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時(shí)間：2024-01-10 10:17:24
序論：速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗(yàn)，特別為您篩選了11篇機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料，歡迎隨時(shí)與我們的客服老師聯(lián)系，希望您能從中汲取靈感和知識(shí)！
作者簡(jiǎn)介：盧秀泉（1981-），男，朝鮮族，吉林集安人，吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，講師；張小江（1979-），男，湖北隨州人，吉林大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，講師。（吉林 長(zhǎng)春 130022）
中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）32-0164-02
一、實(shí)驗(yàn)課程背景介紹
“機(jī)械原理”是機(jī)械類工科學(xué)生接觸到的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在機(jī)械工程課程體系中占據(jù)著重要的基礎(chǔ)地位。基于“機(jī)械原理”的課程特點(diǎn)，在教學(xué)中注重理論與實(shí)踐相結(jié)合。結(jié)合“機(jī)械原理”教學(xué)中的知識(shí)重點(diǎn)，在貼近工程實(shí)際的同時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)及對(duì)現(xiàn)代虛擬設(shè)計(jì)和現(xiàn)代測(cè)試手段的靈活運(yùn)用能力。為了實(shí)現(xiàn)以上教學(xué)目的，本文應(yīng)用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)多媒體測(cè)試仿真設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)作為載體，設(shè)計(jì)了一項(xiàng)“機(jī)械原理”綜合性實(shí)驗(yàn)。綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋：平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)調(diào)節(jié)、機(jī)構(gòu)平衡等章節(jié)。通過本項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)使學(xué)生將理論課程中各章內(nèi)容串聯(lián)起來，掌握各章內(nèi)容在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的內(nèi)在聯(lián)系和工程意義，加深對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解。本項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)是“機(jī)械原理”課程教學(xué)中一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。[1] 學(xué)生通過本項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)，所需達(dá)到的具體要求有：
一是應(yīng)用動(dòng)態(tài)測(cè)試與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，采集、處理平面機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中的動(dòng)態(tài)參數(shù)，并擬合出實(shí)測(cè)的動(dòng)態(tài)參數(shù)曲線。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)仿真軟件對(duì)該平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真，提取相應(yīng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)變化曲線，實(shí)現(xiàn)實(shí)測(cè)曲線與理論計(jì)算曲線的對(duì)比，并對(duì)誤差原因進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。
二是優(yōu)化平面機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)后，重新通過動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試與計(jì)算機(jī)仿真兩種方式對(duì)優(yōu)化后機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)比分析。
三是使學(xué)生利用動(dòng)態(tài)測(cè)試與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)掌握理論仿真與實(shí)際測(cè)試相結(jié)合的方法，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)軟件指導(dǎo)書的指導(dǎo)下，可以獨(dú)立地完成實(shí)驗(yàn)。
二、相關(guān)機(jī)械原理教學(xué)內(nèi)容介紹
在進(jìn)行本項(xiàng)綜合實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)要求學(xué)生對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)所涉及理論課中的各章知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)，指導(dǎo)教師需對(duì)相關(guān)理論知識(shí)做簡(jiǎn)單的提示和講解。實(shí)驗(yàn)所涉及的具體知識(shí)點(diǎn)包括三方面。
1.平面連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法
平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副一般均為低副，所以也稱為低副機(jī)構(gòu)。其構(gòu)件多呈桿狀，通常按照機(jī)構(gòu)中包含的桿數(shù)來命名，比如四桿、六桿機(jī)構(gòu)等。平面連桿機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的變換，并且連桿曲線形狀豐富，以本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例，可以滿足不同軌跡的設(shè)計(jì)要求。
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，曲柄作為主動(dòng)件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，而從動(dòng)件搖桿擺回的平均速度大于擺出的平均速度，具有急回特性。采用圖解法按照給定的行程速比系數(shù)K對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)方法：依據(jù)K求出極位夾角θ，做出鉸鏈點(diǎn)A的軌跡圓，確定鉸鏈點(diǎn)A的位置后，利用機(jī)構(gòu)在極位的幾何關(guān)系求出曲柄的長(zhǎng)度，從而設(shè)計(jì)出整個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。[2，3]
2.機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)調(diào)節(jié)
機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段，當(dāng)驅(qū)動(dòng)功等于阻抗功時(shí)，在公共周期內(nèi)等效構(gòu)件的角速度會(huì)發(fā)生周期性的波動(dòng)，從而引起機(jī)械系統(tǒng)周期性的速度波動(dòng)。為了對(duì)機(jī)械的周期性速度波動(dòng)進(jìn)行描述和分析，提出了速度不均勻系數(shù)δ和平均角速度ωm。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的速度波動(dòng)不僅會(huì)降低機(jī)械工作的質(zhì)量，而且會(huì)減小機(jī)械的效率和壽命。因此，必須控制和調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)，將其限制在許用的范圍內(nèi)。調(diào)節(jié)方法是在機(jī)械中安裝具有大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件——飛輪。[2，3]
3.機(jī)構(gòu)的平衡
重點(diǎn)掌握剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動(dòng)平衡計(jì)算。
機(jī)械中軸向尺寸比較小的盤狀轉(zhuǎn)子（砂輪、齒輪等），可近似認(rèn)為其質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。這種轉(zhuǎn)子的不平衡現(xiàn)象在轉(zhuǎn)子靜態(tài)時(shí)就可表現(xiàn)出來，所以稱為靜不平衡轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子靜平衡的條件是：在同一回轉(zhuǎn)平面添加或減少平衡質(zhì)量后，轉(zhuǎn)子中各個(gè)偏心質(zhì)量的慣性力的矢量和為零。
而對(duì)于軸向尺寸較大的轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量分布在不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。即使偏心質(zhì)量引起的慣性力達(dá)到了平衡，但慣性力偶的作用方位隨轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而變化，所以這種不平衡只有在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才能體現(xiàn)出來，稱其為動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的條件是：選取轉(zhuǎn)子的兩個(gè)平衡基面，分別在這兩個(gè)平衡基面上添加或除去相應(yīng)的平衡質(zhì)量。最終在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使轉(zhuǎn)子各偏心質(zhì)量所引起的慣性力和慣性力偶同時(shí)得到平衡。[2，3]
三、實(shí)驗(yàn)臺(tái)及操作軟件簡(jiǎn)介
本項(xiàng)機(jī)械原理綜合實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)試與仿真設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，如圖1所示。該綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有的功能特點(diǎn)有：可以測(cè)量曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄、搖桿兩構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)及機(jī)架的振動(dòng)參數(shù)，這一系列的參數(shù)變化可以通過計(jì)算機(jī)多媒體虛擬儀表顯示出來，有效表達(dá)出其速度和加速度波形圖；可通過計(jì)算機(jī)動(dòng)力學(xué)仿真軟件，對(duì)曲柄、搖桿兩構(gòu)件的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和機(jī)架振動(dòng)規(guī)律進(jìn)行仿真，將提取出的速度和加速度波形圖與實(shí)測(cè)曲線對(duì)比分析；學(xué)生可以在專用多媒體教學(xué)軟件的說明文件指導(dǎo)下，有步驟地獨(dú)立自主完成實(shí)驗(yàn)；自帶的多媒體動(dòng)力學(xué)軟件還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和連桿曲線運(yùn)動(dòng)圖的繪制，從而有效將測(cè)試、仿真與設(shè)計(jì)分析幾部分內(nèi)容結(jié)合起來；實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)構(gòu)中活動(dòng)構(gòu)件桿長(zhǎng)可以依據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)整而做相應(yīng)的調(diào)節(jié)，同樣平衡質(zhì)量的大小、位置和飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量均可調(diào)節(jié)，以滿足機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性最優(yōu)化的要求。
軟件操作界面由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動(dòng)畫演示界面、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入界面、曲柄運(yùn)動(dòng)仿真測(cè)試分析界面、搖桿運(yùn)動(dòng)仿真與測(cè)試分析界面、機(jī)架振動(dòng)仿真與測(cè)試分析界面和連桿運(yùn)動(dòng)軌跡界面組成。
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
采用按行程速比系數(shù)和連桿運(yùn)動(dòng)軌跡兩種設(shè)計(jì)方法對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，均通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來完成。通過計(jì)算機(jī)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)連桿運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行計(jì)算，給出連桿上不同點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)工作要求，選擇適合的軌跡曲線及相應(yīng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。從而為按運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)提供方便快捷的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。
2.曲柄運(yùn)動(dòng)仿真和實(shí)測(cè)
通過仿真計(jì)算可以求出曲柄真實(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而提取曲柄的角速度和角加速度曲線圖，并以此作為進(jìn)行速度波動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)算的依據(jù)。另一方面，通過安裝在曲柄上的角位移傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和處理，在計(jì)算機(jī)中可以擬合并顯示出實(shí)測(cè)的曲柄角速度和角加速度曲線圖。通過分析比較，使學(xué)生了解機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)曲柄速度波動(dòng)的影響。
3.搖桿運(yùn)動(dòng)仿真和實(shí)測(cè)
通過仿真計(jì)算可以求出搖桿真實(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而提取搖桿相對(duì)曲柄轉(zhuǎn)角的角速度和角加速度曲線圖。通過安裝在搖桿上的角位移傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和處理，在計(jì)算機(jī)中可以擬合并顯示出實(shí)測(cè)的搖桿相對(duì)曲柄轉(zhuǎn)角的角速度和角加速度曲線圖。通過分析比較，使學(xué)生了解機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)搖桿的速度波動(dòng)和急回特性的影響。
4.機(jī)架振動(dòng)的仿真和實(shí)測(cè)
通過仿真計(jì)算，首先求出機(jī)構(gòu)質(zhì)心（即激振源）的位移，擬合出在設(shè)定方向上激振源的速度曲線圖和激振力曲線圖（即不平衡慣性力），并給出需添加平衡質(zhì)量的大小和方位。通過機(jī)座上可調(diào)節(jié)加速度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換板，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和處理，在計(jì)算機(jī)中顯示出在機(jī)架振動(dòng)指定方向上實(shí)測(cè)速度和加速度曲線圖。通過分析比較，使學(xué)生了解激振力對(duì)機(jī)架振動(dòng)的影響。
五、實(shí)驗(yàn)步驟
第一，打開計(jì)算機(jī)，單擊“曲柄搖桿機(jī)構(gòu)”圖標(biāo)，進(jìn)入綜合試驗(yàn)臺(tái)軟件系統(tǒng)的封面。單擊左鍵，進(jìn)入曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動(dòng)畫演示界面。
第二，在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動(dòng)畫演示界面左下方單擊“曲柄搖桿機(jī)構(gòu)”鍵，可以切入到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入界面。
第三，單擊在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入界面左下方的“曲柄搖桿設(shè)計(jì)”鍵，彈出設(shè)計(jì)方法選框，單擊所選定的“設(shè)計(jì)方法一、二、三”，彈出設(shè)計(jì)對(duì)話框，輸入行程速比系數(shù)、搖桿擺角等原始參數(shù)，待計(jì)算結(jié)果出來后，單擊“確定”，自動(dòng)將計(jì)算結(jié)果原始參數(shù)填寫在參數(shù)輸入界面對(duì)應(yīng)的參數(shù)框內(nèi)；單擊“連桿運(yùn)動(dòng)軌跡”進(jìn)入連桿運(yùn)動(dòng)軌跡界面，給出連桿上不同點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)工作要求，選擇適合的軌跡曲線及相應(yīng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；也可以按使用者自己設(shè)計(jì)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)尺寸填寫在參數(shù)輸入界面的對(duì)應(yīng)的參數(shù)框內(nèi)，然后按設(shè)計(jì)的尺寸調(diào)整曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各尺寸長(zhǎng)度。
第四，啟動(dòng)動(dòng)態(tài)測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)的電動(dòng)機(jī)，觀察曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，待機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，測(cè)定電動(dòng)機(jī)的功率，并將功率值填入到參數(shù)輸入界面的對(duì)應(yīng)參數(shù)框內(nèi)。
第五，單擊曲柄搖桿機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入界面左下方的選定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容鍵（曲柄運(yùn)動(dòng)仿真、搖桿運(yùn)動(dòng)仿真、機(jī)架振動(dòng)仿真），進(jìn)入選定實(shí)驗(yàn)的界面。
第六，在選定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的界面左下方單擊“仿真”，動(dòng)態(tài)顯示機(jī)構(gòu)位置、動(dòng)態(tài)的速度和加速度曲線圖。單擊“實(shí)測(cè)”，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸，顯示實(shí)測(cè)的速度、加速度曲線圖。若動(dòng)態(tài)參數(shù)不滿足要求或速度波動(dòng)過大，有關(guān)實(shí)驗(yàn)界面均會(huì)彈出提示“不滿足！”及有關(guān)參數(shù)的修正值。
第七，如果要打印仿真和實(shí)測(cè)的速度、加速度曲線圖，在選定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容界面下方單擊“打印”鍵，打印機(jī)自動(dòng)打印出仿真和實(shí)測(cè)的速度、加速度曲線圖。
第八，如果要做其他實(shí)驗(yàn)或動(dòng)態(tài)參數(shù)不滿足要求時(shí)，可在選定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的界面下方單擊“返回”，返回曲柄搖桿機(jī)構(gòu)原始參數(shù)輸入面，校對(duì)所有參數(shù)并修改有關(guān)參數(shù)，單擊選定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容鍵，進(jìn)入有關(guān)實(shí)驗(yàn)界面。
第九，如果實(shí)驗(yàn)結(jié)束，單擊“退出”，返回Windows界面。
六、結(jié)語
綜上所述，學(xué)生通過本次機(jī)械原理綜合實(shí)驗(yàn)，以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)試與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)作為載體，有效將機(jī)械原理課程中平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)調(diào)節(jié)及機(jī)構(gòu)平衡等各章節(jié)內(nèi)容串聯(lián)起來。在掌握平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，通過不斷調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而滿足不同連桿軌跡的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，滿足機(jī)構(gòu)平衡計(jì)算和速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的要求。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)在綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和潛能，學(xué)生通過親自動(dòng)手操作實(shí)踐可以系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)的機(jī)械原理知識(shí)，進(jìn)一步提高綜合素質(zhì)和綜合創(chuàng)新能力，滿足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對(duì)綜合技能人才的需求。
參考文獻(xiàn)：
[1]王春義，李進(jìn)新.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2002，19（3）：129-131.
