结构模型设计（精选12篇）
结构模型设计 篇1
在试验研究中,由于试验设备的限制和经济上的考虑,往往用模型试验替代原型结构试验,因而首先遇到如何选择与设计模型的问题。它除了决定于试验目的与要求以及模型材料和制造的可能性外,还必须符合相似条件,只有在符合相似条件的模型上得到的试验结果才能换算到实际结构中去。
1 相似条件
相似理论是结构模型试验的理论依据,其基本内容是:描述现象的方程式(包括平衡方程、物理方程和边界条件等)与所取基本单位无关,它必定是齐次方程式即方程的两端为同一量纲;如果方程所需的物理量有n个,并且在这n个量中含有k个量纲,则独立的无量纲数群有n-k个。每个无量纲数群称作π项,这一定律即所谓π定理。
根据上述定理,如果参与试验的物理量xi有n个并采用同一的单位系统,其物理方程可表示为f(x1,x2,…,xn)=0。
经过无量纲化以后可写成φ(π1,π2,…,πn-k)=0。
结构模型试验中要遵守相似条件,它们包括六类,即几何相似、荷载相似、质量相似、刚度相似、时间相似、边界条件相似。
1)几何相似条件。要求模型与原型各相应部分的尺寸均成比例,面积比、截面模量比及惯性矩比均应分别满足
2 模型设计
2.1 模型比例的选择
几何相似是相似理论和模型设计的基本要求。首先要选择适宜的几何相似常数即模型比例。在一般情况下,按相似条件选用小比例模型(即Cl=lm/lp<1,如1∶2,1∶5,1∶10等整数比)试验是比较可行的。
在决定模型比例时要考虑模型材料和结构类型。如果用钢筋混凝土做模型材料时比例不能太小;如果实物的细部构造影响不大时就可以做比例比较小的模型。另外还要考虑加载设备与测试仪器的能力、加工条件和费用等因素,尤其加载设备的能力往往成为模型尺寸的主要控制因素。
当自重对应力分布有很大影响时,模型比例的选择会受到模型材料的限制。自重G=ρL3g,所以自重中的相似常数SG=SρS3LSg,已知外荷载的相似关系为SF=SES
2.2 模型材料的选择
在选用模型材料时要考虑:满足相似条件;有足够的量测精度;易于制作加工且性能稳定;节省费用和试验时间等。
1)弹性模型试验。弹性模型试验的目的是要从中获得原结构在弹性阶段的资料,研究范围仅局限于结构的弹性阶段。一般说来,弹性模型的制作材料不必和原型结构的材料完全相似,只需模型材料在试验过程中具有完全的弹性性质,但是,弹性模型的试验结果不能推测原型结构超过弹性阶段后的反应和性状。要求与材料性能有关的弹性模量、泊松比、比重或密度、阻尼等物理量满足相似条件。如:金属模型、有机玻璃模型等。2)强度模型试验。强度模型的试验目的是预计原型结构的极限承载力以及原型结构从弹性工作状态直到破坏荷载甚至极限变形时的全过程性能。理论上讲,强度模型试验材料的应力—应变曲线必须与原型相似,而且施加于模型的各类荷载形式与阻尼效应等应当更接近实际;施工中的缺欠如收缩和约束条件等也应在模型中尽量模拟,但实际上很难做到完全相似的程度。3)间接模型试验。间接模型试验的目的是要得到关于结构的支座反力及弯矩、剪力、轴力等内力的资料(如影响线图等)。因此,间接模型并不要求和原结构直接相似。例如框架的内力分布主要取决于梁、柱等构件之间的刚度比,梁柱的截面形状不必直接和原型结构相似。为便于加工制作,常常用圆形截面代替实际结构的型钢截面或其他截面。这种不直接相似的模型试验结果对它的试验目的来说,并不失去其准确性。间接模型现在已很少使用而被计算机分析所取代。
3 结语
结构模型设计是结构抗震试验最重要的一个环节,它关系到整个试验的成本和试验数据的有效性,按照相似理论确定结构模型的比例和材料是结构试验取得成功的关键。
参考文献
[1]朱伯龙.结构抗震试验[M].北京:地震出版社,1989.
[2]沈聚敏.抗震工程学[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
结构模型设计 篇2
浙江省海宁市实验初中
宋竺
《原子结构的模型》是学生在教师的指导下，进行自主的学习、合作学习。案例的动画模型有直观、形象的优点，动画与单纯用语言描述相比，教学效果较好。
一、教学分析
（一）教材分析
本节为浙教版初中《科学》八年级（下）第一章《粒子的模型与符号》的第3节第一课时，本节两个课时，第一课时主要对学生学习原子结构模型的建立完善。让学生沿着科学家的道路去构建原子模型，同时渗透模型的构建方法。通过对有关科学家和其研究的介绍，培养学生的科学兴趣，使学生体验、学习科学家提出问题、建立假设、修正模型的研究方法。教会学生学会观察、学会分析、学会总结，帮助学生认知，从而帮助学生构建知识。
本节的基本概念和基础原理多，如原子结构的概念，这些内容抽象，肉眼不可见，远离学生的生活，所以运用了大量的图片和动画来展示或模拟结构，使之形象化，便于直观认识。
本节还密切联系现代生活、生产和科学技术的实际，有着浓郁的生活气息和时代气息。使学生更好地理解科学与生活、科学与社会的关系。
（二）学生分析
从知识水平来看，本节内容抽象，肉眼又不可见，远离生活，学生难以理解，但学生在学习了前面的模型、符号的建立与作用，物质与微观粒子模型的基础上，继续来学习原子结构的模型，有一定的微观认识基础。
从人的思维发展阶段看，初中的学生还处于具体形象思维的阶段，要使他们形成正确的微观的结构表象和概念，需要教师提供直观的动画模型，帮助学生由感性认识上升到理性认识，帮助学生构建知识。
从学生的学习兴趣看，本节的丰富内容，精美的图片，与生活、科技紧密接合的事例，激起了学生探索科学的兴趣。
（三）网络教室
学生上课时可以直接查找网络或到自主学习网站学习，方便快捷，课堂容量大。
二、教学目标
知识与技能：
1.了解原子的构成、原子结构模型及其在历史上的发展过程，体验建立模型的思想
2.了解a粒子散射实验和卢瑟福的原子核式结构。
过程与方法：
1.培养学生的空间想象能力、抽象思维能力、科学的分析推理能力及对所学知识的应用能力。培养学生自主学习的能力。
2.结合教学内容，进行科学思维方法的教育，培养学生的创造意识。3.了解原子的构成、原子结构模型及其在历史上的发展过程，体验建立模型的思想，体会原子结构模型建立的过程是不断完善和修正的过程。
情感、态度、价值观：
1.使学生感受人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的。
2.组织学生探索发现并掌握（运用）“不断完善、不断修正，接近事物本质”的过程。
3.从直观的角度解释微观现象及原子结构模型发展中的思维演绎过程。
三、教学重难点 1.教学重点：
了解原子的构成、原子结构模型及其在历史上的发展过程，体验建立模型的思想。
2.教学难点：对原子结构知识的初步了解
四、教学用具：
多媒体电脑、学生电脑、网络教室 保龄球（瓶子）实心球 鸡蛋 烧杯
五、教学模式：
“主导一主体”的教学模式
六、教与学的过程设计如下：
教师活动案例的教学媒体学生活动设计的意图
出示一只鸡蛋并设问：假如你以前从来没有吃过鸡蛋，甚至没有见过鸡蛋，你想知道蛋壳里面是什么，有什么办法吗？
学生们异口同声地回答：把它打碎！
又问：如果你不想打破它但又想知道这里面是什么，有什么办法呢？
学生议论，提出实验方案：透视、摇晃、称量„„等等
【引言】分子是由原子构成的，那么原子又是由什么构成？科学家是怎样揭开原子结构的秘密呢？
为了探索原子内部的构造，科学家们进行了无数次的实验。他们使用原子模型来表示原子并用实验不断地修正模型。【媒体展现】片头。教学媒体展现了从哲学家德漠克利特提出来的“物质是由原子产生”的哲学思想到道尔顿、汤姆生、卢瑟福、波尔、薛定谔提出的原子模型整个过程中各科学家头像、原子模型图片和视频。观看媒体、听讲，对原子结构模型的建立与修正的过程进行情绪体验。导入新课，激发学生学习兴趣和学习动机。学生通过了解这些赫赫有名的科学家在认识原子结构的成就和贡献，思想得到了熏陶。引发学生对新知识的探求情感，使学生产生学习的需要。
【过渡】汤姆生、卢瑟福、玻尔都是诺贝尔奖获得者。面对这些伟大的科学家、面对人类认识原子结构的历史。面对如此之多的原子模型，我们该学习和掌握原子的哪些结构呢?请同学们结合教材，利用INTERNET自主学习原子结构模型的建立。
让学生明确学习的任务和目标；引导学生把原子结构模型的建立与修正的过程和本节要学习的内容联系起来。
一段时间后学生汇报学习结果。教师总结。【导言】原子的构成是怎样的呢？
【解释】现在大量的科学实验已经证明，原子是由一个居于中心的带正电荷的原子核和在核周围空间作高速运动的带负电荷的电子所组成。一个电子带一个单位负电荷，整个原子呈电中性。【媒体展现】
【文字】原子是由居于原子中心的带正电荷的原子核和带负电荷的核外电子构成；原子核和核外电子所带的电荷总数相等，电性相反，整个原子显电中性
【动画】氢原子的动画模型
【媒体说明】不停运动的黑色的小球是核外电子，中间的是原子核。理解“原子的组成结构”表述，观看动画，分析、归纳、对照、总结原子的组成结构与动画模型，学生面对动画模型情景的刺激而初步产生了“原子的组成”认识结构，构建微粒带电情况的认识结构。创设情景，激发学生学习兴趣。向学生提供动画情境，用来丰富学生感知，启迪学生思考探究，引导学生联想和想象；动画模型情景的刺激帮助产生学生认识结构和氢原子的动画模型中组成微粒上的“+”“一”号自然迁移到构成原子微粒带电情况。【思考】原子核外有2个电子，你能建立一个氦原子的模型（用图表示）吗？
【解释】我们看到的是氦原子的模型图片。【媒体展现】
【图片】氦原子的模型图片。
【框架】“原子的组成”的框架。观看氦原子的模型图片和框架文字，循序渐进逐步加深对“原子的组成”和微粒带电情况的理解。帮助学生进一步巩固由“原子的组成”认识结构和氦原子的模型图片中构成原子微粒带电情况。
