不致于太大，减少不必要的经济浪费，使应力分散，转化层应尽可能少地使用；竖直方向的刚度要渐变，而不要突变，如若不然，在水平荷载作用下，突变处会产生严重的应力集中现象，这是非常不利于结构抵抗水平动力荷载的[3]。
二、结构设计优化技术的意义所在
在房屋结构设计中运用建筑结构设计可以起到非常好的效果，这不仅可以使房屋看起来更加美观，用起来更加实在，而且也能够节省大量的造价，起到良好的效果。采用设计优化的方法与采用传统房屋结构设计方法相比优点是十分明显的，它可以使建筑工程造价得到大幅度降低，降幅可达30%左右。要实现优化方法的技术性问题，材料的性能要合理利用起来，争取协调好建筑结构内部的各单元，达到建筑规范所规定的安全水平。同时，优化方法的技术性实现还可以合理决策建筑整体性方案设计，它可以有效实现建筑设计的经济化、实用性和适用性的良好目标。
三、结构设计优化技术在建筑结构设计中的步骤
（一）结构优化模型
房屋结构整体优化设计方法分以按3 个步骤进行。首先，选择设计变量。一般把对设计要求起主要影响作用的参数作为设计变量，如目标控制参数（结构造价C1 和损失期望C2）和约束控制参数（结构的可靠度PS）；而将那些对设计要求来讲，变化范围不大或是根据结构要求或局部性的设计考虑就能满足设计要求的参数等作为预定参数，这可以大大减少设计、计算和编制程序的工作量；其次，确定目标函数。寻求一组满足预定条件的截面几何尺寸和钢筋截面积以及失效概率，从而使总费用最小；第三，确定约束条件。房屋结构基于可靠度优化设计的约束条件，则包括尺寸约束、结构强度约束、应力约束、变形约束、裂缝宽度约束、构件单元约束、结构体系约束、从正常使用极限状态下的弹性约束到最终极限状态的弹塑性约束、从可靠指标约束到确定性约束条件等。在设计中，要使结构优化设计应用于实际房屋结构工程，则是路房屋结构设计中实际的约束条件与目标约束条件相比较，保证各约束条件都符合现行规范的要求，以实现最优设计。
（二）设定优化设计计算方案
房屋结构基于可靠度的优化设计问题属于比较复杂的多变量、多约束非线性优化问题，一般情况下，在计算过程中，应转化问题求解，即将有约束优化问题转化为无约束问题。可以利用起来的优化设计计算方法有复合形法、拉氏乘子法、Powell 法等。
（三）进行程序设计
根据基于可靠度的结构优化模型和选择的优化设计计算方法，编制功能齐全、运算速度快的综合程序。
（四）结果分析
对计算结果进行分析，确定最优设计方案。在上述步骤的执行过程中，涉及的问题包括多个方面，所以要全方位、多角度地考虑。这主要是因为建设投资这项工程的耗资非常大，涉及到的情况非常多，在设计中片面强调经济节约是不正确的。应满足技术上的相应要求，使项目达到相应的功能要求，与此同时，要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。
四、结构设计优化技术在建筑结构设计中的应用
（一）直觉优化（概念设计优化）技术与建筑结构设计
对于同一建筑方案，可以有许多不同的结构布置设计；确定了结构布置的建筑物，即使在同种荷载情况下也存在不同的分析方法：分析过程中设计参数、材料、荷载的取值也不是惟一的：建筑物细部的处理更是不尽相同，这些问题是计算机无法完全解决的，都需要设计人员自己作出判断[4]。而判断只能在结构设计的一般规律指导下，根据工程实践经验进行，这便是前面所说的概念设计。因此，概念设计存在于设计师对多种备选方案进行选择的过程中。
（二）概念设计处理的实际建筑设计问题
概念设计所要处理的问题多种多样。但可以肯定的是希望通过概念设计，建筑结构能在各种不期而遇的外部作用下不受破坏，或将破坏程度降至最低。因此，分析如何应付建筑物可能遭遇的各种不确定因素成为概念设计的重要内容。其中，地震作用最为难以琢磨，破坏性也最大。故而，建筑设计过程中就应该未雨绸缪，从计算及构造等各个方面都要采取一些有助于提高抗震能力的措施，不利于抗震的作法则应尽量避免。刚度均匀、对称是减小地震在结构中产生不利影响的重要手段；延性设计则能有效地防止结构在地震作用下发生脆性破坏；多道设防思想能使建筑在特大地震作用下次要的构件先破坏，消耗一部分地震能量。这些抗震设防思想在整个设计过程中都应该作为概念设计的重要指导思想。
总而言之，建筑结构优化设计方法的研究涉及面广泛，具有十分复杂的特点，是一项综合决策问题。适用、经济、安全、便于施工和美观是建筑工程设计优化追求的五种效果，而这五个方面的侧重点各不相同，相互之间又存在一些矛盾的地方，一个优秀设计的出现往往
是这五个方面的最佳结合。所以，在进行建筑设计的实践过程中，应加强实践探索，降低经济成本，以达到经济效益的最大化，从而在保证经节约经济成本和达到美观要求的情况下合理进行结构设计。
参考文献
[1]王智锋，孙之如. 建筑结构概念设计的优化[J]. 河南水利与南水北调. 2010（09）
篇6
一 建筑结构设计的优化方法与现实应用的背景分析
随着我们国家经济技术的不断进步和发展，全国人民的生活也逐步的走入了相对良好和稳定的小康时代，相应的对于生活质量和环境要求也就越来越高，绝大多数的人都住进了高层建筑当中。在这样一种实际的背景状况下，人口持续增长，土地资源却是极其有限，建筑的建设与规格也在持续见长，这使得土地、建筑物以及建筑物的建设成本都在不停的提升。由此，降低建筑建设成本就成为了建筑商在进行建设的过程当中最需要注意和考虑的。那在实际的建设过程的当中应当以什么样的方式来进行建筑成本的控制呢？本文实际上也是针对于这样一个问题展开的讨论和分析。
结构优化设计目前在国外是非常有价值的一种理论系统，其核心就在于能够通过对居住环境以及生活环境的改善来实现建筑产品质量以及品位的提高，以这样一种定性的思维和方式来实现工程建筑质量最大化和成本最小化，因此具有适用、经济和适用的价值，是值得在实际的工程建设中予以广泛的应用和实施的。
二 优化结构设计方法
现代社会环境下很多建筑物的造型都相当的优美和独特，能够给人以很好的精神享受，这样一种良好的建筑效果从本质上来看就正是结构设计与建筑实施技术的良好协调和配合，以这样一种方式来实现建筑美观效果的完成。建筑结构设计所追求的五种最为基本的目标就是：安全、经济、适用、美观以及施工简便，因此我们在文中所讨论的结构优化设计方案就要保证能够切实的实现这些点，将其良好的应用于实践，这样不断能够满足人们对于美的追求，还能够保证整个房屋建筑的结构设计合理以及性能上的安全保障，成为名符其实的经济实用型建筑。我们在对其进行深入的探讨和分析时则往往需要通过两个具体的方面来进行：
第一方面：主要是建筑模型的优化结构设计方案，在进行一项大型的建筑工程方案之前，首先必然是需要进行建筑模型的设计的，而在这样一个过程当中对于建筑模型的优化设计就是非常关键和有必要的。在进行建筑模型的优化设计时，主要的工作就是以下几个部分：基础结构方案的优化设计、屋盖系统的优化设计、围护结构方案的优化设计以及结构细部的优化设计等。除此之外，还需要采取进一步的处理措施，主要就是进行必要的选型、布置以及准确的受力分析，最终实现对于造价本身的良好优化。上述一系列的优化过程都需要按照一切以实际出发的原则来进行，也就是围绕工程的实际状况和需要来进行，将房屋建筑的综合经济效益以及房屋质量的保证作为设计的最终目标和要求。在进行结构的设计和规划时，首要的就是要把握和设计的真实意图，这样才能够尽可能的保证整个布置状况的规则，并较大程度的降低刚度以及质量中心之间的差异，以此来避免较大扭转作用力的产生。