中圖分類號(hào)：TQ320.66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）23-0225-01
現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越大，也越來越精密和復(fù)雜，這使得某些關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性和綜合性能影響越發(fā)明顯，但是在現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中并沒有較好的顧及到關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的噪聲和震動(dòng)等問題日益嚴(yán)重，故障率也隨之增加，同時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也存在著多種不穩(wěn)定因素的影響，這些問題的出現(xiàn)都使得相關(guān)的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性，本文通過設(shè)置機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的Kriging模型，能夠快速的獲得給定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)值，旨在降低優(yōu)化求解中的相關(guān)數(shù)值計(jì)算，實(shí)現(xiàn)最終對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
一、 機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的多目標(biāo)穩(wěn)健優(yōu)化模型
首先我們要明確機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析的基本原理，根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，相關(guān)的振動(dòng)方程為：
如何根據(jù)機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性建立多目標(biāo)穩(wěn)健優(yōu)化模型，是我們要思考和解決的問題，現(xiàn)在衡量機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)就是其固定頻率是不是避開了來自外界的激勵(lì)頻率?；谶@一情況的考慮，建立一下形式的動(dòng)態(tài)特性好壞的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)：
其中，f為設(shè)計(jì)矢量的函數(shù)，d為確定變量，s為隨機(jī)變量，為激振頻率。由于穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是為了使得結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)趨向于平均值，而且方差盡可能的縮小，所以可以建立多目標(biāo)的問價(jià)優(yōu)化模型：
二、 基于雙層更新Kriging模型的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性多目標(biāo)穩(wěn)健優(yōu)化求解
從上文中我們知道，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)是需要對(duì)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的方差和均值同時(shí)達(dá)到最優(yōu)的多目標(biāo)優(yōu)化方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中需要多次進(jìn)行大規(guī)模的有限元仿真分析來獲取對(duì)應(yīng)的約束函數(shù)值和目標(biāo)函數(shù)，由于整合的數(shù)據(jù)量非常大，求解的效率相對(duì)較低，為了解決這一難題，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來獲取足夠多的樣本點(diǎn)，建立擬合效果更好的Kriging模型，采取雙層更新策略使得設(shè)計(jì)空間和區(qū)域有更高的契合度，從而快速而精確的獲得優(yōu)化函數(shù)的函數(shù)值和約束函數(shù)值。在這個(gè)思路的參考下，利用優(yōu)化模型的算法，提高了對(duì)全局?jǐn)?shù)據(jù)的搜索能力。
1、Kriging模型
工程領(lǐng)域有很多個(gè)常見的模型，分別為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、Kriging模型和多項(xiàng)式響應(yīng)面模型等。針對(duì)不同的問題，每個(gè)模型都有著一定的局限性，而Kriging模型由于具備局部隨機(jī)誤差和全局相似的雙重特點(diǎn) ，所以其有效性不受隨機(jī)誤差的影響，對(duì)局部響應(yīng)突變問題以及非線性成都較高的問題都有較好的擬合效果。
Kriging模型可以看成是一個(gè)多項(xiàng)式和隨機(jī)分布函數(shù)的和，如下：
y（x）即為一個(gè)位置的Kriging模型函數(shù)，f（x）是一個(gè)二階回歸函數(shù)，β、z（x）分別為待定系數(shù)和隨機(jī)過程模擬函數(shù)。通過帶入數(shù)據(jù)的相關(guān)矩陣，并根據(jù)Kriging模型理論，可以求得最后相關(guān)參數(shù)的特殊的特征是最大函數(shù)：
上式即為該值組成的Kriging模型下最優(yōu)化擬合方案的模型
2、Kriging模型的雙層更新方案
通過分析最優(yōu)化的函數(shù)模型，我們可以得知Kriging模型的在優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的主要思路為，首先把需要設(shè)計(jì)的空間里的局部和全局誤差帶入樣本點(diǎn)，在確保全局的精度的前提下更新模型，隨后，在優(yōu)化的數(shù)據(jù)中尋找近似最優(yōu)解并且把這個(gè)最優(yōu)解添加到樣本點(diǎn)中來，具體的操作方法是，首先要構(gòu)建初始模型，利用初始的樣本點(diǎn)和雙層最優(yōu)化模型，建立局部的隨機(jī)樣本點(diǎn)集合，加上對(duì)有限元的分析獲得相關(guān)的最優(yōu)函數(shù)值，并將局部的點(diǎn)集帶入到模型中，對(duì)比檢驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)是否滿足擬合度要求。滿足局部精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在此基礎(chǔ)上還要滿足全局的精度，那么久需要對(duì)模型進(jìn)一步的優(yōu)化和更新，具體的方法是判斷R值的收斂性的條件，若收斂，則要繼續(xù)判斷RMAE的收斂性，如果不收斂，則在該值的最大樣本點(diǎn)附近新增少量的點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行加密。最后是模型內(nèi)部的更新策略，具體的方法是使用遺傳算法，搜索最優(yōu)解的數(shù)值，并帶如模型中計(jì)算看是否能達(dá)到精度要求，如果能達(dá)到，那就保留模型，如果達(dá)不到的話，就使用迭代的方法，重新帶入更新優(yōu)化模型，知道達(dá)到為止。
3、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性多目標(biāo)穩(wěn)健優(yōu)化問題的求解算法
基于該模型解決方案下，對(duì)于問題的穩(wěn)健優(yōu)化流程步驟為：1首先根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，確定相關(guān)的變量，并確定變量的取值空間；2構(gòu)建以設(shè)計(jì)變量的參數(shù)化有限元分析模型，模型使用的是拉丁超立方采樣數(shù)值實(shí)驗(yàn)表，具體包括了兩類變量的變化空間要求；3通過參數(shù)化有限元分析的模型和拉丁超立方采樣實(shí)驗(yàn)表綜合分析結(jié)構(gòu)的有限元，通過對(duì)比各個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的輸出響應(yīng)值，得到了我們需要的雙層更新Kriging模型的初始樣本點(diǎn)集；4通過初始的方案，來預(yù)算Kriging模型的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的優(yōu)化方案設(shè)計(jì)；5在雙層更新Kriging模型和蒙特卡羅計(jì)算方法求出動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)的方差和均值；6最后得出機(jī)械機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的文件優(yōu)化模型，使用領(lǐng)域培植遺傳學(xué)算法求解得到相關(guān)的最優(yōu)解集，并判斷解集是否滿足條件，如果不滿足，就要重新對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行篩選，然后改變變量的取值范圍，返回第一步，重新開始穩(wěn)健優(yōu)化的計(jì)算。
結(jié)論：把機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)看成需要優(yōu)化的目標(biāo)，在這個(gè)過程中把材料屬性不確定性和裝備的綜合性能列入考慮的范疇，構(gòu)建相關(guān)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性的多目標(biāo)優(yōu)化模型，是對(duì)裝備設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)方法，構(gòu)建高精度高契合度的Kriging模型，能夠提高對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)健優(yōu)化模型的約束函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)值獲取的快速和準(zhǔn)確。
參考文獻(xiàn)
1 自動(dòng)機(jī)械變速器（AMT）的結(jié)構(gòu)原理
AMT是在傳統(tǒng)的手動(dòng)變速器和干式離合器的基礎(chǔ)上，應(yīng)用自動(dòng)變速理論，由變速器電控單元（TCU， Transmission Control Unit）控制包括電動(dòng)機(jī)、液壓或氣動(dòng)元件在內(nèi)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)車輛起步、車輛選檔和換檔自動(dòng)操縱、發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度調(diào)節(jié)的車輛自動(dòng)變速機(jī)構(gòu)。
相比于另外兩種常用的自動(dòng)變速技術(shù)，使用液力變矩器傳動(dòng)的AT（Automated Transmission）和使用帶輪傳動(dòng)的CVT（Continuously Variable Transmission），AMT有著傳動(dòng)效率高、可承受的載荷大、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于生產(chǎn)的突出優(yōu)點(diǎn)。AMT的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理可以由上圖1簡(jiǎn)單描述， TCU根據(jù)駕駛員的意圖（油門踏板、制動(dòng)踏板、變速器手柄）及車輛的狀態(tài)（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速、車速），按換檔規(guī)律實(shí)時(shí)、在線地?fù)?dān)負(fù)起多路輸入信號(hào)的采集、加工處理以及控制決策和控制指令的發(fā)出；借助相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)地完成節(jié)氣門開度的調(diào)整、離合器的分離、接合和變速器的選、換檔動(dòng)作，使換檔過程自動(dòng)完成。如此，就實(shí)現(xiàn)了在車輛上取消離合器踏板和變速桿，只保留加速踏板，并通過加速踏板向TCU輸出所需要的車輛運(yùn)行信息。
2 自動(dòng)機(jī)械變速器（AMT）的試驗(yàn)技術(shù)
AMT的試驗(yàn)主要可以分為臺(tái)架試驗(yàn)和整車試驗(yàn)兩部分，其中的整車試驗(yàn)是將AMT安裝在整車上進(jìn)行道路試驗(yàn)，主要查看其與整車的動(dòng)力匹配情況和整車的相關(guān)性能數(shù)據(jù)。而臺(tái)架試驗(yàn)是指通過將自動(dòng)機(jī)械變速器單獨(dú)裝在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行的試驗(yàn)，其主要試驗(yàn)內(nèi)容是考核自動(dòng)機(jī)械變速器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的合理性、加工制造、裝配和調(diào)試的工藝性以及相關(guān)的性能指標(biāo)，一般先進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)后進(jìn)行整車試驗(yàn)。在臺(tái)架試驗(yàn)中根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容的不同，又可分為臺(tái)架性能試驗(yàn)和臺(tái)架可靠性試驗(yàn)，臺(tái)架性能試驗(yàn)包括了穩(wěn)定工況下測(cè)得平均試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到自動(dòng)變速器的靜態(tài)特性和瞬態(tài)如加速、減速、變負(fù)荷工況下測(cè)得的瞬時(shí)參數(shù)值，從而得到的動(dòng)態(tài)性能。臺(tái)架可靠性試驗(yàn)則主要研究不同工況下自動(dòng)變速器各零部件和總成的疲勞強(qiáng)度，包括沖擊載荷試驗(yàn)、熱沖擊試驗(yàn)、超負(fù)荷試驗(yàn)、高速壽命試驗(yàn)等。
3 自動(dòng)機(jī)械變速器（AMT）聯(lián)調(diào)試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)
針對(duì)上述的AMT試驗(yàn)技術(shù)要求，有必要開發(fā)搭建一套功能齊全的AMT試驗(yàn)臺(tái)架，保證試驗(yàn)的安全可靠和數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確合理。AMT試驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)可以分為整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、測(cè)控系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件開發(fā)四個(gè)不同部分。
3.1 AMT聯(lián)調(diào)試驗(yàn)臺(tái)架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文開發(fā)設(shè)計(jì)的AMT聯(lián)調(diào)試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中的數(shù)字分別表示：1.發(fā)動(dòng)機(jī)，2.AMT變速器，3.、6.、 8.十字萬向節(jié)，4.、 9.扭矩傳感器，5.飛輪組，7.變傳動(dòng)比升速箱 10.測(cè)功機(jī)
3.2 AMT聯(lián)調(diào)試驗(yàn)臺(tái)架的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
測(cè)控系統(tǒng)是試驗(yàn)臺(tái)架的核心，它需要實(shí)現(xiàn)的功能主要有是實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩的動(dòng)態(tài)控制，并實(shí)時(shí)采集并記錄試驗(yàn)臺(tái)中關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)、AMT的各種數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。實(shí)現(xiàn)上述功能需要有眾多的傳感器測(cè)量設(shè)備和信號(hào)轉(zhuǎn)換、電路轉(zhuǎn)換模塊，以及各種相應(yīng)執(zhí)行器的控制器、控制器對(duì)應(yīng)的接口等。其測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，
其主要的工作過程是：TCU根據(jù)選擇開關(guān)、加速踏扳、制動(dòng)踏板以及其他各類傳感器的信號(hào)狀態(tài)來了解試驗(yàn)中模擬駕駛員的意圖，這些信息告訴ECU（發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元）和AMT控制單元有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)及AMT各個(gè)部件的當(dāng)前狀態(tài)或工作狀態(tài)，并同時(shí)通過測(cè)控系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給總控制器及AMT控制器。相應(yīng)地，各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收總控制器及TCU的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和AMT的控制。AMT離合器位置信號(hào)、擋位信號(hào)、制動(dòng)踏板位置傳感器等同樣由AMT控制器通過測(cè)控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給上位機(jī)實(shí)現(xiàn)信息共享。
3.3 AMT聯(lián)調(diào)試驗(yàn)臺(tái)架的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)
AMT聯(lián)調(diào)試驗(yàn)臺(tái)架的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容和要完成的任務(wù)比較多，如在進(jìn)行試驗(yàn)前需要通過控制軟件來設(shè)定必要的系統(tǒng)參數(shù)和試驗(yàn)參數(shù)，試驗(yàn)進(jìn)行當(dāng)中需要同時(shí)進(jìn)行臺(tái)架的控制，測(cè)試數(shù)據(jù)的采集、記錄和顯示，超限數(shù)據(jù)的報(bào)警等等，試驗(yàn)完成之后還要利用軟件工具進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)處理、打印表格圖形等。按照上述的聯(lián)調(diào)試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)要求，開發(fā)的應(yīng)用軟件被分成系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)初始化、試驗(yàn)控制、報(bào)警及處理、試驗(yàn)管理、用戶管理、數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)主要功能模塊，本文使用C語言和Delphi7軟件開發(fā)工具對(duì)上述幾個(gè)功能模塊進(jìn)行了開發(fā)。
激光雕刻機(jī)機(jī)械傳動(dòng)平臺(tái)是利用計(jì)算機(jī)控制、電氣傳動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)和傳感器等技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造裝備的自動(dòng)化，完成先進(jìn)制造工藝和流程的信息化，采用標(biāo)記方法激光雕刻出各種文字，符號(hào)和圖案等，它對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量跟蹤及防偽有特殊的意義。
機(jī)器傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)是基于機(jī)器的組成原理設(shè)計(jì)的，為方便布置各種機(jī)構(gòu)和零部件，選擇兩個(gè)相互垂直的裝配平面。水平裝配面主要用來拼裝傳動(dòng)部分，垂直裝配面用來拼裝執(zhí)行構(gòu)件，對(duì)運(yùn)動(dòng)形式復(fù)雜的機(jī)器，可以在水平平臺(tái)配置兩個(gè)或多個(gè)垂直平面，各平面之間通過傳動(dòng)軸連接，在水平平臺(tái)上，可以進(jìn)行傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)和拼裝，實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供常用的各種零件、部件，如平帶、V帶、滾子鏈、直齒輪、斜齒輪、錐齒輪、蝸桿傳動(dòng)等，還提供了牙嵌離合器、圓盤摩擦離合器、常用各種連軸器和帶式制動(dòng)器等，以及用來固定的螺紋連接件[1]。
在機(jī)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)為連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可直接在水平平臺(tái)上進(jìn)行機(jī)器傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和拼裝，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)或曲線運(yùn)動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)形式時(shí)，可以在垂直平面拼接出各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過錐齒輪實(shí)現(xiàn)兩個(gè)平面的運(yùn)動(dòng)傳遞。
1 激光雕刻機(jī)水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的參數(shù)選擇
1.1 基本參數(shù) 加工時(shí)間：8min；加工區(qū)尺寸：軸向長(zhǎng)100mm，直徑50mm；圓柱側(cè)面面積：1.5708*104mm2；加工方式：螺旋線加工；加工速度：激光光斑直徑0.1mm，燒蝕點(diǎn)直徑設(shè)為0.25mm，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)每轉(zhuǎn)1圈軸向移動(dòng)0.25mm，那么旋轉(zhuǎn)平臺(tái)轉(zhuǎn)速應(yīng)為：N=100mm/（0.25mm*8
min）=50r/min。
軸向進(jìn)給速度Vf=（0.25mm/r）*（50r/min）=12.5mm/min
=0.2083mm/s；加工精度：軸向精度（代表了線性精度）：
1.2 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)基本組成和結(jié)構(gòu) 由機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可知，水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)由1根絲杠、2根導(dǎo)軌、1個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、相應(yīng)箱體和其他相關(guān)零件組成，考慮到驅(qū)動(dòng)的電機(jī)和聯(lián)軸器[2]。
2 電機(jī)的選擇
2.1 轉(zhuǎn)速選擇 取絲杠導(dǎo)程Ph=4mm，則與絲杠相連的電機(jī)轉(zhuǎn)速為：N=12.5/4=3.125r/min。由此可見，與絲杠相連的電機(jī)轉(zhuǎn)速很低，為保證電機(jī)的低速性能，選用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，而不能使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。要求伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速應(yīng)大于4r/min，一般的伺服電機(jī)都滿足要求[3]。
2.2 轉(zhuǎn)矩選擇 最大負(fù)載力矩應(yīng)小于電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，即：
其中，最大進(jìn)給力Fmax包括切削力、摩擦力和產(chǎn)生工作加速度的外力。激光雕刻過程中的切削力可忽略不計(jì)，考慮機(jī)床穩(wěn)定工作時(shí)工作加速度為零，因而產(chǎn)生工作加速度的外力亦為零，只需考慮摩擦力。水平工作臺(tái)承載重量在8kg左右，其與滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾珠絲杠的摩擦系數(shù)可取為 ？滋=0.1，F(xiàn)max=7.84N，絲杠導(dǎo)程Ph=4mm，滾珠絲杠效率？濁=0.9，所以：
2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量匹配 根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量匹配原則，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量主要包括絲杠、軸承和聯(lián)軸器折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及水平工作臺(tái)和負(fù)載水平運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在選擇計(jì)算過程時(shí)，可預(yù)取適當(dāng)放大的各量參數(shù)，以保證安全，計(jì)算得0.005*10-3kgm2≤JM≤0.020*10-3kgm2。
伺服系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備-電動(dòng)機(jī)為控對(duì)象，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[4]，綜上所述知伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速、導(dǎo)程、額定轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滿足上述條件范圍內(nèi)選型。
3 其他部件選擇
3.1 絲杠種類選擇 機(jī)床用絲杠主要有滑動(dòng)絲杠、靜壓絲杠和滾動(dòng)絲杠三種?；跀?shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)對(duì)高進(jìn)給速度、高定位精度、高平穩(wěn)性和快速響應(yīng)的要求以及經(jīng)濟(jì)成本的考慮，選擇滾珠絲杠作為水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)用絲杠。
絲杠螺紋長(zhǎng)度應(yīng)大于最大行程加螺母長(zhǎng)的一半，最大行程為150mm，螺母長(zhǎng)35mm，則絲杠螺紋長(zhǎng)度應(yīng)大于167.5mm，可取絲杠螺紋長(zhǎng)為170mm。
由于絲杠長(zhǎng)200mm，屬于短軸，支點(diǎn)跨距較小，水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為低速輕載運(yùn)動(dòng)，溫升低，膨脹小，選用滾動(dòng)軸承兩端單向固定方式對(duì)絲杠進(jìn)行軸向定位，承擔(dān)單向軸向力和雙向徑向力的滾動(dòng)軸承主要有角接觸球軸承和圓錐滾子軸承兩類，而常見的圓錐滾子軸承內(nèi)徑都最小為15mm，因此選用角接觸球軸承支撐絲杠，又考慮到工作臺(tái)在支撐端中間，為減小支點(diǎn)跨距，提高支撐剛度，采用正安裝方式安裝滾動(dòng)軸承。
3.2 聯(lián)軸器確定 由于波紋管聯(lián)軸器具有高疲勞強(qiáng)度，傳遞扭矩不大而質(zhì)輕，低慣量，大量用于伺服控制電機(jī)的輸出。針對(duì)所構(gòu)造系統(tǒng)的具體情況，選用波紋管聯(lián)軸器。
3.3 導(dǎo)軌的選擇 本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的是低速輕載，對(duì)導(dǎo)軌的強(qiáng)度、剛度和耐磨性要求都不高，但對(duì)運(yùn)動(dòng)精度有一定要求。因此，在選擇導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)主要考慮導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和良好的加工工藝性，盡可能花最小的成本解決機(jī)床的承載問題?；谶@些原因，選用雙圓柱形組合導(dǎo)軌，導(dǎo)軌直徑取10mm。對(duì)選取的雙圓柱形組合滑動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行校核。
4 水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)主要工作部件設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的激光雕刻機(jī)承載平臺(tái)由平板和滑塊兩部分組成，其外還重點(diǎn)研究了水平承載平臺(tái)的設(shè)計(jì)、立柱的設(shè)計(jì)、箱體的設(shè)計(jì)以及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)總裝，繪制了承載平臺(tái)滑塊零件圖、承載平臺(tái)裝配圖、承載平臺(tái)平板零件圖、立柱裝配圖、水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)裝配圖、底座零件圖、箱體零件圖和總裝配圖等[5]。
5 總結(jié)
設(shè)計(jì)的激光雕刻機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)參考借鑒了很多的參考資料，也是現(xiàn)在較為廣泛的一種技術(shù)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)滿足了激光雕刻機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的使用，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的可行性，在實(shí)際的工作中發(fā)現(xiàn)問題，我們?cè)谝院蟮脑O(shè)計(jì)中將進(jìn)一步完善，以提高其使用性能和使用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1]孟憲源，姜琪.機(jī)械構(gòu)型與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.
