發布時間：2023-03-13 11:16:17
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的設計方法樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
自2010年研究生入學以來，便一直和導師在做與手持IT設備相關的一些研究和一些實際項目。這是一個前景非常廣闊的領域。在這些研究過程中，我感覺到隨著手持IT移動端功能模塊的不斷疊加，導致產品的可用性和人機交互性有所降低。而未來隨著移動技術的不斷發展，突破以產品功能為主而忽略人機的局面，著重于功能的豐富性和用戶體驗之間的高度契合將成為手持IT產品的一大重要課題。
紙張的消費隨著互聯網的飛速發展，每年已成倍的速度在增長。隨之打印機的銷量也在飛速的增加。這些結果預示著打印機并不會隨之而消亡，而會發展的越來越迅猛，應用領域也越來越廣泛。手持打印標簽機，即屬于打印機系統下面的一個分支，也可以說是一種滿足特殊需求的手持移動端。在標簽機的早期階段，隨著工業時代生產力的極大發展，倉庫，工廠，商場，辦公室等越來越多的地方需要各種類型的標簽。傳統意義上的打印機一般用于辦公室和家庭，需要與計算機連接，體積龐大不便于攜帶，無法滿足大部分用戶。
在手持標簽打印機的整個操作流程中，由于需要通過手對其進行攜帶，把持，操作，同時需要頻繁通過使用者讀取，輸入來對其有關的信息進行處理，所以其人機形態和操作界面的布局設計涉及到了更多復雜的交互方式和交互因素。另一方面其中有很多本想為用戶提供更多便利的先進技術、功能完備的新產品卻因設計師與使用者所在文化、社會、知識等的差異的影響，讓使用者有些措手不及，面對操作復雜、功能強大的新鮮事物感到生理和心理的疲憊，對此，一套合理的設計方法勢在必行。（圖1）
圖1
用戶體驗要求就是指用戶在使用和操作產品時的行為，包括用戶的需求、目標和偏好。設計師需要發現這些并為其設計。在此之間設計師需要對產品使用者進行詳細的調查，調查的方式i包括問卷的形式、用戶訪談、用戶行為觀察等。其次對問卷問題進行篩選和總結，這就需要設計師能夠準確的把握住用戶的心理特征，要知道什么樣的問題是使用者所關心的。最后對問卷結果再一次進行歸納總結，得出一個能夠代表大多數用戶需求的合集，我們稱其為用戶模型。以手持標簽打印機問卷調查為例，特別圍繞手持標簽打印機的人機工程學、可用性、美學、等三個方面設計調查問題。
1.人機工程學方面的問題：
* 在使用手持標簽打印機時，您最在意的是哪些方面？
* 在操作手持標簽打印機時，你覺得哪些區域對于舒適度更加敏感？
* 在操手持標簽打印機時，你覺得會產生哪些不舒適感？
* 您認為影響手持標簽打印機的操作方式是什么？
2.可用性的問題
* 您習慣操作方式是什么？
* 您認為標簽打印機的操作按鍵應該在視覺的正面還是在側面？
* 您認為現有手持標簽打印機的按鍵會不會因為過于小而難以操作？
3.美學因素
* 您更看重是手持標簽打印機的外觀，品牌還是功能。
* 您認為手持標簽打印機的造型對您的工作心情有影響嗎？
* 您希望手持標簽打印機的外觀造型趨向于曲線修長型還是方正硬朗型？
您希望手持標簽打印機的按鍵形狀是什么樣的？
通過分析資料建立用戶模型，主要包括用戶對使用方式、對按鍵改進方面、外觀審美方面、情感價值、用戶思維模型。從標簽打印機的手持方式，操作方式和美學因素上所得到的結論是：第一，用戶需求手持操作要達到一定的舒適度，手與打印機的契合度要適中以及標簽打印機對使用者手部位置的壓力要分布均勻。操作方式上用戶要求在操作按鍵上做人性化處理，包括按鍵大小、按鍵的排布方式等。美學因素上用戶對于打印機的外觀造型需求：簡潔統一、需要與用戶的情感聯系起來等要求。
產品的可用性要求ii是指產品對用戶來說有效、易學、好記及令人滿意的程度，即用戶能否用產品完成他的任務，效率如何，主觀感受怎樣。如何更快的讓用戶在生理和心理上接受產品，即產品的生理接受性與心理接受性。這就需要設計師對產品的特征要求足夠了解。通過文獻資料等理論作為設計依據對產品進行初步的概念設計。我們稱其為概念模型。最后通過概念模型與用戶模型相結合最終形成用戶心智模型iii。在對其進行產品的方案設計。對最終設計出的用戶心智模型做設計評價。
通過對標簽打印機手持方式設計的人機交互研究出發，通過對IT產品特點進行用戶問卷調查，數據整理和統計建立了手持標簽打印機的用戶模型和基于用戶心智模型的手持標簽打印機的交互設計方法。并運用其方法對實踐進行指導，評價，總結。
注釋：
i 美德利威斯著， 魏勇剛， 龍長權等譯.量表編制-理論與應用.重慶：重慶大學出版社，2004.0
關鍵詞：合作型設計；環境改造；人口特征
1 合作型設計
公眾的意愿與訴求是規劃及設計決策的依據，合作性設計即是使設計師與公眾之間形成合作關系，公眾將自己的需求與設計師交流溝通，并從設計初期的研究開始貫穿整個設計過程直至設計的決策，而設計師則充當公眾意愿的倡導者，保證公眾的意愿在規劃設計中得以體現。
2 項目解讀
2.1 社區概況
汽發社區位于武漢市珞瑜路與關山大道丁字口處，毗鄰光谷廣場，北面為華中科技大學，南面以光谷街為界，東面為長江動力集團，西臨常青藤名苑、湖北省中醫院。
汽發社區上個世紀50、60年代的產物，為集團家屬區，歷經了歲月的侵蝕，現在的汽發社區已衰敗破舊，與周圍繁華發達的城市景觀格格不入，它正掙扎著、在夾縫中努力著，尋找它在這個城市中的位子。
2.2 項目目標解析
2.2.1 對社區環境的改造提出建議
汽發社區隨處可見任意丟棄的垃圾，肆意停放或橫行的汽車、電動車、自行車，以及荒棄的活動空間，其擁有的人居環境與現在環境優美的居住區可以說有天壤之別。因此，對汽發社區并不理想的生活環境進行改造便成為了此次項目的直接目標，以服務于社區居民，為社區居民提供良好的生活居住環境。
2.2.2 合作性設計方法的探究
此次項目是對合作性設計方法的探究，設計者希望擺脫慣有的藍圖式設計方法，將整個設計建立在汽發社區居民的想法上，使居民充分的參與項目的每一個過程，做到真正意義上的實現公眾參與。
2.3 汽發社區特征解析
汽發社區為典型的老舊社區，這樣的社區除了居住環境較為惡劣外，其最突出的特征即在于其人口結構，這也是使這樣的老舊社區形成現有文化特征的最重要因素。
汽發社區的人口結構具有兩點非常鮮明的特征。首先，老年人所占比例大概占整個社區的30%左右，很明顯，汽發社區屬于老年人社區；其次，社區中大部分人居民為租客，占整個社區居民的40%左右。
2.3.1 社區原住民
這一部分居民大多為集團老員工，在與他們的談話中得知，年輕員工幾乎都全部搬出汽發社區，以尋求更好的居住條件，現在留下的基本上為老年人。
2.3.2 租客
通過調查得知，由于汽發社區房屋破舊，其租金非常便宜，因此吸引了大量的外來打工者——即租客。租客是整個社區中極為重要的組成部分，他們來自于各行各業，由于汽發社區極為廉價的租金而聚集在了一起。
2.4 項目問題及特征解析
2.4.1 項目問題
2.4.1.1 與原住民的合作
