工业产品设计方案

工业产品设计方案（共12篇）

工业产品设计方案 篇1

一、引言

工业设计发展的历史形象地反映了人类文明的演进,综合地体现了不同历史阶段的社会、经济、文化及科学技术的特征。面对的设计项目无论是哪种类型,都要充分认识理解和领悟设计项目要达到的目的和要求。如何引领我们的学生能够很好的设计出市场认可的产品,非常清楚的设计所应达到的目标,这是我们教学设计中的重要环节。本文就工业产品设计的目的、内容、原则、具体过程等方面进行阐述,运用课堂所讲授方法收集、整理分析产品和从市场需要出发,为我们的学习者提供参考。

二、工业产品设计方案

1、明确实训目的

掌握产品设计开发的一般流程与方法;并运用这些知识来完成一项工业产品的设计开发工作。“产品设计”课程实践教学的目标是,在课程教学的三个不同阶段,根据课程内容所对应的知识点、方法论,设计不同的实践教学课题,以培养学生对设计方法、步骤的掌握,激发学生的创新思维能力,同时引导学生将设计定位于工程化实现的层面上,训练其综合专业素养,以满足后继毕业设计教学环节对学生综合设计能力的需要,实现与实际工作的无缝衔接。

2、确定实训内容

首先从以上实训内容中选定自己的设计课题,收集该产品及其同类产品的相关资料,按照设计流程对其客户与市场供需、产品人机界面使用、存在的不足等各个因素进行实践调查分析,依据调研分析找出产品设计的突破口并提出设计概念(至少4个以上的设计方案),然后利用各种方法选定和逐步完成产品设计的视觉化和清晰化的表达。最终完成所设计产品的展示效果图。

3、工业产品设计遵循的原则

产品造型设计中应考虑的因素是实用、经济、美观。但实际上在进行设计时应考虑的具体因素还很多,其中主要有以下几点:

(1)产品的功能。产品的功能是指产品的技术功能,它是产品设计的主要目的,也是工业产品与消费者之间的最基本的关系。产品造型设计应保证产品功能的充分发挥和顺利实现,并能最大限度地发挥出来。对产品进行造型设计时,应首先考虑内在质量,不能片面地追求造型的形式美而忽略性能的先进性、结构的完整性、技术的可靠性以及其它技术指标;在色彩设计时,应首先考虑给使用者或操作者以安宁、良好的工作情绪,减轻视觉疲劳,并有足够的视觉分辨能力,以保证工作效率、产品质量和安全操作,使产品功能得以充分发挥。

(2)产品的美观。产品造型设计除了使产品充分地表现出其功能特点、反映先进的科学技术水平外,还要给人以美的感受。因此,产品造型设计必须在表现功能的前提下,在合理运用物质设计条件的同时,要充分地把美学艺术中的内容和处理手法融合在整个产品造型设计之中,并要充分利用材料、结构、工艺等条件体现产品造型的形态美、色彩美、工艺美。(1)形态美。所谓形态美,就是产品具有整体性和规则性,使人感到产品很完善。形态创造指某种特定的造型风格、合理的色彩搭配等,将各部分有机地结合成一整体,给人以一种美感。(2)色彩美。所谓色彩美,就是具有一定形态产品的色彩配置,给人以一种愉悦的快感。色彩能对人产生很重要的心理、生理影响,从而赋予色彩以精神功能。对产品的色彩设计,应充分考虑色彩的精神功能,使所设计的色彩给人以美的享受,对人们的生产、生活和人类社会带来积极的效果。(3)工艺美。所谓工艺美,是指具有理性属性的工业痕迹,是指加工工艺、装饰工艺和材料质感给人的视觉感觉。加工工艺是造型的手段,装饰工艺是使造型更具完美的条件,材料的质感则是造型具有内在的美的基础。

(3)产品的宜人性。产品造型设计除了在形态和色彩方面满足人们的生理和心理需要外,在使用和操作方面,也要适应人们的生理和心理需要,即产品的宜人性。

(4)产品的经济性。经济性作为一个设计原则应贯穿于产品设计的整个过程中。由于产品进入市场就成了商品,而商品的价格与产品的成本有着很大的关系,因此这就要求设计者对产品的成本进行全面的、综合的考虑。

(5)产品的市场销售市场经济决定产品的生产,因此,产品造型设计应从市场调查人手,把销售作为主要课题来研究。产品设计包括产品的工程设计和产品的造型设计,两者是紧密地联系在一起的,但侧重点不同。工程设计接近于生产者,而产品造型设计则偏重于消费者,所以产品造型设计应对消费者的需求有深刻的理解,才能完成其设计任务。

3、工业产品设计的具体过程

(1)初期设计

初期设计的视觉表达是草图,它是学生进行二维表达、三维表达、立体模型表达的基础。初步设计构思形成以后,最有效的手段即开始设计草图的绘制,需要同学们手、脑、心并用。当一个新的“形象”出现时,要迅速地用草图的方式把它捕捉下来,这时的形象可能不完整、不具体,但这个形象有可能使构思进一步深化。通过反复思考,就会使较为模糊的不太具体的形象轮廓逐步清晰起来,它是我们具体设计环节的第一步,也是设计的关键一步,因为它是从造型角度入手,渗透设计前期的各种因素的一种形象思维的具体化、视觉化。

(2)设计的展开与优化

要想达到质的转变,必须要有量的积累,在构思阶段,学生设计了3个方案,以便选择,随着方案的增多和积累,我们对设计目标的理解也会越来越深入,为下面的设计方案优选打下基础。这一工作主要包括:功能、形态、人机、色彩、质地、材料、加工、结构等方面。

在设计基本定型以后,需要大家进行正式的设计表现图。INVENTOR等3D软件建好模,赋予材质、灯光,然后从多个角度对模型进行渲染,最后用Photoshop等软件进行后处理得到我们需要的最终展示效果图。

(3)深化设计

绘制所设计产品的三视图:按正投影法绘制出产品的主视图、俯视图和左视图,设计制图为以后的工程结构设计提供了依据,也是对外观造型的控制。

(4)设计报告书

设计报告书是将设计各个阶段的工作进行整理、归纳,并将某些内容图表化,以使设计结果更具说服力。

编写设计报告的要求:

(1)文字、图片、图表、产品设计记录等编排适当。(2)清晰的文字表达。(3)简洁明了的格式。(4)完整有序的安排主题、重点的顺序。

设计报告书的内容大体包括:封面、目录、设计进程表、市场调研、分析研究、设计构思、设计深入、确立设计方案等部分。

(5)设计要求:

在设计时,同学们要注意以下这些要求:创新性、实用性、外观有足够的吸引力、重视人体工程学,操作简单、方便、低污染、节能性、可再利用适宜的材料、高效的生产率和低成本、安全性、具有明确的社会影响力、有益于使用者、耐久性、有效性、设计、技术的独创性及防治伪冒。

三、结束语

面向可制造与可装配的设计是在产品设计阶段设计师与制造工程师进行协商探讨,利用这种团队工作,避免传统的设计过程之中“我设计,你制造”的方式而引起的各种生产和装配问题以及因此产生的额外费用的增加和最终产品交付使用的延误。那么本文的设计方案,就为学生和企业的零接轨,提供了良好的参考方案。

摘要：工业设计发展的历史形象地反映了人类文明的演进,本文就工业产品设计的目的、内容、原则、具体过程等方面进行阐述,运用课堂所讲授方法收集、整理分析产品和从市场需要出发,为我们的学习者提供参考。

关键词：工业产品设计,方案,研究

参考文献

[1]苏晨,周锦琳.论工业产品设计的创意设计与方法[A].土木建筑教育改革理论与实践[C].2008.

[2]宓胜杰,宋红毅,赵庆.工业设计专业教学改革思考[J].常熟理工学院学报.2007(06).

[3]王姬.基于工作过程的工业产品设计专业课程体系构建与实施[J].中国职业技术教育.2011(18).

工业产品设计方案 篇2

一、活动主题

加快工业设计成果转化应用

二、组织单位

主办单位：xx市经济和信息化委员会

协办单位：李沧区人民政府

xx市中小企业公共服务中心

xx市工业设计协会

美国工业设计协会

三、活动时间

20xx年7月25日―8月23日

四、主要板块

面向工业企业、工业设计企业、产业园区和公共服务平台等方面，组织工业设计交流、对接、咨询、培训等系列活动，提高我市设计创新能力。共分六个板块，14项活动。

(一)启动日系列活动

1、20xxxx市工业设计促进月启动仪式

2、工业设计国际论坛

(二)优秀设计展系列

3、xx企业国内外知名工业设计奖项获奖作品展

4、工业设计与智能制造融合优秀成果

(三)工业设计“精品”行动

5、“省长杯”工业设计大赛作品选拔

6、省级以上工业设计中心建设

7、工业设计优秀产品培育

(四)工业设计需求服务对接活动

8、工业设计装备类项目对接合作

9、工业设计消费品类项目对接合作

10、工业设计其他类项目对接合作

(五)工业设计进基层

11、工业设计专家企业行

12、工业设计区市活动

(六)闭幕日活动

13、工业设计需求服务对接成功项目签约

14、设计创新智享会

15、促进月活动总结大会

五、参加方式

市经济信息化委负责20xxxx市工业设计促进月的工作指导、协调和宣传，市中小企业公共服务中心和市工业设计协会负责联系企业及社会各界、具体组织开展相关活动。

工业产品设计方案 篇3

【关键词】技能大赛；培养；方案

职业院校技能大赛与职业教育发展紧密相连，大赛在赛项设置上均融入最新的生产技术要素，代表了行业生产发展水平，已经成为职业教育的一大特色。近年来，各大职业院校均提出了“以赛促赛”、“以赛促教”的理念，工业产品设计（CAD）技能大赛是近年随着CAD/CAM/CAE技术在生产技术领域逐步发展并日趋成熟的基础上开展起来的，它是以CAD技术突显设计者对新应用、新思路、新风格的个人理念。为了在技能大赛中取得优异的成绩，如何培养出技能强劲、思维灵活的选手是一个重要难题。

工业产品设计（CAD）大赛具有难度大、涉及面广、形式灵活的特点，对参赛学生要求高。如果仍然以传递现成的知识为主，采用传习性、因袭式的教育方法，那么学生的创新思维和个性所以被压抑，从而阻碍学生对新事物的探索欲望，制约了学生智力的培养和创造力的发挥。因此，在参赛学生的培养问题上一定要关注到学生潜力的开发、自由个性的发挥。我们可以把培训分为三个阶段，即基础知识掌握阶段、能力提高阶段、自主创新阶段。

1.基础知识的培养

（1）工业产品设计（CAD）技能大赛所涉及到的考核内容主要是工业产品设计基本知识和三维软件的常用功能，对这部分内容我们可以采用递进式培训，即是由简单的操作训练开始。主要培训的内容有草图绘制、高级草图、实体特征建模、零件实体特征辅助建模、曲线曲面特征建模、装配体练习、实体渲染、爆炸图练习、工程图绘制。这一部分内容在培训时在第一阶段培训过程中应将实体特征建模、装配体练习作为重点，因为根据近年大赛的特点，多以大量的零件建模和装配为主，所以这一阶段的练习在大赛中所占的比率在70%左右。

而练习的过程就是一个不断的做各种类型的题目的过程，在这个过程一定要注意的是告诫学生注意细节、不要因为过多的追求效率还导致不应该出现的错误，这样反而浪费了时间。所以“认真、仔细”是这一阶段的重点，我曾经有两名学生在第一阶段的时候，其中一名学生做得很快，但同时他有些粗心，而另一名学生速度慢一些但是及其认真，在自测时，速度快的学生往往会在装配中或数据测算中出现问题，成绩反而不好。粗心大意这个行为习惯是可以改正掉的，但很多时候它是需要我们指出来并强烈要求学生去改正才能达到我们需要的结果。综上所述，这一阶段的关键字是“稳”。

