導語：如何才能寫好一篇系統動力學論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

在項目實施的過程中，受內外部因素變化的影響，實際輸出的成本、進度、質量會偏離原計劃目標，而成本控制就是在成本的形成過程中，對生產經營所消耗的人力、物資、費用開支等進行指導、監督、調節和限制，把各項費用都控制在計劃成本范圍之內，保證成本目標的實現。以往學者們在研究系統動力學與成本控制問題時，都將研究重點放在工程項目成本上，本文則從施工企業角度全面系統分析，輔助企業管理人員的決策行為。

1.1施工企業成本控制系統結構模型

根據施工企業成本構成內容及企業價值活動，本文用因果關系圖表示了包含外部關聯、企業輔助活動以及項目實施三個基本結構的施工企業成本控制系統結構模型。此模型主要目的是用來幫助施工企業管理人員從宏觀角度掌握施工企業在建筑市場這一大環境中所處的位置及相應的成本活動。循環1和2反映了目前施工企業所面臨的“僧多粥少”的競爭局面；循環9和10從戰略角度分析了政治、經濟、市場大環境的影響，當企業發展情況不樂觀時，勢必影響到企業相關管理活動，如企業技術開發和人力資源，也會對項目的實施產生負面作用，因此這種情況也刺激了企業獲得項目的渴望度；循環3、4、5、7、8表示了施工企業與其他市場主體發生的交易活動，產生了交易成本，具體表現在搜集信息、尋找目標、合同談判、爭議協調與解決等環節。交易成本并不創造實際的價值，卻構成企業成本的一部分，因此對于施工企業來講，如何在不降低生產效率的前提下有效地降低交易成本，提高企業的核心競爭力就顯得極其重要。施工企業若想獲得持續發展，可以從有過合作關系的供應商中選擇具有互補優勢的，與其建立長期合作伙伴關系，建立起信任機制，減少談判次數和沖突發生的頻率，降低交易成本，實現雙方共贏。循環6則說明施工企業充分掌握各項成本產生動因，并且采取有效措施來控制成本，最終會形成企業的核心競爭力，有利于市場競爭。

1.2項目成本控制系統結構模型

在圖2的基礎上進一步對項目實施過程的成本控制展開研究。本文借助于系統動力學，建立了工程項目成本控制系統結構模型，包含了返工循環、變更循環、波及效應、控制反饋回路四個基本結構。通過此圖，可以清晰地掌握模型中各個變量之間的因果關系以及各個環路的性質，可以幫助決策人員加深對成本系統內部反饋結構與動態行為關系的認識和研究，幫助管理人員更好地進行成本控制。

1.2.1返工循環返工循環是系統動力學項目模型中最重要的結構，學者們在研究項目管理問題時都會研究這一循環。它反應了工作任務的執行過程，由于項目的復雜性和不確定性，工作中不可避免地出現錯誤，錯誤發生的比例受工程質量控制。返工既耗費工時又花費成本，還伴隨著工作任務相互之間的撞擊效應的產生，惡化質量、進度、成本等問題。圖3中表現為循環1、4、10。

1.2.2變更循環對于任何一個工程項目而言，工程變更也是不可避免的，工程變更主要包括工程范圍、施工條件、工程設計、技術標準的變更。變更的提出方可以是施工企業，也可以是業主和設計單位，它往往會導致工期延誤、成本失控，甚至對勞動生產率產生負面的影響。作為施工企業管理人員要加強對工程變更的控制，發生變更時要及時做好現場簽證，估算變更成本，更新進度計劃，收集索賠資料等。在工程初始階段，要經常和業主溝通協調，盡可能把變更控制在設計階段初期，將變更帶來的損失壓縮到最小。

1.2.3波及效應波及效應是一個動態變化過程原本是指某條供應鏈上某個成員因某種行為的發生，導致某變量數量上的變動，該變量的變動又會通過供應鏈成員之間、供應鏈與供應鏈之間的相互聯系對整個產業鏈產生極大影響。在本系統中，它表現為成本控制帶來的副作用，是客觀存在的，但在實踐中很少受到重視。借助系統動力學可以如實地反應這種副作用給整個成本系統帶來的影響，它使系統問題變得更加復雜，有經驗的項目經理也不能保證對該類問題系統的思考和分析，由此可見系統動力學分析模型的優勢所在。

1.2.4控制反饋回路成本控制實現的是對項目成本的管理，保證成本、質量、進度三大目標實現最優化。為了最終實現計劃目標，管理人員要密切關注項目實際發生情況，及時收集相關的各種成本數據信息，與計劃目標做對比，發生偏離時及時采取糾偏措施，或調整資源計劃或調整目標投入，以確保項目的順利進行。

2結語

篇2

關鍵詞：欠驅動；機械系統；運動控制

欠驅動機械系統（英文全稱：underactuated mechanical systems）主要研究的是處于非完整多體系動力學控制問題。在動力學研究領域中，非完整系統作為速度約束系統，是不可積的，而欠驅動飛完整系統則是廣義的非完整系統，廣義坐標的維數超過了控制輸入維數的數量。欠驅動機械系統具有完全驅動機械系統所不具備的優勢，主要體現在控制輸入數比系統狀態變量的個數要低，但是會由于驅動的減少而降低系統的總質量和能源消耗，同時還能夠完成完全驅動的各項任務。

一、欠驅動機械系統的動力學模型

本論文采用拉格朗日動力學研究方法，建立陀螺擺動力學模型。

（一）陀螺擺動力學模型

陀螺擺動力學模型主要分為兩個部分，即機械臂和電機驅動下的圓盤。陀螺擺系統結構見圖1。

采用這種控制設計，可以使模糊搖起控制器在短時間內達到控制目標。當系統處于搖起的平衡區域內的時候，能量持續增長，并滿足了大于零的需求。但是，由于結構設計簡單，當第一桿搖起的時候，處于豎直位置，第二桿如果出現不同的狀態，就會導致切換的轉矩擴大，從而導致擺動角度快速變化，不夠穩定。

結語：

綜上所述，欠驅動系統的研究中，主要研究陀螺擺系統和機械臂Pendubot系統的平衡控制。但是，由于兩種設計結構都具有非線性特征，因此導致控制適應性較差，無法到達理想的控制效果。本論文通過建立陀螺擺和Pendubol系統的動力學模型，基于能量模糊控制，建立Pendubot系統搖起控制方法，并設計LQR方法的控制策略，實現了搖起與平衡感控制的平穩過渡。

參考文獻：

[1]張文增，陳強，孫振國，徐磊.高欠驅動的擬人機器人多指手[J].清華大學學報（自然科學版），2004.44（05）.

[2]賴旭芝，吳敏，余錦華. 欠驅動兩桿機器人的統一控制策略和全局穩定性分析[J].自動化學報，2008.34（01）.

