发布时间：2023-05-31 15:00:13
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的优化设计与优化方法样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：工程结构；优化设计；分析与方法
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
4. 姜冬菊.结构拓扑和布局优化及工程应用研究[D].南京：河海大学，2008
【关键词】建筑结构设计；优化方法；现实应用
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.
[2] 方鄂华.《高层建筑钢筋混凝土结构概念设计》.北京.机械工业出版社。2004.
关键词： 目标分解； 复杂系统； 多学科设计优化； 层次化建模
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：
[1]赵刚， 江平宇. 面向大规模定制生产的e制造单元目标层解分析优化规划模型[J]. 机械工程学报， 2007， 43（2）： 178185.
[2]吴蓓蓓， 黄海， 吴文瑞. ATC与CO方法对比及其在卫星设计问题中的应用[J]. 计算机工程与设计， 2012， 33（6）： 24552460.
[3]姜哲， 崔维成. 多学科设计优化算法比较及其在船舶和海洋平台设计上的应用[J]. 船舶力学， 2009， 13（1）： 150159.
[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.
内容摘要 :基于企业对产品投资成本的变动,本文提出了一种产品优化设计的方法。该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,以提升产品的升级换代。本文运用此分析方法,对一个饲料配方的实例进行了分析和设计。
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
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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)
5.张建平.模糊线性规划及其在饲料配方上的应用[J].系统工程,1989,7(4)
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.
关键词： Taguchi方法；工艺参数优化；浇注温度；模具温度
Key words： Taguchi method；technological parameters optimization；pouring temperature；mold temperature
中图分类号：TM303 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）24-0034-02
0 引言
电机铸铝转子的加工质量是影响电机整体质量的关键要素之一，转子铸铝方法主要有离心铸铝和压力铸铝两种，其中压力铸铝用压力将融化好的金属铝液注入型腔，待冷却凝固成铸件。该方法质量问题最突出的表现是转子内部存在的气孔，其次是转子内部的笼条细条、断条、夹渣以及端环部分的缩孔、冷裂、热裂、缺肉等问题。这些问题最终导致整机的电气性能下降、转速不够、效率降低。
针对上述质量问题，诸多文献提出相应的改进措施，在解决上述质量问题的工艺过程控制中对浇注铝液温度和主要模具温度的控制是工艺设计的关键参数之一，模具预热温度不够，使铝液的流动性降低，加上铝液在压铸机注入口停留一段时间，又会降低一些液温，铝液在压入型腔时，由于浇道口的尺寸太小，致使铝液的流动性更加变差，铝液虽被压入型腔后，但过低的铝温使之固化速度加快，可是浇道口尺寸太小，本身就限制了铝液的流动，另外浇道口的铝液也会迅速固化从而堵塞了料饼“后续部队”的支援、致使型腔和端环部位得不到铝液的补充，从而形成了气孔。为确保铸铝转子质量，必须精确确定并控制铝液的压铸温度，传统上铝液浇注温度一般控制在650-720°C，本文采用Taguchi方法来确定最佳的浇注温度和模具温度组合，为提高铸铝转子质量提供参考。