社區中的原住民幾乎是從社區落成時便住在里面，他們是社區的活躍分子，是社區活動中的中堅組成部分，對社區充滿感情。但是由于大部分原住民為老人，除了對于規劃設計中的許多問題無法理解之外，還有一個非常嚴重的問題，即無法對社區的改造提出意見，他們無法定義自己認為適宜居住的環境，只能被動的接受外界給出的條件，沒有自主參與改造的能力，在對社區的改造上顯得力不從心。
2.4.1.2 與租客的合作
租客平時比較冷漠，很少參與社區活動，租客和原住民之間幾乎沒有交流互動，各個租客之間交流也很少。他們雖然住在同一社區，但卻都是單獨的個體，社區對于他們來說指揮一個臨時的落腳點，隨時可以住進來，也隨時可以離開。因此，對于社區的改造，他們是持一種漠不關心、事不關己的態度。
2.4.2 項目特征
汽發社區特有的人群結構使得項目的合作有別于普通合作性設計，與原住民之間的溝通障礙和與租客間的交流隔閡對項目的進行形成了巨大障礙。社區原住民對項目呈現出被動的狀態，而租客則呈現出抗拒的態度。因此，如何調動這兩類人群的公眾參與積極性成為了使此項目比普通的合作性項目更有難度，也是此次社區環境改造中需要重點突破的問題。
2.5 合作型設計方法探究
2.5.1 由政府機構引導的合作型設計模式
中國特有的社會體制，決定了政府機構對公眾參與的引導作用，而在此項目中則反應為基層居民管理機構——即居委會對社區居民積極性的引導。
為了改善社區居民對社區環境改造的被動狀態，居委會充分發揮了其對社區居民的引導作用。在項目得到了得到了居委會熱情的支持后，由居委會組織與安排展開了一系列的宣傳與引導，主要包括兩種方式，第一種方式是通過居委會統一向居民發放問卷，第二種方式是通過居委會組織統一活動號召黨員和一些社區活躍分子以帶動整個社區居民參與的積極性。很大一部分居民開始關注本項目，并由一開始的被動態度向主動轉移。
居委會的引導對項目的進行起到了推動作用，它成為了設計者與社區居民之間的媒介，協調了兩者之間的關系，并為設計者和社區居民之間的合作打下了良好的基礎。
2.5.2 問題導向的合作型設計模式
正如前面所提到的，大部分原住民為老人，雖然在社區居委會的引導下激發了他們對于社區的改造的熱情，但由于老年人對于良好的社區環境幾乎沒有認知，所以他們無法直接向設計者傳遞他們的需求。因此，在對這一部分居民進行需求及意愿調查時，設計者并沒有直接詢問居民對社區環境的愿景，而是采用了問題導向型的調查方式，即通過居民反映出的社區問題來獲取社區的信息，成為之后設計過程中的依據。
這種方式是對設計語言的一種轉換，由于居民無法向設計者直接表達最終需求，所以便通過中間媒介的轉換，由居民反映問題，再由設計者將問題轉換為設計語言。
2.5.3 激發式的合作型設計模式
租客對于社區環境好壞持無所謂態度，僅有少數租客會在設計者的熱情邀請下與之交流，反映社區狀況。在與租客的接觸中可以發現，租客收入少、社會地位低，導致他們對于生活的熱情不高；其次，租客通常較為急躁，所以通常無法耐心參與社區環境改造。這兩點直接導致在前期調查中無法收集租客的意愿及需求，也正是導致設計者無法與租客合作設計的根本原因。
通過初期的調查及居民意向反映，第一輪的社區環境改造方案出爐，這個時候的方案是較為缺乏租客的意向的。為了激發租客的積極性，設計者將初期作品通過模型、圖片等直觀的載體在居民日常活動頻率較高的地點進行展示，以引起居民的好奇心，當然其中便不乏大量的租客，這個短暫的停留便贏取了與租客進行交流的機會。
傳統的方案設計過程可以大致分為三步，一為初期調查、二為方案設計，三為方案決策，通常二會在一結束后再進行，而在這種設計模式中，由于初期調查并不完善，所以設計者將設計的一二兩個步驟融合，以二來彌補一的不足。這種合作設計模式改變傳統的由調查再到設計的方法，運用靈活的操作使得各方面趨于完善。
2.5.4 交流式的合作型設計模式
在成功引導了原住民的共參與和激發了租客的公眾參與后，項目進入了正式的設計過程，由于前期已經將與居民交流上的障礙突破，所以在后期方案設計中便實現了真正意義上的合作——即居民主動參與到設計中，并對設計提出意見與建議，以使居民的需求充分的融入到設計中。
這個環節與常規的合作型設計相同，但難得的是突破了與社區原住民以及租客之間的障礙，所以相同中又有些許獨特之處。
3 從合作性項目中獲得的啟發
3.1 對于與具有特征的公眾進行合作行設計的思考
在中國，與汽發社區具有相同特征的社區不在少數，而老年人以及租客這兩種人群卻常由于其特殊性而不被考慮在合作設計范圍內，除此之外，弱勢群體等同樣具有代表特征的公眾群體也常遭受與老年人和租客一樣的待遇。通過本項目的探索，與這樣的帶有一定特征的人群進行合作雖然可能具有難度，但有時反而會是一個設計中的重要考慮因素，不可忽略。反思在現在的許多設計中，設計者常常為了簡單方便而忽視與部分群體的溝通合作，這正是一種避重就輕的錯誤表現。
3.2 對于中國現有公眾參與情況的思考
關鍵詞 對角優勢；極限點；極限增益；極限頻率；多變量控制系統
中圖分類號 TP13 文獻標識碼 A
the design method for multivariable PID controller based on INA method
CUI Lianjie1 CAO Ming2 SONG Jianfeng1 ZHANG Min1
1(Liaoning Hongyanhe Nuclear Power Co., LTD, Dalian 116001,China )
2(Automation Department of Southeast University, Nanjing 210096，China)
【Abstract 】 A design method of the multivariable PID controller based on Inverse Nyquist Array method is proposed based on reading plenty of literatures in this paper. The theoretical basis and related concepts (ultimate point, ultimate gain and ultimate frequency) of this design method is launched firstly. Take TITO multiloop sytem for example, the design methodology is introduced in detail on the basis of brief introduction of the theoretical basis and related concepts (ultimate point, ultimate gain and ultimate frequency). At the same time, a series of comparative simulation experiments between this proposed design method and the design method proposed by [8] are given with related analysis and conclusion.