篇3

為了進一步了解他的科研與教學情況，本刊記者（簡稱：記）對曹教授（簡稱：曹）進行了一次專訪。

科研：“我會再接再厲”

記：非常感謝曹教授能在百忙之中抽出時間接受我們采訪，希望這不會影響到您其他的工作安排。

曹：不必客氣，有什么問題你們可以隨便提問。

記：曹教授，我們知道您現在擔任哈工大航空學院的飛行器動力學與控制團隊責任教授以及動力學與振動控制實驗室主任，目前主要從事航天器空間飛行器然后航空發動機、大型發電機等復雜機構與結構的非線性耦合動力學與振動控制方面的研究工作。請問您是從什么時候開始研究的，目前主要取得了哪些成績？

曹：2006年5月，我結束在英國蘭開斯特大學的科研工作回國后，來到哈工大工作。此后，我就開始從事轉子系統，包括大型氣能發動機組、大型風力發電設備、航空發動機等旋轉機械的振動與穩定性問題的一些研究，并在轉子軸承的油膜力表征、帶葉片盤的轉子軸承系統的非線性振動、葉片機匣的碰摩力表征以及雙轉子系統的復合碰摩等方面都取得了一些成果。關于這方面的研究論文，主要發表在了英國《機械工程師會刊：工程摩擦學》、《摩擦學國際》、英國《聲與振動》、美國機械工程師協會的《振動與聲學》、《振動與控制》和《國際機械科學》、《振動與沖擊》、《力學季刊》、《航空動力學報》等國內外知名學術刊物，同時還包括一些在國內外的學術會議上報告和交流的一些論文。

2008年，我參加了國家自然科學基金重大研究計劃“近空間飛行器關鍵基礎科學問題”，并且主持了高超聲飛行器非線性耦合動力學與熱彈性顫振控制相關的兩個培育項目，因此在機翼以及臂板顫振和控制方面也取得一些成果，提出了包含非線性反饋在內的組合控制律，適用于不同飛行速度的遞進式控制律，不同程度地提高了顫振的臨界速度。這些相關的成果發表在《中國科學》、《非線性動力學》、《國際聲與振動雜志》等學術刊物上。

另外，在航天器研究方面，我從2010年開始著手研究航天器的部件以及衛星和火箭之間的隔振問題，包括主動隔振，被動隔振，主被動一體化的減振、隔振問題，同時還主持了相關的減振/隔振的幾個項目。從研究思路來說，我們主要是采取了電磁式的隔振器，包括這個現在用的很新的隔振平臺技術方面的工作，并且設計了相應的隔振平臺，從而獲得了比較好的隔振效果。目前，這部分工作還正在開展當中。

實事求是地說，這些年來我們的研究工作雖然已經取得了一些成績，但有很多工作還需要深入研究，還需要進一步努力，同時還要多跟國內外的同行進行交流。

記：說到學術交流，我們知道您參加過很多國內外專業學術討論會，并作了很多重要的學術報告，給您印象最深刻哪次會議，會議起到哪些作用？

曹：是的，我確實受邀參加過很多國際會議，在這些國際會議中，我大多擔任分會場主席，主持討論。此外，我自己也組織過相關的國際會議。要說印象最深刻的學術會議，我覺得2012年在北京召開的第23屆國際理論與應用力學大會（International Congress of Theoretical and Applied Mechanics，簡稱ICTAM）作為國際力學界最權威的學術聯合體IUTAM組織的最重要的學術大會，自1924年在荷蘭代爾夫特市首次舉辦后，每4年舉辦1次，迄今已經在世界范圍內成功舉辦了22次。由于IUTAM的權威性，ICTAM大會在國際力學界有著強大的號召力，被譽為國際力學界的“奧林匹克盛會”。由胡海巖院士主持召開。據不完全統計，有來自世界各地的1300多名力學工作者參加了第22屆ICTAM大會的學術交流，共收錄論文1322篇論文，其中包括來自中國大陸的近200篇論文。因此，從這個角度而言，這個會議能夠在我們國家召開，不僅是我國力學界的一次盛舉，而且充分體現了近年來中國力學水平的提高，是我們國家力學研究躋身于世界前列的一個表現。

對于這個會議，我的印象非常深刻，這個會議在我們國家召開，應該說對于我國的力學研究，尤其是動力學與控制及其工程應用的研究與發展起到了非常積極的作用。

記：作為哈工大航天學院的教授、博士生導師，您對我國航天事業現狀肯定有很深的了解。那么，您認為我國在航天航空領域還有哪些不足？

曹：我從事的是關于航天器結構振動與控制方面一些研究工作，所以還是著重從這個角度來談一談吧。應該說，我國近些年在這些領域的研究取得了很大的進步，但是還有很多相關的挑戰性的問題，比如大型航天器柔性結構振動對姿態運動、軌道穩定性等的影響，又比如說柔性結構振動與姿軌運動的協調控制器的設計與實現、連接鉸間隙帶來的非光滑系統動力學與控制問題，都需要深入的研究。

從航空領域來說，涉及大飛機的大展弦比機翼的顫振及其抑制也需要開展仔細地研究。此外，航空發動機轉子系統振動問題同樣是亟待解決的關鍵問題之一。

教學：“關鍵還是要培養學生的獨立科研能力和創新能力”

記：作為博士生導師，您最注重對學生哪些方面的培養，目前為止您培養過多少優秀的博士生，他們都在哪些領域為國家做著貢獻？

曹：就博士生培養而言，我認為最重要的還是要培養學生的獨立進行科研工作的能力，簡而言之，就是要著重培養學生的科研創新能力。也就是說，要在科研過程中，培養學生發現問題和解決問題的能力。當然，除了這些，還需要培養學生具備一些與科學研究相關的工作能力。比如說，從問題的提出到申請相應的項目，然后對這個項目進行相應的計劃和解決，最后寫出相應的科研報告等等，各個方面都需要培養。與此同時，導師還應當關注學生的修為和交流能力，比如說溝通與學術交流方面的能力培養、國際視野的培養等。

基于這些理由，我們會鼓勵學生參加相應的國際會議，并且也會派出學生進行聯合培養，同時我們因為自己組織過一些國際國內的學術會議，所以我們的學生在這個過程當中，也參與了這樣一個國際國內學術會議的組織安排等這樣一些工作。應該說，在博士生的培養方面，我們做的工作應該是比較全面的。

我在國外工作的時間比較長，2006年才回國，因此直到2006年我才開始帶自己的研究生。迄今為止，已有9人獲得了博士學位，他們分別在相關的科研院所和高等院校工作，如涉及航空航天的研究院所、南京理工大學、哈爾濱工程大學等單位。

至于說為國家做出了哪些重要貢獻，我想到現在還說不上。不過，從我了解到的情況來說，他們目前都已經在各自的工作崗位上發揮了一些積極的作用。

記：除了在哈工大從事教育工作，您還曾到香港、英國、澳大利亞等海內外進行訪問或教學，在這一過程您感覺和國外的教育方面有哪些差別？

曹：這個問題，我可以簡單地談一點自己的看法。1996年和1999年，我在香港理工大學的土木與結構工程系做了一些合作研究，2000―2006年在英國蘭開斯特大學物理系，也是做一些合作研究，后來去澳大利亞做了一個短期的訪問。通過在這些個國家和地區的合作研究，我本人也確實接觸到了一些新的東西，從而了解到國外教學與研究方式跟我們當然有一些區別。

我認為國外的教育跟我們最大的一個區別就是他們更注重啟發式的教學，并且更關注學生動手能力的培養，尤其是在研究成果的展示方面，外國的學生具有相當的優勢。因為他們從高中、大學、研究生到博士生都一直有相應的展示的機會，都要做相應的研究與交流，還要做相應的報告。所以國外學生在成果展示以及和外界的交流等方面，具有一定的優勢。但從另外一個角度來看，我們中國學生的基礎更好，更扎實，學的東西也更多一些。

因此，我們經常可以看到這樣一種情況，就是中國的學生大概在剛畢業的一兩年，如果要和國外的學生去競爭的話，那么在成果展示和交流能力方面可能會稍微差一些，但是一旦我們熟悉了國外學生的研究方法，應該說中國的學生還是很有優勢的。

目標：“教學與科研工作應當并舉，不可偏廢”

記：最后一個問題，就是說在未來您會偏重于教學還是研究？在您的研究領域還會做哪些努力？

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（1）世界模型:WORLDII和WORLDIII模型(Dennis，Meadows，1974年)，研究了世界范圍內人口、自然資源、工業、農業和污染諸因素的相互制約關系及產生的各種可能后果。

（2）國家模型:中國SD模型(SDNMC)建立于08年代末，能用于研究數十年乃至百年內中國發展總趨勢，揭示未來社會發展的矛盾、問題和阻礙因素，并提出預見性的發展戰略和建議。