【解释】我们刚提到氢原子的动画模型中原子核的比例其实并不恰当，因为原子核非常小。如果假设原子是一座庞大的体育场，则原子核只相当于体育场中央的一只蚂蚁.如果把原子比作一座摩天大楼，那么原子核相当于摩天大楼中心的一粒绿豆。正如卢瑟福所说的“空荡荡的’。【媒体展现】
【图片】摩天大楼图片。
【框架】“原子的组成”的框架。
绿豆也好、蚂蚁也好都是说明原子核相对于原子来说非常小。学生直观的比较摩天大楼和摩天大楼中央的绿豆大小关系，领会原子与原子核的大小比例关系。根据奥苏贝尔的同化说，知识的获得过程是以文字或其它符号表征的意义同学习者认知结构中原有相关的观念相联系并产生相互作用后转化为个体的意义的过程。摩天大楼和绿豆大小比例是学生认知结构中已有的观念。
【导言】我们知道原子核相对于原子来说非常小，那原子核又是由什么构成的呢？
【解释】由于原子核很小，又带正电荷，因此，要认识原子核的结构就更困难了，科学家提出用高能量的离子撞击核的方法来揭示原子核的秘密。
【导言】原子核中的质子和中子分别是带什么电荷呢？【媒体展现】
【动画】模拟高能量的粒子撞击核的动画
【动画】氧原子核的动画模型
【文字】原子核由质子和中子构成，其中质子带正电，中子不带电
学生与教师一起观察情境，学生分析教学媒体所传递的信息。创设情境，以培养学生的科学性思维。建构主义认为知识是不能传递的，教师传递的是信息，学生通过观察情境主动建构知识一一原子核的结构。
【导言】你知道每个质子、中子和电子的质量吗? 【导言】你们看电子、质子、中子的质量非常微小。
【媒体展现】
【动画】科学家测定质子、中子和电子的质量 【文字】原子中电子的质量在整个原子质量中所占的比重极小，几乎可以忽略不计，原子的质量主要集中在原子核上。观察动画，比较质子、中子和电子质量。观察动画。学生根据动画所示集体回答问题，体会质子、中子和电子之间质量关系。布鲁纳的发现学习理论：“认识是一个过程，而不是一种产品”。学习不仅是让学生掌握这些知识，更在于让学生去体验知识原理的过程。
【思考】分析表中一个原子中哪些数目总是相等的？
【媒体展现】
【表格】一些原子的核电荷数、质子数、中子数和核外电子数表
【文字】核电荷数＝质子数＝核外电子数
学生根据表格思考各项数目的关系层层推进，由“原子的组成”推进到“核电荷数、中子数、质子数、核外电子数”以及它们之间的关系，学生不断充实知识系，扩充学生的认知结构。
【导言】科学家们又对质子和中子的构成进行研究【媒体展现】
【导言】现在请同学一起来练一练。
教师将学生分成若干个小组，每小组轮流讲出结果并说明理由。
教师根据学生练习与发言中反馈的信息，及时发现问题、调整教学策略。【媒体展现】
【文字】略。
【练习】略。
【练习答案】略。学生做练习。学生认真听取别人的发言，分析其中的正确与错误，积极思维及时筛选、吸收别人有益的东西，整理和组织自己的发言，阐述自己的观点、看法。巩固知识。建构主义认为:对知识的意义建构要借助别人的帮助，即在协作活动课堂中开展，小组内部成员相互合作，小组与小组之间相互竞争，相互交流，相互合作。
【总结】
布置作业。作业本A第3节
（一）提倡和鼓励学生在因特网上问问题。【媒体展现】
片尾。
介绍相关网址。学生自我测评。通过E-MAIL.QQ联系，学生在因特网搜寻资料。培养学生获取信息的能力，促进发散思维，培养学生信息素养。
七、案例分析 信息技术在案例《原子结构的模型》中，从头至尾都发挥了作用，重在信息技术模拟微观结构的突破和创新。
案例主要有以下几个特色方面： 1.控制方便。
案例中有“播放”、“停止”、“倒退”等按钮，在教学时，能非常方便的控制讲课的进程。
2.教学目标明确，解决了教学中的重点，难点问题。
在案例中应用信息技术解决了科学教学中重点难点问题，信息技术模拟的微观结构使抽象的概念变为直观具体生动的动画形象，有了这些动画模型，这些内容不再难教了。
3.教学设计注重合理精湛。
案例中注重合理组织教学内容结构，自然导出基本概念，在教学设计中花了不少功夫，运用了大量的学习理论，应用了大量的教育技术，符合学生的认识规律。
4.版面设计能有效激发学生学习兴趣
运行可靠、稳定、文字字型大小恰当，教学资料典型、珍贵，提供的图像、影像、背景音乐恰当，有效运用动画解释教学内容，对学生有吸引力，教师学生易于操作。
5.恰当合理地渗透情感
原子结构模型地建立和修正过程中牵涉到的科学家都是赫赫有名的，学生都早有耳闻。纵观汤姆生、卢瑟福、玻尔的师生间科学活动，卢瑟福不是停在老师汤姆生的理论上，而是有所创新，玻尔也同样在老师卢瑟福的理论基础上有所突破，这有力的证明了“青出于蓝而胜于蓝的”这个道理。
著名教育家夸美纽斯提出:“让一切教学用书充满图像”。案例中用几幅图片便展现了核技术在核电、医药、农业育种等方面的应用，以加强科学课程与社会生产的整合。6.学生反应较好
结构模型设计 篇3
随着计算机技术的发展与性能的提高，及通信量的与日俱增，传统的局域网已经愈来愈超出了自身的负荷，在这种情况下，局域网交换技术应运而生，基于交换机技术的发展，合理的设计信息网络的结构模型是确保网络建设可持续发展的保证。网络交换机技术的使用不但大大提高了局域网的性能，还能显著的增加带宽，使在地理位置上相对分散的终端设备高速的进行通信，使局域网具有了高度的可扩充性。
合理的设计信息网络结构模型的必要性
传统的局域网网络模型结构设计中，一个局域网会将所有的用户包含里面来，当所有用户共同的使用网络时，会造成网络性能的急剧下降，出现ARP病毒时导致形成广播风暴无法使用网络；而当很少一部分人使用网络时，又会造成网络资源的极大浪费。随着局域网技术的深入使用，人们对其性能及服务标准要求也越来越高，人们需要一种合理的信息网络结构模型，那么，合理的信息网络结构模型就亟待有相应的技术来实现。
为了保证局域网的稳定性与安全性，要求设计上还应保持内部网络与外部网络要有一定的隔离，可以通过防火墙的使用来解决防止计算机病毒和网络黑客入侵的问题，这样局域网内部传送的信息的安全性就可以得到保障了。而一方面，局域网的用户有时要需要浏览Internet上的信息与资源，这就要求局域网要与Internet相连，并要实现信息传递的畅通性。那么，鉴于对这两方面的考虑，就对信息网络的结构的设计提出了难题，既要与外网隔离，又要与外网相联，如何解决这个矛盾，成为了当前人们在进行网络信息结构设计时要考虑的问题。然而，这种矛盾在现实生活中的局域建设中存在的，而且是必须要解决的，换句话说，只有解决好这个问题，才能建立起可持续发展的网络。
合理设计信息网络结构模型的常用技术
VLAN技术的应用。VLAN并不是一种新型的局域网技术，而是交换网络为用户提供了一种服务，它允许网络管理员使用软件实现业务功能、网络应用、组织机构或其他任何需要，灵活的划分虚拟网，增加或删除虚拟网的成员。同一虚拟网中的成员不受物理网段的位置限制，组中的成员可以不在同一物理网段上。当终端设备移动时，无需修改它的IP地址。在更改用户所加入的虚拟网时，也不必重新改变设备的物理连接。VLAN提供了动态组织工作环境的功能。
VLAN的划分。局域网一般是一个单位或一个组织机构组建的中型网络。在进行网络设计时，应考虑到单位或组织中不同的部门对网络的应用也存在不同的需要，在数据查阅、信息传递等方面应具有不同的使用权限。例如行政科室和领导办公室就有很多数据上的传送，还有就是财务办公室的数据只有由特定的用户进行访问等。那么，在进行VLAN划分时，就要对单位的组织机构以及机构内部不同部门的工作职能进行分析与调研，根据用户的性质和各服务器被访问的情况综合考虑后进行分组划分VLAN。
VLAN用户访问策略的制定。VLAN用户访问策略是指VLAN中的不同用户对不同信息的访问权限的设定，这可以规范局域网中信息访问秩序。由于不同的用户由于其工作性质不同，因此对信息的访问权限也存在着差异，可以利用三层交换机的访问控制列表及其路由功能实现网络信息访问权限的设定。例如只有相关领导才能具有访问财务信息的權限，只有相关领导才能访问单位的人事信息，单位总负责人具有访问任何部门信息的权限，但是下属部门并不能有访问领导的权限。还有些部门为了工作的需要可以进行互访等。这些都是由VLAN用户访问策略的制定来实现的。
VLAN用户工作站管理策略的制定。VLAN用户工作站管理策略是指对局域网中处于不同的VLAN中的用户要进行使用局域网中功能上的管理。例如在单位的图书阅览室内可以实现对Internet的浏览；例如在一些信息比较重要的VLAN中，为保证数据信息不被泄漏，宜采用无光驱、无软驱、禁用移动存储介质和无线上网卡的工作站；例如在一些部门共同存放信息的服务器，应对其存储设备可以通过安装防火墙、病毒查杀程序进行重点防护。这些都属于用户工作站管理策略的制定。而这些管理策略的实施有的要借助于硬件来实现，有的也可以通过对VLAN的设置来实现。
防火墙的应用
单位的局域网可以有任意的结构，但进出局域网的通道上必须要经过一个防火墙。防火墙将局域网与外部的网络隔离开来。防火墙是在网络之间执行控制策略的系统，它既可是硬件，也可以是软件。设置防火墙的目的主要有两方面，一方面是防止外部没有授权的用户访问内部数据，另一方面是防止内部数据被窃取，发生丢失。在单位局域网中，防火墙技术可以在局域网与外部网络的接口处增添一个硬件防火墙，实现数据包的转发、包过滤、访问控制和防止入侵与攻击。在一些数据信息比较重要的部门，可以将这些部门的VLAN也从防火墙接入，保证这些部门系统的安全。对于那些可以共同访问的部门，也要通过安装防火墙保证数据的安全性。
当前，任何单位都要进行局域网建设，这是信息化社会发展的标志与趋势。在进行网络的建设过程中，网络的设计者应充分考虑到用户的需求、信息的安全、网络的性能及可扩充性等多个方面。伴随着局域网技术的发展与应用范围的扩大，交换机技术的使用越来越广泛，由于其在拓宽网络的有效使用带宽上，在数据的传输速率上，在网络资源的合理利用上都显示出了巨大的优势，因此，基于交换机技术如何实现网络的信息模型的合理设计以实现网络建设的可持续发展成为了当前技术发展的重要课题。也为局域网技术的发展指明了方向。
