目前,设计知识管理已成为国内外许多研究机构、大学、企业的研究热点,如美国nist的设计知识库项目[2]；欧洲wise工程知识管理项目[3]、moka项目[4]；韩国lg公司资助的知识管理项目[5]；国家863资助的知识管理平台研究[6]等,但还没有一个实用的能支持概念设计知识重用的系统,对它的研究也还停留在理论准备阶段。
本文在研究了基于本体的的概念设计知识模型的基础上,提出了基于本体的概念设计知识管理框架,研究了用户对本体的定义、对知识结构内容的自由扩充以及概念设计知识的检索方法等关键技术。
1、基于本体的概念设计知识建模
1.1概念设计知识分类与表达
概念设计是对设计问题加以描述,并以方案的形式提出众多解的设计阶段[7].概念设计从不同的角度有多种定义[8].一般认为,概念设计是指以设计要求为输入、以最佳方案为输出的系统所包含的工作流程,是一个由功能向结构的转换过程。
图1描述了一般概念设计的工作流程,它包含综合与评价两个基本过程。综合是指根据设计要求,运用各种分析、设计方法推理而生成的多个方案,是个发散过程；评价则从方案集中择出最优,是个收敛过程。概念设计是将所设计的产品看成一个系统,运用系统工程的方法去分析和设计。具体说,概念设计就是将设计对象的总功能分解成相互有机联系的若干功能单元,并以功能单元为子系统进行再次分解,生成更低一级的功能单元,经过这样逐层分解,直至对应的各个最末端功能单元能够找到一个可以实现的技术原理解。概念设计的主要任务是功能到结构的映射,概念设计过程主要包括：功能创新、功能分析和功能结构设计、工作原理解的搜索和确定、功能载体方案构思和决策。
根据概念设计的过程及人在设计时的认知特点将概念设计知识分为元知识和实例知识（其分类如图2所示）。元知识中主要包括功能知识、技术原理解知识、结构知识等。实例知识中主要包括方案设计实例、技术原理解实例、产品实例等知识。
（1）功能知识。主要描述产品完成的任务,描述产品的功能及功能子项。描述产品要完成的功能,包括功能内容、实现参数、性能指标等；
（2）技术原理解知识。描述产品功能及功能子项的原理解答。它的表达要复杂些,一方面可用文字、数字表达它的说明、解答参数,另一方面,要有图形支持产品原理解答；
（3）结构知识。描述产品的结构设计状况,是对原理域知识的细化和扩充,是求解原理解的结构载体,可描述产品关键部分的形状、尺寸和参数。产品功能结构的映射（简称为功构映射）就是对产品的功能模型进行结构实现的求解,是将产品功能性的描述转化为能实现这些功能的具有具体形状、尺寸及相互关系的零部件描述。在这里功能是产品结构的抽象,是结构实现的目的；而结构则为实现某功能而选用的一组构件或元件。功能结构间的关系一般而言是多对多的映射关系。一个功能可能由一个或多个特征或元件实现,而一个特征或元件也可能完成一个或多个功能；
（4）实例知识。已成功或失败的设计范例,包括方案设计实例,产品结构知识实例、技术原理解实例等。它包含了更多的实际因素,是类比设计和基于实例推理设计的基础。
以工程机械中某型滑模式水泥摊铺机为例,总功能为摊铺水泥路面,总功能可细分为滑模作业、控制作业等功能,滑模作业功能又可细分为提水泥浆、挤压成型等功能。其中某个功能的实现可能会由几个结构组合而成,例如滑模式水泥摊铺机滑模作业功能就是由螺旋分料器、刮平板等几个结构一起才能实现。图3为该水泥摊铺机的功能层次定义和功能分解结构举例。该产品所对应的结构分解则如图4所示。图5中给出了对于滑模作业功能的技术原理解简图、技术原理解的评价、参考产品,以及实现该功能的说明等相关的知识。
如何利用计算机技术对概念设计予以支持,对概念设计知识进行有效的管理,至今仍没有较好的解决方法。目前的知识建模主要是专家系统,最常用的知识模型包括框架、产生式规则、语义网络、谓词逻辑等。专家系统的知识建模主要侧重符号层的系统实现,很少考虑动态的,非结构化的知识,造成专家系统解决问题的局限性,使得专家系统不能解决大型复杂问题。
本体作为“对概念化显式的详细说明”[9,10],研究领域内的对象、概念和其他实体,以及它们之间的关系,可以很好地解决概念设计知识的表达、检索和重用等问题。采用本体描述概念设计知识可以支持细粒度的产品语义信息的描述,可以形式化地定义特定领域的知识,如概念、事实、规则等；支持语义层面的集成和共享,基于本体的知识定义可以对知识作普遍的、无歧义的语义解释,可以保证不同使用者之间进行语义层面的信息共享和互操作。
1.2本体建模过程描述
本体是某一领域的概念化描述,着意于在抽象层次提出描述客观世界的抽象模型,它包括两个基本的要素：概念和概念之间的关系。本体的构建必须满足以下的要求：对目标领域的清晰描述；概念或概念之间关系的明确定义；一般性和综合性原则。本体可以有多种表述方式,包括图形方式、语言形式和xml文档形式等。
基于本体的产品概念设计知识建模过程包括3个阶段：
（1）产品概念设计知识目标确定。产品概念设计知识定位,概念设计知识的定位决定本体构造的功能需求及最终用户。
（2）产品概念设计知识本体分析与建立。根据需求分析,确定该领域的相关概念及概念属性,并用xml语言进行形式化描述。这个阶段是建立概念设计知识本体的关键环节,直接影响到整个本体的生成质量,同时也是工作量最大的阶段。
（3）产品概念设计知识本体评价。对所创建的本体进行一致性及完备性评价。一致性是指术语之间的关系逻辑上应保持一致；完备性是指本体中概念及关系应是完善的。我们称该3阶段的组合为产品概念设计知识本体建模的一个生命周期（见图6）。
1.3概念设计知识的本体表示
在此我们以工程机械中滑模式水泥摊铺机为例,结合图3～图5中的实际知识,从概念实体、概念属性及概念间关系等方面来说明产品知识、功能知识、技术原理解知识、技术原理解实例等概念设计知识的本体表示,通过概念蕴涵、属性关联、相互约束和公理定义等方法揭示了概念间的本质联系,形成一个语义关系清晰的产品概念设计知识模型。建模采用目前最新的owl语言描述。
表述的语义为一个滑模式水泥摊铺机继承了一个产品的所有属性,此外还具备了关系属性：摊铺能力,同时,又对属性摊铺能力作了限制：只能应用于滑模式水泥摊铺机领域,且取值变化只能在摊铺宽度中（省略了关于滑模式水泥摊铺机类似属性的定义,如摊铺厚度和摊铺速度等）。