（2）基礎知识中另外一部分的内容主要是机械设计方面的知识，这一部分内容在技能大赛中考核得并不深，所以我们只要在挑选选手的时候从机械类专业中选出学生即可。

2.能力提高阶段

到达这一阶段时，学生已经将各种操作过程练习熟练，并已经基本掌握分析问题、解决问题的技巧，但这还远远不够，我们在这一阶段的目标是能让学生在一看到题目的时候就能迅速分析出解决方案，并找到一条最为快速的通道去到达目的地。在这一过程中，我们需要在开始的时候找出一些具有代表性的题目来给学生灌输多方位思考、快速比较、全盘掌控的理念。那么，在面对某些较为复杂的问题时，学生可能在分析试题时不能清晰的理清思路，往往由于紧张或者追求时间用了更为繁琐的方式，要培养学生能够更为高效的处理问题实际上也是培养学生分析问题。把握全局的能力，这种能力可以通过我们多去传授经验并让学生自身感悟去锻炼，因此，每做完一套题目或者是一道典型题目，大家一起坐下来讨论、分析便成为至关重要的部分，很多老师在训练学生的时候太过于注重自己去教学生而不注重去聆听学生的看法，这是很不妥的。讨论分析不仅能让学生对于解决问题的方案了解得更为透彻，而且也正是我们培养学生学会自主分析、学会掌控全局的有效措施之一，同时它也能使我们和学生之间更加融洽。在这阶段中，我们要体现的是一个“活”字，灵活的交流方式培养出灵活的思维方式。

3.自主创新阶段

工业产品设计（CAD）技能大赛往往会有一道告诉学生基本框架，让学生自由发挥空间去展现一个新的理念的题目。这对于很多参赛者来说往往是丢分点，而这又恰恰是某些优秀学生拉开与其他人距离的地方，要培养学生的创新思维能力不是一蹴而就的。创新是一种高度复杂的智能活动，只有在轻松、自由、民主的氛围中，人们才会产生好奇心，萌发求知欲，才会有创新的意向和行动。凡是因为求知好奇而受到奖励的学生，往往愿意继续进行试验和探索，从而促进智能的发展，产生创新的思想。这就要求我们培养学生的好奇心和求知欲，帮助学生自主学习，独立思考，保护学生的探索精神和创新思维，为学生潜能的充分发挥创造一种宽松的环境。工业产品设计（CAD）技能大赛考题的类型很丰富，多为日常用品，所以我们在后期要多带学生出去“写生”，也就是说带学生到不同的地方先用笔在纸上大致描绘出一个场景中的物品，比如操场上的健身器材，桌子上的水杯，洗手池的水龙头等，然后回到电脑上自行设计它的尺寸进而作出模型图，在这里对于尺寸比例的掌控是初级者认为很大的一个难题，这时候我们加以引导和鼓励慢慢就能克服。其次，我们要让学生多看一些理念作品培养学生的美感和创造理念。在这一阶段中，我们要体现的是“悟”，感悟生活、感悟青春，一个拥有朝气，拥有快乐的学生才能激发出创作灵感。

综上所述，我们在选手的培养中要在不同阶段采用灵活的教学方式去体现“稳、活、悟”三个要点，同时也要依据不同学生的不同基础、不同性格去调整我们的教学思路。和学生建立好一个沟通的桥梁，多去鼓励少去批评，我想我们的学生一定能够不负所望，取得一个好的成绩，赛出他的个人风采。 [科]

【参考文献】

[1]石耀焜.大力推进教育创新培养和造就高素质的创新人才[J].中国高教研究，2001（12）：9～11.

[2]张陈，肖楠，郭维城.应用技能竞赛反哺创新型人才培养模式探索[J].沈阳工程学院学报，2010，6（3）：404～406.

[3]赖超颖.构建学科竞赛体系促进学生实践创新能力提高[J].才智，2009（32）：199.

工业产品设计方案 篇4

煤矿生产调度指挥系统担负着矿山生产指挥任务, 调度指挥系统为日常调度指挥生产提供科学依据, 为抢险救灾提供准确数据、争取宝贵时间。在信息技术高度发达的今天, 如何把生产一线的各种信息及时、准确、高效地收集到一起, 经过科学的处理, 合理地提供给调度指挥人员, 既是工业测控系统整合的一个难点, 又是系统整合的一个重点。调度指挥系统的软件开发是整个工业测控系统的灵魂, 如何对矿山企业已有的测控系统设计统一的通信通道和接口是本文研究的重点。

1 煤矿现有工业测控系统分析

工业测控系统是一个集成系统, 它以矿井各环节的监测监控系统为基础, 并在此基础上实现各系统信息的集成, 形成全矿井统一数据, 以此实现数据的浏览、处理、分析。煤矿常用的工业测控系统包括矿井安全监控系统、洗煤厂集控系统、胶带集控系统、井口考勤系统、压风机监控系统、井下电网监控系统、配电监控系统等。这些监测监控系统基本上都采用集散系统结构, 拓扑结构多采用总线型, 多为封闭系统, 系统中使用的通信协议和信息交换标准都是由自己制定, 严格保密, 互不兼容, 标准五花八门, 十分混乱。每种系统都需要建立自己的网络系统, 造成重复投资, 通信资源利用率低下;系统软件功能比较单一, 动画图形和网络支持能力较弱, 系统开放性差。

因此, 设计统一的数据通信标准和研究相关的数据接口技术是非常必要的。

2 总体规划

建立煤矿调度指挥系统网络平台, 连接各工业测控系统, 与办公网络实行数据单向传输, 防止病毒入侵及人为破坏, 在办公网可以浏览生产数据。

建立包括以下系统的软件平台:技术管理系统、供电系统、排水系统、通风系统、运输系统、大型设备运行管理系统、瓦斯监测系统、人员定位系统、选煤厂集控系统、工作面自动化系统、矿井救灾系统。

建立调度系统软件平台, 在数据服务器数据库的支撑下, 采用功能最为强大和稳定的GE公司开发的IFIX组态软件建立统一组态界面, 将底层数据直观、分层次显示, 做到数据共享。

建立数据服务器, 采用功能强大和稳定的IFIX数据库为中央控制室使用, 以SQL Server 2000数据库作为后台数据库, 统一数据格式, 统一数据传输协议, 采集各系统底层数据, 为调度生产系统、公司调度系统提供数据支持。

现有工业测控系统采用技术手段将底层数据写到数据库指定位置, 供系统集成使用, 新上监控系统必须和现有数据格式保持一致, 写入数据服务器, 由IFIX统一处理数据, 形成一个有机的软件平台。

3 系统整合目的

(1) 建立独立的工业以太网络连接以上各种监测监控系统, 与办公网物理隔离, 防止病毒入侵。以调度室机房为节点, 用光纤连接上述各系统。

(2) 建立工业数据服务器, 把上述各系统底层数据采集到数据服务器, 以数据服务器为支撑平台, 开发煤矿生产系统。

(3) 历史数据存储:数据存储量为2 000点, 时间间隔不大于5 s, 存储时间不小于3个月。系统可方便调用历史数据。

(4) 工业网络与办公网实行数据单向传输, 杜绝病毒对各工业测控系统的入侵, 数据传输速度为2 000点, 滞后不超过3 s。

(5) 办公网设数据服务器, 作为办公网及公司调度系统的数据支撑。

(6) 可根据权限在办公网上查看全矿的生产数据。

(7) 以上系统为生产测控系统预留数据接口, 便于新老系统有机结合。

4 测控系统网络构架和通信接口设计

4.1 测控系统网络总体构架

测控系统网络构架如图1所示。系统基于IFIX组态软件, 建立IFIX后台实时数据库, 并以SQL Server作为系统冗余数据库, 保证组态软件和各类用户高级语言编写的扩展系统接口充足。考虑到系统开发过程的模块化和维护过程简单化以及充分利用已建立好的网络系统, 笔者在现有的控制系统服务器中安装Winsocket服务端通信程序, 将采集的原始实时数据进行OPC、DLL及串口协议等方式转换, 将转换完成的统一格式的点位数据发送至中央控制室, 再由安装于中央控制室服务器上的Winsocket接收端程序和DDE服务程序将接收到的点位数据翻译为DDE点位数据供IFIX处理。

根据定义的通信协议和各子系统的点位数据, 在服务器上的IFIX中添加远程OPC服务器, 定义刷新周期, 动态添加组和数据项, 通过IFIX将实时数据显示出来, 并根据实际情况周期性或者触发性地存储相关监测历史数据到SQL Server数据库。

4.2 各类系统数据接口设计

4.2.1 基于文本数据的接口设计

如某安全监控系统内部预留了2个文本文件, 一个为设备定义, 一个为实时数据, 并且这2个文本文件所在的目录已经进行了共享, 笔者在不改变现有安全监测监控系统正常工作状态的情况下, 对读取到的信息进行解析, 最后将实时数据利用自建的Socket数据发送器按统一的传输协议发送至中央控制室供处理, 如图2所示。

4.2.2 具备OPC服务器的系统接口设计

如胶带集控系统采用了组态王软件为系统软件, 如果具有OPC服务器, 可采用自建的OPC客户端提取实时数据;如果组态软件系统不具备OPC服务器 (如早期版本的WinCC) , 可以通过其提供的DLL数据接口提取实时数据。考虑到系统的维护成本及可靠性, 应采用自建OPC客户接收程序和Socket数据发送器按统一的传输协议发送至中央控制室供处理。具备OPC服务器的系统接口设计如图3所示。

4.2.3 无OPC服务器的系统的接口设计

井下6 kV电网监控系统采用高级编程语言 (如VC) 开发, 没有相应的通用协议, 井上有一台计算机通过串口控制相应的分站, 分站再遥测或遥控井下的设备, 可通过2种方法接入数据:一是直接从计算机的串口上分出一个口, 然后通过这个分出的串口接收原始数据, 最后对该原始数据进行解析并最终显示;二是在该监控计算机上安装一个客户端, 通过自建的Socket数据发送器按统一的传输协议发送至中央控制室供处理。无OPC服务器的系统接口设计如图4所示。

4.2.4 井口考勤系统接口设计

井口考勤系统的数据库为SQL Server, 可以通网络直接读取该数据库, 然后通过网络解析语言 (如ASP等) 显示出来, 并可根据实际情况显示历史数据。

4.3 集控中心数据接口设计

考虑到控制数据的安全性和可靠性, 对网络数据需要进行安全性检查, 对错误的数据要进行分析;考虑到系统的扩展性和多平台系统的操作, 需要对各数据接口编译的数据进行统一化操作, 可将控制数据通过XML技术包装为SOAP数据包统一发送至集控中心, 集控中心的数据接口完成SOAP的解析, 然后将解析出的数据传送至OPC服务器, 读取请求点数据或者将数据写入请求点。如果收到的SOAP包为读取请求, 则根据解析出请求的Item从OPC服务器中读取出相应Item的点位值;如果收到的SOAP包为写请求包, 则判断解析出请求的Item是否可写, 如果可写则向服务器写入数据, 并将数据返回到客户端, 如果该Item不可写, 则发送错误信息给SOAP封装层。结合SOAP封装解析层和OPC客户端层, 中间件数据处理流程如图5所示。

当解析出SOAP包的具体要求后, 就该建立OPC客户程序访问OPC服务器, 实现SOAP包所请求的内容。OPC客户端访问服务器端的过程实际上就是一个典型的客户访问进程外组件的过程。在VC++中设计OPC客户端步骤如下所述:

(1) 初始化COM库, 函数为CoIntialize () ;

(2) 通过OPC服务器的ProgId查询CLSID, 查询函数为CLSIDFromProgID ("", &clsid) , 例如知道IFIX的ProgID为Intellution.OPCiFix, 则通过IFIX的ProgId可以用上述函数得出IFIX的CLSID为OPC Data Access 2.0 Server for IFIX, 得到了CLSID就可以创建OPC服务器对象;

(3) 创建OPC服务器对象, 并查询对象的IID-IOPCServer接口, 函数为CoCreateInstance () ;

(4) 添加一个Group对象, 并查询对象的IOPCItemMgt接口, 函数为AddGroup;

(5) 为Group添加Item, 函数为AddItems;

(6) 读数据, 函数为Read;

(7) 写数据, 函数为Write;

(8) 程序退出, 依次删除Item, 函数为RemoveItems, 删除Group (RemoveGroup) ;

(9) 释放OPC 资源, 关闭COM库。

在VC++中编译OPC客户端程序, 首先要下载OPC基金会发布的头文件资料:opcda.h、opcda_i.c、OpcError.h。将它们拷贝到程序所在文件夹。在这些头文件中定义了所有接口函数, 只需要根据需要调用这些函数即可。以下是在VC++中创建的客户端部分重要代码及其说明[9]。

程序头文件中加入以下代码, 定义各种指针:

Item就是从SOAP请求包里解析出的Item, 接下来根据从SOAP包里解析出的命令要求来操作Item, 或者读取数据或者写入数据。

4.4 数据二次开发

大型现代化矿井生产过程当中产生的数据种类繁多、内容庞大, 可利用数据仓库技术, 深层次地挖掘、分析当前和历史的生产数据以及相关环境的相关数据, 自动快速获取其中有用的决策信息, 为指挥生产提供快速、准确和方便的决策支持。通过对生产和计划的完成情况及相关环境数据进行多角度多层次的分析, 可使企业的决策者及时掌握企业的运行情况和发展趋势, 提高企业的管理水平。

5 结语

本文针对目前矿山企业常用的各类控制系统, 提出了相应的数据接口设计方案, 给出了集中控制的测控系统网络结构, 将现有的监测监控系统在不改变其结构、不影响其性能和正常运行的前提下集成起来, 构建全矿井安全生产综合调度系统, 实现了监测监控系统实时数据的集成, 在煤矿中央调度室就可以实现对全矿安全生产过程及设备状态监测。通过全矿的安全监测内部计算机网络, 各职能部门也可随时浏览各系统的运行状态, 并可对出现问题及时处理, 达到科学、高效管理矿井生产的目的。

参考文献

[1]熊萍, 余忠林.基于Web的矿山企业异构数据库集成系统研究[J].工矿自动化, 2005 (6) .

[2]李学锋, 谢长江.我国矿山信息化现状及发展途径探讨[J].矿业研究与开发, 2004 (6) .

[3]尹洪胜, 钱建生, 华钢, 等.基于CSCW的煤炭企业安全生产调度指挥系统[J].煤炭科学技术, 2006 (2) .

[4]卢建军, 赵安新, 王晓路.煤矿安全综合监测平台的设计与实现[J].西安科技大学学报, 2008 (4) .

[5]龚尚福, 席曼, 李雅玲.信息系统集成与数据集成策略[J].西安科技大学学报, 2008 (2) .

[6]唐传贵.煤矿井下胶带集中控制系统研究与设计[J].电脑知识与技术, 2008 (3) .

[7]李少军.智能集中控制在老矿井储装运系统中的应用[J].煤矿现代化, 2008 (3) .

[8]杨文娟.张集选煤一厂集中控制系统的优化[J].工业控制计算机, 2008 (6) .

[9]魏幼平, 周正, 张广超, 等.选煤厂计算机集中控制系统的发展与现状[J].选煤技术, 2008 (3) .

《第二次工业革命》教学设计方案 篇5

夏邑县韩道口镇一中 陈娟

教学目标

一、识记与理解

列举电力广泛使用的史实，知道电力的应用是第二次工业革命的重要标志；知道本茨和莱特兄弟的发明活动，了解汽车和飞机两种交通工具的发明对人类社会发展的影响；记住第二次工业革命中的重大成果，作出卓越贡献的科学家和发明家。

理解科学技术发展对第二次工业革命的推动作用；初步认识人类迈进电气时代的原因。分析科学技术发展对资本主义经济发展的重要性。

二、能力与方法

通过分析第二次工业革命兴起的原因和对社会生产生活的影响，进一步培养学生分析历史问题的能力。

通过指导学生课前收集、课堂展示第二次工业革命的科技成就，培养学生通过多种途径获取知识的能力和动手能力。通过指导学生将科技成就制成图表，培养学生动手操作的能力。

三、情感态度与价值观

通过分析第二次工业革命的影响，认识科学技术对推动社会进步发挥的巨大作用，让学生认识到科学技术是第一生产力，并认识到学习科学技术文化知识的重要性。

通过分析新的科技发明带来的利与弊，认识到发展经济要处理好发展与可持续发展的关系，实现人与自然的和谐统一。

通过讲学习爱迪生发明电器的故事，认识电器的广泛使用对提高人类社会生活质量的重要作用。

通过对一系列科学家、发明家科学贡献的介绍，尤其是分析爱迪生成功的原因，培养学生爱科学、学科学及刻苦钻研、勇于创新的科学精神。

教学重点和难点

一、重点：科技成就和第二次工业革命

二、难点：第二次工业革命的影响 课型 新课 教学准备

教师制作多媒体课件；学生课前预习课文，通过上网等方式查阅资料，分电力、电讯技术、交通运输三组收集第二次工业革命期间的科技成就。

教学方法

讲解法、讨论法、谈话法等。教学时间 1课时 教具

多媒体课件

教学过程

１

一、导入新课

师：亲爱的同学们，我们今天将进入一个充满创造力的世界，看人类灵魂的智慧之光是如何点亮了我们的生活，如何让我们在广袤的大地上潇洒地行走，在湛蓝的天空自由地飞翔！让我们进入本学习主题的第二课——第二次工业革命。（幻灯展示标题）

让我们先来看一段影片，结合大家预习的内容，你认为你看到了什么？会想到什么？（播放剪辑视频《寻秦记》中引发雷电一段）

（从学生喜欢的电视剧导入，结合得很有趣，可以很好地激发学生的学习兴趣）师：对了，似乎我们在影片中看到了电的开发应用，可这与事实相符吗？

是的，这只是虚构的情节。那么，出现这项伟大发明的第二次工业革命时期，到底具备了哪些客观条件呢？

二、学习新课

（一）第二次工业革命的兴起

师：（引导学生回忆上节课第一次工业革命概况）18世纪60年代，第一次工业革命首先在英国开始，迅速席卷世界。资本主义实现由工场手工业阶段到大机器生产阶段的一个飞跃，人类进入工业文明的新时代——蒸汽时代。

师：（继续引导）在工业革命的促进和推动下，科学技术飞速的发展，新技术、新发明、新理论层出不穷。那当科学技术发展到一定程度，又会对工业革命有何作用呢？请大家阅读教材第112页正文第一段与阅读部分内容思考这一问题。（学生通过思考这一问题，完成对第二次工业革命原因的理解，并且完成对辅栏“科学技术发展与第二次工业革命关系”的学习）

[学生阅读教材思考并回答] 师：（幻灯片展示：科学技术与工业革命相互关系结构图）工业革命推动了科学技术的发展，科学技术应用于工业部门，极大地提高了生产力，而不断提高的生产力要求技术革新，既而引发了新的工业革命。自然科学的新成就为19世纪70年代开始的第二次工业革命奠定了科学的基础。

（如果学生的回答提到其它方面原因，如资本主义制度在世界范围内的最终确立；资本主义世界市场的初步形成；劳动力的增加，工人素质的提高等方面的内容，老师应当积极肯定。）

（二）第二次工业革命的成就

师：第二次工业革命以比第一次工业革命更加迅猛之势迅速席卷全球，取得了众多重大的成就。现在我们就一起来感受一下科学家们刻苦钻研的精神和这些伟大成就带来的重大好处。我们是以三大学习小组为单位分别下去收集第二次工业革命期间的科技成就的，现在让我们进入“我行我show!”时间，请各组代表上台展示相关成果。

1.电力的应用

师：（幻灯片展示列宁的话：“电力工业是最能代表最新技术成就，代表19世纪末20世纪初的资本主义的一个工业部门。”）列宁为什么认为电力工业如此重要呢？

希望第一学习小组的代表在展示的过程中能够为我们解答以下三个问题：

1、电是如何发现的？

2、电力是怎样进行应用的？

3、电力作为一种新能源，与蒸汽动力相比有哪些优点？

师：（如果学生的回答不完整，老师加以补充；如果回答超出教材范围，老师应积极肯

２ 定。老师幻灯片展示：理论基础：电磁感应现象—法拉第；电力应用：发电机、电动机、电灯、电车、电钻等。电磁感应现象在初二物理中已经学习，老师可以引导学生在阅读“史海拾贝”的基础上回忆，加强学科间的纵向联系。）先进的电磁学理念被发现后，很快应用于生产实践，带来了社会生产领域的一系列变化，发电机、电动机应运而生。（学生再次体会科学技术的飞速发展，引发了第二次工业革命。）

电力是一种优良而造价低廉的新能源，比蒸汽动力更加强劲，而且环保，因此在生产生活中迅速得到广泛应用，电动机逐渐取代蒸汽机，这是社会生产力显著提高的表现。电力的广泛应用，还促成了一大批新兴工业部门的诞生，如化学工业、钢铁工业，这从根本上改变了生产的面貌，由此，人类历史从蒸汽时代进入电气时代。

2.电讯技术的兴起

师：电力的广泛使用，为信息时代的到来提供了基础。随着经济的发展、社会的进步，人们要求进一步加强联系，电讯事业在这一时期也得到了迅速发展。

我们先来看一段影片的展示。（播放剪辑视频）

这一段电影片段为我们展示了二十到二十一世纪电讯技术的发展情况，我们却不知道电讯技术是如何兴起的，掌声有请第二组的代表来为我们揭晓答案吧！

[负责收集电讯技术的一组同学收集成果展示]

师：（肯定学生表现，幻灯片展示：电讯技术：电话—贝尔、无线电报—马可尼。同时出示贝尔试通电话、无线电穿越大西洋实验的图片）电话和无线电报的发明是近代电讯技术的重大成就。（如果学生展示太简单，教师可补充：1880年，美国已有4.8万门电话机在使用。发展到今天，不仅有有线电话，还有无线电话，如移动电话、视屏电话等。近代电讯事业的发展，为快速传递和交流信息提供了方便。从此世界各地的经济、政治和文化联系进一步加强了。时至今日，已进入信息时代。

师：大家还记得中国近代通讯技术的发展情况吗？（引导学生回忆八年级上期“近代社会生活”一课的知识，加强中外历史之间的联系，培养学生中外结合学习历史的方法。）中国自行架设的第一条电报线于19世纪70年代出现在香港到上海之间，1877年在上海租界内首先使用了电话。

3.汽车和飞机的发明

师：第二次工业革命是以电力的广泛应用为标志的，这一时期，还有一种新能源----石油，被人们广泛使用起来，这与内燃机的创制是分不开的。内燃机的发明，引发了交通运输领域的革命性变革。我很期待第三学习小组的代表在展示的过程中能为我们解决这几个问题：