（作者单位：永城煤电控股集团有限公司）
[1]吴敏飞.浅析VLAN在提高网络性能中的作用[J].管理观察，2010.19
[2]李 庆.VLAN技术在企业网中的应用[J].科技信息，2010.16
[3]林维忠.虚拟局域网技术[J].有线电视技术，2003.12
结构模型设计之我见 篇4
结构模型设计大赛主要分为三步:理论分析;模型制作;模型加载。下面我以湖南省第四届土木建筑类大学生结构模型创作竞赛为例, 简要介绍结构模型设计的过程。
1 理论分析
结构模型设计的最佳状态是在用料最少的情况下, 承重最大。但这两点不能兼得。所以要通过理论分析来确定模型的形式。事实上, 理论计算包括的范围很广, 材料的性质分析、构思结构形式、内力分析、稳定性分析、变形分析、方案优化比选等几个方面。做好理论计算要统筹兼顾做好每一个面, 才能科学合理的做好结构模型设计。湖南省第四届土木建筑类大学生结构模型创作竞赛的材料有木条、木板、蜡线、502胶。首先了解材料的主要力学性质, 比如弹性模量, 抗拉强度, 抗压强度等。对可能的荷载情况进行分析, 根据已有的桥梁模型, 构思几种结构形式。计算出在荷载作用下各结构形式是否满足强度、稳定性、变形的要求。反复多次计算。根据评分标准, 分析比较得到最佳的结构形式。当然计算主要是通过计算机来实现, 一般可用结构力学求解器来计算, 结构力学求解器使用简单, 几乎不需要学就能用。水平高的可用ansys等有限元软件来实现。
2 模型制作
模型制作是整个结构模型设计的关键。如果没有完美的制作工艺, 再好的理论分析也是纸上谈兵。湖南省第四届土木建筑类大学生结构模型创作竞赛与以往不同, 主要的承重材料由纸制的改为了木材, 所以各构件的制作很容易, 直接用502胶粘合即可。但模型制作中的节点处理极为困难。因为各种力汇总到节点, 有时节点处的受力还很大, 尤其是, 受拉构件经常会在节点处脱落。所以节点制作一定要重点关注、仔细实施。节点制作大致有两种方法。方法一是用两块木板夹住节点, 用打孔机钻孔, 插入木条做的销钉 (如图一所示) 。方法二是不打孔, 直接用502胶粘合。两种方法各有利弊。方法一制作工艺复杂, 需要时间长, 还需要买钻孔机, 但方法一承重大, 一般不会因节点破坏而使模型破坏。方法二制作工艺简单, 用时短, 但加载时可能会因为节点破坏而导致整个模型倒塌。制作是需根据荷载的大小、制作允许的时间、502胶质量的好坏来选择用何种方法来处理节点。
3 模型加载
模型加载的环节常常被参赛者忽略。但模型加载成绩的好坏直接影响到整个比赛的结果, 加载成绩在总成绩中所占得比重是最大的, 所以我们对加载一定要予以足够的重视, 注意细节, 细节决定一切。
湖南省第四届土木建筑类大学生结构模型创作竞赛的模型加载分为静荷载与动荷载两部分。我们把加载工作简单地分为几个步骤:
3.1 加载前准备阶段
1、根据理论计算以及结构的具体的情况拟定加载方案, 由于模型的承载能力与荷载的作用时间有直接关系。加载所经过的时间越长, 模型越容易破坏。加载方案可能会影响最终的比赛成绩, 所以应该合理确定加载方案。2、熟悉加载过程, 避免正式加载手忙脚乱
3.2 加载期间的注意事项
1、加砝码时要轻拿轻放, 弱小的参赛者最好不要参与加载;2) 、安装加载装置时应留出尽量多的空间来放砝码, 以免出现无处放砝码, 模型“有力使不出”的情况。3) 、注意观察在加载之前各个对手的加载成绩, 临场制定自己的加载目标, 以达到预期的名次。
4 结语
我国大学生结构设计大赛至今已16个年头, 积累了很多经验, 受到了越来越多高校的关注, 也吸引了众多学生的参与, 结构模型设计理论与制作工艺也逐渐在走向成熟。结构模型设计将向程序化、模式化方向发展。
参考文献
[1]朱江南, 解建超.浅谈结构模型设计[J].现代科技.2009 (9)
[2]徐萌.在结构模型大赛中锤炼大学生的综合能力.山西建筑.2010 (26)
结构模型设计 篇5
“尝试制作真核细胞的三维结构模型”是课程标准具体内容标准的要求，是需要学生建构的第一个物理模型。所谓物理模型，就是以实物或图画形式直观地表达认识对象的特征，教科书为学生建构真核细胞模型提供了方法指导，但是这个指导只是引导性的，并没有指定具体的材料用具，列出详细的活动步骤，而是给学生发挥各自的创造潜能留出了充分的空间，也为教师的创造性教学留出了空间。
学情分析：
高一学生思维活跃，具有较强的综合实践能力、一定的实验操作能力、一定的表演能力；他们有自己的观点和看法，敢于提出不同见解，对制作类实验课、汇报课、表演课非常感兴趣。
教学目标：
1.知识目标：说出细胞的基本结构，阐明细胞器的功能。
2.能力目标：通过制作细胞结构模型，培养学生的创造力、思维能力、搜集信息的能力、动手实践的能力。
3.情感态度与价值观目标：认同结构与功能的统一性、细胞结构的统一性、局部与整体的关系。
教学重难点：
1.教学重点：制作真核细胞结构模型。
2.教学难点：细胞基本结构的模型构建，结构与功能的统一性。
教学方法：
实验法、汇报总结、学生表演法、师生讨论。
教学准备：
将学生分成6组，分组准备实验材料，准备制作方案、汇报内容。
教学设计思路：
分组—材料准备—模型预建构—音乐导课—构建模型前准备—讨论并模型构建—分组展示、汇报—老师点评—表演—结束。
教学过程：
学生核心素养的结构模型研究 篇6
【关键词】核心素养；学生核心素养；结构模型
前言
2014年3月，教育部发布《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》的相关文件，其中提到：“研究制定学生发展核心素养体系和学业质量标准。”教育政策和教育实践都一步步走向具体化，可操作化。
一、核心素养的相关理论和概念内涵
“核心素养”一词并不是凭空捏造，它的出现源于三大研究领域，主要是“人格构成及其发展”研究、“学力模型”研究以及“学校愿景”研究。
笔者认为，核心素养要素的确立必须建立在国家需要、社会需要以及个体需要的基础之上。核心素养注意“核心”两字，这就区别于一般的素养和能力，国家、社会的需要多样化，个人需要个性化，如何确定哪些素养是核心？学生应当如何把握住核心素养，即评价标准确立。
二、基于国际核心素养的内容结构看其界定特点
关于核心素养得研究由来已久，根据笔者参考的文献，在此简单阐述其中三种代表性的三种主要的核心素养模型：经济合作与发展组织（简称OECD）的九大核心素养要素运作、美国的核心素养结构模型——“21世纪技能”、芬兰模式。
三、学生核心素养的结构模型及其评价标准
1.学生核心素养的要素确立。对于各国或国际的核心素养要素，辛涛等人就试图将所有的核心素养框架按照OECD三个核心素养框架进行分类。而根据其他国家和组织对核心素养的界定特征以及理论基础，笔者将从以下几个方面确定核心素养要素：
（一）基于学生个体发展
笔者就学生基础教育学龄段的小学教育这一阶段进行细致阐述。小学教育与教育体系内其他教育阶段相区别的独特性，主要表现在基础性、全民性、义务性和公益性等方面。而最重要的特性是基础性，其核心是奠定儿童长远发展的基础。
（二）基于学校课程体系建立
我国的课程体系应至少含有以下四个部分：具体化的教学目标，内容标准，教学资源，质量评价标准。
（三）基于社会需求
社会的和谐发展离不开人与人之间的交流，而学生核心素养的建立，主体是学生而不是人，因此区别于把“人”在这社会需要的能力与“学生”进入社会的能力素养。有一句话被经常提及，学校就是个小社会。
（四）基于国家教育培养目标
解决“培养什么样的人”的教育问题，是对教育目标的另一种诊释。基于这样的目的，学生的核心素养应该是涉及学生知识、技能、情感态度价值观等多方面能力的要求，是个体能够适应未来社会、促进终身学习、实现全面发展的基本保障。
构建核心素养体系便是试图从顶层设计上解决这些难题。而在构建中，重点要解决两个问题，“一是把对学生德智体美全面发展总体要求和社会主义核心价值观的有关内容具体化、细化，转化为具体的品格和能力要求，进而贯穿到各学段，融合到各学科，最后体现在学生身上，深人回答‘培养什么人、怎样培养人的问题。”
2.学生核心素养模型的建立。在借鉴和自我的思考之下，只能粗略勾画一个自我觉得“应然如是”的学生核心素养结构模型。从核心素养要素的确定，即从个体、学校、社会以及国家的不同层面入手，分析出有如下几点学生核心素养：（1）基础要素：基础知识和技能的能力，运用语言的能力；（2）方法论要素：学科素养、思维能力和解决问题的能力；（3）行为要素：合作沟通能力，信息素养。
三种结构类型中存在着相互依存的关系，关乎行为的核心要素存在于人与社会之中，行为背后的支撑源于个体的方法论主宰，最后方法论的核心素养是由于基础要素的存在而形成稳定的方法论。三种核心素养的内容构成学生个体从理论到实践的总体框架把握。
结语
基于核心素养的教育改革，将从单一知识、技能转向综合素质，从灌输式学习走向探究性学习。我国的基础教育不断具体到课程改革上，由此发展到核心素养的结构建构和评价，也成为当下的一个热点教育问题。
【参考文献】
[1]施久铭.核心素养：为了培养“全面发展的人”[J].人民教育，2014，10.
[2]钟启泉.核心素养的“核心”在哪里[N].中国教育报，2015-04-01007.
[3]辛涛，姜宇，刘霞.我国义务教育阶段学生核心素养模型的构建[J].北京师范大学学报（社会科学版），2013，01.
[4].教育部：研究制定各学段学生发展核心素养体系[J].中小学德育，2014，05.