[2]夏長(zhǎng)植，居榮華，張一寧.FTDK5416雕刻機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].包裝與食品機(jī)械，2002，20（1）：34-36.
中圖分類號(hào)：F224.32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-8409（2012）10-0048-06
Dynamic Game Analysis on the Implementation of Inter-organizationalCoordination Technology in Construction Project
WANG Guang-bin1， HE Gui-you1，2， LIU Hong-lei1
（1.School of Economics and Management， Tongji University， Shanghai 200092；
2 Department of Civil， Architectural and Environmental Engineering， University of Texas at Austin， Austin 78712）
Abstract： This paper focus on cooperative implementation of inter-organizational coordination technology in the construction project， the dynamic game model of complete information is built based on the Snowdrift game theory. Firstly， it analyzes the impacts of application level，punishment mechanism and synergy effect of inter-organizational coordination technology on participants' co-operation strategy. Then， it discusses the needed punishment amount of different application level and synergy effect to obligate cooperation. Lastly， the sensitivity of the synergies coefficient to the participants' level of effort， revenue function and obligate cooperation needed punishment strength is analyzed.
Key words： inter-organizational coordination technology；punishment mechanism；synergy effect；dynamic game
1 引言
建筑業(yè)因長(zhǎng)期效能不彰、能源消耗及環(huán)境影響巨大而廣為詬病。針對(duì)該問題，Egan指出建筑業(yè)需要系統(tǒng)性反思并積極吸納其他行業(yè)先進(jìn)技術(shù)[1]。跨組織協(xié)同技術(shù)是用于建設(shè)項(xiàng)目參與方之間信息共享與交流的參數(shù)化協(xié)作工具[2]。在全球范圍內(nèi)，以BIM（Building Information Modeling）為核心的跨組織協(xié)同技術(shù)被廣泛視為解決建筑業(yè)日趨凸顯問題的利器，因其對(duì)建設(shè)項(xiàng)目績(jī)效及行業(yè)生產(chǎn)效率提升的潛在巨大影響而被部分學(xué)者視為正在引致建筑業(yè)進(jìn)行一次史無前例的徹底變革[3]。然而時(shí)至今日，其應(yīng)用廣度和深度遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期，遭到了諸多該領(lǐng)域相關(guān)研究文獻(xiàn)的指責(zé)[4～6]。如何促進(jìn)該類跨組織協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用已成為學(xué)術(shù)界和實(shí)業(yè)界共同面臨的新命題。
針對(duì)上述情境問題，學(xué)術(shù)界進(jìn)行了很多有益探索。鑒于軟硬件技術(shù)的進(jìn)步與升級(jí)，相關(guān)研究的焦點(diǎn)已從技術(shù)性問題轉(zhuǎn)移到與其相適配的組織問題。Taylor將該類技術(shù)定義為系統(tǒng)性創(chuàng)新[7]，并指出其實(shí)施需要著力解決好應(yīng)用激勵(lì)問題[8]。Young等亦指出，建設(shè)項(xiàng)目組織間缺乏必要的激勵(lì)措施已成為BIM應(yīng)用的主要障礙之一[3]。斯坦福大學(xué)設(shè)施集成化工程中心（CIFE）指出傳統(tǒng)契約模式對(duì)BIM應(yīng)用缺乏激勵(lì)措施阻礙了其在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用[9]。Adriaanse指出跨組織信息技術(shù)應(yīng)用受參與方個(gè)體動(dòng)機(jī)和來自參與方要求的外部動(dòng)機(jī)等因素的驅(qū)動(dòng)[2]。
上述研究一致強(qiáng)調(diào)了激勵(lì)約束機(jī)制在推動(dòng)跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用中的重要作用，但多是定性研究，且忽略了技術(shù)應(yīng)用水平及應(yīng)用協(xié)同效應(yīng)的動(dòng)態(tài)性。本文基于建設(shè)項(xiàng)目跨組織協(xié)同技術(shù)特征及演化博弈理論構(gòu)建動(dòng)態(tài)博弈模型，分析技術(shù)應(yīng)用水平、懲罰強(qiáng)度和協(xié)同效應(yīng)系數(shù)等情景因素對(duì)雙方策略互動(dòng)的影響，以期為跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用中業(yè)主方的管理決策及激勵(lì)約束機(jī)制的構(gòu)建提供理論依據(jù)。
2 研究假設(shè)及動(dòng)態(tài)博弈模型構(gòu)建
2.1 跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用水平劃分
由于本文并不在于提供清晰的跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用水平劃分標(biāo)準(zhǔn)，故如表1，將該類技術(shù)應(yīng)用水平由低到高劃分為四個(gè)等級(jí)：初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)和專家級(jí)，其表征了跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用水平不斷提高的趨勢(shì)。鑒于跨組織協(xié)同技術(shù)潛在價(jià)值的實(shí)現(xiàn)對(duì)參與方協(xié)同合作的需求，單個(gè)參與方的應(yīng)用對(duì)建設(shè)項(xiàng)目帶來的價(jià)值會(huì)低于參與方協(xié)同下的技術(shù)應(yīng)用。假設(shè)單個(gè)參與方跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用收益與其自身技術(shù)應(yīng)用水平成正相關(guān)，引入單個(gè)參與方不同技術(shù)應(yīng)用水平下的收益折減系數(shù)α，表示單個(gè)參與方技術(shù)應(yīng)用收益等于其兩個(gè)參與方協(xié)同合作應(yīng)用的收益乘以α，1≥α≥0。如表1，α值較低代表跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用能力和成熟度較低，其對(duì)應(yīng)收益折減系數(shù)相對(duì)較低，反之亦然。
2.2 動(dòng)態(tài)博弈模型構(gòu)建
演化博弈論源于生物演化分析，用以揭示動(dòng)物群體行為的動(dòng)力學(xué)機(jī)制[10]。這些研究多采用經(jīng)典的囚徒困境博弈（PD）和雪堆困境博弈（SD）理論模型研究合作演化的穩(wěn)定性。SD與PD根本不同點(diǎn)在于，當(dāng)對(duì)方背叛時(shí)，與背叛相比合作是一個(gè)更好的選擇[11]。在SD中，合作者成本的收益不僅歸屬于他人同時(shí)歸屬于合作者自己，潛在誘發(fā)了“搭便車”行為的產(chǎn)生。在跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用動(dòng)態(tài)博弈過程中，合作所能產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)引致了雙方合作技術(shù)應(yīng)用的動(dòng)機(jī)，而技術(shù)應(yīng)用的溢出效應(yīng)卻誘發(fā)了合作過程中機(jī)會(huì)主義行為的發(fā)生。
在建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，跨組織協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用涉及建設(shè)項(xiàng)目的多個(gè)參與主體。鑒于業(yè)主方是項(xiàng)目建設(shè)過程的總集成者和總組織者，也是跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵倡導(dǎo)者和推動(dòng)者[12]，在項(xiàng)目實(shí)施過程中具有契約設(shè)計(jì)權(quán)。為簡(jiǎn)化起見，本文選取業(yè)主驅(qū)動(dòng)下兩參與方合作下的跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用，如設(shè)計(jì)方和施工方等，作為博弈參與主體。為不失一般性，記為參與方1和參與方2，各具有兩個(gè)可選策略{合作，背叛}。如表2所示，基于經(jīng)典對(duì)稱雪堆困境博弈模型，同時(shí)考慮不同技術(shù)應(yīng)用水平下的收益折減系數(shù)構(gòu)建收益矩陣模型，其中左邊的是參與方1的收益，如{b-c/2，b-c/2}表示參與方1和參與方2在{合作，合作}策略下，跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用的各自收益是b，雙方努力成本各為c/2，雙方的收益函數(shù)為向量{b-c/2，b-c/2}。在{合作，背叛}策略下，單個(gè)參與方技術(shù)應(yīng)用的努力成本為c，同時(shí)考慮到收益折減，雙方收益分別為{αb-c，αb}。
混合策略是兩種純策略（背叛、合作）的概率組合，其被廣泛應(yīng)用不存在純策略納什均衡的博弈分析中。在工程項(xiàng)目中，參與方即使決定合作，投入其部分資源也是廣泛存在，如人力、材料、機(jī)械。Hauert指出對(duì)于雪堆困境博弈，混合策略可以理解為個(gè)體偏好或合作愿意[13]。假設(shè)參與方1和參與方2分別以概率p、q合作，以概率1-p、1-q背叛，1≥p≥0，1≥q≥0。Cai指出離散策略博弈下參與方合作概率可視為混合策略博弈下參與人的連續(xù)努力，合作概率矩陣本質(zhì)上可以視為一個(gè)努力矩陣[14]。因此構(gòu)建努力矩陣（如表3）。參與方?jīng)Q定背叛，其努力為0。
3 不同技術(shù)應(yīng)用水平情形下跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用動(dòng)態(tài)博弈分析
3.1 不同技術(shù)應(yīng)用水平情形下動(dòng)態(tài)博弈分析
基于收益矩陣（表2）和努力矩陣（表3），構(gòu)建參與方1、參與方2合作情境下跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用期望收益函數(shù)π1（p）、π2（q），故：
π1（p）=pq（b-c/2）+p（1-q）（αb-c）+（1-p）qαb（1）
π2（q）=qp（b-c/2）+q（1-p）（αb-c）+（1-q）pαb（2）
分別對(duì)式（1）和式（2）關(guān)于p、q一階求導(dǎo)，參與方1面臨的問題是確定最優(yōu)努力程度p，使得自身期望收益最大，收益函數(shù)π1（p）關(guān)于p的一階條件：
π1（p）p=q（b-2αb+c/2）+αb-c（3）
同理，考慮到收益矩陣的對(duì)稱性，參與方2的收益函數(shù)π2（q）關(guān)于q的一階條件：
π2（q）q=p（b-2αb+c/2）+αb-c（4）
令式（3）和式（4）等于0，聯(lián)合求解得到參與方1和參與方2努力程度最優(yōu)解：
p*=αb-c（2α-1）b-c/2（5）
q*=αb-c（2α-1）b-c/2（6）
鑒于（2α-1）b-c/2≠0，1≥α≥0，基于式（1）～式（6），得出命題1，兩參與方跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用對(duì)稱博弈情境下：
（1）當(dāng)0≤αb-c（2α-1）b-c/2≤1，{p*，q*}是唯一對(duì)稱納什均衡點(diǎn)。即1≥α>23，1α≤bc≤12（1-α），或2/3≥α>1/2，1α≥bc≥12（1-α），{p*，q*}由式（5）～式（6）確定。
證明：簡(jiǎn)單起見，把b/c稱為收入成本率，表示參與方跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用收入與成本的比率，反映一定數(shù)量技術(shù)應(yīng)用收入所耗費(fèi)應(yīng)用成本的數(shù)量。
①當(dāng)αb-c≥0時(shí)，即αb-c≥0且（2α-1）b-c/2>0，αb-c≤（2α-1）b-c/2時(shí)，即當(dāng)Max（14α-2，1α）≤bc≤12（1-α），且1≥α>12時(shí)，{p*，q*}是唯一的納什均衡點(diǎn)。由圖1，三函數(shù)的交點(diǎn)為（2/3，3/2），單個(gè)參與方跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用收益折減系數(shù)1≥α≥23，且1α≤bc≤12（1-α）時(shí)，存在唯一納什均衡點(diǎn){p*，q*}。
②當(dāng)αb-c≤0時(shí)，即αb-c≤0，αb-c≥（2α-1）b-c/2且（2α-1）b-c/2
0≤αb-c（2α-1）b-c/2≤1αb-c≤01≥α≥0 由圖2，當(dāng)2/3≥α>1/2，且1α≥bc≥12-2α?xí)r，存在納什均衡點(diǎn){p*，q*}。
根據(jù)式（3）～式（4），當(dāng)1≥p≥0，1≥q≥0時(shí)，每個(gè)參與方不能獲取更好的收益。命題1（1）得證。
（2）若0≤αb-c≤（2α-1）b-c/2，亦即1≥α≥23，且1α≤bc≤12（1-α）時(shí)，當(dāng)兩者都偏離{p*，q*}時(shí)，存在一個(gè)不公平的情況，使得一個(gè)參與方越努力，另一個(gè)參與方越背判，反之亦然。
證明：若0≤αb-c≤（2α-1）b-c/2，從命題1（1）知，{p*，q*}是唯一對(duì)稱納什均衡點(diǎn)。由于0≤（2α-1）b-c/2，由式（4），當(dāng)p增加（參與方1提高努力程度）時(shí)，π2（q）q降低，參與方2最優(yōu)選擇是降低努力程度。由式（3），當(dāng)q減少時(shí) ，π1（p）p增加，參與方1最優(yōu)選擇是不斷增加努力程度p。最終一個(gè)參與方完全合作，而另一個(gè)參與方完全背叛，這仍是一個(gè)納什均衡。
令p*=q*=αb-c（2α-1）b-c/2代入式（1）得π1（p*）=αb（αb-c）（2α-1）b-c/2。由于0≤αb-c≤（2α-1）b-c/2，因此π1（p*）≤αb，表明當(dāng)參與方偏離納什均衡時(shí)，收益將減少。雖然另一方背叛，其仍會(huì)選擇合作。同時(shí)，由于αb≥αb-c/2≥αb-c/2+αb-b=（2α-1）b-c/2，知π1（p*）≥αb-c，當(dāng)其偏離納什均衡時(shí)，背叛者會(huì)越來越好，而另一參與方仍會(huì)選擇合作。
（3）若αb-c≤0，αb-c≥（2α-1）b-c/2，且（2α-1）b-c/21/2，且1α≥bc≥12-2α?xí)r，針鋒相對(duì)策略是一個(gè)穩(wěn)定最優(yōu)策略。
證明：當(dāng)αb-c≤0，αb-c≥（2α-1）b-c/2，且（2α-1）b-c/2
同理，當(dāng)p減小時(shí)，π2（q）q將小于0，對(duì)于參與方2的最優(yōu)選擇是背叛。當(dāng)αb-c≤0，αb-c≥（2α-1）b-c/2，且（2α-1）b-c/2
（4）當(dāng)αb=c，（2α-1）b-c/2>0時(shí)，此時(shí)p*=0，q*=0，背叛是穩(wěn)定最優(yōu)策略。如圖3，穩(wěn)定最優(yōu)解存在的條件為1≥α≥2/3，且b/c=1/α。
證明：當(dāng)αb=c，（2α-1）b-c/2>0時(shí)，對(duì)任意的p∈（0，1]，π2（q）q=-p[（2α-1）b-c/2]
（5）當(dāng)αb-c（2α-1）b-c/2=1，（2α-1）b-c/2>0時(shí)，合作是穩(wěn)定最優(yōu)策略。根據(jù)圖4，可簡(jiǎn)化為1>α≥2/3，且b/c=1/（2-2α）。
證明：當(dāng)ab-c（2α-1）b-c/2=1，（2α-1）b-c/2>0時(shí)，對(duì)任意的p∈（0，1]，π2（q）q=p（b-α2b-c/2）+αb-c>0，即使參與方1偏離到背叛，參與方2仍將選擇合作。
命題1（1）提出了對(duì)稱混合策略下納什均衡存在的條件，當(dāng)條件滿足時(shí)，存在唯一的納什均衡策略{p*，q*}，其反應(yīng)了不同約束條件下參與方之間策略的動(dòng)態(tài)性。命題1（2）～（3）表明了不同約束條件下純策略的存在。而且，對(duì)稱混合策略納什均衡不具有演化穩(wěn)定性，雖然任何一個(gè)參與方不能通過單方背叛收益更好，但是當(dāng)一個(gè)參與方背叛時(shí)，另外一個(gè)背叛收益更好。由命題1（3）成立時(shí)，T=αb，R=b-c/2，S=αb-c，P=0，不滿足雪堆困境收益函數(shù)約束條件（T>R>S>P），不再是雪堆困境博弈，即當(dāng)一個(gè)參與方選擇偏離納什均衡{p*，q*}而增加努力程度時(shí)，另一個(gè)參與方會(huì)采取同樣的策略，反之亦然。命題1（5）～（6）解釋了兩個(gè)邊界條件。
命題1將不同跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用水平下的收益折減系數(shù)引入到對(duì)稱雪堆困境博弈模型，反映了一些傳統(tǒng)雪堆困境博弈所沒有的新屬性。同時(shí)亦說明，在沒有外界約束的情況下，兩個(gè)參與方很難達(dá)到{合作，合作}納什均衡，需要引入外界約束機(jī)制促使雙方走向該均衡點(diǎn)。
3.2 不同技術(shù)應(yīng)用水平情境下懲罰約束機(jī)制分析
Quervain指出對(duì)背叛者進(jìn)行懲罰已成為人類合作演變中的決定性力量[15]。懲罰機(jī)制一定情境下能夠抑制機(jī)會(huì)主義行為，謀求共同利益。由于業(yè)主方具有契約設(shè)計(jì)權(quán)，為驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目參與方合作下的跨組織協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用，業(yè)主方在契約中設(shè)定懲罰機(jī)制較為常見。如表4，在原有收益矩陣（表2）中引入懲罰函數(shù)θ，表示在雙方合作過程中，一方合作而另一方背叛時(shí)，背叛者將受到懲罰θ。通過引入收益折減系數(shù)和懲罰函數(shù)，將跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用博弈由原來的離散策略博弈擴(kuò)展到混合策略博弈。
證明：由式（9）、式（10），令p*=q*=1，得出θ=c/2-（1-α）b，知當(dāng)跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用水平越高，即收益折減系數(shù)α越大時(shí)，強(qiáng)制雙方合作所需的懲罰函數(shù)θ越大。同理，其應(yīng)用成本越大，強(qiáng)制雙方合作應(yīng)用所需懲罰函數(shù)θ越大。由于收益折減系數(shù)α∈[0，1]，技術(shù)應(yīng)用收益b越大，其強(qiáng)制雙方合作應(yīng)用所需的懲罰函數(shù)θ越小。為清晰看出命題3情境下各參數(shù)間的關(guān)系，基于表1，為不失一般性分別取4個(gè)等級(jí)下的收益折減系數(shù)的組中值，代表技術(shù)應(yīng)用水平的4個(gè)等級(jí)，變量之間的關(guān)系如函數(shù)圖形（圖5～圖8）。由于1≥α≥0，基于方程θ=c/2-（1-α）b及圖5～圖8可知，技術(shù)應(yīng)用成本越大，強(qiáng)制參與方充分合作所需懲罰強(qiáng)度越大；技術(shù)應(yīng)用水平越高，強(qiáng)制參與方充分合作應(yīng)用所需懲罰強(qiáng)度越大；技術(shù)應(yīng)用收益越大，強(qiáng)制參與方充分合作應(yīng)用所需懲罰額度越小。
4 協(xié)同效應(yīng)下跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用動(dòng)態(tài)博弈分析
