時間:2022-05-04 06:02:03
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇系統動力學論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
蘇州市作為我國目前服務外包產業發展最好的城市之一,在服務外包產業的發展方面有著許多的成功經驗:
(一)不被取得的成績所陶醉,積極向先進城市學習蘇州市政府在蘇州服務外包產業取得巨大成績的同時,不斷與更發達城市比較,找出問題和不足,向先進城市學習,采取各種措施推動產業更快更好的發展。
(二)制定詳細的服務外包產業發展規劃政府在規劃方面出臺了一個較為詳細的產業發展戰略,甚至聘請了專門的咨詢研究機構——畢博管理咨詢(上海)有限公司對中國——新加坡蘇州工業園區的服務外包產業發展戰略項目進行了詳細的規劃。在政府規劃里,明確了發展目標,確立了發展方向,并從多方面為發展服務外包產業提供支持,包括政府各部門的工作,企業發展資金的扶持渠道,以及對人才培養或是引進的具體措施等。
(三)政府大力度的扶持各個政府職能部門分工明確,積極落實為企業和產業發展提供優質的服務。同時在財政上予以大力的支持,如對企業的補助,對于注冊資本10億元以上的補助最高不超過2000萬元;注冊資本不低于10億元高于5億元的補助最高不超過1000萬元;注冊資本5億元以下1億元以上補助最高不超過500萬元。這樣的補助標準在全國20個服務外包示范城市中名列前茅,甚至高于北京市的補助標準。在基礎設施和人才發展等方面給予了大量的資金扶持政策。
二、國內外服務外包產業發展成功經驗總結及基模的構建
結合以上兩個例子,筆者認為推動服務外包產業加快發展,政府需要做大量的工作,而且要不斷的根據發展程度及時調整政策,使得服務外包產業健康發展。基于此,構建基模如圖1。
三、南昌服務外包產業發展的建議
通過以上的基模,分析南昌市應如何發展服務外包產業,提出構建南昌服務外包產業發展基模及相應建議:
(一)編制南昌市服務外包產業戰略發展規劃目前南昌市只是對本市服務外包產業發展給予了一些扶持發展的政策文件,還沒有一個整體的規劃,產業發展較為混亂。已經建立的高新技術區和慧谷•紅谷創意產業園存在著兩個問題:一是大量的服務外包企業多為中小型企業,規模小、品牌弱,產品層次較低,不利于南昌服務外包產業的長遠發展;二是存在少數非服務外包企業騙取政策優勢的現象。因此南昌市迫切需要一個整體的服務外包產業發展戰略規劃,明確發展方向,保持發展動力。基于此,建立基模如圖2。在發展方向上,通過研究筆者認為應當采用三步走戰略:第一步站穩腳跟。南昌市目前的大多數服務外包企業規模小、品牌弱,擁有的高級人才很少,所以目前的發展方向不是一味的追求離岸外包而是立足于國內市場。離岸外包對人才和品牌的要求較高,大多數企業達不到要求,而國內外包市場規模在不斷擴大,相對較容易實現;第二步穩定合作,開拓市場。引導有實力的企業與國內的特大型和大型企業合作,隨著我們國家“引進來,走出去”戰略的推進,這些特大型和大型企業也在不斷的開拓市場尤其是海外市場,如果能保持與這些大型企業的合作,不斷了解其發展動態,就可以提前做好準備,借助這些企業在海外的市場需求,來拓展市場;第三步大力發展離岸外包。在實現前兩步基礎上的企業一般都具有相當的實力,政府則可以鼓勵和扶持企業不斷的爭取擴大離岸外包的市場份額。
(二)加大對基礎設施的投入,并實施差異化人才戰略對于服務外包產業的發展,主要表現在兩方面的需求,一方面是硬件設施的需求,主要包括了一般的公共設施如便利的交通,方便的生活和生產設施,還有企業所需的建設用地以及服務外包行業所需的技術設施的支持;另一方面則是軟件方面,包括政府方便快捷的服務,相應的鼓勵政策和人才的滿足程度,只有把這些工作做好了才能減少服務外包產業的發展制約度。建立基模如圖3。1.硬件方面對于硬件方面南昌市政府已經做了大量的工作,隨著南昌市政府對基礎設施的改擴建,交通問題將會很快得到緩解,但由于南昌市的服務外包企業所在地區都離市中心較遠,導致生活設施不齊全,影響了企業對人才的吸引力。因此,南昌市政府要對高新技術區和慧谷•紅谷創意產業園兩個區的生活設施加大投入,運用政策鼓勵一些大型的超市等商業機構進入園區,給進入園區的商業機構以稅費和公用設施使用的優惠措施,對公共設施集團在園區建立的服務設施給予補貼,使得園區的生活設施盡快完善起來。2.軟件方面在軟件方面政府也已經給出了一些相應的鼓勵和扶持措施,但這樣的措施還遠遠不足。首先政府應該給服務外包的企業提供優惠的稅費政策,降低企業的成本才能保證企業的競爭力,其次政府應該為企業提供一個良好的融資平臺,因為目前南昌服務外包企業多為中小型企業,融資渠道少,難度大,這就更需要政府的扶持了。最后政府的政策扶持要不斷更新,以滿足企業的需求為中心。3.知識產權保護由于服務外包涉及到許多技術問題,尤其是離岸外包還涉及與外國企業的合作,所以政府應盡快組織專家對于知識產權保護的問題出臺一些措施,并積極向企業宣傳,保證本地企業的合法權益,也可盡量避免發生法律糾紛,保持一個健康穩定的發展局面。同時政府可以設立知識產權交易點,建設知識產權公共服務平臺,建立保護知識產權舉報投訴點,集中受理對服務外包知識產權侵權的舉報投訴和咨詢服務。4.人才戰略采用差異化人才戰略助力南昌服務外包產業發展:通過人才工程計劃,吸引國內外優秀的高級技術和管理人才來南昌工作;學習印度完善人才培養的體系,為南昌服務外包產業發展提供各層次的專業技術人才;給予服務外包企業人才補助,采取措施,留住人才。
(三)建立信息技術服務平臺,弱化相對區位劣勢不少研究專家把南昌的區位當成發展服務外包產業的一種優勢,但實際上這種優勢并不顯著,相反與國內沿海的大連、深圳等城市相比卻有著明顯的區位劣勢,即使是與同處于中部的省會城市武漢相比仍有一定區位劣勢,尤其是隨著南昌服務外包產業的發展,南昌服務外包企業的影響力不斷擴大,這種區位劣勢會更加凸顯,但是服務外包產業作為信息技術產業不同于一些傳統產業,政府只要建立起一個服務外包企業信息技術平臺,這些企業就可以通過網絡直接與外界交流合作,這樣就能有效地減少區位劣勢帶來的不利影響,建立基模如圖4。一旦建立起這種服務平臺,政府還應大力宣傳,并對借助平臺發展的企業給予各種鼓勵,包括:前三年甚至五年的免費使用,后三年或是五年的費用減半使用;對于借助平臺做企業宣傳的企業給予廣告費用的稅費減免;通過一些媒體進行宣傳。同時,還要不斷更新和完善平臺的服務能力,保證平臺能夠有效發揮出溝通交流合作的作用。政府還可以通過服務平臺大力宣傳南昌以及南昌服務外包企業的特色之處,打造一批在市場上有影響力有品牌的服務外包企業。同時,借助服務平臺進行招商引資,吸引國內外有實力、知名的大型服務外包企業入駐南昌,在南昌拓展新的業務。
四、總結
【關鍵詞】翼片;動力學;ADAMS;FLUENT
1.引言
空投滑翔體與飛機分離一段時間后滑翔翼展開。此時滑翔體具有較高的水平運動速度和一定的豎直運動速度,翼板在展開機構和在空氣動力的共同作用下迅速展開,運動到極限位置與限位固定鎖緊裝置發生碰撞并鎖緊。該過程是一個及其復雜的過程,在設計過程中,明確翼板的展開方式,掌握翼板的動力學參數,對翼板的結構設計具有重要指導意義。
本文對包腹翼展開過程進行了動力學分析,建立了動力學模型;通過對翼板流體動力學仿真計算,得到了翼板的流體動力方程。在此基礎上,應用ADAMS建立了翼板展開過程的動力學仿真模型,通過仿真計算,得到了翼板在展開過程中的運動學和動力學參數。
2.系統動力學分析
2.1 坐標系
在分析過程中,由于開翼時間比較短,忽略系統縱向速度變化,并且假設滑翔體不動,受到系統運動反方向的氣流,這樣該系統就簡化成一個二自由度系統,建立如圖1所示的直角坐標系xoy。為了更方便進行動力學分析,采用廣義坐標系θ1、θ2來描述該系統,其中θ1是翼片1的弦與豎直方向的夾角,θ2為翼片2的弦與豎直方向的夾角。A、B分別為翼片1和翼片2的質心。
3.動力學仿真
在ADAMS中建立模型,如圖3所示。
仿真結果可以看出,展開過程中翼片2首先開始動作,繞兩翼片的連接軸旋轉展開,只到兩翼片限位機構發生碰撞并鎖定,在此過程中翼片1保持不動,當兩翼片之間鎖定之后,一起繞翼片1與滑翔體之間的軸旋轉展開到位。整個過程用時0.18s,兩翼片所受最大流體力分別為730N和623N,翼片展開最大角速度為1336°/s。
4.結束語
本文對翼片展開全過程的系統動力學特性進行了研究,得到了翼板的流體動力特性、運動學和動力學特性,為翼片結構的強度校核提供了輸入,對翼片的設計和修改提供了強有力的技術支持,也為同類機構的設計提供了快捷的研究方法。
參考文獻
[1]李莉,任茶仙,張鐸.折疊翼機構展開動力學仿真及優化[J].強度與環境,2007,34(1):17-21.
[2]譚湘霞.折疊翼彈性動力學分析[D].西北工業大學801教研室碩士學位論文,1999.
論文關鍵詞:高速凸輪機構動力學模型動力學仿真
0引言
高速凸輪機構中,由于構件的慣性力較大,構件的彈性變形及在激振力作用下系統的振動不能忽視,一方面它使得從動系統輸出端的運動規律與輸入端的運動規律存在差異,需要適當修正輸入端運動規律,使輸出端運動規律符合設計要求;另一方面,約束反力一直處于變化狀態,了解約束反力的變化規律可為工程技術人員設計軸承和構件尺寸提供設計數據。
1凸輪機構動力學模型的建立及其動力學方程式
為了簡化計算,通常將構件的連續分布質量看作是集中在一點或若干點的集中質量,用無質量的彈簧來表示構件的彈性,用無質量、無彈性的阻尼元件表示系統的阻尼,并忽略一些次要的影響因素,從而把凸輪機構簡化為由若干無彈性的集中質量和無質量的彈簧以及阻尼元件組成的彈性系統。圖1為偏置尖底直動從動件盤形凸輪機構及其動力學模型。滾子和凸輪軸因剛性大可不計其彈性變形。彈性系統的運動微分方程為:
中E為從動件材料彈性模量,A為從動件截面積,1,為從動件長度;
在不考慮工作載荷對凸輪機構輸出件運動規律的影響,并忽略阻尼和鎖合彈簧的彈簧剛度的情況下,該彈性系統的運動方程式簡化為:
2凸輪機構運動學仿真
利用Matlab語言對凸輪機構進行運動學仿真。假設凸輪軸采用鑄鐵,滾子采用青銅材料,從動件采用45鋼(E-----206GPa,p=7850kg/m3,直徑為20mm,長度為1000mm,則m=2.46k,kf=6.5Xl0’N/m,忽略鎖合彈簧的彈簧剛度和系統阻尼系數,得到系統固有頻率為:
由于當激振頻率與系統固有頻率之比大于等于0.1時,成為高速凸輪,取激振頻率為800rad/s.
