時間：2023-03-17 18:09:38
引言：易發表網憑借豐富的文秘實踐，為您精心挑選了九篇概念設計論文范例。如需獲取更多原創內容，可隨時聯系我們的客服老師。
（1）虛構模型的產生階段
由于并行工程等設計方法和手段的進步，產品概念設計與設計研發中的其他步驟相互串聯、反復、交錯，但就產品設計前期的概念開發工作而言，產品概念設計依然是一個相對獨立的過程。產品概念設計的相對獨立性決定了其具有一個較完整的設計過程。從各種方式的調查研究或尋找新科技，得到初步的想法，把想法整理成清晰的要解決的問題。對這些問題提出創造性的解決方案，得到眾多的解決方案，即概念設計方案，這時提出的可行的概念越多越好。
（2）虛構模型的選擇階段
制定評判標準，從產生的眾多概念中，選擇出最好、最可行的方案。概念選擇是產品概念設計中非常重要的一個環節。在這一過程中，新產品開發小組中各專業人員要共同工作，并努力達成一致意見。前面步驟產生的眾多概念，每個概念從表面上看似乎都能滿足要求，但我們必須從中選擇出最有發展潛力的概念，進行接下去的設計工作。概念的選擇將決定以后工作的方向，正確的方向可以節省時間和開支，而錯誤的決定則導致時間、人力、財力等資源的浪費。概念的選擇是概念的產生和概念的驗證密切相關的重復的過程。概念選擇進行時可能會激發新的概念產生，對這些新產生的概念，也應該像前面產生的概念一樣進行概念選擇。
（3）虛構模型的實現階段
把選擇出來的概念細化，做出概念產品或模型。概念的實現是概念設計的第三個步驟。對于企業，產品概念設計一般以概念產品的出現而結束。對于個人或學生由于技術及財力方面的原因要做到這一步就比較困難，往往只能做到概念模型或動畫演示，以及對概念設計的詳細說明。
（4）虛構模型的評價階段
概念書籍設計將書籍藝術形態設計轉換成有效表現思想創造性設計，旨在充分展現設計者的創造力，啟發創新思維意識。概念書籍設計是根據書籍內容對視覺想象的內涵進行提升，探尋可以參與其中的文化元素，對原有信息內容進行再創造的意識。使受眾在與書籍交流的過程中，對語言、時間等多方面因素形成更深刻的、多元化的、全新的認識。
在概念書中，文字既是文章的一部分，又是插圖的一部分，被賦予了雙重身份。文字作為有意味的圖形，表達文字以外的內涵。獨立創作的原創插畫為主要表現內容，書籍的文字、用紙、折手和裝訂等都圍繞插圖來進行設計。這里賦予了傳統意義上的插圖新的意義。插圖可作為書籍的主體出現，兼有表達書籍內容的功能。既是書籍具體內容的體現，又是抽象意念的表達。在概念書中可以圍繞插圖進行模切、拉頁以及頁與頁之間連接關系的特殊設計。概念書的設計是圖形擺放方式和圖形處理方式的研究。一直以來，由于的技術和成本問題，沒有得到充分的重視，目前書籍的裝訂方法還是以經濟、簡便的膠訂和騎馬訂為主。但也有很多設計師在書籍的裝訂上下了很大的功夫，線裝、鉚訂、膠訂輔以織物等，方法多種多樣、靈活巧妙。概念書中可以利用現有的裝訂形式進行形態上的創新，也可以設計、實驗新的裝訂方法。
在概念書的設計中，紙張的質感、紋理、透明度、柔韌度、反光度等都可以成為概念書設計的亮點。概念書的紙張不再局限于目前印刷常用的銅版紙等紙張，還包括用于包裝的紙張、用于工業產品過濾的紙張、砂紙等。可以用一些現有的紙張或其他材料進行再加工，制成新品種的紙張。概念書印刷的方法可以顛覆傳統意義上的印刷方法，可以通過絲網、銅板、木板印刷等辦法來創作，也可以通過噴畫、烙印、粘貼等手段進行創作。隨著技術的更新，未來也有可能成為新的印刷方法，推動裝幀藝術的發展。
隨著電腦和網絡的普及，電子媒體成為一股不可忽視的力量，電子圖書成為書籍設計中的重要部分。總之，概念書籍的設計充分體現了書籍思維方式上的未來性。現在國外的概念書籍，在形態上已經擺脫了書籍的傳統模式。以獨特書籍設計語言來傳達書籍的思想內涵，并體現強烈的個性。從表現形式、材料工藝上進行前所未有的嘗試，并且在人們對書籍藝術的審美和對書籍的閱讀習慣以及接受程度上尋求未來書籍的設計方向。
2概念書多元設計
在進行概念書的設計時，應從外到內，由于書籍語言的多元體現，為閱讀過程帶來無限拓展的可能性，書籍設計不僅僅屬于平面設計范疇，還存在空間設計等領域的設計概念，以構成三維的空間關系，從而形成可觀、可觸、可感的藝術形態。它包括形態的寫實感，如質感的表現和結構的準確表達；另一方面也依賴嫻熟的技術和對材料特性的把握，以實現藝術模仿與創造。就藝術而言沒有觀察、沒有借鑒、沒有對比，就沒有認識，沒有創新，只有觀察到的才可能有表現，這就是觀察的意義，這就是設計創新的基礎。
在現實生活中，我們要通過觀察進行思考，沒有深入的觀察就很難激發靈感，產生真正的設計；沒有認真的觀察，就很難產生具有創造力的設計。通常自然形態以人物、動物、植物等自然界中具象形態為依據，通過觀察、歸納或夸張、變形等手段創造出藝術形態，它與超級寫實主義相比為設計者提供了一份自我表現的空間。概念書的設計具有同樣的特點，運用適當的“跨界”語言去表現另外一種事物，會得到一個全新的、充滿想象力的創作物象。概念設計通過抽象的形態表現豐富的內容，使讀者可從與作品有關的蛛絲馬跡中展開一系列思考、聯想和欣賞過程。當你處在抽象的環境中，你會不由自主地展開想象、聯想，在抽象藝術作品面前自然會心隨其動，展開美的想象。由于概念書籍設計材料，常可以木、布、金屬、塑料等為媒質進行設計，這種概念書，看到的似乎不是書籍，而是立體的、建筑藝術的觀念，是設計師心中浪漫的書籍之夢。總之，不同的材料，能為書籍灌注特殊的精神氣質與內涵。在不游離書籍主題的前提下，借助材料的特性引申出與眾不同的創意，表達出更深層廣泛的含義，為讀者提供閱讀想象的暢游空間。
