系统动力学论文范文
时间：2023-03-24 15:37:35
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篇1
在项目实施的过程中，受内外部因素变化的影响，实际输出的成本、进度、质量会偏离原计划目标，而成本控制就是在成本的形成过程中，对生产经营所消耗的人力、物资、费用开支等进行指导、监督、调节和限制，把各项费用都控制在计划成本范围之内，保证成本目标的实现。以往学者们在研究系统动力学与成本控制问题时，都将研究重点放在工程项目成本上，本文则从施工企业角度全面系统分析，辅助企业管理人员的决策行为。
1.1施工企业成本控制系统结构模型
根据施工企业成本构成内容及企业价值活动，本文用因果关系图表示了包含外部关联、企业辅助活动以及项目实施三个基本结构的施工企业成本控制系统结构模型。此模型主要目的是用来帮助施工企业管理人员从宏观角度掌握施工企业在建筑市场这一大环境中所处的位置及相应的成本活动。循环1和2反映了目前施工企业所面临的“僧多粥少”的竞争局面；循环9和10从战略角度分析了政治、经济、市场大环境的影响，当企业发展情况不乐观时，势必影响到企业相关管理活动，如企业技术开发和人力资源，也会对项目的实施产生负面作用，因此这种情况也刺激了企业获得项目的渴望度；循环3、4、5、7、8表示了施工企业与其他市场主体发生的交易活动，产生了交易成本，具体表现在搜集信息、寻找目标、合同谈判、争议协调与解决等环节。交易成本并不创造实际的价值，却构成企业成本的一部分，因此对于施工企业来讲，如何在不降低生产效率的前提下有效地降低交易成本，提高企业的核心竞争力就显得极其重要。施工企业若想获得持续发展，可以从有过合作关系的供应商中选择具有互补优势的，与其建立长期合作伙伴关系，建立起信任机制，减少谈判次数和冲突发生的频率，降低交易成本，实现双方共赢。循环6则说明施工企业充分掌握各项成本产生动因，并且采取有效措施来控制成本，最终会形成企业的核心竞争力，有利于市场竞争。
1.2项目成本控制系统结构模型
在图2的基础上进一步对项目实施过程的成本控制展开研究。本文借助于系统动力学，建立了工程项目成本控制系统结构模型，包含了返工循环、变更循环、波及效应、控制反馈回路四个基本结构。通过此图，可以清晰地掌握模型中各个变量之间的因果关系以及各个环路的性质，可以帮助决策人员加深对成本系统内部反馈结构与动态行为关系的认识和研究，帮助管理人员更好地进行成本控制。
1.2.1返工循环返工循环是系统动力学项目模型中最重要的结构，学者们在研究项目管理问题时都会研究这一循环。它反应了工作任务的执行过程，由于项目的复杂性和不确定性，工作中不可避免地出现错误，错误发生的比例受工程质量控制。返工既耗费工时又花费成本，还伴随着工作任务相互之间的撞击效应的产生，恶化质量、进度、成本等问题。图3中表现为循环1、4、10。
1.2.2变更循环对于任何一个工程项目而言，工程变更也是不可避免的，工程变更主要包括工程范围、施工条件、工程设计、技术标准的变更。变更的提出方可以是施工企业，也可以是业主和设计单位，它往往会导致工期延误、成本失控，甚至对劳动生产率产生负面的影响。作为施工企业管理人员要加强对工程变更的控制，发生变更时要及时做好现场签证，估算变更成本，更新进度计划，收集索赔资料等。在工程初始阶段，要经常和业主沟通协调，尽可能把变更控制在设计阶段初期，将变更带来的损失压缩到最小。
1.2.3波及效应波及效应是一个动态变化过程原本是指某条供应链上某个成员因某种行为的发生，导致某变量数量上的变动，该变量的变动又会通过供应链成员之间、供应链与供应链之间的相互联系对整个产业链产生极大影响。在本系统中，它表现为成本控制带来的副作用，是客观存在的，但在实践中很少受到重视。借助系统动力学可以如实地反应这种副作用给整个成本系统带来的影响，它使系统问题变得更加复杂，有经验的项目经理也不能保证对该类问题系统的思考和分析，由此可见系统动力学分析模型的优势所在。
1.2.4控制反馈回路成本控制实现的是对项目成本的管理，保证成本、质量、进度三大目标实现最优化。为了最终实现计划目标，管理人员要密切关注项目实际发生情况，及时收集相关的各种成本数据信息，与计划目标做对比，发生偏离时及时采取纠偏措施，或调整资源计划或调整目标投入，以确保项目的顺利进行。
2结语
篇2
关键词：欠驱动；机械系统；运动控制
欠驱动机械系统（英文全称：underactuated mechanical systems）主要研究的是处于非完整多体系动力学控制问题。在动力学研究领域中，非完整系统作为速度约束系统，是不可积的，而欠驱动飞完整系统则是广义的非完整系统，广义坐标的维数超过了控制输入维数的数量。欠驱动机械系统具有完全驱动机械系统所不具备的优势，主要体现在控制输入数比系统状态变量的个数要低，但是会由于驱动的减少而降低系统的总质量和能源消耗，同时还能够完成完全驱动的各项任务。
一、欠驱动机械系统的动力学模型
本论文采用拉格朗日动力学研究方法，建立陀螺摆动力学模型。
（一）陀螺摆动力学模型
陀螺摆动力学模型主要分为两个部分，即机械臂和电机驱动下的圆盘。陀螺摆系统结构见图1。
采用这种控制设计，可以使模糊摇起控制器在短时间内达到控制目标。当系统处于摇起的平衡区域内的时候，能量持续增长，并满足了大于零的需求。但是，由于结构设计简单，当第一杆摇起的时候，处于竖直位置，第二杆如果出现不同的状态，就会导致切换的转矩扩大，从而导致摆动角度快速变化，不够稳定。
结语：
综上所述，欠驱动系统的研究中，主要研究陀螺摆系统和机械臂Pendubot系统的平衡控制。但是，由于两种设计结构都具有非线性特征，因此导致控制适应性较差，无法到达理想的控制效果。本论文通过建立陀螺摆和Pendubol系统的动力学模型，基于能量模糊控制，建立Pendubot系统摇起控制方法，并设计LQR方法的控制策略，实现了摇起与平衡感控制的平稳过渡。
参考文献：
[1]张文增，陈强，孙振国，徐磊.高欠驱动的拟人机器人多指手[J].清华大学学报（自然科学版），2004.44（05）.
[2]赖旭芝，吴敏，余锦华. 欠驱动两杆机器人的统一控制策略和全局稳定性分析[J].自动化学报，2008.34（01）.