擺線運動規律的加速度曲線沒有突變,理論上不存在沖擊,故常用于高速凸輪機構,下面運用擺線運動規律來求解動態下從動件的實際運動規律。擺線運動規律的位移方程式為:
根據式(2)、式((4)、式(5)解微分方程,利用Matlab得出其理論和實際的運動曲線,見圖2.中國-從圖2中可以看出,實際輸出曲線和理論輸出曲線存在一定的偏差。將式(2)中的從動件輸出端位移y,改為擺線運動規律,解微分方程求出從動件輸人端位移y,從而對凸輪輪廓進行適當修正,使實際輸出曲線盡可能接近擺線運動規律。修正后凸輪輪廓曲線為:
3凸輪機構動力學仿真
由于凸輪機構為負配置,壓力角a公式為:
分別對實際輸出曲線方程進行一次和二次求導,由于凸輪機構為負配置,推程時的壓力角大于回程時的壓力角,因此推程時凸輪所受的力大于回程。在不考慮靜態力的作用下,利用Matlab軟件進行編程,得出凸輪軸推程時所受力的變化規律圖,就可滿足設計軸承和構件尺寸的需要。
圖3為從動件作用于凸輪軸上的力隨時間的變化規律。從圖3中可以看到,凸輪軸在從動件運動方向上所受的力遠遠大于在其垂直方向上所受的力,凸輪軸在徑向要承受很大的力,因此增加凸輪軸的剛性可以在很大程度上提高凸輪機構的動態性能。
論文關鍵詞:擋泥板,模態分析,拓撲優化,HyperWorks
0 引言
汽車覆蓋件在拉延成型時,由于其塑性變形的不均勻性,往往會使某些部位剛性較差。剛性差的覆蓋件受振動后會產生空洞聲,用這樣零件裝車,汽車在高速行駛時就會發生振動,造成覆蓋件早期破壞,因此覆蓋件的剛性要求不可忽視。如圖1所示,為某國產轎車的擋泥板模型。擋泥板作為汽車覆蓋件的一種,在實際應用過程中發現其剛度不夠而導致故障,必須予以提高。鑒于此,在Solidworks中建立實體模型,在HyperWorks環境中對該擋泥板進行了有限元建模和模態分析,得到此覆蓋件的固有頻率以及相應振型,并運用HyperWorks的結構拓撲優化技術對該發動機罩進行了拓撲優化分析,得到最優的加強筋布局,并重新建模,然后對新模型進行模態分析機械論文,發現優化之后的結果提高了該覆蓋件的低階固有頻率。
圖1 擋泥板的三維實體模型
1 擋泥板模態分析
1.1 模態分析基本理論
模態分析是動力學分析的基礎,模態分析的最終目的是確定描述結構動態特性的固有頻率、阻尼比以及振型等參數,為結構系統的振動特性分析、振動故障診斷和預報以及結構動力特性的優化設計提供依據。
N自由度無阻尼系統的自由振動可表示為:
(1)
由于彈性體的自由振動可以分解為一系列簡諧振動的疊加,因此可設式(1)的解為:
(2)
式中,實數,為簡諧運動的頻率;任意常數。
將式(2)代入式(1)得:
(3)
將它展開可得到關于的n 次代數式:
(4)
頻率方程的n個根均為正實根,它們對應于系統的n個自然頻率,假定各根互不相等,即沒有重根,由小到大按次序排列為
(5)
將求得(r=1,2,n)分別代入方程(3)求得相應的,這就是系統的模態向量或振型向量。
1.2 擋泥板有限元模型模態分析結果
圖2 擋泥板有限元模型
在Hypermesh中對結構件中進行有限元網格劃分,根據擋泥板為板殼結構的特點,采用了高精度的四邊形單元和三角單元進行網格劃分,得到的單元總數為1258個,剛性體單元2個,節點數為1976個,其中四邊形單元1200個,三角形單元58個論文開題報告。擋泥板有限元總成模型,如圖2所示。
對結構件單獨進行動力學模態計算時,結構件的彈性模量為2.06GPa ,泊松比為0.3,材料密度為7900kg/m3,擋泥板的厚度為0.3mm,在結構件的兩個螺孔處通過剛性單元建立約束條件,約束其6個自由度,然后在OptiStruct 中進行動力學振動模態的計算, 提取前6階模態頻率。同時在HyperView中瀏覽相應的模態振型,得到前6階模態頻率,其模態振型依次如圖3所示。
圖3 擋泥板初始模型的前六階模態振型
由模態分析結果可知,第1階頻率(整體彎曲)為43.61Hz。而實際工作環境中要求該擋泥板的第一階固有頻率不得低于50Hz,因此不符合條件,這是導致故障的直接原因。提高擋泥板的剛度,可考慮在發動機罩上設置加強筋,提高低階模態頻率,增加擋泥板的剛度。因此,在設計方案的優化過程中,根據實際制造工藝以及成本控制的要求,通過優化擋泥板加強筋位置,提高低階固有頻率,增加擋泥板的剛度。
表1 擋泥板前6階固有頻率
階次
固有頻率(Hz)
1
43.6
2
68.7
3
98.27
4
110.9
5
154.7
關鍵詞:復雜系統;城鄉空間;城鄉關系;城鄉空間統籌規劃
中圖分類號:F294;N94 文獻標識碼:A
1 引言
近十幾年來,伴隨社會主義市場經濟的快速發展和經濟的高速增長,我國城鎮化進程逐步加快,城鎮化水平日益提高。從1978年到2011年,城鎮人口從1.72億增加到6.9億,城鎮化率從17.92%提升到51.27%。但同時,在我國的城鎮化進程中仍然存在諸多矛盾,如城鎮體系發展不協調、大城市人口過度集中,資源環境承載力受到嚴重考驗,小城鎮建設遍地開花,相同職能類型的城鎮重復建設,同時廣大農村地區建設滯后,城鎮化進程對資源消耗過大,對環境生態的破壞嚴重等。在此背景下,黨的十報告明確提出,要堅持走中國特色新型城鎮化道路。
新型城鎮化是以城鄉統籌、城鄉一體、產城互動、節約集約、生態宜居、和諧發展為基本特征的城鎮化。推進新型城鎮化建設,實現城鄉統籌發展,首要任務是城鄉空間一體化規劃。規劃是城鄉一體化的龍頭,是基石和前提。從本質上看,新時期城鄉空間一體化規劃應是以優化“城鄉關系”為重點的城鄉空間融合規劃,其基礎工作則是認識城鄉空間的復雜性。城鄉空間復雜性的研究起源于城市空間復雜性的探索,作為以非農業產業和非農人口集聚為主要的居民點,其“復雜的非線性”空間特征早在上世紀50年代就被提及[1][2],但直到80年代非線性科學和復雜科學理論和方法不斷應用于城市系統領域,才真正開始形成復雜城市系統研究洪流。由于過分追求城市發展而導致城鄉用地矛盾及空間利用“破碎化”等問題,城鄉關系優化及城鄉空間統籌被提上日程。因此,城鄉空間復雜性研究角度也由城市擴展到了城市—鄉村。
然而由于多種原因,我國城鄉統籌發展及城鄉空間一體化規劃仍然面臨著城鄉關系的惡化和城鄉空間分離的挑戰。在此背景下,理論和方法論上的探索與創新成為推進城鄉統籌發展、落實研究重點和突破研究難點的關鍵。基于此,文章對國內外城鄉系統空間復雜性的相關文獻進行詳盡梳理,以厘清城鄉空間復雜性的研究脈絡,為今后進一步研究提供借鑒。
2 城市空間復雜性研究進展
2.1 國外城市系統空間復雜性研究綜述
追朔其研究源流,有四個主要支流倍受關注:一是分形城市,興起于20世紀80年代,與異速城市保持研究邏輯同構;二是元胞城市,崛起于20世紀80年代中期,最早追溯到70年代,與動力城市及網格-主體城市存在一定淵源;三是分形與元胞城市于90年代合流[3],統一于自組織城市研究主流;四是非線性動力學的發展,和復雜網絡理論的興起,為傳統城市網絡系統復雜性研究提供新的視角和方法支撐,從而奠定了復雜網絡城市研究流派。
(1)異速城市。早在20世紀50年代,Clark就發現城市人口密度距離衰減的負指數律(Clark定律)[1],此后許多學者如Noroll[2]、Smeed[4]、Nordbeck[5,6]、Gould[7]、Dutton[8]、Lo[9]等紛紛通過實驗研究證明:城市人口和城市用地之間滿足冪指數關系,即城市擴展存在異速生長現象,系統建立了系列城市異速生長函數,其中以Smeed的城市人口負冪律模型和Nordbeck-Dutton的城市人口-面積冪指數模型最具影響力,為此Clark模型的負指數律受到廣泛置疑和批判,尤其是與異速生長律同構的分形學派。近年,我國一些學者(陳彥光、劉繼生)通過數理推導,統一了冪式異速生長關系與負指數人口分布之間的邏輯不兼容,從而將城市系統納入簡單性與復雜性的對立統一體系中[10]。
(2)動力城市。從20世紀60年代末開始,人們開始意識到基于牛頓力學的傳統靜態空間模型(如引力模型、潛力模型、空間擴散模型、距離衰減模型等)不能有效解釋城市自組織的動態演化過程。因此,城市系統的動態演化過程和行為機制受到廣泛重視。1969年,美國麻省理工學院J.W.Forrester率先將系統動力學引入城市結構變化研究,創立城市系統動力學模型(Urban Dynamics),即構建一系列反饋城市系統要素關聯的微分方程;1971年,A.G.Wilson引入最大熵原理,改造Lowry模型,構造了城市動態學模型,即構建一組展示城市突變的非線性方程[11]。二者開創和引領動力城市研究潮流:一方面,大量學者從系統動力學視角,系統開展了城市人口、經濟、環境、資源、生態等子系統的相互作用機制及可持續發展預測研究;另一方面,一些學者運用突變論、協同學等全面揭示了城市空間變化的動力學過程,如Amsin的城市突變方程和Weidlich & Hagg的區域遷移動力學方程[12]。
顯然,動力城市模型研究多以系統構成要素的關聯反饋為主,缺乏位置、距離等空間要素的考量,無法有效反映城市空間的動力演化過程;部分模型盡管開始考量時空變量,但多以宏觀尺度為主,缺乏對個體行為和微觀結構引致的空間變化分析。這為后來的復雜城市系統研究提出新的課題:如何從宏觀到微觀、從系統要素關聯推演到城市空間演化?也相應促使分形城市和元胞城市研究的孕育和萌發。
(3)分形城市。分形城市源于分形思想的城市形態、結構的模擬與實證研究,其歷史可追溯到20世紀初的城市統計分析,但最終奠立分形城市研究的是Mandelbrot B.B.[13],隨后Batty M.及Longley P.A.于20世紀80年代中期至90年代中期,長期全面地對城市及城市系統的內部空間結構展開分形理論和實證研究[14][15],系統奠立全新的分形城市研究的理論體系和計算模型。近年,分形城市研究領域不斷擴展,從城市內部形態向內逐漸細化至城市建筑,向外逐漸擴展到城市體系:微觀層次——城市建筑分形,主要運用分形幾何學,從建筑審美和城市設計視角,解析城市公園、城市街區、家居環境、建筑外觀等建設和設計理念的“最優形態”。中觀層次——城市內部分形,研究最為廣泛,內容涉及城市邊界、景觀、人口及城市化、土地利用、經濟、交通網絡結構等方面[16]。宏觀層次——城市體系分形,以城市等級規模、空間作用、中心地體系為主[17]。
(4)元胞城市。元胞思想應用于城市系統研究歷史已久,早在上世紀50年代~60年代就有學者零星運用CA計算模擬城市土地利用和交通發展過程[18]。70年代末,Tobler將CA模型引入地理學,創立“細胞地理學”[19],并率先實證模擬了美國底特律城市擴展過程。受其影響,80年代中期美國的 Couclelis和英國的Batty等人,率先在城市動態模擬領域開展CA理論和實證研究[20][21],引領一些學者在城市規劃領域作了嘗試性及至深入性的應用和擴展。90年代以來,隨著GIS技術日益成熟,GIS-CA模型成功實現融合,學術界掀起一股CA城市系統研究熱潮[22],研究內容集中于城市系統形態生長、土地利用、城市景觀、位序-規模等領域[23]。
(5)自組織城市。從上世紀80年代開始,系統論、耗散結構論、協同論、混沌論、分形理論、人工智能-生命理論、自組織臨界論、自適應系統論等復雜科學理論與方法不斷應用于城市-區域系統復雜性研究,分形和元胞城市漸趨合流,形成自組織城市研究學派[24,25],集中于耗散城市[26,27]、協同城市[28,29]、混沌城市[30,31]、自組織城市[32,33]、智能城市[34,35]、網格-主體城市[36]等領域。
(6)復雜網絡城市。上世紀90年代開始,全球化和地方化交織,世界城市系統研究轉向網絡化視角[37],從空間實體流(全球航空流、貨運流、城際交通流、城市-區域人口流等)[38]和虛擬流(互聯網、信息流、社會網絡、通訊網絡、技術研發區位和擴散、生產業網絡等)兩個方面[39],揭示城市系統關聯的網絡復雜性研究成為熱潮。Taylor構建“連鎖網絡模型”(Interlocking Model),通過跨國生產企業空間聯系實證分析,得出全球城市網絡的組織方式仍為等級或位序的“累積”[40]。近年來,隨著圖論和統計物理的融合,復雜網絡理論取得大發展,一些學者從城域(城市內部)和城際(城市體系)兩大視角,從交通聯系(交通網絡、交通流)、社會聯系(人口遷移)、企業聯系(公司交流、企業合作)、信息交流和創新擴散(因特網、電話呼叫、技術交流、創新擴散等)等方面,將復雜城市系統抽象為復雜網絡,系統分析了城市系統網絡拓撲連接的復雜性規律[41],如無標度性、小世界性等的驗證,脆弱性或魯棒性評價及控制,以及動力學演化與傳播特征等。
2.2 國內城市空間復雜性研究綜述
國內城市空間復雜性研究集中于兩大視角:一是哲學思辨和定性描述,借鑒復雜科學理論和方法,架構城市系統的復雜性理論體系,揭示城市系統的非線性、自組織性、突變性等復雜性規律[43,44];普遍認為城市是一個極為復雜且處于動態變化中的巨系統,表現出非平衡性、多尺度性、多層次性、不確定性、非線性、突變性、自組織性、自相似性、隨機性、無序與有序交互性等復雜性質[45,46]。二是計量分析和模型模擬,或者通過實證分析揭示城市空間結構復雜性,或者創新性建立城市空間演化模型,成為當前研究的焦點和前緣[47,48]。
與國外一樣,國內城鄉空間復雜性計量研究也以城市系統研究最受關注,成果最為豐富,形成兩大陣營:城市內部和城市體系,但主要為城市地理學家所關注,與國外的多樣研究學科背景不同。同時,研究的內容也相對較窄,主要集中于空間結構[49]和空間演化[50]復雜性研究兩個方面。前者側重于借鑒分形理論、元胞自動機等復雜科學理論,從城市內部景觀結構、土地利用、人口分布、交通網絡以及城市體系空間形態、分形體系、等級結構、網絡聯系等方面,揭示城市系統空間結構的復雜性,以分形城市、分形城市體系和元胞城市為代表[51]~[54]。后者側重運用突變論、系統動力學、灰關聯系統、自組織理論、復雜適應系統論等復雜科學理論,開展城市空間演化過程(相變及突變)和動力機制(自組織和他組織)的定量研究和模擬預測,如動力城市[55]、自組織城市[56]和主體城市[57]。
研究方法上,以靜態數學模型[58](等級體系標度模型、城市統計模型、引力-熵模型等)、動態演化模型[59,60](城市空間動力學模型、異速生長模型、網絡動力學-細胞城市模型、分形城市模型、自組織城市模型)和智能模擬模型[61,62](多主體模型、遺傳算法、虛擬城市模型等)為主,內容涉及城市土地利用、交通網絡、城市規劃、人口分布和遷移、景觀結構、城市環境、城市就業和居住、城市體系及等級規模分布等方面。張新生歸納城市空間增長的動力學機制,建立基于個體行為的城市空間動力學模型,實現威爾遜模型的擴展[63]。孫戰利將主體(Agent)引入控制因素層和動態交通層,構建了城市動態演化模型,實現了宏觀與微觀、空間變化與屬性變化相結合,面向對象的軟件系統,并在GIS的支持下,對美國Ann Arbor城動態發展進行了模擬[64]。陳彥光借鑒自組織理論,提出城市系統復雜性檢驗的三大判據:分形結構、Zipf定律和1/f噪聲[65],并系統運用分形理論,實現實空間-相空間-序空間的統一,構建了系列蘊含靜態和動態、功能和結構、自上而下和自下而上、模擬和預測于一體的分形城市系統模型:引力模型及推廣模型、異速生長模型、空間動力學模型、等級規模模型、自組織演化模型等[66]。
3 城市—鄉村空間復雜性研究進展
3.1 國外城鄉空間復雜性研究綜述
長期以來,人們通常只是將城市和農村孤立起來分析,城鄉關系研究薄弱。上世紀末,一些學者紛紛呼吁重視(城鄉)關系復雜性研究,認為關系(經濟聯系的復雜性)及其空間結構(景觀的復雜性)的復雜性規律研究應成為經濟地理學研究的重點范疇,經濟實體及其相關作用關系所引起的經濟地理發展和變化過程應成為研究的中心[67]。
直到近年,以城市為依托的中心發展型面臨突出結構性問題和缺陷,城鄉之間缺乏有效和有序的聯系,表現為“脫臼的經濟”(Dislocation Economy)形式,人們才開始重視城鄉關系復雜性研究。研究內容集中在“城鄉對立”(Urban-rural Independence)[68]、“城鄉互動”(Urban-rural Interaction)[69]和“城鄉互助”(Urban-rural Partnership)[70]等方面,研究視野和切入點多集中于發展中國家(地區),或許是發達國家的城鄉一體化已經成為“過去完成時”。人們普遍認為發展中國家的城市-區域問題呈日益復雜的態勢,解決這種復雜城鄉關系失調問題的根本路徑是實現“鄉村-城市關聯觀”(Rural-urban Linkage Approach)[71,72]。Cooke[73]、OECD[74]、Murdoch Jonathan[75]等人則從城鄉關系網絡視角,明確提出城鄉協調發展的“網絡”化模式。
但這種城鄉關聯復雜性的研究范式多停留在定性描述上,對空間的關注相當有限,更多的只是在城鄉經濟社會差異(社會問題、健康衛生、政策體制、意識形態等)、經濟社會要素流動(人口遷移、產業聯系、資源和資本轉移)等方面部分提及城鄉關系作用的復雜性問題[76],專門而系統的空間復雜性研究主要集中于城鄉交錯帶(邊緣區),普遍揭示出其空間結構的動態過渡性、人口社會學特征多元化、經濟發展復合型、土地利用多樣化等復雜性特征[48],以McGee的亞洲城鄉一體化“Desakota”空間研究為代表[77]。
3.2 國內城鄉空間復雜性研究綜述