（3）功能知识类
<owl：classrdf：id=“功能知识”>
<owl：restriction><owl：onpropertyrdf：resource=“#功能名称”/>
<owl：cardinality>1</owl：cardinality>
</owl：restricton>
<owl：restriction><owl：onpropertyrdf：resource=“#产品”/>
<owl：mincardinality>1</owl：mincardinality>
</owl：restricton>
</owl：class>
表述的语义为一个功能知识只有一个功能名称,且最少具有一个相关产品（省略了功能知识类似属性的定义,如功能编号、功能说明、创建人、创建时间、存储位置等）。
（4）功能技术原理解类
<owl：classrdf：id=“功能技术原理解”>
<owl：restriction>
<owl：onpropertyrdf：resource=“#功能知识”/></owl：restricton>
<owl：restriction>
<owl：onpropertyrdf：resource=“#技术原理解简图”/></owl：restricton>
</owl：class>
表述的语义为一个功能技术原理解具有对应的功能名称,相关的技术原理解简图（省略了技术原理解类似属性的定义,如评价、参考产品、创建人、创建时间、存储位置等）。
上述描述中,使用类公理（subclassof）描述了两个类（概念）之间的继承关系,如滑模式水泥摊铺机类是产品类的子类。在描述类属性时,使用关系属性（objectproperty）描述了类的某个属性同时也表示了两个类之间的某种关系,如摊铺能力既是滑模式水泥摊铺机类的一个属性,同时也表达了和摊铺宽度类之间的对应关系。另外,使用属性公理domain和range表示属性的应用领域和属性的取值范围,如属性摊铺能力只能用于滑模式水泥摊铺机类,且它的取值只能是摊铺宽度数据集。
1.4基于本体的概念设计知识管理的特点和优势
基于本体的概念设计知识管理可以让设计人员更好地重用已有的概念设计知识,基于本体的概念设计知识管理具有以下的一些特点或优势：
（1）支持用户定制知识类别。产品概念设计过程中,需要运用多种类型的知识,如：功能类、功能技术原理方案解类等。这些知识的描述和使用有着不同的特点,不能用相同的描述框架来处理。基于本体的设计知识建模允许用户对设计中知识类别加以定制,针对每一类别定义其描述属性,从而较好的解决了概念设计中多来源多类型知识的表示问题。
（2）支持概念共享的知识库构建。概念设计知识本体的构造澄清了概念设计领域知识的结构,为概念设计知识的表示打好了基础,而本体中统一的术语和概念也使概念设计知识更好地共享成为可能。基于本体的概念设计知识表示在区分不同知识类别的同时,建立起概念间的共享联系。通过概念间的共享机制,避免了设计知识库的数据冗余和数据不一致问题,方便了知识的建模录入、检索及统计处理。
（3）多视图和基于本体概念的知识检索。在目前的应用系统中一般采用基于关键字的数据库查询方法,由于其数据库组织不是建立在能够表示概念之间的关系、事实和实例的领域模型的基础上,因此无法实现智能查询和信息推理,也就无法解决语义异构性问题。由于不同的组织和人员可能使用不同的词语表示同一个含义,因此查询系统得不到意义相同但用词（语法）不同的内容。当需要对多个数据源进行查询的时候问题更为明显,多意词和同义词会使查询得到许多不相关的信息,而忽略另外一些重要信息。
在基于本体的概念设计知识管理中由于具有统一的术语和概念,知识库建立在本体的基础上,使得基于知识的设计意图匹配成为可能。采用基于知识、语义上的检索匹配,对用户的检索请求,通过查询转换器按照本体把各种检索请求转换成对应的概念,在本体的帮助下从知识库中匹配出符合条件的数据集合,解决了语义异构的问题。
从人在设计时的认知特点出发,可以采用基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,还可以利用本体中已定义的概念定义其它知识检索视图,比如需求功能知识检索视图、软件工具使用知识检索视图等,实现基于知识检索的设计意图的匹配。
2、基于本体的概念设计知识管理
2.1概念设计知识管理系统结构
结合工程机械行业的实际,本文提出了图7所示的基于本体的产品概念设计知识管理系统结构,系统按照知识产生、获取和利用的流程来构建,系统结构主要包括概念设计知识管理工具、数据接口程序以及基于本体的概念设计知识库,具体由4个部分构成。
（1）概念设计知识获取。概念设计知识的获取包括从概念设计知识本体定义、本体之间关系定义、本体知识库生成到概念设计知识获取整个过程。
（2）概念设计知识维护。主要包括从概念设计知识本体维护、本体关系维护、知识库重新生成到概念设计知识维护的过程,实现对本体的属性修改,各类知识之间的关系维护,以及知识库的更新等。
（3）概念设计知识检索重用。系统中提供基于多视图的知识检索方式,如基于功能分解树的功能设计知识检索视图、基于产品分解结构树的结构设计知识检索视图,及用户定义的其它知识检索视图。此外系统提供基于本体概念的知识检索方式,通过本体映射库,可以实现同义词的检索,保证可能会采用不同的概念和术语表示相同的设计信息的人可以得到相同的知识帮助。
（4）概念设计知识库的构建。要实现基于本体的,支持客户自定义的概念设计知识管理,系统必须由足够的柔性,支持各类知识的存储,作为系统基石的知识库的构建就不能采用完全预先定义的方式,在系统中我们采用基础数据库加上在此基础上经过本体定义工具动态生成的各类知识库的方法保证基于本体的知识管理的实现。
2.2概念设计知识管理关键技术及实现