建筑结构设计要点及计算模型调整 篇7
1) 对于框架结构来说, 地震作用下首先在梁端产生朔性铰, 消耗地震能量。随着强震作用, 底层柱底弯矩增大, 导致底层柱底最终出现朔性铰, 结构进入失稳状态成为几何可变体系。在设计高层结构时, 应保证底层柱的抗弯和抗剪强度, 以有效地延迟底层柱朔性铰的出现, 提高底层柱的延性。可采取的措施是:对梁固端弯矩进行适当调幅;框架梁的下部钢筋如不是计算需要和构造要求, 以不伸入柱中或不完全锚固在柱中为好。通过人为方式对不同构件设置不同的安全等级;
2) 对于剪力墙结构来说, 鉴于剪力墙结构的刚度较大, 重点设计其抗弯和抗剪强度。在设计剪力墙结构时, 为了有效确保剪力墙结构不出现楼层破坏, 剪力墙内竖向钢筋的配筋率不宜过小, 避免在大震作用下产生脆性破坏。水平分布筋直径不宜过小间距不宜过大, 否则对混凝土起不到约束作用;竖向钢筋直径更不能太细间距不宜过大;对于墙厚大于160mm时, 采取双层钢筋, 而且水平筋应放在竖向筋的外侧。在剪力墙的端部以及墙与墙交叉处应该设置暗柱;同时尤其注意剪力墙的与楼板的连接;
3) 对于框架-剪力墙结构来说, 鉴于框架结构刚度比较小, 为了有效确保结构有良好的延性和变形能力, 即框架结构设计的重点在于延性, 而剪力墙结构的刚度较大, 设计中首先遇到的问题是强度设计, 包括抗弯和抗剪强度设计, 同时也要保证剪力墙有良好的延性。在设计中可采取的措施:剪力墙的数量应比所谓的合理数量要求高一些;平面布置剪力墙时, 应采取相对集中和分散布置相结合的原则, 要尽量使横向与纵向剪力墙连成整体构成十字形, T字形或L字形。这样既可省材料, 又可增大结构的整体刚度和稳定性, 同时还有利于抗扭。
2 建筑结构体系和结构布置分析
2.1 结构体系选取
对于建筑结构设计时, 可选择的结构体系有框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框支剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构和巨型结构等。设计中选取何种结构, 需经过方案比较, 这主要比较建筑物的高度、用途、施工、条件以及经济等。如果拟建建筑物为宿舍, 而且高度有比较高, 则适宜选取剪力墙结构, 这样便充分结合居住建筑要求足够多隔墙的要求。当建筑物的底部需要设商店和大开间的门厅时, 则适宜采用框支-剪力墙结构。
2.2 结构布置
在建筑体型和结构体系选定后, 结构布置时结构设计的重要一环。结构布置应充分考虑到以下要求:结构单元内的结构平面布置尽量做到均匀对称;各抗侧力结构的刚度中心应力求靠近水平作用合力的作用线, 以减少扭转影响;抗震结构体系宜为多道防地震的体系。抗震结构设计时宜少采用装配式钢筋混凝土结构作为抗侧力结构。笔者结合工程实践经验, 总结了一些关于建筑结构布置的设计经验:
1) 在建筑体型构思, 平面布置和竖向设计阶段, 建筑和结构设计人员一定要密切配合, 相互取长补短, 既要充分考虑到建筑物使用合理, 造型美观, 又要考虑到结构受力明确, 结构设计经济合理, 有利于抵抗水平作用和方便施工等。建筑物的体型对建筑结构的受力和材料消耗又极其重要的作用, 在相同的基本风压作用下, 采用圆形平面比采用正方形平面, 风荷载可减小40%以上;
2) 在建筑物竖向设计上, 如能将顶部削成斜面, 对抗风和抗震都有利的。另外, 为了有效地减小结构自重, 优先采用轻质隔墙。当建筑物需进行抗震设计时, 其体型应尽量简单和规则。设计中应优先考虑通过调整平面形状和尺寸达到尽量采用不设防震缝的方案。当建筑物有较大的错层, 应用防震缝将各部分分成规则, 均匀的独立结构单元。
2.3 多道抗震防线设计原则
绝大多数地震都有前震和余震, 这就要求设计时一定要考虑多道防线的问题。在结构平面设计时应有意识地加强某些竖向抗侧力结构。例如, 在剪力墙结构中, 将某几片剪力墙特别加强其抗剪抗弯能力。强震下, 其它剪力墙虽已出现朔性铰, 但加强了的这几片剪力墙仍然处于弹性阶段。又如在框架—剪力墙结构中, 让框架承受更多较多的水平作用。另外, 在每榀框架抗侧力结构中也有所侧重, 设计时也应该有意识的对不同的结构构件给予不同的可靠度, 而且在构件的抗弯抗剪设计中, 不同的部位也应适当不同的安全度。例如, 在剪力墙结构设计中, 应让地震能量首先在弯曲变形中耗散掉, 从而有效地避免了剪切破坏先于弯曲破坏, 即钢筋混凝土剪力墙的底部抗剪可靠度一定要给够, 应超过一般构件抗剪验算的可靠度。充分认识各种结构的破坏机制和其朔性铰出现的顺序, 对考虑多道防线设计的原则是很有帮助的。
3 结构计算及模型调整
设计参数已经选定的情况下接下来的工作就是结构建模计算和调整修改的工作, 这项工作大多数要往返多次才能取得合理的结构模型。
1) 初次建模时, 结构构件尺寸及技术条件都是以设计经验和规范确定的, 建模完成后便进行结构计算, 在结构计算前处理部分, 特别要注意计算程序所要求输入的各项软件所需的参数, 一类是技术参数, 一类是条件参数。条件参数是工程本身在特定条件下所具有的;技术参数, 主要是软件内部根据规范或设计常规所需要确定的, 例如是否考虑P-Δ效应, 选CQC法, 选取振型个数等;
2) 在计算完成后, 要检查层间位移是否满足规范要求, 如不满足表明梁柱刚度过小, 应加大梁柱尺寸或提高砼强度等级。另外建筑物的高宽比不得超过规范, 如框架结构要求小于4。对于第一自振周期T1应是在将结构模型调整合理的情况, 在返回重填重算, 以求得接近实际的计算结果。《高层建筑混凝土结构技术规程》规定结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比, A级高度建筑不应大于0.9, 这也是调整楼面刚度梁柱尺寸的依据;
3) 其次要检查轴压比是否超规范, 如超需调整柱尺寸以及混凝土等级。如柱纵向筋, 是否超筋, 有没有办法配筋, 规范要求纵筋净距不大于200, 同时又不得小于50, 对角柱中柱最小配筋率如不满足同样要调整柱。再次, 检查梁的计算结果信息:纵筋的超筋情况、配箍超筋情况, 虽未超筋, 但实际是否可配, 梁纵向钢筋要放几排, 每排根数, 此两项是梁尺寸、砼强度等级调整的依据。
4 结论
本文结合笔者从事工程设计实践经验, 提出建筑结构设计应从概念设计出发来合理选取结构布置, 同时对计算模型采取合理的调整, 以使得结构更加合理。
参考文献
[1]王顺卿.当前建筑结构设计中概念设计的应用[J].山西建筑, 2006 (6) .
结构模型设计 篇8
解释结构模型法(简称ISM方法),是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法。它是将复杂的系统分解为若干子系统要素,利用人们的实践经验和知识以及计算机的帮助,最终构成一个多级递阶的结构模型。基本方法是先用图形和矩阵描述各种已知的关系,在矩阵的基础上再进一步运算、推导来解释系统结构的特点。本设计即在用户得到邻接矩阵的情况下,根据其邻接矩阵完成解释结构模型的核心逻辑直接将结果以图形化的形式返回给用户。
1程序功能及界面设计
主界面主要由两部分组成,即邻接矩阵及按钮组。按钮组中包含如下5个按钮:初始化、增加变量、删除变量、计算关系、退出程序,如图1所示。程序的主要功能设计可分步骤描述为:
首先,用户向系统添加变量并命名,此时程序直接根据用户输入变量的名称及个数初始化相应的数组。然后用户在主界面中根据其需要输入邻接矩阵,在此期间用户可以修改变量数量及名称,甚至直接通过初始化按钮将界面中的内容清空。最后,当用户确定输入正确的邻接矩阵以后,通过点击计算关系按钮程序将运算并返回相应的层级图的图形化表示形式,如图2所示。
2系统类设计
整个系统自定义实现了五个类(不包括JFrame类),其中按各类功能的不同又可以归为以下3个层次:
(1)实体类
VarPair类:用来定义有因果关系的变量对,包含一个String类型的“起点”变量及所有该起点的可达终点队列;
Matrix类:用来定义矩阵,并在类中包含了部分矩阵自身的运算功能,包括矩阵自乘运算、计算可达矩阵运算等,该类设计如下:
用于表示初始化后的邻接矩阵 ,纵向为自变量,横向为应变量
(2)逻辑类
逻辑类只有一个,即ISM类,用来进行所有ISM相关运算,在该类中包含了系统的核心逻辑部分;包括进行分层、绘图等功能都包含在此类中,该类设计如下:
(3)界面类
界面类用来以可视化形式呈现程序接口,包含两个继承自JFrame类的子类,即作为主界面的ISMFrame和绘图界面的PaintFrame类,这其中ISMFrame类又实现了ActionListener接口;PaintFrame重写了paint函数以实现窗口大小变化时能够保持图形不变,该类设计如下:
3结束语
尽管ISM可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型,应用面十分广泛,但是它还是存在如下一些不可否认的不足之处,如只能将系统内部的联系简化成递阶关系,只知道元素之间有无关联,但无法知道这种关联的强弱,等等。虽然ISM 存在这些缺陷,其价值不可抹杀,价值体现于可以快速和比较准确的建立系统结构关系。
摘要：解释结构模型法是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法,是结构模型化技术的一种。本设计将用JA-VA来完成ISM的核心逻辑,能够实现ISM运算的程序及其相应的设计文档。
关键词：解释结构模型,系统工程,JAVA
参考文献
[1]汪应洛.系统工程导论[M].北京:机械工业出版社,1982.