4.1 協(xié)同效應(yīng)下跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用動(dòng)態(tài)博弈
整體效益大于各獨(dú)立組成部分總和的效應(yīng)稱為協(xié)同效應(yīng) [16]。由于參與方之間專業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的相互激發(fā)，參與方合作下的跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。假設(shè)參與方1和參與方2跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用的最大資源投入預(yù)算分別為xm、ym，基于Doebeli的對(duì)稱收益函數(shù)模型[17]，本文將收益函數(shù)定義為二次函數(shù)B（pxm+qym），其成本函數(shù)分別為二次函數(shù)C（pxm）、C（qym），ξ2>0，ξ1≥0，ψ2>0，ψ1≥0，見式（13）～式（15）。易知C（pxm）（pxm）≥0，C（qym）（qym）≥0，2C（pxm）（pxm）2>0，2C（qym）（qym）2>0，滿足成本嚴(yán)格遞增和邊際成本遞增規(guī)律。收益函數(shù)和成本函數(shù)滿足B（0）=C（0）=0。其中p代表參與方1的努力系數(shù)，q代表參與方2的努力系數(shù)，pxm代表參與方1的努力程度，qym代表參與方2的努力程度，B（pxm+qym）代表兩者共同受益。
B（pxm+qym）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）（13）
C（pxm）=ξ2（pxm）2+ξ1pxm（14）
C（qym）=ψ2（qym）2+ψ1qym（15）
由系統(tǒng)科學(xué)的定義，“整體大于部分之和”與“整體小于部分之和”這樣的整體與部分差值就是涌現(xiàn)，得到協(xié)同效應(yīng)函數(shù)ω（pxm，qym）：
ω（pxm，qym）=B（pxm+qym）-B（pxm+0）-B（0+qym）=2b2pxmqym（16）
易知2b2即為協(xié)同效應(yīng)系數(shù)，當(dāng)單個(gè)參與方獨(dú)自努力下的跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用時(shí)，另一個(gè)參與方努力程度為0，此時(shí)協(xié)同效應(yīng)值為0。由式（16）亦可知，協(xié)同效應(yīng)函數(shù)與參與方各自努力程度及協(xié)同效應(yīng)系數(shù)有關(guān)，其特征較好地表征了跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際狀況。兩參與方的收益函數(shù)π1（p，q），π2（p，q）分別為：
π1（p，q）=B（pxm+qym）-C（pxm）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）-ξ2（pxm）2-ξ1pxm（17）
π2（p，q）=B（pxm+qym）-C（qxm）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）-ψ2（qym）2-ψ1qym（18）
命題4，具有二次收益函數(shù)和成本函數(shù)的兩參與方連續(xù)策略博弈下，當(dāng)協(xié)同效應(yīng)系數(shù)2b2
p*=（b1-ξ1）+（b1-ψ1）ψ2/b2-12ξ2-2ψ2ψ2/b2-1 1xm（19）
q*=（b1-ψ1）+（b1-ξ1）ξ2/b2-12ψ2-2ξ2ξ2/b2-1 1ym（20）
證明：由式（17）、式（18），令π1（p，q）p=0，π1（p，q）q=0分別得到雙方努力程度的最優(yōu)點(diǎn){p*，q*}：
p*=2b2qym+（b1-ξ1）2xm（ξ2-b2）（21）
q*=2b2pxm+（b1-ψ1）2ym（ψ2-b2）（22）
由于式（17）和式（18）是嚴(yán)格凹函數(shù)，要求2π1（p，q）p2
命題5，當(dāng)跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用努力成本增加時(shí)，參與方合作努力程度減少。
證明：由式（19）、式（20）易看出，當(dāng)ξ2、ξ1不斷增大，則p減小，當(dāng)ψ2、ψ1不斷增大，則q減小。
命題6，當(dāng)協(xié)同效應(yīng)不斷增大時(shí)，參與方合作努力程度增大。
證明：從式（21）、式（22）易看出。命題6表明，當(dāng)參與方跨組織合作下的技術(shù)應(yīng)用時(shí)，由于協(xié)同效應(yīng)的存在，使得雙方合作技術(shù)應(yīng)用情形下可獲得比單個(gè)參與方獨(dú)自技術(shù)應(yīng)用更大的收益。協(xié)同效應(yīng)引致了參與方合作應(yīng)用技術(shù)的動(dòng)力，當(dāng)協(xié)同效應(yīng)增大時(shí)，雙方的合作努力增加。
4.2 不同協(xié)同效應(yīng)下懲罰約束機(jī)制分析
在上述分析中懲罰函數(shù)θ指來自業(yè)主方或社會(huì)的懲罰，是相對(duì)獨(dú)立的函數(shù)。在連續(xù)策略情境下，本文假定懲罰額度與參與方最大投入資源（xm或ym）分別成線性關(guān)系。雖然該假設(shè)與現(xiàn)實(shí)中的懲罰函數(shù)不盡相同，本文聚焦于分析懲罰與努力程度的內(nèi)在作用機(jī)制，而非具體值。參與方1和參與方2的收益函數(shù)：
π1（p，q）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）-ξ2（pxm）2-ξ1pxm-（1-p）λxm（23）
π2（p，q）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）-ψ2（qym）2-ψ1qym-（1-q）λym（24）
根據(jù)式（23）、式（24），令π1（p，q）p=0，π1（p，q）q=0，聯(lián)立求解得：
p*=Ψ2（b1+λ-ξ1）-b2（ψ1-ξ1）2（ξ2-b2）（ψ2-b2）-2b22 1 xm（25）
q*=ξ2（b1+λ-ψ1）-b2（ξ1-ψ1）2（ξ2-b2）（ψ2-b2）-2b22 1ym（26）
基于式（25）、式（26），得出如下結(jié)論：
命題7，兩人連續(xù)策略博弈下，懲罰強(qiáng)度越大，參與方努力程度越大。
由式（25）、式（26），令p*=1 ，q*=1得到：
λ1=2（ξ2ψ2-b2ξ2-b2ψ2）xm-ψ2（b1-ξ1）+b2（ψ1-ξ1）ψ2
λ2=2（ξ2ψ2-b2ξ2-b2ψ2）ym-ψ2（b1-ψ1）+b2（ξ1-ψ1）ξ2
推論1，當(dāng)λ≥Max{λ1，λ2}時(shí)，{合作，合作}是兩人連續(xù)策略博弈納什均衡。
推論1說明，當(dāng)懲罰強(qiáng)度足夠大的時(shí)候，能夠強(qiáng)制一個(gè)納什均衡點(diǎn){合作，合作}，推動(dòng)參與方跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用的合作，該推論可為業(yè)主方推動(dòng)參與方合作下的跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用提供決策支持。
4.3 敏感性分析
本文將建設(shè)項(xiàng)目跨組織性技術(shù)限定到BIM技術(shù)情形，將博弈場(chǎng)景限定為同一建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方（參與方1）和施工方（參與方2），業(yè)主方設(shè)定了懲罰機(jī)制驅(qū)動(dòng)雙方盡力合作。鑒于設(shè)計(jì)方人員素質(zhì)及專業(yè)特性，BIM應(yīng)用能力相對(duì)較強(qiáng)，故取xm=1，ξ2=2，ξ1=1。相比而言，基于施工方人員信息化素養(yǎng)和專業(yè)特征，取ym=2，ψ2=3，ψ1=2。為不失一般性，假設(shè)b1=2，λ=2。
（1）協(xié)同效應(yīng)對(duì)參與方合作努力程度的敏感性分析
如圖9，表明了協(xié)同效應(yīng)系數(shù)2b2對(duì)兩個(gè)參與方合作努力程度p（2b2），q（2b2）的敏感性分析，隨著協(xié)同效應(yīng)的不斷增大，兩參與方合作努力程度不斷提高，與命題6結(jié)論一致。
（2）協(xié)同效應(yīng)對(duì)收益函數(shù)的敏感性分析
如圖10，表明了兩參與方充分合作努力情景下，協(xié)同效應(yīng)系數(shù)2b2對(duì)雙方受益函數(shù)（π1（2b2）p=1，q=1，π2（2b2）p=1，q=1）的敏感性分析。圖11表明了在最優(yōu)努力程度下，協(xié)同效應(yīng)對(duì)兩參與方收益函數(shù)（π1（2b2）p*，q*，π2（2b2）p*，q*）的敏感性分析。圖10和圖11共同表明，收益函數(shù)隨協(xié)同效應(yīng)系數(shù)的增大而增大。
（3）協(xié)同效應(yīng)對(duì)強(qiáng)制合作所需懲罰強(qiáng)度的敏感性分析
圖12表明，在參與方合作努力程度皆為1的情況下，不同協(xié)同效應(yīng)下強(qiáng)制{合作，合作}所需的懲罰額度。分析λ（2b2p*=1，q*=1），λ≥Max{λ1，λ2}時(shí)，{合作，合作}是兩人連續(xù)策略博弈的納什均衡。表明隨協(xié)同效應(yīng)系數(shù)的逐漸增大，強(qiáng)制雙方合作所需懲罰額度逐漸減小，且當(dāng)協(xié)同效應(yīng)增加到一定程度時(shí)能夠驅(qū)動(dòng)參與方合作下的BIM應(yīng)用，不再需要外在懲罰約束機(jī)制。
由圖9～圖12表明，隨著BIM實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用水平的不斷提升，其協(xié)同效應(yīng)系數(shù)會(huì)不斷增大，雙方合作意愿會(huì)不斷增強(qiáng)，BIM技術(shù)在應(yīng)用初期需要足夠的懲罰額度驅(qū)動(dòng)雙方的合作，這一分析場(chǎng)景較適合當(dāng)前國(guó)內(nèi)的BIM應(yīng)用現(xiàn)狀。由圖12可以看出，需要強(qiáng)制雙方充分合作的懲罰額度不斷變化，當(dāng)雙方合作下技術(shù)應(yīng)用的協(xié)同效應(yīng)不斷提升，強(qiáng)制雙方合作所需懲罰強(qiáng)度不斷降低。業(yè)主方作為建設(shè)項(xiàng)目的總集成者，需要在契約中設(shè)計(jì)一定的懲罰機(jī)制來推動(dòng)參與方合作下的BIM應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目增值。
5 討論與結(jié)論
本文揭示了建設(shè)項(xiàng)目跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用的困境，為合作約束機(jī)制設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。研究表明，在跨組織協(xié)同技術(shù)的不同應(yīng)用階段，強(qiáng)制合作情形下技術(shù)應(yīng)用所需懲罰約束機(jī)制強(qiáng)度與技術(shù)應(yīng)用水平、協(xié)同效應(yīng)的內(nèi)在關(guān)系。由于跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用尚多處于初級(jí)階段，政府部門作為公共建設(shè)項(xiàng)目的業(yè)主，其采取適當(dāng)?shù)募s束機(jī)制促進(jìn)該類技術(shù)的跨組織應(yīng)用的必要性和可行性，如已有美國(guó)、英國(guó)、韓國(guó)、新加坡等國(guó)家開始從政府項(xiàng)目強(qiáng)制性要求采用BIM技術(shù)，促進(jìn)其在行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用。本文局限性：基于業(yè)主方具有契約設(shè)計(jì)權(quán)，考慮了懲罰約束機(jī)制對(duì)雙方技術(shù)應(yīng)用合作策略的影響，未分析激勵(lì)措施對(duì)雙方合作策略的影響。關(guān)于建設(shè)項(xiàng)目跨組織協(xié)同技術(shù)應(yīng)用問題，本文僅是一個(gè)開端，有待在后續(xù)進(jìn)行更為深入的研究。
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中圖分類號(hào)： S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
前言
色彩是室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)的靈魂。室內(nèi)的色彩對(duì)室內(nèi)設(shè)計(jì)的空間感、舒適度、環(huán)境氣氛、使用效率,對(duì)人的生理和心理均有很大的影響。色彩是富有感情且充滿變化的, 在設(shè)計(jì)中能把色彩因素精彩絕妙地利用, 往往能達(dá)到出奇不意的效果。色彩是大自然賜給人類最寶貴的財(cái)富之一,它賦予人類為整個(gè)世界“上妝”的權(quán)利。我們應(yīng)該充分發(fā)揮和利用色彩的功能特點(diǎn), 創(chuàng)造出充滿情調(diào)、和諧舒適的室內(nèi)空間。
一、居住空間室內(nèi)色彩和諧
1、室內(nèi)色彩自身之間的構(gòu)成關(guān)系,是色彩和諧的首要因素。人們對(duì)色彩有著不同的心理感覺,并對(duì)色彩表現(xiàn)出不同的喜好。設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)注意各種色彩的合理搭配,從色彩的色相、純度、明度著手,注意它們是否匹配。對(duì)居住者的感受影響最大的是色相,其次是純度,最后是明度,不了解色彩的習(xí)性,隨意地組合會(huì)造成強(qiáng)烈的矛盾沖突,無法產(chǎn)生美感;同時(shí),色彩的種類不宜過多,否則會(huì)給人雜亂無章的感覺,影響到色彩構(gòu)成的和諧性。
2、居住者個(gè)體的年齡身心特征與色彩感受的關(guān)系,是影響居住空間室內(nèi)色彩設(shè)計(jì)的又一重要因素。在居住空間內(nèi),居住者是相對(duì)固定的,每個(gè)個(gè)體對(duì)色彩的感受也是不同的,如年輕人追求自由奔放的色彩,老年人則喜歡淡雅平和的調(diào)子。同時(shí),同一年齡階段的人在不同時(shí)期由于情緒心態(tài)的變化,也會(huì)影響到對(duì)色彩的追求。
3、優(yōu)秀的居住空間的室內(nèi)外風(fēng)格氣質(zhì)是連貫且統(tǒng)一的。室內(nèi)空間與室外空間的色彩銜接應(yīng)是協(xié)調(diào)的。如室外空間是在綠樹環(huán)繞,洋溢著清純質(zhì)樸的大自然氣息的環(huán)境中,那么室內(nèi)空間的主色彩選擇就應(yīng)該與這種源于自然、帶有生命氣息的綠色相匹配。居住空間色彩的設(shè)計(jì)也同樣需要內(nèi)外依存、相互協(xié)調(diào),盡可能地注意到室內(nèi)外環(huán)境的色彩和諧。
二、色彩設(shè)計(jì)要遵循一些基本的原則,
1、整體統(tǒng)一的規(guī)律
在室內(nèi)設(shè)計(jì)中色彩的和諧性就如同音樂的節(jié)奏與和聲。在室內(nèi)環(huán)境中, 各種色彩相互作用于空間中, 和諧與對(duì)比是最根本的關(guān)系, 如何恰如其分的處理這種關(guān)系是創(chuàng)造室內(nèi)空間氣氛的關(guān)鍵。色彩的協(xié)調(diào)意味著色彩三要素———色相、明度和純度之間的靠近, 從而產(chǎn)生一種統(tǒng)一感, 但要避免過于平淡、沉悶與單調(diào)。因此,色彩的和諧應(yīng)表現(xiàn)為對(duì)比中的和諧、對(duì)比中的襯托( 其中包括冷暖對(duì)比、明暗對(duì)比、純度對(duì)比) 。色彩的對(duì)比是指色彩明度與彩度的距離疏遠(yuǎn), 在室內(nèi)運(yùn)用過多的色彩對(duì)比, 則會(huì)讓人眼花而不安, 甚至帶來過分刺激感, 為此掌握配色的原理, 協(xié)調(diào)與對(duì)比的關(guān)系在此顯得尢為重要。繽紛的色彩給室內(nèi)設(shè)計(jì)增添了各種氣氛, 色彩的和諧是控制、完善與加強(qiáng)這種氣氛的基本手段, 一定要認(rèn)真分析和諧與對(duì)比的關(guān)系, 才能使室內(nèi)色彩更富于詩般的意境與氣氛。
2、人對(duì)色彩的感情規(guī)律
不同的色彩會(huì)給人心理帶來不同的感受, 所以在確定居室與飾物的色彩時(shí), 要考慮人們的感彩。比如, 黑色一般只用來作點(diǎn)綴色。試想, 如果房間大面積運(yùn)用黑色,人們?cè)诟星樯峡峙码y以接受, 居住在這樣的環(huán)境里, 人的感覺也不舒服。如老年人適合具有穩(wěn)定感的色系, 沉穩(wěn)的色彩也有利于老年人身心健康; 青年人適合對(duì)比度較大的色系, 讓人感覺到時(shí)代的氣息與生活節(jié)奏的快捷; 兒童適合純度較高的淺藍(lán)、淺粉色系; 運(yùn)動(dòng)員適合淺藍(lán)、淺綠等顏色以解除興奮與疲勞; 軍人可用鮮艷色彩調(diào)劑軍營(yíng)的單調(diào)色彩; 體弱者可用桔黃、暖綠色, 使其心情輕松愉快等。
三、設(shè)計(jì)中色彩動(dòng)態(tài)和諧的把握
1、要滿足室內(nèi)空間的功能需求
不同的空間有著不同的使用功能, 色彩的設(shè)計(jì)也要隨著功能的差異而做相應(yīng)變化。室內(nèi)空間可以利用色彩的明暗度來創(chuàng)造氣氛。使用高明度色彩可獲光彩奪目的室內(nèi)空間氣氛, 使用低明度的色彩和較暗的燈光來裝飾, 則給予人一種“隱私性”和溫馨之感。室內(nèi)空間對(duì)人們的生活而言, 往往具有一個(gè)長(zhǎng)久性的概念, 如辦公、居室等這些空間的色彩在某些方面直接影響人的生活, 因此使用純度較低的各種灰色可以獲得一種安靜、柔和、舒適的空間氣氛。純度較高鮮艷的色彩則可獲得一種歡快、活潑與愉快的空間氣氛。
2、力求符合空間構(gòu)圖需要
室內(nèi)色彩配置必須符合空間構(gòu)圖的需要, 充分發(fā)揮室內(nèi)色彩對(duì)空間的美化作用, 正確處理協(xié)調(diào)和對(duì)比、統(tǒng)一與變化、主體與背景的關(guān)系。在進(jìn)行室內(nèi)色彩設(shè)計(jì)時(shí), 首先要定好空間色彩的主色調(diào)。色彩的主色調(diào)在室內(nèi)氣氛中起主導(dǎo)、陪襯、烘托的作用。形成室內(nèi)色彩主色調(diào)的因素很多, 主要有室內(nèi)色彩的明度、色度、純度和對(duì)比度。其次要處理好統(tǒng)一與變化的關(guān)系, 要求在統(tǒng)一的基礎(chǔ)上有變化, 這樣, 容易取得良好的效果。為了取得統(tǒng)一又有變化的效果, 大面積的色塊不宜采用過分鮮艷的色彩, 小面積的色塊可適當(dāng)提高色彩的明度和純度。此外, 室內(nèi)色彩設(shè)計(jì)要體現(xiàn)穩(wěn)定感、韻律感和節(jié)奏感。為了達(dá)到空間色彩的穩(wěn)定感, 常采用上輕下重的色彩關(guān)系。室內(nèi)色彩的起伏變化, 應(yīng)形成一定的韻律和節(jié)奏, 注重色彩的規(guī)律性, 否則就會(huì)使空間變得雜亂無章, 成為敗筆。
3、自然色彩融入室內(nèi)空間
室內(nèi)與室外環(huán)境的空間是一個(gè)整體, 室外色彩與室內(nèi)色彩相應(yīng)的有密切關(guān)系, 他們并非孤立地存在。自然的色彩引進(jìn)室內(nèi)、在室內(nèi)創(chuàng)造自然色彩的氣氛, 可有效地加深人與自然的親密關(guān)系。自然界草地、樹木、花草、水池、石頭等是裝飾和點(diǎn)綴室內(nèi)色彩的一個(gè)重要內(nèi)容, 這些自然物的色彩極為豐富, 它們讓人具有一種輕松愉快的聯(lián)想, 并將人帶入一種輕松自然的空間之中, 同時(shí)也可讓內(nèi)外空間相融。大自然給了人類一個(gè)絢麗多彩的自然空間, 人類也喜愛向往大自然。自然界的色彩, 必然能與人的審美情趣產(chǎn)生共鳴。
室內(nèi)設(shè)計(jì)師常從動(dòng)、植物的色彩中索取素材, 僅從防火板系列來看, 就有仿大理石、仿花崗巖、仿原木等, 給人一種自然、親切、和諧之感。室內(nèi)設(shè)計(jì)中充分考慮自然色彩來創(chuàng)造室內(nèi)空間的自然氣氛是人類所向往的。我們現(xiàn)在的住宅, 一般梁柱、管線較多, 為了使空間感開闊, 常常注重于體面的形狀、色彩、質(zhì)感等的襯托和呼應(yīng), 多以對(duì)比與調(diào)和的手法來處理體量、線面、色彩、質(zhì)感、紋理等等。一些強(qiáng)調(diào)質(zhì)感、觸感對(duì)比的圍護(hù)面, 而在色調(diào)上則著重于和諧性。這是一種裝飾設(shè)計(jì)中習(xí)常的穿插交融手法。如運(yùn)用得當(dāng), 往往可以獲得豐富的藝術(shù)效果,較含蓄耐看。室內(nèi)建筑構(gòu)件的裝修處理, 除了因功能要求、使用方便外, 還須有機(jī)組織在一起, 使得構(gòu)圖嚴(yán)謹(jǐn)完美、裝飾風(fēng)格統(tǒng)一。人們要使自己的居住環(huán)境美觀、舒適, 在室內(nèi)就要以家具的色調(diào)為中心,使它與墻面、地面、天花板的裝飾造型色彩以及家具、裝飾的色彩協(xié)調(diào)起來, 構(gòu)成合理的房間整體完美色調(diào)。
四、結(jié)束語