以等離子工作腔為分界面，次臨界包層被分為內包層和外包層兩部分［9］，考慮能在ITER裝置上實現包層便利地安裝拆卸，在總體結構上，次臨界包層在環向360°被設計成36瓣。單瓣包層分別由第一壁（FirstWall，簡稱FW）結構、支承結構、燃料區結構、產氚區結構、鋯包殼結構和出入口匯管結構等組成，環向張角為10°，徑向厚度為0．47m，極向高度為10．24m，在三維空間上呈“D”字型結構，如圖1所示。
2第一壁結構
第一壁結構是次臨界包層的重要功能部件，它需要承受熱載荷、14MeV高能中子和帶電粒子輻照的同時作用。為了提高第一壁材料抗輻照損傷的能力，選用低活化鐵素體／馬氏體（RAFM）F82H鋼材料。第一壁結構如圖2所示，在第一壁的上下端及中間部位設計有燕尾結構，其目的是使第一壁與燃料區一側的鋯包殼相互嵌合以固定第一壁，第一壁徑向厚度為10mm，內外包層面向等離子體面積分別為7．55m2和13．89m2，結構體積為0．21m3，質量為1．69t。
3支承結構
支承結構由極向縱骨、加強筋板、周向筋骨、徑向筋骨等結構組成。經分析，次臨界包層結構在運行工況下受力復雜，共需承受重力、系統壓力和熱應力三種主要外載荷，單瓣包層重量約30t，系統壓力是燃料區內嵌冷卻劑管道所承受的15．5MPa水壓，熱應力為燃料區中大量U－10Zr合金的裂變釋能而產生的沿極向和徑向的溫度梯度分布。為了實現對整個內外包層在極向的結構支承，在內外包層中分別設計有4根極向縱骨，縱骨在內外包層截面中的設計位置示意如圖3所示。在周向和徑向設計加強筋板、周向筋骨、徑向筋骨以提高包層的穩定性以及整個支承結構的剛性。支承結構是由具有優良抗彎和抗壓性能的SS316L（00Cr17Ni14Mo2）不銹鋼通過焊接加工制成，它是整個包層的支承和固定結構［10］。以內包層為例。
4燃料區結構
燃料區結構由裂變燃料U－10Zr合金、內嵌冷卻劑壓力管和支承結構中的加強筋板及部分徑向筋骨組成［11］。4．1燃料區燃料區是組成次臨界包層活性區的基本結構單元，其主要功能是實現中子倍增和通過核反應而產生大量裂變能，它是包層的主要釋熱部件。燃料采用U－10Zr合金，這主要是由于U－10Zr合金燃料鈾密度高，Zr對中子吸收少，實現能量輸出與放大性能好；二是合金燃料導熱系數大，利用內嵌冷卻劑壓力管能夠及時地帶走活性區核熱；三是合金燃料可以更容易地進行“簡單干法”后處理，可把燃料加熱到1700℃左右，達到沸點的裂變碎片便可去除燃料區。加強筋板和部分徑向筋骨承擔作用在燃料區的外載荷并把這些載荷傳遞到支承結構上，同時加強筋板還兼顧對內嵌冷卻劑壓力管的定位與導向作用。4．2內嵌冷卻劑壓力管燃料區中6層內嵌冷卻劑壓力管道被設計成由底至頂完全貫通的結構，且按照三角形交錯排列。由于受ITER裝置本體結構空間的約束，內外包層隨著極向位置的變化而引起了管間距離和鈾－水體積比變化。外包層6層冷卻劑管道按48根與47根相間排布，共有285根，內包層6層冷卻管道按32根與31根相間排布，共有189根。
5產氚區結構
產氚區是整個聚變－裂變混合能源系統實現氚自持的關鍵功能結構，產氚區結構由氚增殖劑小球區、慢化冷卻水管、管間連接板、“蛇形”氦氣回路和支承結構中部分徑向筋骨組成［12］。產氚區中的慢化冷卻劑管道和氚增殖劑小球區在空間上是互相獨立的單元。在結構上，為了保證燃料區中富余的中子進入產氚區后進一步被慢化再與鋰－6反應而生產氚，并及時帶走一部分多余的核熱，產氚區中慢化冷卻管道被設計成由底至頂完全貫通的結構，由慢化冷卻管和管間連接板把產氚區分成9層，各層之間的空間便構成了氚增殖劑小球填充區。為了形成“蛇形”氦氣回路，管間連接板的高度不等，形成高低錯位設計以便控制氦氣流動方向，部分徑向筋骨承擔作用在產氚區外載荷和傳遞來自燃料區的外載荷到支承結構上。同樣，由于受ITER裝置本體結構空間的約束，內外包層隨著極向位置的變化而引起了慢化冷卻層和氚增殖劑厚度的相應變化。
6鋯包殼結構
鋯包殼是核燃料裂變產物的主要屏障，燃料區和產氚區均有鋯包殼完全包覆，從而防止裂變產物泄漏到活性區或整個包層，燃料區和產氚區的鋯包殼為一種箱匣式密封結構。對于燃料區鋯包殼，由于在第一壁的上下端及中間部位設計有燕尾結構（圖2），相應地在燃料區徑向內側的鋯包殼上設計有對應的燕尾槽，如圖7所示。為了保證鋯包殼的結構密封，在燃料區徑向內側鋯包殼的周向側設計有金屬型擠壓密封卡槽，如圖8所示。從圖3可以看出，有2根極向縱骨設計在燃料區和產氚區包殼層頂角部位，相應地在燃料區徑向外側鋯包殼頂角處設計有極向縱骨半槽。對于產氚區鋯包殼，由于有2根極向縱骨設計在燃料區和產氚區包殼層頂角部位（圖3），相應地在產氚區徑向內側鋯包殼頂角處設計有極向縱骨的另一半槽。同時由支承結構可以看出，在周向兩側和徑向外側設計有徑向和周向筋骨，相應地在產氚區周向兩側和徑向外側的鋯包殼上設計有筋骨貫穿槽。
7出入口匯管結構