桥梁概念设计课程适用于高等学校土木工程专业道路、桥梁方向和道路桥梁与渡河工程专业，属于专业选修课，通常在学完材料力学、结构力学、结构设计原理之后开设，使学生有能力对所设计桥型的结构杆件进行力学分析和计算。该课程原来安排在桥梁工程课程之后，此时学生均已掌握了桥梁的规范设计法，从上交的概念草图作业中可以看出，学生的思维定势已经形成，在规范规定桥型基础上微调的较多，充满创造性的桥型较少。后将该课程提到桥梁工程课程之前，这时上交的概念草图作业出现了很多优秀方案，既有创新又有可行性。由于课程安排在桥梁工程课程之前，必然会担负起桥梁工程概论的教学任务，介绍五种基本桥型及其构造特点，占用学时较少，满足该课程基本需要即可。随着课程的推进，有些学生会对原始设计产生怀疑，因为与规范桥型差距较大，此时尽量建议学生保留原始的设计形式，无论造型繁杂，还是夸张，甚至是造型荒谬都没有关系，鼓励学生运用学过的一切力学知识和结构知识，动用一切工程手段，解决原始设计出现的新问题，实现自己的设计意图，以此激发学生的创造性思维，提高解决工程问题的能力。
二、教学内容
课程教学主要包括桥梁概念设计综述、桥梁史、桥梁造型设计与桥例、桥梁规范分类与适用范围、桥梁景观设计、桥梁色彩与夜景设计、综合应用、方案比选和评价方法等。在这些内容中，桥梁史是经常被教师简略介绍而在这里要重点强调的。由于传统教育内容过于保守，容易养成工程师循规蹈矩的习气，缺少创新精神，培养出的许多工程师并不清楚他们在桥梁设计和施工中所采用的技术大多是发达国家在20世纪50～70年代所创造发明的。我们虽然在规模和跨径上有所超越，但技术并没有新的突破。这种满足于跟踪和模仿的习惯，正是中国工程教育不重视培养学生创新理念的结果［3］。要想明确我们现在所处的位置，回顾知识的层次和增长过程将有助于我们找到现时的理念是在何时首次出现，又在何处被采用［4］。因此，介绍桥梁史，特别是现代桥梁工程发展史上的那些重大创新就显得尤为重要。通过详细介绍这些创新得以提出的原因、实现的条件、应用的过程和造成的影响，让学生更加全面地了解何为创新、如何创新。如果再介绍创新者及其性格，就会形成立体形象，加深教学印象。例如著名的桥梁设计师莱昂哈特(FritzLeonhardt)，除了设计了很多造型优美的桥梁之外，他还是各向异性钢桥面板的发明人，并首创斜拉桥倒退分析法、下层移动托架施工法和顶推施工法，他对桥梁工程的探索精神让人敬佩。马拉尔(RobertMaillart)的坎坷人生和对板结构的执着，梅恩(ChristianMenn)的坚强性格和对矮塔斜拉桥的贡献［5］，这些都能促使学生去深入这些桥梁大师们的世界，并且以他们的眼光来看待他们的工作，避免思维僵化，更好地理解桥梁绝非只是“按规范要求进行设计”，而是有很多种设计思路，有非常丰富的处理方法，有广阔的创新空间。这就是为什么要突出桥梁史这部分内容重要性的原因，它可以很好地承接“桥梁造型设计与桥例”部分的教学，体现造型设计的灵活性和多样性。
三、教学方式
对于桥梁概念设计这种综合性较强的课程，采用多元教学方式是必然的趋势，每一种教学手段都要与教学内容相匹配［6］。桥梁概念设计综述和桥梁史这两部分多采用媒体辅助教学，通过介绍大量工程实例，让学生加深理解，加深印象［7］。桥梁规范分类与适用范围部分采用多重解释性多媒体课件教学，也就是通过精选桥例串起多个知识点(包含景观、色彩、夜景等)，使同样一套课件在讲授一遍主要知识点之后，还可以进行多次解释，每一次解释都换一种思考方式。比如在介绍拱桥分类这个知识点时，桥例不但要考虑拱桥各种类型的对比，而且还要反映出夜间景观的设计规律，或者桥体色与景观色之间的关系，这样在第一次课上讲完拱桥分类，在第二次课刚开始进行简要的复习，然后启发学生重新看待桥例，发现这些桥例中体现出来的新的规律。如果综合了三个知识点，就可以对同样的课件进行三次解释，让学生养成多视角多观点看问题的习惯。几次课后，学生就会主动思考首次出现的众多桥例中是否蕴含着其它的原则或规律，学习自主性得到了有效调动。其它的教学内容则采用多媒体教学辅以模块化课程设计。在讲授桥梁造型设计与桥例这部分内容时，学生开始进行概念草图构思和绘制，随着课程的进展，不断丰富完善自己的造型设计。比如在讲授桥梁规范分类与适用范围时，学生就根据所学的新知识论证所构思桥型的可行性，并相应地作出修改。教师在这个过程中的指导要谨慎，尽量保留学生的原始设计思路，不要轻易否定任何设计的可能性，引导学生思考解决措施;也不要直接给出建设性意见，而是提供多样的参考资料，由学生自主选择具体的处理办法。到了桥梁景观设计部分，学生要在原设计基础上，进行景观设计，并对桥梁造型做进一步修正。课程结束，学生要提交一份详尽的课程设计过程记录，把课程设计每一阶段的所思所想以及所作出的修改仔细记录整理，同时提交最后的桥型方案。通过课程设计、课堂学习和讨论，学生可以把所学到的知识应用到设计中，更好地理解知识要点，教师也能及时地把握学生在设计中出现的问题，并随时调整教学方案。
四、考核方式
考核分过程记录和桥型方案、平时作业、期末考试三部分。各自的权重可以根据实际教学情况作出调整。其中，平时作业和教学内容相互配合，比如在“桥梁规范分类与适用范围”部分，要求学生分组提交调查报告，调查校园周边的人行桥的结构、细部、使用情况等。在讲授桥梁景观设计时，要求每组学生反复调查其周边环境，并提出景观设计意见。这种类似于项目教学法的作业形式能很好地调动学生的学习自主性。虽然作业在课程开始前就已经提前设计，但是在实际操作的过程中还会遇到一些新问题，比如有的作业可操作性差，或由于特殊情况无法完成，也可以取消、合并，或者更改。
五、结语
1新型装备作战概念设计的定义
为了充分利用“概念驱动”思想促进武器装备发展，需要构建面向装备发展的作战概念———新型装备作战概念，并建立相应的设计方法。就其内涵而言，新型装备作战概念是在新型作战理论指导下，以装备发展为研究对象，对武器装备的使命或任务、作战运用方式、系统构成、关键能力、实现途径等进行的综合描述。新型装备作战概念的设计是通过分析、推理、运算、综合、归纳等过程，发现合理满意的新型装备作战概念的一种创造性活动，以使论证人员发掘武器装备运用需求，构想装备运用方式、体系构成、能力指标，实现军事需求向装备发展要求的前瞻性映射。
2新型装备作战概念设计的作用
新型装备作战概念设计在军事需求生成过程和军事需求牵引装备发展过程中具有重要作用。