第二方面：主要是建筑模型的优化结构计算方案，计算方案的进行和完成实际上只需要进行相应的编制并按照相应的运算程序进行计算就能够得到我们做需要的最终的优化结果。但是我们需要注意和认识到的就是，在进行结构优化的过程当中可能会涉及到多个方面的变量和约束条件，这也就意味着处理的是非线性的优化问题，针对于此，我们在进行计算方案的确定时就需要将一些有约束的条件转化成为没有约束条件的问题来进行计算。在实际的建筑工程设计中较多应用的就是Powell算法和拉式乘子法以及符合性法等，利用这样一些方法基本上就能够实现优化结构设计方案的良好计算。
三 优化的结构设计技术在实践当中的应用
我们将结构设计方案处理完成以后就可以将其应用于实践。对结构设计进行良好的优化在现今的时代背景下实际上是非常好的一个课题，在目前开展的也比较普遍，我们采用结构设计的优化方法就是希望能够在不改变建筑结构实际使用性能的前提下来保证其工程造价的大幅降低，因此将其应用到实际的工程实践当中去就是我们工程人员不二的追求。结构设计的优化在实际的工程环境中能够应用和渗透到其进行的各个步骤和环节当中去，这其中就包括整体的设计阶段、前期的设计阶段、旧房的改造以及抗震设计当中去，并能够在应用的过程当中发挥出巨大的效益来。我们在按照结构设计优化的理论方法对模型进行改造实践的过程中，需要注意以下三个方面的具体问题，下文中正是针对于这样三个问题进行了详尽的阐述和分析。
3.1 参与结构设计优化的前期工作
这样一个方面的强调主要是因为前期工作的进行直接影响到整个建筑工程的总造价，而现如今大多数工程在进行建设的过程当中最为普遍的问题往往也就是其前期方案结构结构设计上的问题，建筑师在进行设计的时候更多关注的是设计本身的问题，而极少关注结构自身的合理性和可行性，这就使得建筑结构在进行建设的过程当中面临着较多方面的问题，更多的是会引起工程造价的提高，这就与我们进行优化设计本身的目的有所违背。正是因为这样，我们有必要在进行建设之前针对于不同的建筑类别来对结构形式进行选择，为整个工作的开展和进行提供良好的开端。
3.2 将概念设计和细部结构设计进行优化
所谓概念设计实际上也就是指一些没有具体的数值来进行量化的指标，包括地震的防裂度以及其本身的不确定性等，因此在进行设计计算的时候难免会和现实产生较大的差别，正是在这样一种背景下我们才需要在对这样一种指标进行设计和确定时选择使用概念设计的方法，将数值仅仅只是作为辅助或者是参考的依据来进行。在这样一种设计的过程当中更为强调的就是设计人员本身的灵活性以及应用结构设计优化方法的能力，这样良好的结合才能够真正实现效果上的最优化。
3.3 优化下部的地基基础结构设计
地基基础的结构设计优化进行过程中最开始的一步就是进行方案的选择，如果是桩基础的话，就有必要根据现场的地质条件来选择桩基的类型，以此来最大程度的降低造价。在建设进行的过程当中，桩端持力层对于灌注桩桩长的选择影响也是非常大的，因此需要进行较多的对比和分析以后再来进行核实方案的确定和选择。
结语：通过上文中详尽的分析我们就可以看到，利用结构设计优化的技术方法是能够切实有效的提高空间、资源等的利用率的，除此之外，还能够最大程度的实现经济性和实用性的最大化，这样一种状况实际上就是我们在进行工程设计的过程当中最希望能够实现的。满足了建筑产品本身品质不断提高的基本要求，更重要的是能够实现人们对于生活质量以及生活水平的更高要求。最后，实际上也是实现了建筑商不断寻求新手段吸引顾客的目的，达到降低工程建设实际造价的目的。
参考文献
[1] 李国胜.《多高层钢筋混凝土结构设计优化与合理构造》.中国建筑工业出版社，2008.
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中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）05-0-02
0 引 言
模拟集成电路设计通常分为三个步骤[1-3]：首先根据电路性能要求选择合适的电路拓扑结构，然后设计电路参数，最后设计版图并验证。而最为重要的是前两步。在选好一个电路拓扑结构后，如何完成电路的参数设计，即根据预期的电路性能参数来确定电路中器件尺寸、电阻、电容等参数的取值非常重要。传统的设计方法首先根据电路设计指标列出方程，从方程中计算尺寸并进行仿真。如果所得结果不符合要求，则需更改方程得到新的器件尺寸继续调试，不断重复直至符合电路要求。这一过程繁琐、冗长且难以保证结果，是模拟电路设计效率难以提高的主要原因。
目前，电路领域提高电路设计效率的方法主要是基于优化的方法。基于优化的方法是将电路性能指标作为优化的目标函数，利用函数优化的方法来完成电路设计。一般优化设计方法有两种，即基于方程的优化和基于仿真的优化。基于方程的优化中目标函数由解析公式计算而得，虽然优化速度快但精度低。基于仿真的优化中目标函数通过电路仿真获得，虽然精度高，但计算量大，优化速度慢。
如何获得精度与基于仿真方法相当的准确解，又使计算量不致过大，是近年来电路优化研究领域备受关注的课题。人们虽采用多种方法尝试，但最常见的是先构造电路性能指标的宏模型，再进行优化。宏模型的计算相当于一个解析式的计算，因此可较快完成，只要宏模型构造得当，精度可达到与仿真接近的程度。需要研究的主要问题是宏模型的形式，如简单多项式、统计回归、神经网络与模糊逻辑、SVM等，及宏模型的构造算法。
本文采取的方法是一种基于方程与误差增量模型的混合优化方法，可大幅减少仿真器的调用次数，降低计算成本，同时又具备与基于仿真方法几乎相同的精度。方法的主要思想是以基于方程的优化结果作为出发点，通过构造电路性能准确值与解析近似之间的差值增量模型，求解一系列误差不断减小的近似优化问题，通过迭代逐步获得问题的准确解；每一次迭代在上一次优化解附近构造新的差值增量模型再调用优化算法，相当于采用基于方程的方法求解，因此速度很快；电路仿真只在构建误差增量模型时需要，而一次迭代解附近的误差增量模型一般用二次多项式近似即可，因此所需仿真次数不多。整体上可达到既减少仿真次数，又不影响精度的目的。我们称这种方法为基于误差增量模型的优化方法。
1 基于误差增量模型的优化
电路性能指标的解析表达虽然存在误差，但大致反映了性能随设计变量的变化情况。将其准确值表达为：
f（x）=fa（x）+fd（x） （1）
其中，fa（x）是性能的近似解析表达，fd（x）=f（x）-fa（x）是误差增量。基于这一表达，本文提出的基于方程与基于仿真的混合优化方法如下：
（1）用基于方程的方法进行一次初始优化，即求解：
（2）
获得一个近似最优解x0作为初始点；
（2）在点xk附近构造电路性能准确值与解析近似之间的误差增量模型，包括目标函数：
（3）
与约束函数：
（4）
由于只需在一点附近的增量误差近似，因此通常用二次插值即可构造这一模型[4]。
（3）求出如下题的最优解：
（5）