由于受ITER裝置本體結構空間的約束［13－14］，次臨界包層的出入口匯管只能在有限空間中實現各類功能管道的匯總，其中包括燃料區中的大量內嵌冷卻劑壓力管、產氚區中慢化冷卻水管和氦氣管。考慮大量冷卻劑壓力管與匯總管之間焊接的可操作性，在燃料區的上下端部先設計一個焊接頂蓋。燃料區的內嵌冷卻劑壓力管先匯入上下環形總管中，該匯總管再與ITER上下端口出入口總管相接并引出到外面的主回路系統。在產氚區中，慢化冷卻管和氚載帶管均采用“蛇形”流氣結構設計，這樣9層慢化冷卻管只需要匯總一次后連接慢化冷卻總管，再經ITER上下端口出入口總管引出到外面的氚回路系統。對于氚載帶管，先在產氚區上下端設計有出氣和進氣槽，然后再通過氚載帶管把進出氣槽的載帶氣體引入到氚載帶氣總管內，再經ITER上下端口出入口總管引出到外面的氚回路系統，以出口為例燃料區和產氚區匯管結構如圖11所示。
8結論
選擇所需要的各單元設備和連接方式；確定需要研究的過程替代方案，列出主要設計變量（如原料配比、反應時間、操作溫度、壓力等）；估計最佳的生產條件；確定最佳的過程方案；在流程圖上標出哪些設備應間歇操作，哪些應連續；哪些生產步驟應在一臺釜內進行或每一步生產均單獨釜進行；為改善裝置操作的時間排列，何時采用并聯的間歇設備較為有利；需多少臺中間貯罐，如何布置；進行工程經濟考核決策，如果經濟效益不好，存在潛在效益呈負值時，要尋找其他方案或終止項目。
2第二層：確定流程圖輸入-輸出結構（原料-產品）
每一步反應進料在加料前是否需要預處理；副產物是移出還是循環；是否需要采用氣體循環和放空；某些反應物是否值得回收并循環；有多少種產品產出；確定輸入-輸出結構的設計變量（如原料配比、反應時間、操作溫度、壓力等）以及與之相應的投資變化；進行工程經濟考核決策，如果經濟效益不好，存在潛在效益呈負值，這時要尋找另外的方案或終止項目。
3第三層：流程圖的循環結構
需要多少個反應器系統，反應器系統之間是否涉及分離問題；需要多少物料循環使用；在反應器進料中是否有過量反應物；是否需要氣體壓縮機和制氮機，費用幾何；反應器是絕熱操作或用直接加熱或冷卻，加熱或冷卻采取何種介質；是否考慮改變平衡轉化率，如何改變；反應器費用對經濟潛力的影響多大，經濟潛力=產品價值-原料費用；最后進行工程經濟考核決策，如果經濟效益不好，存在潛在效益呈負值，這時要尋找另外的方案或終止項目。
4第四層：分離系統的總體結構
反應器的出料有三種可能：如為液體，需考慮液體分離系統；如為兩相混合物，可把化工反應器制成帶有相分離功能；如全是蒸汽，需考慮蒸汽回收系統。（1）蒸汽回收系統①確定最佳位置，是在反應器出口直接接冷凝器還是經過一段冷卻管路后接冷凝器。②選擇最經濟的蒸汽回收系統，是依次用循環水冷卻—新鮮水冷卻—低溫水冷卻；還是一步到位的直接用低溫水冷卻。（2）液體分離系統①如果輕組分會污染產品，應該怎樣將其去除；②這些輕組分去向應是什么；③是否需要循環與反應物形成共沸物的組分，或是應分割這些共沸物；④蒸餾可以完成哪些分離；⑤采用何種形式的塔，怎樣排列順序；⑥若蒸餾不可行，應怎樣完成分離；（3）進行工程經濟考核決策，如經濟效益不好，存在潛在效益呈負值，這時要尋找其他方案或終止項目。
5第五層：熱交換器網絡
以能量集成分析為出發點計算換熱器網絡的最低熱量和冷量，熱交換器網絡其實就是節能設計。使反應系統以最低的加熱量和冷卻量，并以最低能耗和最少換熱器臺數來實現最佳的生產目的。其基本過程為：向高于夾點溫度的過程供熱；向低于夾點溫度的過程移出熱量；確定換熱設備臺數；進行工程經濟考核決策，如果經濟效益不好，存在潛在效益成負值，這時要尋找另外的方案或終止項目。除上述五層分層決策外，還要考慮安全環保方面的制約條件，只有這些全部滿足經濟考核決策要求，這個項目才是成功的項目。
6結論
可變功能機械系統由不同的分功能組成，且功能間會發生耦合。筆者基于FBS概念設計模型對可變功能機械系統進行研究，先將各分功能獨立，分別建立自頂向下的設計模型，即先對功能進行分解，由功能-行為映射求解得到相應的行為層級結構，分析相應的行為模型，得出映射層結構方案。可變功能機械的FBS模型詳解如圖1所示。在研究可變功能機械系統時，本研究將分功能到行為和行為到結構的映射并行研究，功能總和代表了各分功能不同模型的集合，系統實現其中一個功能時，另一個分功能處于待用模式，為加以區分，用功能符號“F”+“i”（數字）代表分功能序號，用“or”（或者）連接各分功能。之后本研究建立分功能的層級結構及相應的功能分解模型、行為過程層級結構及其行為過程模型，最后進行映射求解。這種并列的設計過程存在交集，即這些分功能間具有耦合性，系統的功能分解有部分相似，例如當農用拖車的連接器連接不同的耕作設備可以完成不同的生產功能，施肥機可以進行移動施肥，灑水機完成澆灌工作等，系統的動力功能和傳動功能并未發生改變，改變的僅是執行端的功能。本研究將相似的功能結構和行為結構以及方案層的具體實施構件組合用虛線連接，代表它們之間存在的特殊聯系。為具體表達該設計過程中的模型聯系，基于經典相似理論中對序結構的定義，本研究將系統要素按一定組成規律、一定順序出現的序列結構稱為序結構，序結構與系統有著緊密的聯系。根據可變功能機械系統概念設計層次，筆者對序結構進行特征分析，分為功能序結構、行為序結構以及方案序結構。由于篇幅原因，本研究僅對功能分解和行為結構的序結構表達進行描述，并構建相似模型。
2相似模型構建