2．1新型装备作战概念设计是武器装备发展的起点每型交付部队使用的装备，都是在新型作战理论指导下，通过构想作战概念而获得其基本蓝图的。任何武器装备都需要经历从概念到实体的演变过程，因此，新型装备作战概念作为起点，必然是一个从无到有、从抽象到具体的映射过程，它在整个武器装备的研发过程中处于上游阶段，也是最富有创造力的阶段。
2．2新型装备作战概念设计是武器装备发展的主线新军事变革时代，装备发展已经演进到“战争从实验室打响，概念从实验室走向战场”的模式。新型装备作战概念设计贯穿于装备发展的始终，在武器装备生命周期中的各个阶段都发挥着牵引作用，同时也不断地进行着自我完善。整个装备发展过程处于不断的生成概念、改进概念和实现概念的过程，服从螺旋式上升规律，每次提高都使新型装备作战概念更好地牵引装备的发展。
2．3新型装备作战概念设计是武器装备发展的平台新型装备作战概念设计有机融合了作战研究、装备策划、仿真评估等设计过程和论证过程，以新型装备作战概念设计为平台，将充分吸收作战、装备、后勤部门，基层部队以及科研机构人员的群体智慧，实现研制的装备项目最大可能地满足实战需要，确保论证对装备发展的有效牵引。
新型装备作战概念的基本要素、设计机理和设计方法
1新型装备作战概念的基本构成要素
为了突出作战需求牵引装备发展、装备发展旨在作战运用的本质，新型装备作战概念的基本架构需包括四个方面。(1)使命任务，是在一定的作战环境、约束条件和作战对象下，武器装备达成特定的作战目的所执行的行动和担负的责任。
(2)运用方式，是规划武器装备的作战运用、作战样式，形成完整的作战概念方案解，实现对武器装备作战运用的初步分析判断和创造性构想。
(3)系统构成与交联关系，是为了进一步物化作战行动，将作战运用方式映射到武器装备具体的作战装备和保障装备上，提出和勾勒实现武器装备使命任务的战斗装备和保障装备连接关系及编配关系，从装备体系的层面构建武器装备运用构成。
(4)关键能力需求，是提出武器装备在一定作战环境下完成特定使命任务需要具备的性能指标、能力特征以及关键技术体系。
2新型装备作战概念的设计机理
依据新型装备作战概念的基本构成，对各个要素进行细化，将抽象层次的概念进行具体化，随着作战概念主要阶段、各阶段的主要任务以及完成任务的标志逐渐清晰和细化，设计出装备的系统结构和交联关系，并在行为和性能层次，提出武器装备主要性能指标。
3新型装备作战概念的设计方法
3．1新型装备作战概念生成和描述基础
新型装备作战概念涉及到作战、指挥、装备、技术等许多领域，属于复杂系统的范畴。系统工程中，体系结构是指系统各组成部分的结构、它们之间的关系以及制约其设计与随时间演进的原则和指南。从体系结构的视角考虑和描述新型装备作战概念，是做好新型装备作战概念设计的有效途径。
目前国外对体系结构的研究标志性成果是美国国防部体系结构框架DoDAF以及DoDAF中的视图描述思想。美国国防部根据国际系统工程领域的技术进展和美国最近20年来的军事系统研发经验，先后颁布了DoDAFv1．0、v1．5、v2．0作为指导所有军事工程项目研发的系统工程方法论。基于DoDAF，一些国家也提出了自己的体系结构框架，如英国提出了MoDAF，北约提出了NAF。本文利用较为成熟的体系结构描述工具进行新型装备作战概念设计，以多视图方法为指导，采用图形、图像、文本、表格和矩阵等直观的形式，从多个视角生成新型装备作战概念的主要活动和基本要素，描绘作战能力需求、任务分配、结构组成、性能参数、信息交换和其它相互关系等，实现新型装备作战概念每个细节层次的设计。
3．2新型装备作战概念设计流程
本文借鉴DoDAFV1．5版、V2．0版以及MoDAF体系结构框架，通过对视图的针对性改造和构建新的视图，实现对新型装备作战概念中的每一个基本要素的生成和描述，图1是新型装备作战概念设计方法流程图，它由7个基本视图构成。
新型装备作战概念的基本要素设计
1武器装备使命任务设计
武器装备的使命任务运用“全视图”的方式进行表述，主要采用文字的形式，简明扼要地阐述需要执行的使命任务的环境、条件、目的、意义等基本情况。设计内容可包括以下五个方面的内容:
(1)作战环境，主要描述武器装备在执行特定任务时所受的所有外界环境及其影响的综合。主要分析自然环境、诱发环境和对抗环境，重点分析:战场环境对武器装备发展和运用的影响，未来作战可能面临的战场环境，战场环境可能发生的改变等。
(2)约束条件，是在武器装备作战环境分析的基础上，进一步提出的武器装备在执行特定任务时所受的几何、运动、电磁等各个方面的限定和制约。
(3)作战目标，是需要毁伤或夺取的对象，包括敌人任何直接或间接用于军事行动的部队、军事技术装备和设施、工厂、城市等。武器装备作战目标是指武器装备在执行特定任务时所要打击的对象或要控制的领域。
(4)作战目的，是武器装备执行特定任务时所要达到的预期结果或效果。
(5)意义地位，主要描述武器装备在执行特定任务中所起的作用，明确武器装备在我军武器装备中的重要性，以及发展该型武器装备的意义。
2武器装备运用方式设计
武器装备的运用方式采用“视图+文字”的形式进行描述。即:采用“高层作战视图”对整个作战构想进行初步生成和描绘;采用“作战活动模型图”对各种作战活动进行生成和描述;采用文字表述的形式对武器装备具体作战构想、想定进行宏观顶层描述。
2．1高层作战视图设计
高层作战视图是将武器装备的使命任务描述成在一个前后关联的战斗环境中的一组任务对象及其相互关系的概要图形。图2是远程打击高层作战视图示例。高层作战视图为装备发展决策者和装备研发人员提供清晰明了的武器装备作战运用的基本情况。由于图形中隐含着许多不能直接表达的信息，因此除了给出图形之外，还需要给出关键的文字，辅助描述高层作战视图。
2．2作战活动模型图设计
作战活动模型图描述武器装备在执行一项使命任务过程中正常开展的各种活动。作战活动模型图是作战活动与装备能力建立关联的关键视图，准确绘制作战活动模型图中的各个作战活动，是提出新型装备作战概念“关键能力需求”的必经环节，也是实现军事需求向装备能力的映射关键步骤。作战活动模型图有两个模板，其中，作战活动层次图以武器装备特定使命任务为背景，依据作战阶段和节点功能对整个作战过程进行分解，形成树状的作战活动层次图，如图3所示。层次作战流图是在作战活动层次图作战过程分解的基础上，建立的作战活动与各个作战子活动之间的关系。图4是根据图3中分解的作战活动所设计的层次作战流图。