篇3
为了进一步了解他的科研与教学情况，本刊记者（简称：记）对曹教授（简称：曹）进行了一次专访。
科研：“我会再接再厉”
记：非常感谢曹教授能在百忙之中抽出时间接受我们采访，希望这不会影响到您其他的工作安排。
曹：不必客气，有什么问题你们可以随便提问。
记：曹教授，我们知道您现在担任哈工大航空学院的飞行器动力学与控制团队责任教授以及动力学与振动控制实验室主任，目前主要从事航天器空间飞行器然后航空发动机、大型发电机等复杂机构与结构的非线性耦合动力学与振动控制方面的研究工作。请问您是从什么时候开始研究的，目前主要取得了哪些成绩？
曹：2006年5月，我结束在英国兰开斯特大学的科研工作回国后，来到哈工大工作。此后，我就开始从事转子系统，包括大型气能发动机组、大型风力发电设备、航空发动机等旋转机械的振动与稳定性问题的一些研究，并在转子轴承的油膜力表征、带叶片盘的转子轴承系统的非线性振动、叶片机匣的碰摩力表征以及双转子系统的复合碰摩等方面都取得了一些成果。关于这方面的研究论文，主要发表在了英国《机械工程师会刊：工程摩擦学》、《摩擦学国际》、英国《声与振动》、美国机械工程师协会的《振动与声学》、《振动与控制》和《国际机械科学》、《振动与冲击》、《力学季刊》、《航空动力学报》等国内外知名学术刊物，同时还包括一些在国内外的学术会议上报告和交流的一些论文。
2008年，我参加了国家自然科学基金重大研究计划“近空间飞行器关键基础科学问题”，并且主持了高超声飞行器非线性耦合动力学与热弹性颤振控制相关的两个培育项目，因此在机翼以及臂板颤振和控制方面也取得一些成果，提出了包含非线性反馈在内的组合控制律，适用于不同飞行速度的递进式控制律，不同程度地提高了颤振的临界速度。这些相关的成果发表在《中国科学》、《非线性动力学》、《国际声与振动杂志》等学术刊物上。
另外，在航天器研究方面，我从2010年开始着手研究航天器的部件以及卫星和火箭之间的隔振问题，包括主动隔振，被动隔振，主被动一体化的减振、隔振问题，同时还主持了相关的减振/隔振的几个项目。从研究思路来说，我们主要是采取了电磁式的隔振器，包括这个现在用的很新的隔振平台技术方面的工作，并且设计了相应的隔振平台，从而获得了比较好的隔振效果。目前，这部分工作还正在开展当中。
实事求是地说，这些年来我们的研究工作虽然已经取得了一些成绩，但有很多工作还需要深入研究，还需要进一步努力，同时还要多跟国内外的同行进行交流。
记：说到学术交流，我们知道您参加过很多国内外专业学术讨论会，并作了很多重要的学术报告，给您印象最深刻哪次会议，会议起到哪些作用？
曹：是的，我确实受邀参加过很多国际会议，在这些国际会议中，我大多担任分会场主席，主持讨论。此外，我自己也组织过相关的国际会议。要说印象最深刻的学术会议，我觉得2012年在北京召开的第23届国际理论与应用力学大会（International Congress of Theoretical and Applied Mechanics，简称ICTAM）作为国际力学界最权威的学术联合体IUTAM组织的最重要的学术大会，自1924年在荷兰代尔夫特市首次举办后，每4年举办1次，迄今已经在世界范围内成功举办了22次。由于IUTAM的权威性，ICTAM大会在国际力学界有着强大的号召力，被誉为国际力学界的“奥林匹克盛会”。由胡海岩院士主持召开。据不完全统计，有来自世界各地的1300多名力学工作者参加了第22届ICTAM大会的学术交流，共收录论文1322篇论文，其中包括来自中国大陆的近200篇论文。因此，从这个角度而言，这个会议能够在我们国家召开，不仅是我国力学界的一次盛举，而且充分体现了近年来中国力学水平的提高，是我们国家力学研究跻身于世界前列的一个表现。
对于这个会议，我的印象非常深刻，这个会议在我们国家召开，应该说对于我国的力学研究，尤其是动力学与控制及其工程应用的研究与发展起到了非常积极的作用。
记：作为哈工大航天学院的教授、博士生导师，您对我国航天事业现状肯定有很深的了解。那么，您认为我国在航天航空领域还有哪些不足？
曹：我从事的是关于航天器结构振动与控制方面一些研究工作，所以还是着重从这个角度来谈一谈吧。应该说，我国近些年在这些领域的研究取得了很大的进步，但是还有很多相关的挑战性的问题，比如大型航天器柔性结构振动对姿态运动、轨道稳定性等的影响，又比如说柔性结构振动与姿轨运动的协调控制器的设计与实现、连接铰间隙带来的非光滑系统动力学与控制问题，都需要深入的研究。
从航空领域来说，涉及大飞机的大展弦比机翼的颤振及其抑制也需要开展仔细地研究。此外，航空发动机转子系统振动问题同样是亟待解决的关键问题之一。
教学：“关键还是要培养学生的独立科研能力和创新能力”
记：作为博士生导师，您最注重对学生哪些方面的培养，目前为止您培养过多少优秀的博士生，他们都在哪些领域为国家做着贡献？
曹：就博士生培养而言，我认为最重要的还是要培养学生的独立进行科研工作的能力，简而言之，就是要着重培养学生的科研创新能力。也就是说，要在科研过程中，培养学生发现问题和解决问题的能力。当然，除了这些，还需要培养学生具备一些与科学研究相关的工作能力。比如说，从问题的提出到申请相应的项目，然后对这个项目进行相应的计划和解决，最后写出相应的科研报告等等，各个方面都需要培养。与此同时，导师还应当关注学生的修为和交流能力，比如说沟通与学术交流方面的能力培养、国际视野的培养等。
基于这些理由，我们会鼓励学生参加相应的国际会议，并且也会派出学生进行联合培养，同时我们因为自己组织过一些国际国内的学术会议，所以我们的学生在这个过程当中，也参与了这样一个国际国内学术会议的组织安排等这样一些工作。应该说，在博士生的培养方面，我们做的工作应该是比较全面的。
我在国外工作的时间比较长，2006年才回国，因此直到2006年我才开始带自己的研究生。迄今为止，已有9人获得了博士学位，他们分别在相关的科研院所和高等院校工作，如涉及航空航天的研究院所、南京理工大学、哈尔滨工程大学等单位。
至于说为国家做出了哪些重要贡献，我想到现在还说不上。不过，从我了解到的情况来说，他们目前都已经在各自的工作岗位上发挥了一些积极的作用。
记：除了在哈工大从事教育工作，您还曾到香港、英国、澳大利亚等海内外进行访问或教学，在这一过程您感觉和国外的教育方面有哪些差别？
曹：这个问题，我可以简单地谈一点自己的看法。1996年和1999年，我在香港理工大学的土木与结构工程系做了一些合作研究，2000―2006年在英国兰开斯特大学物理系，也是做一些合作研究，后来去澳大利亚做了一个短期的访问。通过在这些个国家和地区的合作研究，我本人也确实接触到了一些新的东西，从而了解到国外教学与研究方式跟我们当然有一些区别。
我认为国外的教育跟我们最大的一个区别就是他们更注重启发式的教学，并且更关注学生动手能力的培养，尤其是在研究成果的展示方面，外国的学生具有相当的优势。因为他们从高中、大学、研究生到博士生都一直有相应的展示的机会，都要做相应的研究与交流，还要做相应的报告。所以国外学生在成果展示以及和外界的交流等方面，具有一定的优势。但从另外一个角度来看，我们中国学生的基础更好，更扎实，学的东西也更多一些。
因此，我们经常可以看到这样一种情况，就是中国的学生大概在刚毕业的一两年，如果要和国外的学生去竞争的话，那么在成果展示和交流能力方面可能会稍微差一些，但是一旦我们熟悉了国外学生的研究方法，应该说中国的学生还是很有优势的。
目标：“教学与科研工作应当并举，不可偏废”
记：最后一个问题，就是说在未来您会偏重于教学还是研究？在您的研究领域还会做哪些努力？
篇4
（1）世界模型:WORLDII和WORLDIII模型(Dennis，Meadows，1974年)，研究了世界范围内人口、自然资源、工业、农业和污染诸因素的相互制约关系及产生的各种可能后果。
（2）国家模型:中国SD模型(SDNMC)建立于08年代末，能用于研究数十年乃至百年内中国发展总趋势，揭示未来社会发展的矛盾、问题和阻碍因素，并提出预见性的发展战略和建议。
（3）区域或城市经济发展模型:西方城市SD模型(Jay.W.Forrester，1968年)揭示了西方国家城市发展、衰退、复苏的内在机制;王其藩建立的中心城市技术开发与经济增长的SD模型，研究了上海市城市硕士论文利技、教育、经济三者的协调;张炳发建立的佳木斯市宏观经济系统仿真模型，研究了城市宏观经济系统的结构和功能;吴健中等人建立的新疆社会经济发展的SD模型，探讨了新疆社会经济发展的制约因素。
此外,系统动力学还用于企业管理、城市规划、环境与农业的发展和建筑工程管理等方面，其应用范围越来越广泛。
3.1.4系统动力学基本特点