2.1功能序結構和行為序結構模型相似包括功能相似以及行為相似，功能具有相同的效果不代表行為也具有相似性。研究系統相似度時需要衡量功能相似度和行為相似度不同的權重值，建立相似模型，從系統的角度將不同的功能及其行為映射用序結構表達出來，用系統要素的方式進行模型構建。功能是表達系統特性最抽象的方式，功能的表達需滿足：（1）能根據給定要求表示設計者的意圖；（2）能準確描述滿足設計要求的設計對象；（3）能被定性或者定量地評價，并可以測定設計意圖的滿意度。功能的系統要素為能量、物質和信息，每個功能要素都有其輸入和輸出，因此可以運用“輸入流-輸出流”的方法進行功能描述。功能要素在時間和空間上有一定的順序，即功能序。本研究將功能序的關系進行分類，分別有組成關系、時序關系和因果關系如圖2、圖3所示。時序關系又有順序關系，并存關系。功能序是功能序結構的基礎組成。在概念設計模型中，功能是一個模糊而粗糙的概念，而行為相對而言更為具體，能激發設計者的靈感，引導設計者保證三大流（即物質、能量、信息）的有序流動，不違背自然規律。行為的系統要素包括運動學要素、力學要素和能量要素。結合目前行為結構的表達方法，本研究統一用“輸入流-輸出流”的方式表達行為序結構。行為可以分為基本行為和組合行為。基本行為對應基本結構，較為簡單；組合行為由基本行為構成，包括運動轉換行為、執行行為、檢測行為、控制行為等，這些基本行為通過一定的順序連接起來形成組合行為。行為序就是指這些基本行為和組合行為間的連接，行為序結構則表達了行為序間的連接關系。行為序結構分類如圖4所示。行為序的關系有以下幾種：①串聯順序關系；②并聯同時關系；③選擇發生關系。
2.2基于序結構的相似模型構建由相似第一定律即序結構定律可知，不同類型、不同層次系統存在一定的序結構，當系統序結構存在共同性時，系統之間出現相似特性，相似性大小隨序結構的共同性程度增大而上升，反之則下降。上節已將可變功能機械系統概念設計中的功能層和行為層用序結構進行表達來探索功能和行為的相似性，本節在此基礎之上運用數學建模對相似度進行計算。可變功能機械系統具有一定的相似性，即相似度大于零，某些功能或行為能通過改變一些系統組成就能形成新的功能系統，若是沒有相似性即相似度為零，那么整個分功能系統就轉變成了多功能的單個系統的集合，不在本研究的研究范圍之內。本研究將系統或者系統的一部分進行序結構構建和分析之后，為每個序進行編碼，用eik表示序要素的集合，要素包含屬性和特征值，屬性由所屬功能或者行為的輸入輸出流決定，i是分功能編號，k是序的編號。相似序的概念是將分功能序結構的要素和特征聯系形成兩兩組合的有序偶，用(e1k,e2k)表示。相似度由相似序的個數和相似序對相似的影響權重所決定，相似度以q表示，相似序個數決定的相似度為q1，影響權重決定的相似度。權重的分配也是相似度量的重要環節之一，主要包括主觀權重分配方法和客觀權重分配方法。相似序模型分析之后根據經典相似理論進行數學建模，系統的總相似度由功能、行為和結構的相似度綜合得出。本研究根據所建立的序結構進行系統知識表達，計算可變功能間的相似性，設機械系統共有兩個可變分功能，特征參數取自輸入輸出流的類型和數值，如功能的能量類型和所代表的數值等，對整個系統進行相似模型構建，并計算相應的相似度數值。相似求解模型如圖5所示。建模的一般步驟可表述如下：（1）分別對分功能系統進行層次劃分，建立基于功能或者行為結構的模型。可用輸入流輸出流的方式按2.1節所述分別建立分功能的具體模型，對應的序結構統計如表1所示。
3實例分析
筆者選取典型的可變功能機械系統進行研究，選取如圖6所示的機床作為研究對象，通過更換不同的刀具執行機構可以獲得鉆孔，擴孔和鉸孔3個不同的功能。可以看出，這是一種通過改變系統執行機構達到改變功能的情況。本研究按上文所述的步驟進行分析，首先由系統的可變功能得到功能的序結構模型，所建立的模型如圖7所示。表3所示機床的可變功能由更換執行機構來實現，在系統層面上達到了改變功能的要求。本研究按上文所述，根據所建立的序結構模型，通過分析相似要素應用公式（1~3）得到系統功能級的相似度數值。
4結束語
要使學生形成內能正確的概念，首先應從具體的事例出發，即通過聯系學生在生活中觀察到有關內能的物理現象，使學生明確建立概念的事實依據，因此我創設物理情景，用水蒸氣沖開橡皮塞的實驗引入課題，以建立起對內能的表象，這是形成內能概念的基礎．由于內能是從微觀的角度來討論的，所以只能從大量的宏觀現象出發，進行抽象概括，最后形成內能的概念。因此，提供必要的、足夠的感性材料，可以降低學生對內能概念理解的難度，所以我還是做了擴散實驗、拿彈簧引入分子勢能、質量大小不同的兩杯水、質量大小不同的兩塊木板說明分子數目，拿兩個球模擬分子之間的距離、湯勺放在熱水里等幾個小實驗，為學生提供力所能及的幫助。但概念的形成，并不是感性材料的堆積，不能只提供形成概念的事實依據而不同時引導學生進行科學的思維活動，要引導學生進行抽象概括，抓住內能概念的本質特征。因此，我抓住新舊知識的內在聯系，用類比的方法得到內能的定義，又運用比較的方法把內能和機械能區分開來，找到兩者的根本差別，形成比較清晰的概念。
二、理解物理概念的內涵
只有理解了內能與很多因素有關，才能知道為什么“溫度高的物體內能一定大”是錯的，只有知道了熱量是過程量，才能明白為什么“高溫物體含有的熱量多”是錯的，只有知道明白熱傳遞的實質，才能明白為什么“高溫物體吧熱量傳給低溫物體”是錯的，因此精心設計了內能的大小與哪些因素有關教學內容，通過課件呈現大量的事實、數據和模擬動畫等，為學生理解內能的內涵提供切實有效的幫助，體現教師的主導作用。最后的一道反饋題也具有較好的典型性、針對性。
