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1、基本概念和基本原理第1页，本讲稿共49页结构概念：结构概念：结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。结构的各组成部分，通常称为构件。例：人体结构，分子结构，阶级结构，文章的结构，汽车结构，桌子结构，地球结构等。第2页，本讲稿共49页结构与力结构与力 从力学角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。一个较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分通常称为构件。第3页，本讲稿共49页结构的类型：结构的类型：实体结构、框架结构、壳体结构。实体结构、框架结构、壳体结构。1）实体结构：是指结构体本身是实心的结构。）实体结构：是指结构体本身是实心的结构。受力特
2、点：外力分布在整个体积中。受力特点：外力分布在整个体积中。实体结构可以连续传递载荷，适于承受压力。实体结构可以连续传递载荷，适于承受压力。第4页，本讲稿共49页2）框架结构：是指结构体由细长的构件组成的结构。）框架结构：是指结构体由细长的构件组成的结构。受力特点：受力特点：支撑空间而不充满空间，能承受垂直和水平荷载。支撑空间而不充满空间，能承受垂直和水平荷载。框架结构是由杆件或板件连接而成的，构件可以框架结构是由杆件或板件连接而成的，构件可以是空心，也可以是实心；可以是平面框架，也可以是空是空心，也可以是实心；可以是平面框架，也可以是空间框架。由于这种结构用料少，可以承受多种载荷，因间框架。由
3、于这种结构用料少，可以承受多种载荷，因此用得很广泛。此用得很广泛。第5页，本讲稿共49页3）壳体结构：通常是指层状层状的结构。壳体结构是用薄壁壳状构件来替代空间框架而形成的一种空间结构。由于它可以将作用在其上的集中横向载荷分散为沿壳体的压力。因此在场馆建设中用得很多。受力特点：外力作用在结构体的表面上，由弧面整体分担承受，抵抗变形。第6页，本讲稿共49页轴力（压力、拉力）剪力（剪切力）轴力就是轴向的力，受力物体会隨着轴向的力伸長或缩短。受剪力的物体，会隨着剪力的方向变形!弯矩（弯曲力）扭力（扭转力）弯矩也就是力矩啦!受到弯矩的東西会两端弯曲。简单来说，早上起床拧干毛巾的力就是扭力啦!轴轴力力、
4、剪剪力力、弯弯矩矩、扭扭力力四四种种力力学学行行为为第7页，本讲稿共49页桿梁柱承受轴方向的压力与拉力承受弯矩基本的结构元件基本的结构元件结构力学最基本的元件，分结构力学最基本的元件，分为为桿桿 梁梁 与与 柱柱三种三种,分別有其不同的力学行为与作用。在了解这些结构原件的基本行为分別有其不同的力学行为与作用。在了解这些结构原件的基本行为后，我们就可以后，我们就可以依照这些行为与特性去做结构分析与结构设计。依照这些行为与特性去做结构分析与结构设计。下面以表格的方式，详细的与叙述与比较其个别的行为。下面以表格的方式，详细的与叙述与比较其个别的行为。结构原件的比较结构原件的比较承受压力与弯矩 第8页
5、，本讲稿共49页结构的稳定性：结构的稳定性：v结构的稳定性是指结构在负载的作用结构的稳定性是指结构在负载的作用下，维持原有平衡状态的能力。下，维持原有平衡状态的能力。第9页，本讲稿共49页影响结构稳定性的主要因素：影响结构稳定性的主要因素：重心位置的高低重心位置的高低支撑面的大小支撑面的大小结构的形状结构的形状第10页，本讲稿共49页结构的强度结构的强度结构具有的抵抗被外力破坏的能力。结构具有的抵抗被外力破坏的能力。第11页，本讲稿共49页影响结构强度的几个主要因素影响结构强度的几个主要因素结构的形状结构的形状使用的材料使用的材料构件之间的连接方式构件之间的连接方式结构外部形状结构外部形状结构