【Key words】diagonally dominant; ultimate point; ultimate gain; ultimate frequency; multivariable control
0 引 言
羅森布洛克（H.H.Rosen-brock）在1969年提出的奈奎斯特陣列設計法[1] （正Nyquist陣列（DNA）設計方法和逆Nyquist陣列（INA）設計方法）是多變量系統的頻域理論中提出最早、應用廣泛的一種方法。它是基于近似對角矩陣的設想，利用對角優勢的概念發展起來的一種分析和設計方法[2]。奈奎斯特陣列設計法在多變量控制系統設計領域占有舉足輕重的地位，自誕生以來，一直是多變量控制系統領域學者們研究的熱點。文獻[3]和[4]是對逆Nyquist陣列設計方法的擴展，其中文獻[3]提出了一種魯棒逆Nyquist設計方法。逆Nyquist陣列設計方法在多變量控制系統設計中得到了廣泛地應用[5][6][7]。另外，以正Nyquist陣列設計方法為基礎的多變量PID控制器設計方法[8][9][10]也在多變量控制系統領域得到了廣泛的應用。
PID控制作為經典的控制策略之一，產生并發展于1915年~1940年期間[11]。其算法簡單，易于工程實現，并具有良好的魯棒性和簡易的操作性，在電力、化工、石油、冶金和機械等工業過程中得到了廣泛地應用。對于單變量控制對象而言，其PID控制器的參數整定方法已趨于完善；然而，對于多變量控制對象而言，多變量控制系統的內部互聯性使得多變量PID控制器的設計比單變量PID控制器的設計要復雜得多。一直以來，多變量PID控制器的設計是多變量控制系統設計領域的研究熱點。目前，已有大量的相關文獻。就自己檢索到的相關文獻而言，多變量的PID控制器的設計方法大致可以分為兩類，第一類是基于解耦控制的設計方法；第二類是不需要解耦的直接設計方法。文獻[8]、[9]、[12]、[13]中所提出的設計方法都屬于第一類方法。其中文獻[8]提出了一種基于正Nyquist陣列（DNA）設計方法中Gershgorin帶的設計方法，文獻[9]對這種設計方法進行了一定的改進，在文獻[8]、[9]所提出的設計方法中，使用了PID控制參數的經驗整定公式來求解控制參數，從而簡化了計算過程，然而，同時使得這種設計方法具有一定的狹隘性。1986年William L. Luyben基于單變量控制系統的傳統PID控制器的整定思想，提出了BLT（Biggest Log Modulus Tuning）法，這是第二類方法的典型代表，此方法為后續的多變量PID控制器設計方法的研究提供了一個起點。文獻[14]所提出的設定方法也屬于第二類方法，它將單變量控制系統的極限點整定思路運用到多變量控制系統的PID控制器的設計中，從而提出了一種有效的多變量PID控制器設計方法，這種設計方法涉及到一個預期臨界點（DCP）的概念，對于如何選擇預期臨界點的問題，在許多文獻中有相關的論述[15][16]。
本文提出一種基于逆Nyquist陣列（INA）設計方法的多變量PID控制器設計方法。首先，簡要介紹了設計方法的理論基礎和相關概念（極限點以及極限增益和極限頻率）；其次，基于增大求解方法選擇性的目的，本文給出了一種新的求解極限增益和極限頻率的計算方法；再次，以TITO多變量控制系統為例，簡述設計思路，并給出其推導過程及其設計步驟；然后，在本文所提出的設計方法與文獻[8]所提出的設計方法之間，進行了簡要地比較分析；最后，借助仿真實驗，進一步探討了本文所提出的設計方法，而且與文獻[8]所提出的設計方法進行了一系列的對比仿真實驗，并給出了相關的分析和結論。
1 基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法
1.1 理論基礎
在多變量的頻域理論中，對角優勢系統的奈奎斯特穩定判據是一個重要而且極具工程設計意義的定理。下面所要闡述的多變量PID控制器設計方法就是以基于逆奈奎斯特陣列穩定判據[17]作為理論基礎。這里需要指出，該設計方法是針對開環穩定系統而提出的。
根據上述穩定判據，可知：對于開環穩定系統來說，如果系統的開環傳遞函數矩陣的逆具有對角優勢，且其各對角元素對應的Gershgorin帶的包絡線與負實軸的交點都在 的左側，那么該閉環系統必然穩定。該多變量控制器的設計方法就是在這個結論的指導下進行的。
1.2 極限點定義
文獻[8]給出了極限點以及極限頻率和極限增益的定義，其中極限點的定義有些狹隘，現給出一個更準確的定義。
定義2.1 設多變量控制系統的對象傳遞函數矩陣 具有列對角優勢，而且第 個對角元素的Gershgorin帶與實軸相交于一個或多個點，把其中距離原點最遠的交點定義為對應于 第 個對角元素Gershgorin帶的極限點。
定義2.2 設極限點在復平面內的坐標為 ，則對應于 第 個對角元素Gershgorin帶的極限點的極限增益為 。
定義2.3 把對應于 第 個對角元素Gershgorin帶的極限點的頻率定義為極限頻率。
在此，對極限點的相關概念有如下幾點說明：
(1) 文獻[8]給出的極限點的定義把極限點的范圍限定在Gershgorin帶與負實軸的交點中，在此，所給出的極限點的定義將這種限定擴展到Gershgorin帶與實軸的交點中。
(2) 從上述定義中，不難看出極限增益的本質是：在P控制器的控制下，能夠使得Gershgorin帶的極限點恰好為 時的控制器參數。
(3) 實際上，極限點就是相應Gershgorin帶的外包絡線（若存在）與實軸的其中一個交點。
(4) 對于某些系統來說，相應Gershgorin帶的外包絡線在零頻率處所對應的點可能在實軸上，但是一般并不把此點作為極限點的考慮對象。
(5) 對于絕大部分的MIMO系統，該極限點是唯一確定的，因此，相應的極限增益和極限頻率也是唯一的。
本文提出的設計方法所對應極限點的定義與文獻[8]提出的設計方法所對應極限點的定義有所不同，現給出其相應極限點的定義。
定義2.4 設多變量控制系統的對象傳遞函數矩陣的逆 具有行對角優勢，而且第 個對角元素的Gershgorin帶與實軸相交于一個或多個點，把其中距離原點最近的交點定義為對應于 第 個對角元素的Gershgorin帶的極限點。
相應極限增益和極限頻率的定義分別與定義2.2、定義2.3相同，在此，不再贅述。
本文提出的設計方法所對應的極限點的定義與文獻[8]提出的設計方法所對應極限點的定義之間的比較：
(1) 本文提出的設計方法所對應的極限點的定義與文獻[8]提出的設計方法所對應極限點的定義相似，一些相關的結論也相同，比如上述對文獻[8]提出的設計方法所對應極限點的定義的幾點說明。
(2) 從上述兩種極限點的定義中，可以看出，兩者主要區別在于Gershgorin帶與實軸交點的選擇條件，即：一個是距離原點最遠的交點，一個是距離原點最近的交點。
基于INA設計方法的極限增益與極限頻率的計算可以借鑒文獻[8]、[9]中所提出的計算方法。一般不要超過兩行。（小五 宋體）
1.3 推導過程
由于計算過程復雜，以TITO多變量控制系統為例，簡述設計思路，并給出其推導過程。為了便于敘述，現假設如下：
到此，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法的所有推導過程完成。這里需要指出，上述推導計算過程可以使用MATLAB軟件來實現。
1.4 設計步驟
簡單歸納一下基于INA設計方法的多變量PID控制器設計步驟，如下所述：
(1) 首先判斷對象傳遞函數矩陣的逆 是否具有行對角優勢，若具有行對角優勢，直接轉到步驟(3)。
(2) 設計預補償器，實現 具有行對角優勢。借鑒文獻[18]所提供的常熟補償矩陣計算方法設計預補償器。對于設計過程中的對焦優勢頻率范圍的問題，建議要保證 的行Gershgorin帶在所選的頻率范圍內與實軸有交點。這里需要指出，本文只考慮常數補償器的預補償方案。
(3) 計算 的各對角元素行Gershgorin帶所對應的極限增益 和極限頻率 。可使用文獻[8]和文獻[9]所提及的計算方法來計算極限增益和極限頻率。在這里需要注意，在計算極限增益 和極限頻率 時，計算的相關步長要盡可能的小，否則，對于某些對象而言，會出現較大的計算誤差，甚至是錯誤計算。