系统动力学解决问题的独特性就是建立规范的数学模型。从系统内部的微观结构入手建模，同时借助计算机仿真技术来分析研究系统结构功能与动态行为的内在关系，从而找出解决问题的对策。基于因果关系和结构决定行为，这就是系统动力学建模的独到之处。
(l)所建模型与管理者的思维模型相沟通。任何模型一般总是要组织信息、澄清观点、统一认识，对令人困惑和有争议的系统行为给出令人满意的解释。系统动力学的建模技术易于将管理者的思维进行量化。
(2)研究问题注重从因果机制出发。因果关系是存在于各种现象的普遍关系。从因果关系出发，分析各因素之间构成的因果反馈环，才能从纷乱的现象中找出发生这些现象的内在原因和形成机制。
(3)从观察系统结构入手。系统动力学认为系统结构是系统发展的内在动力。只有了解了系统的结构和变化机制，才有可能预测系统未来的行为。因而系统动力学模型也被称为“结构依存型”模型。
(4)内生化处理。系统动力学模型从内部寻求解释系统行为的规律，重点在于模型的内部结构。
(5)非线性行为。系统动力学模型能够处理复杂的非线性系统，因而适于系统动力学在供应链管理中的应用研究研究社会经济系统这样的复杂系统。
(6)延迟特性。系统动力学模型引入了延迟机制，使模型与所描述的实际系统更为接近。
(7)能够进行政策仿真。系统动力学模型是实际系统的实验室，利用模型仿真剖析系统，获取更丰富、更深刻的信息，进而觅寻解决问题的途径。系统动力学解决问题的过程实质上也是寻优过程，其最终目的是寻找系统较优结构，以求得较优的系统功能。
3.1.5在需求工程中应用系统动力学的可行性
人类的社会系统中存在两类复杂性问题:“细节性复杂(Detail Complexity)”，和“动态性复杂(Dynamic Complexity)”。细节性复杂是指问题的变量很多，要解决此类问题须考虑的因素千头万绪，并且要处理的工作项目十分繁琐，传统的作业研究和策略规划即在处理这类问题。所谓的动态性复杂则是指引发此类问题的因素或变数可能不多，但是变数之间环环相扣，彼此交错，互为因果，且大都有时间上的延迟(delay)。一般而言，这类问题具有以下的特征:
(1)原因和影响不明确，且影响的结果往往并非显而易见的，因为因与果往往不在时空上直接的关联。
(2)同一行动其短期和长期的影响常具有极大的差异。
(3)一个行动在不同的部门中，会产生一连串不同的结果。
(4)可见的干涉行为，产生不可见的结果。
许多管理方面复杂深奥的预测与分析工具，以及洋洋洒洒的策略规划，常常无法产生真正突破性的贡献，其原因也是这些方法只能用来处理“细节性复杂”，而无法用来处理“动态性复杂”。处理“动态性复杂”的问题，不能一味的企图以“复杂对付复杂”，必须了解整个问题背后相互间的关联性后，才有可能寻求对策。“结构影响行为”，系统思考就是用来帮助我们看清复杂状况背后运作的结构(structure)并寻找出杠杆解(leverage point)所在的位置。大多数管理上的问题都是属于动态性复杂问题，而非细节性复杂问题。
篇5
[关键词] 存货控制；系统动力学；Vensim
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 06. 027
[中图分类号] F272.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）06- 0044- 03
0 前 言
存货控制是现代财务管理日常工作的重要环节，在经典的存货优化控制模型中，通常对企业的内部管理与外部环境作了非常理想化的界定，例如产供销各个环节上的无缝对接，推导出精致的最佳经济采购量公式，然而现实经济活动千头万绪，很难符合纯数学意义的运筹学库存模型假设前提，一种以数值仿真技术为标志的系统动力学为解决这类复杂问题提供了强有力的工具。系统动力学不同于运筹学，它不是依据抽象的各类假设去寻求所谓的“最优解”，而是以现实的客观存在为对象，根据系统的实际信息构建动态的仿真模型，并通过计算机反复模拟对系统未来趋势进行分析与研究。
1 系统动力学基本知识
系统动力学（System Dynamics，英文简称SD）是由美国学者Forrester教授在1956年提出的，其最初的目标是为了解决企业生产与库存方面的问题。现在系统动力学已经广泛应用于项目管理、供应链管理、学习型组织以及公司战略等。
系统动力学的思想来源于流体力学，采取生动直观的方式对组织运作进行描述，即用SD专业语言刻画企业各类资源在时空中的循环运动，包括订单流（order）、人员流（people）、资金流（money）、设备流（equipment）、物料流（material）以及信息流（information）。
构建系统动力学模型通常包含如下步骤：①明确建模系统的目标；②界定系统研究边界；③确定因果作用相互关系；④运用SD专业方法建立系统动力学模型；⑤计算机仿真实验；⑥对仿真结果分析；⑦对模型进一步修正。其中第③、④步骤是解决问题的重要环节，要求对研究问题有深入研究，同时要具备系统动力学知识，包括绘制因果关系图、流程控制图以及建立结构方程式等。
2 存货控制的系统动力学案例——以Excel为工具
对于财务工作者来说，通常对Excel软件比较熟悉，但是该软件进行系统动力学仿真方面的研究较少。一般来说系统动力学是用一组微分方程来反映系统运动的，通常需要采用相关专业软件处理。对于具备系统动力学的Excel高手，也可以将Excel与VBA工具相结合来开发系统动力学仿真模型，这对于普通财务工作者是很难做到的。但是对于有些简单问题可以运用Excel来构建系统动力学基本框架，其目的主要是掌握系统动力学的基本原理，为进一步学习奠定良好基础。
下面根据温素彬博士Excel系统动力学方面的论文进行修改得到如下存货控制案例：假设某存货系统初始库存量为2 000千克，初始在途订货量为6 800千克，期望库存量为7 500千克，库存调节时间为2周，订货延迟时间为4周，模拟时间间隔为1周，试采用系统动力学方法探讨库存系统变化情况。
在分析存货系统前作如下基本假设：①订货速率R1与期望库存量EQ与实际库存量Qt之差成正比，与库存调节时间T1成反比；②实际库存量变化率ΔQ等于收货速率R2；③收货速率R2与在途订货量ZQ成正比，与订货延迟时间T2成反比；④在途订货量变化ΔZQ率等于订货速率R1与收货速率R2之差。
在Excel表格中建立各参数之间的数量勾稽关系，用系统动力学专业术语表示为状态变量（level variable）方程与速率变量（rate variable）方程，具体方程式见表1。
为了动态反映存货系统的变化情况，利用Excel中的控件工具调整时间，得到库存量与在途订货量之间的动态变化（图1）。
从图1可知，存货量与在途订货量在最初的前31周波动较大，31周以后将趋于平稳。
在存货控制中要注意防止剧烈振荡或者出现类似混沌现象，例如在其他条件不变的情况下，将库存调节时间为1周，订货延迟时间为1周，则会出现图2中的不利情况。
3 存货控制的Vensim系统动力学模拟
对于简单存货问题可以采用Excel来模拟，但是如果系统比较复杂这时就要采用专业软件Vensim，该软件是由美国Ventana公司设计开发，是一个可视化的模拟、优化软件，为了清晰反映存货系统，仍以上述存货系统为例，运用系统动力学专业软件Vensim绘制存货控制流程图（该图很难用Excel绘制）如图3。
绘制控制流程图仅仅从定性上反映各变量之间的因果作用关系，要对上述存货系统进行模拟，就需要对上述参数定量化，其参数定义公式见表1，Vensim建立各参数之间关系操作界面如图4、图5。
从图6、图7可知，存货量与在途订货量在最初的前31周波动较大，31周以后将趋于平稳。
4 结 论
（1）Excel进行系统动力学仿真仅仅适应于简单问题，如果对于复杂系统，这时就需要与VBA相结合，因而对计算机编程水平要求很高。
（2）Vensim是专业的系统动力学软件，可以绘制生动形象的流程控制图，而Excel软件很难实现，同时Vensim在定义各类系统动力学方程时，采取图形界面引导，因此学习方便、操作简单，对于本文中的存货控制案例，两种软件仿真结果完全相同。
（3）Vensim系统动力学软件，可以将Excel软件中的函数、控件、模拟运算表以及方案管理器等方面的功能有机集成与融合在一起，为解决财务管理各种复杂问题提供了强有力工具。
主要参考文献
[1]温素彬.基于Excel的存货管理系统动力学仿真[J].淮海工学院学报：自然科学版，2003（2）.
[2]龚晓光，张娟.用Excel实现系统动力学模型模拟与寻优——以网民扩散为例[J].系统仿真技术，2008（1）.
[3]钟永光，贾晓菁.系统动力学[M].北京：科学出版社，2009.