6、的构件截面形状结构的构件截面形状铰连接铰连接刚连接刚连接第12页，本讲稿共49页 我们知道稳定性是研究物体的保持平衡状态的能力，强度是研究不被外力破坏的能力。例如我们刚才举的凳子的例子，凳子能够承受人的重力这是一个强度问题，那么凳子会不会左右晃动，摇摆，那就是一个稳定性问题了。强度与稳定性的联系与区别：强度与稳定性的联系与区别：第13页，本讲稿共49页结构设计结构设计功能功能人的个性化需要人的个性化需要寿命寿命安全安全美观美观稳定性稳定性强度强度成本成本学习结构设计应考虑的主要因素学习结构设计应考虑的主要因素 在结构设计中还有一些需要考虑的因素在结构设计中还有一些需要考虑的因素,如如材料、民俗
7、文化、地域特点等。材料、民俗文化、地域特点等。第14页，本讲稿共49页 如何赏析结构设计作品？如何赏析结构设计作品？赏析结构设计作品赏析结构设计作品,可从技术与文化两个角度进行。可从技术与文化两个角度进行。（1）技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、造）技术的角度主要有：结构功能、稳固耐用、造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性，工艺型设计的创意和表现力、材料使用的合理性，工艺制造的精湛程度等。制造的精湛程度等。（2）文化的角度主要有：文化寓意与传达，公众认可）文化的角度主要有：文化寓意与传达，公众认可的美学原则，反映的时代、民族、习俗方面的特征、结的美学原则，反映的时代、民族、习俗方面的特
8、征、结构的个性特征等。构的个性特征等。第15页，本讲稿共49页练习：课本练习：课本3333页页盖里椅盖里椅 功功能能：在在使使用用功功能能上上，盖盖里里椅椅具具有有其其他他椅椅子子相相同同的的功功效效，唯唯一一的的缺缺点点是是没没有有扶扶手手，而而且且椅椅子子面面过过于于平平直直，坐坐久久了了人人会会觉觉得得不不舒舒服。服。结结构构设设计计：盖盖里里椅椅结结构构上上简简洁洁大大方方,线线条条明明快快,有有流流动动感感。占占地地面面积积小小，却却十十分分平平稳稳。但但椅椅子子的的旋旋转转性性差差，不不能能随随意意转转动动使使得得它它灵灵活性也差。活性也差。制制造造技技术术：盖盖里里椅椅要要达达到
9、到整整体体统统一一的的完完美美线线条条和和弯弯曲曲效效果果，还还要要考考虑虑到到重重心心的的位位置置高高低低和和椅椅子子承承受受能能力力的的大大小小，对对制制造造来来说说，是一次挑战。是一次挑战。审审美美：盖盖里里椅椅的的结结构构传传达达出出一一种种盘盘旋旋上上升升、奋奋发发向向上上的的精精神神，具具有有雕雕塑塑般般的的美美感感和和强强烈烈的的时时代代气气息息，形形成成了了优优雅雅的浪漫主义设计风格。的浪漫主义设计风格。第16页，本讲稿共49页一、认识流程一、认识流程1.流程的含义流程的含义流程（流程（prosess）是一项活动或一系列是一项活动或一系列连续有规律连续有规律的的事项或行为进行的
10、程序事项或行为进行的程序。时序有可颠倒的，也有不可颠倒的。时序有可颠倒的，也有不可颠倒的。任何流程反映了一定的时序，体现出一定的环节。任何流程反映了一定的时序，体现出一定的环节。时序时序(time series)是时间上的先后顺序。是时间上的先后顺序。流程是做事的顺序。科学合理的流程是实现高效率、高质量的保障。科学的流程不是自然形成的，设计、改进的结果。第17页，本讲稿共49页 环节的划分是相对的，环节本身又可环节的划分是相对的，环节本身又可以是一个流程，即流程具有层次性。以是一个流程，即流程具有层次性。环节：环节：把完成某个具体目标、组成某项把完成某个具体目标、组成某项生产或某个活动过程的若