三、了解物理概念的外延
學生如果沒有理解內能的概念，單純地從文字去理解很難回答這個問題，從教學效果來看，有相當一部分學生在內能概念的學習上顯得很生澀，對概念無從談起。如果老師引導學生從物理概念本身來分析，內能是指物體內部所有分子做無則運動的動能和分子勢能的總和。這個概念的外延即泛指物體內的一切能量，那么它的外延明顯就寬于熱能。熱能本質上指物體內部所有無規則運動的動能，熱能屬于內能范疇，但內能不光包括熱能。從概念間的關系看，內能和熱能亦是一種從屬關系。引導學生認識了概念的外延，就加深了對概念本身的理解，更容易辨析其他相關的易混淆的概念了，問題自然迎刃而解。
四、了解概念與有關概念的聯系與區別
概念與概念之間既有聯系，又要通過比較，了解概念之間的區別，避免概念之間的混淆不清，這對于學生正確地理解概念，也是十分必要的．本節課內能與機械能，溫度、熱量、內能幾個概念之間既有聯系又有本質區別的概念，學生只有認清了它們之間的聯系與區別，才能準確地理解以上的概念．教學中能引導學生進行思維加工，抽象概括出概念的本質屬性，其中對比是一種有效的方法。例如上文所述，內能的概念可以概括成分子動能和分子勢能兩部分的能量，而機械能可以概括成宏觀上的物體動能和勢能的總和，本質上內能是微觀層面，機械能是宏觀層面；內能本質上是狀態量，而熱量是熱傳遞過程中的過程量，所以不能說“具有多少熱量”；溫度是表示物體冷熱程度的狀態量，溫度不能“傳遞”和“轉移”，但兩個不同狀態間是可以比較溫度高低，反映溫度差的，存在了溫度差，就會發生熱傳遞，在這個傳遞過程中，吸收或放出熱量。
五、學會運用概念
1)實驗任務。概念設計任務為:能夠進行前后角度范圍約60°的調節;升降范圍約30cm;可以采用純機械調節，也可以采用機電液一體化控制;可以進行任何有創意的構思，先不必考慮是否實用。受試者根據概念設計任務構思一種靠背可傾斜、座板可升降的可調座椅，要求給出其原理方案及相應的總體結構方案，即完成可調座椅的概念設計。受試者必須將其內隱的設計構思過程完整地記錄下來，并通過三維CAD軟件進行表達、構思和修正，以此來完成可調座椅的原理方案構思與總體結構方案的設計。圖1和圖2所示分別為某受試者設計認知過程的原案筆錄數據截圖和相應可調座椅的三維CAD概念模型。整個設計任務可以分解成10個子任務:傾斜機構方案、傾斜機構定位、升降機構方案、升降機構定位、功能構件表達、傾斜機構三維CAD模型、升降機構三維CAD模型、總體虛擬裝配、運動干涉檢驗和干涉部位修正。2)實驗樣本。受試者由機械專業研究生組成，擁有大致相同的機械設計知識背景，因此他們的同質性較好，具有較好的代表性。受試者都是自愿參加實驗的。根據文獻［13］中“總體的同質性越好，所需的樣本容量就越小”的原則，又參考Bilda等人［14］的一個相關實驗(樣本容量n=6)。筆者邀請了15位受試者參與測試，其中1位受試者的設計結果過于簡單，不能完成設計任務被淘汰，最終本研究選取14位受試者參與實驗。3)實驗過程。受試者開始對設計任務進行分析和構思，實驗即正式開始，實驗過程全程錄像。為尊重受試者的設計習慣，本研究并不強制要求受試者發聲思考。對于特別不適應發聲思考的受試者，要求其筆錄自己的構思過程。受試者如有疑問，可以向主試者詢問，也可以向其他專業人員咨詢。疲勞了可以離開，稍事休息。受試者在筆錄設計構思過程中，如果要修改前面的構思，則應保留前面的原樣而另行記錄。同樣，在CAD環境里進行修改時，必須將前面的構思另存為新文件，再進行修改。4)數據采集和處理方法。本試驗采用秒表計時，并記錄受試者在設計工作中發生的每一個操作和行為表現，包括思維活動表現。本實驗采用原案分析法記錄設計認知活動，運用SPSS15．0軟件處理實驗數據。
2研究結果
2．1設計型知識工作過程的分解
對受試者設計認知活動的整個分解過程包括如下兩個步驟。步驟1:分解和匯總。首先，分別對14位受試者沿著時間順序，按照功能性原則和可測性原則進行設計過程的細分。然后，將分解得到的工作單元分別歸入創造性工作單元、事務性工作單元和無效工作單元，之所以劃分為這3類工作單元是基于設計型知識工作的如下特性:1)設計工作本質上是一種知識創新活動［15］。2)設計工作也像體力工作一樣，包含大量的事務性勞動。3)知識工作具有非連續性，而且不可避免地會受到一些外界因素的干擾。這些特性在不同活動中所占的分量不同，以哪個特性為主，工作單元就歸入相應類別。設計型知識工作過程包含的工作單元如表1所示。步驟2:分析和提煉。“思考”應包含審題、靜思和回憶等活動。“思考”是一種過程，而“發現”是一種結果，“發現”往往引出一些事務性工作單元如“記錄”、“打字”、“CAD操作”、“選擇”，甚至是“交流”等，這時，“發現”可以看作是“思考”和其他工作單元的分界，也可用來識別這些工作單元。“討論”指圍繞疑難問題所進行的互動，當然，討論的形式不僅僅是口頭的，還可以通過IT平臺討論。“決策”不能狹隘地理解為一種領導行為，本文研究的“決策”是從工作單元的性質上講的，是對日常設計問題的決定。至于設計人員所特有的“草繪”行為，在現代制造環境下，既包括徒手草繪，也包括CAD草繪。“查找”、“記錄”和“咨詢”都是信息接收階段。