(4) 設定尋優參數的范圍。尋優參數的范圍可按如下原則來確定。
對于 ， ，可以選擇 ， 的某個范圍；對于 ，可以選擇 ， 的小范圍；對于 ，一般在零附近的小范圍內取值。有時也可以根據 第 個對角元素的Gershgorin帶的形狀來確定設置點 的移動方向。在這里需要指出：一般來說，按照上述原則，可以很快找到穩定的控制參數，但這些原則并不是絕對的。
(5) 計算PID控制參數。確定好 ， ， ， 后，利用方程（15），求解 ，然后，用不等式10判斷 的有效性。如果 在上述范圍內，也就是說 是有效的，那么用式9求解 。在得到 ， 后，利用式17、式18計算PID控制參數。
從上述步驟中，可以看出：該設計方法的計算量較大，其中的原因如下所述：
首先，本文所考慮的PID控制器的形式較為復雜，即 ，若考慮PI控制器或者PID控制器的形式為 時，該設計方法的計算量會大大減少；其次，為了尋找更優的控制參數，在該設計方法的計算過程中沒有采取任何經驗公式來簡化計算過程。
1.5 算法比較分析
文獻[8]所提出的設計方法和基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法都屬于基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法，現對這兩種設計方法進行簡要的比較分析。
文獻[8]所提出的設計方法計算簡便，可以找到較優的控制參數，是一種有效的多變量PID控制器設計方法。同時，它也存在著一些缺點。由于該方法是使用某些經驗公式來求取控制參數，因此，在進行PID控制參數尋優時，該設計方法存在一定的狹隘性。對于一些特定的多變量控制系統可能存在無法得到滿意控制參數的問題。另外，該設計方法需要實現傳遞函數矩陣在某個頻段內具有列對角優勢，以便求取各列Gershgorin帶所對應的極限增益和極限頻率。然而，對于一些特定的控制對象來說，要想得到各列Gershgorin帶對應的極限增益和極限頻率，需要在一個較大的頻段內進行計算，這樣一來，就增加了計算量。
可以將文獻[8]所提出的設計方法看作是一種基于正Nyquist陣列（DNA）設計方法的多變量PID控制器設計方法，而本文所提出的設計方法是基于逆Nyquist陣列（INA）設計方法的。采用逆傳遞函數矩陣進行多變量控制系統的設計具有很多優點[1]，這些優點從側面說明了本文所提出的設計方法具有文獻[8]所提出設計方法所無法比擬的優點。另外，該設計方法思路清楚，可以實現大范圍尋優。然而，該設計方法的計算過程復雜，計算量大。在分析文獻[8]所提出多變量PID控制器設計方法時，提到了對象傳遞函數矩陣對角優勢頻段的問題。在此，針對這個問題，給出一個建議：通過一些仿真例子，發現上述兩種設計方法在這個問題上存在此消彼長的一種規律，因此，在實際應用中，可以選擇性的使用這兩種方法來減小這種問題對設計工作帶來的影響。
2 實例驗證仿真
為了進一步深入研究基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法和驗證該設計方法的有效性，選取以下兩個典型對象模型作為研究對象，進行一系列的仿真實驗研究。
仿真模型1：在許多文獻中[8][14][12][19]，前人都把Wood-Berry蒸餾塔作為研究對象。其數學模型如下所示：
仿真模型2：在文獻[14][16][19]中，采用下述模型作為研究對象，本文也以此作為一個研究對象。該數學模型如下所示：
2.1 常數補償器設計
仿真模型1的傳遞函數矩陣及其逆對應的Gershgorin帶以及各對應元素組成的Nyquist曲線對如圖1，圖2所示。
從圖1和圖2中可以看出：仿真模型1的傳遞函數矩陣具有列對角優勢，同時其傳遞函數矩陣的逆具有行對角優勢。因此，在使用基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法時，不需要額外的補償環節。
從圖3和圖4中可以看出：仿真模型2的傳遞函數矩陣不具有列對角優勢，同時其傳遞函數矩陣的逆也不具有行對角優勢。因此，在使用基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法時，需要額外的補償環節。借鑒文獻[18]所給出的常數補償矩陣算法得到模型2的傳遞函數矩陣所對應的常數補償矩陣 及其傳遞函數矩陣的逆所對應的常數補償矩陣 。其結果如下所示。
利用上述常數補償矩陣對模型2的傳遞函數矩陣及其逆補償后，相應的Gershgorin帶圖以及相應的Nyquist曲線對如圖5和圖6所示。
從圖5和圖6中可以看出：常數補償矩陣使得仿真模型2的傳遞函數矩陣及其逆在必要頻段上具有了對角優勢。這里需要指出，在進行仿真時，需要將 取逆后作為常數補償器加入到仿真平臺中。
2.2 驗證仿真
文獻[8]所提出的設計方法和基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法都屬于基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法，下面將通過實例仿真實驗，對這兩種基于對角優勢特性的多變量PID控制器設計方法進行比較。這里需要指出，因為文獻[8]所采用的PID控制器形式與本文所考慮的PID控制器形式并不一致，所以在進行仿真結果比較時，并沒有使用文獻[8]所給出的控制參數，而是采用了雙協調因子 的方法擴大了文獻[8]所給出的設計方法的尋優范圍，來求取更好的控制參數。關于仿真模型1和仿真模型2的傳遞函數矩陣及其逆的對角優勢問題已在3.1節中給出論述，在下面的敘述中，不再提及該問題。另外，為了方便表達，將基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法簡記為BINA，將文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法簡記為BDNA。
對于仿真模型1，兩種設計方法所給出的PID控制器參數如表1所示。文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法所對應的極限增益和極限頻率為：
從圖7中可以看出，對于第一控制回路而言，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制系統在設定值階躍擾動下的超調量和調節時間都明顯小于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，而且抗干擾的性能也好于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法。對于第二控制回路而言，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制系統在設定值階躍擾動下的震蕩性明顯弱于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，同時，調節時間略大于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，其抗干擾的性能明顯好于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法。
從圖8中可以看出，對于第一控制回路而言，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制系統在設定值階躍擾動下的超調量明顯大于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，在調節時間上，兩種設計方法相差無幾；基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法的抗干擾的性能稍好于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法。對于第二控制回路而言，基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制系統在設定值階躍擾動下的超調量和調節時間都明顯小于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法；但其抗干擾的性能稍遜于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法。