1、动力机的变革情况？

2、内燃机与蒸汽机相比的优点？

3、交通工具的变革？

３ [负责收集交通运输的一组同学收集成果展示] 师：（肯定学生表现，引导学生回忆第一次工业革命蒸气机的改良和火车、轮船的发明，体会“汽轮时代”与“铁路时代”的交通状况，巩固所学过的知识。幻灯片展示：动力机变革：内燃机（柴油机）—狄塞尔）内燃机的创制，是第二次工业革命时期动力机技术上的一个重大成就。

[学生比较内燃机与蒸汽机的优劣，认识到内燃机取代蒸汽机是生产力发展的表现]

师：（总结学生讨论意见指出）过去的蒸汽机烟尘很重，污染环境，发出惊天动地的响声，因为要携带充足的煤和水，非常笨重，操纵不灵，还经常出事故，现在被干净、能量大，携带方便的内燃机淘汰是必然的。尤其是柴油机非常适用于重型运输工具，解决了交通工具的发动机问题，引起了交通运输领域的革命性变化。

（幻灯片展示：交通工具变革：汽车—卡尔·本茨、亨利·福特，飞机—莱特兄弟。并展示 “坐在汽车上的福特”，三轮、四轮、现代汽车的对比图片，“在飞机上操作的威尔伯·莱特”的图片）汽车的发明让许多国家都开始建立汽车工业，到第一次世界大战前夕，世界的汽车产量猛增到每年50万辆以上。中国直到20世纪初才在香港、天津等大城市出现电车和汽车。一战时，飞机作为新的交通运输工具大量投入战斗。中国人自己的飞机是由冯如发明的。（可以引导学生阅读教材的小字部分，了解人类研制飞行器的过程。）

师：通过同学们的辛苦收集，我们对第二次工业革命期间的科技成就已经有了比较深入的了解。刚才是代表动口，接下来是大家动手！（巩固所学知识，突出重点）

[自己动手：学生设计第二工业革命期间的科技成就图表]要求：

1、所设计的表格形式不拘，可以把第二次工业革命期间的重要成就及相关要素都能填进自己设计的表格。

2、思路清晰，突出创意，动作迅速，当堂展示。

（老师注意对学生进行指导，对学生的表现给予肯定，鼓励学生动手解决问题。优秀的设计作品投影展示，作者介绍自己的设计思路。）

师：大家的创意的确让老师获益菲浅，表格内容课后完成。（小结学生表现，幻灯片展示第二次工业革命成就表，全班共同完成填空项目。）

类别

时间（年）

姓名

科技成就

国籍

电力 1831年

法拉第 英国

４

19世纪70年代

发电机、电动机

电灯、电车等电气产品相继问世

电讯技术 1876年

电话

英国

19世纪90年代

马可尼

无线电报

意大利

交通运输

19世纪90年代

狄塞尔

德国

1885年

汽车

德国

1896年

亨利·福特

美国

1903年

飞机

美国

（三）第二次工业革命的影响

５ 师：通过刚才的学习，我们知道，与第一次工业革命相比，第二次工业革命发展的速度更快，直接参与的行业和国家更多，因此其产生的影响及其深远。现在我们就按照收集资料的小组分别讨论一下自己小组负责收集的科技成就所带来的影响。

[学生分组讨论第二次工业革命的影响]（这一问题是本课的难点，让学生讨论科技成就的影响更加形象具体，而且由于讨论的是自己在课前收集过的成就，已经有自己的认识，讨论的兴趣更高，难度更低，最后通过总结各组的影响，得出第二次工业革命的影响，从而突破难点。）

师：（肯定学生的表现，总结指出）第二次工业革命期间，电力的广泛应用，从根本上改变了生产生活的面貌，人类历史从蒸汽时代进入电气时代，所以第二次工业革命也以电力的广泛应用为主要标志。近代电讯技术的发展，为快速传递和交流信息提供了条件，从此世界各地的经济、政治和文化联系进一步加强了。汽车和飞机的发明则大大扩大了人们的活动范围，提高了生产能力。总的来说，第二次工业革命，大大促进了资本主义经济的发展，提高了社会生产力。（在基础好的班级，老师可以补充：第二次工业革命也导致了垄断和垄断组织的产生，让资本主义的对外经济掠夺更加严重；主要资本主义国家逐渐进入帝国主义阶段；也让资本主义列强之间的经济发展不平衡加剧，最终导致了人类历史上一场空前的浩劫：第一次世界大战。）

师：所以我们常常说：“要用辨证的眼光看待事物的发展。”科学技术的发展确实给我们的生活带来了极大便捷，可一位历史学家却说了这样一句话：

（幻灯片展示：“文明人跨过地球表面，在他们的足迹所过之处留下一片荒漠。”新科技成就的发明确实给我们带来了好处,但对自然界的破坏也是显而易见的，我们就以“汽车发明带给我们的利与弊”为题谈谈你对这个问题的认识。

[学生活动：“灾难还是快乐”，学生以汽车为例讨论科技发明带来的利与弊]

师：（肯定学生发言后总结指出）科技发展推动着社会进步，给生产生活带来了方便，但科技发展往往又造成环境的破坏，带来各类污染，因此要尽力减少和消除它带来的消极影响，处理好发展与可持续发展的关系，实现人与自然的和谐统一。如果因噎废食，放弃发明创造，放弃人类对进步文明的追求，那就如同古猿群一直在森林里“可持续”发展到今天，便只会多了更多的猿类，而不会有人类了。

所以，我们把一位拥有多项发明，使人类的生活更加丰富多彩的美国人尊称为“发明大王”，而绝不是“破坏大王”，他就是——

（四）“发明大王”爱迪生

师：学习这一目内容，请大家自己阅读，并结合平时对爱迪生的了解，参照课后学习活动，讲爱迪生的故事。以前后两桌同学为单位，老师巡视的过程当中听到特别精彩的向全班同学推荐。要求：讲的故事中包含这三个问题：

1、爱迪生为什么被称为“发明大王”？

2、爱迪生一生中有哪些重大发明？

3、爱迪生为什么能成为“发明大王”？尤其是第三个问题。

（学生分组讲述，选一到二个代表上台讲述。）

６ 教师总结：

（幻灯片展示“爱迪生发明的耐用电灯泡”、“电灯照耀下的柏林街景”图片，总结指出）爱迪生一生之中有近2000项发明，取得1000多项发明专利权，其中最著名的有电灯、电话机、电车、留声机、电影摄影机、碱性蓄电池等，他的发明创造改变了世界，丰富了人类的物质文化生活，大大推动了人类社会历史的进步，人们称赞他是“打开电气时代的领袖”，是把“电”的福音传播到人间的天使。所以被称为“发明大王”。

（幻灯片展示：天才是百分之二的灵感，百分之九十八的汗水。）

师：（简单总结）任何伟大发明的诞生，都应从三个方面考虑：当时的社会环境（政策、风气）；人类文化智慧的积累（前人的探索）；发明家的不懈努力（观察、积累、选拔、吸收、融合、创新）。尤其是发明家自身的不懈努力，刻苦钻研、勇于创新更是成功的关键。

三、课堂延伸

师：今天，我们就拥有这些客观条件。现在正处于世界第三次科技革命时期，如何在新的一轮创新浪潮中脱颖而出，奏响时代的最强音呢？[幻灯展示：我该做些什么？]

（学生畅所欲言）

师：朝着你们的目标努力吧，无数的“大王”将在我们中间诞生！

教学后记

新课程倡导学生的主体地位，调动和发挥学生的积极性，在学习过程中主动参与，通过多种途径获取历史知识，学以致用，解决社会现实问题。本课在设计之时，就以这种理念为指导，争取反映出新课程学生为主体，教师是学习过程中的主导者、合作者、参与者、促进者的先进理念。

第二次工业革命是资本主义发展史上一次重要的技术革命和社会关系的变革，对世界历史的发展有着深远的影响，它推动资本主义进入到一个成熟稳定期。当时的许多科技成果在今天仍发挥着巨大作用，因此在设计本课时争取加强与现实生活的联系，从一些学生熟悉的环节入手，激发学生兴趣。

在课前准备环节，我让学生课前预习课文，通过上网等方式查阅资料分组收集第二次科技革命的成就。这样设计主要是因为本课知识性内容较多，学生在收集信息的过程中既有了初步的认识，也激发了学生进一步学习的兴趣。而且在学习工业革命的成就时，学生通过收集成果展示，既成为了课堂的主体，掌握了基础知识，也可以激发学生动手的积极性。

在新授课中，本课的设计将教学内容的结构作了一个小的调整，从工业革命的兴起、成就、影响三方面来学习，最后通过总结爱迪生的成功经验对学生进行情感教育，学以致用。这样一来，增强了教学内容的逻辑性，学生也便于理解。

７

第二次工业革命的科技成就是重点，因此本课在设计之时，一方面通过学生的课前收集、课堂展示主动学习，另一方面，通过学生设计科技成就的图表加以巩固。工业革命的影响是难点，因此让学生分组讨论科技成就的影响更加形象具体，而且由于讨论的是自己在课前收集过的成就，已经有自己的认识，讨论的兴趣更高，难度更低，最后通过总结各组的影响，得出第二次工业革命的影响，从而突破难点。

本课设计之时另一特色是注重对学生的情感教育，从“科学技术是第一生产力” 到“处理好发展与可持续发展的关系，实现人与自然的和谐统一”，再到“学习科学家们刻苦钻研、勇于创新的精神”，先后设计了三个对学生进行情感教育的环节，充分发挥历史教学在情感教育上的特有优势。

尤其是本课采取的课前收集、课堂展示的方法很好地活跃了课堂气氛。每个班每个学习小组的代表都带给我们极大的惊喜。这个过程中可能会出现部分学生偷懒的情况，对教师驾御课堂的能力要求较高，如学生展示的内容偏离主题等，需要教师及时纠正。

工业设计与工业制造的关系 篇6

关键词：机械；制造业；工业革命；现代工业；设计思潮

中图分类号：TB47文献标识码：A文章编号：2095-4115（2014）08-112-1

许多工业设计的准则早在工业社会之前就已经建立起来了。从设计的萌芽阶段，即从旧石器时代一直延续到新石器时代，由于当时生产力极其低下，并受到材料的限制，人类的设计意识和技能是十分原始的，工匠常常是集设计与制造为一身的。原始人类利用天然的石块或棍棒作为工具，打制出较为粗造的石器，当时人类的设计是在满足生存最基本的需要的工具的基础上发展起来的。

然而，一旦最基本的需求得到了满足，其他的需求也会不断涌现。产品的生产与制造就有保障生存发展到了使生活更为舒适，更为有意义。于是，人类便由设计的萌芽阶段走向了手工艺设计阶段。这个时期，在设计的各个领域，如陶瓷、家具、交通工具等方面，都留下了无数的杰作。这些丰富的设计文化正是我们今天工业设计发展的重要源泉。由于手工业阶段生活方式和生产力水平的局限，设计的产品大都是功能较为简单的生活用品，其制造方式主要依靠手工劳动。生产者和设计者往往是一个人。

这个时期，生产者可以有自由发挥的余地，制造出的产品具有丰富的个性和特征，而装饰成了体现设计风格和提高产品身价的重要手段，这一点与现代批量生产的方法是完全不同的。由于设计、生产、销售的一体化，是设计者与消费者彼此非常了解，这就在设计者与使用者之间建立了一种信任感，使设计者有一种对产品和使用者负责的责任心。此时的实际与制造是一体化的。

文艺复兴时期的工业设计更是增加了科学性，并有较大的发展，各种工程技术、机械的发展相当发达。技师们勤苦研究运输方法、军用机械及水利工具等，以求提高生产效率。文艺复兴的巨匠达芬奇甚至设计了飞行器，并绘制了飞行器的结构原理图，但是因为条件所限，未能建造。建筑师桑加洛在1465年的笔记里画着12种建筑用的起重机械，而且都使用了复杂的齿轮、齿条、丝杠、杠杆等。