我們?cè)诳紤]居住空間室內(nèi)色彩的設(shè)計(jì)時(shí),必須顧及多方面的因素,將各種可能對(duì)色彩構(gòu)成與色彩感受帶來影響的因素進(jìn)行綜合分析,而不是簡(jiǎn)單地依據(jù)色彩自身的特點(diǎn)或居住空間的室內(nèi)空間特征,要防止片面性、單一性。因此,我們?cè)谟懻摼幼】臻g室內(nèi)色彩的設(shè)計(jì)時(shí),必須確立動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的觀念,不要認(rèn)為居住空間的設(shè)計(jì)只是一次;要靈活地將居住空間中不易改動(dòng)部分的色彩設(shè)計(jì)和可變化部位的色彩設(shè)計(jì)結(jié)合起來;將裝修與陳設(shè)結(jié)合起來,巧用陳設(shè)藝術(shù),通過深化設(shè)計(jì),從而在動(dòng)態(tài)中實(shí)現(xiàn)居住空間室內(nèi)色彩的協(xié)調(diào)與和諧。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）01-0169-03
1 引言
實(shí)驗(yàn)室設(shè)備儀器管理是高校實(shí)驗(yàn)室管理工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。儀器設(shè)備是高校中非常重要的一類固定資產(chǎn)，是高校開展教學(xué)、科研、生活和行政等各項(xiàng)工作的重要工具和物質(zhì)基礎(chǔ)，也是反映高校辦學(xué)實(shí)力的重要指標(biāo)[1-3]。隨著對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入，實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備無論從數(shù)量、質(zhì)量、種類上都不斷增加、擴(kuò)充。同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，實(shí)驗(yàn)設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生更新?lián)Q代的需求。在實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的日常管理中，也會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備在課程之間互借、損壞維修、部門之間調(diào)撥等情況。這種儀器設(shè)備狀況發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的情況已經(jīng)成為常態(tài)。在這種情況下，實(shí)驗(yàn)室管理工作日趨復(fù)雜，存在如下難點(diǎn)：
（1）管理人員工作量大，管理效率低，不能及時(shí)跟蹤設(shè)備儀器變化，很難做到賬物相符。儀器設(shè)備管理是一項(xiàng)細(xì)致的工作，面對(duì)大量的儀器設(shè)備信息處理任務(wù)，只用Exel、Word等辦公軟件進(jìn)行處理顯得力不從心。（2）管理要素之間缺乏溝通，信息不能及時(shí)反饋。如果高校實(shí)驗(yàn)室采取統(tǒng)籌-分散自主管理模式，由于缺乏溝通反饋的有效手段，當(dāng)設(shè)備發(fā)生調(diào)撥、維修、報(bào)廢、借用等操作時(shí)，變動(dòng)信息不能及時(shí)反饋到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室管理崗位上，造成信息更新不同步的情況。（3）使實(shí)驗(yàn)室制定的設(shè)備管理制度流于形式，很難在日常管理工作中得到執(zhí)行。一些有利于管理的必要的手續(xù)需要執(zhí)行，比如設(shè)備的外借報(bào)廢審批手續(xù)，如果操作繁瑣不便，給制度的執(zhí)行、監(jiān)管帶來難度，造成對(duì)儀器設(shè)備的不規(guī)范處置。面對(duì)日趨復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室管理需求，如何對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備進(jìn)行有效的管理，有其深刻的實(shí)踐意義。
筆者根據(jù)這種情況，基于服務(wù)于動(dòng)態(tài)化、協(xié)同化管理思路，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)基于WEB技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，并整合了”云存儲(chǔ)”機(jī)制，突出對(duì)儀器設(shè)備的動(dòng)態(tài)化管理功能，提供協(xié)同化管理公共平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)的使用，能夠起到以下作用：
（1）減少管理者的工作量，使管理者從手工記錄核算工作中解放出來，提高了管理效率。（2）保證管理流程的規(guī)范化實(shí)施。申請(qǐng)、審批等操作通過線上完成，提高了實(shí)驗(yàn)室管理制度完成的可操作性。（3）提供了公共的信息反饋平臺(tái)。通過多角色分配機(jī)制，提高了管理員之間的分工協(xié)作，保障了管理要素之間信息的一致性[4-5]。因此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、動(dòng)態(tài)化、精細(xì)化管理理念提供了一個(gè)高效的技術(shù)手段。
2 實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備信息管理系統(tǒng)需求分析
2.1 管理系統(tǒng)用戶劃分
根據(jù)集中-分工協(xié)作的實(shí)驗(yàn)室管理模式，系統(tǒng)管理角色劃分為：系統(tǒng)管理員、分實(shí)驗(yàn)室管理員、辦公室三個(gè)角色。設(shè)備管理員負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，根據(jù)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理員進(jìn)行操作權(quán)限分配，它擁有系統(tǒng)設(shè)置，基本信息管理，設(shè)備錄入，修改，刪除，置換，查詢等權(quán)限。分實(shí)驗(yàn)室管理員：根據(jù)系統(tǒng)管理分配的權(quán)限進(jìn)行操作，包括查詢?cè)O(shè)備信息，查閱公告欄，進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)室設(shè)備維修、調(diào)換、借還的申請(qǐng)，而打印報(bào)表和報(bào)廢設(shè)備管理等另由專人負(fù)責(zé)，實(shí)驗(yàn)室管理員不負(fù)責(zé)此工作。辦公室：根據(jù)平時(shí)工作要求及系統(tǒng)權(quán)限分配，辦公室角色負(fù)責(zé)設(shè)備日常的管理，包括：報(bào)廢、調(diào)撥、維修、借還申請(qǐng)以及審批，報(bào)表的打印，資產(chǎn)信息的查詢等。通過管理角色劃分，建立對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備分層管理、互相制約、相互協(xié)助的管理模式。
2.2 功能需求分析
實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)功能模塊可分為：設(shè)備儀器信息管理，設(shè)備信息查詢，設(shè)備變動(dòng)管理、信息統(tǒng)計(jì)報(bào)表，系統(tǒng)信息設(shè)置等功能模塊部分。系統(tǒng)功能模塊劃分如下：
（1）設(shè)備儀器動(dòng)態(tài)管理模塊，包括：設(shè)備信息記錄變動(dòng)登記，報(bào)廢、維修、調(diào)、日常維護(hù)管理等功能，此模塊針對(duì)儀器設(shè)備日常的變動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的精細(xì)化管理。（2）設(shè)備查詢功能模塊。包括查詢?cè)谟迷O(shè)備、閑置、報(bào)廢、保修、調(diào)撥、借出設(shè)備等的基本信息。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)輸入查詢條件式，進(jìn)行高級(jí)綜合查詢的功能。（3）設(shè)備統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊。實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)設(shè)備眾多，種類繁雜，并且定期需要進(jìn)行資產(chǎn)清查，并結(jié)果上報(bào)上級(jí)主管部門。因此，如何根據(jù)各種統(tǒng)計(jì)需求進(jìn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)打印，就顯得尤其重要。打印報(bào)表由辦公室角色來完成。（4）系統(tǒng)設(shè)置功能模塊。此模塊包括兩部分，其中一部分是對(duì)系統(tǒng)登錄用戶權(quán)限設(shè)置、數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)庫初始化、備份，系統(tǒng)日志文件記錄等功能。另一部分是系統(tǒng)基本信息設(shè)置，包括對(duì)資產(chǎn)類別、學(xué)校部門、管理人員、實(shí)驗(yàn)室信息、供應(yīng)商等信息進(jìn)行增、刪、查、改等功能。（5）公告留言模塊。此模塊是為方便實(shí)驗(yàn)室管理人員進(jìn)行信息交流。根據(jù)多校區(qū)＼實(shí)驗(yàn)室分布分散，各分實(shí)驗(yàn)室管理員辦公地點(diǎn)不集中等特點(diǎn)，為方便信息與溝通，預(yù)留此功能。實(shí)驗(yàn)室管理人員可以利用此模塊查看消息通知，并可在其中進(jìn)行留言，進(jìn)行交流。
3 實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
針對(duì)多校區(qū)實(shí)驗(yàn)室分散分布、實(shí)驗(yàn)管理員辦公地點(diǎn)不集中的特點(diǎn)，為方便管理，體現(xiàn)集中-分散式管理原則，本系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，即服務(wù)器/瀏覽器模式。這樣，客戶端不需要安裝專用軟件，只要有IE等瀏覽器，能進(jìn)入局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)就能使用系統(tǒng)。其由三層結(jié)構(gòu)組成，邏輯上包括表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。從物理組成上對(duì)應(yīng)的是：客戶機(jī)、WEB服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。其工作原理是：“用敉ü瀏覽器向中間業(yè)務(wù)邏輯層的Web服務(wù)器的應(yīng)用程序發(fā)出操作請(qǐng)求服務(wù)，當(dāng)Web服務(wù)器收到用戶發(fā)來的服務(wù)請(qǐng)求后，便通過特定的ODBC數(shù)據(jù)庫接口驅(qū)動(dòng)程序把請(qǐng)求傳給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器讓其完成相應(yīng)的處理，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器把處理結(jié)果再通過數(shù)據(jù)庫接口通知Web服務(wù)器，Web服務(wù)器再把結(jié)果轉(zhuǎn)化為用戶能理解的網(wǎng)頁形式傳達(dá)給用戶”。和C/S架構(gòu)比較，只需維護(hù)服務(wù)器端，客戶端零維護(hù)，適合于客戶端分布分散且有互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的場(chǎng)景。而其也具有系統(tǒng)開放性強(qiáng)，信息、交流方便等功能優(yōu)勢(shì)。這種B/S結(jié)構(gòu)的使用，后臺(tái)數(shù)據(jù)的改變不會(huì)影響客戶前端，而后臺(tái)數(shù)據(jù)庫對(duì)使用者透明，用戶不能直接訪問，并且系統(tǒng)易于移植、維護(hù)和升級(jí)。
按照分層架構(gòu)系統(tǒng)可分為：數(shù)據(jù)表示層，數(shù)據(jù)邏輯層，數(shù)據(jù)層。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
數(shù)據(jù)表示層：對(duì)應(yīng)系統(tǒng)界面.aspx，是用戶輸入數(shù)據(jù)與系統(tǒng)交互的媒介。數(shù)據(jù)邏輯（業(yè)務(wù)）層：實(shí)現(xiàn)與表示層分離，提供系統(tǒng)邏輯控制。數(shù)據(jù)核心層：存放數(shù)據(jù)表格，是系統(tǒng)的核心。
3.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)需求分析的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)的功能模塊。模塊功能分布采取樹狀結(jié)構(gòu)，每個(gè)模塊由多個(gè)子模塊組成。模塊設(shè)計(jì)遵循“高內(nèi)聚、低耦合“原則，模塊之間盡量保持功能獨(dú)立，模塊內(nèi)盡量保持功能相關(guān)[6-8]。系統(tǒng)包括以下幾個(gè)模塊：系統(tǒng)設(shè)置、基本信息、設(shè)備管理、設(shè)備信息查詢模塊、報(bào)表統(tǒng)計(jì)模塊、公告留言模塊以及預(yù)增模塊。
3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
經(jīng)過針對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)需求進(jìn)行分析，抽象出一系列概念實(shí)體，分別是：實(shí)驗(yàn)室設(shè)備基本信息、管理員信息、用戶角色權(quán)限信息、實(shí)驗(yàn)室信息、資產(chǎn)類別信息、二級(jí)資產(chǎn)類別信息、設(shè)備維修信息、設(shè)備調(diào)撥信息、資產(chǎn)清查信息、設(shè)備報(bào)廢信息、設(shè)備借還信息等，通過UML的E-R圖設(shè)計(jì)把概念實(shí)體轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模型-數(shù)據(jù)庫表，以供數(shù)據(jù)庫進(jìn)行邏輯處理。每個(gè)表都有不同字段，并設(shè)置不同的數(shù)據(jù)格式，并且為了規(guī)范化并便于操作，每個(gè)數(shù)據(jù)表都設(shè)定主鍵。數(shù)據(jù)表包括設(shè)備基本信息表、資產(chǎn)調(diào)撥信息表、資產(chǎn)報(bào)廢信息表等。其中各表之間的邏輯關(guān)系如圖2所示。
4 利用云存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享與更新
當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)普及，云存儲(chǔ)技術(shù)日臻成熟。在此條件下，設(shè)備儀器信息系統(tǒng)具有的查詢、統(tǒng)計(jì)以及導(dǎo)出數(shù)據(jù)的功能，可以與云存儲(chǔ)技術(shù)相結(jié)合，把相應(yīng)的操作結(jié)果形成的數(shù)據(jù)文件，存儲(chǔ)到云存儲(chǔ)文件夾中，供全體管理人員共享使用。由于目前實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)大都運(yùn)行在Microsoft Windows平臺(tái)下，從成本以及易用性、兼容性方面考慮，采用OneDrive云存儲(chǔ)服務(wù)，使系統(tǒng)具有最低廉的成本與最廣泛的兼容性。OneDrive已在操作系統(tǒng)下默認(rèn)安裝，用戶只需一次注冊(cè)后即在任意一臺(tái)安裝了Windows系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)甚至是Android手機(jī)上中使用。在用戶計(jì)算機(jī)硬盤上會(huì)有一個(gè)OneDrive文件夾，用戶可以如同訪問本地文件夾一樣訪問此文件夾，操作起來非常簡(jiǎn)便易行。例如，利用系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備的條件搜索，或者進(jìn)行設(shè)備信息的修改，然后利用系統(tǒng)導(dǎo)出功能把數(shù)據(jù)表導(dǎo)入OneDrive文件夾，則使用同一賬號(hào)登錄的各個(gè)終端設(shè)備中的OneDrive文件夾內(nèi)容會(huì)同步進(jìn)行更新，從而實(shí)現(xiàn)了一處修改、處處更新的信息同步、共享機(jī)制。
5 結(jié)語
根據(jù)經(jīng)貿(mào)類實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的管理實(shí)際情況，分析設(shè)計(jì)了適合經(jīng)貿(mào)類二級(jí)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理的信息系統(tǒng)。并進(jìn)一步借助網(wǎng)絡(luò)及云存儲(chǔ)技術(shù)，便捷的實(shí)現(xiàn)管理文檔的同步與共享。該系統(tǒng)通過功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及用戶角色劃分，滿足了實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備實(shí)際管理中“集中-分散”的管理原則，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的動(dòng)態(tài)化、精確化、智能化管理，從而大大提高了設(shè)備儀器管理的效率以及科學(xué)性。
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中圖分類號(hào)：TH132.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2015.04.027
Design of Virtual Prototype of Multi-purpose Mechanical Transmission
Experiment Platform System Based on Pro/E Platform
GUI Wei， YAO Cenglin， LI Chenglong， SHEN Caixia， ZHENG Mengwei， HAN Qiang
（Wuhan Business University， Wuhan， Hubei 430056）
Abstract In this paper， based on the Pro/E software， with the multipurpose Laboratory of mechanical transmission station as a typical example， the application of virtual design technology， virtual assembly of 3D design， completed the experiment table of all parts of the student movement of mechanical transmission mechanism， teacher movement of mechanical transmission mechanism， clock movement of mechanical transmission mechanism， the classroom door moving mechanical transmission mechanism and the projection screen motion of mechanical transmission mechanism five parts and virtual assembly of the whole experiment platform.
Key words Pro/E; mechanical system; experiment platform; virtual design
0 引言
目前，機(jī)械領(lǐng)域的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)是利用三維設(shè)計(jì)軟件如Pro/E、UG、Solidworks、CATIA等對(duì)機(jī)械裝置的零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)仿真分析。它是基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，在虛擬環(huán)境中對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到縮短研發(fā)周期、減少研發(fā)成本的目的。