1 物理模型和方法设计
1.1 铸铝转子压铸工艺分析 铸铝转子压铸工艺分析过程如图1所示，其工作原理是用压力将融化好的金属铝液注入型腔，待冷却凝固成铸件。压力铸铝时，铝水压射到转子槽和型腔中的速度极高，其充填速度可达10-25m/s。
1.2 方法设计 Taguchi方法使用标准的正交矩阵以保证通过最少数目的试验，得到能够影响试验目标的所有试验因子的信息，该方法的目的是优化设计参数的组合，提高生产质量的稳定性。
在Taguchi方法中，把影响质量的工艺分为控制因子、噪声因子、信号因子。根据试验设计的优化目标可以把信噪比的计算分为目标值越大越优、目标值越接近某个值越优和目标值越小越优3种类型，对凝固时间来说都是越小越好，属于目标值越小越优问题，因此采用如下信噪比计算公式。
目标值越小越优计算公式：
η=-10log（■■yi2）（1）
试验结果均值分析根据正交试验结果，确定各个试验因子对质量的影响，预测出对应于最佳质量响应的最优因子水平组合。
MAi=■■ηAi（2）
式中MAi——因子A在水平i的平均信噪比；
nA——因子A在正交表中出现的次数；
ηAi——因子A在水平i的信噪比。
通过变量分析（ANOVA）可以定量估计各个因子对整体测量响应的相对贡献；计算方差和来确定各个因子对产品性能指标的影响程度。
SStotal=■■（ηij2-nrηm2）（3）
SSfactor=■■（ηk-ηm）2（4）
Vtactor=■（5）
SStotal——总方差和；SSfactor——各因子方差和；
Vtactor——因子的变量；n——实验次数；
r——样本数；DOF——自由度。
2 实验设计
2.1 因子水平表 铸件凝固时间直接与合金浇注温度和模具温度有关，本文主要研究直接与铸件接触的上模、下模、侧模温度和浇注温度对最后铸造成型的影响，以上4个变量均为可控因素，表1是因子水平表。
2.2 正交实验表 该实验是4因子二水平，把相应的因素水平按因素水平表中所确定的关系对号入座，得到正交实验表，如表2所示。
3 实验结果与分析
3.1 显著因子确定
3.2 因素主次分析
若因素的F比>=F0.01，则称此因素高度显著；若因素的F比>=F0.05，则称此因素显著；查表得F0.01（1，3）=34.1，F0.05（1，3）=10.1，由表3、表4分析可得，影响结果凝固时间分析：FA>34.1，FB>34.1，FC>34.1。
所以A、B、C三因素对凝固时间的影响均为高度显著性因素，由表5、表6可得其影响因素的排序情况，需考虑交互作用。
A、B间的交互作用，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。
根据不同水平信噪比的均值可以得到各因子对性能指标影响的敏感程度，S/N的值越大表示信号对噪声的敏感程度越小，A2B2C1D1对于凝固时间来说是最优的工艺组合。
4 结论
本文采用Taguchi方法对电机转子铸铝工艺中的铝液浇注温度和主要模具温度进行组合优化设计，根据预测凝固时间的结果，获取最佳的浇注温度和模具温度组合，为提高铸铝转子质量提供参考。
参考文献：
[1]毛亚莉，席德鉴.对绝缘处理工艺中一些看法和问题[J].电机技术，1980（02）.
【关键词】初中英语；教学目标；优化
《全日制义务教育英语课程标准（实验稿）》中强调，教学目标的优化设计，应该在突出课程知识要点的基础上，能够为学生的英语课程学习提供丰富的资源引导和生成促进作用。优化设计教学目标对提高课程教学有效性产生如下的积极意义：（1）体现课程教学的整体要求，便于学生学习运用。（2）激活学生学习思维，增强学生语言学习主动性和创造性。（3）培养学生良好的自主学习和主动探究能力，满足他们的学习发展需要。
一、突出知识要点目标设计，积累语言表达内涵