3武器装备系统构成与交联关系设计
武器装备系统构成与交联关系主要采用“作战节点连接描述图”和“作战节点关联矩阵”两种视图描述装备作战节点之间的信息连接关系，反映武器装备系统构成以及相互的交联关系。
3．1作战节点连接描述设计
作战节点连接描述图，是利用图形化的方法描述武器装备体系构成以及作战节点之间的信息交换要求。其中箭头表示信息传递的方向，双箭头表示双向信息交换，如图5所示。作战节点连接描述图的设计有利于明确武器装备的系统构成和相互的关联关系。
3．2作战节点关联矩阵设计
作战节点关联矩阵，是以矩阵形式表达三个基本体系结构数据元素(作战节点、作战节点和信息流)之间的关系，反应武器装备体系的交联关系以及信息的相关度。矩阵的列是信息发出的作战节点，行是信息接受的作战节点。
4武器装备关键能力需求设计
关键能力需求采用“作战活动与作战能力关系映射矩阵”和“装备能力谱系矩阵”描述武器装备的作战能力以及关键性能指标。
4．1作战活动与作战能力关系映射矩阵设计
作战活动与作战能力关系映射矩阵，是将作战活动与作战能力进行相关，建立作战活动与作战能力的映射，提取武器装备在完成作战活动中的关键作战能力，并作为输出汇聚到装备能力谱系矩阵。
4．2装备能力谱系矩阵的绘制装备能力谱系矩阵，是以矩阵的形式，提出武器装备高级作战概念图所描述想定的具体作战性能属性和量化需求。
案例研究
为了更好地阐述本框架，现以某型飞机临近空间对抗的作战概念设计为实例，进行简要描述。
1某型飞机临近空间对抗的使命任务
1．1作战环境
某型飞机实施对抗任务在临近空间与在航空空间大为不同，重要区别在于作战环境的不同。临近空间作战环境:一是大气密度显著降低，随着高度的上升，临近空间大气密度显著降低，发动机进气条件逐渐恶化;二是气温变化剧烈，对飞机的材料和电子设备带来考验;三是气象条件相对简单，20千米～40千米的临近空间更有利机飞行;四是侵蚀现象逐渐显现，臭氧和紫外线对飞机各种材料损害加剧。
1．2约束条件
一是作战高度约束，从大气密度影响，临近空间突防有利，飞行器动力技术发展等综合情况分析，在20千米～30千米内作战，是未来某型飞机临近空间对抗的最佳作战场。二是作战速度约束，从临近空间对抗目标，冲压发动机工作要求，突破敌防空体系、发动机技术发展趋势等情况综合分析，具备3马赫的飞行速度对某型飞机临近空间对抗最为有利。
1．3作战目标
某型飞机临近空间对抗的主要目标有三类:一是低速/亚声速(小于1马赫)临近空间飞行器;二是超声速(1马赫～5马赫)临近空间飞行器;三是高超声速(5马赫以上)临近空间飞行器。
1．4作战目的
某型飞机临近空间对抗的主要目的是拦截飞经临近空间飞行器平台，截断飞行器在临近空间的飞行通道，同时在临近空间遂行其他作战活动，形成临近空间制权。
2某型飞机临近空间对抗的运用方式
2．1高层作战视图图6是某型飞机临近空间对抗高层作战视图，初步描绘某型飞机在临近空间中对抗作战构想，反映临近空间交战和防御，临近空间干扰与压制等对抗任务。
2．2作战活动模型
以某型飞机临近空间对抗作战任务为背景，依据高层作战视图中所描绘的作战阶段和实现的功能任务等对整个作战过程进行分解，形成树状的作战活动层次图，如图7所示。在某型飞机临近空间对抗作战活动层次图的基础上，按照IDEF0(功能建模方法)的ICOM(输入、控制、输出、机制)标准，将各个作战活动按照高层作战概念视图中所构想的作战流程进行关联，形成某型飞机临近空间对抗层次作战流图，如图8所示。
3某型飞机临近空间对抗的体系构成与交联关系
3．1对抗作战节点
以临近空间对抗为核心，对作战节点及其交联关系进行简化处理，绘制某型飞机临近空间对抗作战节点连接描述如图9所示。
3．2作战节点关联关系
为描述某型飞机临近空间对抗的三个基本体系结构元素(作战节点、作战节点和信息流)之间的关系，反映某型飞机临近空间对抗装备体系的交联关系以及信息的相关度，绘制表1所示的某型飞机临近空间对抗作战节点关联矩阵。
4某型飞机临近空间对抗的关键能力需求
4．1作战活动与作战能力关系映射
根据某型飞机临近空间对抗作战活动的模型，提取主要作战活动，并分别映射出其临战空间对抗应具备的各种能力，见表2所示。
4．2对抗中某型飞机所需关键能力
［关键词］概念设计;建筑结构设计;应用分析
现代社会，人们的生活水平在不断提高，对于生活质量有了更高的要求，建筑设计的质量直接影响到人们的生命财产安全问题。近年来，建筑结构设计问题逐渐引起人们的关注和讨论，建筑设计结构的合理性对于人们的生命健康有重要影响。
1概念设计分析
概念设计是建立在历史经验、基础理论和教育基础上，概念设计符合现论的设计思想理念。比如抗震概念设计及其抗震构造措施，它建立在以往的建筑调查、分析、总结归纳得出的自然规律上，概念设计在现代建筑结构设计中十分重要。概念设计同时也是一种创造性思维逻辑，是建筑设计上的创新和改革，也是人类对于未来产品的一种设计理念和设计思想。概念通常来说是人类对于某个具体事物的发展规律和发展过程形成的一种创新性思维结论，设计概念是设计师根据建筑结构设想的一些概念分析原理，将一些创新性概念进行归纳总结。在设计前期阶段，设计师必须对将要进行设计的方案进行了解和调查，然后做出可行性报告分析。再根据客户的具体想法和要求做出建筑设计的具体方案。设计师需要对整个建筑方案的特点和内容充分了解，明确整个建筑方案的建筑目的、文化特征、建筑内涵以及设计师的设计理念和想法，才可以在概念设计的基础上进行具体的构思和设计。
2概念设计在建筑结构设计中的应用
2．1概念设计在建筑结构设计中的重要性分析