11、干阶段或小的生产或某个活动过程的若干阶段或小的过程称为环节过程称为环节（phase）。）。第18页，本讲稿共49页时序和环节的特点：时序和环节的特点：第19页，本讲稿共49页 任何流程反映了一定的时序，体现任何流程反映了一定的时序，体现出一定的环节。出一定的环节。流程是一项活动或一系列连续有规流程是一项活动或一系列连续有规律的事项或行为进行的程序。好流程可律的事项或行为进行的程序。好流程可有效的指导生产和生活活动。有效的指导生产和生活活动。思考：流程与时序和环节有什么相互思考：流程与时序和环节有什么相互的联系呢？的联系呢？第20页，本讲稿共49页流程的表达流程的表达 为了使流程的描述清晰可见，
12、我们为了使流程的描述清晰可见，我们一般采用流程图（一般采用流程图（flow chartflow chart）来表）来表达流程。达流程。流程图的表达方式是多种多样的，有流程图的表达方式是多种多样的，有:最简方框流程图、最简方框流程图、文字表达、文字表达、表格表达、表格表达、图示表达、图示表达、模型表达、模型表达、动画演示等。动画演示等。第21页，本讲稿共49页工农业生产中，运用科学合理的流程可以 有效地组织生产 提高生产效率 保证产品质量 保证安全生产 保护环境第22页，本讲稿共49页它是针对产品的制造过程而言。它是针对产品的制造过程而言。工艺流程的含义：工艺流程反映了从原材料投入到成品产出，通
13、过一系列工艺或加工环节，顺序地进行生产或制造某种产品的全过程。第23页，本讲稿共49页 工作流程工作流程反映了完成一件事情、一项反映了完成一件事情、一项任务而进行的一系列有序的工作或活动任务而进行的一系列有序的工作或活动的全过程。的全过程。它是针对人或生产工具的活动过程而言。它是针对人或生产工具的活动过程而言。任何一种产品的生产都需要经过从设计到制作的过程，这个过程往往既包括工作流程又含有工艺流程。第24页，本讲稿共49页流程优化流程优化 在流程的设计和实施过程中，要对流程在流程的设计和实施过程中，要对流程进行不断的改进以期取得最佳的效果。对进行不断的改进以期取得最佳的效果。对流程的改进过程，
14、称为流程的改进过程，称为流程的优化。流程的优化。第25页，本讲稿共49页一般的流程优化的内容：一般的流程优化的内容：v工期优化、工艺优化、成本优化、技术优工期优化、工艺优化、成本优化、技术优化、质量优化等。化、质量优化等。v整体的全面优化，或某个指标优化。整体的全面优化，或某个指标优化。v因此，在进行流程优化时，要综合平衡，因此，在进行流程优化时，要综合平衡，以取得整体优化的成效以取得整体优化的成效。(某一个指标得到某一个指标得到了优化，而使另外的指标下降了。了优化，而使另外的指标下降了。)第26页，本讲稿共49页流程优化的目的：流程优化的目的：提高工作效率、提高产品质量、降低提高工作效率、提
15、高产品质量、降低劳动强度、降低成本、节约能耗、保护环劳动强度、降低成本、节约能耗、保护环境、保证安全生产。境、保证安全生产。流程的优化，应在综合考虑各项指标的流程的优化，应在综合考虑各项指标的基础上突出重点指标的优化，综合权衡达到基础上突出重点指标的优化，综合权衡达到整体优化的目的。整体优化的目的。第27页，本讲稿共49页流程流程优优化的条件：化的条件：（1）设备和工艺水平的提高。比如，只有在具备锻压设备时，才可能将法兰盘的加工改为少量切削加工；（2）对流程内在机理的深入了解。比如对洗涤原理的了解，就会在流程中安排两次漂洗；（3）人员技术水平的提高。第28页，本讲稿共49页流程优化的步骤：1、
16、分析流程的现状、分析流程的现状2、确定改进的目标和要求、确定改进的目标和要求3、确定改进方案、确定改进方案第29页，本讲稿共49页流程设计中的基本因素流程设计中的基本因素v 生产活动的流程设计的基本因素主要有生产活动的流程设计的基本因素主要有材料、工艺、设备、人员、资金和环境。材料、工艺、设备、人员、资金和环境。基本因素材料设备工艺资金环境人员第30页，本讲稿共49页 流程设计还应考虑气候、流程设计还应考虑气候、季节、自然灾害、生态平衡等季节、自然灾害、生态平衡等因素。因素。流程的设计要依据事物的内在属性和客观流程的设计要依据事物的内在属性和客观的变化规律，科学地设计时序与环节，以达到的变化规