英语课程教学目标的设计应该首先体现在知识要点的呈现上，即要求教师能够通过对语言知识结构的整体把握来确定相应的目标结构。在知识目标要点设计中，应该围绕教学目标要求来进行优化组合，以此来确定教学过程。
在教学设计中，应该围绕课程知识目标要求，优化结构体系整体运用。注重目标的教学重点难点优化总结，让学生能够在通过基础性学习体验的基础上能够有所理解。在设计过程中，可要求学生能够根据知识结构来进行多元化的学习。在呈现知识目标过程中，应该围绕重点和难点，注重基础知识的整体呈现和有机联系，引导学生能够在学习过程中学会总结和概括，最大限度地调动学生语言学习的主动性和创造性。
在知识要点目标优化设计中，应该体现全面性和层次性，让学生能够有一定的坚实学习基础来予以综合学习运用。例如，在《牛津初中英语》（Fun with English）中7B Unit1 Dream homes的“Reading A Homes around the world”的教学中，可就文章表达主题大意和重点词汇短语的理解等方面来设计相应的知识目标。在教学过程中，除了鼓励学生能够运用多种语言学习方法来概括文章的表达主题外，围绕“What do you know about the houses in the world?”中的表达内容来设计相应的教学目标。通过这样的运用，能够就love to do something、get into…share something with someone等词汇的表达内涵进行理解记忆，以此来加深学习运用。
二、强化技能运用目标设计，提高综合运用能力
学生在掌握了一定的语言学习目标之后，更应该学会去理解运用。这就要求教师在教学过程中，应该围绕学生的语言学习认知情况，运用多元化的方法来设计合理的技能学习目标，以此来提高学生的综合语言运用能力。
通过对这些技能目标的优化设计，能够更好地激活学生的学习激情，切实增强他们的语言理解感悟和学习体验。在教学目标设计中，注重技能目标的适用性，要求学生能够在通晓词汇短语使用范围和规则的基础上，能够掌握使用的方法。同时，应该为学生的语言学习使用提供必要的平台空间，尤其要注意突出技能目标的多元化使用实践意义，鼓励学生能够从目标的引导中不断地进行反复运用，以此来提高自身语言运用能力水平。
通过这样的形式来进行优化设计，更利于提高学生的整体综合运用能力。例如，在讲解《牛津初中英语》7B Unit 3 Finding your way“Welcome to the unit”时，可要求学生能够通过对Eddie和Hobo之间的对话来帮助学生了解介词的使用特点。在此基础上，可就一般将来时态的使用方法予以讲解。同时，教师可通过深入引导学生能够就“will”、“shall”、“be going to do something”等彼此之间的联系和区别进行正确运用，以此来增强学生语言技能的使用能力。
三、升华情感态度目标设计，提高学科综合素养
学生的语言学习情感目标是在知识目标和技能目标升华发展的基础上而形成的。这种目标能够在提高学生语言学习和使用激情基础上，帮助学生形成高尚的审美价值观。情感教学目标的设计能够帮助学生养成良好的学习思维习惯，积累丰富的语言文化知识。这也是学科人文化教学的特点。
依据课程教学要求，在教学中设计丰富情感目标，应该最体现“主体性”和“生成性”，尊重学生的学习所得和学习思考，鼓励学生能够从教学目标的设计中探寻其中的精神灵魂。这些情感目标的设计，应该依据文本学习内容，注重培养学生的自悟学习能力。以这样的形式来注意情感目标的设计，能够让学生的学科综合素养得到体现，能够更好地促进他们技能的发展。教师可通过这样的形式来更好地培养学生的语言学习激情，以此来帮助学生提高跨文化语言学习运用能力，满足他们的学习世界观和情感价值观发展需要。
综上所述，设计好教学目标，对于优化教学结构和提高整体教学效果具有不可替代的重要作用。教师在优化设计教学目标过程中，应该在依据学生学习基础和潜能的前提下，合理设计安排，以此来提高学生的语言学习和使用能力。
【参考文献】
[1]教育部.全日制义务教育英语课程标准（实验稿）[M].北京师范大学出版社，2001年7月第1版。
[2]王颖梅.优化设计教学，实现高效课堂[J].新课程（教研版），2010年12期。