概念设计是建筑结构设计的重要环节，同时也是不可缺少的一部分。概念设计是将设计师的理论基础与实践经验相结合，是现代社会的一种新的设计理念和想法。对于建筑行业来说，概念设计是一项创新和改革，可以给设计师带来不同的灵感和想法。概念设计在一定程度上提高了建筑结构设计的整体水平。首先，概念设计改变了以往计算机设计中出现的误差，在建筑结构设计中，利用计算机进行设计存在一定的局限性。在近年来，计算机设计方案逐渐出现在建设结构设计中，利用计算机技术进行建筑方案的结构设计，在方案的初步设计理念上会存在一定的误差，影响后期的施工和判断。由于计算机设计方案的误差会导致施工过程中出现失误，概念结构设计很好的解决了计算机设计中出现误差这一现象。在建筑结构设计中利用概念设计理论，可以明确建筑中的具体结构和建筑目的，根据实际情况选择最佳方案进行实施。减少建筑中的失误，改善了计算机设计方案中存在的误差。作为一个建筑结构设计师必须掌握概念设计的基本理念，概念设计可以为设计师带来新的灵感，在建筑结构设计中还可以避免出现概念混乱、思维错误等基本问题。概念设计可以使建筑结构设计更加具有科学性，概念设计是一种新的设计理念和想法，将概念设计应用到建筑结构设计中去，可以使整体的建筑结构更加具有创造性。
2．2概念设计在建筑结构设计中的具体应用
概念设计在建筑结构设计中包括很多方面，比如建筑设计中的抗震设计、建筑结构设计中的方案选择问题以及具体设计分析方案等。概念设计在建筑结构的抗震设计中是通过专业人员计算出的地震力以及建筑结构的配比情况进行计算的，在抗震设计中，配筋数量越多会导致抗震程度越强，整体建筑结构也就会越稳定。所以，为了增强建筑结构的整体抗震程度，可以在材料配比中增加钢筋的数量，可以增加建筑结构的稳定性。概念结构不同于以往的建筑思想和建筑理论，概念设计作为一种新的设计理念，可以扩展设计师的设计思路，改变原本的设计模式，将概念设计应用到建筑结构设计中去，提高了建筑结构的抗震性能。在方案选择上，应用概念设计理论进行改革和设计，对于建筑行业来说是一项创新。在调查中发现，相对于传统的设计理论，将概念设计应用到建筑结构设计中去，符合现代人的基本要求，可以更好的满足客户的需求。
3结语
随着社会的进步，人们生活水平的提高，概念设计被越来越多的客户所接受。概念设计是一种新的设计理念，可以为设计师带来不同的灵感，扩展设计师的设计思路，符合现代人的需求。将概念设计应用到建筑设计中去，可以使整体建筑设计更加具有创造性，改变了原本的设计理念和设计模式，增加了建筑结构的稳定性。概念设计对于建筑结构设计具有重要意义。
参考文献:
［1］徐月儿．浅析概念设计在建筑结构优化设计中的应用［J］．价值工程，2015，(06):104－105．
［2］汤兰．试论概念设计在建筑结构设计中的应用分析［J］．科技创新与应用，2014，(29):229．
关键词：结构设计概念设计结构措施
中图分类号：TB482.2文献标识码：A文章编号：
1结构设计概念阐述与主要内容
所谓结构设计是将建筑、其他设备专业所要表达的内容用结构语言体现出来的过程，而结构语言则是指各种结构元素，而结构元素则是从专业图纸中提炼出来的，建筑物或其他构筑物的结构体系就是利用这些结构元素构成的。具体而言，结构设计的主要内容是结构方案、结构计算以及施工图设计等三个环节，其中结构方案的主要任务是确定出建筑的结构形式，需要参考的指标包括建筑物的重要性、工程所在地的抗震设施烈度、相关地质勘查资料、建筑高度与层数、场地类别等等，然后根据确定好的结构形式的特点与实际要求，进行结构承重体系、支撑以及受力构件的布置。该阶段的基本方法就是结合不同结构形式的适用范围，遵循经济性与合理性的原则，最终确定出最佳的结构形式。结构计算环节的主要内容是计算各项参数，包括荷载、内力以及构件的相关试算与计算等，要注意选择科学、适用的计算方法。
施工图设计环节的主要任务则是根据计算环节的结构将构件布置、配筋等确定下来，然后再确定构件的构造措施。需要注意的是，在整个结构设计的过程中要严格参照相关规范要求来进行，设计人员不但要全面、深入地理解相关规范，还要全面把握施工的工艺及具体流程，从而保证结构设计的适用性、合理性以及科学性。
2结构设计与概念设计的关系
所谓概念设计是以个人经验为基础，基于宏观的角度对建筑结构进行定性设计。相对概念设计来讲，结构设计是一个逆向过程，其根据概念设计的整体要求、力学与数据原理等由定量设计发展为定性设计，其中定量设计包括内力、配筋、稳定性以及变形等，而定性设计则是规范中规定的构造要求。由此可见，建筑结构造价水平的高低以及施工进度的快慢会受概念设计水平的直接影响，如果概念设计不合理，会导致建筑整体结构出现安全问题。概念设计体现的是一种先进的设计思想，结构工程师的主要任务是基于特定的建筑空间利用整体的概念进行结构设计，并对构件与结构、结构与结构之间的关系进行和谐处理。
从某种程度而言，现行的结构设计与计算理论还存在一定的不足，例如混凝土结构设计过程中，内力计算以弹性理论为基础，截面设计则以塑性理论的极限状态为基础，计算理论本身就存在矛盾性，因此计算结果必然会与实际情况存在较大差异。针对这种不足就需要通过优秀的概念设计加以弥补。此外，现代设计对计算机程序的依赖性过强，计算结果未做科学分析，并且在设计方案环节无法利用计算机实现初步设计，而是需要结构工程师利用其结构概念专业知识选择效果好、成本低的结构方案，无法保证单根构件的安全性，就无法保证结构整体的安全性，因此概念设计与结构设计的关系是相辅相成、缺一不可的。
3结构设计和概念设计的重要性
概念设计的重要性还体现在方案设计阶段。初步设计过程是不能借助计算机来实现的，这就需要结构工程师综合运用结构概念，选择最为可靠、经济的结构方案。为此，需要工程师不断地丰富自己的设计理念，深入了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。运用概念陛近似估算方法，可以在设计方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择。所得方案往往概念清晰、定性准确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时，这也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。计算软件的选择和使用不当，也会造成结构设计的不合理，甚至影响到建筑物本身的安全性。应用概念设计的思想，可以避免此类情况的发生。