17世纪中叶到19世纪，资产阶级革命使一切都处于动荡之中，不仅打破旧的生产关系，解放了生产力，促使了科学技术的进步，而且也克服了长期禁锢思想意识的封建传统教条，使资本主义启蒙思想得到传播。工业设计的发展是与资本主义经济增长紧密联系的。工业革命后，新材料、新技术和新的功能要求不断出现。更重要的是，随着社会的富足和批量消费成为现实，商业得到很大发展，设计成了工业过程劳动分工中的一个重要专业，并成为社会日常生活中一项重要内容。设计的思潮也开始转变。至此设计与制造业逐渐分体。新旧思潮开始斗争，新的技术与功能不断促进设计风格的变化。

产品的设计与投产之间的时间延长，生产过程也标准化了，导致了对产品进行仔细规划的风气，设计师的作用更加受到重视。而在这一阶段设计与产品密切相关的有名人物并不是艺术家或者设计师，而是诸如切普代尔、魏德伍德和保尔顿这样的企业家和发明家，他们率先在艺术与工业之间架起了桥梁。在19世纪，机械化一直是人们讨论设计理论与实践问题的焦点。人们一方面为机制产品寻求一种合适的美感，另一方面也是在思考机器对社会各方面带来的深远影响。

两次世界大战之间的年代是现代工业设计在经历漫长的阶段之后走向成熟的年代。在这时期，设计流派纷坛，杰出人物辈出，推动了现代工业设计的形成与发展，并为第二次世界大战后工业设计的繁荣奠定了基础。战后的工业设计无论是在设计上还是在理论上、实践上和教育体系上，都有极大的发展，与工业设计密切相关的一些基本学科，如人机工程学、市场学、设计心理学，都得到了发展和完善。而制造技术也在二战后得到迅速发展，制造业的发展让设计更好地发挥到极致。

产品造型设计是在研究人机协调，并运用艺术规律和科学技术手段，设计和塑造产品形态的一种创造性活动。而中国的设计正处在一个尴尬境地，作为制造大国，却很少有高新科技产品，设计型人才创新能力低下。目前世界每10双运动鞋中有1双是“中国制造”，电脑整机95%以上的零件在中国加工。中国制造在为国际知名品牌“打零工”，收获漂亮数据的背后，却是中国制造缺少自主品牌、受制于人的尴尬现实。美国人说“重视设计，可以富国”，苹果公司的产品风靡全球。其手机或平板电脑是市面上很具设计感的产品，苹果公司在iPhone的设计中创意地引进了Multi-touch触控屏幕、重力传感器等，加上其独特的使用接口设计，让iPhone一举在操作界面上大幅领先其他品牌手机。

综上所述，工业设计与工业制造相辅相成。制造技术是设计实现的基础，设计又是提高制造效率和产品质量的关键。所以工业设计在现代制造业中的作用不容置疑。设计是一种生产力，能够提升品牌、促进销售、提高消费者满意度。中国制造要摆脱“世界工厂”的困境，就必须打造属于自己的品牌。

参考文献：

[1]何人可编著.工业设计史[M].北京：北京理工大学出版社，1991.

[2]刘观庆主编.工业设计资料集[M].北京：中国建筑工业出版社，2007，10.

[3]王受之.世界现代设计史[M].北京：中国青年出版社，2002，9.

作者简介：

简析工业结构设计具体实施方案 篇7

1 工业结构设计应当遵守的基本原则

由于工业结构需要承受更多的荷载, 面对更复杂的受力情况, 因此在对工业结构进行设计时需要比民用建筑结构设计标准要求更高, 更需要严格遵守安全、质量、经济、规范的基本原则。在设计中要严格按照建筑结构荷载规范和工艺设备专业提供的各层荷载进行设计。只有将安全作为设计的第一原则, 将保证工程设计施工质量为主要内容, 以国家现行相关规范和规定为依据, 充分注重设计方案的经济性与合理性, 才能使结构设计符合现代工业结构设计标准和相关要求, 做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量。

另外, 在进行工业结构设计时, 还需要依照一定的数据信息作为设计判断依据。这些数据信息包括的范围面较广, 主要集中在水文地质、气候环境和抗震性能等几方面。尤其是抗震设计, 更是工业结构设计工作的重中之重, 必须要认真对待, 科学设计。

2 工业结构设计中主要结构的具体实施方案

2.1 基础结构设计

基础结构是工业厂房的重要组成部分, 承受着全部的荷载和垂直作用力。在对工业厂房的基础结构进行设计时, 需要充分结合实际情况, 结合本厂区的地勘报告正确选择基础类型确定基础设计方案。尤其是在一些投资规模较大, 厂房占地面积大或水文地质条件较为复杂的情况下, 更应该充分结合实际条件和具体需要, 采用最适宜的基础处理施工方案进行设计施工。例如若工业结构需要承受的荷载较大, 但是厂房所在地又属于软弱地基, 则必须要采用相应的桩基设计方案, 以进行基础设计工作。当然, 在具体的设计实施中, 还需要考虑到多方面细节, 如混凝土的强度等级选择、基础结构配筋率大小等等, 这就需要结合实际的工程进行合理设计。

2.2 梁板柱结构设计

梁板柱结构是工业厂房的主要承载结构, 承受着整个工业建筑的大部分荷载, 甚至是所有荷载。因此为了保证设计方案的可靠性和厂房结构的稳定性, 一般都要求采用混凝土强度等级较大、钢筋密度大的梁柱设计方式进行梁板柱结构设计。但是在实际工程实施中, 若配筋率设计过高, 会给钢筋绑扎和混凝土浇筑振捣施工带来很大影响。为了解决钢筋密度设计和施工可行性之间的矛盾, 在梁板柱设计时应采取增加梁截面、控制配筋率的方法, 尽量让上层钢筋的配筋率低些, 保证施工的顺利进行。在正常荷载情况下, 配筋率应以1.6%以下为宜, 以便于形成塑性铰。另外, 除大挑梁外, 应尽量将设计成等截面的挑梁, 由于挑梁自重较小, 等截面的设计能够避免给施工带来困难。过梁的设计可以参考标准图, 但需要注意交待清楚原因、方法和图号, 如果过梁不能满足荷载的要求, 需要予以加强, 如果不能满足高度要求, 应予以加高。对于砌体结构地梁、圈梁与构造柱要整体浇筑, 以加强结构的抗震性能。

现浇板设计通常使用PMCAD软件来进行, 不仅能够提高设计速度, 还能够避免笔误。工业建筑结构中由于次梁布置的不规律, 板的种类很多, 不少板配筋的钢筋号数量繁多, 查找十分困难, 因此可以在进行配筋时进行归类, 最后用平法出图。需要注意的是, 砌体结构应避免负筋过大, 以免增加砖墙受到的附加弯矩。使用PMCAD软件时需要注意以下几点:单向板与双向板的计算方法不同, 根据板的跨度给定板厚, 按着软件给定的方法进行计算;厚薄板相接需要考虑薄板支座的问题, 降低厚板支座配筋, 并应提高跨中配筋, 非矩形板也应采取此方法。

2.3 预埋件设计

工业结构需要安装许多设备, 因此需要许多预埋件, 设计人员需要明确埋件的规格、尺寸、具体的埋设位置等信息, 以免漏埋给施工带来不良的影响。埋件的选择需要注意满足实际使用的需要, 以免上吨重的皮带拉紧装置却使用构造埋件的情况发生。

2.4 钢结构设计

工业结构中的钢结构数量很多, 在设计时需要以施工方便为重要原则。以某工程为例, 该工程的堆蓬结构斜梁与柱连接处选择高强螺栓, 然而实际安装过程中发现力矩扳手难以完全使用, 给施工带来了麻烦。如果在设计阶段重视施工的便利性, 换一种合适的连接方式, 便能避免这一问题。又如许多工程中管理人员、工人对于高强螺栓的放置不重视, 导致螺栓破损、生锈, 影响螺栓的正常使用。

2.5 楼梯结构设计

工业结构的楼梯设计需要考虑办公楼、宿舍等的功能需要, 对于不同的功能建筑, 采取适宜的楼梯结构。在楼梯设计时需要以便于施工、实用、美观等原则, 注意楼梁与楼板间的距离, 做好楼面板与楼梯板的衔接。如果板式楼梯设计的跨度大于5m, 应加大反拱, 以免挠度不够。

在工业结构设计中, 常常选用钢梯作为厂区楼梯, 具体形式可以在图集中选择, 但必须重视搭乘钢梯的舒适度。例如在某工程中设计人员先确定了楼梯平台标高, 然后结合梯段高差等选择钢梯, 而结构设计人员没有在设计混凝土框架梁时注意楼梯净空高度的问题, 实际净空高度仅在1.6m, 人员完全无法通过, 只能割断已经安装完毕的钢梯, 打掉浇注完毕的休息平台, 重新设计、施工, 造成了时间、资金、人力方面的浪费。由此可见, 设计人员需要积极沟通, 及时协调, 才能有效避免相互干扰的情况发生。

结束语

总之, 在现代工业结构设计中, 设计人员必须要充分认识到工业结构设计的特殊性, 并结合其实际条件和具体需求, 依照安全、经济、质量、规范的基本原则, 以专业的知识体系和丰富的设计经验, 来合理设计最佳的工业结构设计具体实施方案。尤其是在工业越来越发达, 工业生产形式越来越多样化的今天, 不断提高工业结构设计水平, 提高工业厂房施工质量更是未来工业发展的必然要求。

摘要：在工业生产的基础设施条件中, 往往对厂房建筑的施工质量要求较高。这是因为工业厂房结构需要承受的荷载要比普通住宅建筑大, 并且在大多数工业生产中, 机械设备的运转会产生一定的轰鸣和振动, 从而引起一定的地震作用, 也会对厂房结构造成较大的作用力。若工业厂房的建筑结构设计部能够满足这些力学要求, 则势必会影响到工业生产的安全性。现本文中就主要通过分析工业结构设计的基本原则, 来从基础结构、梁板柱结构、楼梯结构、预埋件结构和钢结构等五个角度分析了其具体的实施方案, 以供参考。

关键词：工业,厂房,结构设计,实施方案

参考文献

[1]GB 50010-2002, 混凝土结构设计规范[S].

[3]GB 50007-2002, 建筑地基基础设计规范[S].