1 DIV+CSS的不足
1.1 浏览器兼容问题
DIV+CSS技术的不成熟，导致设计者在网页设计中常常出现自己电脑显示的网页效果与其他机器上的网页效果有差异的情况，造成这种差异的原因往往是由于不同的电脑浏览器的兼容效果不一样，如IE6、Firefox、Mozilla等浏览器对、CSS（级联样式表）的解析程度不一致，很容易造成网页页面效果的差异。
1.2 操作难度大
DIV+CSS的技术复杂度相比table而言要更难操作，特别是对于网页设计代码的初学者来说，设计思维已经固定后很难接受CSS先定义后使用的操作样式，在这种情况下如果让其使用DIV+CSS操作技术反而只能取得相反效果。
2 基于DIV+CSS技术的网页设计优化方法
2.1 慎用DIV块
在进行布局时，无需在对象中重复使用同一个DIV模块。列表本身为完整对象的话就可以直接使用样式，如图1中的两段代码。显然其最终显示效果是完全一致的，但右边代码看起来要比左边更为简洁明了。
除了直接使用样式之外，还要尽可能减少DIV的嵌入与套用，多层嵌套的DIV布局会破坏DIV+CSS优越性，还容易造成浏览器不兼容问题。因此，设计者在进行DIV+CSS技术的网页设计时，要充分使用简单TABLE设计来让网页代码变得更为整洁。
2.2 尽量使用外部CSS样式
CSS样式表主要特点体现在页面的美化与风格的统一上，但设计者在对网页代码进行美化时要注意代码的结构性，不能采用一个DIV用一个样式或者采用独立的样式表来增加代码复杂度，应尽量使用外部CSS样式，将效果一样的样式定义为多次使用，并且在页面存在差异的地方进行适当的独立样式代码编写。
2.3 使用子选择器
在简化CSS选择器时，利用子选择器的样式定义能够有效简化代码，如：
以上这段代码的CSS定义为：
利用子选择器来设计和简化代码，则可以用下面的代码替代：
CSS样式定义为：
将“#nav{}”设为主选择器使用，后面的子选择器则会自动寻找相对应的样式，无需重复定义新样式。
2.4 id与class灵活搭配
很多设计者在提高CSS选择器的利用率通常会采用class来取代id。尽管class用途要比id灵活和广泛，但id由于具备强制唯一性特征，更能够让使用者快速简便的通过id检索到所需模块，其网页结构构建显然要高于class。因此在进行CSS选择器使用时，要做到id与class灵活搭配，将id运用在网页的布局和设计元素中方便使用者检索和翻阅，同时将class运用在文字排版中降低样式复杂度。
3 结语
随着网络信息技术的发展，现如今的网页设计所采用的“内容”与“样式”分离设计方法式网页代码的设计变得更为简洁，使用DIV在HTML中编写内容和结构，再采用CSS建立代码样式的设计方法既能够有效节省网页空间，对其进行重复利用，还能够减少代码的设计难度，给设计者带来更为便捷的操作体验。在技术的不断优化下，基于DIV+CSS技术之下的网页设计一定能够实现更好的发展。
[参考文献]
【关键词】 化工安全 化工设计 化工事故 预防
据国家安监总局对化工行业目前安全形势的分析，经过政府、协会、企业在“十一五”期间的共同努力，化工行业的安全整治和管理工作已经取得了明显成效。危化品安全事故有所减少，但化工行业安全生产基础薄弱的现状没有实现根本性改变，有部分的企业工艺技术落后，设备、自动化控制、安全设施设计达不到安全生产要求，安全管理水平低以及从业人员素质较低。
安全设计是化工项目建设的源头和关键环节，在化工安全生产中占有十分重要的地位。近几年发生的一些危化品事故，暴露出行业设计规范和标准滞后或缺失，总体规划布局欠完善，设计变更管理随意性大，设计单位水平参差不齐，安全设计存在缺陷，安全设计管理存在盲区等问题。
通过这些年化工设计的实践和体会，本文通过对湖北省内外发生的事故案例分析，针对湖北省部分化工生产企业安全隐患的现实状况，提出安全设计方面的建议，供化工设计单位和化工生产企业参考。
一、危险化学品建设项目正规设计是企业安全生产的基本保障
1、事故案例
2012年2月28日上午9时4分左右，位于河北省石家庄市赵县工业园区生物产业园内的河北克尔化工有限责任公司（以下简称河北克尔公司）生产硝酸胍的一车间发生重大爆炸事故，造成25人死亡、4人失踪、46人受伤。这起事故是近一个时期以来危险化学品领域发生的伤亡最严重的事故。