结构模型设计 篇9
证据加权模型概述
证据加权法又称证据权0法 (Weights of Ev-idence M) , 是数理统计、人工智能和图象分析和的一种有机综合体, 目前主要在矿床定位预测与分析中应用较多, 以通过GIS图层统计的综合方法寻找新的矿产资源, 是一种现在比较成熟的方法。该方法用条件概率和贝叶斯公式相结合, 从而实现二元规模图。通过直接整合地质、地球化学以及遥感等信息来进行矿产资源的预测与开采。它把加权中的种种专题关系作为矿场资源的预测的证据因子, 利用已知的矿产资源点和这些证据因子之间的一些统计关系, 赋予这些证据因子统计权重, 然后利用贝叶斯规则和条件概率理论, 对他们进行综合地分析与研究, 最后生成预测结果图。证据加权法有数据驱动, 易于编程, 避免数据选择主观性等优点。
证据权方法是目前比较常用的信息综合方法, 广泛应用于各种信息资源的预测与评价, 其模型是基于贝叶斯定理的模型, 最早应用于医学领域的专家系统GLADYS (Spiegelhal-ter and Knill-Jones, 1984) .到了20世纪80年代, 随着该方法在矿产资源的预测和评价上的应用, 人们开始逐渐地发现它是比较适合栅格结构GIS软件来实现。但是由于在栅格结构中, 如果它的栅格图的精度越高, 那么它所需要用到的计算机磁盘空间就越多。使得它在计算机储存时占用的磁盘存储空间较大, 此外栅格结构在存取过程中常常会用到例如压码和解码等过程, 这就使得该模型在进行统计和分析时费时费力。因此, 很需要一种新的形式来弥补这些缺点。目前的人们正在研究以矢量结构的形式存在的GIS, 来实现其计算机算法, 通过研究大量的证据加权模型的计算机算法, , 用其平台的二次开发语言Map Basic语言建立了一种可信的基于矢量结构GIS的证据加权模型。相对于之前的栅格结构模型, 该模型在统计综合过程中有着极好的优越性。
1证据加权模型的步骤
证据加权模型的实施主要分为4个步骤:
(1) 可以用1和0表示各个证据图层, 1表示证据的存在, 0表示证据不存在。
(2) 所有的不同证据之间必须是条件独立的, 需要分别检验每两两证据之间是否满足条件独立性的原则。
(3) 对于证据存在与不存在的情况, 我们可以用一对权系数来分别表示, 对于那些我们无法判断其权系数的情况, 可以令其权系数为0。
(4) 将这些所得到的证据图进行分析和统计综合, 最后生成成矿产资源检验后的概率比值图。
2证据加权模型的原理
我们在运用证据加权法进行矿产资源预测的时候主要是为了检验一个地区含有矿产资源的概率大小, 在证据加权法中, 当前不存在任何成矿的有力证据的我们被称之为先验概率, 存在成矿的有力证据我们则被称为后验概率。用y+来成矿存在, y-表示成矿不存在, 其证据我们用zj来表示, 他们之间存在4中关系, 以数学上集合的方式表示如下所示:
其中, y+表示有矿.y-表示无矿;zj-表示证据不存在;zj+表示证据存在。这4中表示后验成矿概率的关系可以用贝叶斯公式表示如下:
引进概率比O (y) (odds) :
则有公式:
其中,
如果有两个证据的图层需要分析综合时, y的后验概率则可以根据贝叶斯公式给出
后验概率比为下式:
假设z1和z2相对于y是条件独立成立的, 即:
那么后验概率比的对数值就能够由下式来表示
将其推广的更多的证据图层中, 设其为m个, 那么可以得到如下:
上式可以更进一步地写为
那么它们的权系数就可以由下式来估算:
有以上的概率比, 我们很容易计算出每个点之间的概率, 再将其换算成后验概率, 就可以绘制出一个后验概率的等值线图。概率的大小代表着成矿资源的有利条件的大小
3条件独立性检脸
分组, 检验是否都满足条件独立性的原则然后分别检验每组中的两个证据是否满足条件独立性。其证据zi和zj之间存在8种重叠情况, 分别为他们之间的交集并集以及他们相互之间的概率。证据zi zj关于y的条件独立性关系式有以下给出:
矢量结构的GIS证据加权模型的计算机实现
在栅格结构GIS的证据加权中, 每个证据都会存储在一个栅格的图层中, 而在基于矢量结构的GIS证据加权中, 每一个证据都会相应地保存在一个矢量图层中, 结合其属性的数据统计分析过程我们通过对矢量结构的GIS图层进行叠置分析, 最后的是产生一个, 它代表这标志证据是否在某一个区域内存在。仍然以Map Info开发平台, 我们研究矢量结构形式GIS, 并且实现其矢量结构的证据加权模型计算机编程。
1矢量结构的GIS的基本原理
在矢量结构的GIS软件平台中, 矢量图层的数目总是比软件平台所允许的图层总数少两层。用来保存研究区中矿床点空间分布图和网格单元分布图。在软件编程过程中, 用其生成一个网格单元图层, 在统计过程中将他近似看成是一个点。
2矢量结构的GIS证据加权模型的计算机算法
我们用Mapinfo平台来实现基于矢量结构的GIS证据加权模型时, 可以分为7个步骤来完成, 如下所示:
(1) 可以在同一坐标系中, 程序自动地生成一个覆盖全部区域m行n列矩形网格将每个网格的4个顶点作为结点, 对应M*N个小网格, 相应地在生成一个具有m*n个记录。具体分为以下几个步骤:
(1) 用Create Table语句生成一个空的Map Info表, 并用Create Map使该表成可包含图形对象的表.
(2) 用二重循环语句编制表中网格单元的自动生成, 内循环次数为m, 外循环次数为n。执行Create Rect语句, 。对于矩形的区域, 以研究区左上角为坐标原点, 就会生成坐标。
(2) 将对比结果存放在网格单元图层属性表中。
(1) 用语句Alter tabl。在网格单元图层属性表中增加一个属性段, 用来存放对比运算结果。
(2) 将网格单元图层与矿床点图层做逻辑对比分析, 将包含矿床点赋值为1, 否则赋值为0
(3) 检查网格单元中是否有包含多于1个矿床点的情况, 如果有则返回步骤1, 删除已生成的网格, 调整M和N的相对大小, 重新生成网格。
(4) 如果没有则进行步骤3。
(3) 将对比结果存放在网格单元图层属性表中分为两步:
(1) 网格单元图层属性表中增加一个属性段, 用来存放对比运算结果。
(2) 将网格单元图层与证据图层的数据对比, 若网格单元内有存在证据赋予新值1, 如果没有证据存在, 就赋值为0。
重复这个步骤, 直到所有的数据都对比完。
(4) 检验证据图层的条件独立性。先根据网格单元属性表中得到的数据构造出一个三维列联表, 然后由此计算出
(6) 计算出每一个网格单元的成矿后验概率比, 将该概率比转化成成矿后验概率值。
(7) 得到的网格不是正方形或者接近正方形, 则将其先要做一个网格化的过程, 生成所需要的后验概率等值线图。最后实现其算法。
结束语
结构模型设计 篇10
稳健设计(robust design)[1]是指对产品性能、质量、成本作综合考虑而获得高质量、 低成本
的现代设计方法,已经在电子、机械等诸多领域得到了重视和应用。20世纪70年代日本著名学者田口玄一博士创立了三次设计法(Taguchi方法)[2],它以统计的方法定量地分析各种参数组合与质量特性之间的关系,从而求出最佳参数组合。三次设计方法对提高产品质量和性能的稳定性具有重要的作用,已引起了广泛关注,各国学者对此进行了一系列理论研究与应用探索,提出了一些不同的方法,如响应曲面法、双响应曲面法、广义线性模型法、容差多面体法、灵敏度法、变差传递法、随机模型法等[3,4,5,6]。三次设计方法也受到我国学术界和质量管理部门的重视,韩之俊[2]、陈立周[7]等学者及中国现场统计研究会等部门先后出版了一些介绍田口(Taguchi)方法的论著,一些有关试验设计理论的专著中也有专门的章节介绍Taguchi方法的相关内容。
经典的三次设计方法是基于简单质量结构假设的零部件设计,不能解决多层、交叉质量结构的系统质量设计问题,而随着科学水平的不断进步,产品的技术含量、集成度越来越高,越来越多的复杂产品开始大量涌现,因此复杂产品的质量设计问题吸引了越来越多的关注。很多学者对复杂产品的稳健性设计问题从多目标稳健性设计[8,9,10]、多学科稳健性优化设计[11,12,13]等方面进行了一些探讨,并取得了部分研究成果。但是,经典稳健设计方法仍然存在一些重要的缺陷。
第一,经典的三次设计方法多聚焦于单一目标、单个零件、简单产品情形,而工程实际问题常常是多目标、多约束且各目标、各约束之间存在复杂耦联关系的复杂系统;第二,尽管近年来国内外学者也逐渐注重机械系统(或复杂产品)的多指标、多目标稳健设计的研究,但到目前为止,多指标的稳健设计仍缺乏科学、实用的稳健设计准则。
本文针对经典稳健设计方法存在的缺陷,提出一种新的基于质量结构框架的自上而下的产品稳健设计方法,较好地解决了经典稳健设计方法存在的问题,为复杂质量结构产品的设计提供一种新的思路。
1 产品质量结构分析及其稳健设计思路
1.1 产品质量结构分析
了解产品的质量结构,便把握了该产品的各质量要素之间及其质量要素与产品的零件、部件之间的相互关系。利用这种关系,可以将产品的质量要求进行分解、分配与优化;更进一步,可以按所分配的质量要求进行零件的稳健性质量设计。
定义1 产品质量是指一组固有特性满足要求的程度。
定义1是ISO9000:2000中给出的,其中,“固有特性”是指产品具有的技术特征,不是产品形成后人为附加的内容;“满足要求的程度”是指将产品的固有特性和要求(明示的、通常隐含的或必须履行的顾客期望或要求)进行比较,根据产品“满足要求的程度”对其质量优劣作出的评价。Juran却认为,质量就是适用性(fitness for use)。事实上,无论是从生产者“质量的符合性”角度,还是从顾客“质量的适用性角度”来看,产品尤其是结构与功能较为复杂的产品,其质量都可能是多维度和多指标的,且这些质量指标之间存在着一定的系统性的结构关系。
定义2 产品质量结构是指产品各质量要素之间存在相对稳定的联系方式与组织秩序,是产品的系统质量规定性的内在表现形式。
产品质量结构取决于产品质量系统中的质量要素,是由这些要素联系形成的关系及其表现形式的综合,并由这样的综合导致了产品质量系统的一种整体性规定,它具有整体性、层次性和稳定性等系统特性。
现实中,可以通过多种渠道与方法获取产品质量结构信息,这些方法主要有:产品开发的质量功能展开(quality function deployment,QFD)模型、解释结构模型(interpretative structural modeling,ISM)、层次分析模型(analytic hierarchy process,AHP)、结构方程模型(structural equation modeling,SEM)和设计结构矩阵模型(design structure matrix,DSM)等。