（3）區域或城市經濟發展模型:西方城市SD模型(Jay.W.Forrester，1968年)揭示了西方國家城市發展、衰退、復蘇的內在機制;王其藩建立的中心城市技術開發與經濟增長的SD模型，研究了上海市城市碩士論文利技、教育、經濟三者的協調;張炳發建立的佳木斯市宏觀經濟系統仿真模型，研究了城市宏觀經濟系統的結構和功能;吳健中等人建立的新疆社會經濟發展的SD模型，探討了新疆社會經濟發展的制約因素。

此外,系統動力學還用于企業管理、城市規劃、環境與農業的發展和建筑工程管理等方面，其應用范圍越來越廣泛。

3.1.4系統動力學基本特點

系統動力學解決問題的獨特性就是建立規范的數學模型。從系統內部的微觀結構入手建模，同時借助計算機仿真技術來分析研究系統結構功能與動態行為的內在關系，從而找出解決問題的對策?；谝蚬P系和結構決定行為，這就是系統動力學建模的獨到之處。

(l)所建模型與管理者的思維模型相溝通。任何模型一般總是要組織信息、澄清觀點、統一認識，對令人困惑和有爭議的系統行為給出令人滿意的解釋。系統動力學的建模技術易于將管理者的思維進行量化。

(2)研究問題注重從因果機制出發。因果關系是存在于各種現象的普遍關系。從因果關系出發，分析各因素之間構成的因果反饋環，才能從紛亂的現象中找出發生這些現象的內在原因和形成機制。

(3)從觀察系統結構入手。系統動力學認為系統結構是系統發展的內在動力。只有了解了系統的結構和變化機制，才有可能預測系統未來的行為。因而系統動力學模型也被稱為“結構依存型”模型。

(4)內生化處理。系統動力學模型從內部尋求解釋系統行為的規律，重點在于模型的內部結構。

(5)非線性行為。系統動力學模型能夠處理復雜的非線性系統，因而適于系統動力學在供應鏈管理中的應用研究研究社會經濟系統這樣的復雜系統。

(6)延遲特性。系統動力學模型引入了延遲機制，使模型與所描述的實際系統更為接近。

(7)能夠進行政策仿真。系統動力學模型是實際系統的實驗室，利用模型仿真剖析系統，獲取更豐富、更深刻的信息，進而覓尋解決問題的途徑。系統動力學解決問題的過程實質上也是尋優過程，其最終目的是尋找系統較優結構，以求得較優的系統功能。

3.1.5在需求工程中應用系統動力學的可行性

人類的社會系統中存在兩類復雜性問題:“細節性復雜(Detail Complexity)”，和“動態性復雜(Dynamic Complexity)”。細節性復雜是指問題的變量很多，要解決此類問題須考慮的因素千頭萬緒，并且要處理的工作項目十分繁瑣，傳統的作業研究和策略規劃即在處理這類問題。所謂的動態性復雜則是指引發此類問題的因素或變數可能不多，但是變數之間環環相扣，彼此交錯，互為因果，且大都有時間上的延遲(delay)。一般而言，這類問題具有以下的特征:

(1)原因和影響不明確，且影響的結果往往并非顯而易見的，因為因與果往往不在時空上直接的關聯。

(2)同一行動其短期和長期的影響常具有極大的差異。

(3)一個行動在不同的部門中，會產生一連串不同的結果。

(4)可見的干涉行為，產生不可見的結果。

許多管理方面復雜深奧的預測與分析工具，以及洋洋灑灑的策略規劃，常常無法產生真正突破性的貢獻，其原因也是這些方法只能用來處理“細節性復雜”，而無法用來處理“動態性復雜”。處理“動態性復雜”的問題，不能一味的企圖以“復雜對付復雜”，必須了解整個問題背后相互間的關聯性后，才有可能尋求對策?！敖Y構影響行為”，系統思考就是用來幫助我們看清復雜狀況背后運作的結構(structure)并尋找出杠桿解(leverage point)所在的位置。大多數管理上的問題都是屬于動態性復雜問題，而非細節性復雜問題。

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[關鍵詞] 存貨控制；系統動力學；Vensim

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 06. 027

[中圖分類號] F272.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）06- 0044- 03

0 前 言

存貨控制是現代財務管理日常工作的重要環節，在經典的存貨優化控制模型中，通常對企業的內部管理與外部環境作了非常理想化的界定，例如產供銷各個環節上的無縫對接，推導出精致的最佳經濟采購量公式，然而現實經濟活動千頭萬緒，很難符合純數學意義的運籌學庫存模型假設前提，一種以數值仿真技術為標志的系統動力學為解決這類復雜問題提供了強有力的工具。系統動力學不同于運籌學，它不是依據抽象的各類假設去尋求所謂的“最優解”，而是以現實的客觀存在為對象，根據系統的實際信息構建動態的仿真模型，并通過計算機反復模擬對系統未來趨勢進行分析與研究。

1 系統動力學基本知識

系統動力學（System Dynamics，英文簡稱SD）是由美國學者Forrester教授在1956年提出的，其最初的目標是為了解決企業生產與庫存方面的問題?，F在系統動力學已經廣泛應用于項目管理、供應鏈管理、學習型組織以及公司戰略等。

系統動力學的思想來源于流體力學，采取生動直觀的方式對組織運作進行描述，即用SD專業語言刻畫企業各類資源在時空中的循環運動，包括訂單流（order）、人員流（people）、資金流（money）、設備流（equipment）、物料流（material）以及信息流（information）。

構建系統動力學模型通常包含如下步驟：①明確建模系統的目標；②界定系統研究邊界；③確定因果作用相互關系；④運用SD專業方法建立系統動力學模型；⑤計算機仿真實驗；⑥對仿真結果分析；⑦對模型進一步修正。其中第③、④步驟是解決問題的重要環節，要求對研究問題有深入研究，同時要具備系統動力學知識，包括繪制因果關系圖、流程控制圖以及建立結構方程式等。

2 存貨控制的系統動力學案例——以Excel為工具

對于財務工作者來說，通常對Excel軟件比較熟悉，但是該軟件進行系統動力學仿真方面的研究較少。一般來說系統動力學是用一組微分方程來反映系統運動的，通常需要采用相關專業軟件處理。對于具備系統動力學的Excel高手，也可以將Excel與VBA工具相結合來開發系統動力學仿真模型，這對于普通財務工作者是很難做到的。但是對于有些簡單問題可以運用Excel來構建系統動力學基本框架，其目的主要是掌握系統動力學的基本原理，為進一步學習奠定良好基礎。

下面根據溫素彬博士Excel系統動力學方面的論文進行修改得到如下存貨控制案例：假設某存貨系統初始庫存量為2 000千克，初始在途訂貨量為6 800千克，期望庫存量為7 500千克，庫存調節時間為2周，訂貨延遲時間為4周，模擬時間間隔為1周，試采用系統動力學方法探討庫存系統變化情況。

在分析存貨系統前作如下基本假設：①訂貨速率R1與期望庫存量EQ與實際庫存量Qt之差成正比，與庫存調節時間T1成反比；②實際庫存量變化率ΔQ等于收貨速率R2；③收貨速率R2與在途訂貨量ZQ成正比，與訂貨延遲時間T2成反比；④在途訂貨量變化ΔZQ率等于訂貨速率R1與收貨速率R2之差。

在Excel表格中建立各參數之間的數量勾稽關系，用系統動力學專業術語表示為狀態變量（level variable）方程與速率變量（rate variable）方程，具體方程式見表1。