多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)融鏈傳動(dòng)、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)、直齒圓錐齒輪傳動(dòng)、平面連桿傳動(dòng)，蝸輪蝸桿傳動(dòng)、絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)以及齒輪齒條傳動(dòng)等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)于一體。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)以學(xué)生最為熟悉的課堂作為展示機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)景，可以起到趣味性教學(xué)的目的，增加學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械專業(yè)課程的興趣。敞開式的場(chǎng)景，在不用拆開演示臺(tái)的前提下就可以讓學(xué)生清楚地觀察到內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)全過程，操作簡(jiǎn)單、比較實(shí)用。多個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)集中在一個(gè)場(chǎng)景展示，可以使學(xué)生系統(tǒng)性地認(rèn)識(shí)不同機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞過程，有助于學(xué)生對(duì)不同的機(jī)構(gòu)進(jìn)行區(qū)別。
本文基于Pro/E平臺(tái)的虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)，完成多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)各零件的三維建模設(shè)計(jì)，虛擬樣機(jī)裝配干涉檢查、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真分析，在仿真中對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡可能降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，避免實(shí)際制造中出現(xiàn)問題，從而使實(shí)驗(yàn)臺(tái)一次性制造成功。
1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)典型零件齒輪的三維建模
通常，在Pro/E中每個(gè)零件的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程步驟基本相同，如下：（1）依據(jù)各個(gè)零件的三視圖，想象零件的形狀，為選擇合適的建模方法做好鋪墊。（2）根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，選擇建模的方法。（3）根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行草繪，然后利用拉伸、旋轉(zhuǎn)等特征操作，以完成零件的三維設(shè)計(jì)。（4）在已建零件模型上進(jìn)行輔助特征設(shè)計(jì)，完成零件三維設(shè)計(jì)，然后保存。
多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)有多個(gè)不同類型的零件，三維設(shè)計(jì)的過程步驟基本相同，本論文只簡(jiǎn)單闡述典型零件齒輪的三維設(shè)計(jì)過程步驟。
直齒圓柱齒輪由輪齒、鍵槽、軸孔等基本結(jié)構(gòu)特征組成，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)直圓柱齒輪的三維參數(shù)化模型。主要操作步驟如下：
（1）創(chuàng)建齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)：
在Pro/E軟件的產(chǎn)品參數(shù)化設(shè)置界面中，輸入齒輪的設(shè)計(jì)參數(shù)及相應(yīng)的初始值，模數(shù)m=2，壓力角alpha=20度，齒根圓直徑df，齒頂圓直徑da，基圓直徑db，分度圓直徑d，齒寬b=30，齒數(shù)z=56，如圖1，添加完畢后，單擊【確定】按鈕。
（2）使用Pro/E的草繪功能先繪制基準(zhǔn)曲線，后繪制四個(gè)尺寸任意的同心圓。
（3）調(diào)出Pro/E中各參數(shù)之間關(guān)系設(shè)置的對(duì)話框，在其中輸入標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的關(guān)系式，如圖2，添加完畢后，單擊【確定】按鈕。
圖1 齒輪參數(shù)對(duì)話框
圖2 齒輪關(guān)系對(duì)話框
（4） 系統(tǒng)進(jìn)入三維實(shí)體模式，單擊【編輯】頡駒偕模型】工具，自動(dòng)生成滿足一定關(guān)系式的齒輪參照?qǐng)A。
（5）單擊特征工具欄中的【基準(zhǔn)曲線】工具，彈出的【曲線選項(xiàng)】菜單，單擊【從方程】―【完成】命令，在工作區(qū)選取系統(tǒng)默認(rèn)的坐標(biāo)系，單擊對(duì)話框中的【確定】按鈕，在彈出的【設(shè)置坐標(biāo)系類型】菜單中，選擇【笛卡爾】坐標(biāo)系，輸入形成齒輪漸開線的參數(shù)化方程，輸入完畢單擊【記事本】主菜單中的【文件】―【保存】命令，最后單擊【確定】按鈕。即可生成漸開線。
（6）創(chuàng)建鏡像漸開線特征。選取已繪制的齒輪漸開線的特征，選擇軟件中【特征】-【鏡像】命令，選擇基準(zhǔn)平面DTM2作為鏡像平面，單擊【確定】按鈕。
（7）先進(jìn)入草繪平面，選擇齒頂輪廓線，拉伸創(chuàng)建成齒輪基本實(shí)體。
（8）創(chuàng)建第一個(gè)齒槽特征。先進(jìn)入草繪平面，再根據(jù)漸開線以及齒輪參照?qǐng)A草繪出齒廓外形，然后對(duì)其進(jìn)行拉伸切除，完成齒槽的創(chuàng)建。
（9）創(chuàng)建齒槽陣列特征。創(chuàng)建齒輪槽，選擇軟件征工具欄中的【陣列】命令，選擇軸陣列選項(xiàng)，輸入陣列個(gè)數(shù)56個(gè)，角度為360埃繕杓埔蟮某萋幀？
（10）拉伸切除創(chuàng)建成齒輪軸孔。
（11）拉伸軟件的切除功能畫出成齒輪鍵槽，完成齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)如圖3所示。
圖3 齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)
2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)樣機(jī)的虛擬裝配
一般說，機(jī)械裝置的虛擬裝配是利用三維設(shè)計(jì)軟件在計(jì)算機(jī)中，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與裝配。多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要包括學(xué)生運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、教師運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、時(shí)鐘運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、教室門運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及投影幕布運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)五個(gè)部分。虛擬樣機(jī)在裝配時(shí)，首先把這5個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為一個(gè)組件進(jìn)行虛擬裝配，然后把這5個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配成整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
2.1 學(xué)生運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配
學(xué)生運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要由電動(dòng)機(jī)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、連桿限位變形機(jī)構(gòu)，以及固定構(gòu)件課桌、課椅以及電機(jī)支架組成。虛擬裝配如圖4所示。小腿在固定在機(jī)架上，小手臂與機(jī)架在形成固定鉸鏈，小手臂、大手臂、身軀、大腿、小腿之間通過活動(dòng)鉸鏈鏈接。電機(jī)通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)五連桿限位變形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，完成學(xué)生起立和坐下的動(dòng)作。
圖4 學(xué)生運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配圖
2.2 教師運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配
教師運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由：電動(dòng)機(jī);由16齒的大鏈輪、8齒的小鏈輪和鏈條組成的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu);齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu);螺距6mm，單頭絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu);限位開關(guān)、限位板以及講臺(tái)等固定構(gòu)件組成，虛擬裝配如圖5所示。電機(jī)啟動(dòng)，通過鏈傳動(dòng)傳遞給絲桿，絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成螺母的直線運(yùn)動(dòng)，通過螺母上的銷軸帶動(dòng)放置在螺母上的尺寸做直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教師木偶人的移動(dòng)，通過齒輪齒條機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)教師旋轉(zhuǎn)90度面向?qū)W生的動(dòng)作。
圖5 教師運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配圖
2.3 時(shí)鐘運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配
時(shí)鐘運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由：電動(dòng)機(jī);齒數(shù)為35的蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu);每級(jí)大齒輪齒數(shù)45，小齒輪齒數(shù)13，模數(shù)1.5的二級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及電動(dòng)機(jī)架、鐘罩和紅外位置探測(cè)器等固定構(gòu)件組成，虛擬裝配如圖6所示。電機(jī)啟動(dòng)，通過蝸輪蝸桿把運(yùn)動(dòng)傳遞給二級(jí)直齒圓柱齒輪，與蝸輪連接的第一級(jí)圓柱齒輪的小齒輪帶動(dòng)分針轉(zhuǎn)動(dòng)，第二級(jí)圓柱齒輪齒輪的大齒輪帶動(dòng)時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.4 教室門運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配
教室門運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由：電動(dòng)機(jī);雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)以及導(dǎo)桿、限位開關(guān)、電機(jī)機(jī)架等固定構(gòu)件組成，虛擬裝配如圖7所示。電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中雙曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過連桿，帶動(dòng)教室門在導(dǎo)軌上進(jìn)行來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)教室門的開關(guān)。
圖6 時(shí)鐘運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配圖
圖7 教室門運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配圖
2.5 投影幕布運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配
投影幕布運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由：電動(dòng)機(jī)，錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，虛擬裝配如圖8所示。電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)大圓錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過小圓錐齒輪帶動(dòng)幕布上下運(yùn)動(dòng)。
圖8 投影幕布運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)虛擬裝配圖
2.6 多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)虛擬裝配
多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)虛擬樣機(jī)的主體裝配主要是學(xué)生運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、教師運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、時(shí)鐘運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、教室門運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及投影幕布運(yùn)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)五個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的裝配。虛擬樣在裝配時(shí)，為方便整個(gè)樣機(jī)的的虛擬裝配，可以把裝置的幾個(gè)相關(guān)零件組裝成組件，然后再把相關(guān)組件裝配在一起構(gòu)建試實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)，如圖9所示。
圖9 多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)虛擬裝配圖
3 結(jié)束語
多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的虛擬設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)物理樣機(jī)所需的人力及時(shí)間，可以達(dá)到降低產(chǎn)品成本，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期的目的。
基金項(xiàng)目：湖北省高等學(xué)校2014年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)研究》（項(xiàng)目編號(hào)：201411654009）、武漢商學(xué)院2014年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目《多用途機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)研究》（項(xiàng)目序號(hào)：7）、武漢商學(xué)院2014年度教學(xué)研究項(xiàng)目《基于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程教學(xué)研究―以機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程為例》（項(xiàng)目編號(hào)：2014Y013）的階段性研究成果
參考文獻(xiàn)
1.引言
便攜衛(wèi)星通信終端一般是為滿足特定應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)的，對(duì)成本、重量、體積、功耗有較為苛刻的要求，執(zhí)行通信任務(wù)時(shí)多處于供電能源較為稀缺的野外環(huán)境，通常采用電池供電。隨著使用需求的不斷提高，便攜衛(wèi)星通信終端除了提供語音、短消息、數(shù)據(jù)通信等基本功能外，還要支持多媒體和網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。復(fù)雜的通信處理、多媒體音視頻處理等高性能要求需要更大的能量消耗，有限的電池容量限制了終端的使用時(shí)間[1]。如何提高終端的電源利用率、降低不必要的能量消耗，成為便攜衛(wèi)星通信終端首要解決的問題。在采用低功耗硬件設(shè)計(jì)的前提下，設(shè)備工作過程中的低功耗控制技術(shù)是提高電源利用率、減小平均能耗的最佳手段。本文結(jié)合便攜衛(wèi)星通信終端的硬件系統(tǒng)及技術(shù)特性，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了終端的動(dòng)態(tài)電源管理，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整終端在不同工作狀態(tài)下的功耗，實(shí)現(xiàn)了終端在電池供電情況下的低功耗控制。
2.硬件系統(tǒng)組成
本文所涉及的便攜衛(wèi)星通信終端的硬件系統(tǒng)組成如圖1所示。
終端的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于軟件無線電的思想，采用CPU+FPGA為核心框架構(gòu)建一個(gè)開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用衛(wèi)星通信平臺(tái)，通過軟件的重載和配置可實(shí)現(xiàn)多種衛(wèi)星組網(wǎng)方式、調(diào)制解調(diào)方式、信道編譯碼方式。配置有視頻編解碼器、話音處理模塊及IP處理模塊，支持話音、視頻、IP及數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)的接入。
CPU運(yùn)行VxWorks嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，主要完成組網(wǎng)控制和業(yè)務(wù)接入、通信協(xié)議處理、終端監(jiān)控（WEB）等功能；FPGA對(duì)并行信號(hào)處理有較好的支持，適合進(jìn)行高速數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)處理，主要完成基帶調(diào)制解調(diào)算法、信道編譯碼及A/D、D/A和收、發(fā)中頻通道的控制等功能，此外CPU與視頻編解碼器、話音處理模塊間的業(yè)務(wù)和控制數(shù)據(jù)的交換也通過FPGA實(shí)現(xiàn)；IP處理模塊的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與CPU直接交換，控制數(shù)據(jù)通過FPGA與CPU進(jìn)行交換。
3.低功耗控制技術(shù)相關(guān)研究
終端系統(tǒng)的總功耗由動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗組成[2]。動(dòng)態(tài)功耗是電路開關(guān)或者數(shù)字邏輯狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的，在總功耗中占據(jù)了較大的比重；靜待功耗也稱為漏電功耗，主要是晶體管未發(fā)生轉(zhuǎn)換時(shí)電流泄漏而產(chǎn)生的功耗。系統(tǒng)的總功耗可以簡(jiǎn)單地用典型功耗計(jì)算模型表述：
式中C為負(fù)載電容的大小，fc為電路工作時(shí)的開關(guān)頻率，Vdd為供電電壓，IQ為靜態(tài)漏電流。