这一步的优化目标与约束函数均是解析计算，因此可以很快完成。
（4）重复步骤（2）、（3），直至该过程收敛。
这种混合优化方法的基本思想从基于方程的近似最优解出发，通过迭代逐步消除误差，与一般非线性问题的迭代求解类似。该方法的特点在于充分利用了电路的性能解析表达式。解析表达虽有误差，但包含了目标与约束函数的基本特性，反映了函数变化的总体趋势，降低了每次迭代时误差增量函数的复杂性，可用较简单的函数形式近似，也有利于设计者更好地理解优化过程。该方法既改善了电路性能解析表达式精度不高的问题，又可大幅减少仿真器调用次数，提高优化效率。
2 两级运放设计实例
以一个带米勒补偿的两级运放为例，说明利用该方法进行优化设计的过程。电路采用TSMC 0.35 μm工艺，其中CL=3 pF，VDD=2.5 V，VSS=-2.5 V，电路要求的性能指标见表3所列，考虑到的性能指标有功耗（Power），单位增益（Av），单位增益带宽（UGB），摆率（SR）以及相位裕度（PM）。CMOS两级运算放大器电路如图1所示。两级运放性能指标见表1。
图1 CMOS两级运算放大器电路
表1 两级运放性能指标
性能
指标 Av PM UGB Power SR Area
设计
要求 >70 dB >65° >10 MHz 10 V/μs
对该电路，性能的近似表达式为[5-8]：
SR=I5/Cc
Power=（VDD-VSS）・（I5+I7+IBias）
AV=gM1・gM6/（（gds1+gds3）・（gds6+gds7）） （6）
Area=2・W1・L1+2・W3・L3+W5・L5+W6・L6+W7・L7+W8・L8
UGB=ωc/2π
PM=180°-tan-1（ωc/p1）-tan-1（ωc/p2）-tan-1（ωc/z1）
f3db=p1/2π
Ω玫缏方行优化设计，采用Matlab工具箱中的约束优化工具fmincon，将功耗作为目标函数，表1中的其他性能指标作为约束条件，做基于方程的优化。为保证电路正常工作，需要对电路中的晶体管添加约束。对于NMOS管，有：
Vds≥Vgs-VT>0 （7）
对于PMOS管：
-Vds>VT-Vgs>0 （8）
除此之外晶体管需满足工艺库对器件尺寸的要求：
Wi≥1 μm， i=1，2，…，8
Wi≤195 μm， i=1，2，…，8
之后，利用误差增量模型进行优化设计，并以一次基于仿真的优化设计作为比较。基于方程的优化设计见表2所列，方程和误差增量模型的混合优化设计见表3所列，基于仿真的优化设计见表4所列。
表2 基于方程的优化设计
电路性能 参数 器件尺寸 参数（μm）
UGB 9.66 MHz W1 2.94
Power 0.40 mW W3 5.30
PM 63.32° W5 5.52
Av 72.58 dB W6 66.79
SR 10.00 V/μs W7 46.59
Area 146.40 μm2 W8 6.06
表3 方程和误差增量模型的混合优化设计
电路性能 参数 器件尺寸 参数（μm）
UGB 10.00 MHz W1 2.81
Power 0.43 mW W3 8.73
PM 65.00° W5 5.53
Av 72.89 dB W6 131.28
SR 10.00 V/μs W7 57.12
Area 223.10 μm2 W8 6.06
表4 基于仿真的优化设计
电路性能 参数 器件尺寸 参数（μm）
UGB 10.00 MHz W1 2.80
Power 0.44 mW W3 8.84
PM 65.00° W5 5.53
Av 72.89 dB W6 132.73
SR 10.00 V/μs W7 57.14
Area 224.78 μm2 W8 6.06
可见，利用基于仿真和方程的混合优化方法可以得到和完全基于仿真方法相近的结果。且通过表5可以看出，混合优化方法减少了仿真器的调用次数，提高了优化效率。
表5 混合设计和基于仿真设计的F-count比较
混合优化设计方法 基于仿真优化设计方法
F-count 136 335
3 结 语
本文提出了一种基于方程和误差增量模型的混合优化方法，即通过对性能误差建立二阶模型来建立新的性能方程。再采用Matlab的优化工具箱进行基于方程的优化。本文通过运算放大电路优化实例来验证该方法的有效性，且相较于基于仿真的优化方法减少了调用Hspice的次数，节约了时间。
参考文献
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[5] Metha Jeeradit.Mixed Equation-Simulation Circuit Optimization[D].For The Degree Of Doctor Of Philosophy，2011.
篇8
0.引言
随着我国房地产行业的快速发展，房屋建筑的结构设计也在不断响应时代的要求。在房屋紧缺的年代，房屋的实用性是房屋结构设计考虑的最主要因素。如今，时代在变化，对房屋建筑的结构设计的要求从实用性转变成为了实用性与美观性并存。同时对房屋建筑的结构设计还要考虑到房屋施工的时间与材料等一系列因素。房屋建筑的设计理念是房屋施工建设的重要内容，因此房屋建筑的结构设计优化，对我国房屋建筑行业具有重大的现实意义。
1.房屋的结构优化设计模型和设计方案
房屋结构优化设计主要在：基础结构方案的优化设计、屋盖系统方案的优化设计、围护结构方案的优化设计和结构细部设计的优化设计。除此之外，在优化的过程中还要考虑到布置、受力分析、造价分析等方面，对于整体结构优化，最终达到预想的优化目的。在设计的过程中，一定要严格的遵照设计的理念，对于平面的设计一定要规则对称是刚性度有质量中心最大限度的重合，这样对于整体的质量框架能够更加的坚固。结构的优化，可以使工程更加的有保证，对于整体设计理念更加的符合工程的要求。
1.1结构优化设计的函数模型
结构设计优化就是在各种影响变量中选择主要参数，并建立函数模型，运用科学合理的方法得出最优解。结构总体的优化建立模型的大致步骤是：设计变量的合理选择。通常的设计变量选择对设计要求影响较大的参数，将所涉及的参数按照各自的重要性区分，将对变化影响不大的参数定为预定参数，通过这种方法可减少很多计算编程的工作量。目标函数的确定。使用函数找出满足既定条件的最优解。最后，约束条件的确定。
1.2房屋建筑结构设计的方法
（1）当结构平面图在绘制结构平面布置图时，需要输入结构软件进行建模。建筑物根据设防类别、烈度、结构类型和房屋高度进行相应的计算和构造措施要求。
（2）屋顶（面）结构图当建筑是坡屋面时，结构处理方式有梁板与及折板式两种。梁板式适用于建筑平面不规整，板跨度较大，屋面坡度及屋脊线转折复杂的坡屋面，折板式适用于相反的条件。两种形式的板均为偏心受拉构件。板配筋时应有部分或全部的板负筋拉通以抵抗拉力。
1.3房屋建筑的结构优化设计方案
结构优化设计多个变量、多个约束条件，属于一个非线性的优化问题，设定计算方案时，常将有约束条件转变为无约束条件来计算。常用的方法有拉氏乘子法、符合型法等。完成计算方案的设定后只需编制相应适用的运算程序即可得到我们的最终优化结果。
2.结构设计优化在应用中注意事项