17、律，科学地设计时序与环节，以达到设计目标。设计目标。第31页，本讲稿共49页画流程图关键要注意什么？画流程图关键要注意什么？画流程图关键是要把环节以画流程图关键是要把环节以及各个环节的时序找出来。及各个环节的时序找出来。第32页，本讲稿共49页流程流程设计设计的步的步骤骤第一步：第一步：首先要明确设计的目的和任务，首先要明确设计的目的和任务，明确流程所应遵循的内在变化规律。明确流程所应遵循的内在变化规律。第二步：第二步：要分析现有材料、设备、要分析现有材料、设备、资金、人员、工艺和环境等因素。资金、人员、工艺和环境等因素。第三步：第三步：列出流程涉及的主要事项，列出流程涉及的主要事项，并进行初
18、步的排列。并进行初步的排列。第四步：第四步：分析各事项（步骤）之间先后分析各事项（步骤）之间先后顺序，合理地安排流程的时序和环节。顺序，合理地安排流程的时序和环节。第五步：第五步：选择一个合适的表达方式画出选择一个合适的表达方式画出流程图，对于有严格时间的时序，要标流程图，对于有严格时间的时序，要标注时间注时间.第33页，本讲稿共49页1.1.流程设计的基本要素是环节和时序。流程设计的基本要素是环节和时序。流程设计的基本要素是环节和时序。流程设计的基本要素是环节和时序。2.2.流程并不是一下完成就可以了，应该经过精心的设计和反复的修改，才能达流程并不是一下完成就可以了，应该经过精心的设计和反复
19、的修改，才能达流程并不是一下完成就可以了，应该经过精心的设计和反复的修改，才能达流程并不是一下完成就可以了，应该经过精心的设计和反复的修改，才能达到比较理想的效果到比较理想的效果到比较理想的效果到比较理想的效果 。注意：注意：流程流程流程流程图图图图中最常用的形式是框中最常用的形式是框中最常用的形式是框中最常用的形式是框图图图图，因，因，因，因为这为这为这为这种形式既种形式既种形式既种形式既简单简单简单简单又明确。又明确。又明确。又明确。绘绘绘绘制框制框制框制框图图图图的常用符号：的常用符号：的常用符号：的常用符号：第34页，本讲稿共49页 系统（system）是由相互联系、相互作用、相互依赖
20、和相互制约的若干要素（element）或部分组成的具有特定功能的有机整体。系统根据一定的标准可划分为若干个子系统（subsystem）子系统（subsystem）：是相对于大系统而言的，它是大系统中相对独立且具有一定功能的组成部分。要 素：指构成系统的最主要的元素。第35页，本讲稿共49页第一、至少要有两个或两个以上的要素（部第一、至少要有两个或两个以上的要素（部分）才能组成系统；分）才能组成系统；第二、要素（部分）之间相互联系、相互作第二、要素（部分）之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体；用，按照一定方式形成一个整体；第三、这个整体具有的功能是各个要素（部第三、这个整体具有的功能
21、是各个要素（部分）的功能中所没有的。分）的功能中所没有的。构成系统，必须具备三个条件：构成系统，必须具备三个条件：第36页，本讲稿共49页系统的类型小型系统、中型系统、大型系统和巨型系统.1)按系统的规模分：按系统的规模分：2)按组成要素的性质（按人类干预的情况）分：按组成要素的性质（按人类干预的情况）分：自然系统、人造系统和复合系统。自然系统、人造系统和复合系统。3)按系统与环境的关系分：开放系统、封闭系统按系统与环境的关系分：开放系统、封闭系统和孤立系统。和孤立系统。第37页，本讲稿共49页4）按学科领域就可分成：）按学科领域就可分成：自然系统、社会系统和思维系统自然系统、社会系统和思维系