城鄉關聯是一個泛合的概念,涉及社會學、規劃學、地理學、經濟學、人口學、生態學等眾多學科。研究視角集中于空間區位關系(地理學)、工業-農業關系(經濟學)、市民-農民關系(社會學)、斑塊-基質關系(生態學)四個層面[78]。地理視角上的城鄉研究倍受關注,成為熱點,已經形成理論和實證、定性和定量、時間和空間的研究范式。研究理論涉及城鄉融合論、城鄉協調論、城鄉一體化論、統籌城鄉發展論、城鄉網絡化發展論等[79-81];研究區域觸及中國和外國、東部和中部、西部、發達和欠發達地區、城鎮密集區和非密集區、沿海熱點地區和少數民族地區等[82-84];研究時間尺度以建國以來為主,并考慮信息時代和數字時代的影響[85-86];研究方法以定性居多,定量研究不多,以關聯協調模型為主[87,88];研究內容主要從城鄉聯系和作用切入,涉及城鄉關聯的歷史演進、空間差異、影響因素及動力機制、協調對策及發展模式等[89-91],總體存在兩個研究傾向:一是不考慮城鄉地域空間差異性,研究二者相互關系的發展變化,忽視城鄉關系的空間復雜性;二是研究城鄉關系的靜態空間分異與組合,而忽視其地理變化過程的自組織性。
4 結論與研究展望
城市和鄉村的歷史淵源決定了城鄉關系的不可分割性,工業化和社會化發展使得二者在空間上越來越隔離,同時也在城市和農村內部產生了一系列的問題,為了解決各自的發展問題,最終需要回歸到二者的統一,新型城鎮化和城鄉空間統籌規劃就是對這種訴求的回應。當前,在國內掀起新一輪城鄉統籌規劃熱潮的背景下,城鄉空間統籌研究具有十分廣闊的研究前景,我國幅員遼闊,各類城市與鄉村所處社會經濟背景迥異,也為國內城鄉空間復雜性研究提供了廣泛的研究案例。本文通過對國內外城鄉空間復雜性文獻回顧與梳理,得出以下結論:
(1)從城鄉空間復雜性研究角度來看,城市空間成為中心,鄉村空間“被邊緣”。無論是國外的自組織城市(耗散城市、協同城市、混沌城市、分形城市、細胞城市、沙堆城市和主體城市),還是國內的分形城市、自組織城市、元胞城市、虛擬城市、城市系統動力學、城市地理空間系統,多是借鑒系統科學和非線性科學的理論和方法,“從區域論城市”,對城市體系(inter urban)和城市內部(intra urban)空間復雜性展開理論和實證分析,作為區域的重要載體——鄉村往往處于從屬地位,甚至淪落到被忽略的邊緣。城市—鄉村空間復雜性研究仍處于呼吁和倡導的階段。
(2)從城鄉空間復雜性的研究方法來看,方法集成綜合研究不強。分形理論和CA模擬技術的融合以及在協同論、耗散論和混沌論的基礎上發展起來的自組織理論,雖體現了學術界集成各種方法和技術對復雜城鄉空間研究所做出的努力,但在具體的子系統或子集要素研究中多借助分形理論、空間句法或系統動力學的某個單一理論,綜合多學科、多理論對城市多要素和多系統的空間關聯分析不足。而且,傳統的研究多是從某一個時間斷面進行考察,而對于城鄉空間動態變化描述和模擬則需要新的方法和模型進行補充。
(3)從城鄉空間復雜性的研究內容來看,今后城鄉空間統籌研究需要從以下幾個方面展開和深化:①城鄉關系空間復雜性研究。新時期城鄉空間一體化規劃以優化“城鄉關系”為重點的城鄉空間融合規劃,當前,盡管許多學者已經意識到城鄉關系是由物質、經濟、人口遷移、社會、服務供應、政治行政聯系相互關聯、共同作用的構成的一個動態網絡系統,具有復雜性,但城鄉關系的空間復雜性研究幾乎空白,只有部分學者涉足城鄉耦合、關聯、協調的非線性規律和城鄉關系空間演化的動力機制;②城鄉空間自組織演化機制與模擬。已有不少西方學者建立了相關模型解釋城市空間自組織演化機制。而對于城鄉空間演化過程的分叉與選擇、混沌與有序、漸變與突變、競爭與協同、集中與分散等作用機制討論,利用開放性、非線性、不平衡、環境選擇等原理對自組織臨界性、相變性等過程的邏輯、實證和類比判據將會是以后研究的重點。加強對城鄉空間生長的模擬將會更理性把握城市空間拓展的方向、范圍、規模,解釋城市變遷的內在動力,透視城市化的本質,更好預測控制城市的發展;③城鄉關聯空間復雜性研究。以城鄉道路網為載體的城鄉關聯空間的復雜結構正逐漸被管理學、物理學等學科認識,打開地理學研究主頁,從網絡關系系統科學角度,探索城鄉關聯系統的空間自組織運行規律、交往協同演化機制的復雜性研究還相當薄弱;④城鄉社會網絡空間復雜性研究。基于復雜科學理論,對城鄉人口空間分布,市場網絡分形,交通網絡對區域經濟發展等方面的研究需要深化,特別是信息要素空間傳播、職業流動和社會資源關系等虛擬城鄉社會網絡,更需填補研究的盲區。
參考文獻:
[1] Clark C. Urban population densities [J]. Journal of Royal Statistical Society, 1951, 114: 490-496.
[2] Naroll R S,Bertalanffy L. The principle of allometry in biology and social sciences[J]. General Systems Yearbook, 1956(1): 76-89.
[3] 房艷剛,劉鴿,劉繼生.城市空間結構的復雜性研究進展[J].地理科學,2005,25(6):754-761.
[4] Smeed RJ. Road development in urban area[J]. Journal of the Institution of Highway Engineers, 1963(10): 5-30.
[5] Nordbeck S. The Law of Allometric Growth[D]. Ann Arbor: Inter-University Community of Mathematical Geographers Michigan Discussion Paper, 1965: 7.
[6] Nordbeck S. Urban allometric growth[J].Geografiska Annaler,1971(53): 54-67.
[7] Gould S J. Allometry and size in ontogeny and phylogeny[J]. Biological Reviews, 1966(41): 587-640.
[8] Dutton G. Criteria of growth in urban systems [J]. Ekistics, 1973(36): 298-306.
[9] Lo C P, Welch R. Chinese urban population estimates[J]. Annals of the Association of American Geographers, 1977(67): 246-253.
[10] 劉繼生,陳彥光.城市密度分布與異速生長定律的空間復雜性探討[J].東北師大學報(自然科學版),2004,36(4):139-148.
[11] Wilson A.G. 蔡運龍,譯.地理學與環境-系統分析方法[M].北京:商務印書館,1997.
[12] 張新生.城市空間動力學模型研究及其應用[D].北京:中國科學院地理科學與資源研究所博士學位論文,1997.
[13] Mandelbrot B B. Fraetals: Form, Chance, and Dimension [M]. San Francisco: Freeman, 1977.
[14] Batty M. Fractals-geometry between dimensions[J]. New Seientist,1985,106(1450): 31-35.
[15] Batty M, Longley P A. Fractal Cities: a Geometry of Form and Function[M]. London: Academic Press,1994.
[16] Batty M. Fractals: new ways of looking at cities[J]. Nature,1995, 377: 574.
[17] Arlinghaus S L. Fractals take a central place[J]. Geografiska Annaler,1985,67B: 83-88.
[18] Chapin F S.,Weiss S F. A probabilistic model for residential growth[J].Transportation Research, 1968(2): 375-390.
[19]Chapin F S.,Weiss S F. A probabilistic model for residential growth[J]. Transportation Research,1968(2): 375-390.
[20] Couelelis H.Of mice and men: what rodent populations can teach us about complex spatial dynamics[J]. Enviornment and Planning A,1988(20): 99-109.
[21] Batty M, Longley P A. The morphology of ubran land use[J]. Enviornment and Planning B,1986(15): 461-488.
[22] White R, Engelen G. Urban systems dynamics and cellular automata: fractal structures between order and chaos[J]. Chaos, Solitons&Fractals,1994,4(4): 563-583.
[23] Clarke K C, Gaydos L J. Loose-coupling a cellular automata model and GIS: long-term urban growth prediction for San-Francisco and Washington, Baltimore[J]. International Journal of Geographical Information Science, 1998(30): 1857-1872.
[24] Allen P?M, Sanglier M. Urban evolution: self-organization and decision-making[J]. Environment and Planning A,1981(13): 167-183.
[25] Portugali J. Self-organizing cities[J]. Futures,1997(29): 131-138.
[26] Allen P M. Cities and Regions as Self-Organizing Systems: Models of Complexity[M]. Amsterdam: Gordon and Breach Science Pub, 1997.
[27] Prigogine I, Allen PM. The challenge of complexity[A]. Schieve W.C. andAllen P.M. Self-Organization and Dissipative Structures: Applications in the Physical and Social Sciences. Austin: University of Texas Press, 1982: 3-39.
[28] Haken H. Synergetics: an Introduction(3rd edition)[M]. Berlin: Springer-Verlag, 1983.
[29] Haken H. A synergetic approach to the self-organization of cities and settlements[J]. Environment and Planning B: Planning and Design,1995, 22(1): 35-46.
[30] Dendrinos D S. The Dynamics of Cities: Ecological Determinism, Dualism and Chaos[M]. London and New York: Routledge, 1992.
[31] Zanette D, Manrubia S. Role of intermittency in urban development: a model of large-scale city formation[J]. Physical Review Letters, 1997, 79(3): 523-526.
[32] Portugali J. Self-Organization and the City[M]. Berlin: Springer-Verlag, 2000.
[33] Webster C., and Wu F. Coarse, spatial pricing and self-organizing cities[J]. Urban Studies, 2001, 38(11): 2037-2054.
[34] Bura S, Guérin-Pace F, Mathian H, Pumain D, Sanders L. Multi-agent systems and the dynamics of a settlement system[J]. Geographical Analysis,1996(28): 161-178.
[35] Benenson, I. Multi-agent simulations of residential dynamics in the city[J]. Computers, Environment and Urban Systems, 1998, 22(1): 25-42.
[36] Haken H, Portugali J. The face of the city is its information[J]. Journal of Environmental Psychology, 2003(23): 385-408.
[37] Taylor P J. World Cities Network:A Global Urban Analysis[M]. London: Routledge, 2004.
[38] Jiang B, Claramunt C. A structural approach to the model generalization of an urban street network[J]. Geoinformatica, 2004, 8(2): 157-171.
[39] Townsend A M. Networked cities and the global structure of the internet[J]. American Behavioral Scientist, 2001, 44(10): 1698-1717.
[40] Taylor P J. Derudder B,Witlox paring airline passenger destinations with global service connectivities:a worldwide empirical study of 214 cities[J]. Urban Geography, 2007, 28(3): 232-248.
[41] Batty M. Faster or complex? A calculus for urban connectivity(editorial)[J]. Environment and Planning B:Planning and Design, 2004(31): 803-804.
[42] 周干峙.城市及其區域——一個典型的開放的復雜巨系統[J].城市規劃,2002,26(2):7-9.
[43] 盛強.城市迷宮——空間、過程與城市復雜系統[J].世界建筑,2005(11):92-95.
[44] 范誠.理解策略——以庫哈斯的視角看當代城市的物質形態突變[J].建筑學報,2004(3):21-24.
[45] 周一星,陳彥光.城市與城市地理[M].北京:人民教育出版社,2003:51,41.
[46] 吳曉軍,薛惠鋒.城市系統研究中的復雜性理論與應用[M].西安:西北工業大學出版社,2007:3-4.
[47] 王錚,鄧悅,宋秀坤,等.上海城市空間結構的復雜性分析[J].地理科學進展,2001,20(4):331-340.
[48] 薛領,楊開忠.復雜科學與區域空間演化模擬研究[J].地理研究,2002,21(1):79-88.
[49] 陳彥光,羅靜.鄭州市分形結構的動力相似分析——關于城市人口、土地和產值分維關系的實證研究[J].經濟地理,2001,21(4):389-393.
[50] 黃澤民.我國多中心城市空間自組織過程分析——克魯格曼模型借鑒與泉州地區城市演化例證[J].經濟研究,2005 (1):85-94.
[51] 徐建華,梅安新,吳健平.20世紀下半葉上海城市景觀鑲嵌結構演變的數量特征與分形結構模型研究[J].生態科學,2002,21(2):131-137.
[52] 陳彥光,劉繼生.城市土地利用結構和形態的定量描述:從信息熵到分數維[J].地理研究,2001,20(2):146-152.
[53] 劉繼生,陳彥光.長春地區城鎮體系時空關聯的異速生長分析(1949-1988)[J].人文地理,2000,15(3):6-12.
[54] 冷炳榮,楊永春,李英杰,等.中國城市經濟網絡結構空間特征及其復雜性分析[J].地理學報,2011,66(2):199-211.
[55] 王曉琴.基于空間動力學的城市用地擴張策略研究[D].武漢:武漢大學碩士學位論文,2005.
[56] 張勇強.城市空間發展的自組織研究——以深圳市為例[D].南京:東南大學學位論文,2003.
[57] 孫建平.Agent的城市交通區域協調控制及優化研究[D].長春:吉林大學碩士學位論文,2004.