從上述仿真結果中可以看出和基于INA設計方法的多變量PID控制器設計方法所設計的控制器性能要好于文獻[8]所提出的多變量PID控制器設計方法，但在某些控制性能方面各有千秋，因此，在進行多變量PID控制器設計時，可以選擇性的使用這兩種設計方法。
3 結 論
從本文的敘述中可以看出，本文所提出的多變量PID控制器設計方法是逆Nyquist陣列（INA）設計思想的實現，與文獻[8]所提出的設計方法之間存在著一種互為補充的關系，是一種可行有效的多變量PID控制器設計方法。同時，該設計方法一味的追求更優的計算結果，沒有進行合理的簡化，從而計算量較大，計算過程復雜。
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崔連杰（1983－），男，碩士研究生，助理工程師，主要研究領域為多變量控制系統設計及應用；
曹鳴（1957－），男，碩士研究生，副教授，主要研究領域為振動信號檢測及處理，噪聲信號檢測及處理等；
【關鍵詞】機械設計；現代設計；傳統設計
機械設計是根據產品的使用要求對機械產品的結構、運動形式、工作原理、方式等進行分析、計算和設計并將這些方法應用到具體的設計過程的方法。傳統的機械設計方法也稱常規機械設計方法，是需要設計人員去檢索資料、手工計算和繪圖，設計周期長，設計質量不高的產品設計方法。隨著科學科學技術的發展，產品迅速的更新換代，傳統的機械設計方法已不能滿足機械設計人員的設計要求，這就提出了現代機械設計方法。現代機械設計方法是對傳統機械設計方法的完善和改變，它以發展并完善設計理論、改進產品的設計方法、提高設計產品的質量和縮短設計周期為目標為宗旨，包含了創造性設計方法、系統分析設計方法、優化設計方法、有限元分析方法、反求工程設計等。
1.傳統機械設計方法與現代機械設計方法
傳統機械設計的方法是以設計人員對于所設計產品的理論認知和工作經驗為基礎而進行靜態、直覺的設計。（1）產品的理論認知來自于長期的設計經驗和實驗結果，是固定不變的。但現實社會往往是復雜多變的，這就存在設計出的產品考慮不全面，存在安全隱患，我們用安全系數來概述。如果選擇的安全系數過大，則投入產品的資金就會增加，成本增加；如果選擇的安全系數過小，則在保證產品的安全性方面很難做到。（2）工作經驗是設計人員根據所設計產品已經存在的設計過程和經驗公式，或設計人員本身的設計思路與同類或者相似產品的設計方法進行類比。隨著不斷提高的產品技術含量，設計體系變的越來越復雜，傳統的機械設計方法已不能滿足產品的更新速度和市場的需求。
以思維科學、設計理論系統工程為基礎，計算機為工具的現代機械設計方法出現了。與傳統機械設計方法相比，現代機械設計方法是動態，科學的。現代機械設計方法設計出的產品比傳統機械設計方法所設計出的產品在質量上更可靠、更安全，在外觀上更自然、更吸引人，在總體功能上更人性化。顯然，現代機械設計方法具有很多傳統機械設計方法不能比的特點：（1）隨著社會的發展，產品的更新換代很快，設計人員要不斷的改善舊產品推出新產品。而在新產品的開發過程中，被動的傳統機械設計方法已不能滿足要求，需要主動性比較強的現代機械設計方法來適應。（2）現代社會的消費群體在追求先進產品的同時還要求產品的綠色環保性。傳統的機械設計方法追求的是產品本身的質量和預定功能，而現代機械設計方法在追求產品預定性能的基礎上還要考慮產品在原料的選取、工件的加工、產品的裝配、產品的使用到產品的報廢回收都需要考慮和環境的關系，保證產品的綠色性。（3）傳統機械設計方法一般先根據設計思路制定出第一套方案并做出樣機，然后對樣機進行試驗、評定并且不斷的修改直到滿意而形成第二套方案，期間耗費高、時間周期長。現代機械設計方法依據各種既定的條件，綜合運用優化設計的方法，借助計算機軟件設計仿真出產品，設計周期短，耗資低。
2.現代機械設計方法
現代機械設計方法實際上是把科學方法論運用到機械設計當中，它是以設計出的產品為目標的一系列設計方法和先進技術手段的完美結合。現代機械設計方法在不斷的完善和改變中，但它以發展并完善設計理論、改進產品的設計方法、提高設計產品的質量和縮短設計周期為目標的宗旨是不會改變的。經歸納總結現代機械設計方法有創造性設計方法、系統分析設計方法、優化設計方法、有限元分析方法、反求工程設計等。
2.1系統分析設計方法
傳統的分析設計方法一般是把要設計的對象分成獨立的幾部分來分別進行研究。因為各個部分的研究人員不能及時交流，導致所設計對象的各個部分是獨立的，所以得出的結論往往是片面的、不完整的。現代系統分析設計方法把所設計的對象看成是一個完整的系統，用系統工程的方法來進行研究，并且在尋求最佳的設計方案時還要考慮產品或系統的制造過程和運行情況。即系統分析設計應同時考慮系統的開發、系統的制造和系統的運行這三個部分，只有這樣才能驗證出產品的設計效果。
2.2優化設計方法
現代化的優化設計方法已不再是傳統的那種根據設計人員的經驗或直觀想法來確定結構方案，也不是再滿足所設計產品要求的前提下，先確定設計方案再根據安全準則對產品的強度、剛度和壽命等分析計算，然后確定產品的尺寸等；而是不僅要考慮產品結構設計還要同時考慮產品的運輸和產品的流通等各個方面。現代機械優化設計方法包含建立優化設計的數學模型和選擇恰當的優化設計的方法。因為優化設計方法是根據在尋求數學模型的解決方法時得到產品解決的最優方案，所以設計人員要根據所設計產品的要求建立相應的數學模型，而數學模型一旦建立后，機械問題就變成了一個數學問題。設計人員根據數學模型的特點選擇合適的優化設計方法，然后借助計算機軟件等工具求出數學解，然后把求出的解應用到機械產品中，滿足產品設計的要求。
2.3有限元分析方法
有限元分析方法是隨著計算機的發展而迅速發展起來的一種現代化設計計算方法，它首先是應用在連續力學領域的數值分析方法，隨后隨著計算機的快速發展而擴展到熱、磁等連續性分析領域。有限元分析方法的原理是將要分析的產品劃分為有限的、獨立而又相互聯結的部分，這些部分一般都是常見的形狀，比如在有限元分析軟件ANSYS中，被分析的產品如果是平面則最好劃分為四邊形，如果是立體則最好劃分為六面體。劃分好單元后設計人員需要確定所分析產品的各個變量，然后建立單元函數進行單元求解，最后聯立單元方程求解。概括起來說有限元分析方法可以分為三個階段：前處理階段是建立有限元模型并進行網格劃分；處理階段是進行參數的確定和單元的計算；后處理階段是提取分析結果，得出結論。
2.4反求工程設計
反求工程也稱為逆向工程，它是以先進的產品為研究對象，通過現代設計方法進行研究分析，探索并掌握產品應用的先進技術，然后設計出同類的先進產品的一系列方法和技術的總稱。我國是制造業大國而非制造業強國，要想達到制造業強國關鍵是人才和技術，外國有很多機械設計方法和技術領先于我們，但他們對我國采取封鎖的政策。研究表明運用反求工程設計掌握先進產品的關鍵技術可以使設計人員的研究周期縮短百分a之四十以上，極大的提高了設計速度。可見研究反求工程設計對我國的技術發展有很重要的意義。一個先進成熟的產品，要在了解掌握原設計的基礎上設計出同類有競爭性的新產品也是有一定的難度的，所以反求工程是一種先被動后主動的創造性活動，并非產品設計的逆過程。
關鍵詞：設計色彩藝術設計表現方法
在現代藝術設計專業與產品設計、包裝中色彩起著十分重要的作用，它與設計產品造型、圖案紋樣、材料加工一樣，是產品設計的主要內容之一。所以，不同的產品設計本身就包括了不同色彩的設計。而設計色彩與繪畫寫生色彩既有區別，又有聯系。繪畫寫生色彩是以光照作用下產生的色彩變化為主、對表現物體瞬間引起變化的色彩進行敏銳的捕捉，真實地再現自然物象，繪畫者的科學認識與觀察是表現寫生色彩的正確方式。設計色彩則以繪畫寫生色彩為基礎，根據設計專業的特點和要求，運用色彩歸納、概括、提煉等手段，表現物體之空間，它更注重和強調物象的形式美感以及色彩的對比協調關系，培養設計者表現色彩的能力。繪畫色彩是感性的、客觀的、空間的、真實的，而設計色彩則是理性的、主觀的、平面的。這就要求進行色彩學習時，要有側重地做寫生練習。設計色彩將視覺中觀察到的色彩經過有目的地篩選、梳理、提煉、變化體現出來。設計色彩是繪畫寫生色彩與設計用色之間結合的橋梁，是以培養學生的設計思維及表現能力為主旨，經過繪畫寫生色彩訓練，在具備正確觀察和認識色彩的前提下，進入設計色彩表現方法的學習是從事藝術設計色彩的必經之路。