结构设计优化主要应用在对于房屋建设的整体规划、地基建设、抗震设计、水电管道设计中都发挥着重要的作用。房屋结构优化可以使房屋的实用性与美观性达到完美的融合，还可以降低工程的运行成本，提高建设效率。但是结构设计优化在应用中还需要注意一下几个方面：
2.1前期方案
前期方案是整个工程运作开始的阶段，也是非常重要的阶段，因为它直接决定了工程建筑的成本预算。如果房屋结构的设计没有与前期方案的制定进行协调，就会造成各司其职，不能完成最后的和谐统一。因此未来的房屋结构设计应该参与到建筑师对房屋建筑的设计中去，互相听取双方的意见，达到利益的最大化。良好的开始是成功的一半，因此前期方案要充分考虑到对结构设计中可能产生的问题，双方深入的讨论，直至达成一致的意见，互惠互利，降低建筑投资总成本。
2.2细节结构设计优化
概念设计应用于没有具体数值量化的情况，设计过程中需要设计人员灵活的运用结构设计优化的方法，达到最佳的效果。与宏观把握相对应的，设计的过程同时要注意对于细部的结构设计优化，比如现浇板中的异形板拐角处易出现裂缝，可划分为矩形板。注意钢筋的选择，I级钢和冷轧带肋钢市场价格差不多，但是他们的极限抗拉力却相差很大，所以在塑性满足要求的情况下，现浇板的受力钢筋就可选择冷轧带肋钢筋。
3.结构设计优化的意义
3.1节约建筑成本
对于企业来说，获得利益是最终的目标。获得收益是企业发展的目的，尤其是建筑行业。随着人们对房屋结构要求的提高，以前的工程设计图与施工方案很难满足人们的要求，而且旧的结构设计方式，也会增加企业的成本，使企业获得的收益降低。因此各个建筑行业都要寻求一个两全其美的办法，既能够节约建筑成本，又可以提高企业的经济效益，同时还可以满足人们的需求。这就需要对房屋结构设计进行优化改革。
3.2提高房屋建筑结构实用性
如今土地资源紧缺，经过政府的合理的城市规划，提出了改善房屋结构设计的办法。近年来我国高层建筑鳞次栉比，已经逐渐形成了建筑设计的特色。为了应对高层楼房的现实因素，也需要对房屋建设的总体进行优化设计，提高建筑结构的实用性。房屋的设计要考虑到安全的因素，房屋的层级不同，对施工的要求也会不断增加，相关材料的使用标准也是不同的。房屋结构设计的优化要考虑到流水管道的排列问题，电线在墙体的走向问题、媒体管道的安置问题、还有地热供暖管道的排列问题等等。同时房屋结构设计者还要考虑不同楼层的采光条件，还有室内格局。好的格局也是人们选择房屋的关键。各种实际问题都构成了房屋建筑的实用性问题。因此对房屋结构设计的优化，可以很好的解决上述问题带给人们的困扰，提供给人们一个安心、舒心的住宅环境。近年来，人们对住宅的美观性也在不断提升，这跟房屋的格局，和整栋楼房的整体形态有关，为了不断适应市场经济的发展要求，满足人们的各种需求，要求我们要对房屋建筑结构进行优化与应用。
4.结语
对于房屋建设来说，房屋的结构设计尤为重要，优化结构设计可以节约房屋建设的成本，提高房屋建设的效率，不仅可以提高专业技术的指标，而且还能符合广大受众的需求。本文通过对房屋结构设计优化的模型和设计方案，提出了一些好的措施，针对现行的房屋结构设计在实际应用中存在的问题，提出相应的解决方案。房屋结构设计优化可以设计出更合理的房屋建造模式。满足人们对房屋结构的要求，设计出高质量、安全、舒适、健康的生存环境。推进我国建筑行业向更广阔的方向发展。 [科]
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中图分类号： U461文献标志码： B
引言
现代产品更新换代速度快，且功能极大丰富，导致系统设计的复杂程度提高.复杂的产品及工程，如汽车、飞机和宇航等，通常由众多的系统、子系统及其零部件组成.同时，这些复杂的产品及工程设计问题又大多涉及多个学科领域，并且各个学科之间可能存在着很强的相互耦合关系.这些复杂因素都给产品开发与工程设计带来非常大的挑战.[1]
为满足现代社会对产品开发及工程设计的要求，并行性、一致性和高效率已经成为设计流程设置及其开发环节中极为重要的考核指标.
所谓的并行性，指系统的各个设计任务在彼此相互独立的情况下同时实施.并行进行的设计任务之间，可能会存在着大量的关联与耦合关系.这就要求各个设计任务之间必须保持与系统设计目标高度一致，从而使得最终生产制造出的产品可以实现预定的设计目标要求.各个设计任务需要与产品的设计目标之间进行不断地交互，而且这种交互工作越早发生，越有利于整个产品开发的高效进行，避免在产品设计后期发生系统整体的性能未能满足产品设计目标要求的情况，从而不得不重新设计，导致极为严重的资源和时间浪费.
传统的优化设计方法，采用串行设计模式和单层次优化方法（AllatOnce）.整个产品开发与工程设计过程按照单个子系统或零部件依次进行设计与优化工作.这样的设计模式严重制约产品的开发效率，也导致最终集成的系统无法实现最优方案.随着产品开发与工程设计问题越来越复杂，自20世纪80年代后期以来，一种解决复杂产品开发与工程设计优化问题的多学科设计优化（Multidiscipline Design Optimization，MDO）方法，在国内外获得广泛关注.MDO方法是一种通过充分探索和利用系统间的协同机制来设计复杂系统的方法，即MDO方法是在复杂系统的设计过程中结合系统的多学科本质，充分利用各种不同学科的设计与分析工具，最终达到最优设计的方法.基于MDO理念，将各学科的高精度分析模型与优化技术有机结合起来，寻找到最佳的总体设计方案.MDO方法最初应用在航空、航天领域，目前已经广泛应用于船舶、汽车和建筑等各个领域.[2]
目前，主要的MDO方法包括：协同优化（Collaborative Optimization，CO），并行子空间优化（Concurrent Subspace Optimization，CSSO），二级系统一体化合成优化（BiLevel Integrated System Synthesis，BLISS）和解析目标分解 （Analytical Target Cascading，ATC）法等.[3]不同于CO和BLISS等传统的MDO优化方法，ATC方法起源于汽车产品设计，其目标主要是通过不断地进行子系统与零部件的迭代优化，实现系统级的产品开发与工程设计问题的既定目标.通过层次化的多学科设计优化方法，在系统的优化设计过程中，结合系统设计目标考虑构成系统的各个子系统的优化设计，并在优化各个子系统的基础上达成整个系统的优化.该方法最早由美国密西根大学KIM博士和PAPALAMBROS教授所在的Optimal Design实验室提出.[45]
1目标分解方法及其数学表达
1.1优化设计问题的层次化构架设计
通常，一个复杂的产品开发与工程设计问题，可以通过分解构建成一个层次化的结构形式.典型的层次化结构设计案例见图1.产品开发与工程设计问题被分解为3层结构，包含由A到G的所有元素.对于层级1而言，只拥有元素A.元素A又可通过分解，得到下一个层级（即层级2）的2个元素，分别为B和C.依次，又可分解得到层级3及其对应的元素D，E，F和G.这样，就可以将一个极为复杂的系统逐层分解成多个简单问题的集合.
图 1典型的层次化结构
1.2ATC方法的实施步骤
ATC方法一般可以按照以下4个步骤实施.