[58] 陳彥光,劉繼生.基于引力模型的城市空間互相關和功率譜分析——引力模型的理論證明、函數推廣及應用實例[J].地理研究,2002,21(6):742-752.
[59] 董益書.基于GIS的城市動力學研究[D].上海:華東師范大學博士學位論文,1999.
[60] 黎夏,葉嘉安.基于元胞自動機的城市發展密度模擬[J].地理科學,2006,26(2):165-172.
[61] 薛領,楊開忠.城市演化的多主體(multi-agent)模型研究[J].系統工程理論與實踐,2003(12):1-9.
[62] 劉妙龍,陳鵬.基于細胞自動機與多主體系統理論的城市模擬原型模型[J].地理科學,2006,26(3):292-298.
[63] 張新生.城市空間動力學模型研究及應用[D].北京:中國科學院博士學位論文,1997.
[64] 孫戰利.基于元胞自動機的地理時空動態模擬研究[D].北京:中科院博士學位論文,1999.
[65] 劉繼生,陳彥光.城市、分形與空間復雜性探索[J].復雜系統與復雜性科學,2004,1(3):62-69.
[66] 陳彥光.分形城市系統的空間復雜性研究[D].北京:北京大學博士學位論文,2008.
[67] Bathelt H., Glucker. Toward a relational geography[J]. Journal of Economic Geography, 2003, 3(2): 117-144.
[68] Yasusada Murata. Rural-urban interdependence and industrialization[J]. Journal of Development Economics, 2002(68): 1-34.
[69] Dixon, D. Rural-urban interaction in the third world[A]. Institute of British Geographers. Developing Area Research Group, 1987.
[70] Scarlett T. Epstein, Jezeph David. Development-there is another way: a rural-urban partnership development paradigm[J]. World Development, 2001, 29(8): 1443-1454.
[71] Potter Robert B. and Unwin Tim. Urban-rural interaction: physical form and political process in the Third World[J]. Cities, 1995, 12(1): 67-73.
[72] Oucho John. Enhancing positive rural-urban linkages approach to sustainable development and employment creation: some experiences in eastern and central Africa [C]. Inter-regional Conference on Strategies for Enhancing Rural-Urban Linkages Approach to Development and Promotion of Local Economic Development. http:///detail.asp?articleID=219, 2004.
[73] Cooke, P., Morgan, K. The network paradigm: new departures in corporate in corporate and regional development[J]. Environment and Planning C: Society and Space, 1993(11): 543-564.
[74] Murdoch Jonathan. Networks: a new paradigm of rural development?[J]. Journal of Rural Studies, 2000(16): 407-419.
[75] OECD. Networks in Rural Development[C]. Paris: OECD, 1996.
[76] Audas Rick. Rural-urban migration in the 1990s[J]. Canadian Social Trends, 2004(73):17-24.
[77] Ginsburg, N., Koppel, B., and McGee, T.G. The Extended Metropolis: Settlement Transition in Asia[M]. Honolulu: University of Hawaii, 1991: 47-70.
[78] 馬遠軍,張小林,李鳳全,等.我國城鄉關系研究動向及其地理視角[J].地理與地理信息科學,2006,22(3):78-84.
[79] 王振亮.城鄉空間融合論—我國城市化可持續發展過程中城鄉空間關系的系統研究[M].上海:復旦大學出版社,2000.
[80] 許學強,等.中國鄉村-城市轉型與協調發展[M].北京:科學出版社,1998.
[81] 曾菊新.現代城鄉網絡化發展模式[M].北京:科學出版社,2001.
[82] 李泉.中外處理城鄉關系的實踐與啟示——兼論西部地區的城鄉協調發展[J].開發研究,2006 (5):56-60.
[83] 余斌,曾菊新,羅靜.中國城鎮非密集地區城鄉發展的空間創新研究[J].地理科學,2007,27(3):296-303.
[84] 胡國良,張麗.少數民族地區城鄉關聯發展綜合評價—以新疆為例[J].安徽農業科學,2009,37(10):4774-4778.
[85] 張立艷.建國以來城鄉關系演變的歷史考察與現實思考[D].長春:東北師范大學碩士學位論文,2005.
[86] 劉玉.信息時代城鄉互動與區域空間結構演進研究[J].現代城市研究,2003 (1):33-36.
[87] 曾磊,雷軍,魯奇.我國城鄉關聯度評價指標體系構建與區域比較分析[J].地理研究,2002,21(6):763-770.
[88] 張竟竟,陳正江,楊德剛.城鄉協調度評價模型構建及應用[J].干旱區資源與環境,2007,21(2):5-11.
[89] 奚建武.城鄉關系變遷的新動力——基于城鄉復合型二元結構視角的分析[J].城市問題,2009(6):49-53.
[90] 汪沛.改革開放以來黨的城鄉政策及城鄉關系的演變研究[D].合肥:安徽師范大學碩士學位論文,2005.
[91] 楚材,陳雯,顧人和,等.中國城鄉二元結構及其協調對策[J].城市規劃,1997,21(5):38-40.
Research Progress of Domestic and Overseas
Urban-rural Spatial Complexity
DUAN De-zhong1, LIU Cheng-liang2
(1.College of Urban and Environmental Science, Central China Normal University, Wuhan 430079, China; 2.Institute of Innovation & Strategic Studies,East Cina Normal University, Shanghai 200062, China)
關鍵詞:航空航天專業;人才培養模式;課程體系
中圖分類號:G641 文獻標志碼:A 文章編號:1002-2589(2015)30-0145-02
引言
航空航天代表了科技和工業發展的最前沿,是促進國家科技發展、滿足經濟建設、增強國防安全和加快社會進步的重要力量。加強航空航天類高校教育,培養一批具有高素質、創新能力的航空航天類專業人才是服務我國戰略發展的必然需求。航空航天類本科人才是高層次航空航天類人才的基礎,培養適應國際競爭的航空航天類本科人才,是我國航空航天科技發展的關鍵。當前,以美、俄為代表的航空航天大國都建設了自己特色的航空航天專業院系,開展了多年的教學實踐,具有豐富的經驗。論文旨在通過材料的梳理,了解國外航空航天專業人才培養模式,對國際一流大學航空航天類專業設置、課程安排、學生培養特點等方面進行研究,從中總結經驗,為國內航空航天類專業教學教改提供參考。
一、國外著名航空航天院系
(一)美國著名航空航天院系
美國是世界上航空航天類研究最發達、人才培養最成功的國家,其人才培養主要依賴其國內的大學。比較有代表性的有麻省理工學院和斯坦福大學。
麻省理工學院航空航天類教學與科研由航空航天系負責,下設三個部門,分別是信息部、航空系統部、飛行器技術部。信息部分主要研究航天系統有關的信息獲取、處理、傳輸技術,如衛星通信、高空偵察、空中通信、集成防御系統等,負責教授導航、制導、控制、通信、網絡、實時軟硬件系統等課程。航空系統部門主要研究航空航天高復雜性系統的設計、制造、操作方法,教授最優化方法、故障診斷、系統容錯等課程,建有人機實驗室、空間系統實驗室、國際空運中心、操控臺研究中心、復雜系統研究實驗室等。飛行器技術部門負責計算方法、流體力學、推進技術、材料科學、結構技術等的研究和教學,建有宇航計算設計實驗室、空氣渦輪實驗室、宇航微小結構協會、空間推進實驗室、先進材料和結構技術實驗室等。
斯坦福大學航空航天系隸屬于工學院,承擔航空專業的教學科研任務。該系的研究領域包括空氣彈性變形及流體仿真、飛行器設計與控制、應用航空動力學、空氣聲學計算、流體動力學計算、動態系統計算、機器人控制、復雜材料與結構、湍流模擬、推進、高超聲速流體、導航、控制系統辨識與優化、衛星工程、湍流與燃燒等。
(二)俄羅斯著名航空航天院系
俄羅斯也是航空航天強國,開設航空航天專業的主要學院有莫斯科國立航空學院、西伯利亞國立航空航天大學。莫斯科國立航空學院建于1930年,擁有12個學院,56個系,128個實驗室,3個設計局,幾個計算機中心,一個實驗工廠,一套運動航空訓練設施,一個莫斯科附近的飛機場,兩個科研機構(應用力學和電氣力學,低溫研究)。該學院通常以數字編號代替學院名稱,從一院到十二院分別為航空工程院、發動機院、控制系統院、信息與電力院、無線電電子學院、經濟與管理院、航空航天院、機器人與智能系統院、應用數學和物理院、應用力學院、人文科學院、預科院。西伯利亞國立航空航天大學擁有空間研究及高技術學院和航天技術學院,設置了飛機制造系、航空發動機與能源裝備系、飛行器管理系統系、航空導彈技術系、飛行器無線電技術系統系。
(三)歐洲著名航空航天院系
英國帝國理工學院在其工學院設置了航空系,主要負責飛機設計制造方面的研究與人才培養,包括航空動力學與航空結構學兩個研究方向。航空動力學方向包含流體基礎、航空飛行器設計、控制、生物醫學、環境與工業關系等方面的研究。航空結構學方向包括計算力學、沖擊與損傷、復合材料等方面的研究。
法國國家高等航天航空學院已經有90多年的歷史,它位于歐洲航天業發展的中心地帶,致力于培養頂尖的技術工程師,在研制協和式客機的工程師當中,有許多就是從法國高等航天航空學院畢業的。學院下設5個系和一個研究中心,分別是空氣動力學、能源、推進系、結構與材料力學系、光電子與信號系、語言文化藝術系、航空宇航中心。
二、國外著名航空航天院系專業設置與課程體系
(一)學位與專業設置
國外著名航空航天院系多數是本科四年,研究生二年,英國有本科3年,研究生1年。俄羅斯不同,如莫斯科國立航空學院預科1年、本科4年、碩士2年、博士3年。在學位設置上,各個院校有所不同,歸納起來,主要有工學學士、航空航天工程學士、航空工學學士、航空航天工學學士、航空工程理科碩士、航空航天工程學士、航空與宇航工程學士、航空學理科碩士、航空與航天學理科碩士、機械與航天工程理科碩士。
(二)國外著名航空航天院系課程體系
麻省理工學院(MIT)航空與航天專業是美國同領域中最有名的專業,其人才培養理念和課程設置世界聞名。MIT航空與航天系設有兩個本科專業方向:航空與航天科學工程專業和航空與航天信息科學工程專業,兩個方向的課程設置都建立在航空航天基礎(核心)課程上,下面分別以A和B代指這兩個專業。課程主要包括全校統一要求課程和系課程構成。全校統一要求課程包括基礎科學課程(6門)、人文、藝術、社會科學課程(8門)、科學與技術限選課程(2門)、實驗課程(1門);系課程包括系核心必修課程、專業課程、試驗與進展課程,其中系核心必修課程包括一體化工程I、II、III、IV,計算機和工程問題求解引論,自動控制原理、動力學、隨機系統分析、微分方程;專業課程中專業A包括空氣動力學、結構力學、推進系統引論、航天工程中的計算方法,專業B包括航天系統的評估與控制、數字系統實驗室介紹、實時系統與軟件、交互系統工程、人為因素工程、自主決策原理;試驗與進展課程包括飛行器工程、空間系統工程、試驗項目I、試驗項目II、飛行器進展、空間系統進展I、空間系統進展II。
(三)學時學分要求
1.學分組成。課程學分組成考慮教學環節,如MIT飛行動力學課程,總學分12分,構成包括課堂3分、實驗1分、預習和復習8分。另外還有無學分課程,課程必修但無學分,如普林斯頓沒有學分制、強調上課門數,斯坦福大學基礎課程要求5門航空航天基礎課程,專業課程4選3。英國大學一般不設立學分制,所有學生都按部就班完成規定課程的學習。
2.學分要求。美國大部分學校有明確的畢業學分數要求。如MIT航空航天工程系根據培養計劃設課程學分,又分成4類,分別是核心課(core)108、專業領域課(professio-
nal area)48、實驗和綜合應用(experiment and Capstone)30、非限制性選修課(unrestrictived elective)48,總學分大于234學分。但是在學分數量并不統一,差異很懸殊,如密歇根128學分、MIT大于234學分、賓州州立132學分。航空航天專業必修課比例很高,有的高達90%以上,如斯坦福、佐治亞理工、普渡。另外還有只要求課程而不要求學分的,如普林斯頓畢業要求共36門課。
3.學時要求。有些大學要求學時達到一定數量,如悉尼大學本科至少192學時,研究生核心課程和選修課程,至少144學時。斯坦福大學研究生基礎課程設置門數要求,其他按學時要求,數學(6個學時)、技術選修(12學時)、人文社科類選修(45學時)。
三、國外著名航空航天院系專業培養特色
歸納起來,國外著名航空航天院系在專業培養上具有如下特色。一是國外著名大學航空航天專業設置寬、窄各有特色。美英等專業設置以寬口徑、大類培養為主,基本不針對特定航空航天器劃分專業,學生專業方向只是體現在個別課程的選擇上。俄羅斯、烏克蘭等的專業劃分細而精,如莫斯科國立航空學院幾乎整個大學的院系專業就代表了航空航天器的各個不同部分,專業面向具體而明確。二是國外著名大學航空航天專業課程體系具有少而精且多樣化特色。美英等課程每學期課程數量相對較少,但課業工作量不少。學生畢業所需學時學分也不少。美英等航空航天專業的課程必修多、選修少,完全學分制的作用并不明顯,反映了航空航天專業的特殊性。課程學習課內外并重,還有較多實踐環節、交流討論、項目設計等。課程的環節豐富多樣(如劍橋)。教授授課。三是注重通識教育與專業教育的結合。在通識教育上,在課程設置中有重視科技寫作、科研道德規范、表達與交流、團隊協作、人文素質培養和工程師就業指導。在專業教育上,強化多樣化實踐環節、注重專題課程和生產實習。四是注重綜合素質和個性化培養。例如南安普敦大學設置有工程管理與相關法律的必修與選修課程,讓學生學習在工程實踐中如何領導團隊、進行項目管理與風險評估、做出決策以及熟悉與之相關的法律知識。還會從工業部門請來客座教師來協助授課,并安排有相應的實踐環節。針對個性化培養需求,在課程設置上具有較大的選擇基數。
四、總結
航空航天類本科人才是高層次航空航天類人才的基礎,是航空航天類研究生人才的后備軍。論文主要對國際一流大學航空航天類專業學位與專業設置、課程體系、學時學分要求點等方面進行了梳理,總結了人才培養特色,為國內航空航天類專業建設和教學教改提供參考。
參考文獻:
[1]田正雨,李樺.麻省理工學院航空航天類本科生課程體系分析[J].高等教育研究學報,2010(1).
[2]MIT航空航天系戰略計劃[Z].北京航空航天大學高教所譯.1991.