一、設計色彩的特征
設計色彩是藝術設計專業一門基礎課程，它對現代藝術設計專業如廣告、插圖、標志、設計、建筑外觀、服裝設計有著重要作用。它在美化生活、滿足物質需要的同時，也提供了精神上的享受，因此色彩的協調與正確運用是產品成功走向市場的保證。正是由于色彩的特殊性，在繪畫寫生色彩中可以有個人喜好來運用和表現色彩，而在設計色彩中則不允許有明顯的個人偏好。當人的審美觀念隨著時代的發展而不斷提高時，設計色彩也在隨著時代而不斷創新，并要符合時代性與環境、地域等不同的審美要求。同時強調以實用為前提，注重大眾接受為目的，其要求色彩效果明確、清晰、單純。設計色彩在繪畫寫生色彩的基礎上通過高度概括、提煉、歸納等手段，夸張變化地表現出來。它不受光源色、環境色、固有色的影響，它的最大特點就是不滿足于自然中客觀變化的色彩，而要靈活地調配出比現實生活更理想的色彩，表現出更高境界的色彩。這就要求設計者有豐富的想象力和對色彩的控制能力，同時具備較高的個人審美藝術修養。
二、設計色彩的配色
藝術設計作品的造型以寫實和變形為主。寫實是指比較真實地反映生活中的物象特征；變形是在不背離物象的基礎特征以及自然規律的前提下，根據設計者的審美取向和審美感受對物象進行概括、簡化，改變其表現物象的外在形式，將“自然”形態轉化為藝術形態，它是對自然物象“形”的美化過程。“變形”是依據不同對象特征所進行的變形，是自然物象的升華。“寫實”與“變形”二者是相互聯系的。視覺的需要促使著形的變化，有韻味、意味、趣味的“變形”也滿足了形式與內容的高度統一。而設計色彩主要以表現平面、單純、秩序的形式為了。在藝術設計中出現的形象，無論是二維形象還是三維形象，在構圖上都處于平面狀態；而物象色彩多采用單純的顏色，使形象具有審美感染力和表現力，形成畫面效果所具有的秩序感、韻律感、節奏感。這些形式設計者一般采用重復、漸變、放射、對比、統一等法則來體現，最終達到賞心悅目的效果。設計色彩配色原理，藝術設備者設計色彩時在顏色選擇上可以豐富多彩，也可以只選幾個顏色，甚至用一種顏色來表現。設計色彩作品之所以打動人，不在于色彩是否強烈，而是色彩的豐富變化上。即使用一種顏色通過黑、白、灰變化其明度或純度，作出等級色組成的畫面，使畫面效果產生秩序感、節奏感。設計色彩的配色，要求色彩的形式和內容應該冷暖對比協調統一，通過形與色的結合來實現色彩傳遞和表達感情的目的。不同表現主題具有不同的韻律，不同的色調可以給人不同的美感。設計色彩的調和方法主要包括同類色調配、類似色調配、鄰近色調配、對比色調配、互補色調配等。
三、設計色彩的表現方法
1.變換環境、物象引起的色彩變化學習：任何物體的色彩面貌呈現都是與周圍色彩比較的結果，它是固有色、光源色、環境色的綜合體現。通過練習可以使學生直接而生動地認識局部與整體色彩的關系，從中發現并掌握一些變化規律與表現形式，為日后理性地運用色彩語言表達設計思想奠定有力的基礎。要求對一組靜物進行寫實色彩寫生，然后變換靜物組合。如：a.變換光源色（由日光變為白熾燈等）；b.變換少量物體；c．變換和拆除靜物組合的部分襯布等，使該組靜物產生局部變化。最后將前后幾張作品對照，從中感悟局部色彩變化所帶來的整體色彩變化。在此基礎上，為了更進一步地提高對色彩內在聯系和變化規律的把握，以及自由運用色彩語言的能力，可以繼續進行色彩組合默寫訓練、變調訓練，使學生在解決問題的過程中，理解和掌握設計色彩知識。
2.色彩歸納表現：通過掌握對自然色彩的分析、概括與提煉，從中了解如何將畫面由三維向二維方向轉化的方法，了解由寫實表現形式向設計表現形式轉化的過程。也便于更加理性地用色，為日后走向設計工作奠定基礎。在寫實的基礎上，對同一景物、風景、花卉進行色彩歸納，并進行概括和提煉的實踐。由于客觀物象的色彩千變萬化，因此在做這一練習時，先畫一幅寫實性色彩作業，然后再完成兩幅不同處理方法的歸納色彩寫生作業。色彩歸納訓練，是溝通寫實與裝飾色彩畫法的有效措施。歸納色彩寫生同樣重視色彩感受中的第一印象，只是更進一步地表現對象色彩的本質特征。其表現形式的不同之處是，歸納色彩寫生是在排除了光色影響下的色彩作去偽存真的處理，有意識地追求平面化的畫面效果。
歸納色彩寫生一般有兩種方法：一是在保持原有光色關系的基礎上，將幾種鄰近距離范圍內的近似色都轉化成它們的平均值色，以平均值來代替它們，盡量以平涂式處理，但并不是將對象單純地用固有色來代替。二是在保持寫生物象色調特征下，加強對色彩的主觀處理，作必要而適度的夸張，如加強色線的曲直對比、色彩分布的疏密對比等。豐富的景物組合適宜作為寫生對象，處理畫面的方法除以平涂色塊，還可以勾線填色，或對局部進行繁化處理等。同時還應注意色塊之間的著色邊線必須肯定、明確，顏色在色塊內一般不能漸變、滲化等變化。
3.色彩的裝飾性表現：要求這一環節是繼“色彩的歸納訓練”之后的又一個培養具備設計思維能力和設計表達手段的重要命題，它分別以風景、花卉、人物為對象進行裝飾色彩的技法練習。以主觀性為主，以美化畫面為核心，運用歸納、變色、象征等表現手法，講究色彩自身的韻律效果。裝飾性色彩表現是印象派和現代畫派畫家常用的手法，如高更、勞特里克等。練習應循序漸進，由歸納寫生開始過渡，在色彩歸納的基礎上盡可能地強調其裝飾性，將形體與色塊較大程度地整化。第二步可以嘗試“限制用色”的方法，達到以一當十的目的，只用數種色彩根據不同搭配形式，產生各種不同的色彩樣式。第三步“借用色彩”，吸收古今中外優秀裝飾作品的手法，尤其是裝飾繪畫和圖案設計的主要手法。與色彩同樣重要的還有體現色彩效應的描繪手法如色點綴，勾線描邊、漸變、間隔色塊等可以增強畫面色彩的豐富性與裝飾性，使畫面色彩呈現出循序感，從而色彩效果達到調和。
4.色彩抽象化表現。要求擺脫視覺對形象直接識別的依賴性，鍛煉學生的設計思維能力，是設計表達手段的重要環節。使形象與色彩取之自然，逐漸脫離自然，最終又作用于自然。使色彩與形式具有暗示、象征、傳遞意念的功能。通過一些命題設計（如：激越、和諧、生命等進行鍛煉）來完成。學生由于自己的經歷、文化背景不同、性格等因素導致命題對其有著不同的心理響應，在進行抽象練習時，根據個人的理解不以任何具體形象為裝飾的對象，而運用單純的點、線、面作為表現的形象，來組成作品的面貌。
5.色彩肌理效果表現。要求選擇歸納、裝飾、抽象中的一幅作品，在不改變其形的前提下，進行肌理效果的處理。如將水粉紙更換為木板，顏料中加入沙子、木屑、碎玻璃粒、石膏粉等方法以取得很好的質感效果，用油畫在畫面上運用拓印、渲染、磨擦等技法，使畫面達到新的境地。
通過對繪畫寫生色彩、設計色彩特征的認識，使學生從理論學習到實踐練習、從感性認識上升到理性認識，從繪畫寫生色彩的科學觀察認識到主觀理性地歸納設計色彩。從而培養學生理解與把握色彩、生動表現設計色彩的能力水平，使其掌握不同設計色彩方法在今后從事的不同藝術設計領域中發揮作用，為將來從事的藝術專業正確地使用色彩、設計色彩打下堅實的基礎。
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關鍵詞：隧洞 水工工程 方法研究 設計原則
水工隧洞的襯砌主要分為三個部分，主要包括支護鋼架、錨噴裝置和鋼筋混凝土內襯。由于不同水工隧洞需要施工的巖石條件不同，在進行設計方法的選擇時，需要加強前期的地質條件和施工環境探測，合理選擇支護結構，制定設計施工方案。水工隧洞設計方法的選擇對于施工的安全性和施工的質量與效率影響重大。本文淺析了水工隧洞設計方法的主要類型，結合水工隧洞的設計方法選擇的依據，提出了設計方法實際應用中的注意事項。
1.水工隧洞設計方法的主要類型
1 . 1結構力學方法設計