事故原因初步分析：硝酸铵、硝酸胍均属强氧化剂。硝酸铵是国家安全监管总局公布的首批重点监管的危险化学品，遇火时能助长火势；与可燃物粉末混合，能发生激烈反应而爆炸；受强烈震动或急剧加热时，可发生爆炸。硝酸胍受热、接触明火或受到摩擦、震动、撞击时，可发生爆炸；加热至150℃时，分解并爆炸。
事故直接原因是：河北克尔公司一车间的1号反应釜底部放料阀（用导热油伴热）处导热油泄漏着火，造成釜内反应产物硝酸胍和未反应完的硝酸铵局部受热，急剧分解发生爆炸，继而引发存放在周边的硝酸胍和硝酸铵爆炸。
该事故暴露出河北克尔公司存在以下突出问题：一是装置本质安全水平低、工厂布局不合理。装置自动化程度低，反应温度缺乏有效、快捷的控制手段；加料、出料、冷却等作业均需人工操作，现场操作人员多。一车间与二车间厂房均采用框架砖混结构，同向相距约25米布置，且中间建有硫酸储罐。一车间爆炸后波及到二车间，造成厂房损毁和重大人员伤亡。二是企业安全管理不严格，变更管理处于失控状态。河北克尔公司在没有进行安全风险评估的情况下，擅自改变生产原料、改造导热油系统，将导热油最高控制温度从210℃提高到255℃。三是车间管理人员、操作人员专业素质低。四是事故企业边生产，边施工建设，厂区作业单位多、人员多，加剧了事故的伤亡程度。五是安全隐患排查治理不认真。
2、建议
对照上述案例暴露的问题，目前湖北省内的部分危险化学品企业，也存在工厂布局不合理、建构筑物间防火间距不符合规范要求、装置自动化程度低等事故隐患。究其原因，一是部分企业未按要求委托有资质的单位进行正规设计，二是设计单位在建设项目设计时未认真坚持执行相关标准规范的要求。
根据《关于开展提升危险化学品领域本质安全水平专项行动的通知》（安监总管三〔2012〕87号）的要求，对未经过正规设计的在役化工装置要进行安全设计诊断，全面消除安全设计隐患。对设计单位进行安全设计诊断提出如下建议。
（1）设计单位应严格按照《工业企业总平面布置设计规范》（GB50187-2012）、《化工企业总图运输设计规范》（GB50489-2009）、《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）等规范的要求，对工厂布局不合理、建构筑物间防火间距不足的提出解决方案。
（2）针对部分精细化工产品建设项目，如染料中间体、医药中间体、农药中间体等，尽管有些反应过程和单元操作过程未列入重点监管的危险化工工艺目录，建议设计单位根据具体工艺及单元操作过程，采用DCS、PLC等控制方式，进行监控、报警、紧急停车和泄放等安全联锁系统设计，提高本质安全度。
（3）根据国家对重点监管危险化学品的生产储存装置和危险化学品重大危险源的自动化控制系统的要求，建议设计单位完善上述自动化控制系统改造设计。
二、切实根据物料的性质进行生产装置的安全设计
1、事故案例
2011年1月14日20时20分左右，湖北某市一化工企业在对2，3-二氯-4—硝基乙苯减压精馏过程中发生爆燃事故，致2人死亡，1人重伤。
2，3-二氯-4—硝基乙苯是生产医药、农药的有机化工中间体。该物质遇明火、高热可燃。与强氧化剂可发生反应。受高热分解，产生有毒的氮氧化物和氯化物气体。有腐蚀性。该企业在试生产过程中，采用电热桳加热蒸馏釜夹套导热油的方式进行加热，选用的导热油正常工作温度为350℃，无温控系统。在减压精馏过程中由于2，3-二氯-4—硝基乙苯受热分解，蒸馏釜发生爆炸，致使设备毁坏，房屋垮塌。
事故后，经湖北省权威分析检测单位测定，在氮气保护下，2，3-二氯-4—硝基乙苯在215℃左右就发生分解。该起事故发生的重要原因是在不清楚2，3-二氯-4—硝基乙苯的热分解温度的情况下，选用不合适的设备和加热方式进行试生产。
2、建议
通过这起事故，也警醒设计单位，对热敏性物料（特别是芳环上带硝基的化合物）加工方面的设计，一定要在了解其热分解数据的情况下，进行设备选型、单元操作和过程控制设计。
三、设计中配置事故应急处理系统
1、事故案例