為了動態反映存貨系統的變化情況，利用Excel中的控件工具調整時間，得到庫存量與在途訂貨量之間的動態變化（圖1）。

從圖1可知，存貨量與在途訂貨量在最初的前31周波動較大，31周以后將趨于平穩。

在存貨控制中要注意防止劇烈振蕩或者出現類似混沌現象，例如在其他條件不變的情況下，將庫存調節時間為1周，訂貨延遲時間為1周，則會出現圖2中的不利情況。

3 存貨控制的Vensim系統動力學模擬

對于簡單存貨問題可以采用Excel來模擬，但是如果系統比較復雜這時就要采用專業軟件Vensim，該軟件是由美國Ventana公司設計開發，是一個可視化的模擬、優化軟件，為了清晰反映存貨系統，仍以上述存貨系統為例，運用系統動力學專業軟件Vensim繪制存貨控制流程圖（該圖很難用Excel繪制）如圖3。

繪制控制流程圖僅僅從定性上反映各變量之間的因果作用關系，要對上述存貨系統進行模擬，就需要對上述參數定量化，其參數定義公式見表1，Vensim建立各參數之間關系操作界面如圖4、圖5。

從圖6、圖7可知，存貨量與在途訂貨量在最初的前31周波動較大，31周以后將趨于平穩。

4 結 論

（1）Excel進行系統動力學仿真僅僅適應于簡單問題，如果對于復雜系統，這時就需要與VBA相結合，因而對計算機編程水平要求很高。

（2）Vensim是專業的系統動力學軟件，可以繪制生動形象的流程控制圖，而Excel軟件很難實現，同時Vensim在定義各類系統動力學方程時，采取圖形界面引導，因此學習方便、操作簡單，對于本文中的存貨控制案例，兩種軟件仿真結果完全相同。

（3）Vensim系統動力學軟件，可以將Excel軟件中的函數、控件、模擬運算表以及方案管理器等方面的功能有機集成與融合在一起，為解決財務管理各種復雜問題提供了強有力工具。

主要參考文獻

[1]溫素彬.基于Excel的存貨管理系統動力學仿真[J].淮海工學院學報：自然科學版，2003（2）.

[2]龔曉光，張娟.用Excel實現系統動力學模型模擬與尋優——以網民擴散為例[J].系統仿真技術，2008（1）.

[3]鐘永光，賈曉菁.系統動力學[M].北京：科學出版社，2009.

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關鍵詞：破碎錘的組成；工作裝置傳統設計方法；CAX及軟件；多體動力學理論

一、 液壓破碎錘概述

. 液壓破碎錘及其組成

車載液壓破碎錘可以高效地完成碎石、拆除、公路修補、凍土挖掘、二次破碎等艱苦工作，歐洲和美國的各種車載破碎錘紛紛面世，如Atlas Copco、Rammer、Montabert、Indeco等。.80年代，韓國的破碎錘也繼日本之后有了長足的進步，1986年韓國水山重工推出了液壓破碎錘，韓國相繼出現了很多品牌。

破碎錘的沖擊能量的來源還是由以下3種方式提供：第一種由液壓油提供，例如Rammer和Montabert；第二種由氣壓提供，例如日本的破碎錘；第三種也是效果最好的，由液壓、氣壓混合提供，一般液壓占25％、氣壓占75％，如Atlas Copco公司設計、生產的破碎錘。但所有的破碎錘活塞回到原位的力完全是由液壓提供。目前液壓破碎錘已經被廣泛應用于公路再建、市政拆除、礦山、采石、隧道、水下作業等工程建設領域。

..本文所研究的液壓破碎錘是在單斗反鏟型液壓挖掘機上改裝的，將液壓挖掘機上的鏟斗改裝成液壓錘。因此總體結構包括動力裝置、工作裝置、回轉機構、操縱機構、傳動系統、行走機構和輔助設備等。常用的全回轉式液壓挖掘機的動力裝置、傳動系統的主要部分、回轉機構、輔助設備和駕駛室等都安裝在可回轉的平臺上，通常稱為上部轉臺。因此又可將液壓破碎錘概括成工作裝置、上部轉臺和行走機構等三部分。.

二、工作裝置設計方法

1． 工作裝置傳統設計方法

我國工程機械發展與國外相比相對較晚、較慢，技術水平整體較低。工作裝置的傳統設計方法在設計歷史中起到了主要作用。對于工作裝置的設計方面國內外研究的情況大致是：

(1) 圖解設計法；(2) 基于平移性的作圖法；(3)解析法；(4) 綜合圖解設計法；(5) 優化設計方法，以上設計方法基本上遵循一般連桿機構的位置綜合原則，側重考慮工作裝置的平移性。對它的工作裝置伸縮性與平移性，平移性與自動放平性，動力性與自動放平性之間的矛盾關系未能綜合分析，只是滿足單個性能的要求，無法達到全局最優?？傊@些方法都是基于二維平面上進行的。對于工作裝置干涉問題、運動學、動力學等問題不可能很好的解決，也不可能直觀的表現出來。

近年來隨著計算機技術的發展，在工作裝置設計上出現了基于虛擬樣機技術的工作裝置設計。例如吉林工業大學、大連理工大學和洛陽拖拉機廠等利用虛擬樣機技術不但研究了工作裝置的運動學、動力學特性，而且對其進行了優化設計，但是它們不是對模型進行了大量的簡化，就是只局限于對剛體情況下工作裝置虛擬樣機的研究。

本論文是在全面分析液壓破碎錘工作裝置的基礎上，建立工作裝置的虛擬樣機模型，在虛擬環境下模擬物理樣機的運動狀況，快速分析各種設計方案，進行輔助設計、參數化設計和優化設計，幫助設計人員完成以前需經數次物理樣機才能完成的實驗研究。

2． CAX技術及其軟件

由文獻可知，CAX技術是虛擬樣機技術的基礎技術平臺。一般意義的CAX技術主要指CAD、CAPP、CAM、CAE、CAQ等，限于篇幅，本文主要闡述CAD/CAE技術及其軟件。

目前，工程設計中常用的CAD軟件有二維和三維軟件之分。其中三維造型軟件比較知名的有Pro/ENGINEER，UG，Solid works，I-DEAS，CATIA，CIMATRON等。各個三維CAD軟件當前的最新版本是Pro/ENGINEER wildfire2.0，UG NX4.0，Solid works 2006，I-DEAS NX V11，CATIA V5，CIMATRON E6.0等等。

本文將采用Pro/ENGINEER wildfire軟件完成液壓破碎錘工作裝置的建模與裝配，建立工作裝置的虛擬樣機并進行不同作業工況下的動態模擬。

所謂CAE即Computer Aided Engineering（計算機輔助工程）是指工程設計中的分析計算與分析仿真，具體包括工程數值分析、結構與過程優化設計、強度與壽命評估、運動及動力學仿真。工程數值分析用來分析確定產品的性能；結構與過程優化設計用來保證產品功能、工藝過程的基礎上，使產品、工藝過程的性能最優；結構強度與壽命評估用來評估產品的精度設計是否可行，可靠性如何以及使用壽命為多少；運動及動力學仿真用來對CAD建模完成的虛擬樣機進行運動學仿真和動力學仿真。從過程化、實用化技術發展的角度看，CAE的核心技術為有限元技術與虛擬樣機的運動及動力學仿真技術。

目前工程實際中應用較多的CAE軟件有ANSYS、MATLAB、ADAMS、ALGOR等。各個軟件的最新版本是ANSYS 8.0、MATLAB 8.5、ADAMS 2005、ALGOR V17等。