在現代制造環境下，操作軟件系統成為設計型知識工作者的日常活動，其中一部分“打字”活動可歸入“記錄”活動，屬于信息接收階段，另一部分“打字”活動與“CAD操作”活動合并為“軟件表達”，它們屬于信息輸出行為。“交流”不能與“討論”混為一談，它指信息的相互傳遞。“計算”包括徒手計算和用計算器計算。“選擇”指對現有信息或方案的挑選，其中包括一部分對軟件系統的操作活動。“交流”、“計算”和“選擇”都包含信息接收和信息輸出。與Gilbreth夫婦的動素分析范式一樣，在設計型知識工作中也存在“無效工作單元”，比如“插話”、“等待”、“間歇”、“接電話”和“打斷”等。其中，“插話”、“接電話”特指外界對設計工作的打擾，是被動的，可以歸入“打斷”。對于設計人員主動給外界打電話的情形，可以相應地歸入“交流”或“討論”。“等待”是在任務中止或信息系統運行較慢時所產生的停頓，包括問題無法解開時暫時放下工作的情形。“間歇”是指因飲食、休息等生理需要所產生的停歇。經過上述分析，本文提煉出如表2所示的3類工作單元。其中，創造性工作單元5種，事務性工作單元7種，無效工作單元3種，共計15種工作單元。
2．2假設檢驗
假設H0等價于設計型知識工作的信息加工時間t1與信息接收和信息輸出兩者時間之和t2的比值(t1/t2)的期望μ，其值等于0．25(即2/8=0．25)。各個創造性工作單元的時間相加得到信息加工時間t1。各個事務性工作單元的時間相加得到信息接收與信息輸出兩者時間之和t2。需要注意的是，接下來的假設檢驗中不考慮無效工作單元所占用的時間。為檢驗假設H0，運用SPSS15．0統計軟件對t1/t2進行單樣本T檢驗(one-sampleTtest)，結果如表3所示。表3中，Sig．(雙尾)是統計值t的顯著性概率p。p=0．495＞0．05，表明統計值t落在t0．025的左側;95%置信區間［－0．0163，0．0321］的兩個端點一負一正，表明置信區間必然覆蓋總體均值(即期望μ)。這兩點都說明應當接受假設H0，即對于設計型知識工作而言，信息加工時間t1與信息接收和信息輸出兩者時間之和t2的比值符合帕累托法則。
3分析與討論
通過實驗可以看出，創造性工作單元所占比例較小，有的受試者創造性工作單元的時間比例甚至低于10%。但之所以稱其為知識工作，是因為整個工作過程是圍繞知識創新來進行的，這也正是知識工作方式與傳統工作方式的根本區別。在本文的設計活動中，知識創新體現在設計者運用經驗、知識和靈感進行任意的功能創新及結構創新。就像Drucker［2，16］發現影響知識工作效率的6個因素與泰勒的科學管理原理(Taylorism)正好相反一樣，本文也有類似發現。1)“思考”、“發現”、“查找”和“選擇”這4種工作單元是知識工作方式與傳統工作方式共有的，但它們在兩種工作方式中的重要程度很不一樣。在Gilbreth動素分析范式的18種動素中，“思考”、“發現”、“查找”和“選擇”在體力工作中屬于輔助動素，除非是非用不可，在設計工作中會盡量取消這類動素。但是，這些工作單元在知識工作中卻不是可有可無的。比如“思考”、“發現”等工作單元就起著核心作用，正是它們決定了知識工作的本質。又比如“查找”、“選擇”等工作單元，正是它們完成了大量的事務性知識工作。2)在Gilbreth夫婦的動素分析范式中，無效動素(拿住、延遲、休息和耽擱)是必須設法消除的。但在知識工作中，無效工作單元(打斷、等待和間歇)盡管對工作的進展沒有直接的作用，可它們是一種常態，不便消除。比如，“打斷”往往是不可預料的因素所致;“等待”往往與知識工作的非連續性相關聯，很多設計靈感正是在等待中乍現。最后，本文在實驗數據記錄方面和時間計算方面需要做兩點說明。1)實驗所采用的記錄方法雖然與工作日寫實的方法比較相似，但是本實驗并沒有將記錄的工作單元與實際工作內容建立一一對應關系。因為一項具體的設計工作會涉及很多專業性較強的術語，這些并不是本文必須關注的，本文研究的目的是要挖掘出設計型知識工作共有的構成單元及其比例關系。2)在實驗中，本文將設計工作的各個組成部分視為是互不交叉的。然而，這些工作單元在實際工作中并不能截然分開，比如“草繪”和“思考”，設計人員在徒手草繪或CAD草繪時很可能也在思考。但科學研究中為了研究方便，往往會先將問題簡化，然后再進行研究，本文也是如此。因為草繪是設計所特有的一種認知活動，所以將它與其他的思維性活動分開。
4結語
全面協調原則：根據周圍環境特征、城市現狀和上位規劃的要求，結合九曲村的本底情況、政府與企業訴求和村民意愿，確定主要性質和規模，統一規劃、統一布局、分階段實施，共同形成九曲村的開放空間體系。尊重歷史、尊重村民的原則：尊重村民和使用者生活和行為的普遍規律，滿足行為感受和精神需求，將服務和有益于“人”的健康舒適作為規劃設計的根本，力求創造“美麗九曲、幸福生活”的情景交融的溫情空間。文化傳承原則：保留歷史古建記憶，延續水鄉傳統文化；挖掘地方鄉素，打造本土文化活動；遠期引入現代時尚文化，實現新舊結合。特色放大原則：突出九曲水鄉的人文特性和歷史特性，強化符合水鄉三大特色的文化傳遞功能。運用雕塑、裝飾等手法，增強區域的凝聚力和旅游的吸引力。經濟效益原則：以創造經濟效益和社會效益為主要目的，低成本投入，集中合理的保護修繕高效使用的活動空間，豐富業態，遠期達到綜合性和多樣性衍生，形成區域的特色內聚力與外引力。
2規劃策略