經過調查發現，目前水工隧洞設計方法主要包括四種類型，具體是結構力學方法設計、有限元計算方法設計、施工預期方法設計和功能反饋方法設計。結構力學方法設計主要是指水工隧洞的設計方法的選擇結構水工隧洞的實際力學要求，建立力學分析模型，對于設計方案采用以力學性能設計為主的方法。對于排沙水工隧洞、傳輸水工隧洞和施工水工隧洞而言，應用結構力學方法設計可以有效提升水工隧洞施工方案的設計效率和設計質量。結構力學設計方法最大的特點就是設計目的明確，設計思路清晰。
1 . 2有限元計算方法設計
所謂有限元計算方法設計主要利用控制單一變量法實現水工隧洞設計影響因素的探究，該設計方法具有匹配性強的特點。水工隧洞有限元計算結合隧洞材料和荷載的指標，對圍巖、鋼筋混凝土、二期襯砌和錨桿等進行計算分析，利用實際變量的調控，將水工隧洞的施工工況、設計狀況匹配系數、水工隧洞開挖厚度、彈性抗壓能力等進行科學計算，可以結合具體的水工隧洞的實際設計要求，展開設計與施工。有限元計算設計方法的選擇適合水工隧洞施工方案較為清晰的工程項目，結合施工要求，可以提升設計方案的可控性。
1.3施工預期方法設計
水工隧洞施工設計是設計方法的主要類型之一，加強施工預期的判斷可以有效提升水工隧洞設計方法選擇的關聯度和匹配性。所謂施工預期方法設計就是結合水工隧洞的施工目標合理制定設計方案和施工方案。在預期過程中，需要注重施工通道的場地布局問題，在進行水工隧洞半徑選擇時，要嚴格限定旋轉半徑。對于較長的隧洞洞施工預期，設計方法路線要加強支洞和輔洞的設計與建設，進而保障施工隧洞洞的施工安全性，在合理的空間內有效提升施工效率，加快施工進度。
1 . 4功能反饋方法設計
功能反饋方法設計類型作為21世紀新型的設計方法選擇，主要是利用先進的監控設備實現設計方案與水工隧洞功能要求的實時調整并逐漸完善的設計方法。水工隧洞設計方法的確立需要建立在對水工工況具有系統的勘探和認識上，這對于現在施工項目而言，設計難度較大，對于設計人員的綜合素質要求較高。功能反饋方法設計有效規避了由于設計人員能力不足而引發的后期設計和施工問題，極大擴大了方法選擇的范圍，并提升了設計效率。水工隧洞設計方法的類型較多，在具體選擇時，需要充分結合不同類型的優勢。
2.水工隧洞的設計方法選擇的依據
2 . 1水工隧洞抗裂指標要求
水工隧洞設計方法需要盡可能滿足施工的最低要求，特別是滿足抗裂性能的指標要求，加強設計方法的應用測試。對于抗裂水工隧洞的設計一般分為預壓式水工隧洞和堆砌式水工隧洞。堆砌式主要借助鋼筋混凝土實現抗裂性能指標的達成。由于鋼筋水泥材質自身的特性決定了堆砌式的水工隧洞容易開裂，因此設計方法的選擇，必須將鋼筋水泥材料的熱膨脹系數進行精準計算，加強與當地地質組分和地理環境相互匹配的灌漿配方的研制。需要指出的是抗裂性較好的水工隧洞，其設計方法的科學性和可操作性優勢明顯。
2 . 2水工隧洞施工方案簡捷
水工隧洞設計的主要任務就是保證水工隧洞施工進度和目標的達成，發揮水工隧洞的功能性和可靠性。在設計方法選擇時，需要明確水工隧洞的基本設計原則，保障設計方案與施工方案的對等一致性，發揮水工隧洞設計的施工便利優勢。不同的地理環境和地質構造對于水工隧洞的設計而言，考慮的施工便利影響因素不同，這就需要結合先進的施工技術和施工設備，合理制定水工隧洞的設計方案。設計方法選擇效率的高低直接影響設計方案的合理性，需要結合水工隧洞的設計原則，及時完善設計方法。
2.3水工隧洞檢修安全保障
水工隧洞方法設計的選擇，需要保障施工及其檢修的安全性。施工的主要原則就是“安全第一，預防為主。”在對整個隧洞的路線進行設計選擇時，需要綜合考量周邊條件，水工隧洞的檢修安全設計方法選擇的依據，與水利工程項目的施工理念相吻合，有效體現了人作為施工設計的主要參與者的主體作用。首先，檢修安全設計原則可以激發相關檢修人員的工作積極性，排除檢修人員的顧慮；其次，檢修安全設計原則有利于從根本上為解決其他設計問題奠定客觀條件基礎。最后，水工隧洞設計方法需要因地制宜，提升設計方法的普遍適用性。
3.水工隧洞的設計方法內容實際應用需要注意的事項
3. 1水工隧洞的構造設計注意事項
水工隧洞設計方法關于構造設計與力學分析類型的選擇相似，由于結構具體包括止水結構、排水結構和縫隙結構。設計方法的應用需要格外注意水工隧洞可以滿足常壓下的無水滲透要求，在設計中需要完善止水結構傳感器的設計，可以利用銅制或石英制的實現水帶檢測。排水結構設計需要注意調節洪峰的進出隧洞洞口不會積水，這就需要在設計時，加強地形與地勢的數據分析計算，為后期檢修打通安全通道。縫隙結構設計主要是考慮溫度對于水工隧洞整體穩定性的影響。因此，水工隧洞設計方法的應用對于地質條件和結構構造的影響規律加強探究，以不斷提升設計方法的應用水平。
3.2水工隧洞的灌漿設計注意事項
水工隧洞設計方法確定后，對于施工方案的確立需要盡快完成。由于水工隧洞灌漿材質對于施工效果影響顯著，水工隧洞方法設計的內容需要結合灌漿設計的主要方式合理制定。水工隧洞的灌漿設計結合灌漿方式的不同分為固結式灌漿設計和回填式灌漿設計。依據上文講述的水工隧洞設計方法選擇的依據，加強周圍巖石的處理分析，明確固結式灌漿隧洞洞的參數。在對隧洞洞身進行灌漿時，灌漿漿料一般采用水泥漿液。設計方法與施工方案相結合，需要弄清二者關系。設計方法選擇的依據和類型的確定不是一蹴而就的，需要反復進行驗證。
3.3水工隧洞的布局設計注意事項
水工隧洞布局設計方法主要包括水源和泥沙進出口處的布局設計、隧洞洞身的布局設計和洞頂的布局設計。因此，對于設計方法的應用需要對每一個環節做好應用結構反饋整理分析工作。水源或泥沙進出口布局需要上半部分設計成半圓拱形，下半部分設計成矩形，這樣可以緩解隧洞上端巖石對隧洞洞的壓力。隧洞洞身的布局直接影響傳輸效率和排沙效率，進而影響施工進度。無論選擇何種設計方法，設計方案需要明確設計方法的應用優勢，對于無明顯應用優勢的設計方法，及時進行修訂和完善。
4.結論
綜上所述，水工隧洞設計類型分為四大類，本文對于每一種設計方法類型進行了具體闡述，并結合設計方法選擇的參考依據，明確了水工隧洞設計方法解決方案制定的切入點。在進行實際應用時，需要加強設計方法的驗證，并結合注意事項及時調整設計實施方法。
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[1]馬松豪.水利工程的隧洞封堵體設計方法探究[J]-《城市建設理論研究（電子版）》-2015（24）.
【關鍵詞】建筑；設計；方法
【中圖分類號】TU247【文獻標識碼】A【文章編號】1674-3954（2011）02-0012-01
一、引言
建筑與人是密不可分,相互關聯的。人類生活及意識形態決定了建筑的意義。建筑設計反映著人類對自然的認知和人類社會的發展的形態。簡單的講,建筑設計的好壞將直接影響著每個人的生活質量。作為從事建筑設計的人員來說,人性化的、不斷完善的、優秀的建筑設計將直接作用于人民生活,從而帶動整個社會的發展。
作為一個建筑設計師來說,工程設計項目真正變為建筑物,是會讓人感到激動和欣慰的,建筑師的自豪感也因此而生。建筑設計不應該是盲目組織和不加思考的砌筑,建筑師們應當在形成作品前充分考慮社會環境、經濟、政治、人文以及美學各方面的因素,依據建筑設計原理及方法,從而對作品進行系統分析,使建筑不僅能夠滿足現階段人們的使用要求,而且能夠豐富我們所賴以生活的社會與環境。
二、建筑設計的方法
建筑實用、建筑思想、建筑手法,這三個因素是建筑師支撐建筑創作的基本內涵,也是建筑師在建筑創作過程中引導設計的主要依據,它們之間互為因果、互相依存。我們說建筑設計的前提是設計形成的建筑首先要滿足使用功能,在此前提下,通過建筑思想的指引,運用相關的建筑設計方法,可以完成具有某種傾向的建筑作品;相反,面對具有某種傾向的建筑作品,分析其設計方法,也可以總結出一定的設計思想來。不論正反兩方面看建筑設計,建筑的實用、思想、手法是貫穿建筑設計始終的。我們知道建筑設計的方法很多,也并不能統一出一種或幾種固定的設計手法。正因如此,我們才有了多種設計流派和多樣的建筑設計。但是就某種流派而言,都會有其相對特有的建筑設計方法和手段。從包豪斯到現在的高技、結構、解構、后現代以及簡單主義的發展等等,雖然設計方法多種多樣,但對這些設計方法而言,都對建筑多樣性的發展起到了重要作用。