产品质量结构的形式主要有三种,下面以定义的形式给出。
定义3 完全独立型的产品质量结构是指结构中的各质量要素不存在交叉影响的一种结构形式。
定义4 完全相关型的产品质量结构是指结构中的各质量要素之间均会产生对称的相互交叉影响的一种结构形式。
定义5 混合型的产品质量结构是指其质量要素的结构关系介于完全独立型和完全相关型之间的一种结构形式。
完全独立的产品质量结构是一种较为简单的质量结构关系,各质量要素不存在交叉影响,因而便于质量分配与质量设计,其形式如图1所示;完全相关型的质量结构形式如图2所示; 混合型的产品质量结构是现实中较为常见的一种形式,是介于完全独立型和完全相关型之间的一种混合的结构形式。
性质1 产品质量结构图的最底层要素均是组成该产品的零件。
该性质显然成立,证明过程省略,这里仅给出说明:由于产品的质量最终都是通过零部件及其结构关系来进行技术上的实现,人们在运用QFD、ISM、AHP和SEM等模型对产品质量结构进行分析,构建产品质量结构图时,也都遵循从宏观到微观的分析规律,因此产品质量结构的底层都是产品的零件。
1.2 基于质量结构框架的产品稳健设计思路
本文针对经典的三次设计方法,仅考虑简单产品和简单结构关系条件下的零件设计问题的不足,提出一种基于质量结构框架的产品稳健设计方法,该方法的主要设计思路有二条。
(1)第一条设计路线是依据质量结构框架(图1、图2)自上而下进行(图3), 将顾客对产品的质量需求分解落实到每一个相关的零件上,从而完成设计任务。具体思路如下:①从顾客的需求出发,依据目标顾客群对产品的质量要求寻求产品质量目标;②依据产品质量目标与产品的功能结构关系建立产品质量结构框架;③把产品质量结构框架作为设计路线,自上而下,依据其质量层次关系建立各层次的稳健设计模型;④该设计模型依据质量结构框架自上而下进行,除最底层的零件设计外,其余各层的模型求解属于指标分解过程;而在其最低层对具体零件进行设计时,运用参数和容差设计方法;⑤由于产品各质量指标间存在着层次与交错影响关系,因此,在依据其质量结构框架进行模型设计时,需要利用优化模型着重处理好这一问题。
(2)第二条设计思路是,从质量结构框架最底层开始,考虑顾客对产品质量要求是成本最低、质量最高、性价比最高等要求的不同,寻求现有零件制造技术条件下的最优零件设计方案,其模型一般采用参数和容差设计方法进行构建;再依据各零件与产品部件系统、各部件系统与产品整体的结构关系,建立质量指标合成模型,寻求各质量指标间的最佳配合;最后,将产品的合成质量设计目标与顾客需求进行对比,对设计方案的顾客满意程度进行评价,并依据该评价结果对设计方案进行修正与优化。考虑篇幅,本文主要对基于质量结构框架的产品稳健设计方法的第一条设计思路进行介绍,如图3所示。
2 基于质量目标的稳健设计模型及其算法
2.1 基于质量目标的稳健设计模型
现实中,企业在新产品开发时,往往首先是针对目标顾客群进行产品质量定位,再根据产品的目标质量进行产品设计。给定目标情形下的自上而下设计模型主要是针对企业的这一新产品开发的实际情况而设计的。
由于在该问题的建模与分析过程中要涉及质量损失及其评价问题,在这里为了便于问题的研究,运用Taguchi质量损失理论给出质量损失的定义。
定义6 若某产品具有单一质量特征指标,则定义其产品质量损失函数为
L(x)=k(x-m)2 (1)
式中,L(x)为质量特性值为x时的波动损失;k为损失系数;x为实际的质量特性值;m为目标值。
若某产品具有多个质量特征指标,则定义其产品质量损失函数为
L(X)=(X-M)T·A·(X-M) (2)
式中,L(X)为质量特性值为X时的波动损失;X为实际的质量特性向量,X=(x1,x2,…,xp)T;M为目标向量,M=(m1,m2,…,mp)T;A为p×p阶质量损失系数正定矩阵;p为产品质量特征指标的个数。
根据基于质量结构框架的产品稳健设计思路,利用定义6,给出给定质量目标情形下的自上而下的多层次规划设计模型。
定理1 若产品设计的目标质量是事先给定的,则按以下设计步骤可以方便地构造给定质量目标情形下的自上而下的多层次规划设计模型:
(1)运用系统结构分析原理,根据事先给定的产品质量目标建立产品质量结构框架。
(2)建立产品级目标分解子模型M1(第一层次优化模型)。将产品质量目标分解到各部件系统,根据事先给定的产品质量目标(通过目标顾客群的分析确定),建立产品级质量指标分解优化模型。将产品质量指标分解到部件系统,若该部件系统还需要进一步划分为相关的子部件系统,则需要将其指标进一步细分,直到将其分解到部件级的最低层。
(3)建立部件级目标分解子模型M2(第二层次优化模型)。将部件质量目标分解到各零件系统,依据部件质量指标与各相关零件级系统的结构关系,建立产品部件质量指标分解优化模型。
(4)建立零件的稳健设计优化子模型M3(第三层次优化模型)。运用稳健设计原理,根据各零件质量指标,建立产品零件级的稳健设计优化模型。
证明 考虑该定理本质是给定质量目标情形下的自上而下的多层次规划模型构建过程,因此采用结构性证明方法予以证明。按定理给定的建模步骤进行模型的构建。
(1)运用系统结构分析原理,根据事先给定的产品质量目标X1=(x1,x2,…,xn)T建立产品质量结构框架,如图3所示。
(2)建立产品级目标分解子模型M1(第一层次优化模型)。根据图3,设各部件的质量指标为X2=(x2.1,x2.2,…,x2.s)T,依据定义6建立产品级系统质量损失函数L1=F1(x2.1,x2.2,…,x2.s),并考虑部件成本C1=c1(x2.1,x2.2,…,x2.s)与资源B1=(b1,b2,…,bt)T约束、部件指标间的关联性约束(通过指标间关联关系X2=G1(X2)来体现)、非负性约束x2.1,x2.2,…,x2.s≥0等,并设产品指标具有一定的界限A1、A1(A1和A1分别表示指标的上下界值),建立规划模型:
(3)建立部件级目标分解子模型M2(第二层次优化模型)。根据图3,设各零件系统的质量指标为X3=(x3.1.1,…,x3.N.M)T),依据定义6建立产品级系统质量损失函数L2=F2(x3.1.1,…,x3.N.M),并考虑部件成本C2=c2(x3.1.1,…,x3.N.M)与资源约束B2=C*2=c*2(x*2.1,x*2.2,…,x*2.s)(最优部件系统分配指标对资源的需求量)、零件指标间的关联性约束(通过指标间关联关系X3=G2(X3)来体现)、非负性约束x3.1.1,…,x3.N.M≥0等,并设产品指标具有一定的界限A2、A2(A2和A2分别表示指标的上下界值),建立规划模型:
(4)建立零件的稳健设计优化子模型M3(第三层次优化模型)。根据图3,采用依据质量结构的参数设计和容差设计方法,用式(4)所求解的第i个零件中p个指标的最优解作为设计目标值Xm.*3.i=(xm.*3.i.1,xm.*3.i.2,…,xm.*3.i.p)T建立规划模型。设零件i的待设计质量指标为X3.i=(x3.i.1,x3.i.2,…,x3.i.p)T,则可建立零件i的质量损失函数L3.i=F3.i(x3.i.1,x3.i.2,…,x3.i.p),并考虑该零件的成本C3.i=c3.i(xm.*3.i.1,xm.*3.i.2,…,xm.*3.i.p)T与资源约束B3.i=C*3.i=c*3.i(xm.*3.i.1,xm.*3.i.2,…,xm.*3.i.p)(最优零件分配目标对资源的需求量)、零件指标间的关联性约束(通过指标间关联关系X3.i=G3.i(X3.i)来体现)、非负性约束x3.i.1,x3.i.2,…,x3.i.p≥0等,并设产品指标具有一定的界限A3.i、A3.i(A3.i和A3.i分别表示零件i指标的上下界值)。
根据零件的稳健优化设计方法进行零件设计的具体过程如下:①方差分析。对零件的每个质量特性参数设计时算得的信噪比进行方差分析,确定在各相应零件中对各质量特性有显著影响的因素。②建立信噪(SN)比与质量损失的关系,将Taguchi实验设计中各实验方案的信噪比转化为质量损失并标准化。③对每个质量特性以其显著因素(自变量取值为参数的水平数(1、2或1、2、3))为自变量,以标准化后的质量损失为因变量进行二次回归分析(这里我们假设各设计参数是独立的,不考虑交互作用)。回归分析结果如下:
L3.i=F3.i(x(Level.S)3.i.1,x(Level.S)3.i.2,…,x(Level.S)3.i.p) (5)
其中,p为设计参数个数,Level.S为第i个零件各质量特性的水平数,一般取3级水平Level.1,Level.2,Level.3。④建立零件级稳健设计整数规划模型。不失一般性,对第i个零件的p个参数的S个水平,建立该零件的稳健设计整数规划模型:
综上所述,考虑各级优化子模型之间的连接结构关系(子模型M1构成了子模型M2的约束,而子模型M2又构成了子模型M3的约束),构造给定质量目标情形下的自上而下的多层次规划设计模型,如图4所示。
图4 给定质量目标情形下的自上
而下的多层次规划设计模型
2.2 递阶求解算法研究
针对零件i的稳健设计过程,构建多层次规划设计模型(图4)。假设第j级的可行解为Lj(j=1,2,3),根据目标规划理论,可得递阶求解定理如下:
定理2 假设第j级规划的可行域为ζj,且∀j,∃ζj有界,则该质量结构模型(图4)一定存在最优解。
证明 定理2采用数学归纳法证明,过程如下:①当j=1时,根据目标规划理论,任意可行域有界的单目标规划一定可以在其可行域上达到最优。②假设第j级规划可在ζj顶点上达到最优,则必定存在其最优解L*j。将其转换成第j+1级规划的资源总量约束并代入j+1级规划,可保证第j+1级规划ζj+1可行域存在。由于第j+1级规划的可行域ζj+1存在并有界,则第j+1级规划一定可以在其可行域上达到最优。③因此,对于任何∀j,∃ζj有界的多级规划模型,其目标函数一定可以在其可行域上达到最优。证毕。
基于上述分析,根据逐级迭代的思想,设计此类多级规划模型的递阶求解算法如下:
(1)求解第1级规划模型,求其最优解L*1。若最优解不存在,分析其原因,返回设计信息评价阶段,修正相关信息。
(2)假设得到第j级规划最优解L*j(j=1,2),代入第j+1级规划的资源总量约束,求解第j+1级规划。若最优解不存在,分析原因,返回设计信息评价阶段,修正相关信息。
(3)根据第2级规划最优解L*3,将其代入第3级规划的资源总量约束后求解第3级规划最优解L*3。若最优解不存在,分析原因,返回设计评价阶段,修正相关信息。
为方便计算机仿真运算,设计的算法思路图如图5所示。
3 案例研究