自80年代聯結主義范式興起以后,符號主義和聯結主義成為認知科學的兩大基本范式,由于兩大范式建立在功能主義計算假設和聯結主義假設之上,受到一系列質疑。隨著最近十年一些有關動力系統理論文獻的問世,一種新的關于認知科學的基礎理論似乎在逐步形成,例如,格羅布斯(Globus 1992),羅伯特森(Robertson 1993),西倫(Thelen)和斯密斯(Smith 1994)的文章和著作希望發展一種對認知更好的動態的理解進路。特別是馮蓋爾德(van Gelder)和波特(R.Port)(1995)年出版了一本關于認知科學的動力理論的書:提出認知科學的動力學研究進路(It’s about time:An overview of the dynamical approach to cognition,Mind as motion:Explorations in the dynamics of cognition, Cambridge, MA, MIT),被作為認知科學第三種競爭范式的宣言。此書引起了較大凡響,如華盛頓大學伊萊斯密斯(C.Eliasmith)1996年發表了《第三種競爭范式:對認知的動力理論的批判性考察》,其后也有其他人的熱烈討論。
馮蓋爾德針對80年代以后符號主義、聯結主義范式所產生的困難,提出他的動力學假說(Dynamicist Hypothesis)。對于認知科學中的時間、構架、計算和表征等概念都提出了不同的解釋。馮蓋爾德把紐厄爾(Newell)西蒙(Simon)的計算主義假說或說物理符號系統假說:
“自然的認知系統在物理符號系統的意義上是智能的。”
相關的,期望用動態眼光理解認知的還有丘奇蘭德(Churchland)和謝諾沃斯基(Sejnowski),他們(1992)把所擁護的聯結主義假說表述為“突現性是以系統的某種方式依賴于低層現象的高層結果”。他們承諾“通過構架的低層神經網絡的作用能達到復雜的認知效果”
“直覺過程是一種亞概念的(subconceptual)聯結主義動力系統,它不接受完全的、形式化的、精確的概念層次的描述”。
“用亞概念網絡把自然認知系統看作是動力神經系統是最好的理解。”
有一種假設認為,人意向性意識涌現于集群系統動力學,并由環境激發。
動力系統類包括任何隨時間變化的系統,廣泛用于對自然界的描述。動力論者期望勾畫一類特殊的能恰當描述認知的動力系統。于是1995年馮蓋爾德給出他的動力學假說(Dynamicist Hypothesis):
“自然的認知系統是某種動力系統,而且從動力學眼光理解認知系統是最好的理解。”
動力學假說是以數學的動力系統理論為基礎描述認知的,用數學中的狀態空間(state space)、吸引子(attractor)、軌跡(trajectory)、確定性混沌(deterministic chaos)等概念來解釋與環境相互作用的認知主體(智能體)的內在認知過程。用微分方程組來表達處在狀態空間的認知主體(智能體)的認知軌跡。換句話說,認知是作為認知主體所有可能的思想和行為構成的多維空間被描述的,特別是通過在一定環境下和一定的內部壓力下的認知主體的思想軌跡來詳盡考察認知的。認知主體(智能體)的思想和行為都受微分方程的支配。系統中的變量是不斷進化的,系統服從于非線性微分方程,一般來講是復雜的,是確定的。
二.認知科學的幾個動力系統模型
這些模型雖然不僅僅是動力學假設的應用實例,但被動力論的倡導者看作他們的范式的擔當者。
1.循環原動力行為模型(Cyclical Motor Behavior Model)
羅伯特森(1990)曾用動力學進路對CM(新生嬰兒的自發的原動力行為中的循環)做了大致勾畫。羅伯特森采集了大量的關于新生嬰兒呈現的自發的原動力行為的數據。由于這些經驗數據的有效性,這個動力系統模型CM是少有的幾個能夠充當動力系統模型的。而且許多人認為,這是一種可定量化的生理學行為的一種非隱喻的動力描述,恐怕較臨床心理學的研究結果更能讓人欣然接受。
羅伯特森后來過濾了觀察狀態空間,獲得了帶有少數自由度的一個理想的動力模型,似乎能夠模擬CM的隨機過程。但基于后來的研究,羅伯特森只能得出結論說是“我對CM的生物學基質清楚地知道的很少”。結果,至今還沒有完美的動力系統模型。
因此羅伯特森說:“我們距離建立一種使狀態變量和參數與生理學和環境因素有清楚對應的關于CM的動力系統模型的目標,還有相當長的路要走”。
2.嗅覺球狀模型(Olfactory Bulb Model)
斯卡德(Skarde)和弗里曼(Freeman)1987年的論文“為了了解世界大腦是如何制造混沌的”大致勾勒了這個模型并進行了一定程度的實驗,這是一個基于嗅的神經過程的考察,借助復雜動力系統理論描述感受器官的神經系統的各種復雜狀態、包括描述混沌神經元活動及其有規律的軌跡而提出的精致模型。蓋爾德和格羅布斯、巴頓(Bardon)紐曼(Newman)等都承認它可以作為動力系統模型。
3.動力振動理論模型(Motivational Oscillatory Theory)
動力振動理論(MOT)是一個關于循環的動力系統的模型。是馮蓋爾德(1995)推薦作為動力論假說范例的一個簡化的動力系統模型,它是由……提出的。
但是這個系統最大的問題就是如何正確選擇系統的參數。因為對于動力系統而言,是對初值敏感的,“改變動力系統的一個參數就改變了它的整個動力學” (van Gelder,1995,p.357)。
4.語言認知的動力學模型
5.關于意識的動力學模型
……
三.動力學認知范式對表征的理解
表征是認知科學最核心的概念之一。表征包括對象表征、問題表征和知識表征等,還有內隱表征和外顯表征,人的表征和機器表征,總之,表征被認為是人類對自身和對外部世界表達式的媒介,特別是,知識表征是推理的前提。在計算主義框架下,知識表征是有效計算的媒介,是使計算機世界的信息溝通以及與人的世界的信息溝通成為可能的媒介。在我們今天普遍流行的認知科學范式中最重要的就是表征與計算問題,無論是作為“一種替代物”,“一組本體論承諾”,還是“一種媒介”(韋格曼(M.Wageman,1996)),抑或一種“被構造出來的作為另一對象的替代物而存在的符號”(劉西瑞,2004),大家都默認著一個假定,“沒有表征就沒有人類認知”。
動力論的認知范式與其他范式的一個重要區別是對表征的不同理解。符號主義模型是以符號表征為基礎的。聯結主義的表征是以網絡中的并行式表征或局部符號表征(Globus 1992,Thelen and Smith 1994;van Gelder 1993,1995)為基礎的。但動力論的認知范式則宣稱,一個動力模型應當是“無表征的”。
在對聯結主義范式的批判中,格洛布斯指出,“表征的過程實際上是在簡化網絡中的(符號的)計算過程。”在真實的網絡中是無表征的,它們是變化的;是借助化學變化的自組織過程,因此談論表征是沒有意義的(Globus 1992,p.302),類似的,van Gelder認為“表征概念對于理解認知是不充分的一種詭辯式的東西(sophisticated)(van Gelder,1993,p.6). Thelen and Smith 宣稱“我們根本不去建立什么表征” (Thelen and Smith 1994,p.338)!動力主義者認為,對于恰當解釋認知,表征是完全不必要的。
實際上,布魯克斯(R.Brooks)就宣稱,將建造一種完全自動的、能動的行為者(創造物),它們與人類共存于世界上,并被人類認可是有自己權利的智能存在。創造物在它的動力環境中必須以隨機應變的方式恰當處理問題。它們應有多種目標,能適應環境,也能利用偶發環境。布魯克斯的方案是把復雜系統分解為部分來建造,再連接到復雜系統中。他所設計的機器人,是靠控制不同的層次直接與環境作用,因此他宣稱“根本不需要表征”(1991)。
因此,也有人攻擊動力論范式,拒斥表征無非是對行為主義規劃的不成功表達的一種強烈暗示。說它是“無表征的”,不如說它是“在某種類型的非計算的動力系統中存在狀態空間演化的”。
四.對認知科學的動力學范式的批判性考察
動力系統理論對認知行為的連續性提供了隨時間變化的自然主義的說明。這是其他范式不能說明的,其他范式一般來講是忽略時間概念的。但人類大腦與環境之間是隨時有信息交流的,而且是處在不斷變化的,暫態的連續的認知是隨時間變化的。
動力系統理論的優勢是對認知的描述是多元的,是一種經驗可檢驗的理論,可以對描述認知系統的微分方程進行分析修正,也可以用已知的技術去解這些方程,比起其他理論,它是一種定量的分析,是理解認知的一種確定性的觀點。另一優勢是動力系統的描述可以展示人類行為復雜的,混沌的特性。動力論者認為,如此對認知的分析描述,應當是已經找到了替代認知科學中的符號主義、聯結主義的新范式。果真如此嗎
但是前面討論的一些模型外,至今有多少是成功的模型?
對于表征的理解受到質疑.
如何保證動力系統的各變量和參數的恰當選擇?系統的穩定性和可靠性問題。
認知的動力系統雖然不是一種隱喻性的,而是一種定量的分析,但對于定量性描述的因素的選擇基于什么原則?
動力學理論是否構成同符合主義、聯結主義具有同樣競爭力的第三種范式?
它是對于認知的最有潛力和生命力的新范式?
…… 主要參考文獻
1.R.Brooks(1991)Intelligence without representation,Arificial Intelligence 47:139-159.
2.C.Eliasmith (1996) The third contender: A critical examination of the dynamicist thory of cognition,in P.Thagard (ed)(1998)Mind Readings: Introductory Selection in Cognitive Science.MIT Press.
3.S.S.Robertson,A.H.Cohen & R.G.Mayer-Kess(1993) Behavioural Chaos:Beyond the Metaphor,in LB.Smith & E.Theken(eds),A dynamic systems approach to development: Applications,Combridge,MIT Press,pp.120-150.
關鍵詞:物,老年腫瘤,圍手術期,血流動力學
一般來說,腫瘤患者尤其是老年腫瘤患者的免疫能力較差,而腫瘤摘除手術中用到的物對患者身體的免疫能力有一定程度的損傷,進而造成患者手術效果欠佳。本文對兩組患者分別應用不同的物,通過比較患者一些血流動力學指標的變化,來分析兩種不同的物對患者機體的影響,以便在以后的臨床治療中采用更適合患者手術后恢復的物。
1.資料與方法
1.1基礎資料
在我院2012年11月至2014年11月收治的老年腫瘤患者中選取80例作為研究對象,首先按照拋硬幣的隨機方法將患者分為對照組與觀察組,兩組患者應用不同的物,對照組患者吸入異氟醚,觀察組患者注射異丙酚,兩組患者人數相等。兩組患者的性別、年齡、體重等情況為:觀察組男性22名,女性18名,年齡段為68.3~85.0歲,體重段為50.4~81.3kg;對照組患者男性21名,女性19名,年齡段為66.5~84.1歲,體重段為51.7~81.6kg。根據統計學分析,對照組和觀察組患者在性別、年齡、體重等方面的差異不具有統計學意義(P>0.05),因此兩者患者在不同物下的血流動力學指標具有可比性。
1.2實驗前協議
本次實驗研究均征得患者及其家屬的同意,為了避免不必要的糾紛,醫院與患者及其家屬簽訂了一定的協議。所有患者均自愿進行此項實驗。對試驗中的有關風險應該明確告知患者,以便患者做出選擇,不能知情不報,欺瞞患者[1]。
1.3方法
兩組患者都要進行精心的麻醉前準備,以便麻醉工作的順利進行,護理人員應該運用人性化護理中的有關方法規定,對患者進行心理撫慰,讓患者消除恐懼心理,積極配合麻醉工作。在正式進行麻醉前,還應該對患者進行麻醉誘導,兩組患者都要進行此步驟,即首先為患者注射0.16mg的馬來酸咪達唑侖,等待患者進入睡眠狀態,然后注射0.12mg的維庫溴銨,最后還要注射0.005mg的芬太尼。
觀察組和對照組患者分別給予異丙酚和異氟醚進行麻醉。其中觀察組患者采用輸液泵將異丙酚持續性輸入患者體內,速度應該緩慢加快,等到達一定數值后維持恒定,即6.5mg/kg[2];由于異氟醚是氣體,應該讓患者吸入,其濃度應該適中,為2.0%。等物發生效果時,才能進行手術,手術期間患者的心率和血壓應該每隔一段時間進行改變,應該采用藥物進行心率及血壓的改變,所用藥物為芬太尼和維庫溴銨。
1.4觀察指標
對病人的血流動力學參數進行檢測,對病人麻醉誘導前、麻醉誘導后、注射后10分鐘、手術完畢后的平均動脈壓、心率分別進行記錄。對兩組患者麻醉誘導前、手術結束、手術結束5天后的細胞因子水平進行檢測,具體需要檢測的細胞因子有CD3+ 、CD4+ 、CD8+[3]。
1.5統計學方法
對實驗過程中監測到的血流動力學參數和細胞因子的有關水平參數以(均數±標準差)表示,實驗前病人的性別、年齡、體重等參數也進行檢測。采用統計學軟件SPSS17.0進行數據的處理工作。實驗前病人的身體參數進行t檢驗,之后的血流動力學參數采用卡方檢驗。如果最終P
2.結果
2.1平均動脈壓、心率
觀察組患者的平均動脈壓和心率相較于對照組患者在各個時期都出現了更明顯的下降趨勢,具體情況見下表。
3.討論
一些物不但對患者神經系統和免疫系統有很大的傷害,而且不能起到實質性的麻醉效果,常常會導致病人手術中出現痛感,病人身體受到刺激,血壓水平升高,一些身體虛弱及身患其他疾病的病人甚至會出現心血管堵塞等突發癥狀。老年腫瘤患者機體能力下降,尤其是免疫系統趨向老化,不適宜的麻醉方法和物會進一步損傷患者的免疫能力,使得腫瘤擴散,給患者生命安全造成一定的威脅。
從本文的實驗研究結果看,不同的物對患者免疫能力的影響差別很大,觀察組患者采用異丙酚進行麻醉,對照組患者采用異氟醚進行麻醉,而觀察組患者的免疫能力在麻醉及手術后要明顯高于對照組患者。
參考文獻:
[1]梁遠志.140例老年患者圍手術期的麻醉臨床應用[J].大家健康(學術版),2014,23:111-112.
[2]尚志杰,薄鋒.老年患者平衡麻醉與全憑靜脈麻醉時血流動力學的分析[J].中國醫藥指南,2013,14:280-281.