篇6
关键词：破碎锤的组成；工作装置传统设计方法；CAX及软件；多体动力学理论
一、 液压破碎锤概述
. 液压破碎锤及其组成
车载液压破碎锤可以高效地完成碎石、拆除、公路修补、冻土挖掘、二次破碎等艰苦工作，欧洲和美国的各种车载破碎锤纷纷面世，如Atlas Copco、Rammer、Montabert、Indeco等。.80年代，韩国的破碎锤也继日本之后有了长足的进步，1986年韩国水山重工推出了液压破碎锤，韩国相继出现了很多品牌。
破碎锤的冲击能量的来源还是由以下3种方式提供：第一种由液压油提供，例如Rammer和Montabert；第二种由气压提供，例如日本的破碎锤；第三种也是效果最好的，由液压、气压混合提供，一般液压占25％、气压占75％，如Atlas Copco公司设计、生产的破碎锤。但所有的破碎锤活塞回到原位的力完全是由液压提供。目前液压破碎锤已经被广泛应用于公路再建、市政拆除、矿山、采石、隧道、水下作业等工程建设领域。
..本文所研究的液压破碎锤是在单斗反铲型液压挖掘机上改装的，将液压挖掘机上的铲斗改装成液压锤。因此总体结构包括动力装置、工作装置、回转机构、操纵机构、传动系统、行走机构和辅助设备等。常用的全回转式液压挖掘机的动力装置、传动系统的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都安装在可回转的平台上，通常称为上部转台。因此又可将液压破碎锤概括成工作装置、上部转台和行走机构等三部分。.
二、工作装置设计方法
1． 工作装置传统设计方法
我国工程机械发展与国外相比相对较晚、较慢，技术水平整体较低。工作装置的传统设计方法在设计历史中起到了主要作用。对于工作装置的设计方面国内外研究的情况大致是：
(1) 图解设计法；(2) 基于平移性的作图法；(3)解析法；(4) 综合图解设计法；(5) 优化设计方法，以上设计方法基本上遵循一般连杆机构的位置综合原则，侧重考虑工作装置的平移性。对它的工作装置伸缩性与平移性，平移性与自动放平性，动力性与自动放平性之间的矛盾关系未能综合分析，只是满足单个性能的要求，无法达到全局最优。总之，这些方法都是基于二维平面上进行的。对于工作装置干涉问题、运动学、动力学等问题不可能很好的解决，也不可能直观的表现出来。
近年来随着计算机技术的发展，在工作装置设计上出现了基于虚拟样机技术的工作装置设计。例如吉林工业大学、大连理工大学和洛阳拖拉机厂等利用虚拟样机技术不但研究了工作装置的运动学、动力学特性，而且对其进行了优化设计，但是它们不是对模型进行了大量的简化，就是只局限于对刚体情况下工作装置虚拟样机的研究。
本论文是在全面分析液压破碎锤工作装置的基础上，建立工作装置的虚拟样机模型，在虚拟环境下模拟物理样机的运动状况，快速分析各种设计方案，进行辅助设计、参数化设计和优化设计，帮助设计人员完成以前需经数次物理样机才能完成的实验研究。
2． CAX技术及其软件
由文献可知，CAX技术是虚拟样机技术的基础技术平台。一般意义的CAX技术主要指CAD、CAPP、CAM、CAE、CAQ等，限于篇幅，本文主要阐述CAD/CAE技术及其软件。
目前，工程设计中常用的CAD软件有二维和三维软件之分。其中三维造型软件比较知名的有Pro/ENGINEER，UG，Solid works，I-DEAS，CATIA，CIMATRON等。各个三维CAD软件当前的最新版本是Pro/ENGINEER wildfire2.0，UG NX4.0，Solid works 2006，I-DEAS NX V11，CATIA V5，CIMATRON E6.0等等。
本文将采用Pro/ENGINEER wildfire软件完成液压破碎锤工作装置的建模与装配，建立工作装置的虚拟样机并进行不同作业工况下的动态模拟。
所谓CAE即Computer Aided Engineering（计算机辅助工程）是指工程设计中的分析计算与分析仿真，具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动及动力学仿真。工程数值分析用来分析确定产品的性能；结构与过程优化设计用来保证产品功能、工艺过程的基础上，使产品、工艺过程的性能最优；结构强度与寿命评估用来评估产品的精度设计是否可行，可靠性如何以及使用寿命为多少；运动及动力学仿真用来对CAD建模完成的虚拟样机进行运动学仿真和动力学仿真。从过程化、实用化技术发展的角度看，CAE的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动及动力学仿真技术。
目前工程实际中应用较多的CAE软件有ANSYS、MATLAB、ADAMS、ALGOR等。各个软件的最新版本是ANSYS 8.0、MATLAB 8.5、ADAMS 2005、ALGOR V17等。
本文采用MSC.ADAMS软件进行液压破碎锤工作装置虚拟样机的仿真研究。
3． 多体动力学理论
多体系统动力学包括多刚体动力学和多柔体系统动力学，是研究多体系统（一般由若干柔性和刚性物体相互连接所组成）运动规律的科学[17]。
多体系统动力学的核心问题是建模和求解问题，其系统研究开始于20世纪60年代。从60年代到80年代，侧重于多刚体系统的研究，主要是研究多刚体系统的自动建模和数值求解；到了80年代中期，多刚体系统动力学的研究已经取得一系列成果，尤其是建模理论趋于成熟，但更稳定、更有效的数值求解方法仍然是研究的热点；80年代之后，多体系统动力学的研究更偏重于多柔体系统动力学，这个领域也正式被称为计算多体系统动力学，它至今仍然是力学研究中最有活力的分支之一，但已经远远地超过一般力学的涵义。多体系统动力学的根本目的是应用计算机技术进行复杂机械系统的动力学分析与仿真。
三、 液压破碎锤工作装置的研究体系
1． 液压破碎锤工作装置虚拟样机的构建流程
本文液压破碎锤工作装置虚拟样机的建立主导思想是：根据液压破碎锤工作装置的试制图纸，在Pro/ENGINEER中进行三维实体建模，通过虚拟装配，建立工作装置的三维模型，然后添加适当的约束以及驱动，使之成为一个虚拟机构。其构建流程如图2-1所示。
图2-1虚拟样机的构建流程
2． 液压破碎锤工作装置的研究体系
通过查阅相关文献，基于以设计为中心的先进制造技术理论，可以得到，液压破碎锤工作装置的虚拟样机研究是一个庞大的系统工程。本文的研究内容―液压破碎锤工作装置的虚拟样机研究只是其中的一部分，只涉及到了工作装置的运动学分析、动力学分析、结构分析的前处理以及工作装置虚拟装配的部分内容。
篇7
一．第三种竞争范式的提出
自80年代联结主义范式兴起以后，符号主义和联结主义成为认知科学的两大基本范式，由于两大范式建立在功能主义计算假设和联结主义假设之上，受到一系列质疑。随着最近十年一些有关动力系统理论文献的问世，一种新的关于认知科学的基础理论似乎在逐步形成，例如，格罗布斯（Globus1992），罗伯特森（Robertson1993），西伦（Thelen）和斯密斯（Smith1994）的文章和著作希望发展一种对认知更好的动态的理解进路。特别是冯•盖尔德（vanGelder）和波特（R.Port）(1995)年出版了一本关于认知科学的动力理论的书：提出认知科学的动力学研究进路（It’sabouttime:Anoverviewofthedynamicalapproachtocognition,Mindasmotion:Explorationsinthedynamicsofcognition,Cambridge,MA,MIT），被作为认知科学第三种竞争范式的宣言。此书引起了较大凡响,如华盛顿大学伊莱斯密斯（C.Eliasmith）1996年发表了《第三种竞争范式：对认知的动力理论的批判性考察》，其后也有其他人的热烈讨论。