（1）首先确定产品开发与工程设计问题系统级的设计目标；
（2）将这个系统级的设计目标逐层分解到各个子系统或者零部件上，确定它们为满足这个总目标的要求各自所必须实现的子目标；
（3）通过设计优化，使得各个子系统或零部件分别实现其满足系统总目标要求的各自的子目标；
（4）通过各个子系统和零部件设计结果的组合，验证最终产品开发与工程设计是否可实现既定的总目标要求.
ATC方法在建立层次化结构时，需要建立2种类型的模型，分别为优化模型P和分析模型r.优化模型P的主要功能是建立优化算法，并通过调用分析模型r得到系统、子系统及其零部件的设计响应；分析模型r为仿真计算模型，其主要功能是根据优化模型P产生的输入参数（即设计变量）和下一层的响应，通过仿真计算得到相应的计算结果输出，返回给优化模型P.ATC方法中不同层级之间数据流向及每一层中分析模型P与分析模型r之间的调用关系见图2.
图 2ATC方法的数据流向
图2中，作为中间层的子系统层，它的设计目标RUs1和共享变量yUs1由系统层传递下来.经过一系列的子系统层及零部件层优化设计求解之后，将生成相应的设计目标响应RLs1和共享设计变量yLs1，并返回给系统层.同理，对于最底层的零部件层ss1，RUss1和yUss1被作为设计目标和共享设计变量由子系统层传递下来，而后通过优化与仿真，再将相对应的RLss1和yLss1返回给子系统层.对于子系统层调用的分析模型rs1，来自零部件层的ss1响应Rss1和ss2的响应Rss2，子系统层本地设计变量x-s1和子系统层的共享设计变量ys一同作为其输入参数，由Ps1调用.
1.3ATC方法的数学表达
2数值案例及Isight软件求解
2.1数值案例的分解解析
2.2基于Isight优化软件的ATC实现
随着计算机仿真技术的深入，采用单一学科软件的设计、分析与优化方法，已经难以适应复杂系统设计和工程开发的需要.以航空航天领域设计为例，其涉及机械、电子、控制和热工等多个学科.随着各个学科的深入发展，在每个单独的学科领域内，都已经形成大量专业的仿真方法与工具.因此，如何在设计中将各个学科有效链接起来，使其形成一个统一各学科的综合设计的平台，已经成为工程和学术界所关注的重点.
作为多学科联合仿真与优化技术的先驱者，Isight软件为解决复杂系统的产品设计与工程开发提供多学科集成的优秀平台.Isight软件将数字技术、推理技术和设计搜索技术进行有效融合，将多学科专业软件进行协同以驱动产品设计与优化，并且把原来需要大量人工完成的工作改由软件自动进行处理.Isight软件的使用可以大大缩短产品的开发与设计周期，显著提高产品的质量与可靠性.
本文将Isight软件作为实现ATC方法的优化仿真平台.Isight软件下为实现上述数值案例所构建的2层的ATC架构见图3，包括系统层与子系统层，其中，子系统层由2个元素组成.
2.3优化结果分析
利用Isight优化软件所构建的ATC仿真模型见图4.系统级优化和子系统级优化均采用序列二次规划优化算法（Sequential quadratic programming，SQP）.最后设计变量（x1，x2，…，x14）收敛，目标函数f=17.02，与该数值算例的最优值f=17.00非常接近.
图 3Isight软件下的ATC架构
图 4ATC方法的Isight软件实现
3工程案例分析
3.1问题定义
以纯电动汽车动力总成优化设计为例，进一步说明ATC方法.纯电动汽车动力总成的详细结构见图5，其动力总成类似传统汽车的动力总成结构.
图 5纯电动汽车动力总成结构
车辆的基本参数与性能指标见表1.优化目标为在纯电动汽车动力总成的制造成本与其使用成本之间取得设计平衡.基于ATC方法的2层电动汽车动力总成目标分解与架构设计方案见图6.系统层以能耗仿真模型、动力总成成本模型和车辆性能仿真模型作为这一层级的分析模型.通过调用能耗仿真模型和动力总成成本模型可以分别得到使用成本和制造成本，将车辆性能仿真模型作为性能约束条件.[6]
3.2优化结果分析
优化前、后结果的对比见表2，可知，制造成本在整个成本构成中占据较大份额.通过对设计变量优化，使得使用成本和制造成本都有所下降，从而最终优化目标（总成本）也相应地有所下降，说明所提出的基于ATC优化设计方法得到预期效果.
表 2优化设计结果的对比名称原始值优化值传动比ig67.983 2电机转子直径d/m0.120.051 2电机转子长度L/m0.128 70.138 1使用成本/元897.71893.73制造成本/元5 013.894 984.88总成本/元5 911.605 878.61
4结束语
目标分解方法是一种处理复杂系统产品设计与工程开发层次化架构的系统化方法，结合Isight优化软件，对ATC方法进行充分的说明.
（1）对ATC方法的层次化架构进行详细描述，并引出实施ATC方法的一般步骤.
（2）详细论述ATC方法每层之间的信息传递，并给出ATC方法的一般数学表达式.
（3）基于Isight优化软件，分别进行数值案例和工程案例的分析，充分说明ATC方法对解决复杂系统优化设计问题的有效性.参考文献：
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篇10
前言：社会生活水平提高，对建筑实用性以及经济性提出更高要求。在建筑设计时，根据实际需要对房屋结构设计进行优化，从而保证房屋结构的经济合理性，并且能够增加建筑本身的美感。为此，下文对建筑结构设计优化方法进行详细介绍，立足于结构设计优化的原则，结构优化不仅要符合社会的基本需求，还要在原有建筑基础上进行创新。
1.建筑结构设计优化方法
1.1原则
1.1.1符合社会需求
建筑结构设计优化方法要立足于社会发展，并符合社会发展的要求。首先，为了满足人们的基本日常生活功能，向人们提更加舒适的生活环境以及生活条件，建筑结构设计优化方法更加人性化。其次，在结构设计优化中，需要将建筑的环保以及人们生活的安全放在首要位置，做到建筑结构优化真正为人民服务[1]。
1.1.2创新性与经济性
结构设计优化的出现缓解了建筑结构中的漏洞，改善其不足之处，因此建筑设计师应该在充分考虑设计之后总结经验，并对建筑结构大胆创新，不断采用新型科学技术。但是需要注意的是建筑设计优化要更加实用。此外，还要充分考虑建筑设计的经济效益，实现资源配置最优化，尽量为开发商节约成本，合理利用资源[2]。
1.2建筑结构设计优化方法的重要性
对建筑结构进行合理的优化，对房屋结构设计来说具有重要意义，它不仅能够在人们生活中实现实用性与美学相结合，还对建筑设计工程造价能够有效控制。对于建筑的投资来说，投资少，收益多是建筑发展的经济目标，然而在这样的基础上对建筑设计开展科学合理的结构优化设计是设计的重要举措。与传统结构设计相比，运用设计优化的建筑工程能够减少很多工程造价，结构设计优化能在各个环节中起到最佳协调作用，并能够对材料进行合理利用。结构设计优化不仅能够提高建筑的安全系数，还能增加建筑设计的实用性。对建筑结构设计进行优化之后，企业能够获得更高的经济效益。房屋结构中各个单元实现有机结合，从而提高了建筑的质量，为人们的生活安全带来保障[3]。
2.建筑结构设计优化方法步骤
2.1结构优化模型建立
2.1.1设计变量选择
将对建筑结构有影响的参数视为设计变量，如损失期望、结构造价等。将影响作用小，变化范围小的参数视为预定参数。