22、统；5)按范围划分则有宏观系统、微观系统；按范围划分则有宏观系统、微观系统；6）按状态划分：）按状态划分：有静态系统和动态系统；稳态系统和非稳态系统；有静态系统和动态系统；稳态系统和非稳态系统；平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等等。等。第38页，本讲稿共49页系统的基本特性有：系统的基本特性有：系统的特性整体性整体性相关性相关性目标性目标性动态性动态性环境适应性环境适应性第39页，本讲稿共49页系统分析的一般步骤可以描述为：系统分析的一般步骤可以描述为：明确问题设立目标收集资料制定方案分析计算评价比较检验核实作出决策第40页，本讲稿共4
23、9页 运用系统分析的方法处理具体问题时要遵循系统分析的主要原则。系统分析的主要原则整体性原则科学性原则综合性原则第41页，本讲稿共49页 系统的优化是指在给定的条件系统的优化是指在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。不同的目标，对（或最小化）。不同的目标，对应着不同的优化结果。应着不同的优化结果。系统优化的概念系统优化的概念第42页，本讲稿共49页目标与目标函数：目标与目标函数：约束条件：约束条件：影响因素：影响因素：目标与收益总和之间的关
24、系目标与收益总和之间的关系对目标函数起限制作用，不能人为调节对目标函数起限制作用，不能人为调节产生影响，可人为调节。产生影响，可人为调节。进行系统优化应考虑的三个要素第43页，本讲稿共49页 实现系统的最优化，就可以在实现系统的最优化，就可以在一定资源条件下，取得最佳的经济一定资源条件下，取得最佳的经济效果，而投入的人力、物力、财力效果，而投入的人力、物力、财力达到最小。达到最小。系统优化的意义系统优化的意义第44页，本讲稿共49页系统设计：在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。系统的设计的涵义系统的设计的涵义：第45页，本讲稿共49页系统设计应考虑的主要问题：系统设计应考虑的主
25、要问题：（1）系统设计的目的与要求。）系统设计的目的与要求。（2）系统各部分之间的相互联系与相互作用。）系统各部分之间的相互联系与相互作用。（3）系统设计方案的优化。）系统设计方案的优化。理解：从系统的整体出发，以系统整体功能的最优为目的。理解：运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。依据系统的基本特性，既要考虑当前，也要考虑长远。理解：从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善个部分的设计。第46页，本讲稿共49页系统设计的一般步骤：系统设计的一般步骤：（1）将系统分解为若干子系统；（2）确定各子系统的目标、功能及其相互关系；（3）对子系统进行技术设
26、计和评价；（4）对系统进行总体设计和评价。可以概括为“总分总”。就是当我们要设计一个系统对象时，可以先将对象分解为一个子系统，分析和确定各个子系统的目标、功能以及它们之间的相互关系和结构组成，然后单独对每个子系统进行技术设计、评价及优化，然后对由完成的子系统作为构件的系统整体进行总体技术设计和评价。第47页，本讲稿共49页1.遵守设计的一般过程、方法和原则遵守设计的一般过程、方法和原则系统设计的系统设计的基本方法要点基本方法要点：1、发发现现与与明明确确问问题题2、制制定定设设计计方方案案（包包括括外外部部环环境境及及约约束束条条件件）3、制制作作模模型型或或原原型型4、测测试试、评评估估及及优优化化5、产产品品的的使使用用和和维维护护第48页，本讲稿共49页v2.遵守系统设计中遵守系统设计中特有的两条原则特有的两条原则：v（1）设计好系统中的每一个元素或子系统。）设计好系统中的每一个元素或子系统。v（2）设计好各元素或子系统之间的协调关系。）设计好各元素或子系统之间的协调关系。设计的一般过程、方法和原则：设计的一般过程、方法和原则：第49页，本讲稿共49页