冯•盖尔德针对80年代以后符号主义、联结主义范式所产生的困难，提出他的动力学假说（DynamicistHypothesis）。对于认知科学中的时间、构架、计算和表征等概念都提出了不同的解释。冯•盖尔德把纽厄尔（Newell）西蒙（Simon）的计算主义假说或说物理符号系统假说：
“自然的认知系统在物理符号系统的意义上是智能的。”
相关的，期望用动态眼光理解认知的还有丘奇兰德（Churchland）和谢诺沃斯基（Sejnowski），他们（1992）把所拥护的联结主义假说表述为“突现性是以系统的某种方式依赖于低层现象的高层结果”。他们承诺“通过构架的低层神经网络的作用能达到复杂的认知效果”
“直觉过程是一种亚概念的（subconceptual）联结主义动力系统，它不接受完全的、形式化的、精确的概念层次的描述”。
“用亚概念网络把自然认知系统看作是动力神经系统是最好的理解。”
有一种假设认为，人意向性意识涌现于集群系统动力学，并由环境激发。
动力系统类包括任何随时间变化的系统，广泛用于对自然界的描述。动力论者期望勾画一类特殊的能恰当描述认知的动力系统。于是1995年冯•盖尔德给出他的动力学假说（DynamicistHypothesis）：
“自然的认知系统是某种动力系统，而且从动力学眼光理解认知系统是最好的理解。”
动力学假说是以数学的动力系统理论为基础描述认知的，用数学中的状态空间（statespace）、吸引子（attractor）、轨迹（trajectory）、确定性混沌（deterministicchaos）等概念来解释与环境相互作用的认知主体（智能体）的内在认知过程。用微分方程组来表达处在状态空间的认知主体（智能体）的认知轨迹。换句话说，认知是作为认知主体所有可能的思想和行为构成的多维空间被描述的，特别是通过在一定环境下和一定的内部压力下的认知主体的思想轨迹来详尽考察认知的。认知主体（智能体）的思想和行为都受微分方程的支配。系统中的变量是不断进化的，系统服从于非线性微分方程，一般来讲是复杂的，是确定的。
二．认知科学的几个动力系统模型
这些模型虽然不仅仅是动力学假设的应用实例，但被动力论的倡导者看作他们的范式的担当者。
1．循环原动力行为模型（CyclicalMotorBehaviorModel）
罗伯特森（1990）曾用动力学进路对CM（新生婴儿的自发的原动力行为中的循环）做了大致勾画。罗伯特森采集了大量的关于新生婴儿呈现的自发的原动力行为的数据。由于这些经验数据的有效性，这个动力系统模型CM是少有的几个能够充当动力系统模型的。而且许多人认为，这是一种可定量化的生理学行为的一种非隐喻的动力描述，恐怕较临床心理学的研究结果更能让人欣然接受。
罗伯特森后来过滤了观察状态空间，获得了带有少数自由度的一个理想的动力模型，似乎能够模拟CM的随机过程。但基于后来的研究，罗伯特森只能得出结论说是“我对CM的生物学基质清楚地知道的很少”。结果，至今还没有完美的动力系统模型。
因此罗伯特森说：“我们距离建立一种使状态变量和参数与生理学和环境因素有清楚对应的关于CM的动力系统模型的目标，还有相当长的路要走”。
2．嗅觉球状模型(OlfactoryBulbModel)
斯卡德（Skarde）和弗里曼（Freeman）1987年的论文“为了了解世界大脑是如何制造混沌的”大致勾勒了这个模型并进行了一定程度的实验，这是一个基于嗅的神经过程的考察，借助复杂动力系统理论描述感受器官的神经系统的各种复杂状态、包括描述混沌神经元活动及其有规律的轨迹而提出的精致模型。盖尔德和格罗布斯、巴顿（Bardon）纽曼（Newman）等都承认它可以作为动力系统模型。
3．动力振动理论模型（MotivationalOscillatoryTheory）
动力振动理论（MOT）是一个关于循环的动力系统的模型。是冯•盖尔德（1995）推荐作为动力论假说范例的一个简化的动力系统模型，它是由……提出的。
但是这个系统最大的问题就是如何正确选择系统的参数。因为对于动力系统而言，是对初值敏感的，“改变动力系统的一个参数就改变了它的整个动力学”（vanGelder，1995，p.357）。
4．语言认知的动力学模型
5．关于意识的动力学模型
……
三．动力学认知范式对表征的理解
表征是认知科学最核心的概念之一。表征包括对象表征、问题表征和知识表征等，还有内隐表征和外显表征，人的表征和机器表征，总之，表征被认为是人类对自身和对外部世界表达式的媒介，特别是，知识表征是推理的前提。在计算主义框架下,知识表征是有效计算的媒介，是使计算机世界的信息沟通以及与人的世界的信息沟通成为可能的媒介。在我们今天普遍流行的认知科学范式中最重要的就是表征与计算问题，无论是作为“一种替代物”，“一组本体论承诺”，还是“一种媒介”（韦格曼（M.Wageman,1996）），抑或一种“被构造出来的作为另一对象的替代物而存在的符号”(刘西瑞，2004)，大家都默认着一个假定，“没有表征就没有人类认知”。
动力论的认知范式与其他范式的一个重要区别是对表征的不同理解。符号主义模型是以符号表征为基础的。联结主义的表征是以网络中的并行式表征或局部符号表征（Globus1992,ThelenandSmith1994;vanGelder1993,1995）为基础的。但动力论的认知范式则宣称，一个动力模型应当是“无表征的”。
在对联结主义范式的批判中，格洛布斯指出，“表征的过程实际上是在简化网络中的（符号的）计算过程。”在真实的网络中是无表征的，它们是变化的；是借助化学变化的自组织过程，因此谈论表征是没有意义的（Globus1992,p.302），类似的，vanGelder认为“表征概念对于理解认知是不充分的一种诡辩式的东西（sophisticated）（vanGelder，1993，p.6）.ThelenandSmith宣称“我们根本不去建立什么表征”（ThelenandSmith1994，p.338）！动力主义者认为，对于恰当解释认知，表征是完全不必要的。
实际上，布鲁克斯（R.Brooks）就宣称，将建造一种完全自动的、能动的行为者（创造物），它们与人类共存于世界上，并被人类认可是有自己权利的智能存在。创造物在它的动力环境中必须以随机应变的方式恰当处理问题。它们应有多种目标，能适应环境，也能利用偶发环境。布鲁克斯的方案是把复杂系统分解为部分来建造，再连接到复杂系统中。他所设计的机器人，是靠控制不同的层次直接与环境作用，因此他宣称“根本不需要表征”（1991）。
因此,也有人攻击动力论范式，拒斥表征无非是对行为主义规划的不成功表达的一种强烈暗示。说它是“无表征的”，不如说它是“在某种类型的非计算的动力系统中存在状态空间演化的”。
四．对认知科学的动力学范式的批判性考察
动力系统理论对认知行为的连续性提供了随时间变化的自然主义的说明。这是其他范式不能说明的，其他范式一般来讲是忽略时间概念的。但人类大脑与环境之间是随时有信息交流的，而且是处在不断变化的，暂态的连续的认知是随时间变化的。
动力系统理论的优势是对认知的描述是多元的，是一种经验可检验的理论，可以对描述认知系统的微分方程进行分析修正，也可以用已知的技术去解这些方程，比起其他理论，它是一种定量的分析，是理解认知的一种确定性的观点。另一优势是动力系统的描述可以展示人类行为复杂的，混沌的特性。动力论者认为，如此对认知的分析描述，应当是已经找到了替代认知科学中的符号主义、联结主义的新范式。果真如此吗
但是前面讨论的一些模型外，至今有多少是成功的模型？
对于表征的理解受到质疑.