由計(jì)算模型可以看出，在硬件電路設(shè)計(jì)狀態(tài)確定的情況下，降低工作電壓和工作頻率可以有效地降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功耗[3]。當(dāng)前衛(wèi)星通信終端功能和性能要求不斷的提高，系統(tǒng)硬件電路的復(fù)雜度也隨之增加，靜態(tài)功耗在系統(tǒng)總功耗中的比重也不容忽視，因此，進(jìn)行平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足性能的情況下應(yīng)選擇最簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)和低功耗芯片實(shí)現(xiàn)。
此外，在便攜衛(wèi)星終端的設(shè)計(jì)中，一個(gè)較為普遍的低功耗控制技術(shù)就是動(dòng)態(tài)電源管理（DPM）[4]。引入電源管理并不能直接降低設(shè)備滿負(fù)荷工作時(shí)的功耗，它是通過一定的控制管理策略，動(dòng)態(tài)配置設(shè)備實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，使之以最少的組件和最小的工作負(fù)荷達(dá)到所要求的功能。通過合理的組織應(yīng)用達(dá)到設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)平均功耗的降低，可有效提升在電池供電情況下設(shè)備的續(xù)航能力。電源管理主要通過關(guān)閉芯片或電路的電源、工作時(shí)鐘或設(shè)置芯片進(jìn)入休眠模式等方法達(dá)到降低功耗的目的。
4.終端電源管理設(shè)計(jì)
終端CPU軟件設(shè)計(jì)有專門的電源管理進(jìn)程，根據(jù)終端的工作狀態(tài)和工作參數(shù)選擇不同的電源控制策略。CPU發(fā)起電源控制并將控制信息傳送給FPGA，F(xiàn)PGA將接收的電源管理控制信息進(jìn)行解析生成直接面向受控模塊或電路的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其內(nèi)部模塊和電路的電源管理控制。終端的電源管理系統(tǒng)框架如圖2所示。
在應(yīng)用時(shí)，便攜衛(wèi)星通信終端根據(jù)信道和業(yè)務(wù)連接的情況分可分為正常工作、空閑、待機(jī)三個(gè)狀態(tài)，正常工作狀態(tài)是指終端在入網(wǎng)情況下進(jìn)行載波收發(fā)和業(yè)務(wù)通信，空閑是指終端僅維持入網(wǎng)狀態(tài)，當(dāng)前沒有業(yè)務(wù)通信，處于空閑；待機(jī)是指終端沒有業(yè)務(wù)通信且不需維持入網(wǎng)處于退網(wǎng)的狀態(tài)，在此狀態(tài)下終端大部分電路單元都處于低功耗或者關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)，時(shí)鐘源、CPU、FPGA構(gòu)成的電源管理控制系統(tǒng)正常工作，CPU除電源管理進(jìn)程和WEB監(jiān)控程序外的其它程序全部掛起，當(dāng)有業(yè)務(wù)通信或入網(wǎng)認(rèn)證需求時(shí)，CPU通過響應(yīng)監(jiān)控輸入的中斷請(qǐng)求重新喚醒系統(tǒng)。
不同工作狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換如圖3所示。
不同工作狀態(tài)下的電源控制方案：
（1）正常工作狀態(tài)
正常工作狀態(tài)下，通信終端始終保持載波的發(fā)送接收，衛(wèi)星信道發(fā)送接收支路電路的電源應(yīng)全部打開，調(diào)制解調(diào)基帶時(shí)鐘工作，A/D、D/A芯片工作，可根據(jù)業(yè)務(wù)通信的情況，動(dòng)態(tài)低選擇關(guān)閉話音處理模塊電源、視頻編解碼器電源或IP處理模塊電源。
（2）空閑狀態(tài)
空閑狀態(tài)下，通信終端沒有通信業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)相關(guān)電路電源可全部關(guān)閉，CPU相應(yīng)的通信業(yè)務(wù)端口也應(yīng)通過軟件設(shè)置關(guān)閉，且程序中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理進(jìn)程也應(yīng)掛起。此外，終端維持入網(wǎng)狀態(tài)時(shí)僅接收網(wǎng)絡(luò)主站廣播信息，在沒有業(yè)務(wù)觸發(fā)的情況下，沒有載波發(fā)送，因此在空閑狀態(tài)下，衛(wèi)星信道的發(fā)送支路電源關(guān)閉，調(diào)制基帶時(shí)鐘關(guān)閉，D/A芯片休眠。
（3）待機(jī)狀態(tài)
在待機(jī)狀態(tài)下，僅維持終端電源管理系統(tǒng)正常工作，因此全部的業(yè)務(wù)相關(guān)電路的電源關(guān)閉，衛(wèi)星信道發(fā)送接收支路電源關(guān)閉，A/D、D/A芯片休眠，時(shí)鐘管理芯片休眠（調(diào)制、解調(diào)、信道編碼時(shí)鐘中斷），終端處于最低功耗狀態(tài)。
不同工作狀態(tài)下終端的功耗統(tǒng)計(jì)：
在終端直流12V（電池供電一般為14.4V）輸入的條件下，測(cè)試了不同工作狀態(tài)下終端功耗，表1為測(cè)試結(jié)果。
由表1可以看出，采用動(dòng)態(tài)電源管理設(shè)計(jì)，終端的功耗可在6W～38.4W范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整，為便攜衛(wèi)星通信終端系統(tǒng)工作時(shí)的低功耗控制提供了很好的支撐。
5.結(jié)束語
通過對(duì)便攜衛(wèi)星通信終端硬件系統(tǒng)和技術(shù)特性的分析，提出了針對(duì)終端不同工作狀態(tài)的電源管理控制策略，實(shí)現(xiàn)了終端的動(dòng)態(tài)功耗管理。通過不同工作狀態(tài)下的功耗測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了終端動(dòng)態(tài)電源管理設(shè)計(jì)思路的可行性、正確性及有效性，為其它類似采用電池供電的便攜衛(wèi)星設(shè)備的系統(tǒng)電源管理設(shè)計(jì)提供了一種設(shè)計(jì)參考。
參考文獻(xiàn)
[1]朱超軍.嵌入式設(shè)備動(dòng)態(tài)電源管理初探[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（6）.
一、建設(shè)工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理的內(nèi)涵與特征
建設(shè)工程項(xiàng)目管理不是廣義的項(xiàng)目管理，而是項(xiàng)目管理的一個(gè)重要分支，是一門研究建設(shè)工程項(xiàng)目從籌備到建成投產(chǎn)使用的全過程的管理理論和管理方法的科學(xué)，是在建設(shè)工程項(xiàng)目管理的生命周期內(nèi)對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目進(jìn)行決策、計(jì)劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)和控制的管理活動(dòng)。
建設(shè)工程項(xiàng)目管理具有以下特點(diǎn):
第一，建設(shè)工程項(xiàng)目管理的主體是多方面的。除了業(yè)主為項(xiàng)目的順利實(shí)施實(shí)行必要的項(xiàng)目管理外，承包商、項(xiàng)目經(jīng)理等根據(jù)合同對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行不同的管理。同時(shí)在項(xiàng)目生命周期進(jìn)程中，還要受到各種因素的影響。
第二，建設(shè)工程項(xiàng)目管理目標(biāo)責(zé)任的明確性。建設(shè)工程項(xiàng)目各主體所追求的目標(biāo)，即在有限資源約束條件下，保證建設(shè)工程項(xiàng)目的質(zhì)量、時(shí)間、進(jìn)度和人員素質(zhì)達(dá)到最優(yōu)化。
第三，建設(shè)工程項(xiàng)目按時(shí)間順序一般可分為投資決策、項(xiàng)目準(zhǔn)備、項(xiàng)目實(shí)施和項(xiàng)目終結(jié)四個(gè)階段和項(xiàng)目建議書、可行性研究、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目招投標(biāo)、采購施工安裝、工程竣工、交付使用和項(xiàng)目后評(píng)價(jià)等八個(gè)過程，這些工作構(gòu)成了建設(shè)工程項(xiàng)目的運(yùn)動(dòng)周期各階段過程之間的銜接關(guān)系。
第四，建設(shè)工程項(xiàng)目管理的動(dòng)態(tài)性。由于建設(shè)工程項(xiàng)目管理的內(nèi)部和外部環(huán)境千變?nèi)f化，甚至其功能也在隨著時(shí)間的推移而改變，管理過程中勢(shì)必會(huì)發(fā)生需要及時(shí)處理的各種問題，管理過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。
二、建設(shè)工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理
本文將建設(shè)工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理的概念界定為:在工程項(xiàng)目的建設(shè)過程中，項(xiàng)目管理者通過協(xié)調(diào)和沖突處理技術(shù)，對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目不斷變化的內(nèi)外部環(huán)境影響因素及其對(duì)項(xiàng)目的影響做出判斷、決策和處置，生產(chǎn)出符合最終目標(biāo)要求的建設(shè)工程項(xiàng)目產(chǎn)品的宏觀管理。
建設(shè)工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理的基本特征如下:
第一，建設(shè)工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理是一種過程管理。
第二，建設(shè)工程項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)管理是一種宏觀管理。
第三，建設(shè)工程項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)管理強(qiáng)調(diào)協(xié)調(diào)技術(shù)的應(yīng)用。
第四，建設(shè)工程項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)管理強(qiáng)調(diào)沖突處理技術(shù)的應(yīng)用。
三、建設(shè)工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)管理的協(xié)調(diào)技術(shù)
項(xiàng)目協(xié)調(diào)是指項(xiàng)目管理者為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的特定目標(biāo)，協(xié)調(diào)可以促使參與工程項(xiàng)目建設(shè)的個(gè)人與組織目標(biāo)趨于一致，從而促進(jìn)組織目標(biāo)的實(shí)現(xiàn);可以促使人與人之間、人與組織之間、組織與組織之間以及各種系統(tǒng)的交界面之間相互協(xié)作與配合，從而極大地提高組織的效率。
項(xiàng)目協(xié)調(diào)的關(guān)鍵在于建立一個(gè)運(yùn)行良好的協(xié)作體系。從文化、行為、管理和技術(shù)的角來看，項(xiàng)目管理的協(xié)調(diào)機(jī)理，主要反映在于以下幾個(gè)方面:
（一）協(xié)調(diào)主體
工程建設(shè)項(xiàng)目協(xié)調(diào)的主體包括工程項(xiàng)目各參與方的管理者。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是協(xié)調(diào)的中心和溝通的橋梁。工程項(xiàng)目實(shí)施過程中，權(quán)威、具體化、規(guī)則和目標(biāo)都包含在協(xié)作的各個(gè)方面，包括橫向聯(lián)系、任務(wù)組、矩陣結(jié)構(gòu)等。同時(shí)，計(jì)劃、時(shí)間表、專門化、等級(jí)關(guān)系和授權(quán)等都是復(fù)雜的工程項(xiàng)目組織普遍存在的特征，工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)人要通過全面、扎實(shí)、有效的工作才能滿足建設(shè)工程項(xiàng)目的協(xié)調(diào)要求。
（二）協(xié)調(diào)目的與原則
工程項(xiàng)目協(xié)調(diào)的目的在于形成合作、和諧的項(xiàng)目工作氛圍，使協(xié)調(diào)體系產(chǎn)生“協(xié)同作用”，使工程項(xiàng)目管理達(dá)到整體大于部分之和的效果。建設(shè)工程項(xiàng)目協(xié)調(diào)的原則主要包括等級(jí)原則、指令單一原則、控制范圍原則和特例原則。等級(jí)原則即強(qiáng)調(diào)等級(jí)觀念，所有的參與者都被置于控制關(guān)系的金字塔結(jié)構(gòu)內(nèi);指令單一原則即每個(gè)參與者只從自己的直接領(lǐng)導(dǎo)那里接受指令;控制范圍原則強(qiáng)調(diào)每個(gè)領(lǐng)導(dǎo)不能擁有多于其有效領(lǐng)導(dǎo)范圍內(nèi)的下屬;特例原則指所有規(guī)范化事務(wù)均由下屬來完成，領(lǐng)導(dǎo)可以留出時(shí)間處理既有規(guī)章不適用的一些特殊情況。
（三）協(xié)調(diào)對(duì)象與內(nèi)容
建設(shè)項(xiàng)目協(xié)調(diào)的對(duì)象主要包括了四個(gè)方面:目標(biāo)方面;管理方面;行為方面;文化方面。
（四）協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)
成功的協(xié)調(diào)需要精心設(shè)計(jì)一個(gè)以溝通為中心的和諧的協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)是一組相互關(guān)系，它以橫向、縱向和斜向的方式伸向建設(shè)工程項(xiàng)目?jī)?nèi)外的所有相關(guān)人員。協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的力量依賴于各參與方建立和維護(hù)與所有項(xiàng)目參與者的同盟關(guān)系的能力。這種與所有干系人的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)是解決工程項(xiàng)目建設(shè)過程中出現(xiàn)的各類問題的尚方寶劍。
（五）協(xié)調(diào)技術(shù)
協(xié)調(diào)的手段在于綜合應(yīng)用各種協(xié)調(diào)技術(shù)?，F(xiàn)代項(xiàng)目協(xié)調(diào)的對(duì)象包括了人、財(cái)、物、時(shí)間、空間和信息的組合。協(xié)調(diào)工作包括目標(biāo)、管理、行為、文化四個(gè)層次，協(xié)調(diào)的對(duì)象包括項(xiàng)目各組織負(fù)責(zé)人和項(xiàng)目參與者。對(duì)于通報(bào)、溝通，協(xié)商、談判四項(xiàng)協(xié)調(diào)技術(shù)，工程項(xiàng)目實(shí)施過程中可以單項(xiàng)使用，也可以多項(xiàng)同時(shí)使用。對(duì)于復(fù)雜的問題，特別是三大目標(biāo)方面的問題，可以先通報(bào)、溝通，再協(xié)商、談判，進(jìn)行處理，若仍然不能處理，最后可以進(jìn)行仲裁或訴訟。
（六）協(xié)調(diào)實(shí)施
項(xiàng)目協(xié)調(diào)系統(tǒng)的直接目的就是建立良好的協(xié)作體系。這種體系要構(gòu)造起存在于有意識(shí)、有意圖、有目的的參與者之間的一種協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。所謂協(xié)調(diào)，就是組織中的一切要素、工作或活動(dòng)要和諧地配合，以便于組織的整體目標(biāo)能夠順利實(shí)現(xiàn)。良好的協(xié)調(diào)能促進(jìn)建設(shè)工程項(xiàng)目管理的協(xié)同效應(yīng)。如果協(xié)調(diào)不力，則會(huì)使項(xiàng)目組織和團(tuán)隊(duì)喪失凝聚力。協(xié)調(diào)作用的全面發(fā)揮體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)人際關(guān)系協(xié)調(diào)；(2)團(tuán)隊(duì)協(xié)作；(3)管理組織和諧相處；(4)參與者行為協(xié)調(diào)；(5)工作進(jìn)程協(xié)調(diào)；(6)業(yè)務(wù)流程協(xié)調(diào)。
四、結(jié)束語
我國(guó)項(xiàng)目管理研究雖然起步較晚，但隨著項(xiàng)目管理理論和實(shí)踐水平的不斷提高，工程建設(shè)項(xiàng)目管理的日益發(fā)展，建設(shè)工程項(xiàng)目管理作為項(xiàng)目管理學(xué)的一個(gè)重要分支，越來越受到理論界、學(xué)術(shù)界和業(yè)內(nèi)人士的高度重視。
建設(shè)工程項(xiàng)目管理過程中沖突是不可避免的，協(xié)調(diào)是預(yù)防沖突的最有效手段。建設(shè)工程項(xiàng)目的協(xié)調(diào)技術(shù)應(yīng)從目標(biāo)、管理、行為和文化四個(gè)維度來考慮。良好的協(xié)調(diào)是建設(shè)工程項(xiàng)目目標(biāo)成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。建設(shè)工程項(xiàng)目管理的日新月異，實(shí)現(xiàn)真正的動(dòng)態(tài)管理，必然帶來建設(shè)工程項(xiàng)目發(fā)展的勃勃生機(jī)。
Construction of Mobile Threat-Awareness Platform Based on Multi-Dimensional Data Analysis（China Mobile communication group Zhejiang Co.， Ltd.，Zhejiang、310000）
Abstract：Information Technology is now experiencing an unprecedented rapid development， due to its nature of being convenient， efficient and as the core of information technology， mobile application inevitably has become an indispensable part of people’s daily work and study life. However， on account of its technological immaturity， and lack of a mobile applications targeted security management platform， have resulted in a significant number of user privacy leaks， corporate financial lost， and damaged interests， and have caused an incalculable impact on our society.This paper will introduce the D-S Model-based Threat-Awareness Platform of Mobile Application. By data mining and analyzing the mobile terminal threat， this security platform not only provides users with relevant threat intelligence information but also indicates the source of the threat with accurate positioning and control.All in all， Threat-Awareness platform is an innovative and efficient mobile security management platform that can close the loopholes which traditional security management architectures have failed to do so.
