设计综合与评估：建筑与齿轮系统案例解析

### 设计综合与评估：建筑与齿轮系统案例解析 在工程设计领域，设计综合与评估是确保设计方案可行性和有效性的关键环节。本文将通过两个具体案例，详细介绍设计综合的过程以及相关的评估方法，并给出相应的代码实现。 #### 案例一：建筑轮廓生成设计综合 该案例聚焦于建筑轮廓的生成，涉及多个系统和程序，旨在根据给定的场地和建筑要求，生成合理的建筑布局。 ##### 系统与程序概述 - **系统组成**：涵盖场地（site）、建筑（building）、服务（service）、楼层（floor）、核心区域（core）和服务区域（s_area）等系统。 - **程序功能**：包含用于计算建筑尺寸（BuildDim）、核心区域尺寸（CoreDim）、核心区域数量（NumCores）、核心区域位置（CorePos）、楼层数量（NoFloors）和服务区域面积（SerArea）等的程序。 ##### 分解过程 1. **场地系统（site）**：定义了场地的长度、宽度和所需面积等属性。 ```plaintext SYSTEM site length EXPRESSION length width EXPRESSION width req_area EXPRESSION req_area ``` 2. **建筑系统（building）**：依据场地尺寸确定建筑的最大长度和宽度，并通过百分比选择实际长度和宽度。 ```plaintext SYSTEM buUding peak_pop EXPRESSION peakjjop m axjength EXPRESSION site.lengUi-10 max_width EXPRESSION site, width-10 percjength ONE OF P100,P90,P80 perc_width ONE OF P100,P90,P80 length PROGRAM BuildDim(building.max_length, building.perc_length) width PROGRAM BuildDim(building.max_width, building.perc_width) ``` 3. **服务系统（service）**：确定核心区域的位置和数量，并根据核心区域数量重复核心区域系统。 ```plaintext SYSTEM service pos_core ONE_OF center,sides num_cores PROGRAM NumCores(service.pos_core) core SUBSYSTEM core s_area SUBSYSTEM s_area IF(service.ntim_cores > 1) THEN FOR c_count=l,service.num_cores REPEAT core ``` 4. **核心区域系统（core）**：计算核心区域的长度、宽度、面积和位置。 ```plaintext SYSTEM core length PROGRAM CoreDim(len,service.pos_core, building.peakjxjp) width PROGRAM CoreDim(wid,service.pos_core, building.peak_pop) area EXPRESSION core.len^*core.width left_x PROGRAM CorePos(x,c_count, service.pos_core,core.length,building.length) bot_y PROGRAM CorePos(y,c_count, service.pos_core,core.width,building.width) ``` 5. **楼层系统（floor）**：根据场地所需面积、建筑尺寸和服务区域面积计算楼层数量。 ```plaintext SYSTEM floor num_floors PROGRAM NoFloors(site.req_area, building.length,buiiding.width,s_area.area) ``` 6. **服务区域系统（s_area）**：根据核心区域位置计算服务区域面积。 ```plaintext SYSTEM s_area area PROGRAM SerArea(service.pos_core) ``` ##### 约束条件 - 楼层数量不超过最大楼层数：`IF(floor.num_floors>0) THEN floor.num_floors <= max_floors` - 建筑长宽比不超过 4：`IF(building.length > 0) THEN building.Iength/building. width <= 4` - 楼层高度与建筑宽度的关系满足一定条件：`IF(building.width > 0) THEN floor.num_floors*ht/building.width <= 10` ##### 预条件与输出结果 - **预条件**：场地长度为 70，宽度为 50，所需面积为 25000，最大楼层数为 15，建筑峰值人口为 250，楼层高度为 3.5。 - **输出结果**：给出了场地、建筑、楼层、服务区域和核心区域等的具体尺寸和属性。 |系统|属性|值| |----|----|----| |site|length|70| |site|width|50| |site|req_area|25000| |building|peak_pop|250| |building|max_length|60| |building|max_width|40| |building|length|54| |building|width|32| |building|p_length|90%| |building|p-width|80%| |floor|num_floors|10| |service|pos_core|sides| |service|num_cores|2| |s_area|area|400| |core[1]|length|20| |core[1]|width|10| |core[1]|area|200| |core[1]|left_x|0| |core[1]|bot_y|11| |core[2]|length|20| |core[2]|width|10| |core[2]|area|200| |core[2]|left_x|34| |core[2]|bot_y|11| #### 案例二：齿轮传动初步设计综合 此案例主要针对齿轮传动的初步设计，涉及齿轮箱（gearbox）和齿轮（gear）系统，通过一系列程序和约束条件，确定齿轮传动的各项参数。 ##### 系统与程序概述 - **系统组成**：包括齿轮箱和齿轮两个系统。 - **程序功能**：涵盖计算行数（norows）、轴直径（shaftdia）、传动比（ratio）、速度（velocity）、模数（module）和检查（checking）等的程序。 ##### 分解过程 1. **齿轮箱系统（gearbox）**：定义了齿轮箱的最大长度、宽度、高度、输入功率、输入速度、输出速度、轴类型、行数、齿数、输入扭矩和输入轴直径等属性。 ```plaintext SYSTEM gearbox max_length max_breadth max_height power_in in_speed out_speed m_shaft_type no_rows no_teeth in_torque in shaftdia in EXPRESSION EXPRESSION EXPRESSION EXPRESSION EXPRESSION EXPRESSION ONE_OF PROGRAM EXPRESSION EXPRESSION PROGRAM in shaftdia out PROGRAM gear SUBSYSTEM length breadth height power inspeed outspeed hollow,solid norows(inspeed, outspeed) input_teeth (power/gearbox.in_speed) shaftdia(gearbox.in_torque, gearbox.in_shaft_type,2) shaftdia(gearbox.in_torque, gearbox.in_shaft_type, 1) gear IF(gearbox.no_rows>l) THEN FORt_count=l,gearbox.no_rows REPEAT gear ``` 2. **齿轮系统（gear）**：确定齿轮的轴类型、传动比、齿数、速度、扭矩、轴直径、模数、齿轮类型、轴承类型和检查结果等属性。 ```plaintext SYSTEM gear shaftjype ONE_OF hollow,solid gear_ratio PROGRAM teeth_in EXPRESSION gear_velocity PROGRAM gear_torque EXPRESSION shaft_dia_in PROGRAM shaft_dia_out PROGRAM gear_modules PROGRAM gear_type ONE_OF bearing_type ONE_OF modules ONE_OF check PROGRAM ``` ##### 约束条件 - 不同模数下检查结果为 0：`IF(gear.modules == M l) THEN gear.check = 0` 等。 - 根据齿轮速度确定齿轮类型：`IF(gear.gear_velocity>400) THEN gear.gear_type— helical` 等。 - 螺旋齿轮的轴类型和轴承类型：`IF(gear.gear_type=helical) THEN gear.shafl_type=solid` 等。 ##### 预条件与输出结果 - **预条件**：长度为 0.5，宽度为 0.5，高度为 0.5，输入速度为 400.0，输出速度为 50.0，功率为 40000.0，输入齿数为 18。 - **输出结果**：给出了齿轮箱和齿轮的具体参数。 |系统|属性|值| |----|----|----| |gearbox|no_rows|2| |input_shaft|type|solid| |input_shaft|diameter|0.3| |gear_row[1]|module|M1| |gear_row[1]|gear_ratio|0.9| |gear_row[1]|type|helical| |gear_row[1]|shaft_type|solid| |gear_row[1]|shaft_dia|0.3| |gear