设计一个气动换向装置,如图6所示。经过市场调研与顾客分析,该气动换向装置需要满足以下3个设计要求:①需要在带动一定负载条件下,克服一定的阻力完成6个换向动力作,且动作可靠;②在1s内完成最长距离的换向动作;③在一定的压缩空气作用下,耗气量尽可能地少。按如下步骤进行气动换阀向装置的设计:
(1)建立气动换向装置质量结构框架图。
根据题意和相关调研资料,可方便地构造出该气动换向装置质量结构框架图,见图7。
(2)气动换向装置质量目标分解及优化模型构建。
经过课题组更深入的调研与详细分析研究后,将顾客满意度作为质量指标,同时认为在该换向装置所需完成的6个转换动作中,最长的转换动作为关键,同时要求在一定的压缩空气作用下耗气量尽可能少,因此我们将气动换向装置的质量目标分解到换向末速度v和耗气量Q这两个质量特性上。气动换向装置的顾客满意度y与v(mm/s)和Q(L)的关系如下:
给出第一层次优化模型M1:
这里,y为望大特性,
(3)第二层质量目标(换向末速度和耗气量)分解及优化模型建立。
由上述分析,换向末速度和气耗量均需分解到活塞直径D、气缸内气压pw和换向行程S的质量特性要求上。v和Q值与3个待设计参数D、pw和S的力学关系方程如下:
其中,F为换向阻力,F=750N;G为系统重力,G=900N;g为重力加速度,g=9800mm/s2。令n=1。
换向活塞直径D、气缸内气压pw和换向行程S为三个可控因素。初始值由设计人员根据专业知识与经验,分别确定三水平如下:
D1=22mm,D2=24mm,D3=26mm
pw1=2.2MPa,pw2=2.6MPa,pw3=3MPa
L1=52mm,L2=56mm,L3=60mm
对于换向末速度v和耗气量Q,以质量损失L1和L2为因变量的二次回归方程分别为
L1=-0.061+0.066D+0.042pw+0.168S+
0.0314D2+0.0198p2w-0.0256S2
L2=2.6-0.759D-0.809pw-0.662S+
0.147D2+0.157p2w+0.127S2 (10)
由专业人员确定的换向末速度和耗气量两个质量特性指标对气动换向装置的权重分别为ω1=0.7,ω2=0.3,因此综合质量损失为
0.413L+0.11232D2+0.11584p2w+0.08122L2 (11)
综上所述,第二层次优化模型M1为
1≤D,pw,L≤3表示D、pw、L最优解应取该3参数的3个水平值的约束。
(4)多层次规划设计模型构建。
针对气动换向装置的设计过程,构建两层规划设计模型如下:
(5)递阶求解多层次规划模型。
根据第一层规划(式(8))可解得,当v=960mm/s、Q=0时,顾客满意度达到极大值y=100。由此可见,换向末速度的目标值为v=960mm/s,为望目特性值;耗气量Q=0,为望小特性值。
根据第一层规划求解结果,求解第二层整数规划问题(式(12)),得到当设计参数D、pw、L分别取2、2、3水平时,综合总损失最小,即D=24mm,pw=2.6MPa,L=60mm。
4 结语
众所周知,零件作为产品的最基础要素,正是由于它们之间的层次与交叉关联关系构成了产品的整体。然而经典的三次设计方法主要是基于简单质量结构假设对零部件进行单个独立设计,对组成产品的零件间的复杂的层次与交叉关系进行了不恰当的忽略,也就是说,经典设计方法事实上只能算是一种单个零件的设计方法,难以较好地解决由多零件构成的产品设计问题。本文研究了一种新的基于质量结构框架的自上而下的产品稳健设计方法,较好地解决了在已知目标顾客群对产品质量目标要求的条件下,对复杂质量结构产品进行质量设计的问题,弥补了经典稳健设计方法的不足,改进了Taguchi的参数与容差设计方法,拓展了其应用范围,为复杂质量结构产品的设计提供了一种新的思路。基于质量结构框架的自下而上的产品稳健设计方法另文论述。
组织间流程结构及描述模型研究 篇11
关键词：组织间流程；组织间关系；业务流程；流程集成
一、 引言
企业的经营核心包含多种要素，如业务流程、员工、组织结构和策略，而其中最重要的要素就是业务流程。詹姆斯·钱匹认为，尽管其它三个要素也是十分重要的，“…但是，其重要性最终应取决于作为整个业务流程的补充所能发挥的作用。从长期的观点来看，业务流程决定了企业的价值”。为了使组织在变革的环境和激烈的竞争中获胜，管理者不能再仅仅从职能的角度去看待组织，还需要从流程角度去分析组织。根据Davenport的以活动为中心的流程理论，可以把业务流程定义为：一系列逻辑相关的为取得预定业务目标的可执行任务（也可称之为活动）。从这个定义来看，流程建模包含有两部分的内容，其一是流程描述，即从整体上对整个流程的组成活动以及活动之间的逻辑顺序进行定义；其二是制定流程在执行过程中遵循的各种规则，根据预先制定的这些规则，可以动态地改变流程的执行路径。
以上有关业务流程的定义，是在过去业务流程主要由企业独立运作的背景下得出的。随着电子商务的发展以及外包业务的迅猛增加，全球一体化运作的趋势日益普及，人们对跨越组织边界的业务流程进行管理的需求越来越紧迫。从20世纪90年代后期开始，出现了在组织间合作关系背景下，为了实现创造共同价值，将若干关联组织的业务流程集成为公共的组织间流程的发展趋势。组织之间的合作关系又简称为组织间关系，而组织间流程则描述了合作组织之间彼此依赖的公共活动。参照Davenport对流程的定义，我们将组织间流程理解为：由若干合作组织业务流程集成而来的，一系列逻辑相关的为取得预定共同业务目标的可执行任务。
由于合作组织具有产权独立和地理分散的特点，组织间关系始终运行于一个动态的、分布式环境中。组成组织间关系的若干拥有各种异构信息资源的独立实体，从组织结构上看是对等的，为了合作，他们通过不断地交换活动信息来实现协调运作。传统的中央流程控制模式适合于一个单独的企业，尽管组成流程的任务可能是分布式的，即企业的整体流程由分布在各部门的多个子流程组成，但是在流程最高管理层存在一个中央流程引擎，负责统一规划、协调和同步每个子流程的任务组成和执行步骤。而在组织间流程管理中，参与流程合作的各成员组织不可能采用中央流程管理模式，因为他们各自的流程不仅隐藏在防火墙后面，而且由于各个组织是高度自治和自利倾向的，出于信息保密的需要，他们并不愿意共享所有的流程信息。因此，组织间流程必然是基于流程集成的松耦合的协同流程结构。
二、 组织间流程的特征
由于组织间流程的出现为流程管理研究开启了崭新的视野，许多研究者开始对组织间流程的特征进行研究。为了实现成员组织业务流程协同的目的，Dayal等人认为，组织间流程必须具备若干特定功能：为了保证业务流程的集成，需要为所有成员组织建立一个统一的和标准化的协同交互平台，即存在一个公共的被所有成员组织认同的业务流程元模型及流程描述语言；为了使成员组织更容易理解公共流程的运作，需要建立一个公共的流程描述机制；为了便于成员组织相互了解和参与流程执行，需要建立一个传递和搜索成员组织相关信息和技能特点的信息发布机制。再从实施过程来看，组织间流程管理具有以下几个方面的特点：
（1）要求有一个协调机制，使所有参与者对流程的定义和执行达成协议，如业务流程描述、数据交换格式。为此，需要建立一个公共的、标准的流程数据库。
（2）具有一个划分子流程的流程管理功能，能够在地理分布的流程执行者中起到协同作用。
（3）每个成员组织独立地决定他愿意在公共流程中扮演的角色，设计相应的角色流程定义以及执行控制方式并向所有成员发布。
（4）每个成员应该有一个用来规划、拆分和控制它所承担任务的协同流程管理器，其目的是在他所承担的公共流程部分和其内部流程之间进行协调。此外，不同成员之间还通过各自的协同流程管理器进行互操作，如交换流程数据、彼此通知各自的流程执行进展情况等等。
在实际应用中，供应链合作联盟是最常见和最广泛的组织间关系。为了促进上下游企业的有效合作，必须在供应链合作组织中建立能够良好运作的组织间流程，为此，一些研究者通过对供应链联盟组织的合作过程进行分析，来研究组织间流程具有的特征。例如，Rupp和Ristic在研究解决牛鞭效应问题时认为，为了有效减少库存和提高运输效率，合作企业之间需要建立紧密的合作关系，这种合作关系必须建立在各成员企业的业务流程高度集成的基础之上。然而，组织间业务流程的集成问题远比组织内部分布式流程管理问题复杂得多，流程集成过程中还存在许多问题有待解决。以供应链为例，组织间业务流程的集成过程必须解决的问题有：
（1）改进信息通讯效率。组织之间的合作首先要求能够迅捷、清晰地传递各种信息，为了提高信息交换的时效性和减少信息理解的歧义性，要求在组织之间传递的信息结构尽量结构化。
（2）减少信息不确定性。供应链上游企业需要从下游企业获取市场需求变动信息，由于牛鞭效应的存在导致信息失真加剧，产生极大的信息不确定性。与之类似，组织间关系中成员组织也需要从其它伙伴组织获取信息，大量二手信息的存在使每个成员组织都处在较大的不确定性环境中。因此，组织间流程集成时必须提高信息的准确性，减少信息不确定性。
（3）支持异构信息技术环境。由于过去几十年信息技术的发展非常迅速，而成员组织的营运经历又各不相同，他们独自建立的支持业务流程的信息技术环境存在较大差异。为了保证信息交互的有效性，要求在流程集成过程中解决信息技术异构的问题。
（4）建立开放和动态的结构。组织的经营过程是一个动态的过程，如果只支持一个固定的流程模式是没有意义的。组织间流程的运行环境比组织内部流程的运行环境更加复杂，在实施中更加动态易变，外界因素对任意一个成员组织的影响都可能给组织间流程的运作产生新的变化，导致整个组织间流程不得不进行调整甚至重新设计。因此，组织间流程要求能够支持动态变化，在变化发生时，以最小的代价重新配置整个系统。同时组织间流程需要具有一定的开放性，以便能够容易地接纳新成员，或者加入到其它网络中。
此外，在运作层，Liu和Shen认为组织间合作关系的本质是通过参与者业务流程的集成而实现的。由于组织间的合作涉及到多个产权独立实体之间的流程集成，因此，相对组织内部的流程管理，组织间流程存在以下矛盾：（1）流程信息共享：为了实现组织间关系在流程级的有效合作，要求成员组织之间必须频繁地交换流程信息，公开和发布必要的流程进展状态，使其它合作伙伴做出预期的响应。（2）流程信息隐藏：尽管詹姆斯·钱匹提出跨越组织边界的合作关系应该坚持“极度开放原则”，呼吁成员组织之间开放一切业务流程。但是在实际运作中，为了保留自治性和竞争力，参与合作的企业仍然需要隐藏其商业机密，如内部的流程结构。
三、 组织间业务流程的描述模型