本文采用MSC.ADAMS軟件進行液壓破碎錘工作裝置虛擬樣機的仿真研究。

3． 多體動力學理論

多體系統動力學包括多剛體動力學和多柔體系統動力學，是研究多體系統（一般由若干柔性和剛性物體相互連接所組成）運動規律的科學[17]。

多體系統動力學的核心問題是建模和求解問題，其系統研究開始于20世紀60年代。從60年代到80年代，側重于多剛體系統的研究，主要是研究多剛體系統的自動建模和數值求解；到了80年代中期，多剛體系統動力學的研究已經取得一系列成果，尤其是建模理論趨于成熟，但更穩定、更有效的數值求解方法仍然是研究的熱點；80年代之后，多體系統動力學的研究更偏重于多柔體系統動力學，這個領域也正式被稱為計算多體系統動力學，它至今仍然是力學研究中最有活力的分支之一，但已經遠遠地超過一般力學的涵義。多體系統動力學的根本目的是應用計算機技術進行復雜機械系統的動力學分析與仿真。

三、 液壓破碎錘工作裝置的研究體系

1． 液壓破碎錘工作裝置虛擬樣機的構建流程

本文液壓破碎錘工作裝置虛擬樣機的建立主導思想是：根據液壓破碎錘工作裝置的試制圖紙，在Pro/ENGINEER中進行三維實體建模，通過虛擬裝配，建立工作裝置的三維模型，然后添加適當的約束以及驅動，使之成為一個虛擬機構。其構建流程如圖2-1所示。

圖2-1虛擬樣機的構建流程

2． 液壓破碎錘工作裝置的研究體系

通過查閱相關文獻，基于以設計為中心的先進制造技術理論，可以得到，液壓破碎錘工作裝置的虛擬樣機研究是一個龐大的系統工程。本文的研究內容―液壓破碎錘工作裝置的虛擬樣機研究只是其中的一部分，只涉及到了工作裝置的運動學分析、動力學分析、結構分析的前處理以及工作裝置虛擬裝配的部分內容。

篇7

一．第三種競爭范式的提出

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（Globus1992），羅伯特森（Robertson1993），西倫（Thelen）和斯密斯（Smith1994）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（vanGelder）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’sabouttime:Anoverviewofthedynamicalapproachtocognition,Mindasmotion:Explorationsinthedynamicsofcognition,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（DynamicistHypothesis）。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?！?/p>

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（DynamicistHypothesis）：

“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（statespace）、吸引子（attractor）、軌跡（trajectory）、確定性混沌（deterministicchaos）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（CyclicalMotorBehaviorModel）

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(OlfactoryBulbModel)

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（MotivationalOscillatoryTheory）

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”（vanGelder，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（Globus1992,ThelenandSmith1994;vanGelder1993,1995）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（Globus1992,p.302），類似的，vanGelder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）（vanGelder，1993，p.6）.ThelenandSmith宣稱“我們根本不去建立什么表征”（ThelenandSmith1994，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？

篇8

 

《汽車理論》課程是一門通過高度有機綜合工程數學、工程力學與汽車構造等專業知識體系來提高學生對汽車動力性、燃油經濟性、制動性、操縱穩定性、平順性和通過性等重要汽車使用性能指標進行定量化分析并研究相應的優化設計方案的能力的專業基礎課程[1，2]。在筆者的教學過程中，通過課堂調研與作業信息反饋，發現學生在學習過程中普遍對基本概念與定義的理解不夠深入，從而導致他們所分析出的各類具體工況下汽車的性能表現缺乏實際的物理依據這一問題，進而反過來更加阻礙學生對基本概念與定義的充分理解和吸收，最終形成惡性循環，極大地挫傷了學生的學習積極性。

 

從每年期末考試的情況來看，汽車理論的平均分與及格率均低于汽車構造、發動機原理、汽車設計等其他專業主干課程。如何在已有教學水平和教學資源的基礎上深化改革教學方法，提升學生的學習動力，培養學生對專業技術研究開發關鍵核心問題的敏銳嗅覺與快速解決能力，是值得每一位《汽車理論》課程教師深思的問題。

 

傳統的《汽車理論》課程教學分為理論教學和實踐教學兩部分，課堂理論教學一般在課時分配上占有絕對主導權地位。而從考核與成績評價方式上來講，也是傳統的期末考試成績具有絕對話語權。這樣的設計原則上合理，但是過于依賴課堂教學與期末考試在專業能力培養與考核上的作用。在課程學習階段的學生早已不是剛入校的高中畢業生，而是有一定專業知識素養并充滿專業實踐創新基礎與渴求的大三學生。教學方式和考核方式的過于單一，在很大程度上會降低學生的學習興趣和對專業前景的光明預期，最終影響培養質量。為此，本文將重點分析如何在堅持傳統教學方法精髓的基礎上進行教學考核方法的創新，從而為培養具有高度理論素養和強大實踐創新能力的學生提供可靠保障。

 

文中提到的教材均為清華大學余志生撰寫的汽車理論各版教材，主要以第五版為主。

 

一、傳統教學方法的堅持與優化

 

傳統教學方法即教師PPT講授+板書詳細剖析關鍵知識難點+師生問答互動+評閱學生作業。對于汽車理論這門理論課程，堅持該方法無疑是以保證學生理解掌握完整理論體系與普遍分析方法為出發點，但在實踐過程中，我們可以嘗試進行以下優化：

 

1.第一章。改變常規的授課思路，以汽車坡道行駛驅動動力學建模理論、方法、過程與模型在動力性評價與優化設計中的應用為基本講授綱要和思路。有了對模型的系統理論認識，就很方便教師給學生講授理論研究與實驗中發動機轉速特性、滾動阻力系數、空氣阻力系數、坡度與加速阻力系數、附著率的由來及其在模型理論分析中的地位與作用。按此思路優化第一章教學，可以強化培養學生以系統動力學的微分方程建模來對汽車驅動性能進行研究和設計開發的工程學研發思路，促進同學們對在先修的理論力學、高等數學等課程中自己認識較淺的知識盲點進行深化具體認識。此外，通過本章開始的課程學習所逐步培養的這種能力也有助于培養學生學習其他機械工程領域的專業技術基礎課程的自學能力，從而使學生在將來的就業與深造中具有廣泛的適應性與極強的自主性。

 

2.第二章。以發動機萬有特性為基本出發點，引出等速、等加速與等減速工況燃油消耗量的分析方法以及影響燃油消耗量的主要因素。由于發動機萬有特性通常屬于學生認識不深入的基本知識點，那么，結合本課程的一個重要培養目標——對專業技術研究開發關鍵核心問題的敏銳嗅覺與快速解決能力，將由基于萬有特性的發動機最小燃油消耗特性所確定的最佳無級變速器調速特性原理對無級變速器的結構功能設計的理論指導作用作為本章的重要研討性學習內容來開展教學工作，教學過程可采用案例研討、以小組為單位的課程設計作業、課程設計作業答辯等方式靈活進行。而且，鑒于萬有特性理論的重要性和相關應用的重要工程意義，無級變速調速理論的研討性學習是本章的教學重點。

 

對于電動汽車部分，屬于目前的主流新技術。為了給學生強化工程創新實踐意識，本節的教學可以以在理論講解的基礎上結合主流動力性燃油經濟性仿真分析軟件——Cruise、Advisor在具體車型設計方案評估中的應用來開展[3，4]。教學過程可采用案例研討、以小組為單位的課程設計作業、課程設計作業答辯等方式靈活進行。如何將仿真技術與教學有機結合將在本文后面相關部分闡述。

 

3.第三章。第三章講授的內容是對前兩章所學內容的進一步深化，更側重于檔位的設計、匹配對汽車燃油經濟性和動力性的綜合影響。傳統授課方式能保證學生吸收大部分核心知識點。本章的教學重點在傳動系檔數和各檔傳動比的選擇上。學生普遍反映教材相關內容過于抽象，學習過程中感覺不貼合實際。為此，教師在精確傳授教材內容的同時，應該結合自己在企業的實際工作經驗給學生直觀形象解釋清楚幾何速比級差與漸變速比級差在改善汽車動力性上的顯著差異，方有助于理解。