2.1.2目标函数
在进行建筑结构设计优化时，需要寻找到能够满足预定条件的截面几何尺寸、钢筋的截面积以及一些相关的概率函数，减少工程造价。
2.1.3确定约束条件
对房屋结构设计优化而言，需要提高结构的可靠度，并制定相关的设计优化约束条件。其中主要的条件有：建筑裂缝宽度约束、结构强度约束、尺寸约束、结构体系约束以及弹性约束等条件。在实际的结构优化中，需要设计师对目标约束条件与实际的约束条件反复进行对比与分析，保证工程能够遵循具体要求，从而实现最佳设计[4]。
2.2方案制定与程序设计
设计师在进行分析计算中，将约束问题转化为无约束问题的求解，其中最常见的优化方法有Powell、复合形法等，根据计算方法可以编写出运算速度较快的综合应用程序。
2.3分析结果
设计师需要根据最佳的计算结果选择出合理的设计方案，并对问题进行多角度考虑，合理的设计方案能够保证建筑结构美观、安全以及更加实用。在结构设计中应该主张经济节约，并充分重视技术上的问题，需要设计者将建筑设计优化兼顾实用性与经济性。
3.结构设计优化技术的实践应用-以A地区建筑为例
3.1 A地区住宅房屋概况
A地区住宅整体高度为17层，建筑的主体采用钢结构框架的剪力墙形式。在对实际情况进行考察并对现场建筑场景进行分析之后，对该住宅建筑使用结构优化设计方案，结构优化对传统结构设计模式进行改造与创新。在结构设计中主要以人力施工为主，采用计算机辅助设计方式，对施工中的各个环节进行优化，使得整体建筑设计实现了全局合理性优化。与结构优化之前作对比，建筑在设计方面更加的合理，减少了建筑成本，降低工程造价。
3.2直觉优化
直觉优化技术是指与建筑设计在同一方案中，可以实施诸多不同的结构布置设计，例如，在确定了结构设计优化的A地区住宅中，同种荷载下也可以有很多不同形式的分析方法。在具体的结构分析中，设计参数、荷载的取值以及材料都不是唯一的，在建筑的内部细节处理也不尽相同，这些问题计算机不能处理，需要相关设计人员作出分析与判断[5]。
3.3对A区住宅建筑优化设计的前期处理
对房屋建筑结构作出设计需要最优化的设计方案，在房屋结构设计前期，工作人员应该积极参与其中，并对工程的实际情况充分了解，对建筑结构以及框架作出合理选择。一个好的设计方案是房屋结构设计的保障，在对A地区建筑进行结构优化设计的过程中，需要相关设计人员能够严格遵守设计方案，不仅需要对设计方案细节了解，好需要对工程环境的合理性作出判断，并在结构不规范之处作出调整。
3.4 A地区房屋结构组成优化
3.4.1混凝土结构裂缝
A地区房屋结构主要以钢筋混凝土结构组成，难免会出现混凝土结构裂缝，因此，需要对混凝土结构裂缝进行优化设计，对混凝土结构进行受力分析，分解到结构构件中的细节中，对进行数据结构处理，计算出混凝土框架最优化结构。
3.4.2基础拉梁结构优化
为了提高房屋建筑的抗震效应，需要对建筑的基础拉梁进行设计优化。首先，在进行拉梁设计优化时，必须要确定建筑地址的防烈度，然后设计师对建筑拉梁的长度和横截面积进行确定。在结构设计中为了保证建筑的抗震结构和建筑拉梁钢筋混凝土框架保持一致，需要减少设计中钢筋的利用率，从而能够使拉梁优化设计效果达到最佳。
结论：综上所述，建筑结构设计优化能够促进建筑品质不断提高，实现了人们对居住环境的高标准以及高要求。随着建筑行业不断发展，建筑结构优化设计作用突出，在形式上能够适应城市发展的美观规划，在经济上减少成本，提高资源使用率。然而，建筑结构设计优化比较复杂，并且综合性较强，因此设计师在对建筑结构设计优化时需要对设计进行深入研究，并作出合理的优化方案。
参考文献：
[1]王鹏.建筑结构设计优化方法在房屋结构设计中的实际应用分析[J].中国建材科技，2014，04：162-163.
[2]陈俊.浅谈结构设计优化设计技术与其在房屋结构设计中的应用[J].科技致富向导，2013，02：172.
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一、高中政治学案设计中的误区
1．导学案问题设计习题化。有些教师将导学案“知识问题化”误解为“知识习题化”，于是导学案被异化为习题的堆砌，完全丧失了导学案的价值和功能。例如，高三年级政治导学案摘录。问题1：财政和货币政策的运用(C)2013．山东卷2012年，我国综合运用各种手段对国民经济进行调控，实现了预期调控目标。下列调控目标、调控政策、具体措施三者对应最恰当的是()A．控物价——稳健的货币政策——严控对高能耗、高污染行业的贷款。B．稳增长——积极的财政政策——减轻服务业和小微型企业税收负担。C．调结构——积极的财政政策——下调金融机构一年期存贷款基准利率。D．惠民生——稳健的货币政策——加大对战略性新兴产业的财政支持力度。
导学案不排斥习题，但导学案绝不是习题的堆砌。所以设计学案要有提炼问题的意识和能力。
2．导学案问题设计简单化。导学案问题设计简单化主要表现在：问题设计思维含量低，例如，宏观调控的手段有哪些？市场调节缺陷有哪些？这样的问题，纯碎为了知识记忆而设计，学生只需要在书本上找找答案，就能回答，问题设计思维含量低，不能引导学生去自主思考和探究，体现不出学生的思维。如果改为：“材料中政府运用了哪些宏观调控的手段？材料中体现了市场调节的哪些缺陷？”这样把问题融入到材料中，结合材料考察学生运用知识的能力，学生只凭死记硬背无法完成，必须要进行思考才能解决。
3．导学案问题设计模糊化。导学案上的问题设计形式古板单一，缺少导学应有的层次化，学生的思维受到导学案问题的影响，被束缚在十分狭小的空间，思维水平的提升受到制约。教师在设置探究问题时要围绕学习目标，设计出能激发学生主动思考的问题，使问题具有层次性。如在学习政治生活《政府的责任：对人民负责》一课时，政府对人民负责的原则是本课的重点问题。设计问题时应从是什么、为什么、怎么做这三个层面进行。这样的设问，层次清楚，步步深入，容易激发学生探究的欲望。这样的安排虽然打破框题限制，但适合学生的知识基础，并与已有的知识技能相联系，既符合学生的认知规律，也符合知识的内在逻辑联系。
二、高中政治学案优化设计的方法
1．问题设计要层次化。自主学习的问题是导学案的主要内容。探究问题要分层设置。问题的层次性，是指学案的学习内容安排要符合学生的认知规律，知识的生成规律，做到先易后难，循序渐进。课堂探究的问题要有思维的梯度，体现由易到难，能引导学生由浅入深、层层深入地认识知识、理解知识，掌握知识。如“我国的政党制度如何？”很明显，这个问题范围过大、太笼统，学生遇到这样的问题很难完成。这时，教师可将这个问题在学案上尽一步细化为：问题一、我国政党制度的内容有哪些？问题二、我国政党制度的优越性如何？问题3：公有制的主体地位如何体现？问题4：国有经济的主导作用如何体现？
2．问题设计要情境化。好的情境材料不仅有利于激发学生的学习兴趣，更有利于学生去积极思维，快速地提取相关信息，从而得出正确的结论。如在讲授价值判断和价值选择的主体性时，教师可提供诗句：“桑条无叶土生烟，箫管迎龙水庙前。朱门几处看歌舞，犹恐春阴咽管弦。”让学生去自主学习。生思考：在同时同地农民和地主的价值选择为什么会不同？学生很自然想到他们的阶级不同，需要不同，所以会做出不同的价值选择。在学案设计中，如果我们只是直接地去向学生提供探究的问题，学生会感到茫然而无从下手。