工业产品设计方案 篇8

不锈钢管厂主厂房采暖面积212 544 m2,厂房高度基本为14 m,内部生产工艺以轻体力劳动为主。由于厂房地处太钢公司区域外,外部能源介质条件受到严格限制,在设计之初就应在各方面广泛细致考虑采取节能措施,以达到降低生产成本、增强产品竞争力、满足国家目前大力提倡的节能减排要求。而主厂房采暖无疑是钢管厂一项能源消耗大户,如何降低采暖能耗、以最低的投资达到满意的采暖效果就是钢管厂节能设计的重中之重。

1主厂房采暖设计对建筑结构的要求

主厂房的采暖负荷及所需的热源量是与建筑和结构专业密切相关的,想在采暖方面达到所需温度又降低能耗节约成本,必须在建筑结构上采取相应的节能措施。

根据钢管厂热源情况,对结构保温性能提出要求:1)墙体需采用100 mm厚、容重32 k的玻璃棉板或类似材料,最终墙体总体传热系数应不大于0.472 W/(m2·℃);2)屋面采用50 mm厚挤塑板或类似材料,最终屋面总传热系数应不大于0.673 W/(m2·℃);3)厂房侧墙开窗面积应不大于33.6 m2/柱距,总传热系数应不大于5.931 W/(m2·℃);4)主厂房通风应采用机械通风或可控自然通风装置,尽量不采用无控自然通风,墙体外窗及炉区设置的天窗应设置可在地面操控的电动开闭装置,以减少不可控的通风量;5)所有厂房封闭接驳处应尽量保持严密,不应存在缝隙与缺口,以减少室外冷空气侵入渗透量;6)厂房通风换气次数冬季应严格保持在0.5次/h,否则采暖热负荷将大幅增加。

2厂区热量平衡及热源选择

2.1 需热用量

建筑结构采取上述节能措施后,根据工艺提出的冬季采暖温度要求(大部分厂房内10 ℃,成品原料库房5 ℃,修磨跨15 ℃),对主厂房冬季采暖热负荷进行计算,计算结果为:21.254 kW。折合需用蒸汽量:30.5 t/h;考虑到厂内附加建筑、管路及设备热损耗、大门开启等等因素,需用蒸汽量应取1.15倍系数,为35 t/h。

钢管生产工艺中,酸洗流程需加热酸碱液及清洗水,以加速生产时间保证产量,故须用大量蒸汽。根据目前酸洗专业提资,正常生产时,蒸汽耗量为14.5 t/h;最大用量发生在生产初始运行全部加注冷酸碱液时,此时耗量为21.3 t/h。考虑到生产用汽最大量发生时间可以与冬季最冷期错开,亦可暂时降低主厂房采暖温度牺牲部分舒适感以保证生产,故冬季正常时蒸汽总量应该可以满足最大量时的需求。

总计需用蒸汽量:夏季正常需用量为15 t/h,最大用量为22 t/h;冬季为50 t/h。

2.2 热源方案

目前厂区内蒸汽供应,根据炉子专业初步提资,七座加热炉加装余热锅炉后最大总产汽量为4 t——尚不能满足生产工艺所需正常量的1/3,蒸汽供应量严重不足,缺口达46 t/h。

根据热能需求量与供应量的情况,余热锅炉自产汽为4 t/h,剩余部分现有如下方案可供采取:

1)设置天然气锅炉。共设置天然气蒸汽锅炉3台,每台蒸发量20 t,夏季1台减负荷运行,冬季3台同时开启运行。厂房采暖用热水由建在锅炉间内或附近的汽水换热站供给,生产用蒸汽介质由外线管路送至用汽点。当厂房采暖采用热水介质时,可就地设置汽水换热设备,集中回收蒸汽凝结水,回收比例及品质可得到充分保证。此方案优点:可充分保证厂区内的所有蒸汽用量,同时,由于设备容量大于所需量,可同时向附近需用用户外供蒸汽。初步估算,此方案锅炉设备投资为346万元/台×3台=1 038万元;锅炉房(面积为33 m×20.4 m,高度10 m)建设费用:80万元;换热站建设投资:3台14 MW换热设备投资50万元/台×3台=150万元;20 t凝水回收装置3套,投资为:18万元/套×3套=54万元。总投资约为:1 322万元。

2)利用余热锅炉补燃。由于厂房内有7座加热炉可产余热蒸汽,利用其烟道设置天然气燃烧装置进行补燃,提高蒸汽产量,使其总体产量达到所需。此方案优点:占地小、能够充分利用加热炉烟气余热,回收部分热能。缺点是:在冬季工艺生产不需开加热炉时,为保证采暖,加热炉也必须工作补燃。同时,为保证夏季补燃量小时能够利用余热产汽,单台炉子补燃量不宜做得过大。经了解,补燃量为5 t～6 t以下较适宜。此方案余热锅炉设备投资约为2 100万元(仅含余热锅炉增加部分),为供应主厂房采暖热水所需换热机组投资约18万元/套×7套=126万元,凝水回收装置投资为12万元/套×7套=84万元。总投资费用为:2 310万元。按照每台加热炉补燃5 t蒸汽量考虑,则生产用汽可充分保证,但冬季厂房采暖所需热量仍存在15 t蒸汽量的缺口。

3)设备循环冷却水的主要用途为吸收设备运行时散发的有害废热,通过冷却降温装置散热后循环使用。根据给排水专业初步提资,目前循环水量达2 569 m3/h,设计进出口温度(夏季最高温):45 ℃/35 ℃。经计算,冷却水中含有的废热量最大可达29 817 kW,折合蒸汽量达42.6 t/h。此部分废热若能够提取,将有力缓解钢管厂热能供应不足的局面,同时在节能减排、减少能耗、降低生产运行成本方面起到关键作用。但是其中问题也是极其明显的:首先,循环水进出口温度低,直接利用存在诸多不利因素,若新建水源热泵设备提取热量,则投资很大,且运行需消耗大量电能;其次,冬季环境温度低,各设备发热量必然会增大散失,冷却水温度及温差无法计算,参照冷轧厂循环冷却水系统运行情况,其冬季温度仅有27 ℃左右;第三,冷却水量随生产变化而波动,不宜作为稳定热源使用;同时,由循环水系统中切出一部分,会使该系统运行复杂化,甚至影响生产;第四,考虑存在冬季停产检修情况,采暖设备需加装辅助采暖措施。

3采暖方案

根据热源情况,主厂房采暖方式可采取如下几种:

1)蒸汽暖风机采暖方式。根据主厂房热负荷情况,可采用蒸汽暖风机采暖方式。其中又可分为大型落地式暖风机与小型暖风机采暖方式两种。

根据资料,目前大型落地式暖风机最小的设备参数为风量10 000 m3/h,散热量131 kW;由于其出口射流长度不大于15 m,其热风覆盖范围为706 m2,相应负荷仅需70 kW,远小于暖风机散热量,同时,此种暖风机还存在价格较高、不宜较大冗余量配置,外型高大、需占据地面空间,蒸汽凝结水出口较低、回收困难等等诸多不利条件,故本次设计不予推荐。

小型暖风机方式:此方案采用单体设备体形较小的小型暖风机,吊挂在柱上3.5 m～5 m标高处安装,设备单体散热量较小,凝结水可疏放至凝水总管道内分区域集中收集,且直接采用蒸汽介质可省却换热站设备及站房投资;缺点为此种设备出口风速较低,暖风覆盖面小,但价格较低,冗余配置量可加大。故暖风机采暖方案推荐采用小型蒸汽暖风机。

蒸汽暖风机采暖方案缺点:a.无法减小厂房内高度方向的温度梯度,将使采暖总热负荷增大10%左右,需用蒸汽量运行费用亦随之增加;b.锅炉或者余热锅炉补燃量增大,运行费用较高;c.饱和蒸汽长距离直埋输送投资较高且损耗较大;d.未利用生产废热,节能效果基本为零。

本方案预计设置蒸汽暖风机300台,凝结水回收装置约7套,总投资约为:暖风机300台×4 200元/台=126万元;凝水回收装置:7套×12万元/套=84万元,总计:210万元。

2)顶吹式暖风机采暖方式。此方式为采用顶吹式热水暖风机形式,通过吊装在屋顶上的暖风机将热风竖直向下吹送至地面。此种暖风机采用国外技术,具有可调节式下出风口以调节下吹风的风速与风量,避免了风速过高产生的地面扬尘的问题。同时,此方式能够有效改善厂房温度梯度问题,回收采暖系统由于高大厂房温度梯度产生的顶部余热,达到节能效果。根据实地考察结果,沈阳市某机加工厂房,屋面高度约16 m,厂房顶温度仅比地面温度高出3 ℃,分别为18 ℃/21 ℃;经计算,仅采用顶吹方式的节能效果就能达到7%以上;加之采暖热水直埋输送价格远低于蒸汽,损耗量亦较小;同时此采暖方式还可充分利用生产工艺产生的循环冷却水,回收大量的废热,减少余热锅炉补燃量或天然气锅炉出力,使钢管厂的节能水平达到新的高度。

具体可采用的方式如下:a.设备循环冷却水直接采暖方式。此方式为:其中部分负荷(约60%,合20 t蒸汽量)采用蒸汽换热后的采暖热水采暖,剩余部分采用循环冷却水直接接入暖风机进行供暖。此方式优点为:能够直接利用循环水废热,节省大量设备与运行费用;缺点是:由于循环水温低,单体采暖设备发热量较小(据估计,标准单体采暖设备发热量仅有25 kW),故所需分布密度大,造成初投资较高,同时还会影响观感质量;由于热源水温低,故设备出风温度低,预计出风温度在23 ℃左右,若直接吹到人体,会有吹冷风的不适感;受循环水不稳定影响,此部分采暖系统出力亦不稳定。初步估算,此方式需采用约360台顶吹暖风机(工况85 ℃/60 ℃,散热128 kW/台:110台;工况40 ℃/30 ℃,散热40 kW/台:250台),设备投资约为:1 000万元～1 800万元之间,电耗量为:1 019 kW。b.通过水源热泵方式提取循环冷却水中热量后再进行供暖方式。

部分负荷(约60%,合20 t蒸汽量)采用蒸汽换热后的采暖热水采暖,剩余部分采用水源热泵与循环冷却水热交换后的热水(温度:60 ℃/40 ℃)接入暖风机进行供暖。此方式的优点为:有效地回收了冷却水的废热,节能效果可达到最高;由于进入采暖系统水温较高,故采暖效果能够保证,无吹冷风的不适感;同时,可根据循环水量的多少调节锅炉出力,节省锅炉的运行费用。缺点是:水源热泵设备投资昂贵,运行需耗费大量电能;受工艺生产量影响,采暖系统出力不稳定。初步估算,此方式需采用约360台顶吹暖风机(工况60 ℃/40 ℃,散热64 kW),末端设备投资约为:1 800万元;水源热泵设备投资:2 000万元,站房投资:100万元,电耗量为:1 019 kW+5 000 kW。

3)燃气红外线辐射采暖形式。此方式为:在厂房内吊装天然气红外辐射采暖装置,预计采用约500台(单体功率50 kW)此装置。这种采暖方式优点在于直接利用天然气燃烧热量,损失较少,效率较高(据称可达95%以上),加热方式为敷设加热,可减少厂房高度方向上的温度梯度;缺点为:a.由于燃烧设施位于厂房内,环境较为污浊,极易污染燃烧设备上的火焰探测器,从而影响燃烧设备正常启停;b.设备供气排烟管道管线较多,检修工作量较大;c.燃烧介质存在泄露可能,安全性较差。

4结语

根据数个方案的组合比较,天然气蒸汽锅炉+换热设备+设备冷却循环水为热源;末端采暖设备采用顶吹暖风机的方式从采暖效果、运行费用等方面均有较大优势,同时尽量利用了生产当中产生的废热,节能水平较高,虽然存在管路系统较为复杂,管理调节控制繁琐的缺点,在本工程当中亦不失为最优选的方案。

参考文献

[1]陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.