 

4.第四章和第五章。第四章和第五章是本課程的又一教學重難點。由于第四章涉及的制動動力學與第五章涉及的汽車操穩系統動力學存在相互耦合關系，且都同時直接對整車的行駛操縱穩定性有最直接的影響，所以筆者設想在遵循傳統教學理念方法的同時，將兩章的內容系統整合在一起進行講授。一來期望提高學生綜合分析解決問題的能力;二來教學內容會更貼近汽車行駛的主動安全性這一前沿尖端技術，在興趣的指引下能有效提高學生的學習興趣。

 

因為現在的學生數理基礎都比較扎實，同時理論力學也學得比較深入，所以在分析制動方向穩定性和操穩性時，除了通過動力學模型的推導使學生獲得精準的理論認知外，建議以MATLAB/Simulink軟件為切入口，教會學生將教材上重點討論的模型轉化為仿真模型并通過仿真來形象理解制動和轉向控制對汽車操穩性的綜合影響。進行相關教學時可采用案例研討、以小組為單位的課程設計作業、課程設計作業答辯等方式靈活進行。

 

此外，這兩章有幾個知識點聯系非常密切。在傳統的教學進度安排中是分開講授的，學生感覺比較抽象難懂。但如果結合在一起講授，預期效果會比較好。這兩個知識點是第四章中考慮側偏時的制動力系數、側向力系數與滑動率的特性關系以及第五章中的輪胎側偏特性與附著橢圓。每年的期末考試涉及到這兩個知識點的分析論述題失分非常嚴重。說明學生理解不扎實。綜合講解這兩個知識點時，最終目的是使學生通過綜合分析制動力驅動力側向力系數隨滑動率和側偏角的變化而變化的相關特性曲線，結合輪胎側偏特性，來理解附著橢圓的生成過程以及它在理論分析和設計中的指導意義。

 

由于附著橢圓生成過程中涉及的因素有側偏角對驅動力制動力——滑動率特性的影響，還有滑動率對側偏剛度特性的影響[5]，其教學難度至少和理想制動力分配曲線組的生成過程相當。如果還要進一步探討如何根據附著橢圓來合理進行滑動率、側偏角的匹配工作，那么其教學難度應該至少和利用f、r線組與β線組來研究車輪在某一附著系數路面的抱死順序相當。因此，這一內容的PPT制作時應充分利用動畫功能來層次清晰地展示橢圓的生成過程。

 

在教學中，還應注意的一點是，在分析前后輪不同的抱死順序對汽車運動穩定性影響時，教材中沒分析前后輪同時抱死時對汽車運動穩定性的影響。作為啟發式教學的經典案例，可以通過課堂討論并抽學生回答問題的方式來開展啟發式教學。

 

5.第六章。本章的內容理論相對較深，在教學過程中，改進的方向依然應該是引入MATLAB/Simulink進行仿真教學。通過仿真分析直觀地體會懸架剛度、阻尼、動行程等關鍵參數的改變對車身、車輪等部件的振動位移、振動加速度的時頻響應特性的影響，并可以針對不同的振動控制目標提出不同的參數優化方案。

 

在教學過程，可以采用案例研討、以小組為單位的課程設計作業、課程設計作業答辯等方式靈活進行。由于本章內容理論體系較復雜，故可以在期末的筆試中略微減小本章的權重，而將本章內容的考核重點放在平時的課程作業答辯環節。

 

6.第七章。一般來說，本章不是本門課程的教學重點。采用常規的教學方法即可進行授課。當然，在涉及到牽引通過性計算和汽車越過臺階、壕溝能力的分析計算時，可以引入MSC ADAMS軟件從可視化動力學仿真的角度來讓學生驗證教材上相關理論的正確性。這樣，學生就會對教材上理論分析的結果有一個感性化認識，這又反過來促進了他們進一步探求教材上理論分析的更深層理論假設出發點以及細究邏輯推理演繹過程的興趣。

 

在教學過程，可以采用案例研討、以小組為單位的課程設計作業、課程設計作業答辯等方式靈活進行。由于本章內容理論體系較復雜，故可以在期末的筆試中略微減小本章的權重，而將本章內容的考核重點放在平時的課程作業答辯環節。

 

二、動力學仿真技術在汽車理論教學過程中的應用

 

以上分析了在傳統的理論教學過程中如何進行教學改進與優化。在理論教學的同時，實驗教學不可或缺。實驗教學存在具體形象、生動有趣、學生認知積極性高等優點，這有助于夯實學生的理論認知水平。

 

就目前各大學的平均實驗條件而言，汽車理論實驗的內容一般集中在動力性、制動性和平順性這三大塊上[6]。由于操穩性涉及綜合性能要求最高的整車系統，而燃油經濟性要求各種復雜的實車行駛工況，所以實驗開設的難度比較大。同時，由于現在學生人數很多，實驗場地又相對有限，所以實驗教學方式也出現了局部與傳統課堂教學方式趨同的趨勢。具體而言，教師現場講解學生認識了解的時間增加了，而學生親自動手做實驗的時間減少了。

 

為了在有限的實驗條件下使學生直觀形象地領會汽車動力性、經濟性、制動性、操穩性、平順性等經典工程實例的理論精髓，需要把動力學仿真技術引入到實驗教學環節中來。這就要求學生先期掌握基本的仿真技術，同時也要求教師先期完成各類性能經典工程實例的仿真平臺構建與程序調試工作。

 

1.第一章。汽車的驅動動力學方程本質上講是基于牛頓第二定律的線性微分方程，非常便于利用MATLAB/Simulink的基本編程功能來對行駛過程進行模擬。只要將相應的作用在汽車上的各類驅動力和行駛阻力進行函數編譯形成計算子模塊后，再利用Simulink強大的可視化編程功能，非常便于學生直觀理解汽車的驅動力——行駛阻力平衡機理與方程式。在此基礎上，學生通過軟件操作，即可驗證教材上的案例分析結果，從而形象直觀地加深他們對理論的理解深度，靈活掌握汽車動力性三大指標的工程設計與評價意義。在完成仿真計算分析的過程中，在編譯作為仿真基本單元的各類驅動力與行駛阻力函數模塊時，學生可以進一步復習各種力的計算方法，并深入領會各類驅動力和阻力的生成機理及物理含義。

 

2.第二章和第三章。本章的燃油經濟性分析與混合動力汽車部分宜大規模采用仿真教學。教學過程中，建議以汽車的檔位設計與燃油經濟性動力性的綜合優化匹配設計為核心教學目標，開展教學任務設計與執行工作。教學軟件可以采用ADVISOR或AVL/Cruise。由于這些軟件能對模型和源代碼進行開放式設計，具有優秀的模塊化的展示與人機界面交互式仿真設計操作功能，再加之能與其他多種軟件進行聯合仿真，仿真結果直觀可信度高，所以利用該軟件即可快速完成不同車型動力總成的傳動比等參數設計并直接在各類典型循環工況(NEDC、UDDS、1015、ECE-EUDC)下進行快速仿真測試檢驗這些參數設計對燃油經濟性和動力性的改善效果。

 

對于混合動力汽車部分，由于絕大部分學生之前沒有任何工程實踐經驗，而教材的論述又過于理論化，所以在教學過程中可以利用上述軟件給學生講解車身、車輪、電機、傳動系、動力電池、發動機模型的基本仿真原理并引導學生按教材的內容搭建串聯式、并聯式和混聯式的動力性與經濟性仿真模型。完成模型構建后，可以再結合模型給學生講解不同構型的模式切換過程及仿真方法，最后可通過布置仿真作業讓學生理解不同構型的模式切換控制在動力性和燃油經濟性方面有哪些具體的性能表現差異。

 