4结构设计的主要措施
在实际的结构设计中，无论是制定方案或者初步设计，还是结构计算或者绘制施工图，甚至在施工现场的工地服务均要贯穿概念设计的理念，因此，结构设计过程中要注意以下几个方面：
（1）在选择建筑场地时要选择抗震性较好的地段，尽量避开不利地段，如果避不开的地段则要采取针对措施，必须将由于地震场地条件而间接导致结构破坏的因素考虑进来。概念设计过程中不能忽略建筑平面布置等要求，如果方案存在严重不规则的现象则严禁采用。在确定结构体系的过程中，要对结构体系方案、技术可行性和经济性等进行综合比较，提高建筑结构的延性与匀质性，尽量降低建筑重心。此外，由于发生地震时会持续一定的时间或者会多次、反复作用，所以要尽量设置多道抗震防线。因此在结构设计过程中，要保证结构体系与相关抗震结构要求相符，对构件的强弱关系进行适当处理，从而提高结构的抗震能力。
（2）注意结构刚度、承载力分布的合理性，在实际工程中只有通过提高工程成本或者降低结构延性指标等才能进一步改善结构的抗侧移刚度，而结构设计时可以有意识地提高结构中重要构件、关键构件的延性，以改善设计方案的经济性。在判断计算方法是否合理时可以通过概念来确定，从某种程度而言，这种方法也是概念设计的延伸。现在计算机技术在工程设计中的应用越来越广泛，绝大多数设计均是依靠计算机来实现的，但是要在设计过程中将设计经验理性、科学地利用起来，再与施工中可能遇到的问题互相结合，对计算结果进行分析，并在画图中进行合理的调整，才能保证结构设计的科学性与实用性。
（3）在结构材料选择过程中，选择钢筋时要尽量选择延性、韧性以及可焊性较好的，且混凝土也要与规定的强度等级要求相符，控制脆性材料的用量，保证材料满足抗震设计要求，将其强度充分发挥出来。此外，为提高结构强度还要保证结构的整体性，具体包括两个方面：一是满足抗震的构造连接，二是包括经过计算的节点连接。节点连接要遵循“强节点、弱杆件”的设计原则，把握好构造连接的度，并非构造连接越刚越好。
（4）要注意施工过程中实际问题的现场处理。因为建筑施工现场存在诸多不确定性因素，可存会出现无法操作或者施工误差过大等各种问题，仅靠单纯的计算无法解决问题，因此只能依靠设计人员专业的设计经验与设计技术，在协商施工、监理等各方后再提出准确、合理的解决方案。
5结束语
概念设计与结构措施在建筑结构设计中起到了非常重要的作用，因此应当打破建筑结构设计中的传统观念，利用所能利用的所有资源，加强概念设计在设计过程中的应用，加强设计人员本身的创造性思维，使其能够更灵活的把所拥有的知识进行运用，从而使建筑结构设计达到更高的水平，才是当前社会环境下的首要任务。
参考文献
[1]吕天媛.把概念设计运用到建筑结构设计中来[J].黑龙江科技信息，2012，（1）
关键词:整体概念设计；概念设计概念设计；近似估算
中图分类号：TU984文献标识码：A文章编号：
习惯性的传统设计往往给结构工程师造成一种错觉，以为结构设计就是“规范+计算”，甚至在计算机高速发展的今天简化为“规范+一体化计算机结构设计程序”。其结果是让自己充当着一个东拼西凑的计算机程序的操作者和规范条文限制的查对人，在每个项目设计到一定程度时候，都会感觉到一种莫名其妙的劳累，烦躁，甚至反感。这与习惯做概念设计的结构工程师那种老是兴致勃勃的在不断比较，反馈和优化自己的设计，且每当谈起自己所做的设计时的，并已经竖立在大地上的建筑物和构造物是都有一种乐趣恰恰相反，回忆起来总有一种麻木，甚至痛苦的感觉。
先进的设计思想可以通过概念设计充分地展现。一个结构工程师的主要任务是在特定的建筑空间中用整体概念来设计结构的总体方案，并能有意识地利用总结构体系与各基本分体系之间的力学关系，而不仅仅是能精确地计算和分析一个给定的分体系或构件。著名的美国工程院院士林同炎（T.Y.Lin）教授在《结构概念与体系》一书中为改结构工程师提供了广泛而又有独特见解的结构概念设计基础知识和设计实例，并反复强调结构概念设计的重要性并给出了下面的表格:
概念设计（ConceptsDesign）是指一般不经过数值计算，尤其在一些难以做出精确性分析或在规范中难以规定的问题中，依据整体结构体系与分体系之间的力学关系，结构破坏机理，震害，试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施。运用概念性近似估算方法可以在建筑设计的方案阶段迅速，有效地对结构体系进行构思，比较与选择，易于手算。所得方案往往概念清晰，定性准确，避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算，具有较好的经济可靠性能。同时也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
结构设计则是概念设计的逆向过程，其设计是依据概念设计的总体要求、力学和数学的原理由定量（内力、配筋、稳定和变形）过度到定性（规范规定的构造要求）的一个过程。
我们可以对两者的设计过程和要求进行对比见下表：
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内容：概念设计：结构设计
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个人经验：需要丰富的实践经验：需要扎实的理论基础
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设计过程：先粗后细（确定方案后估算几：先细后粗（计算后按构造要
：何尺寸、估算经济指标）：求设计）
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知识要求：政策、法规、施工技术、建筑：力学、数学、专业知识、规
：经济、应用专业成果：范应用
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设计成果：定性定量
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主要工作内容：收集分析资料和建筑方案：计算和绘制施工图