2008年6月12日19时40分左右，昆明市安宁齐天化肥厂发生硫化氢气体泄漏安全生产事故，导致6人死亡，28人在医院接受救治。
“6·12”硫化氢气体泄漏事故的初步原因，即昆明市安宁齐天化肥厂在操作时，从硫化钠配制槽放硫化钠溶液到磷酸槽的过程中（主要是为了脱除磷酸中的砷），阀门失控导致进入磷酸槽的硫化钠流量过大、流速过快，产生大量的硫化氢气体不能被及时反应消耗，磷酸槽中产生的硫化氢从槽的上部逸出（槽未封闭），造成作业人员和围观人员中毒伤亡。
直接原因是该工艺设计存在不足，硫化钠溶液流量无显示控制仪器及安全设施，并未配备硫化氢尾气吸收系统，不能除去过量的硫化氢气体，导致该气体进入作业场所。
2、建议
在精细化工生产过程中，有很多过程如出现操作失误、设备及部件失效，有可能出现硫化氢、氯化氢、膦化氢、氟化氢、氰化氢等有毒气体泄漏，造成人员中毒或死亡的事故发生。在这些生产过程中设置事故应急处理系统，如气体吸收处理系统，是防止事故发生或扩大的有效安全措施。
四、重视防止粉尘爆炸措施
1、事故案例
2008年1月13日2时45分，昆明市东站工商服务公司储存硫磺的仓库内，该公司53名工人开始从事火车硫磺卸车作业，作业过程是从火车卸下并拆开硫磺包装袋，将硫磺分别倒入平行于铁路、与地面平齐的34个料斗中，硫磺通过料斗落在地坑中输送机皮带上，用输送机传送皮带将硫磺送入硫磺库。3时40分，作业过程中地坑硫磺粉尘突然发生爆炸，爆炸冲击波将料斗、硫磺库的轻型屋顶、皮带输送机、斗式提升机等设施毁坏，造成7人死亡、7人重伤、25人轻伤。
事故发生的重要原因，一是天气干燥，空气湿度低，硫磺粉尘容易爆炸。二是作业时正值深夜，风速低，空气流动性差，造成局部空间内（皮带运输机地坑）硫磺粉尘浓度增大，达到爆炸极限，由现场产生的点火能量引发爆炸。
2、建议
可燃性粉尘（如硫磺、淀粉等）颗粒的表面能量高，在局部区域浓度达到一定范围时，在点火能量作用下（如静电、电火花等）容易发生爆炸。在设计如硫磺等可燃性粉尘储存、输送时，应采取强制通风和防爆防尘技术措施，防止粉尘爆炸。湖北省采用硫磺制酸的企业不少，也因从该事故中吸取教训，切实加强安全设施的配置和现场安全管理。
五、对静电危害应引起足够重视
1、事故案例
2002年7月，江苏姜堰某厂二车间的离心机（封闭式），在刚开始分离从搪瓷反釜卸出的W-100-1纺织用抗氧化剂和甲苯溶剂时，突然发生爆炸，致使1名职工死亡，1名职工重伤。
调查发现，此物料经过23小时不停地机械搅拌，又经过塑料导管直接送入离心机，离心机转鼓内垫有非导电体的化纤过滤布袋。经长时间搅拌，含有甲苯溶剂（甲苯的爆炸极限为1.2%～7%（V））的物料产生静电积聚，快速流经塑料管道时，静电荷得到加强。当物料进入离心机时，带有很高的电位，而转鼓上部暴露的螺丝是低电位点，当物料冲击到离心机的转鼓时，高压电位与螺丝顶端的零电位形成高低电位差而引发放电，产生了火花，引爆了离心机内混合性爆炸气体。
2、建议
目前，精细化工生产厂家由于规模小，几乎都是间歇式生产，一釜多用的现象普遍存在。进料、物料离心分离过程多采用塑料管。这些生产厂家很多都是经过设计单位设计，但设计人员对静电的危害性认识不足，没有对塑料管输送易燃易爆物料的流速进行计算，也没有做出相关说明。因此对静电危害及采取相关的技术措施，应引起设计人员和企业安全管理人员的足够重视。
六、结语
开展安全设计的出发点和落脚点，都是推动企业在建设项目设计阶段按照标准规范的要求，严格安全设计，提高企业的本质安全程度。设计单位应提高安全设计质量，从设计源头防止和减少化工企业生产安全事故，安全生产才有坚实的保障。
【参考文献】
[1] 崔克清等：化工安全设计[M].化学工业出版社，2004.
[2] 国家安全监管总局关于河北克尔化工有限责任公司“2·28”重大爆炸事故情况的通报（安监总管三〔2012〕31号）[Z].2012.
[3] 关于开展提升危险化学品领域本质安全水平专项行动的通知（安监总管三〔2012〕87号）[Z].2012.
[4] 工业企业总平面布置设计规范（GB50187-2012）[Z].2012.
[5] 化工企业总图运输设计规范（GB50489-2009）[Z].2009.