3.第四章和第五章。由于討論制動方向穩定性與二自由度汽車操穩動力學特性時都是建立的簡明易懂的常微分方程模型，所以它們的分析都可以利用MATLAB/Simulink的可視化編程與仿真功能來實現。由于在第一章的學習過程中學生已經能針對系統受力編寫函數子模塊，加之動力學方程簡明易懂能直接用Statespace模塊表達，所以學生可課后自行完成上述性能的分析工作?；谄嚩杂啥炔俜€動力學模型的穩態響應與瞬態響應的仿真分析結果可直接和教材上的結果進行對比，一來起到檢查模型正確性的作用，二來使學生能夠更扎實地領會操穩性分析的理論基礎。對于ABS的仿真教學，由于其模型是非線性的，所以建模難度稍大，不過也沒有本質區別。由于教材上提供了完整的動力學模型，故只要教會學生利用m文件編譯出ABS的非線性動力學模型并將其作為和Statespace子模塊具有相同功用的模塊嵌入Simulink仿真文件的動力學部分模擬部分即可。

 

對于更復雜的實車操穩性試驗，如蛇形試驗、轉向盤角階躍輸入試驗、轉向盤角脈沖試驗、轉向回正性能試驗、轉向輕便性試驗、穩態回轉試驗6個國標試驗，如利用MATLAB/Simulink軟件進行建模仿真和結果分析，對來說本科生難度會比較大。故在此可將MSC/ADAMS或CarSim軟件引入仿真教學中。由于國標中的參數是公開的，所以學生可以將國標規定的車輛動力學與試驗路況關鍵參數直接輸入軟件相應菜單欄進行可視化仿真，并在仿真結束后采集數據分析時域和頻域的動力學響應特性，繼而對操穩性進行評價。

 

4.第六章。本章仿真教學的意義在于使學生能將教材上的懸架振動動力學理論轉化為形象直觀的仿真模型來深化對懸架振動動力學的理解。由于懸架之間的本質差異體現在剛度、阻尼等關鍵結構參數的設計要求上，所以如果本章內容直接進行實驗教學，那么需要在實驗現場裝配各類不同剛度阻尼的懸架系統，以使學生能通過對不同參數懸架的一系列試驗結果來分析懸架參數對振動時頻響應特性的影響靈敏度，并和教材上理論分析的結果進行對比。顯而易見，這導致了實驗成本高、實驗耗時長等諸多問題。如果將實驗教學的大部分內容改為由仿真來完成，那么顯而易見的好處是一來學生通過仿真建模深化了對懸架振動動力學理論的認識;二來由于仿真時調整設置參數非常容易，那么相應的教學耗時與教學成本均會大幅下降，而教學效果起碼和實驗教學相同。

 

由于教材中闡述的懸架動力學模型是線性的，所以學生根據前面學習的基礎，可以自己在MATLAB/Simulink中搭建1/4和1/2汽車的懸架振動動力學模型并進行仿真，繼而獲取懸架關鍵部件的振動時域頻域響應特性。由于仿真時所設置的剛度、阻尼等關鍵參數來自教材，那么將通過仿真得到的時域頻域響應特性動力學特性與教材上給出的特性進行對比，學生便能檢驗自己建模的正確性并找出建模中的問題所在，從而使學生更扎實地掌握授課內容。

 

5.第七章。由于本章不是課程的教學重難點所在，且本章的難點輪-地動力學理論需要學生在研究生階段進行系統深入掌握，所以在學時安排上建議以理論教學為主。如果學生對相應的仿真內容感興趣，可以參見我國各著名高校在月球車、裝甲車、坦克等高技術特種車輛領域的通過性仿真研究論文，從中學習通過性仿真建模的理論基礎、工具、參數設置方法等技術細節，為將來的工作和深造奠定基本的理論基礎。

 

三、改進后的學時安排與考核方法

 

前面論述了傳統教學方法的改進和仿真教學的實施重點。由于教學改進的目的是貫徹扎實理論素養+工程實踐創新導向的卓越工程師培養方針，那么，相應的學時安排和考核方法也必須進行改進，以確保教學過程的高效進行和教學質量的真實可信。

 

在學時安排上，對于前述傳統教學優化的部分，由于只是圍繞重難點對授課內容進行系統協調整合，所以這部分改進不影響原有的學時安排計劃。對于仿真教學部分需要增加學時并進行重新分配。需要注意的是，雖然后面提到的考核方式中增加了平時作業答辯和仿真論文作業答辯兩大環節，但是這兩個環節不占用學時，由教研組在實施過程中另選時間進行。

 

改進后的學時安排如表1所示。

 

在考核方法的改進上，除了原有的出勤、平時教材作業、期末筆試考核外，需要增加教材作業答辯考核、仿真論文作業答辯考核這兩個環節。答辯考核屬于師生雙向互動教學相長的一個環節，它能有效防止學生相互抄襲，督促學生重視平時學習的過程，防止期末抱佛腳而導致的專業知識掌握不扎實等一系列目前教學中存在的問題，從而最大限度保證平時教學質量與學生工程實踐創新能力的培養質量。

 

四、結語

 

探討了汽車理論傳統教學方式的改進與優化思路，論述了將動力學仿真技術引入教學的可行性與執行措施。為了落實這些教學改進措施，繼而分析制定了相應的學時安排要求與考核評價方法。下一步即可以此為基本綱要進行教學改進實踐探索，以不斷完善基本改進綱要，最終形成一套能有效培養卓越工程師的汽車理論課程教學體系，并期望促進課程的更深層次教學改革。

篇9

論文摘要:采用了ug motion的輔助運動仿真分析方法,在仿真系統運動過程的基礎上,詳盡分析了該模塊內部的運動約束關系,提出了系統運動優化目標,進而求解了系統時序最優安排,并根據求解結果,對驅動凸輪部件進行了動力學相關參數優化,為系統在設定工況下能按較佳的運動和動力特性工作提供了保證。

1引言

led顯示屏陣列式插件機是針對 led顯示屏生產工藝過程中led發光管插件工序開發的一種新型高速自動插件設備，如圖1所示，采用陣列機械手同步工作方式，單次動作循環完成整列發光管的插件工序過程，實現高速、自動插件，以替代目前 led顯示屏生產中插件工序的大量人工操作，提高生產效率。

由于led顯示屏陣列式插件機采用功能模塊化設計，各模塊之間銜接緊密，模塊內部動作部件較多，動作同步性要求高，同時，為提高工作能力，關鍵部件均處于較高速度運動狀態，在其設計開發過程中，各動作部件的動作時序和同步問題、關鍵零部件的運動學和動力學特性成為需要解決的核心問題之一一，特別是送料模塊，動作零部件多，動作順序之間有進…步進行優化，提高模～塊工作效率。

2機構動作過程

led顯示屏陣列式插件機送料模塊，如圖2所示。

其送料動作過程為：

(1)發光管來料同步送入第一分料動柵板后，第一分料動柵板向一側移動，至八槽通料靜柵板通料槽奇數槽位，槽 口對齊后，發光管被推入八槽靜柵板通料槽，至第一分料擋板停；

(2)發光管離開第一分料動柵板后，第一分料動柵板退回至原始接料位，第二批管料通過四槽通料靜柵板同步送人后，第一分料動柵板向另一側移動，至八槽通料靜柵板通料槽偶數槽位，槽口對齊后，發光管被推入八槽靜柵板通料槽，至第一分料擋板停 止：

(3)八槽通料靜柵板中儲存八個發光管后，第一分料擋板移動，發光管離開擋板被送入沖裁模板，沖裁模板動作，裁去長余部分管腳；

(4)沖裁后的發光管被推入到極性旋轉組件處，按照檢測的極性正反順序進行旋轉，調整成統一極性排列；

(5)完成極性調整后，發光管被推人第二分料動柵板，其動作順序同第一分料組件，最終完成十六列發光管排列輸送到位。wWW.133229.cOM整個動作過程示意，如圖3所示。