為實現以上三大目標，規劃提出“尊重、放大、引入、建立”四個行動策略。最大限度的尊重和保留村莊的鄉土風貌和水鄉風情，延續傳統水鄉文化，采用經濟適用、以人為本和低沖擊的環境改造的原則，加強環境綜合整治，保持村莊的干凈整潔。完善配套設施，建設慢行交通體系，適量限制機動交通進入村莊，合理規劃停車設施和公交設施，建議設立專項管理部門進行管理。放大本村的特色資源要素，例如：水系、植被、埠頭、建筑（陽臺和金色屋頂），不對要素做大的改動，通過適度的現代處理手法和軟裝飾藝術的方式增加景觀的趣味性。利用區位優勢和本村水鄉特色，分階段的引入業態，發展商業，如特色小吃街、精品酒店、觀光農業園、創意產業及其他特色休閑消費類型，活躍經濟，形成本區域的休閑商業模式。建立九曲村特色品牌體系，積極打造村莊公共活動節點和建筑室內外空間，形成具有特色的、體驗性強的休閑互動場所。進一步整合資源優勢，形成集吃、住、玩、娛、購于一體的九曲村服務綜合體系。開發模式政府主導，加大政企合作、市場引導的手段，對村民物業利用方向的提出調整建議，轉變部分土地職能，同時積極鼓勵村民投資參與，根據市場經濟發展規律進行引導開發。
3分級制定的改造策略
根據九曲村發展現狀、用地性質、上層次規劃、周邊用地功能和多方訴求，確定其主要性質和規模，統一規劃、統一布局、分三期實施。一期以環境整治為主，保護開發為輔，確保環境整治有序的進行，給村民提供一個最佳的生產生活環境。歸納為“完全保留、局部裝飾、整體改造”三個層級，盡量按照原來的式樣、顏色、材料進行修復開發，保護、還原長期形成的原生水鄉環境。二期以完善配套設施為主，引入部分業態為輔，整舊如故，以存其真，針對“配套設施、開放空間、文化符號”三大關鍵要素提出“六、七、三”系統改造工程。具體做法是“拆、遷、修、補、飾”，即拆除不協調建筑，搬遷造成污染的工廠，用舊材料和傳統工藝修繕破損的老街、舊屋、橋梁等，恢復或補建部分舊建筑，市政管線盡量地埋鋪設，空調等設施全部遮掩。同時建立古建、古樹保護體系，引入濱水商業休閑、傳統埔坊、精品酒店、特色接待、標志建筑、創意工坊、特色老建筑體驗等業態，形成古鎮旅游品牌體系。三期以特色提升、品牌打造為目標，注入新的功能到古村落中，全面提升九曲村景觀特色，導入主題式的休閑業態，利用傳統村落格局和建筑肌理，融入時尚文化元素和異域文化進行業態升級。進一步整合資源優勢，形成集吃、住、玩、娛、購一條龍的九曲服務綜合體系，通過建立九曲村的品牌效益，促進當地經濟的快速發展。經濟發展增加村民收益，解決就業問題，使人口回流。
4切實可行的實施建議
4.1特色活動實施建議
為豐富游客、村民和設計師的日常生活，規劃結合各類文化活動場所和慢行交通設計“文化活動鏈”，建立特色活動體驗體系。主要活動有：時尚文化活動——藝術展覽節、創意交流沙龍、采摘節；傳統文化活動——粵劇大賽、龍舟賽、九曲棕子節；宗教文化活動——媽祖祭奠活動、地母祭奠活動；日常生活文化——籃球賽、舞蹈賽。
4.2重點項目實施建議
4.2.1天后宮宗祠文化區
對現存的文物古祠進行保護，結合周圍的古木和現存的宗祠文化活動，整合利用周圍環境，建設富有鮮明宗祠文化特色的區域空間。采取政府引導，政企合作，承包給開發商管理的模式，按照中式宗教建筑的典型形制，結合修繕場地、擴建天后宮、保護現狀古樹、結合濱水環境創造濱水視線景觀和親水活動空間、完善設施、引入各類活動（捐贈儀式、重要法式、許愿、齋飯節等）。
4.2.2創意鋪坊
利用便利的交通、老建筑的特色、規劃的完善配套設施、塑造的標志性印象等幾大優勢，通過恢復性改造，挖掘旅游文化內涵，增進游客的體驗值，保護文化遺產。政府引導，積極鼓勵村民投資參與，調整舊村人口居住布局，遷出部分居民，清理河道，完善配套設施，引進大量的創意產業項目，創造具有競爭力的創意個性化的商品和服務。
5結語
功能分解策略
廣義上說，功能是對于某一機械產品工作能力的抽象，它包括產品的功用、用途、性能、能力等。從系統工程學的角度來看，可將機械產品看成是技術系統，功能是以實現某種任務為目標，對其輸入量(信息流、能量流、物料流)和輸出量之間的相互轉換。在概念設計階段之初，通常要對產品的功能進行分解。通過對現有機械系統的分析，筆者提出功能分解的三個策略:①從解決問題的目的和手段著手;②從產品生產的工藝動作過程(生產的空間順序和時間順序)著手;③從機械系統四大模塊著手。在實際的產品功能分解中，往往需要采用多種功能分解策略。對機械系統而言，執行系統是機械系統的核心，最終決定產品的功能輸出。執行系統的功能是通過工藝動作過程來實現，因此可通過工藝動作過程對其進行分解;而對于機械系統的其他子系統(包括傳動系統、控制系統、驅動系統)，可采用“目的－手段”進行功能分解。下面詳細介紹這三個功能分解策略的運用方法和步驟。
首先從目的和手段來分解功能，可以把目的稱為上位功能，手段稱為下位功能，目的功能是主功能，手段功能從屬于目的功能，為實現目的功能起手段作用，屬于下一級分功能，在下一級分功能中，手段功能又稱為目的功能，如圖1所示，手段功能2在下一級分功能中稱為目的功能3。通過“目的－手段”可以將復雜的產品進行功能分解，同時又可將各個分功能之間的邏輯關系聯系在一起，最終獲得產品的功能系統圖。接著按照工藝動作過程對功能進行分解。工藝動作過程是實現機器功能所需要的一系列動作型式，按一定順序組合而成的系列動作。機械產品的執行系統功能是通過其工藝動作過程來完成的。例如，汽水灌裝自動機的功能包括瓶、蓋、汽水的貯存與輸送、灌裝、加蓋、封口、貼商標、成品輸送的工藝動作過程來實現灌裝功能。又如，平板印刷機的功能是通過上墨、刷墨、印刷的工藝動作來實現印刷功能。