關鍵詞:全閥 數值模擬 動力學 動網格 泄放機理
前言
全閥是工業生產系統內安全方面的重要元件,主要作用就是保證生產系統能夠在合理的壓力條件之下運行,保證生產系統的安全性能。但是全閥在實際運行過程中還是會出現不同故障。科研人員在對于全閥分析研究過程中,主要集中在三個方面,分別是實驗測試、數值模擬與全閥。現階段對于全閥研究工作已經取得了十分顯著的工作成果。
1、計算模型
本文在對于全閥超壓泄放瞬態動力學數值模型研究過程中,利用的是ANSYSCFX軟件,該軟件與科研人員在研究過程中所應用的軟件相比較,無法自動再生網格,但是能夠對于已經形成的網格進行轉移,進而保證網格能夠按照用戶自身需求到達針對性位置,保證對于該區域內計算工作完畢。在對于全閥開啟過程中的動力學分析研究過程中,主要通過動網格技術進行研究分析,利用數值模擬的方法對于全閥在啟動過程中有關參數的改變進行分析研究。為了能夠保證計算模型更加便捷,首先就需要對于計算模型內有關參數進行確定,例如時間步長就為tstep,全閥啟動元件質量就為mdisc。
通過利用動網格技術和全閥啟動軟件位置改變情況,就能夠有效對于全閥軟件在開啟過程中瞬時變化情況進行分析研究,對于全閥啟動的時候流域瞬態變化問題進行計算。
2、數值模擬過程
2.1網格劃分
在建模過程中需要利用到CFX內的流體薄片技術,也就是按照一定厚度從某個方向進行拉伸,進而得到厚度為一個固定單元的薄片,將所得到的薄片放入到針對的平面之中,保證與該平面相垂直的部分數值為零,構建計算區域。其次就是將計算區域引入到ICEMCFD內,應用四面體對于所生成網格的尺寸進行控制,同時對于全閥啟動周圍及入口位置上面的網格進行重新加密處理。在對于網格計算完畢之后,需要對于網格質量進行檢查,同時對于網格平滑度進行整體分析。
2.2物理參數設置及邊界條件
本文在對于全閥超壓泄放瞬態動力學數值模擬分析研究過程中所應用到動力網技術內,對于邊界設置上面已經提供了針對性條件,其中還包含特殊情況下的邊界條件。全閥超壓泄放瞬態動力學數值模擬瞬態流場內,并不涉及到無效邊界組合,同時也并不涉及到特殊性邊界,例如對于初始條件相對于敏感的邊界,在對于邊界條件設置過程中,需要受到精確性與收斂性的影響。在對于全閥超壓泄放瞬態動力學數值模擬初步性分析研究過程中,將全閥運行條件設置為常規性條件,也就是溫度為25℃,對于高速氣體動力學所造成的影響暫時忽視,高速氣體動力學所造成的影響主要表現在兩個方面上,分別是密度與比熱容,同時也忽視重力的影響。通過利用穩健邊界條件,在對于入口邊界條件設置過程中,壓力為5%,出口應用的是開放式的出口,也就是氣體能夠自動流入或者是流出,整個計算區域具有開放性特征,整個計算區域內具有顯著零梯度渦流特點。
整個計算區域內的壁面邊界主要有兩種模式構成,這樣也就造成在計算區域內的入口通道內基本上都是保持相對靜止狀態,并不會產生任何滑移,因此壁面應用無滑移絕熱壁面。但是全閥軟件在開啟過程中,會產生移動,通過移動速度與動網格內所應用到的編輯語言之間有著十分緊密的關聯,所以就需要應用到滑移絕熱壁面。
在渦流模型內,所應用到的模型框架為SST ,這種模型框架具有近壁運算與遠場計算的優勢,能夠對于跨聲速帶激波的邊界流動情況內應用。模型所得到的計算結果具有一定收斂性,在對其分析研究過程中主要應用殘差曲線,最大誤差不會超過0.001.
3、模擬結果與分析
在全閥超壓泄放瞬態動力學數值模擬內應用動網格技術,能夠有效保證數值模擬計算結果與實際情況之間更加貼近,這樣進行穩態模擬次數就能夠有效減少,防止在多次計算過程中出現慣性失真的情況。同時由于全閥在剛開始啟動的時候參數變化十分激烈,為了能夠對于在該段時間內的參數進行重點了解,創建瞬態模擬就十分重要。
3.1壓力場云圖
如圖一所示,為全閥在瞬態啟動過程中在每一個時間段內的壓力云圖。由圖一能夠發現,其中第一個圖表示全閥在沒有啟動之前,全閥管道內外之間所產生的壓力效果,但是由于全閥管道屬于密封性管道,圖內的管道內部是在進行預泄之前所出現的情況,在這種情況下由于流體運動,造成入口處內的壓力顯著提升。
全閥啟動軟件與介質壓力在感受到彈簧力處于失衡狀態下之后,全閥啟動軟件就是立即與密封面相脫離,進而保證全閥能夠啟動,這樣全閥內場就會出現氣流紊亂情況,流場內的壓力發生顯著改變,具體情況如圖一內的第二個圖。在經過一段短暫的時間之后,全閥就能夠進入到穩定泄壓狀態下,全閥內壁上面的局部壓力將能夠超過1mpa,但是全閥閥口的位置還會出現較為明顯的負壓力情況。
3.2速度場矢量圖
如圖二所示,圖二內全閥在瞬態啟動過程中,每一個時間段內的速度矢量。
全閥在剛開始啟動的時候,速度基本為零,流入在逐漸進入到閥道之后,全閥啟動軟件密封區域內就會出現細小的泄露情況,進行預泄露,在這個時候全閥瞬態速度就會發生一定改變。全閥在流體在進入到瞬態狀態下的時候,全閥內的某一個開高位置上面就會出現超壓泄放的情況,在這個階段內全閥泄壓處于高度飽和狀態下。當全閥泄壓在進入到最高的時候,流體泄放逐漸趨于平穩狀態。從圖二內能夠發現,全閥在Q點的之后,周圍速度變化具有不連貫特點,速度變化十分明顯,這樣就能夠充分表明全閥在進入到穩定排放過程中所具有的特點,也就是流體開發在趨于穩定之后,流體參數基本上不會發生顯著改變。
結論:本文在對于全閥超壓泄放瞬態力學數值模擬分析研究過程中,通過利用動力學方程式,利用動力學參數與動網格技術,對于數值模擬編程語言進行確定,選擇適合本文研究所應用的渦流模型,完成了對于全閥超壓泄放瞬態動力學數值模擬任務。在研究之后發現,在全閥超壓泄放瞬態動力學內,是以密封性管道作為外部接線,進而構成了內流場與外流場,在內流場內流體主要以收縮流動為主要特點,在外流場內主要以擴張為主要特點,兩個流暢之間參數的流場正好與壓縮流體流動特點相吻合。本文在研究上面還存在一定不足,希望有關研究人員不斷進行深入性研究與分析。
參考文獻
[1]陳殿京,劉殿坤,董海波,等.安全閥流場數值模擬研究[J].流體機械,2014,36(10):24-28.
關鍵詞:皮艇;運動學;動力學;競技能力
中圖分類號:G861.43文獻標識碼:A文章編號:1007-3612(2007)08-1122-04
1實船測試系統
實船測試系統的核心是多功能中央處理器,完成船體三軸加速度測量、多維槳力信號采集、多種信號的測量時序同步、信號本地存儲、USB數據通信等功能,采用密封防水處理,便于船載安裝。測試系統總重量小于0.6 kg,結構緊湊,對運動員的訓練感覺影響很小。其硬件結構如圖1所示。
1.1槳力傳感器常見的工業傳感器,要求應變計緊密粘貼在彈性材料表面。專業的皮艇槳桿采用高強度碳纖維制成,在槳力作用下會產生應變,因此槳桿可以看作工業傳感器中的彈性材料。遺憾的是,不論從技術角度,還是從實際操作可行性角度,都不可能在每個槳桿表面貼上應變計。因此我們采用傳動機構,將槳桿的應變傳遞至另外一個彈性材料(應變梁)。在應變梁上貼電阻應變計檢測梁的應變,從而獲得對槳力的間接測量。槳力傳感器實物照片如圖2所示。
這種偏置型槳力傳感器不需要破壞槳體結構,可快速安裝到槳桿上,實現了在多個槳桿之間的輪換使用。整個傳感器重量低于80 g,結構緊湊,對運動員正常訓練的感覺影響很小。目前,國家皮艇隊的實船測試系統均裝備了偏置型傳感器,經過長期實船測試,其測力原理的有效性和可靠性得到了驗證。
1.2艇速測量在測試系統中,加速度傳感器除了反映船體加速度信息外,更為重要的是需要利用加速度的時域積分,獲得船體速度。
目前皮艇速度的測量主要可分為接觸式和非接觸式兩種,其中接觸式測速裝置檢測船體相對于水流的速度,由于傳感器只能置于船體的某一個部位,因此實際上測定的是流速場某點的流速,所以傳感器在水中的深度、離艇的距離和安裝在艇上的位置都影響速度的測量精度。非接觸式測速裝置多采用GPS(Global positioning system)或者高速攝影方法。高精度差分GPS定位誤差可控制在10 cm以內,但是其數據刷新頻率較低,只能反映一段時間內的宏觀速度,無法測量每一時刻的實時速度。高速攝影方法受攝像機視野的限制,只能測量出很短距離艇的運動速度,而且需要大量的事后處理工作[8]。
利用加速度信號的時域積分計算速度是一個非常直觀的思路,可避免上述接觸式、非接觸式速度測量存在的問題。但傳統的加速度測量中,動態加速度信號和重力加速度信號交叉干擾,容易產生較大的測量誤差。針對這一問題,我們利用磁傾角輸出作為補償數據源,取得了理想的測量精度,并在實際測量應用中得到成功驗證。
1.3測試指標測試系統可以提供任何時刻的船體加速度、槳力信息、船體姿態信息,在此基礎上,可以導出的參數主要包括:1) 動力學信息:每槳最大力量,每槳平均力量,每槳沖量,每槳做功,每槳功率,以及上述參數在任意時間或距離內的統計信息。2) 運動學信息:船速,船體加速度,位移,槳頻,拉槳時間,有效拉槳時間,回槳時間,單槳位移,單槳最大最小和平均船速,以及上述參數在任意時間或距離內的統計信息。3) 船體姿態信息:船體上下顛簸、左右搖擺的速度和幅度,以及上述參數在任意時間或距離內的統計信息。
有了這些基礎數據,可以從運動學和動力學角度出發,對運動員專項競技能力進行分析和評估。
1.4分析方法反映運動員競技能力的最直接指標是測試成績,因此我們以船速為因變量,以測試所得的30余項動力學、運動學指標為自變量,采用多因素逐步回歸分析法,初步篩選出能夠有效反映運動員專項技能的主要因素。需要說明的是,限于篇幅本文沒有涉及船體姿態信息。
2專項競技能力評估方法
下面以我國某優秀女子運動員在GAⅢ強度下,單人皮艇500 m的測試數據為例,從運動學和動力學角度出發,進行競技能力評估和分析。我們將該運動員關鍵的動力學、運動學信息每50 m做一次平均,顯示在表1中,表2簡單介紹了各參數的基本含義。
圖3顯示的是在GAⅢ訓練強度下,500 m測試過程中隨機抽取三次劃槳的槳力信號對比,結合表1和圖3可以得到以下結論:
1) 高水平運動員技術動作定性,槳力信號具有很好的重復性。
2) 左側拉槳時間占左側動作周期的比例約為65%,右側拉槳時間占右側動作周期的比例約為68%,上述比例不隨槳頻的變化而產生明顯的差異,說明高槳頻并未犧牲拉槳時間。
3) 右側槳葉入水產生的瞬時力量峰值較左手小,說明右側入水更加柔和,槳葉包水效果更好。
4) 左右側槳力曲線前坡均很陡峭,說明槳葉推進力作用迅速;左右側槳力曲線后坡均很陡峭,說明槳葉出水快速,無帶水現象[9]。
5) 左側槳力曲線達到頂峰后,衰減很快;相比較而言,右側槳力曲線則平坦、飽滿。
6) 總的來說,該運動員右手技術動作好于左手,這一點與教練員的判斷是一致的。
2.2專項身體素質分析
圖4顯示的是500 m全程中,船速、槳頻和左右側平均槳力的變化趨勢。結合表1和圖4,可以得到下面的結論。
1) 左側最大槳力平均為220 N,右側最大槳力平均為212 N,說明與左側拉槳動作有關的肌群最大力量、最大速度力量優于右側。
2) 訓練過程中,左側最大力量衰減32.5%,右側最大力量衰減19.6%;左側平均力量衰減37.4%,右側平均力量衰減19.1%。說明與右側拉槳動作有關的肌群速度耐力優于左側。
3) 在國家女子皮艇隊中,該運動員左側拉槳最大力量居第3位,右側拉槳最大力量居第4位,左側拉槳平均力量居第2位,右側拉槳平均力量居第6位。
4) 該運動員左側拉槳動作相關肌群的速度耐力是相對薄弱環節,在日常訓練中應加以重視。
2.3競速結構分析
圖5顯示的是500 m全程速度圖,其中藍色線條反映了船速的動態變化過程,結合圖4、圖5和表1可以得到以下結論:
1) 起航后,經過5.9 s時間、17.3 m距離,一個動作周期的平均船速即達到全程平均船速;起航階段共計9槳,起航平均槳頻為99.3。說明該運動員的起航是成功的。
2) 21 m處,槳頻達到最高峰120;此后槳頻呈馬鞍型分布,21~150 m區間內槳頻逐步下降,150~380 m區間內槳頻保持在112左右,380~500 m區間內槳頻上升至114左右。根據張滬等人的研究,國際大賽中優秀運動員絕大多數采用這種槳頻結構[10]。
3) 起航后,經過10.5 s時間、38 m的距離,船速達到高峰;船速高峰穩定維持至35.6 s、160 m;自此以后,船速穩步下降。
4) 該運動員在后120 m提高了槳頻進行沖刺,但是由于槳力的穩步衰減,尤其是左側槳力衰減嚴重,導致沖刺階段速度無法得到提升,反而呈現穩步下降的趨勢。
2.4動力保護問題流暢一直是水上運動所追求的目標,所謂不流暢,指運動員完成劃船動作時,表現為劃得緊、動作僵、不連貫,給人感覺好像總是斷斷續續,流暢性不夠,實效性差[2]。這是基于多年現場工作經驗的一種很通俗的描述形式,從另外一個角度看,不流暢也就是每一個劃槳周期中,船速的波動大,給人的視覺造成了一種斷斷續續的感覺。
單槳周期內船速差(最高船速-最低船速)是衡量一個運動員動力保護能力的重要指標,用VDF表示。可以想象,船體的平均船速也會影響該指標,平均船速越高,則VDF相應越大。因此更為合理的指標應該是VDF/V_B,其中V_B表示平均船速。
在研究VDF和VDF/V_B的時候,需要排除起航階段,因為這時候船體自靜止開始加速,每一槳速度差不能反映真實的動力保護水平。
通過比較,該運動員的VDF數值在國家女子皮艇隊中處于倒數第三位,VDF/V_B數值處于倒數第一位,這說明該運動員動力保護做得好。
2.5槳力效率評估水流對槳葉的作用力(槳力)大部分成為推進船體的動力,少部分則用于維持船體的平衡。因此,我們定義槳力效率為:運動員槳力有多大程度轉化為對船體的有效推力。
基于上述分析,可以提出一種基于能量守恒定律的槳力效率評估方法,考察自至時間段內,人船槳系統在阻力和槳力共同作用下的能量轉換情況:
劃船效果將動力學信息(槳力)和運動學信息(船速)直接聯系起來,不僅表達了運動員技術動作的完善程度,也表征了某個運動員是否適合皮艇項目。換句話說,體重大、力量大的運動員成績往往并不優于體重輕、力量弱的運動員。
3結論
皮艇項目對于力量和技術都有很高的要求,結合實船運動學動力學信息,對運動員競技能力進行綜合分析評估,可發現運動員的薄弱環節,對于教練員制定科學訓練計劃具有重要意義。本文從槳力信號特征分析、專項身體素質分析、競速結構分析、動力保護問題、槳力效率評估、劃船效果評估等幾個方面,介紹了皮艇競技能力評估的基本思路和方法。所論述的技術指標和評估方法,對于劃艇項目和賽艇項目也具有參考價值。
在將來的工作中,擬綜合采用多種統計分析方法,對動力學、運動學和船體姿態等指標進行分析,確定各代表性指標及其權重,試圖建立皮艇專項競技能力的評價標準體系,為日常訓練和運動員選材提供科學依據。
參考文獻:
[1] 王衛星.2004年中國皮劃艇運動員的體能訓練特點與實踐[J].山東體育學院學報,2005,21(2):5-8.