建筑設計方法的產生在某種意義上是對人類生活與思想的總結。運用它能使我們科學嚴謹的對待建筑設計。建筑設計的最基本的過程是一個“由簡至繁,由繁至簡”的推敲過程。我們可以拿極少主義的建筑設計例子來看,“極少”并不是不經過設計,而是在建筑設計過程中對繁瑣內容進行科學合理的取舍。下面筆者就建筑設計的六種方法逐一進行分析:
1、平面功能（流線）法
建筑平面設計是解決絕大部分建筑功能的一個重要環節。在對建筑物的功能分析時就會對所構想的建筑設計進行具體的分析。雖然建筑是一個三維向量的產物,不應該也不可能單一談論一個局部,但是對于建筑的今后使用,平面分析還是有必要單獨提出和研究的。平面處理的好壞直接作用于建筑的使用功能。我們所要研究的是怎樣通過使用流線的分析,設計出合理的建筑功能來。比如我們對公共建筑進行設計的時候,常常要從使用人員的使用流線之間的關系、密集人群的安全設計、個體私密性等問題進行平面功能的組合;應該提供一個開放、安全、穩定、有親和力的公共空間。而這些處理在大多數情況下建筑師在分析平面功能關系時必須全面考慮。平面功能(流線)法是目前建筑設計人員大量采用的一種設計方法,其主要概念是,先分析用地關系,通過了解建筑物的使用性質,從功能出發進行平面功能的合理組合,同時考慮建筑的空間設計等環節。
2、構圖法
現代建筑的基本體量、空間或其它要素,都可以歸納為簡單的幾何形體,如矩形、正方形等。建筑設計通過構圖要素來分析幾何形體之間的關系,從中分析出形體之間的比例、尺度、對比、主從、韻律、均衡、重點等形式美的規律。使用構圖法進行建筑設計的一個前提是:建筑師是怎樣對其所設計的建筑進行定位的。關于探討幾何關系與構圖也并不是到現在才有的,早在希臘和羅馬時期,研究幾何關系就已經相當深入了。構圖法的一個典型實例是巴西國會大廈。
3、結構法
結構法亦稱為結構主義的建筑設計方法,其主旨是通過建筑的結構形式來表達建筑設計。結構與建筑空間是密不可分的,可以通過結構設計的表達來演繹建筑物的性質,現代建筑大師也曾經把建筑結構要素當作裝飾要素來處理。但那些結構要素本身依然起著不可替代的作用。結構外露,就像要告訴人們建筑內容是如此的豐富,以至于人們看到此類建筑有時甚至會有點不知所措。
4、符號象征法
我們把特定的或約定成俗的符號,使用在建筑表面或建筑內部的特定裝飾部位;或者,用這些符號來演繹建筑平面以及空間體量。比如國內經常能看到運用傳統大屋頂這一特定符號來說明歷史文脈的呼應和延續。雖然部分建筑設計生硬的照搬這一特定的符號并不一定能很好的體現建筑文化的傳承,但是縱觀國內外的很多建筑作品,符號象征法在建筑設計中還是不斷的采用。該方法大量運用在一些對建筑形象有特殊要求的建筑設計中,如企業可能試圖通過建筑設計與企業符號的結合來展示企業的形象等。
5、建筑沿革法
建筑沿革法,就是要對以往的建筑設計進行系統的分析,從中提煉自然法則、歷史、文化和人們的生活習慣、情趣以及人們的思想,作為建筑設計的出發點,從而進行建筑設計,力求通過建筑設計來改變人們的生活習慣及行為習慣。
6、綜合法
我們在建筑設計的過程中并不是只針對一個簡單建筑而言。大量的群體建筑的建筑設計中,將不同的個體建筑分析為不同的幾何形體作為總體的設計方向和研究。使之對于每個單體建筑之間有著一種相互依存的關系。這種關系是清晰地、明辨的。我們運用這種手法設計出了大型的、綜合的建筑和城市來。這種方法是以上幾種方法的綜合。
三、國內建筑設計需重點考慮的問題
在談建筑設計方法的同時,我們還應該意識到建筑師在進行建筑設計時還應該考慮些什么?我們是有著悠久歷史和文化的國家,建筑設計是不能沒有文化和歷史的。然而我們在繼承和發揚我們的文化和歷史這一工作上還遠遠不夠。迄今為止我們還沒有國際級的建筑大師。“這是為什么?”我們不禁要問!建筑是要靠對人們的熱愛和對建筑創作充滿激情的建筑師來完成的。我們的鄰國印度也是發展中國家,但是他們擁有世界一流的建筑師。查爾斯.柯里亞作為一個建筑師,在近40年的建筑實踐中,他注重將建筑和城市規劃緊密結合,并致力于解決第三世界國家發展而帶來的人民生活問題,并設計了著名的干城章嘉公寓。該公寓是為低收入群體做的居住建筑,在建筑設計中更多的是考慮人性的意義。建筑師不能是僅僅為少數有錢人工作來滿足他們的奢望。更重要的是能夠為經濟條件較差的民眾創造舒適的生活環境,建筑對人應該是平等的,我們需要這樣的民族建筑師。當我們走在上海這一中國目前經濟最發達地區的街道上的時候,我們不能只看到高樓林立,我們更應該看到廣大市民的居住和生活狀況,雖然有了翻天覆地的變化,生活條件得到了空前改善,然而看到依然還有一根根簡易晾衣桿從破舊民居的窗臺伸出來的時候,作為建筑設計人員,大家都會有一種內疚的思考。
[關鍵詞]：設計速寫 方法 訓練 階段
設計速寫是培養設計構想和快速捕捉、快速表現的一門基礎訓練課。設計速寫的訓練不僅能提高快速熟練的設計表現，更能促進形象思維的積極運轉，開拓想象空間，對設計構想的深度、廣度和完善起著非常重要的作用。
設計速寫也是一種最快捷方便的表現語言，設計師通過設計造型能記錄被描述物的形體和色彩，這些造型將會為設計創作積累大量的素材和資料，而卻能夠快速記錄設計師的靈感和構思，也是傳達設計師意圖、理念的工具，每件好作品背后都有大量的速寫記錄設計工作的每個步驟和階段，這種能力是設計師必不可少的重要技能。
要想成為一名好的設計師，應當具備兩方面的視覺造型表現能力，一是寫生表現能力，二是設計創作表現能力，設計速寫則是培養兩種能力的重要造型訓練手段。
多畫速寫有助于我們形成正確的科學的觀察方法，這是由速寫本身的性質所決定的。它要求我們在短時間內迅速準確地表現物象，這就在潛移默化中鍛煉了我們的整體觀察能力和整體思考能力，逐漸形成了抓大放小、簡明扼要的表現方式。其次，從造型角度來講，多畫速寫是快速提高造型能力、打好基本功的捷徑之一。
在練習設計速寫之前，我們需要特別注意的是，首先要分清設計速寫與繪畫的速寫之間的區別與表現的側重。
繪畫的速寫是在乎面(既紙面)創造真實的立體。繪畫速寫一般偏重寫實(簡單的說就是比較像真的)。如果是油畫系的要注意形體、質感，藝術趣味，個性；雕塑系的偏重于結構，體積感。就是所謂的“結實”；國畫重視筆法，強調線的運用，重在“寫”。總的來說繪畫速寫強調形、體(國畫除外)、主觀表現。
而設計速寫則是把真實的立體歸納在平面(既紙面)里。設計速寫首先強調造型，形的要求更苛刻，在形準的前提下可以根據需要夸張變形。總的來說設計速寫強調型和畫面構成。學習設計速寫的方法主要分為以下五個階段：
第一階段主要是通過臨摹他人優秀的作品，直接學習他人的表現技法來為表現階段打下基礎，同時也加強了造型能力的訓練。如果是初學著應該線從線條的練習開始，如：使用美工筆進行水平線和垂直線的練習，以及斜線和各種圖案的練習，這一訓練主要目的是讓初學者能夠較自由控制線條的方向，為臨摹打下基礎。當能夠自由控制線條的方向之后，就可以開始選擇優秀的摹本來進行臨摹，在臨摹的初期應做到與摹本一模一樣，暫時拋開自己的技法，即有“你”無“我”。這個階段主要是積累他人的畫面印象，學習他人的表現手法，只有當達到一定的量之后，把這些技法和他人畫面的優點熟練化，并最終運用到表現自我感受的過程中，這才達到了臨摹的目的。這種方法是學習速寫的捷徑之一。
第二階段主要是表現階段，這一階段主要是解決物體的表現方法，更加強化和鞏固表現技能，形成自己的表現風格。通過收集一些優秀的設計作品案例和攝影照片進行圖片表現，這個階段的表現盡量做到細致，仔細，注意線條的排列與穿插以及畫面整體效果和光影效果。
第三階段是寫生階段。在開始進行寫生訓練時，不要一味的追求速度，要穩定好心情由慢寫開始，逐步訓練眼睛的整體觀察能力和手頭的熟練表現能力，當然慢寫并不是速度很慢地畫速寫，而是運用筆的速度與相對寬裕的觀察、理解、思考、歸納、取舍的時間統一起來，在學習速寫的基礎階段，它對人的眼、腦、手三者協調一致的快速寫生能力具有十分有益的鍛煉作用。通過一段時間的練習，當具備了一定的速寫能力和技巧后，速寫則成為設計師敏銳觀察、捕捉物象的本能，經過提煉、概括又成為獨特的設計造型表現形式了。畫速寫便可以由慢到快并逐漸熟練起來。在寫生階段中要經常進行戶外寫生，感受大自然的魅力，收集資料。
第四階段為默寫階段。重視默寫即注重造型能力的培養，把再現與表現有機地結合起來，這是我們對速寫的較高層次的要求。默寫有助于速寫能力的提高，二者之間是相輔相成的。