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影响造价的方法：结构体系优选：优化理论的应用
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影响造价幅度：非常大：一般
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决定施工的难度：概念设计决定：影响很小
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设计低质的危害：致命性的整体危害：局部性的不安全
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从对比表中我们可以看出概念设计的重要性，然而现在我们许多设计人员过于理论化，任何情况下首先讲的是计算结果，而忽视结构构造。甚至于一些单位的总工不参与设计的前期概念设计阶段，而只对着计算书审核设计图纸。我们有些新参加工作的同志有时那着书本和计算书与审核人员较劲。特别是现在在我们这个行业神话了计算机的应用，一切按计算结果设计，这是一种不正常的现象。
当然不能强调了概念设计的重要性，就轻视设计过程的计算，没有单根构件的安全就没有整体结构的安全，我说的目的是，在我们的设计工作中概念设计和结构设计同等重要。
强调概念设计的重要，主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，比如对混凝土结构设计，内力计算是基于弹性理论的计算方法，而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法，这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远，为了弥补这类计算理论的缺陷，或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计，都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，结构工程师只有加强结构概念的培养，才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。
概念设计之所以重要，还在于在方案设计阶段，初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。这就需要结构工程师综合运用其掌握的结构概念，选择效果最好、造价最低的结构方案，为此，需要工程师不断地丰富自己的结构概念，深入、深刻了解各类结构的性能，并能有意识地、灵活地运用它们。
运用概念设计的思想，也使得结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力R，以至混凝土的等级越用越高，配筋量越来越大，造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率，结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例，一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度，再由结构刚度算出地震力，然后算配筋。但是大家知道，结构刚度越大，地震作用效应越大，配筋越多，刚度越大，地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋,增加了结构的刚度,反而使地震作用效应增强。其实，为什么不考虑降低作用效应S呢？目前在抗震设计中，隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在基础与主体之间设柔性隔震层；加设消能支撑（类似于阻尼器的装置）；有的在建筑物顶部装一个“反摆”，地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反，从对建筑物的振动加大阻尼作用，降低加速度，减少建筑物的位移，来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达60%，并提高屋内物品的安全性。这一研究在国内外正广泛地深入展开。在日本，研究成果已经广泛应用于实际工程中，取得良好的经济、适用效果。而我国由于经济、技术和人们认识的限制，在工程界还未被广泛地应用。
概念设计的思想被越来越多的结构工程师所接受，并将在结构设计中发挥越来越大的作用。然而现在的高校教学中，往往只重视单独构件和孤立的分体系的力学概念讲解。尤其在专业课教学中，单项计算练习居多，综合练习偏少，并着重体现在考题中，使得相当部分学生养成只知套用公式解题的习惯。而且近年来强调计算机应用教育，比如，毕业设计用结构设计软件计算、出图。但由于计算机设计过程的屏蔽，手算过程训练程度的削弱，造成学生产生一定依赖性,结果综合运用能力下降，整体结构体系概念模糊。这些对于培养具有创造力、未来的工程师是相当不利的。
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论，加强计算机的应用，加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用，使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中，打破建筑结构设计中的墨守成规，充分发挥结构工程师的创新能力，是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。这则需要工程界和教育界进行共同的努力。推广概念设计思想是一种有效的办法。
参考文献
1，构概念和体系第2版/（美）林同炎，（美）斯多台斯伯利著；高立人等译–北京中国建筑工业出版社1999TU31
2,建筑结构抗震减震与连续倒塌控制/胡庆昌孙金墀郑琪编著—北京中国建筑工业出版社2007TU352.1