[2] 崔大林.皮劃艇項目科學化訓練的探索[J].北京體育大學學報,2004,27(12):1585-1591.
[3] 劉愛杰.雅典奧運會我國皮劃艇實現歷史性突破的核心啟迪[J].山東體育學院學報,2005,21(2):1-4.
[4] 曹景偉,劉愛杰,袁守龍,等.皮劃艇項目短期內實現奧運金牌零突破的系統思考[J].天津體育學院學報,2005,20(2):1-10.
[5] 曹景偉.面向2008年奧運會我國優秀皮劃艇(靜水)運動員科學選材的理論與實證研究[D].北京體育大學博士學位論文,2004.
[6] 周學軍,薛冰.我國皮劃艇專項力量訓練存在的誤區和思考[J].武漢體育學院學報,2001,35(2):104-106.
[7] 葛新發.賽艇水動力性能和運動員機能的評定研究[D].武漢理工大學博士學位論文,2004.
[8] 艾康偉,何申杰.賽艇、皮劃艇GPS測速儀的研制[J].體育科學,1999,2(2):12-15.
[9] 葉國雄,等.劃船運動概論[M].北京:人民體育出版社,2000:179-183.
[10] 張滬,王亞華,曹曉霞.優秀皮劃艇運動員的比賽策略研究[J].武漢體育學院學報,2005,39(7):74-79.
[11] A. Dudhia. Basic Physics of Rowing..
[關鍵詞]實驗教學改革; 藥代動力學設計性實驗; 臨床藥學教育
[中圖分類號] R969.1[文獻標識碼]A [文章編號] 1005-0515(2010)-9-177-02
Pharmacokinetics experimental teaching reform and practice
Liu Qi,WangCangyuan,Liu kexin*
(School of Pharmacy, Dalian Medical University, Dalian 116044)
[Abstract]As the Clinical Pharmacy professional education get more and more attention, the status of pharmacokinetics courses have gradually been recognized. Therefore, This article discussed how to plan carrying out the designed experiment education through the reform and analysis of the traditional pharmacokinetic experimental teaching.And the designed experiment has been performed in terms ofteaching content, teaching method and other aspects of the in-depth study and practice.
[Keywords]Experimental teaching reform; Pharmacokinetic design of experiment; Clinical pharmacy education
藥物代謝動力學(pharmacokinetics ,PK,以下簡稱藥代動力學) 是定量研究藥物在生物體內吸收、分布、代謝和排泄變化以及體內藥物濃度隨時間變化規律的一門科學。根據這些變化和規律,在臨床上為個體病人制定出合理的給藥方案,達到安全、有效的藥物治療效果。藥代動力學的基本理論對新藥研制及臨床治療方案的設計具有重要的實用價值[1]。
鑒于上述藥代動力學的重要性,為了使學生在今后的工作中更好地將藥代動力學的研究方法應用于臨床,指導臨床合理用藥,我院自1993年起對臨床藥學本科生開設了臨床藥物代謝動力學理論和實驗課程,至今已有十七年歷史,培養了十余屆從事藥代動力學研究的臨床藥師。
通過十余年藥代動力學的實驗教學,我們體會到,實驗教學效果直接影響整體教學質量水平的高低。因為實驗課不僅僅是理論課的簡單補充,更是綜合培養學生素質的有機組成部分。然而隨著時代的發展,漸漸發現傳統的實驗教學過度強調以實驗驗證理論的教學思想,而忽視了學生學習的主動性和創造性。因此,如何更好地培養培養學生的動手和獨立思考能力,以適應新世紀對復合型人才的要求,是實驗教學改革的當務之急[2]。
針對過去實驗中存在的不足,作者在教學方法上進行了由灌輸式教學轉變為啟發式教學的教學改革,即注重能力的培養,使學生從被動學習轉為主動帶著問題學習,變簡單操作為結合實際靈活應用實驗結果,同時也將教師的示教與演示轉變為學生自己設計實驗。自己動手摸索,教師輔助指導,為學生提供了積極思維的空間。此外,為了進一步使學生將藥代動力學理論有機的結合于臨床應用,我們對以往的實驗內容進行了大膽的改革,取消了過去的長春西汀在家兔體內研究實驗,因為該實驗內容簡單,無法得到系統的藥代動力學參數,更不能進行臨床給藥方案的設計實驗。而且,檢測手段為外標法,方法陳舊,實驗誤差大,無法滿足現今學生動手操作儀器的能力要求。因此,我們在改善了學生實驗室條件的情況下,增加了用高效液相色譜法(HPLC)測定頭孢拉定家兔血尿藥濃度及頭孢拉定臨床給藥方案的設計研究兩項實驗內容,并編寫了實驗講義。這個實驗的優點是 1.檢測手段及檢測方法先進,采用了檢測水平更為精確的內標法。使學生有更多的機會提高學生動手能力。2.改革后的實驗是一個完整的藥代動力學綜合設計實驗,有助于學生了解藥物體內動態研究的全部過程,更好的理解理論知識,為學生將來在工作崗位上能夠自主進行個性化給藥方案的設計打下堅實的基礎。
結合該教學改革的經驗,我們提出幾點體會和建議。
1 教學實驗改革方法的實施和改進
1.1 精選實驗教學內容
藥代動力學實驗是在臨床藥學專業的學生中開展的。因為臨床藥學專業教育是以培養臨床應用型藥學人才為主要目標,而在新制定的教學大綱中已明確要求學生掌握新藥臨床前藥代動力學研究和藥動學數據的曲線擬合、藥代參數意義以及常用軟件的使用。因此我們教學改革的目的就是配合實驗大綱要求,使學生通過實驗過程學習設計個性化給藥方案,了解藥代動力學參數的臨床應用意義。
在實驗前,先將學生分為四人一個課題小組,進行實驗基礎知識和技術及實驗課題設計的專題講解,使學生掌握高效液相色譜儀的基本操作,熟悉基本實驗設計原理與方法,培養學生觀察、記錄實驗結果及收集、整理實驗數據的能力。同時讓學生去查閱藥物相關文獻資料,指導學生進行實驗設計。在實驗過程中,指導學生正確采集實驗測定所需的血漿樣品和尿樣;獨立操作HPLC進行濃度測定;采用所學過的理論知識和公式對數據計算整理綜合;并且學會使用國內通用的藥代動力學軟件(3P97),對自己的實驗結果進行綜合分析。形成報告時不僅要求學生提供本組數據的分析及相關的臨床給藥方案設計計劃,還要求學生將本班全部小組的數據進行數據整體擬合,并對擬合后的結果與自己小組的結果差異給出合理的解釋。該實驗改革大大提高了學生的科研興趣及動手實踐能力,而且使其對藥物體內過程的變化有了清楚的認識。
1.2開展設計實驗,培養學生的創新和探索能力
與過去的陳舊實驗相比,本次實驗改革是將過去的單一的抽血測濃度實驗轉變為開展綜合設計實驗。這次改革更著重于對實驗數據進行科學的分析、綜合與總結。使學生能根據所得血藥濃度及尿藥濃度的結果,利用相關理論、公式及軟件綜合計算出實驗動物的體內藥代動力學參數值,模擬新藥臨床前的藥代動力學研究,從而設計臨床個體化給藥方案,以小論文形式寫實驗報告。從而讓學生自主且系統地完成一次藥物體內代謝規律的研究,以此培養學生科學的思維方法,激發學生的創造性思維,并啟發學生將自己的實驗結果與臨床用藥基本理論相結合。本實驗結束后,教師將實驗報告的成績以十分制計入理論考試的總成績內,以此來檢驗學生理論聯系實踐和發現問題、解決問題的能力。
1.3 改進實驗教學方法
在過去的實驗教學中,每次實驗課開始時都花很多時間講實驗步驟、方法及相關理論知識。由于實驗步驟太繁瑣、方法太抽象,老師越講學生越感模糊。因此,在教學方法上我們也做了適當的改變。對于與實驗相關的理論知識及實驗步驟,要求學生事前預習,教師在課堂上只講重點和注意事項。對于在實驗計算和方案設計中所遇到的實際問題,鼓勵學生去圖書館查資料或進行學生小組討論,通過學生的集體討論、交流以及教師的從旁指導來共同解決問題。實驗結束后,教師引導學生對實驗結果進行分析、綜合,做出恰如其分的結論,并對實驗所出現的一些問題進行討論分析,找出原因。
通過本次實驗教學改革,學生也能做到根據理論課所學的原理及實驗所得的數據,自行完成藥物體內代謝過程的研究。教師在此過程中要指導學生進行實驗設計,幫助學生解決遇到的難題,并使學生充分了解藥物體內動態變化的全過程。而學生可以通過實驗數據的處理,掌握藥代動力學參數的計算方法、相關理論及臨床應用。從而學生能初步掌握實驗設計要隨機、要有對照組、要有可重復性等原理,培養了一定的實驗思維為其后來自行設計實驗打下良好基礎。
2 改革效果
我們在教學方法和內容上都進行了相應的改進后,該實驗改革試行了一年,并進行了問卷調查。學生普遍反映實驗的總結對培養他們分析綜合能力幫助很大。共有68名學生參與了調查,其中97.1%的學生認為,這種系統的自主實驗過程讓他們提高了動手能力,也加深了對藥代動力學軟件應用的理解。98.2%的學生贊成該實驗改革,認為該實驗改革能更好地加深學生對藥代動力學理論的認識,初步了解藥代動力學試驗的設計,明確了藥代動力學參數在臨床治療方案的制訂和合理用藥方面的作用,收獲很大。
我們體會到,通過對本次實驗教學的改革,可加深學生對藥代動力學學習過程中重點及難點的理解和掌握,增強了學生學習的主動性和參與意識,提高了教學效果。
3 討論及今后設想
目前的社會大環境正處在科技迅猛發展的時代,原有的教學模式面臨著新的挑戰,要順應時代的潮流變化在摸索中不斷改革,才能不落后于時展。
本次教改雖然具有方法直觀、利于理解和掌握且緊密聯系實踐的優點,并取得了可喜的教學效果,但仍存在一些問題。如耗時過長,且對于實驗條件的要求較高,對學生的操作能力也同樣有較高的要求。另外,目前的藥代動力學理論授課為48學時,實驗為16學時,實驗課課時明顯不足。因此建議能否適當增加實驗課的學時。此外,在今后實驗條件允許的情況下,在開展動物實驗為主的前提下,和臨床教學醫院聯合,增加人體藥代動力學研究實驗的內容,更好地增強學生理論與臨床實踐相結合的能力。
總之,提高教學質量需要我們進行不斷的改革與探索。在藥代動力學實驗教學中,我們將認認真真、持之以恒的做好每一項工作,樹立科學的教學觀、質量觀和人才觀,充分調動教師教學和學生學習兩個積極性,增強學生學習能力,全面提高藥代動力學實驗教學效果。
參考文獻
摘要:當今時代急劇變化的外部環境對企業的績效管理水平提出了新的要求,傳統的績效管理方法已經不能滿足企業的需要。平衡計分卡作為一種重要的戰略績效管理方法,一經提出就受到了廣泛的關注和應用,但是平衡計分卡自身也存在動態復雜性不足等理論缺陷。在分析平衡計分卡和系統動力學兩者關系的基礎上,給出兩者相結合的實施步驟,為戰略績效管理提供決策支持。
關鍵詞:平衡計分卡;系統動力學;績效管理;動態復雜性
平衡計分卡作為一種重要的戰略績效管理工具,它引進了三個方面的非財務評價指標,彌補了傳統績效評價偏重財務指標的不足,并站在戰略的角度,抓住企業成功的關鍵要素,成為企業制定戰略、實施戰略、進行績效評價的有力工具。但是,平衡計分卡四個層面之間是簡單的線性因果關系,而企業經營活動是一個動態復雜的過程,各策略目標之間具有非線性、因果反饋、時間延遲的特性,而這些特性正是平衡計分卡所缺少的。由于平衡計分卡沒有考慮到企業的動態復雜性,一些企業在引進平衡計分卡后并沒有達到預期的實施效果。因此平衡計分卡的動態性不足問題亟需改進以促進其實施效果。
平衡計分卡若要有效地將戰略展開成各維度,甚至每個員工的目標與指標,關鍵在于必須理清這些指標間的因果關系。在實際操作中,平衡計分卡只提供了架構,卻無建立因果關系的方法。其次,平衡計分卡也未考慮因果關系中的時間延遲,而這些缺陷正是系統動力學的長處所在。事實上,平衡計分卡的創始人Kaplan和Norton也早已認識到平衡計分卡這方面的不足,尤其在有因果反饋的動態復雜情況時,他們也建議采用系統動力學的方法來彌補這些不足。
由于系統動力學有助于理清復雜系統的因果關系,將它與平衡計分卡結合,可輔助平衡計分卡指標之間因果關系的建立,促進平衡計分卡的有效實施。本文首先分析了平衡計分卡的動態不足性和系統動力學的有點,在回顧系統動力學和平衡計分卡兩者相結合的相關研究的基礎上,分析了兩者間的共性和互補性。在此基礎上,給出系統動力學和平衡計分卡相結合的結構框架圖和具體實施步驟,為平衡計分卡的更加有效的實施提供借鑒。