从支持业务流程角度出发，流程管理系统一般需要提供3种基本功能：（1）建立阶段功能：主要包含业务流程的定义、子流程的划分和相关活动逻辑顺序的定义和建模功能。（2）运行阶段的控制功能：在一定的运行环境下，执行业务流程，并完成每个子流程中各活动遵循的约束条件判断、活动执行路径安排和调度功能。（3）运行阶段人机交互功能：为了保证用户参与流程的执行和控制，需要在流程执行过程中提供用户与IT应用工具之间的交互操作功能。
与传统流程相比，大多数组织间流程不存在一个端到端的流程控制，因此需要考虑流程之间的交互操作性。然而，当前组织间流程在交互操作方面还存在许多有待解决的问题，如成员组织局部流程执行的自治性问题；流程控制策略变动性问题；成员组织保护自身流程机密性问题；各种软硬件异构性削弱交互操作能力；缺乏跨组织访问流程资源的方法。
由此可见，组织间流程是一个复杂的涉及多个实体重复交互操作的系统，单独从一个侧面难以实现有效的描述，必须从多个角度来考察才能全面地描述其业务流程集成过程。为了完整描述组织间流程，可以从成员组织、资源分配、业务流程和信息交互这四个方面来对组织间流程进行综合分析。如图1所示，一个组织间流程描述模型由组织视图、资源视图、流程视图和信息视图及其相互之间的联系组成，每一个视图分别从不同的侧面描述组织间流程的结构。用形式化表述语言，可以将组织间流程IOProcess表示为一个四元组：{Org-view，Res-view，Proc-view，Info-view}，其中，Org-view指的是组织视图，Res-view是资源视图，Proc-view是流程视图，Info-view是信息视图。
1. 组织视图。Org-view描述组成组织间关系的成员组织和成员组织之间的联系，成员组织是产权独立的组织实体，自愿参与组织间合作，在组织间关系中承担相应的角色，执行一定的流程任务。Org-view主要描述全体成员组织、承担的角色及组织与角色之间的关系，Org-view= {ORG，ROLE，C}，其中，ORG表示成员组织集合，ROLE表示角色集合，C表示成员组织与角色的对应关系。
每个成员组织org i∈ORG，i=1，...，n，n为参与组织间流程的成员组织数量。org i可以表示为{name，type，int，other}，其中，name是成员组织的名称；type表达成员组织所属的类型，如制造商、部件供应商或物流企业等；int则定义了该成员组织参与组织间流程的接口，可以是某个部门，也可以是具体的人员；other用来定义其它相关元素。
每个角色role j∈ROLE，j=1，...，m，m为负责组织间流程中子流程的角色数量。role j={name，obl，other}，其中，name描述角色的名称；obl则说明了该角色在组织间流程中承担的职责；other同样用来定义其它相关元素。
对应关系C描述了所有可能的成员组织与角色之间的对应关系，C={org i，role j|org i∈ORG，role j∈ROLE，i= 1，...，n，j=1，...，m}
2. 流程视图。流程视图描述组织间流程中以活动为中心的公共业务流程，它定义了组织间流程中所有的活动以及这些活动之间的逻辑关系。流程视图Res-view是一个二元组
D是依赖关系集。一个依赖关系表示为dep（a，b，c），a，b∈A，条件c表示判定能否从活动a进入到活动b的限制条件，如时间、事件等。在工作流管理联盟（WFMC）制定的标准文档中，定义了6种基本的活动逻辑关系：串行、与分支、与连接、或分支、或连接、循环。根据这6种基本逻辑关系，可以描述活动间的执行路径。
3. 资源视图。资源是组织间关系运作必不可少的物质因素，只有分配了必备的资源，活动才能够得以执行。资源视图描述了组织间流程使用的资源类型以及资源实体的属性。资源从广义上说包含活动执行所涉及的所有物质实体，可以是活动的执行者、执行活动所需的设备、物料，或者是活动执行后产生的新的资源。这里，本文所指的资源实体主要是除了人力资源以外的活动执行所需要的资源。Res-view={RES}，资源实体res k∈RES，k=1，...，h，h为组织间流程使用的资源总数。res k={name，type，number}，其中，name是资源的名称，type是资源的类型，number是该资源的数量。
4. 信息视图。组织间流程的任务执行过程以及组织间关系的维持都需要信息的支持，信息视图就是从信息处理的角度来描述组织间流程中的数据结构特征和信息交互关系。从信息处理的角度来看，组织间的业务流程是若干活动执行者进行信息处理和信息交流的系统，换言之，可以把组织间合作关系归结为信息共享和信息交换的关系。一方面，活动在执行前和执行过程中需要获取必要的流程数据，同时，活动执行的结果也会产生相应的流程数据。这些数据要求以统一的方式进行管理，而且能够被所有成员组织访问。另一方面，在组织间合作关系中，信息往往为各个成员组织专有，成员组织出于自身利益的考虑，可能只进行一定程度的信息交流，即存在信息自主性。此外，信息交互还是一个动态过程，通常情况下，成员组织经过多次信息交互过程改进信息共享程度，不断调整相互之间的合作状态。总之，无论是从组织间流程的角度还是从组织间合作关系较大看，成员组织之间的合作能否取得成功很大程度上取决于信息共享和信息交互的程度。因此，本文考虑建立公共的信息视图来统一描述组织间流程使用的各种流程数据和信息流向。
5. 视图之间的联系。组织间流程模型中各个视图之间存在密切的联系。组织视图管理的是能够承担某项角色的组织，流程视图管理的是某个角色执行的活动，两个视图之间通过角色联系起来。流程视图指定活动的执行者为某个角色，而不是固定的组织。而组织视图给每个成员组织分配特定的角色，根据分配的角色确定该成员组织负责执行的流程活动。资源视图负责管理公共资源，为了保证任务的执行，资源视图给流程视图中的活动分配必要的资源。同时，资源视图受组织视图的支配，每一个资源实体都有与之对应的成员组织，该成员组织负责对此资源实体的使用和维护。信息视图的信息来源于组织视图、流程视图和资源视图中的数据结构及数据关系。一方面，信息视图负责管理组织间流程使用的所有数据和信息，在结构上表现为若干个数据库。另一方面，信息视图还为组织视图提供成员组织交互操作的平台，定义了一系列信息交换和信息发布机制。
四、 结语
由于组织间流程集成了多个产权独立组织的流程，因此，相对于组织内部流程，组织间流程更加强调信息交互以及子流程之间的协调，同时，在流程集成过程中还存在信息共享和信息隐藏的矛盾。此外，从处理的信息结构看，组织间流程处理的流程信息既有可事先定义的任务安排，又有在执行过程中为应对各种变化条件而动态定义的半结构化流程信息。正因为其复杂性，为了完整描述组织间流程，需要从包括成员组织、资源分配、业务流程和信息交互等多个视角进行综合分析。
参考文献：
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基金项目：中央基本科研业务费项目“在线口碑传播对城市品牌塑造的影响：机制、效果及对策研究”（项目号：2010221053）；福建省社会科学规划一般项目“网络口碑有效性综合测度系统研究”（项目号：2011B223）。
作者简介：黄士凡，厦门大学管理学院财务系博士生；张耕，厦门大学国际经济与贸易系副教授，厦门大学管理学博士。
结构模型设计 篇12
一、技术方案
(一) 电子试卷的结构分析
通过对目前所使用的各类试卷的研究分析可知, 试卷基本结构主要包括:试题、学生答案、教师评估三大部分。本文所研究的电子试卷就以此作为基础进行结构分析。 (1) 电子试题部分:它是由学校指派专门的出题老师根据教学大纲和教学经验所列出的考查学生学习情况的用于考试的题目。一份完整的电子试题由两部分构成:第一部分是试题基本信息, 包括考试科目、考试时间、学生姓名、专业、学号;第二部分是试题内容, 包括题目类型、题目分值、题量和题目内容。 (2) 学生答案部分:它是由学生根据试题部分的要求依次填写的信息。学生答案部分也可以分为两部分:第一部分是对于学生来讲所必须填写的个人基本信息部分, 包括学生的姓名、学号和专业;第二部分是学生根据考试题目在指定位置填写的考试答案。 (3) 评分结果部分:此部分是阅老师根据每个试题的对错, 对学生的作答情况进行评估, 最终给出总的分值。根据上面所述, 我们运用UML语言对一个完整的电子试卷进行结构模型设计, 如图1呈下列结构:
(二) XML实现方法
本文在运用UML对电子试卷进行结构分析的基础上, 综合上述要素构建XML文档, 实现传统纸质试卷的电子化。XML语言是一种功能强大、应用很广的、很好地用于描述文档数据的结构化的语言。运用XML实现电子试卷, 以学生的某次考试为例进行模型分析。
1. DTD文档的模型设计。
依据上述电子试卷UML结构模型, 在具体分析各个要素的基础上, 建立电子试卷的文档类型定义 (DTD) , 部分定义描述如图2, 在这个DTD中, test是文件的根节点, 这个根节点必须包括questions、answers和scores三个子节点, 这三个子节点都是元素, 而每个子节点下面又包含有元素, 比如子节点questions下面包含了元素Basic Info和Exam Content、Basic Info元素下又包含Subject、Time、Student Name、Student No和Major元素。
2. XML结构化显示模型设计。
在DTD的定义之下, 对各个要素进行赋值描述, 生成XML文件, 通过XML描述的文档模型设计, 本文以某同学的一次考试为实例进行对试卷的xml的描述, 利用XML可以对文档进行数据的显示, 但要成为美观的文件, 就需设计相应的样式表, 在这里, 与XML相匹配的最好的选择就是XSL技术, 运用XSL语言对其进行转换, 使用<xsl:Value-of select="…"/>实现xml文件值的调用。
二、结论
电子试卷以及考试过程的电子化在当今这个信息社会中已是一个必然的发展趋势, 本文使用XML对电子试卷进行结构分析和显示设计, 对电子试卷的内容进行结构分析, 进而实现了电子试卷在使用、管理的方便性、防篡改性以及防抵赖等问题, 同时减少了纸质资源的浪费, 保护了环境, 具有极强的实用性。
摘要：电子试卷是传统纸质试卷的电子化, 其组成要素、结构与纸质试卷相类似。通过利用XML结构化文档的特点对电子试卷的基本结构进行分析, 且生成完整、具体的显示文档;在此基础上利用数字签名技术, 对电子试卷实现多重签名, 最终实现了电子试卷在管理、使用时的方便性以及防篡改、防抵赖等问题;并同时节省了纸质资源, 保护了环境。
关键词：电子试卷,XML技术,数字签名
参考文献
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