如何保证动力系统的各变量和参数的恰当选择？系统的稳定性和可靠性问题。
认知的动力系统虽然不是一种隐喻性的，而是一种定量的分析，但对于定量性描述的因素的选择基于什么原则？
篇8
《汽车理论》课程是一门通过高度有机综合工程数学、工程力学与汽车构造等专业知识体系来提高学生对汽车动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性和通过性等重要汽车使用性能指标进行定量化分析并研究相应的优化设计方案的能力的专业基础课程[1，2]。在笔者的教学过程中，通过课堂调研与作业信息反馈，发现学生在学习过程中普遍对基本概念与定义的理解不够深入，从而导致他们所分析出的各类具体工况下汽车的性能表现缺乏实际的物理依据这一问题，进而反过来更加阻碍学生对基本概念与定义的充分理解和吸收，最终形成恶性循环，极大地挫伤了学生的学习积极性。
从每年期末考试的情况来看，汽车理论的平均分与及格率均低于汽车构造、发动机原理、汽车设计等其他专业主干课程。如何在已有教学水平和教学资源的基础上深化改革教学方法，提升学生的学习动力，培养学生对专业技术研究开发关键核心问题的敏锐嗅觉与快速解决能力，是值得每一位《汽车理论》课程教师深思的问题。
传统的《汽车理论》课程教学分为理论教学和实践教学两部分，课堂理论教学一般在课时分配上占有绝对主导权地位。而从考核与成绩评价方式上来讲，也是传统的期末考试成绩具有绝对话语权。这样的设计原则上合理，但是过于依赖课堂教学与期末考试在专业能力培养与考核上的作用。在课程学习阶段的学生早已不是刚入校的高中毕业生，而是有一定专业知识素养并充满专业实践创新基础与渴求的大三学生。教学方式和考核方式的过于单一，在很大程度上会降低学生的学习兴趣和对专业前景的光明预期，最终影响培养质量。为此，本文将重点分析如何在坚持传统教学方法精髓的基础上进行教学考核方法的创新，从而为培养具有高度理论素养和强大实践创新能力的学生提供可靠保障。
文中提到的教材均为清华大学余志生撰写的汽车理论各版教材，主要以第五版为主。
一、传统教学方法的坚持与优化
传统教学方法即教师PPT讲授+板书详细剖析关键知识难点+师生问答互动+评阅学生作业。对于汽车理论这门理论课程，坚持该方法无疑是以保证学生理解掌握完整理论体系与普遍分析方法为出发点，但在实践过程中，我们可以尝试进行以下优化：
1.第一章。改变常规的授课思路，以汽车坡道行驶驱动动力学建模理论、方法、过程与模型在动力性评价与优化设计中的应用为基本讲授纲要和思路。有了对模型的系统理论认识，就很方便教师给学生讲授理论研究与实验中发动机转速特性、滚动阻力系数、空气阻力系数、坡度与加速阻力系数、附着率的由来及其在模型理论分析中的地位与作用。按此思路优化第一章教学，可以强化培养学生以系统动力学的微分方程建模来对汽车驱动性能进行研究和设计开发的工程学研发思路，促进同学们对在先修的理论力学、高等数学等课程中自己认识较浅的知识盲点进行深化具体认识。此外，通过本章开始的课程学习所逐步培养的这种能力也有助于培养学生学习其他机械工程领域的专业技术基础课程的自学能力，从而使学生在将来的就业与深造中具有广泛的适应性与极强的自主性。
2.第二章。以发动机万有特性为基本出发点，引出等速、等加速与等减速工况燃油消耗量的分析方法以及影响燃油消耗量的主要因素。由于发动机万有特性通常属于学生认识不深入的基本知识点，那么，结合本课程的一个重要培养目标——对专业技术研究开发关键核心问题的敏锐嗅觉与快速解决能力，将由基于万有特性的发动机最小燃油消耗特性所确定的最佳无级变速器调速特性原理对无级变速器的结构功能设计的理论指导作用作为本章的重要研讨性学习内容来开展教学工作，教学过程可采用案例研讨、以小组为单位的课程设计作业、课程设计作业答辩等方式灵活进行。而且，鉴于万有特性理论的重要性和相关应用的重要工程意义，无级变速调速理论的研讨性学习是本章的教学重点。
对于电动汽车部分，属于目前的主流新技术。为了给学生强化工程创新实践意识，本节的教学可以以在理论讲解的基础上结合主流动力性燃油经济性仿真分析软件——Cruise、Advisor在具体车型设计方案评估中的应用来开展[3，4]。教学过程可采用案例研讨、以小组为单位的课程设计作业、课程设计作业答辩等方式灵活进行。如何将仿真技术与教学有机结合将在本文后面相关部分阐述。
3.第三章。第三章讲授的内容是对前两章所学内容的进一步深化，更侧重于档位的设计、匹配对汽车燃油经济性和动力性的综合影响。传统授课方式能保证学生吸收大部分核心知识点。本章的教学重点在传动系档数和各档传动比的选择上。学生普遍反映教材相关内容过于抽象，学习过程中感觉不贴合实际。为此，教师在精确传授教材内容的同时，应该结合自己在企业的实际工作经验给学生直观形象解释清楚几何速比级差与渐变速比级差在改善汽车动力性上的显著差异，方有助于理解。
4.第四章和第五章。第四章和第五章是本课程的又一教学重难点。由于第四章涉及的制动动力学与第五章涉及的汽车操稳系统动力学存在相互耦合关系，且都同时直接对整车的行驶操纵稳定性有最直接的影响，所以笔者设想在遵循传统教学理念方法的同时，将两章的内容系统整合在一起进行讲授。一来期望提高学生综合分析解决问题的能力;二来教学内容会更贴近汽车行驶的主动安全性这一前沿尖端技术，在兴趣的指引下能有效提高学生的学习兴趣。
因为现在的学生数理基础都比较扎实，同时理论力学也学得比较深入，所以在分析制动方向稳定性和操稳性时，除了通过动力学模型的推导使学生获得精准的理论认知外，建议以MATLAB/Simulink软件为切入口，教会学生将教材上重点讨论的模型转化为仿真模型并通过仿真来形象理解制动和转向控制对汽车操稳性的综合影响。进行相关教学时可采用案例研讨、以小组为单位的课程设计作业、课程设计作业答辩等方式灵活进行。
此外，这两章有几个知识点联系非常密切。在传统的教学进度安排中是分开讲授的，学生感觉比较抽象难懂。但如果结合在一起讲授，预期效果会比较好。这两个知识点是第四章中考虑侧偏时的制动力系数、侧向力系数与滑动率的特性关系以及第五章中的轮胎侧偏特性与附着椭圆。每年的期末考试涉及到这两个知识点的分析论述题失分非常严重。说明学生理解不扎实。综合讲解这两个知识点时，最终目的是使学生通过综合分析制动力驱动力侧向力系数随滑动率和侧偏角的变化而变化的相关特性曲线，结合轮胎侧偏特性，来理解附着椭圆的生成过程以及它在理论分析和设计中的指导意义。
由于附着椭圆生成过程中涉及的因素有侧偏角对驱动力制动力——滑动率特性的影响，还有滑动率对侧偏刚度特性的影响[5]，其教学难度至少和理想制动力分配曲线组的生成过程相当。如果还要进一步探讨如何根据附着椭圆来合理进行滑动率、侧偏角的匹配工作，那么其教学难度应该至少和利用f、r线组与β线组来研究车轮在某一附着系数路面的抱死顺序相当。因此，这一内容的PPT制作时应充分利用动画功能来层次清晰地展示椭圆的生成过程。
在教学中，还应注意的一点是，在分析前后轮不同的抱死顺序对汽车运动稳定性影响时，教材中没分析前后轮同时抱死时对汽车运动稳定性的影响。作为启发式教学的经典案例，可以通过课堂讨论并抽学生回答问题的方式来开展启发式教学。
5.第六章。本章的内容理论相对较深，在教学过程中，改进的方向依然应该是引入MATLAB/Simulink进行仿真教学。通过仿真分析直观地体会悬架刚度、阻尼、动行程等关键参数的改变对车身、车轮等部件的振动位移、振动加速度的时频响应特性的影响，并可以针对不同的振动控制目标提出不同的参数优化方案。
在教学过程，可以采用案例研讨、以小组为单位的课程设计作业、课程设计作业答辩等方式灵活进行。由于本章内容理论体系较复杂，故可以在期末的笔试中略微减小本章的权重，而将本章内容的考核重点放在平时的课程作业答辩环节。
6.第七章。一般来说，本章不是本门课程的教学重点。采用常规的教学方法即可进行授课。当然，在涉及到牵引通过性计算和汽车越过台阶、壕沟能力的分析计算时，可以引入MSC ADAMS软件从可视化动力学仿真的角度来让学生验证教材上相关理论的正确性。这样，学生就会对教材上理论分析的结果有一个感性化认识，这又反过来促进了他们进一步探求教材上理论分析的更深层理论假设出发点以及细究逻辑推理演绎过程的兴趣。