工业产品设计方案 篇9

一根据工业厂房暖通空调的特点对负荷计算方面的优化

由于工业厂房自身独特的特点, 其采用的采暖热负荷以及空调冷负荷与一般的民用建筑是不尽相同、甚至是完全不同的。根据相关的规范, 工业生产厂房根据工艺过程不同, 冬季采暖室内设计计算温度大多在10℃~18℃之间, 工艺空调室内设计温度一般要求在16℃~24℃, 如果我们仅从室内的设计温度就忽略的判断厂房车间内的冷热负荷并不是很大, 那就大错特错了。这是因为各类车间的负荷特点和组成都是千差万别的。比如有的厂房需要常年进行热加工处理, 这样的话厂房内部的发热量就会比较大;而有些厂房内部的工作人员比较多, 这样对空调冷负荷的需求就较大。

二工业厂房暖通空调设计中冷热源的选择

因为工业厂房大多数都是布置在工业区内的, 通常工业区内就提供蒸汽, 这样一来, 工业厂房在不违反技术、卫生和节能要求的情况下, 可以直接利用蒸汽作为厂房的热源;除此之外, 厂房还可以利用燃气辐射来采暖。此外, 对于厂房的空调冷源, 应该根据厂房的具体实际来做出合理的选择, 要在满足制冷效果的前提下尽可能节能。比如某些企业的生产过程在夏季产生大量预热或废热而未得到有效利用时, 则废热锅炉结合采用溴化锂吸收式冷水机组, 可取得十分好的节资、节能效果。

三根据工业厂房暖通空调的特点对厂房大门空气幕的设置

一些工业厂房由于人员或物料频繁, 需要长时间敞开大门, 这样的话就会造成大门的冷风侵入负荷会比较大。鉴于此, 如果工业厂房处于严寒或寒冷地区, 最好的做法就是尽可能为工业厂房设置空气幕, 这样可以有效的防止室外冷空气的侵入, 降低了厂房的采暖热负荷, 从而能在最大程度上保证室内的温度。热空气幕的类型和送风方式比较多, 设计时应根据工程的具体情况进行计算和选择。厂房的主出入口的大门一般比较大, 一般应该选择离心式空气幕, 而对于那些超大的出入口, 应该采取装配式厂房热空气幕,

四厂房内部采暖通风空调方式的选择

厂房内部采暖通风空调方式不能采取单一、机械的形式, 而是应该根据不同的厂房, 选择适合的采暖通风空调方式。

对于厂房车间的通风, 可以根据具体的实际情况做出相应的通风形式。厂房车间的通风不仅要能满足新风和散热的要求, 而且还要能满足除尘和排烟的需求。这是因为在一些厂房中会产生有害的气体和烟尘, 这样的车间有很多, 比如焊接的车间。对于这样的车间, 设计师必须确定在设计完成正式投入使用之后能起到降低有害烟尘和有害气体的量的目的。并且在排放一些有害气体和烟尘的时候一定要经过严格的检查, 使之满足相关规范的标准。

对于厂房散热器的选择, 必须要遵循散热器设备要实用、适用、经济的原则。要根据不同的车间选择不同的散热器, 不能一概而论。就比如对于粉尘很多的车间来说, 选择易于清扫的散热器;而对于那些具有腐蚀或相对湿度较大的厂房而言, 就必须选择耐腐蚀性强的散热器。

五厂房的设计优化中, 应该优先满足生产工艺的要求

在厂房和车间的设计中, 设计师应该以工艺专业为主, 而其他专业, 都只能是起到辅助其功能实现的作用, 在此同时还能满足安全的要求。设计师们在设计的过程中, 应该重视工艺专业的特殊要求, 必须得充分的了解生产工艺的流程, 这样才能确保设计完成后的工程能满足现实情况的使用要求。

对于一些特殊的车间, 往往具有更高的设计要求。比如有些车间是存在防爆要求的, 而有些厂房不仅车间要求是防爆的, 甚至是空气幕、暖风机和排风机都是要求防爆的, 这是关乎安全的问题, 设计不当有可能造成事故的发生, 因此设计师在设计时必须特别注意。对于通风除尘管道的布置, 风口的设置等也要根据具体的情况做合适的布置。

根据工业厂房冷热负荷的特点和组成对负荷计算方面的优化, 让厂房更加的舒适节能;工业厂房暖通空调设计中的冷热源, 应该根据厂区的气候、能源状况、生产过程是否有废热余热可用等实际情况选择合适的冷热源形式;对严寒或寒冷地区需要频繁或长时间开启的大门设置热空气幕, 可以有效阻止室外冷风的侵入, 有助于创造一个温暖舒适的生产环境, 且利于节能。还有就是在优化厂房的过程中, 设计师要明确安全意识, 无论在什么情况下, 安全和实用才是最重要的。

根据工业厂房本身具有的特点, 再结合暖通空调的特点我们可以做出以上的具体优化, 从而构建出一个舒适、安全以及实用的工业厂房。

参考文献

[1]王磊.浅谈工厂厂房建筑设计中的暖通设计[J].现代装饰 (理论) .2011 (03) [1]王磊.浅谈工厂厂房建筑设计中的暖通设计[J].现代装饰 (理论) .2011 (03)

[2]贾旭, 吴纯贵, 张跃, 杨玉军.工业厂房暖通空调的节能设计[J].现代装饰 (理论) .2011 (04) [2]贾旭, 吴纯贵, 张跃, 杨玉军.工业厂房暖通空调的节能设计[J].现代装饰 (理论) .2011 (04)

工业产品设计方案 篇10

互联网与工业的融合使新一代信息技术渗透到工业企业产业链的各个环节,尤其是随着信息物理系统(CPS)的推广、智能装备和终端的普及以及各种各样传感器的使用,带来了无所不在的感知和无所不在的连接,所有生产装备、感知设备、联网终端,包括生产者本身都在源源不断地产生数据,这些数据将会渗透到企业运营、价值链乃至产品的整个生命周期。

传统的过程数据监控报警往往是针对单一系统模块或者单一场景下的监控报警,报警服务的设计通常是单机模式,或者基于数据集合进行划分的伪分布式模式,这两种模式在面对大数据时都有各自的问题。单机模式下提高报警处理能力的途径往往只能优化程序性能、增加硬件配置,这种模式在大数据场景下必将达到性能的天花板;对于伪分布式模式,虽然可以通过增加机器进行扩展,但是需要通过手工修改程序或配置来实现,并且大大增加了多个报警服务监控管理的复杂性,给程序设计和运维都带来了巨大的挑战。面对不断增加的数据冲击,报警服务的设计必须既要具有高性能,又要具有性能可动态扩展,本文基于Storm的分布式流式计算框架,设计并实现了完全分布式的报警方案,该方案可有效面对大数据的挑战,在负荷增长时仅需通过增加机器即可实现性能的同步增长,非常简单有效。

2 分布式报警方案的设计

2.1 Storm简介

Storm是一个免费开源、分布式、高容错的实时计算系统,被广泛应用于实时分析、在线机器学习、持续计算、分布式远程调用等领域,具有低延迟、高性能、分布式、可扩展和容错等特性,其架构如图1所示。

Storm架构中使用Spout/Bolt编程模型对消息进行流式处理。消息流是Storm中对数据的基本抽象,一个消息流是对一条输入数据的封装,源源不断输入的消息流以分布式的方式被处理,Spout组件是消息生产者,是Storm架构中的数据输入源头,它可以从多种异构数据源读取数据,并发射消息流,Bolt组件负责接收Spout组件发射的信息流,并完成具体的处理逻辑。在复杂的业务逻辑中可以串联多个Bolt组件,在每个Bolt组件中编写各自不同的功能,从而实现整体的处理逻辑。其主要组件功能如下:

●Nimbus:负责资源分配和任务调度。

●Supervisor:负责接受Nimbus分配的任务,启动和停止属于自己管理的Worker进程。

●Worker:运行具体处理组件逻辑的进程。

●Task:Worker中每一个Spout/Bolt的线程称为一个Task。同一个Spout/Bolt的Task可能会共享一个物理线程,该线程称为Executor。

2.2 Storm作为报警引擎需要解决的问题

基于Storm的报警设计主要是如何设计报警拓扑,其中需要重点解决的问题有:

(1)单个数据对应报警处理任务的唯一性。在分布式环境中必须确保单个点的数据在报警处理的每个环节都对应唯一的任务,否则就可能产生因为各个数据节点处理的延时导致报警误报。如,T1时刻数据在N1节点的Task1任务处理,由于报警死区的设置,需要等待T2时刻的点才能决定是否报警,而T2时刻该数据被分配到N2节点的Task2任务处理,此时N2节点的Task2任务由于无N1节点的Task1任务处理结果将导致无法判断或错误判断是否报警。

(2)单个数据报警产生的唯一性。在Storm的流传输过程中可能会由于网络问题导致数据的重传,此时我们需要能准确判断出重传的数据是否已经进行过报警处理,从而避免重复报警。

(3)报警各个Bolt的规划设计。报警Bolt设计主要是指如何将报警分解为不同的任务阶段并发的在多个节点处理,如果使用单一的Bolt处理报警,必然会导致Bolt逻辑的复杂性,从而导致扩展性和性能受到影响;如果使用过多的Bolt,将会导致网络流量增加甚至会由此导致性能的退步。

2.3 基于Storm的报警方案设计

利用Storm作为报警引擎,可有效解决应用的高性能分布式并发运行,利用合理的Bolt结构,将报警功能划分为不同的处理阶段,有助于降低程序的耦合性,提升程序设计的扩展性。本方案整体架构设计如图2所示。

整体架构说明如下:

●Kafka分布式消息队列:通过Kafka分布式消息队列,将整个系统与外界的数据源进行解耦,使整个报警设计方案具有通用性。由于Kafka消息队列本身就是高性能分布式消息队列,而且具有副本等机制,可有效确保数据的可靠性和安全性。

●Kafka Spout:通过Kafka Spout从Kafka消息队列中消费数据,并将数据提交到与其对接的Bolt进行处理。

●预处理Bolt:预处理Bolt对接收来的数据进行过滤处理,典型的如过滤掉未配置报警策略的数据、去除无效的数据以及对数据进行归一化处理等,经过预处理Bolt的过滤加工可有效减少数据量以及简化报警Bolt的功能,使报警Bolt仅仅需要关注报警逻辑,而无需关注数据的有效性及数据的处理。

●报警Bolt:根据报警策略生成相应的报警记录,并在分布式缓存中记录当前产生报警记录的数据信息,当发生异常数据重传时,根据该信息判断是否已经产生报警。生成的报警记录将被传送到存储分发Bolt。

●存储分发Bolt:对生成的报警记录进行存储以及根据报警策略对报警记录进行微信推送、短消息提醒、邮件发送等,实现报警的存储及分发。

●分布式缓存:用于记录数据的报警情况,避免数据的重复报警,这里我们选择redis作为分布式缓存引擎。

●分布式存储引擎:用于持久化存储报警记录,用户可以根据实际场景选择合适的分布式存储引擎。

在该方案中,Kafka Spout和预处理Bolt之间的Tuple传输通过fields Grouping根据数据点的ID进行分组,预处理Bolt和报警Bolt之间的Tuple传输也通过fields Grouping根据数据的ID进行分组,而报警Bolt和存储分发Bolt之间只需要通过shuffle Grouping实现Tuple的传输即可,这样可有效解决单个数据对应报警处理任务的唯一性问题;通过分布式缓存记录数据点是否已经产生报警,解决数据重传导致的重复报警问题,实现单个数据报警的唯一性;通过对Bolt的划分,实现报警任务的多阶段划分,有效提升报警的性能,降低程序的复杂度,用户只需在拓扑对应的Bolt中实现自己的处理逻辑,即可拥有高性能的分布式报警能力。

2.4 基于Storm的报警方案的拓扑设计依据

在整个Storm报警拓扑结构中,我们对于报警的处理分为预处理Bolt、报警Bolt和存储分发Bolt三个阶段,其依据如下:

●使报警处理的逻辑更加清晰,方便后续报警功能的扩展。如,在报警产生后需要执行联动预案等,仅仅需要在报警Bolt后增加一个Bolt或者拓展存储分发Bolt即可,避免对原有逻辑的修改。

●可以利用不同阶段对任务资源占用的不同,从而设置不同阶段Bolt的并发度,来提高整个报警处理的性能。通常情况下预处理Bolt承担的功能较少,处理速度较快,可设置较少的并发度,报警Bolt需要承担复杂的逻辑判断,可将报警的Bolt并发度设置的高于预处理Bolt,从而实现和预处理Bolt速度的匹配,而存储分发Bolt,由于要执行数据的持久化、报警网络分发等功能,单个任务的执行需要耗费大量的时间,其并发度需要设置的更大。