一、平衡計分卡和系統動力學相結合的研究
根據Lewy和Dumee對荷蘭公司進行的調查,發現約70%實施平衡計分卡的組織都沒有達到預期的目標[1]。有關學者針對平衡計分卡因果關系、時間延遲和非線性等動態復雜性不足問題開始探討其改進方法,其中以基于系統思考的系統動力學和平衡計分卡相結合的研究居多。Ahn認為平衡計分卡只提供一個架構并沒有給出策略目標間的因果關系的建立方法,而且策略目標的選取和各指標的目標值的得出也沒有理論依據。就管理控制的角度而言,平衡計分卡只能算是診斷式控制系統,而非交互式控制系統[2]。
Norrtklit認為存在于平衡計分卡各層面間的因果關系已經超越了單向因果關系,甚至是雙向非線性的復雜關系,然而這種復雜因果關系卻無法在平衡計分卡中表現出來[3]。Wolstenholme以反饋回路的角度來定位平衡計分卡,將平衡計分卡放入目標與執行過程當中,形成完整的調節回路,形成一個不斷反饋修正的循環。針對平衡計分卡注重靜態績效衡量,忽略了對策略執行結果的動態監測問題,提出利用系統動力學的反饋控制的優點來增強平衡計分卡的動態性[4]。Schoenebron認為Kaplan和Norton所提出的平衡計分卡只是以部分因素之間的簡單因果關系為基礎,其常常因為動態復雜性而導致企業推行平衡計分卡的失敗,應當運用系統動力學的因果反饋加以控制[5]。
Atkinson認為,隨著市場的變化和外部環境競爭加劇,戰略和目標本身也在隨著企業經營環境變化而不斷變化,對于相對缺乏彈性的平衡計分卡需要改進[6]。Malmi通過在芬蘭的實證研究發現,多數使用平衡計分卡的企業對于四個層面以及單個層面的指標之間的因果關系并不明確[7]。Akkermans和Oorschot回顧過去的相關文獻,歸納出平衡計分卡在績效評價方面的優點,并重點評述了由于其在因果關系、時間延遲及反饋機制方面的不足。他們認為這些不足常常造成決策者的錯誤判斷和決策,并提出可以采用系統動力學來彌補其不足在此基礎上提出一種平衡計分卡與系統動力學結合的兩階段建模步驟,即先進行定性的因果關系圖形描述,然后進行定量仿真。通過對荷蘭一家保險公司的應用研究,提出了直觀看起來是相互矛盾的目標實際上是相互促進的。系統動力學模型的分析也證明:與事先的管理直覺相反,績效可能必須先降低然后在將來才能產生更明顯的改善[8]。以上研究都論證了平衡計分卡與系統動力學相結合的必要性,認為兩者的結合彌補了平衡計分卡本身的動態復雜性不足。Sterman等人針對仿真設備公司因實施平衡計分卡式的績效制度與TQM的改善活動所引發的副作用,以系統動力學方法進行診斷。結果發現由于平衡計分卡制度中因果關系的動態復雜,導致當個別績效指標改善后,整體狀況卻變得糟糕。雖然該研究主要并非以系統動力學作為平衡計分卡設計后的評估,不過可由此顯示系統動力學確實可用于平衡計分卡設計的改進[9]。以Linard為首的研究團隊集合了學術界與顧問界的人力,針對澳洲公部門的績效管理發展了一套結合系統動力學與平衡計分卡的整體式方法。由于系統動力學模式中的變量與平衡計分卡中的指標一致,因此可降低導入后使用與維護的成本。該方法的進行過程乃是系統動力學與平衡計分卡同時并進。先將系統思考與平衡計分卡的概念介紹給設計團隊,而后以共同參與的方式,由外部顧問提供方法與工具,協助設計團隊發掘關鍵績效指針,并建構系統動力學模式。此外,為了讓關鍵績效指針的選擇以及指針間的因果關系辨認過程更為理性嚴謹,他們以階層式聚類分析法作為輔助工具,最后通過系統動力學模式加以驗證[10]。
Todd與Palmer發展了一套方法,應用于紐西蘭的某地區政府。該方法將設計過程分為三階段,每一階段都由顧問引領組織中負責設計的人員共同參與完成。第一階段將組織現狀與所處的相關環境與脈絡以圖像的方式表達出來;第二階段則導入平衡計分卡與系統思考的概念,找出關鍵績效指標以及關鍵成功回路;第三階段建立系統動力學模式,以進一步設計并檢驗平衡計分卡設計的藍圖[11]。
以上研究都以實證的方式論證了平衡計分卡與系統動力學相結合的可行性和必要性,兩者的結合彌補了平衡計分卡本身的不足,增加了平衡計分卡的動態性,并為相關行業實施平衡計分卡提供了更加富有意義的借鑒,但是均為深入分析兩者的關系,具體給出兩者相結合的理
論框架和具體步驟。
二、平衡計分卡的理論缺陷分析
平衡計分卡在實施的過程中出現了一些困難和問題。首先,由于平衡計分卡無法對戰略目標和績效指標間的關系進行動態的模擬和分析;其次,平衡計分卡的單向因果關系無法衡量現實中存在因果反饋和非線性關系的復雜企業經營活動;第三,平衡計分卡在將戰略目標轉化為行動目標時,沒有考慮到組織的動態復雜因果關系,最終導致組織中部門利益沖突;第四,對于戰略的動態演化無法描述,忽略時間延遲的問題同樣會使戰略的制定失去焦點。這些問題的出現根源于平衡計分卡在理論上的缺陷。
1.忽略時間延遲性。時間延遲的存在使得行動的結果只能以漸進的方式產生,如果未被察覺或充分了解,就容易造成企業改善結果的行動矯枉過正或者不及。事實上,決策者在實施策略時存在時間延遲的問題,當管理者改善平衡計分卡中領先指標時,需要同時考慮落后指標的時間延遲現象。然而平衡計分卡比較重視策略制定和績效評價,對于因果關系中因與果之間的時間延遲問題,平衡計分卡沒有合適的解決辦法。
2.平衡計分卡的靜態性。平衡計分卡的核心偏重于靜態某一點的效果,缺乏實施動態變化情形的描述。平衡計分卡雖然引入了非財務的績效驅動因素,強調以戰略的眼光來評價組織的行為績效,但是它只是對當今狀況的靜態性評價,并沒有指出引入了這些非財務的績效驅動因素后組織績效將來的發展狀況。因此,這種靜態的評價只能給決策者一個現在狀況的直觀反映,不能夠對未來的發展做出趨勢性的預測。
3.單向因果關系。平衡計分卡不能有效地反映系統內部因果關系的完整性。平衡計分卡的單向因果關系無法衡量現實中存在因果反饋和非線性關系的復雜企業經營活動。平衡計分卡中單向因果關系反映的只是動態性復雜現象的其中一面,某個結果可能是由很多原因造成的,可能只包含了部分原因而將其真正原因或主要原因遺漏,容易造成對現象片面、短視的理解。
4.因果關系的非線性。平衡計分卡將戰略目標展開至行動目標時,缺乏考慮組織的動態復雜因果關系,以簡單的線性方式展開目標,最終會導致組織中各部門之間的利益沖突。非線性因果關系,指兩個變量之間的函數關系不是直線關系,而是一條曲線關系。多數情況下系統內部因素之間多為非線性關系,對于處理此類問題平衡計分卡還缺乏合適的解決方法。
三、平衡計分卡和系統動力學之間的關系分析
平衡計分卡及策略地圖表達的是線性因果關系,然而企業經營活動是一個動態復雜的過程,各策略目標之間具有非線性、因果反饋和時間延遲的特征,而這些特征正是平衡計分卡和策略地圖所缺少的。平衡計分卡與系統動力學之間既有共性又有互補性,他們之間的結合才具有可能性和必要性。
(一)兩者間的共性分析
在企業戰略目標實現的過程中,平衡計分卡與系統動力學并不是完全獨立的兩個部分,兩者的共性為動態平衡計分卡思想提供了必要的前提基礎。
1.系統思考與系統分析。平衡計分卡強調四個維度,從財務與非財務指標方面全面衡量企業績效,這正是系統思維的體現,而要求對企業戰略與目標的層分結構正是系統分析的運用。系統動力學以系統為研究對象,重點關注系統的反饋動態性復雜分析,必然以系統思維統觀全局,以系統分析為其建模的基本手段。二者的指導思想與分析手段的一致,是相互融合的基礎。
2.策略地圖與系統流圖。策略地圖是組織戰略交流和戰略實施的描述,它提供了一個描述戰略的統一方法,可以更好地建立和管理戰略目標和各項指標。策略地圖是平衡計分卡構建與實施的中間環節,也是平衡計分卡維度與指標因果關系的集中體現。因此,如何建構策略地圖十分關鍵。系統動力學模型圖是系統動力學建模的基礎,也是系統分析的基本成果。策略地圖與系統流圖都是因果關系的集中體現,因此可利用系統動力學的系統流圖建模方法來實現策略地圖的建構,并轉換成系統動力學模型圖,進一步進行仿真模擬。
(二)兩者間的互補性分析
平衡計分卡的簡單因果關系以及沒有考慮到時間延遲等缺陷導致其實施效果不如預期,而系統動力學長于處理復雜系統。兩者的結合可有效地彌補平衡計分卡所欠缺的動態復雜性不足,增強平衡計分卡實施的動態性。
1.簡單因果與復雜因果反饋。平衡計分卡指標的因果關系鏈把各種因素結合起來描述了企業組織戰略,描繪出取得戰略成功的特定路徑,并描述如何從指標的結合中衍生出價值創造。平衡計分卡將策略目標展開至執行目標時,缺乏考慮組織的動態復雜因果關系,以簡單的線性方式展開目標,最終導致部門利益沖突。平衡計分卡四個策略層面之間的互動關系并不是單向的因果關系,而是雙向的交互影響關系。系統動力學的因果反饋是指變量間的因果關系并非單向的而是雙向的,變量本身既是因又是果。系統動力學擅長處理復雜因果反饋關系的問題,它將因果反饋關系分成正反饋和負反饋,進而能夠定量地解釋系統的行為。
2.靜態性與動態性。平衡計分卡四個層面的目標和指標之間的因果關系稱為靜態機制。平衡計分卡所強調的核心偏重于靜態某一點的效果而較缺乏對企業實施策略與績效評價的基于時間的動態變化情況的關注。系統動力學模型采用雙向、動態且具有正負相關的因果反饋環,取代了平衡計分卡單向靜態的因果關系。系統動力學的系統思考的哲學理念與方法為平衡計分卡提供了解決動態復雜性的思路。平衡計分卡中戰略目標、指標與行動之間的因果關系所產生的動態性復雜常造成決策者關注短期而忽略長期,進而造成管理者制定不合理的策略和資源分配方案。通過利用系統動力學來理清企業所處的復雜系統,可以幫助企業找到驅動企業長期績效增長的關鍵因素和領先指標,有助于決策者在制定決策時能夠系統地考慮各因素做出科學合理的資源分配,促進企業的長期可持續發展。
四、平衡計分卡和系統動力學相結合的步驟
基于平衡計分卡和系統動力學兩者之間的共性和互補性分析,在整理分析兩者相結合的研究基礎之上,給出兩者相結合的步驟,為平衡計分卡的更加有效地實施提供借鑒。利用系統動力學方法來解決平衡計分卡因果關系中的反饋性、時間延遲和非線性關系等問題,幫助企業以策略地圖及平衡計分卡搭配系統動力學方法建立一個簡單易操作的動態戰略績效管理程序和方法,其具體實施步驟可以分為五個步驟具體如下:
1.確定組織的戰略目標。系統詳細地了解高新技術企業內外部環境,通過SWOT分析等戰略分析方法分析討論,確定組織存在的使命、價值觀、愿景以及戰略目標。(1)使命說明。企業存在的目的是什么?(2)澄清價值觀。我們所重視的是什么?(3)定立愿景。我的想被怎么樣看待?(4)確定戰略目標。
2.制定各層面的目標并描繪策略地圖。依據策略方向規劃并描述策略目標,依其財務、顧客、內部流程、學習與成長等四個層面的目標項目,以及它們之間的因果關系,描述創造價值的策略架構。財務績效是一個落后指標,是組織成敗的終極定義。針對目標顧客能獲得成功,將是改善財務績效的首要因素。內部流程的績效,主要在為顧客創造其價值主張。學習與成長的目標中,無形資產是持續性價值創造的終極來源。
3.建立因果關系圖。通過問卷調查理清各個層面衡量指標之間的因果關系,繪出指標之間的因果關系圖。通過問卷調查收集專家以及企業管理人員對于各指標之間關系的描述,運用圖示的方式找出主要指標和次要指標,在實際的應用中可以理清組織各層面指標間的相互關系。
4.建立系統動力學模型圖并檢驗修正。依據因果關系圖各個指標之間的因果關系,使用建模工具進一步定義出各個變量之間定量化的數量關系,建立系統動力學模型圖。對系統動力學流圖進行有效性檢驗,針對建立的模型向有關人員咨詢,以檢查其是否符合實際情況,不斷地修正模型設計,以符合真實情況。
5.策略仿真與選擇。首先,仿真分析包括對企業內外部環境的變化以及擬采用的策略進行動態仿真。一方面,可以將環境的變化對觀測指標的影響趨勢清晰地在時間軸上描述出來;另一方面,也可以針對環境的變化給出相應的策略,并仿真分析各個策略的實施效果進行比較,從而可以判斷出策略執行結果的優劣可作為策略調整與政策規劃的參考,為企業的績效管理提供決策支持。其次,利用系統動力學的仿真模型,可以尋找系統中的領先指標。可以找出變量變化的先后順序,進而得出那一些是領先指標,那一些是落后指標。系統動力學方法建模測試后,可進行策略目標行動規劃的策略調整與政策設計,而在副作用因果關系分析時,可找出相關的績效指標進行模擬與管理。
五、應用研究
H企業通過調查研究發現企業部門間各自為政,橫向相互沖突等現象比較嚴重,企業的戰略和績效管理相脫節,績效評價和績效改進不能有機地結合。同時企業也需要更好的管理工具來分析資料以提供更快、更準確的信息來加強部門間的溝通與協調。如何快速理順內部管理,把員工的績效都聚焦于公司的戰略上、實現績效評價和改進相結合成為企業關注的焦點。