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关键词:产品 优化设计 投资成本 线性规划
企业在生产活动中,经常需要对现有产品进行升级改造,以提高企业的市场竞争力。与此同时,企业必须要增加相应的投资成本。在企业追加投入的情况下,如何确保产品的升级改造取得预期的效果,关系到企业未来的发展成败。
本文以此为背景建立了一个以投资成本为目标函数、以资源为约束对象的线性规划模型,由此可获得产品的一种最佳设计方案。由于模型所描述的市场环境是动态变化的,企业不可能通过生产一种不变的产品型号(即使当前是最佳的)来满足未来复杂多变的市场需求,必须不断调整投资成本和约束资源,以促进产品的多样化和升级换代。这涉及到模型的优化后分析,而优化后分析有各种不同的形式。根据本文所讨论的问题背景,笔者提出了线性规划模型的一种新的优化后分析方法,这种优化后分析方法建立了投资成本、约束资源和设计变量之间的动态关系。通过这种关系,企业决策者可以根据市场环境的变化调整相应的投资成本和资源量,以产生更合适的设计方案,确保产品的升级改造取得预期的效果。本文运用此分析方法,对一个关于饲料配方的实例进行了分析和设计。
产品优化设计方法
假设一个产品由n种原料构成,其含量分别是,x1,x2…,xn,如果要求该产品在满足规定的资源约束条件下,使投资成本最低,则产品设计方案应该由以下的线性规划模型确定。
(LPM)minf = cT x
s.t.Ax≥b,x≥0
其中,x∈Rn是设计向量,c∈Rn是费用(成本)向量,Ax≥b是由m个资源约束不等式:gi=ai1 x1+…+ain xn≥b(i=1,…,m)构成的不等式组。令xn+i=gi -bi(i=1,…,m),xn+i则是产品的第i种剩余资源量。
采用单纯形法求解模型(LPM),本研究可以获得产品的一个最佳设计方案。不妨设(LPM)的最优基本解为xB*=b*,xN*=0,最低投资成本(目标值)为f *,则(LPM)的目标函数和约束条件可表示为:
f = f *- c TN* xN *(1)
xB* = b*-B*-1 N * xN * (2)
其中,B*与N *分别是最优基矩阵与非基矩阵,c TN*=cTB*B*-1 N *-cTN*是与非基变量xN *相应的缩减费用(the reduced costs)。
由于市场环境时时处于变化之中,因此决策者必须不断加大投入,研发新的产品来满足未来的市场需求。开发新产品的一种方式就是调整原产品所含各种功效资源的配重(比),以产生具有不同功能的产品(系列)。相应地,企业在模型(LPM)的最优单纯表(原产品的开发设计)的基础上,对投资成本进行了调整。如果决策者将投资成本 f 从最低成本 f *增加到 f ,则投资成本平面:cTx = f 与模型(LPM)的有效资源约束:xN *≥0相交产生一个新的有界凸多面体,本文称之为投资成本、约束资源和设计变量之间的动态关系体,记为S f,在这个动态关系体上,每一点都对应一个新的产品设计方案,它们具有不同的功效资源。注意到S f有n个极点,不妨设S f的第j个极点为:
x j(f)=(x1j(f),x2j(f),…,x jn+m(f)T,j=1,…,n
根据凸集的有关理论,S f中的任意一点x可以表示成它的所有极点的凸组合,即:
(3)
其中,0≤λj≤1(j =1,…,p),且。
假设c TN * < 0,通过式(1)和(2),可以求得S f的n个极点的坐标为:
其中,
是矩阵-B*-1 N *的第k行第j列元素。上述极点坐标可统一表示为:
(4)
将式(4)代入(3)中,得:
(POM)(5)
(POM)就是优化后分析模型。这是产品设计变量xi(i =1,…,n)和剩余资源量xn+i(i =1,…,m)关于新增的投资成本f的线性函数。于是,对新增的投资成本f,本文可以通过调节参数λ1,…,λn的适当取值来控制产品中不同功效资源的含量,从而产生新的产品(系列)设计方案,满足未来市场的需求。
一般地,λj(j =1,…,n)相当于分配给各功效资源的权重。当时,所有功效资源在产品中均衡配置;当被赋值较大时,相应的功效资源在产品中所占比重就大。λj(j =1,…,n)的具体取值,由决策者和研发人员根据市场的需求、产品的试制状况确定。
模型应用
本文以张建平(1989)提出的一个饲料配方问题为例来阐述本方法的应用。设有八个饲料原料:玉米、大麦、麸皮、豆饼、鱼粉、槐叶粉、骨粉和石粉,分别配重x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7和x8公斤,要制成一吨的饲料,使所配饲料满足规定的八种营养成分(即消化能g1、可消化蛋白g2、粗蛋白g3、赖氨酸g4、蛋+胱氨酸g5、钙g6、磷g7和粗纤维g8)要求,且总成本最低。
根据张建平(1989)给出的八种饲料原料的技术经济指标,本文得到该饲料配方的一个线性规划模型如下:
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
应用MATLAB V6.5语言编写了单纯形算法和本文提出的优化后分析程序。通过该程序求解上述饲料配方线性规划问题,得到八个饲料原料的最优配方是:675.7015,0,70.0000,96.3468,40.0000,110.2964,3.2622,4.3931 (公斤),及最低总成本为:f *=305.8712 (元)。在按最优配方配成的饲料中所含各种营养(资源)量分别是:消化能g1=3200、可消化蛋白g2=115000、粗蛋白g3=150130、赖氨酸g4=7230、蛋+胱氨酸g5=4200、钙g6=5000、磷g7=4100和粗纤维g8=35810,由此可见,除粗蛋白、赖氨酸,蛋+胱氨酸和粗纤维的指标“超过”了给定的限度,其它营养元素的指标恰好达到给定的限度。
若根据市场需求,企业打算将每吨饲料产品的投资成本增加到f =310元,以研发新的饲料产品系列,要求在给定的成本预算下,在保持八项营养(资源)量和两种原料(麸皮和鱼粉)不低(或不高)于原来制定的最低(或最高)标准的前提下,尽可能提高所配饲料的某一(几)项营养指标。为此,本文建立该问题的优化后分析模型如下:
(POM)(6)
其中,x8+i =gi - bi(i =1,…,7),x16 =45000 - g8经计算,可得:
在(6)中,增大λ2的取值,可调高饲料产品中消化能的含量。若取λ2=0.8,λ3=0.2,λ j=0(j=1,4,5,6,7),得到一个新的饲料产品的配方:713.32,0,70,113.87,40,54.659,3.5595,4.585(公斤),该产品所含各种营养(资源)量分别是:消化能g1=3240.645、可消化蛋白g2=116128、粗蛋白g3=150190.14、赖氨酸g4=7241.9、蛋+胱氨酸g5=4402.8、钙g6=5000、磷g7=4100和粗纤维g8=30370,由此可见,当投资成本调整到310元/吨时,可研制新的饲料产品,使其消化能比原来提高40.645兆卡/吨,同时,可消化蛋白提高了1128克/吨,其它营养元素的指标都满足最低(高)标准要求。