3 分布式报警方案分析

3.1 扩展性分析

该报警方案采用完全分布式架构,将报警任务划分为多个阶段,使得报警任务尽可能分布在不同节点的不同进程的不同线程中并发进行,当遇到性能瓶颈时,在硬件资源满足的情况下只需要调整有性能瓶颈的Bolt的并发度即可达到性能的优化;而当硬件资源不足以支撑时,通过增加Storm的工作节点,执行报警拓扑的再平衡,即可实现拓扑任务的再分配,实现报警性能的同步扩展。

3.2 性能分析

该报警方案我们使用数据点的唯一标识ID对从Kafka Spout中读取的数据进行分片划分,实现不同的数据点能够并行分布到不同的Bolt进行并行处理,从而提高数据的并发报警处理能力。另外,Storm本身就具有低延时和高性能的特性,数据的传输可限制在ms级以内,通过对报警任务阶段的划分,可分别独立设置并行度,实现各个阶段性能的匹配,从而使整个拓扑的性能达到最优。

3.3 可靠性分析

●数据源的可靠性:Kafka本身具有高可靠性,可通过其参数的设置来保证,用户只需保证将数据传输到Kafka消息队列即可。

●数据处理的可靠性:Storm会根据每个数据Tuple的处理情况,确保每个Tuple在传输处理失败或者超时时进行Tuple的重传,从而有效确保数据被Bolt处理,同时通过在我们的报警Bolt设计中,通过缓存数据报警处理情况解决重复报警问题,可有效确保报警的可靠性。

4 结语

利用该报警方案可有效应对数据规模的增长,实施时可根据当前的数据规模,控制集群大小以减少前期投入,当数据增长到集群性能无法满足时,仅需要通过增加机器的方式实现性能的快速提升,可有效减轻部署运维的压力。随着工业4.0的推进,各种数据的汇聚必然要求整个系统的分布式设计,而分布式报警方案正是整个系统设计的重要部分,通过解决日益增长的数据与报警服务处理能力的矛盾,该方案将得到不断的推广和应用。目前,宝信大数据平台已成功使用该方案开发出了报警功能,并在多个项目中进行试用,效果良好。

摘要：针对工业大数据时代工业生产监控中传统的报警设计在实时性、可靠性和扩展性等多个方面面临的巨大挑战,甚至在大数据的压力冲击下直接瘫痪而无法工作等问题,提出了一种基于Storm的分布式报警设计方案。重点介绍了Storm的分布式报警设计整体架构以及工作原理,并从扩展性、性能和可靠性等方面对该方案进行分析,可有效应用于工业过程大数据的监控报警。

关键词：过程数据,大数据,Storm,分布式,监控报警

参考文献

[1]P.Taylor Goetz,Brian O'Neill.Storm分布式实时计算模式[M].董昭,译.北京:机械工业出版社,2015:5-25.

工业设计中的产品设计 篇11

毫无疑问，产品设计是工业设计的核心，是企业运用设计的关键环节，它实现了将原料的形态改变为更有价值的形态。工业设计师通过对人的生理、心理、生活习惯等一切关于人的

自然属性和社会属性的认知，进行产品的功能、性能、形式、价格、使用环境的定位，结合材料、技术、结构、工艺、形态、色彩、表面处理、装饰、成本等因素，从社会的、经济的、技术的角度进行创意设计，在企业生产管理中保证设计质量实现的前提下，使产品既是企业的产品、市场中的商品，又是老百姓的用品，达到顾客需求和企业效益的完美统一。

在进行产品设计时，一般会遵循德国魏玛包豪斯大学（一般认为工业设计起源于包豪斯）的三个基本观点：1、艺术与技术的新统一；2、设计的目的是人而不是产品；3、设计必须遵循自然与客观的法则来进行。这些观点对于工业设计的发展起到了积极的作用，使现代设计逐步由理想主义走向现实主义，即用理性的、科学的思想来代替艺术上的自我表现和浪漫主义。

具体到中国而言，虽然我们的产品设计还处于年轻阶段，加之早期经济体制的制约，让它的发展尤为缓慢。但近年来，由于改革开放，外来品牌凭借种种优势占领我国市场，对我国民族产业的冲击显而易见。巨大的竞争让企业家们认识到了创新的重要性，也意识到产品设计的重要性。于是一些较大的企业身先士卒，打开了中国产品设计的大门。

魔声钻石眼泪金色限量版耳机外观沿袭了之前钻石眼泪的成功设计，灵感来自于璀璨的钻石，采用了多棱面的设计，佩戴的时候就像是在头上戴上了一颗耀眼的钻石，并贴合当下流行的产品趋势，以玫瑰金为主色调，可以吸引更多时尚用户的眼光。该耳机的细节部分也刻画到位，不仅左右耳罩都可以接入数据线供听歌，而且左右耳罩上的插孔还有分享音乐的作用，一边输入、一边输出，方便其它3.5mm插头的设备接驳，这对于情侣来说是个非常实用的功能。此外，魔声钻石眼泪金色限量版耳机采用了可折叠设计，可以将耳机放在随机附送的软质便携包内，即便是出差使用也不会造成太大负担。

设计师点评：法国工业设计大师菲利普·斯达克说：产品是有公母之分的。是啊，很显然这款耳机是个母的，特征很鲜明，无论对男消费者还是女消费者，都一样充满吸引力。

工业产品设计方案 篇12

1 自然地貌

规划区域自然地势较为平坦, 在规划范围中部现状疏港路与规划新疏港路之间地块为现状盐田虾池, 地势较低;位于规划南侧界线的现状滨海路为现状海岸线, 现状滨海路的以南大部分区域将形成部分新的填海区域, 北侧为天然地貌, 基本形成北高南低、中部低洼的地势。周围自然地势最高点位于规划界限外东侧的青苔山, 最低点为南侧海岸线。自然地势海拔在0m~35.9m之间。

2 竖向规划

2.1 设计原则

城市用地路网规划控制高程应综合考虑周边用地情况, 道路指标、地面排水、工程管线敷设以及建设的近、远期相结合等方面因素。从而满足各项工程建设场地及工程市政管线的高程要求及用地地面排水及城市防洪、排涝的要求。

城市用地坚向规划应遵循下列原则:安全、适用、经济、美观;充分发挥土地潜力, 节约用地;合理利用地形、地质条件, 满足城市各项建设用地的使用要求;减少土石方及防护工程量;保护城市生态环境, 增强城市景观效果。

2.2 现状路网交通状况以及区域道路网交通规划

丹大高铁、金城铁路都从规划区北侧通过, 位于区域界限外, 现有疏港路纵贯本次规划区域, 机动车道23m, 规划红线为50m, 主干路, 路面状况良好。贯穿辽宁沿海重要城市的滨海公路途径本次规划范围, 位于现状南侧海岸线, 现状路面宽度30m, 拐向杏树东北角部分路段, 道路等级降低, 此段道路南侧为填海用地, 不属于滨海公路的一部分。瓦小线为向北进入普兰店的交通要道, 现状宽度12m。规划范围内还有多条乡道从规划区穿过, 等级较低。

规划道路随形就势, 结合自然地形, 并综合考虑用地布局、道路工程和城市景观的因素, 规划路网结构以方格网形式为主。路网骨架由:两横 (杏树大道、现状滨海路) 、四纵 (兴唐路、新疏港路、疏港路和瓦小线) 构成的方格路网。

2.3 道路竖向设计的控制条件

1) 规划区域南侧已建滨海公路的标高及现状疏港路的标高;

2) 东南侧填海区域, 依据大连周边区域岸线标高, 本次规划将岸线标高暂定为4.5m;

3) 满足规划区域雨水管渠重力流排放标高要求;

4) 规划界限与相邻规划区域的标高衔接及与现状自然地貌的标高顺接;

5) 规划区域土石方量及未来地基处理的费用也应作为竖向设计的一个考虑条件。

2.4 道路竖向设计方案

城市道路应服务于城市各项建设用地。一般先作道路, 后作场地, 根据设计规范道路和排雨水坡度、规定, 按照场地坡向道路与节省土石方要求, 考虑建筑室外处于较高地形为前提。也就是说, 从确定主要道路中线交点、折点、起伏变化点的标高开始, 计算出道路分段长度与坡度, 使道路成为一个高低不同各点相连的立体网架。

本区域竖向设计按照上述所提的各项控制条件推进, 综合考虑各项控制因素。

首先确定道路坡度指标及既有道路 (即控制条件1) 的标高和岸线标高 (即控制条件2) 。城市道路的纵坡坡度、坡长要求应按照道路在道路网中的地位、交通功能以及对沿线建筑物的服务功能确定道路等级及设计车速要求, 根据城市道路设计规范, 相关要求如下:

对于非填海地块, 按照规范要求的道路纵坡拟定原则, 由控制条件1) 、4) 所确定标高, 以及结合自然地貌北高南低的趋势, 由南侧向北侧路网试推标高, 考虑东南侧部分地块为填海造地, 按尽量减少土方外运工程量因素, 将自然地貌的丘陵整平, 此部分的挖方量用于本区域东南侧填海, 初步按道路纵坡控制在4%以内进行推进。场地东西走向的道路竖向确定, 结合自然地貌及控制条件4) 进行, 自然地貌为在疏港路与新疏港路之间南北纵向地块为现状盐田虾池, 地势较低, 将区域划分成两部分, 即新疏港路以西和疏港路以东两大块, 由于规划区域东西边界自然标高均较低, 本区域在边界均形成向外排水的趋势, 故根据以上情况, 将两块中的每一块, 东西方向的道路尽量按中部高两侧低的趋势布置竖向, 由此形成东西波浪起伏式的排水分区, 每一排水分区为由北向南坡向海滨的趋势, 与现状滨海路 (东西向) 竖向起伏趋势基本一致。

填海地块有两部分, 一块是位于规划区域中间, 基本贯穿南北的盐田虾池地块 (疏港路与新疏港路之间) , 此地块南侧为滨海公路, 南北向道路由滨海公路向北侧以0.3%纵坡推进, 形成此部分东西向连接道路处于规范坡度以外, 接近0%坡, 故通过设置变坡点形成0.3%坡度微起伏式来满足道路使用要求。另一地块为东南角纵向狭长的接岸填海地块, 由于此地块的路网规划格局, 使之形成3面环海地势, 满足地下管网排水出路, 此局部区域道路仍按起伏式布置竖向, 尽量减少土方量。

道路标高与雨水管渠的关系:

道路竖向设计应满足现状及新设地下管道的覆土要求, 有矛盾时应从调整道路竖向和处理地下管道两方面综合考虑以采取相应的解决措施, 一般地下管道必须保持管顶最小覆土厚度70cm, 为使管道内的水能自然流出, 管道必须设计有纵坡, 根据本次竖向的布置趋势, 满足其由北向南排向海里的要求, 东西方向由于在盐田虾池地块两侧, 疏港路边与新疏港路边各自设置一条排水渠, 解决了道路东西向排水的问题, 汇入渠内, 最后排至南部海滨。满足控制条件3) 。

区域土方测算:根据上述竖向布置, 估算土方量填方仍然大于挖方量, 即填海要消耗大部分土方, 为了减少由于外运土石方量而增加工程费用, 将整个区域的道路最大纵坡降至2%以下, 并适当微调降低填海高度, 但同时满足岸线标高要求, 对道路网竖向进行新一轮的调整, 调整后降低了填挖差, 并优化了道路及地块使用情况, 满足要求。

3 结论

通过对本例的竖向方案分析, 提出了滨海区域道路网竖向规划需结合的条件及如何能合理兼顾各控制条件来确定竖向, 为相同类型的规划提供参考。

参考文献

[1]杏树冷链物流及食品加工园区控规.