在教学过程，可以采用案例研讨、以小组为单位的课程设计作业、课程设计作业答辩等方式灵活进行。由于本章内容理论体系较复杂，故可以在期末的笔试中略微减小本章的权重，而将本章内容的考核重点放在平时的课程作业答辩环节。
二、动力学仿真技术在汽车理论教学过程中的应用
以上分析了在传统的理论教学过程中如何进行教学改进与优化。在理论教学的同时，实验教学不可或缺。实验教学存在具体形象、生动有趣、学生认知积极性高等优点，这有助于夯实学生的理论认知水平。
就目前各大学的平均实验条件而言，汽车理论实验的内容一般集中在动力性、制动性和平顺性这三大块上[6]。由于操稳性涉及综合性能要求最高的整车系统，而燃油经济性要求各种复杂的实车行驶工况，所以实验开设的难度比较大。同时，由于现在学生人数很多，实验场地又相对有限，所以实验教学方式也出现了局部与传统课堂教学方式趋同的趋势。具体而言，教师现场讲解学生认识了解的时间增加了，而学生亲自动手做实验的时间减少了。
为了在有限的实验条件下使学生直观形象地领会汽车动力性、经济性、制动性、操稳性、平顺性等经典工程实例的理论精髓，需要把动力学仿真技术引入到实验教学环节中来。这就要求学生先期掌握基本的仿真技术，同时也要求教师先期完成各类性能经典工程实例的仿真平台构建与程序调试工作。
1.第一章。汽车的驱动动力学方程本质上讲是基于牛顿第二定律的线性微分方程，非常便于利用MATLAB/Simulink的基本编程功能来对行驶过程进行模拟。只要将相应的作用在汽车上的各类驱动力和行驶阻力进行函数编译形成计算子模块后，再利用Simulink强大的可视化编程功能，非常便于学生直观理解汽车的驱动力——行驶阻力平衡机理与方程式。在此基础上，学生通过软件操作，即可验证教材上的案例分析结果，从而形象直观地加深他们对理论的理解深度，灵活掌握汽车动力性三大指标的工程设计与评价意义。在完成仿真计算分析的过程中，在编译作为仿真基本单元的各类驱动力与行驶阻力函数模块时，学生可以进一步复习各种力的计算方法，并深入领会各类驱动力和阻力的生成机理及物理含义。
2.第二章和第三章。本章的燃油经济性分析与混合动力汽车部分宜大规模采用仿真教学。教学过程中，建议以汽车的档位设计与燃油经济性动力性的综合优化匹配设计为核心教学目标，开展教学任务设计与执行工作。教学软件可以采用ADVISOR或AVL/Cruise。由于这些软件能对模型和源代码进行开放式设计，具有优秀的模块化的展示与人机界面交互式仿真设计操作功能，再加之能与其他多种软件进行联合仿真，仿真结果直观可信度高，所以利用该软件即可快速完成不同车型动力总成的传动比等参数设计并直接在各类典型循环工况(NEDC、UDDS、1015、ECE-EUDC)下进行快速仿真测试检验这些参数设计对燃油经济性和动力性的改善效果。
对于混合动力汽车部分，由于绝大部分学生之前没有任何工程实践经验，而教材的论述又过于理论化，所以在教学过程中可以利用上述软件给学生讲解车身、车轮、电机、传动系、动力电池、发动机模型的基本仿真原理并引导学生按教材的内容搭建串联式、并联式和混联式的动力性与经济性仿真模型。完成模型构建后，可以再结合模型给学生讲解不同构型的模式切换过程及仿真方法，最后可通过布置仿真作业让学生理解不同构型的模式切换控制在动力性和燃油经济性方面有哪些具体的性能表现差异。
3.第四章和第五章。由于讨论制动方向稳定性与二自由度汽车操稳动力学特性时都是建立的简明易懂的常微分方程模型，所以它们的分析都可以利用MATLAB/Simulink的可视化编程与仿真功能来实现。由于在第一章的学习过程中学生已经能针对系统受力编写函数子模块，加之动力学方程简明易懂能直接用Statespace模块表达，所以学生可课后自行完成上述性能的分析工作。基于汽车二自由度操稳动力学模型的稳态响应与瞬态响应的仿真分析结果可直接和教材上的结果进行对比，一来起到检查模型正确性的作用，二来使学生能够更扎实地领会操稳性分析的理论基础。对于ABS的仿真教学，由于其模型是非线性的，所以建模难度稍大，不过也没有本质区别。由于教材上提供了完整的动力学模型，故只要教会学生利用m文件编译出ABS的非线性动力学模型并将其作为和Statespace子模块具有相同功用的模块嵌入Simulink仿真文件的动力学部分模拟部分即可。
对于更复杂的实车操稳性试验，如蛇形试验、转向盘角阶跃输入试验、转向盘角脉冲试验、转向回正性能试验、转向轻便性试验、稳态回转试验6个国标试验，如利用MATLAB/Simulink软件进行建模仿真和结果分析，对来说本科生难度会比较大。故在此可将MSC/ADAMS或CarSim软件引入仿真教学中。由于国标中的参数是公开的，所以学生可以将国标规定的车辆动力学与试验路况关键参数直接输入软件相应菜单栏进行可视化仿真，并在仿真结束后采集数据分析时域和频域的动力学响应特性，继而对操稳性进行评价。
4.第六章。本章仿真教学的意义在于使学生能将教材上的悬架振动动力学理论转化为形象直观的仿真模型来深化对悬架振动动力学的理解。由于悬架之间的本质差异体现在刚度、阻尼等关键结构参数的设计要求上，所以如果本章内容直接进行实验教学，那么需要在实验现场装配各类不同刚度阻尼的悬架系统，以使学生能通过对不同参数悬架的一系列试验结果来分析悬架参数对振动时频响应特性的影响灵敏度，并和教材上理论分析的结果进行对比。显而易见，这导致了实验成本高、实验耗时长等诸多问题。如果将实验教学的大部分内容改为由仿真来完成，那么显而易见的好处是一来学生通过仿真建模深化了对悬架振动动力学理论的认识;二来由于仿真时调整设置参数非常容易，那么相应的教学耗时与教学成本均会大幅下降，而教学效果起码和实验教学相同。
由于教材中阐述的悬架动力学模型是线性的，所以学生根据前面学习的基础，可以自己在MATLAB/Simulink中搭建1/4和1/2汽车的悬架振动动力学模型并进行仿真，继而获取悬架关键部件的振动时域频域响应特性。由于仿真时所设置的刚度、阻尼等关键参数来自教材，那么将通过仿真得到的时域频域响应特性动力学特性与教材上给出的特性进行对比，学生便能检验自己建模的正确性并找出建模中的问题所在，从而使学生更扎实地掌握授课内容。
5.第七章。由于本章不是课程的教学重难点所在，且本章的难点轮-地动力学理论需要学生在研究生阶段进行系统深入掌握，所以在学时安排上建议以理论教学为主。如果学生对相应的仿真内容感兴趣，可以参见我国各著名高校在月球车、装甲车、坦克等高技术特种车辆领域的通过性仿真研究论文，从中学习通过性仿真建模的理论基础、工具、参数设置方法等技术细节，为将来的工作和深造奠定基本的理论基础。
三、改进后的学时安排与考核方法
前面论述了传统教学方法的改进和仿真教学的实施重点。由于教学改进的目的是贯彻扎实理论素养+工程实践创新导向的卓越工程师培养方针，那么，相应的学时安排和考核方法也必须进行改进，以确保教学过程的高效进行和教学质量的真实可信。
在学时安排上，对于前述传统教学优化的部分，由于只是围绕重难点对授课内容进行系统协调整合，所以这部分改进不影响原有的学时安排计划。对于仿真教学部分需要增加学时并进行重新分配。需要注意的是，虽然后面提到的考核方式中增加了平时作业答辩和仿真论文作业答辩两大环节，但是这两个环节不占用学时，由教研组在实施过程中另选时间进行。
改进后的学时安排如表1所示。
在考核方法的改进上，除了原有的出勤、平时教材作业、期末笔试考核外，需要增加教材作业答辩考核、仿真论文作业答辩考核这两个环节。答辩考核属于师生双向互动教学相长的一个环节，它能有效防止学生相互抄袭，督促学生重视平时学习的过程，防止期末抱佛脚而导致的专业知识掌握不扎实等一系列目前教学中存在的问题，从而最大限度保证平时教学质量与学生工程实践创新能力的培养质量。
四、结语
探讨了汽车理论传统教学方式的改进与优化思路，论述了将动力学仿真技术引入教学的可行性与执行措施。为了落实这些教学改进措施，继而分析制定了相应的学时安排要求与考核评价方法。下一步即可以此为基本纲要进行教学改进实践探索，以不断完善基本改进纲要，最终形成一套能有效培养卓越工程师的汽车理论课程教学体系，并期望促进课程的更深层次教学改革。
篇9