KEY words： D-S MODEL， Threat-Awareness Platform， Precise Threat Detection， Risk Analysis and Management.
一、背景和意x
隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，浙江省移動(dòng)公司CRM系統(tǒng)的移動(dòng)APP辦公模式正在逐漸取代傳統(tǒng)柜臺(tái)式服務(wù)模式，該模式極大的提升了業(yè)務(wù)人員的辦公效率和展業(yè)效率。但是隨著國(guó)際、國(guó)內(nèi)移動(dòng)應(yīng)用環(huán)境的不斷復(fù)雜化，移動(dòng)APP應(yīng)用的攻擊事件呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。針對(duì)CRM系統(tǒng)移動(dòng)APP自身業(yè)務(wù)層面的違規(guī)操作和攻擊事件始終未曾停止過，雖然APP在最初設(shè)計(jì)中已經(jīng)進(jìn)行了一定的安全防護(hù)措施，但依然存在諸多異常數(shù)據(jù)無法精準(zhǔn)判定，主要表現(xiàn)在：同一UUID對(duì)應(yīng)多個(gè)員工賬號(hào)，賬號(hào)存在跨區(qū)域業(yè)務(wù)辦理；業(yè)務(wù)辦理過程中提交的數(shù)據(jù)不完整，存在某些字段為空的違規(guī)數(shù)據(jù)形式；部分賬號(hào)在同一時(shí)間進(jìn)行業(yè)務(wù)辦理，同一賬號(hào)會(huì)在一次操作中進(jìn)行多次業(yè)務(wù)辦理，存在多賬號(hào)辦理業(yè)務(wù)時(shí)間間隔相同等等。從后臺(tái)數(shù)據(jù)中雖然可以確定存在異常信息，但是缺乏專業(yè)的分析系統(tǒng)和分析人員，導(dǎo)致無法定位異常信息的來源和攻擊形式。
我公司曾經(jīng)對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)大部分緣由是一些員工或者公司進(jìn)行違規(guī)操作而造成。信安部結(jié)合相關(guān)業(yè)務(wù)部門通過明察暗訪確實(shí)發(fā)現(xiàn)下屬員工和公司存在通過手機(jī)模擬器軟件進(jìn)行批量業(yè)務(wù)操作的行為，也發(fā)現(xiàn)公司購買外掛、位置造假等軟件進(jìn)行違規(guī)業(yè)務(wù)辦理操作，甚至還有部分員工非法購買個(gè)人信息進(jìn)行批量性的黑卡辦理操作從中謀取暴利。以上行為不僅影響了公司業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且黑卡流入社會(huì)為電信欺詐提供了賴以生存的沃土，不但影響移動(dòng)公司的形象，也對(duì)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。
同時(shí)G20峰會(huì)的召開，保證峰會(huì)期間移動(dòng)CRM系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。
二、項(xiàng)目特點(diǎn)及主要技術(shù)功能介紹
針對(duì)日益復(fù)雜和難以界定（比如：批量注冊(cè)、刷單）的移動(dòng)平臺(tái)攻擊，依靠單一技術(shù)或簡(jiǎn)單規(guī)則來發(fā)現(xiàn)阻斷攻擊己經(jīng)不可能實(shí)現(xiàn)，防御的最佳策略是及早發(fā)現(xiàn)并實(shí)時(shí)響應(yīng)。通過在移動(dòng)平臺(tái)上多維度多層次采集數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于多維度取證和響應(yīng)同時(shí)交互進(jìn)行的防御架構(gòu)，不僅可以提高取證分析追溯能力，還能更好的彌合主動(dòng)取證和快速響應(yīng)之間的安全間隙。充分考慮時(shí)間跨度，提出一種狀態(tài)加響應(yīng)的證據(jù)鏈取證方法，對(duì)這種證據(jù)鏈進(jìn)行有效保存和深度挖掘，從而更好的解決一些持久的入侵取證分析。利用D-S證據(jù)理論對(duì)取證數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，更加有利于進(jìn)行精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)和高效的決策。通過構(gòu)建與浙江移動(dòng)業(yè)務(wù)強(qiáng)關(guān)聯(lián)的威脅檢測(cè)模型，盡可能早的發(fā)現(xiàn)潛在的安全威脅并迅速采取響應(yīng)，將類似黑卡、信息偽造等復(fù)雜攻擊帶來的損失減小到最低甚至阻止其發(fā)生。
2.1基于終端多維度多級(jí)的信息采集
終端多維度多級(jí)信息采集采用“采集器”和“傳感器”相結(jié)合的信息采集模式，采集器實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)上報(bào)傳感器，并由服務(wù)器集群進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行可疑行為的判斷與定位。利用終端多維度數(shù)據(jù)采集主動(dòng)發(fā)現(xiàn)可疑行為并迅速采取應(yīng)急響應(yīng)是更早發(fā)現(xiàn)威脅的最佳途徑，該途徑還可以將威脅的影響大幅度減小。由于移動(dòng)市場(chǎng)的復(fù)雜化，終端的多樣化，確保每個(gè)終端進(jìn)行有效的取證和響應(yīng)存在很大的難度。終端取證采用多維度終端取證和響應(yīng)相結(jié)合可以盡可能的構(gòu)建及時(shí)的安全分析及響應(yīng)體系。
在預(yù)防和檢測(cè)移動(dòng)威脅方面，通過不同安全分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而可以快速的發(fā)現(xiàn)威脅事件。由于采用取證加響應(yīng)的模式收集證據(jù)，使得證據(jù)鏈在時(shí)間上有一定的跨度，從而保證在長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)性的進(jìn)行分析和保護(hù)。
在攻擊證據(jù)追蹤方面，基于層次化的證據(jù)鏈?zhǔn)占绞剑▽?duì)C&C流量分析），有利于還原攻擊場(chǎng)景，定位威脅源位置。各級(jí)的證據(jù)數(shù)據(jù)庫提供了大量的生動(dòng)的證據(jù)鏈，短時(shí)間內(nèi)只需在對(duì)不同時(shí)期，不同位置的證據(jù)鏈進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，就可以快速確定威脅形式?；陂L(zhǎng)時(shí)間的證據(jù)鏈匯總和采用先進(jìn)的算法，可以還原攻擊的每個(gè)細(xì)節(jié)。
2.2證據(jù)鏈模型
證據(jù)鏈?zhǔn)怯扇∽C狀態(tài)和響應(yīng)動(dòng)作共同構(gòu)成，能夠有助于更好的還原整個(gè)攻擊的完整過程。同時(shí)，取證狀態(tài)和響應(yīng)動(dòng)作相互配合，可以最大限度的將攻擊的危害減小到最小。終端取證可以發(fā)現(xiàn)如可疑的應(yīng)用操作、可疑應(yīng)用權(quán)限、可疑的系統(tǒng)調(diào)用等值得注意的變化。響應(yīng)動(dòng)作可以采?。簶?biāo)記可疑目標(biāo)為不信任、進(jìn)一步審計(jì)、生成攻擊記錄、進(jìn)一步篩查可疑文件、迅速定位可疑狀態(tài)來源、可阻止運(yùn)行。終端取證和終端響應(yīng)相互配合，相互聯(lián)動(dòng)是形成證據(jù)鏈的根本。
證據(jù)鏈的形成過程主要是依據(jù)終端取證和響應(yīng)發(fā)生的時(shí)間節(jié)點(diǎn)作為依據(jù)，充分考慮運(yùn)用證據(jù)鏈在恢復(fù)攻擊場(chǎng)景時(shí)的作用（如圖1所示）。對(duì)于終端取證每發(fā)現(xiàn)到一個(gè)可疑改變時(shí)做出詳細(xì)的時(shí)間記錄，可以更好在以后的有關(guān)證據(jù)的整合、最新攻擊的查找定位中起到很好的作用。對(duì)于響應(yīng)的時(shí)間記錄可以有助于分析哪些響應(yīng)更加有效和有針對(duì)性。
證據(jù)鏈的分析主要是依據(jù)取證和響應(yīng)的時(shí)間跨度進(jìn)行分析，同時(shí)也是發(fā)生在每一級(jí)端點(diǎn)的分布式分析。如果取證發(fā)現(xiàn)的最新的可疑行為與系統(tǒng)已存在文件之間有關(guān)聯(lián)時(shí)，可以通過這個(gè)已存在文件的加載時(shí)間，在防御系統(tǒng)中查詢這一時(shí)間段的己經(jīng)發(fā)現(xiàn)并存儲(chǔ)的攻擊證據(jù)鏈，能夠更加精確定位到威脅的來源并迅速采取相應(yīng)的措施。同時(shí)通過一些指標(biāo)的分析確定系統(tǒng)所處的安全環(huán)境和防御的有效性。
同時(shí)，取證的證據(jù)還包括：不同攻擊的安裝模塊、技術(shù)細(xì)節(jié)和認(rèn)證形式，分析它們之間的聯(lián)系和相關(guān)性等信息，尤其是通過對(duì)認(rèn)證形式的分析找出可疑的事件。C &C通信的細(xì)節(jié)也是取證的關(guān)鍵，可以判斷出攻擊端的通信網(wǎng)絡(luò)模式（WiFi， 4G） ，使用的終端類型，終端系統(tǒng)版本等信息。
2.3 D-S綜合決策模型
D-S綜合決策模型是對(duì)不斷收集到的證據(jù)鏈，通過一定的規(guī)則和函數(shù)高效的利用取證和響應(yīng)信息，并將診斷對(duì)象對(duì)安全運(yùn)行狀態(tài)變化的敏感程度設(shè)置為閾值；得到的可疑威脅特征構(gòu)成識(shí)別診斷對(duì)象安全狀態(tài)的證據(jù)。利用D-S證據(jù)理論構(gòu)建證據(jù)融合診斷決策模型對(duì)所獲取的證據(jù)進(jìn)行處理，從而達(dá)到對(duì)這些證據(jù)鏈進(jìn)行融合處理與分析的目的；最終通過對(duì)比事先商定并可以不斷改進(jìn)的診斷策略規(guī)則和可調(diào)整的閾值得出診斷結(jié)論。
2.3.1基于C據(jù)鏈的決策步驟
利用三級(jí)端點(diǎn)取證和響應(yīng)系統(tǒng)，可以獲得大量的信息，基于D-S的證據(jù)理論可以更好的將這些信息進(jìn)行有效的利用。結(jié)合D-S證據(jù)理論決策融合的基本過程和威脅感知的信息融合結(jié)構(gòu)，可以得到D-S證據(jù)理論信息融合威脅診斷方法的步驟（如圖2所示）：
1）確定攻擊威脅空間在查閱目標(biāo)保護(hù)端點(diǎn)上的各類審計(jì)信息的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過的攻擊的具體活動(dòng)方式和前期威脅特征（比如訪問終端變化，權(quán)限的更改，關(guān)鍵系統(tǒng)資源的非法訪問等等）；然后把這些前期特征和實(shí)施方式歸納為若干個(gè)典型的威脅類型（刷單、信息造假等）；最后，由這些典型的攻擊威脅類型構(gòu)成“攻擊威脅空間”。
2）確定攻擊威脅空間，利用三級(jí)端點(diǎn)取證和響應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前獲取的證據(jù)鏈信息，首先，結(jié)合一定的規(guī)則將證據(jù)鏈拆分成孤立的威脅特征，形成“攻擊威脅空間”中的各種威脅特征并關(guān)聯(lián)到已經(jīng)知道的攻擊方式。然后進(jìn)一步結(jié)合審計(jì)系統(tǒng)細(xì)化攻擊特征構(gòu)造各種“攻擊威脅特征子集”，同時(shí)形成“攻擊威脅空間”。
3）選擇證據(jù)體利用攻擊威脅特征子集，結(jié)合識(shí)別框架中各種攻擊的特點(diǎn)，從不同側(cè)面構(gòu)造能夠識(shí)別“診斷對(duì)象信息系統(tǒng)”安全狀態(tài)的證據(jù)體。證據(jù)體的選擇主要追溯攻擊源頭，為查找攻擊規(guī)律提供便利。這些證據(jù)體主要是三級(jí)端點(diǎn)取證和響應(yīng)系統(tǒng)獲取經(jīng)過處理的證據(jù)鏈，歷史數(shù)據(jù)等。
4）確定出各證據(jù)的基本可信度，并分配在深入分析各證據(jù)與識(shí)別框架中各命題對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的安全管理策略，安全管理策略和相關(guān)參數(shù)可以不斷優(yōu)化和動(dòng)態(tài)調(diào)整。綜合采用多種確定證據(jù)可信度的方法如專家打分法、概率統(tǒng)計(jì)法等，計(jì)算出各個(gè)證據(jù)對(duì)識(shí)別框架中各命題的支持程度。