3運動仿真分析

按照設計工作能力要求，并為后續改進中設備工作效率提升預留空間，該送料模塊單次動作周期須≤3．6s，由此可推算出送料機構各動作部分動作頻率及時序約束關系：

即第二分料擋板處出料動作頻率為 1／3．6hz以上；

即第一分料擋板處出料動作頻率 為 1／1．8hz以上(該處十六列發光管由第一分料動柵板經過兩次分料動作后儲存完成)； 與之對應，第二分料動柵板和第一分料動柵板都需經過左移分料一回位接料一右移分料一回位接料的循環動作過程 ，其動作周期 滿足：

—第二分料動柵板左移分料、回位接料 、右移分料動作周期時間；

；一分料動柵板左移分料、回位接料 、右移分料動作周期時間。

該過程各步動作時間周期受驅動凸輪運動特性和驅動電機特i生參數限制，需根據仿真分析結果，對凸輪運動曲線進行優化，同時應考慮驅動電機轉矩特性，選取滿足條件的驅動電機。 受機構動作頻率限制，極性旋轉和管料縱向移動也需要消耗一定時間，該部分時間安排在上述各動作部分時間周期內，以減小時間消耗，

四槽通料靜柵板、八槽通料靜柵板、極性旋轉輸出柵板、十六槽通料靜柵板中發光管通過時間周期； 一分料動柵板和第二分料動柵板左移分料、回位接料、右移分料動作升程、停留、回程時間周期。

為在各 自動作頻率和運動特性限制范圍內合理安排各動作步序，需要將各機構動作綜合進行運動分析，以尋求合理的時序安排和相應時序安排下各驅動元件的運動學和動力學特性設計，根據上述各動作時間周期模型，利用設計軟件的運動仿真分析功能輔助求解，以得到合理的時序安排結果。

仿真分析過程中，首先將各動作機構運動形式按相應運動副形式進行設置；然后按照式(1)、(2)、(3)、(4)、進行動作時序關系設置，并按運動先后順序和機構動作互鎖性質對各動作機構動作觸發關系進行設定；參照驅動電機動力特性參數預設置驅動力形式，并對不同機構中間間歇時間分別以區問限定的時間自變量予以代替，設定完成后運行仿真系統，系統按設定情況進行解算，輸出運動模擬情況和仿真數據結果。第一分料動柵板和第二分料動柵板機構動作時序，如圖4所示。

4驅動凸輪運動曲線設計

圖4顯示的第一分料動柵板和第二分料動柵板機構動作時序是系統根據設定機構動作約束關系解算后得到的最佳時序，用于指導動作機構驅動組件的運動設計。設計中，驅動組件為步進電機驅動凸輪實現預期動作，根據凸輪運動學和動力學特性，不能將二述時序曲線直接轉化成驅動輪的運動曲線，必須以上述時序要求為指導，對輪運動曲線進行優化，以獲得較好的系統動力學特性，避免驅動組件工作時產生較大的沖擊和噪聲，提高系統工作壽命。如表 1所示，為優化后的常見凸輪運動曲線特性值。

按凸輪運動形式分類，本插件機送料機構屬中速輕載形式根據凸輪運動 規律 的選用原則，對中速輕載晴況，應選用a 和 較小的曲線，以保證從動件運轉時的工作精度。

由表數據可以看出，修正梯形和通用優化 i具有較低的 值，分別為61．43和 69．47(當 取值不同時略有變化)，而修正梯形曲線的 值和 t 值(分別未 4．888和 26．71)均較通用優化 i(分別為 5．528和34．17)小，可見修正梯形較適用于該場合應用。修正梯形是由等加速度曲線修正得到，即在等加速度的不連續處(兩端和中間)加上簡諧曲線作為過度曲線并且仍保持其對稱性 ，即

該曲線保留了等加速度曲線 a 小的優點，又克服了其不連續的缺點，適合中速輕載的場合。插件機的送料驅動凸輪選用該型運動曲線進行設計，以獲得較好的運動和動力學特性，保證從動件的工作精度。根據以上掙陛，插件機送料機構第一分料動柵板和第二分料動柵板驅動凸輪運動曲線按該曲線進行設計。

根據仿真結果，取動力學特性良好 。

5結論

led顯示屏陣列式插件機送料模塊動作循環周期短，運動速度較高，配合零部件數量多，在對相關運動參數和約束進行分析的基礎上，采用相關軟件輔助進行運動仿真分析，求解系統時序最優安排，得到較合理的時序安排結果，根據求解結果，對驅動部件進行了動力學相關參數優化，并在此基礎上對驅動凸輪進行了曲線優化選取和設計，從仿真反饋和實際系統工作測試情況看設計方案較好的滿足了設計需求。

參考 文獻

1關積珍，陸家和．2005年我國led顯示屏產業 發展 綜述[j]激光與紅外2006．36(12)：1089～1091

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3陣列式插件機開發可行勝調研報告．企業內部調研資料，2007(4)

4歐笛聲，高中庸．連桿出件機構運動優化沒汁 jj．鍛壓機械，2002(01)：20--21

5彭國勛，肖正揚．自動機械的凸輪機構沒汁 m]北京：機械 工業 出版社1990，12

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8 j．e．mayer jr,di stauffer．effects oftool edge hone and chamfer onwearlifel jj．manufacturingengineeringtransaction，1974(3)：[m]

篇10

Mario Primicerio Universita di Firenze,Italy

Renato Spigler Univerita di Roma 3, Italy

Vanda Valente IACCNR, Roma, Italy(Eds.)

Applied and Industrial

Mathematics in Italy

Proceedings Of The 7th Conference

2005,587pp.

HardbackUSD:162.00

ISBN 9789812563682

本書是意大利應用和工業數學協會(SIMAI)于2004年9月20~24日在意大利威尼斯舉行的第7屆學術會議的論文集。該會議展示了意大利學術界近年來在應用數學和工業數學研究中取得的成果，涉及到的應用領域很廣泛，如工程、財金、材料科學、環境科學、生物學等，與之有關的數學分支也很多，從嚴格的分析學到計算技術，從建模到源于工程的模擬，等等。

全書共收從提交大會的報告中選取的52篇論文，其中一部分是全文，多數是擴展了的簡報。部分論文作者和題目如下：①G.Ali等：半導體數學建模的新視野；②G.Argentini：計算流體動力學模擬中稀疏矩陣和樣條插值的應用；③R.Balli等：高速火車附近的空氣動力學效應；④A.M.Bersani等：MAPK級聯中信號傳輸通道研究中的數學方法；⑤D.Carfi:具有連續狀態變程的量子統計系統；⑥A.Casagrande等：并行網絡適應；⑦P.Ciarlini：數字成像中線虧損的多水平恢復方法；⑧M.Costanzo等：球上散布數據擬合的并行算法；⑨N.Del Buono等：一般線性矩陣群上的常微分方程的幾何積分；⑩D.De Tommasi等：一類各向同性彈性材料中的不連續性曲面；P.Di Lorenzo：數學與音樂：乍看之下令人驚異!R.Fabbri等：指數對分法與非線性H∞控制問題；H.Herrmann等：相對論連續統理論中的自旋公理；N.Parolini等：粘滯自由曲面流的有限元水平集方法；S.Spinella等：微電子部件中參數選取的后驗多目標最優化；P.Teofilatto：最優控制論中的纖維叢；F.Tosi：格Boltzmann模型對開系統的一個應用。

本書對于了解意大利近年來應用和工業數學研究情況具有參考作用，可供應用數學科研人員和有關工程人員閱讀。

朱堯辰，研究員

(中國科學院應用數學研究所)