论文摘要:采用了ug motion的辅助运动仿真分析方法,在仿真系统运动过程的基础上,详尽分析了该模块内部的运动约束关系,提出了系统运动优化目标,进而求解了系统时序最优安排,并根据求解结果,对驱动凸轮部件进行了动力学相关参数优化,为系统在设定工况下能按较佳的运动和动力特性工作提供了保证。
1引言
led显示屏阵列式插件机是针对 led显示屏生产工艺过程中led发光管插件工序开发的一种新型高速自动插件设备，如图1所示，采用阵列机械手同步工作方式，单次动作循环完成整列发光管的插件工序过程，实现高速、自动插件，以替代目前 led显示屏生产中插件工序的大量人工操作，提高生产效率。
由于led显示屏阵列式插件机采用功能模块化设计，各模块之间衔接紧密，模块内部动作部件较多，动作同步性要求高，同时，为提高工作能力，关键部件均处于较高速度运动状态，在其设计开发过程中，各动作部件的动作时序和同步问题、关键零部件的运动学和动力学特性成为需要解决的核心问题之一一，特别是送料模块，动作零部件多，动作顺序之间有进…步进行优化，提高模～块工作效率。
2机构动作过程
led显示屏阵列式插件机送料模块，如图2所示。
其送料动作过程为：
(1)发光管来料同步送入第一分料动栅板后，第一分料动栅板向一侧移动，至八槽通料静栅板通料槽奇数槽位，槽 口对齐后，发光管被推入八槽静栅板通料槽，至第一分料挡板停；
(2)发光管离开第一分料动栅板后，第一分料动栅板退回至原始接料位，第二批管料通过四槽通料静栅板同步送人后，第一分料动栅板向另一侧移动，至八槽通料静栅板通料槽偶数槽位，槽口对齐后，发光管被推入八槽静栅板通料槽，至第一分料挡板停 止：
(3)八槽通料静栅板中储存八个发光管后，第一分料挡板移动，发光管离开挡板被送入冲裁模板，冲裁模板动作，裁去长余部分管脚；
(4)冲裁后的发光管被推入到极性旋转组件处，按照检测的极性正反顺序进行旋转，调整成统一极性排列；
(5)完成极性调整后，发光管被推人第二分料动栅板，其动作顺序同第一分料组件，最终完成十六列发光管排列输送到位。wWW.133229.cOM整个动作过程示意，如图3所示。
3运动仿真分析
按照设计工作能力要求，并为后续改进中设备工作效率提升预留空间，该送料模块单次动作周期须≤3．6s，由此可推算出送料机构各动作部分动作频率及时序约束关系：
即第二分料挡板处出料动作频率为 1／3．6hz以上；
即第一分料挡板处出料动作频率 为 1／1．8hz以上(该处十六列发光管由第一分料动栅板经过两次分料动作后储存完成)； 与之对应，第二分料动栅板和第一分料动栅板都需经过左移分料一回位接料一右移分料一回位接料的循环动作过程 ，其动作周期 满足：
—第二分料动栅板左移分料、回位接料 、右移分料动作周期时间；
；一分料动栅板左移分料、回位接料 、右移分料动作周期时间。
该过程各步动作时间周期受驱动凸轮运动特性和驱动电机特i生参数限制，需根据仿真分析结果，对凸轮运动曲线进行优化，同时应考虑驱动电机转矩特性，选取满足条件的驱动电机。 受机构动作频率限制，极性旋转和管料纵向移动也需要消耗一定时间，该部分时间安排在上述各动作部分时间周期内，以减小时间消耗，
四槽通料静栅板、八槽通料静栅板、极性旋转输出栅板、十六槽通料静栅板中发光管通过时间周期； 一分料动栅板和第二分料动栅板左移分料、回位接料、右移分料动作升程、停留、回程时间周期。
为在各 自动作频率和运动特性限制范围内合理安排各动作步序，需要将各机构动作综合进行运动分析，以寻求合理的时序安排和相应时序安排下各驱动元件的运动学和动力学特性设计，根据上述各动作时间周期模型，利用设计软件的运动仿真分析功能辅助求解，以得到合理的时序安排结果。
仿真分析过程中，首先将各动作机构运动形式按相应运动副形式进行设置；然后按照式(1)、(2)、(3)、(4)、进行动作时序关系设置，并按运动先后顺序和机构动作互锁性质对各动作机构动作触发关系进行设定；参照驱动电机动力特性参数预设置驱动力形式，并对不同机构中间间歇时间分别以区问限定的时间自变量予以代替，设定完成后运行仿真系统，系统按设定情况进行解算，输出运动模拟情况和仿真数据结果。第一分料动栅板和第二分料动栅板机构动作时序，如图4所示。
4驱动凸轮运动曲线设计
图4显示的第一分料动栅板和第二分料动栅板机构动作时序是系统根据设定机构动作约束关系解算后得到的最佳时序，用于指导动作机构驱动组件的运动设计。设计中，驱动组件为步进电机驱动凸轮实现预期动作，根据凸轮运动学和动力学特性，不能将二述时序曲线直接转化成驱动轮的运动曲线，必须以上述时序要求为指导，对轮运动曲线进行优化，以获得较好的系统动力学特性，避免驱动组件工作时产生较大的冲击和噪声，提高系统工作寿命。如表 1所示，为优化后的常见凸轮运动曲线特性值。
按凸轮运动形式分类，本插件机送料机构属中速轻载形式根据凸轮运动 规律 的选用原则，对中速轻载晴况，应选用a 和 较小的曲线，以保证从动件运转时的工作精度。
由表数据可以看出，修正梯形和通用优化 i具有较低的 值，分别为61．43和 69．47(当 取值不同时略有变化)，而修正梯形曲线的 值和 t 值(分别未 4．888和 26．71)均较通用优化 i(分别为 5．528和34．17)小，可见修正梯形较适用于该场合应用。修正梯形是由等加速度曲线修正得到，即在等加速度的不连续处(两端和中间)加上简谐曲线作为过度曲线并且仍保持其对称性 ，即
该曲线保留了等加速度曲线 a 小的优点，又克服了其不连续的缺点，适合中速轻载的场合。插件机的送料驱动凸轮选用该型运动曲线进行设计，以获得较好的运动和动力学特性，保证从动件的工作精度。根据以上挣陛，插件机送料机构第一分料动栅板和第二分料动栅板驱动凸轮运动曲线按该曲线进行设计。
根据仿真结果，取动力学特性良好 。
5结论
led显示屏阵列式插件机送料模块动作循环周期短，运动速度较高，配合零部件数量多，在对相关运动参数和约束进行分析的基础上，采用相关软件辅助进行运动仿真分析，求解系统时序最优安排，得到较合理的时序安排结果，根据求解结果，对驱动部件进行了动力学相关参数优化，并在此基础上对驱动凸轮进行了曲线优化选取和设计，从仿真反馈和实际系统工作测试情况看设计方案较好的满足了设计需求。
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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
本书是意大利应用和工业数学协会(SIMAI)于2004年9月20~24日在意大利威尼斯举行的第7届学术会议的论文集。该会议展示了意大利学术界近年来在应用数学和工业数学研究中取得的成果，涉及到的应用领域很广泛，如工程、财金、材料科学、环境科学、生物学等，与之有关的数学分支也很多，从严格的分析学到计算技术，从建模到源于工程的模拟，等等。
全书共收从提交大会的报告中选取的52篇论文，其中一部分是全文，多数是扩展了的简报。部分论文作者和题目如下：①G.Ali等：半导体数学建模的新视野；②G.Argentini：计算流体动力学模拟中稀疏矩阵和样条插值的应用；③R.Balli等：高速火车附近的空气动力学效应；④A.M.Bersani等：MAPK级联中信号传输通道研究中的数学方法；⑤D.Carfi:具有连续状态变程的量子统计系统；⑥A.Casagrande等：并行网络适应；⑦P.Ciarlini：数字成像中线亏损的多水平恢复方法；⑧M.Costanzo等：球上散布数据拟合的并行算法；⑨N.Del Buono等：一般线性矩阵群上的常微分方程的几何积分；⑩D.De Tommasi等：一类各向同性弹性材料中的不连续性曲面；P.Di Lorenzo：数学与音乐：乍看之下令人惊异!R.Fabbri等：指数对分法与非线性H∞控制问题；H.Herrmann等：相对论连续统理论中的自旋公理；N.Parolini等：粘滞自由曲面流的有限元水平集方法；S.Spinella等：微电子部件中参数选取的后验多目标最优化；P.Teofilatto：最优控制论中的纤维丛；F.Tosi：格Boltzmann模型对开系统的一个应用。
本书对于了解意大利近年来应用和工业数学研究情况具有参考作用，可供应用数学科研人员和有关工程人员阅读。
朱尧辰，研究员
(中国科学院应用数学研究所)