如果需要调高新产品中钙的含量,可在公式(6)中增大λ4的取值。我们不妨取λ4=0.85,λ3=0.15,λj=0(j=1,2,5,6,7),得到一个新的饲料产品的配方:710.16,0,70,127.87,40,25.928,3.8485,22.201 (公斤),该产品所含各种营养(资源)量分别是:消化能g1=3200、可消化蛋白g2=116974、粗蛋白g3=150394.6、赖氨酸g4=7321.3、蛋+胱氨酸g5=4519.8、钙g6=12056.6、磷g7=4100和粗纤维g8=27571,这样,新产品配方的钙含量比原来提高了7056.6克/吨,同时,可消化蛋白提高了1974克/吨,其它营养元素的指标都满足最低(高)标准要求。
总之,决策者可以根据环境变化、市场需求、原料供给等因素,通过优化后模型的分析求解,重新设计合适的饲料配方。
结论
众所周知,好的产品必须有足够多的研发资金的投入作保证,但资金投入的增加不一定能带来好的研发结果,必须要有科学的分析方法。本文提出的线性规划优化后分析模型为企业在产品研发投资过程中的产品设计决策提供了一种定量分析方法。通过投资成本的变动(增加),可以根据投资成本、约束资源和设计变量之间的关系,设计出满足未来市场需求的新产品(系列),以提高企业的市场竞争力和可持续发展能力。需要指出的是,本文所讨论的投资成本仅仅指新产品的原材料成本,而不包括人力成本、研制成本等费用。
参考文献:
1.万蓉.线性规划[M].北京理工大学出版社,1988
2.张干宗.线性规划[M].武汉大学出版社,2007
3.ei-wang Gao. Options strategies with the risk adjustment. European Journal of Operational Research, 2009, 192(3)
4.Pei-wang Gao. An efficient bound-and-stopped algorithm for integer linear programs on the objective function hyperplane. Applied Mathematics and Computation, 2007, 185(1)
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在市场经济不断发展的今天，建筑市场的竞争也不断加大，企业为了能够在这样激烈的竞争下依然稳步的发展，就要不断的进行革新，对施工设计及方法进行深入探究，建设出既美观又安全的建筑，满足人们的需求，才能在市场经济的机制下立于不败之地。在建筑建设时投入较大的部分是建筑结构方面的资金投入，为了减少这部分的投入需要不断的优化结构设计，在确保建筑质量安全的基础上，对房屋建筑设计进行规划，制定建设方案，合理的安排施工项目，把控施工的整体结构，增加企业经济收益。下面即是从结构优化方法的重要性和应用两个方面入手，对建筑结构设计优化方法房屋结构设计进行分析和讨论，借此为相关工作者提高参考。
1 房屋建筑结构优化方法的重要性
如今，随着城市化进程的不断加快，城市建筑土地资源越来越紧缺，因此高层或超高层住房将成为城市住宅的发展方向，相较于传统的建筑模式，高层建筑等新型建筑的建设具有更大的难度，这就要求相关的施工建设人员应该重视房屋结构优化问题，在减少资金投入的同时，进行细致的建筑设计方案规划，运用新技术和新理念，建设出既安全又经济的建筑。根据相关数据可以看出合理的房屋结构设计可以减少建设资金投入，与没有进行设计优化的建筑相比采用优化法进行优化后的建筑能够节省10%～20%的建设费用。不过，在实际的施工建设过程中，优化设计的实施往往不是一帆风顺的，可能因为多方面的限制而难以进行。首先，很多施工单位都会因为赶工程进度，而不顾施工质量，对于房屋设计的缺陷不予及时的优化处理，而对最后的建筑质量造成影响。其次，还有一些施工建设人员自身经验不足、专业素质不高，无法进行建筑设计优化。最后，还因为一些施工建设人员和设计人员只注重建筑的部分建设，而忽视建筑的整体设计，不能准确的制定工程预案，影响建筑整体的造价。对建筑的结构进行设计优化能够合理的规划建筑设计，减少工程资金投入，房屋结构各个方面整合起来，保证建筑质量，为人们提供经济安全的住房。
2 房屋建筑结构设计优化方法的应用
2.1 整体优化和局部优化
建筑设计都有一定的层次和复杂性，首先从层次性方面来说，其一般包含建筑的设计体系、结构体系及安装设计体系等，而每一个体系内还有很多分支体系。相关的设计人员在设计建筑时，要根据实际情况参照不同分支体现的特点进行优化，逐步攻克难关，完成整个工程；其次从复杂性方面来说，其一般包含建筑原料选取、零部件选取、结构类型选取等内容。因此，无论是什么样的房屋建筑，都可以从整体分层、细化的进行优化，实现设计优化的目标。
2.2 分阶段优化
在一个工程项目中每一环的建设都是相互关联的，每一个环节都有自己的优化设计方案，在进行工程建设时对这些环节进行分阶段的优化有利于整体工程的优化设计，有效的保证建筑的施工质量，增加企业经济收益。
2.3 桩基础优化
灌注桩和预制桩是桩基础的两种类型。灌注桩是施工的重点项目之一，其施工时过程复杂，工期较长，难以把控质量。所以，在沉降符合相关标准的基础上，可以进行预制桩施工法，结合深层桩基，加大土壤对桩身的摩擦，并选用长度的预制桩。
2.4 上部结构优化
对房屋建筑上部结构进行优化，首先需要将剪力墙进行合理布置。具体做法是让剪力墙质量保持均匀，使得对称楼层平面中心和同楼层结构重心重叠在一起，减小地震、劲风等外部作用力的影响。在房屋类型达到标准的情况下，要应用大开间的剪力墙构造，适当的增长剪力墙墙肢，减少墙肢数量，降低混凝土应用。其次因为剪力墙的暗柱通常都采用的是钢筋，这样就可以应用大开间剪力墙来减少钢筋的数量。不过，在建筑场地地质复杂或较差的情况下，不能削减钢筋数量，这时就不适合运用大开间剪力墙构造。
2.5 建筑结构协调优化
房屋建筑设计还要在确保建筑结构不受影响的情形下和整体平面保持紧密配合，真正的实现美观、安全。建筑柱及墙布置，需要和房屋建筑平面的基本功能需求相一致，统一各个房间进深以及开间大小。简化建筑系统，避免出现墙与柱错位的现象，保持每一层的高度和截面面积相同。还要注意的是在进行楼体或电梯设计的时候，一定要在一些应力集中或受力方向较多的转角区域进行加固，采用承重能力较强的建筑材料，而在一些非承重构建结构中运用材质相对较轻的建筑材料，合理布局整体的建筑结构，减轻其自重，保证重心、刚心及质心交叠，避免扭转情况的出现，保障整体建筑在合理布局的规划下进行施工建设。
2.6 排水结构协调优化
在工程建设中建筑的给排水专用房里面往往会有很多机械设备，这样会加大其负荷量，因此需要尽量把水泵安置于地下室中。值得注意的是排水房间中的管道数量较多，且大小不一、粗细不同，所以要在楼板上加固穿孔位，预留符合标准的孔洞，尽量不要设置会影响水平方向管线贯穿柱和建筑梁结构的孔洞。如果管道贯穿的是房屋的承重墙，还应该注意对墙体进行加固和维护。尽可能确保结构的布设同管网体系相协调，避免出现管道绕柱或梁的状况。
2.7 结构同电气的协调优化
如果用导线的形式将电气的管线安装于金属管外部或墙体、楼板处，那么就会加大施工难度。因此，在管线贯穿建筑梁的情况下，需要在保证墙体厚度的同时在建筑梁上打孔，并要保证墙体一侧平面和建筑梁齐平，不能让管线暴露在墙体外。
3 结束语