最后是從機械系統四大子系統模塊來對產品的功能進行分解，這四大系統分別為驅動系統(動力系統)、執行系統、控制系統和架體支撐系統。任何機械產品的技術過程(主體功能)都是原動機到傳動部分，再到工作機構(即執行系統)部分。原動機主要提供機械能或轉換為有效的機械功，傳動部分主要傳遞運動和動力要求，工作部分是機器的執行機構，架體支撐系統主要起支撐部件的作用。在主體功能的基礎上，再添加輔助功能，通過控制系統來控制協調各部件的工作。下面綜合前面講述的三種分解策略，以挖掘機為例進行功能分解，如圖2所示。
尋求功能作用原理策略思想
機械產品功能目標確定后，可針對產品的主要功能提出原理性構思，這可以通過科學原理向技術原理的轉變加以實現，技術的需求是科學發展的動力，而技術開發必須以科學規律為基礎，產品開發過程就是科學原理與技術經驗相結合的過程。作為設計開發人員，應在產品概念設計階段中，掌握廣泛的科學原理，善于實現科學原理向技術原理的轉變，例如，在機電行業中，為能實現電能向機械能的轉換，一般通過能量轉換科學原理向“電磁效應”這一技術原理轉變，開發出了電動機。其次，可由已有的技術原理形成新的技術原理，有些技術的產生是在已有技術成果的基礎上進行移植、綜合和革新的結果。例如，愛因斯坦提出受激輻射理論奠定了激光技術的理論基礎。微波波譜的成果進而為激光的應用提供了技術原理。現今，激光已應用于機械制造行業，可對材料進行熱加工，如表面熱處理，焊接和切割打孔等。因此，在產品概念設計階段，不斷尋找適合的作用原理有利于產品的創新。
執行系統概念設計過程模型探討
基于FBS概念設計過程模型進行研究，此模型在“功能分解－載體”映射模型的基礎上引入行為作為橋梁，即“功能－行為－載體”過程模型。在此基礎上進行改進，提出了“功能－作用原理－工藝動作過程－執行動作－行為－功能載體”概念設計過程模型。根據機械產品的功能要求和工作性能要求來驅動尋找實現功能的作用原理。同一功能可通過不同的作用原理來實現功能，從而實現產品創新。
其次，工藝動作過程取決于所需實現功能的工作原理，不同的工作原理有不同的工藝動作過程，本過程模型可通過工藝動作過程支持功能分解。工藝動作過程包括一系列按照時間順序排列的工藝動作，通過工藝動作進一步分解可以得到按照一定時間順序的執行動作。最后，通過執行動作與功能載體之間引入機械動作行為作為橋梁，以實現尋找實現功能的載體。圖3給出了基于“功能－作用原理－工藝動作過程－執行動作－行為－功能載體”的概念設計過程模型。
執行系統概念設計過程模型映射分析
上述概念設計過程模型的關鍵是各階段的求解映射策略，使得尋求作用原理解的關系脈絡更為清楚和詳細，這使得設計人員在概念設計中能符合設計思維邏輯，并促進開發人員的創新能力。為此筆者提出如圖4所示的求解映射策略。從圖4中映射層之間的關系，可以看出產品的功能可以通過不同的作用原理來實現，子功能(F123)可由原理層的多個作用原理分別來實現。由于執行系統功能是通過工藝動作過程來實現的，同時工藝動作過程的分解又能實現產品功能分解，而工藝動作過程的分解又取決于工作原理，不同的工作原理有不同的工藝動作過程，例如對齒輪進行加工，有兩種不同的工作原理，分別為滾齒原理和插齒原理，顯然這兩種工作原理的工藝動作過程是不一樣的。同時，同一種工作原理的工藝動作過程也可以有不同的工藝動作過程，因此在進行工藝動作過程分解時，可通過增加、減少或者合并工序改變機器的工藝動作，這有利于獲得新的結構，創造新的機械設備。如果工藝動作比較簡單，可直接采用工藝動作到載體的直接映射求解;反之，就需要對工藝動作進行分解。對于每一個具體分解的執行動作，如果執行動作比較簡單，可采用直接映射求解。反之，需要通過行為層為橋梁，來更好的實現從執行動作到載體的映射求解。對于同一個執行動作可采用不同行為關系來實現。行為庫中主要包括執行動作的類型、連續性、運動速率特性和運動往復性，由于執行動作的的類型很多，按照機構的運動類型進行分類，主要包括以下幾種類型，其分類如表1所示。
應用分析
本節以縫紉機中的GC30型平縫機的執行系統設計為例，對以上提出的執行系統概念設計過程模型進行實例說明。縫紉機的總功能是完成對棉、皮革、人造纖維的縫制作用，完成此功能的工藝動作過程為刺布－供線－勾線－收線－送布來實現此功能的。對于每一個具體工藝動作來說，如果工藝動作比較簡單，只需某一種機構就能實現，如果比較復雜，需對每一個工藝動作進行按照實現工藝動作一系列執行動作來完成，即按照實現每一個執行動作的簡單機構的組合。機構每一個執行動作的類型可以參照表1，下面主要以送布機構設計為例。需要對送布工藝動作進行分解為具體的執行動作，一般分解的結果會有很多種，容易設計出新的結構，把送布工藝動作分解為:實現針跡距的調節運動－旋轉到直線運動－直線到擺動。然后分別通過實現不同執行動作的簡單機構來進行組合即可實現送布這一工藝動，送布機構如圖5所示。基于圖5所示的執行動作過程，簡述其傳動關系，通過送料調節器螺釘改變送料調節器凸輪面的工作位置，實現不同的針跡距，當針跡距一定時，上軸帶動送料偏心輪旋轉，通過送料連桿使送料曲柄繞著送料軸擺動形成送料牙的水平運動。
