辅助划分方法（共5篇）
辅助划分方法 篇1
0 引言
大规模定制生产中,划分产品族类型并构建产品族结构是实现提供多样化产品,降低定制产品成本,缩短交货期目标的有效措施,得到了学术界和工业界的广泛认同。合理的产品族规划与设计能够有效提高企业的大规模定制能力,增加企业商业策略的灵活性。Jiao[1]、Simpson[2]、Meng[3]、朱斌[4]和韦俊民[5]等对面向大规模定制的产品族、零件族的设计与开发进行了深入的分析和研究,主要是基于相似性原理,将具有同一特性、满足一定范围需求的产品划分为一个产品族,包括功能相似、结构相似、工艺相似等方法。
在强调节能、环保的今天,节能已经成为世界各国研究的重要课题之一,突出节能特性也成为商家的一种竞争战略,如空调、冰箱等产品已经实现了根据不同能耗等级实行差别定价,在满足客户对于产品性能和质量需求的同时,也给商家带来了大量的利润。在照明领域,节能意识也受到重视。对照明电器产品从节能特性的角度来划分产品族,实现差别定价,增加产品品种,从而增强商业策略的灵活性。本文结合GB 19043-2003(普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级)标准,基于照明灯具的配光曲线数据,对阳光集团的直管荧光照明灯具进行了产品族划分,得到了具有不同节能特性的产品族类型,可以作为企业的定价依据。
1 节能照明灯具产品族划分原理
对于照明电器产品,目前客户对其节能特性要求比较高,而且对于不同的客户或不同的应用环境,对照明产品的节能特性要求也不同,而不同的节能特性直接影响到灯具的价格制定,因此,对照明电器产品从节能特性的角度来划分产品族是十分有意义的,可以为企业的管理、定价提供支持,增加企业经营策略的灵活性。
照明灯具产品其功能比较单一,主要是照明。而对照明而言,节能不仅仅是在可能的条件下尽量选择高效的光源,灯具的效率也是一个重要方面。目前基于功能、结构、工艺等相似的产品族划分方法不适合于照明灯具产品,需要采用新的产品族划分方法。图1给出了一种照明灯具产品族划分原理,主要基于照明灯具的配光曲线数据和能效限定值及能效等级国家标准。
灯具的效率和能效等级是照明电器产品节能特性的两个关键指标,将这两个指标结合起来划分产品族,可以更好地描述照明灯具的节能特性。从图1可以看出,灯具产品族的划分过程包括两条主线:灯具的效率计算和灯具的能效计算。相关术语、概念解释如下:
1)灯具效率:在规定条件下测量的灯具发射光通(lm)与灯具内的全部光源在灯具外规定条件下点燃时发射的总光通量之比。为了有效地利用能源,以照明功能为主的灯具效率应在70%以上[6]。
2)配光曲线:极坐标平面上,把灯具从0°开始的各个张角的发光强度绘制在图上,即成为一个灯具的完整的配光曲线,如图2所示。
3)光通量:光源或灯具在某一方向上的发光强度被定义为单位立体角内的光通量。
对于聚光灯、回光灯、光束灯、成像灯、电脑灯等以光轴线为旋转轴的对称型灯具,配光曲线分布是以光轴线为轴的旋转体[7]。
产品族划分的策略为:将灯具按照效率划分的空间与按照能效限定值划分的等级相结合,得到不同的节能特性空间,分别计算灯具产品的效率和能效值,将落在同一空间的灯具产品划分为一族产品,具有相同的节能特性。
2 灯具效率与能效计算及其能效等级标准
2.1 灯具效率的计算
对于具有不同对称性质的配光曲线的灯具,其有效光通量的计算方法不同,本文中涉及到的是轴对称配光灯具的光通量计算方法。根据配光曲线提供的信息可以计算出任意两个水平面所夹区域内的光通量(对点光源),如图3所示。通过光轴的平面如图4所示。
把0~180°分成若干等份,任意一个等份θi-θi+1区域内的光通量:
求得任意一个等份θi-θi+1区域内的光通量,再对0~180°内的所有等份的光通量求和即可以得到该灯具实际发出的光通量。灯具实际发出的总光通量与灯具内的所有光源发出的总光通量之比就是灯具的效率,即:
2.2 灯具能效限定值与能效等级标准
灯具的能效限定值是指在标准规定测试条件下国家允许灯具的最低能效值,是强制性技术要求。灯具产品的能效计算公式为:
双端荧光灯首次制定了2005年目标能效限定值,即GB19043-2003《普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级》[8]。该标准规定了普通照明用双端荧光灯的能效等级、能效限定值、节能评价值、目标能效限定值、试验方法和检验规则,适用于标称功率在14W~65W范围内,采用交流电源频率带启动器的预热阴极双端荧光灯及采用高频工作的预热阴极双端荧光灯。
3 应用案例
阳光T5直管荧光灯具是当前国际上先进的室内照明灯具,其光线清澈稳定,光效更比T8直管荧光灯具高出30%。本文应用阳光集团T5荧光灯灯具的型号为:MB1a-Y21、MX1-Y28×3、MQ2n-Y14×4,以这三种灯具的配光曲线数据为例,运用上述计算方法和过程分别进行了计算,其他灯具产品的数据可采用同样的方法来计算,限于篇幅本文不一一描述。图5是MB1a-Y21的配光曲线,图6是对应配光曲线在不同空间夹角的光通量。
运用前述计算方法和过程,得到如表2所示的对应灯具型号的效率和能效值。
阳光集团灯具产品族的划分目的是为了对灯具的节能特性进行描述和区分,便于企业进行产品管理、定价以及制定相应的商业策略。基于表2中的结果,阳光T5直管荧光灯具产品族可以划分为如图7所示的三个产品族集合。
水平轴方向根据灯具的效率可以分为两部分空间,以70%效率为分界点,左边表示一般节能灯具,右边表示高效节能灯具。垂直轴方向根据国标GB19043-2003可以分为三个等级,综合组合有6种产品族类型。由于灯具效率与灯具能效之间基本上是正的比例关系,因此,实践中一般只有三种产品族划分结果,如图7中的(1)、(2)、(3)所示。阳光集团T5荧光灯三种型号的灯具,根据计算数据结果落在的空间,得到:MB1a-Y21是能效等级为Ⅰ级的高效节能灯具产品族;MX1-Y28和MQ2n-Y14是能效等级为Ⅱ级的普通节能灯具产品族。按照同样的方法可以对阳光集团的其他节能灯具划分产品族。
4 结束语
对照明灯具产品根据其节能特性划分产品族,可以更好地满足客户对产品的各个方面的需求,比如价格、质量、灯具效率、能效、节能等,同时,便于企业实施产品数据管理,进行差异定价,制定相应的商业策略,从而帮助企业在激烈的市场竞争环境中,获得最大限度的利润。将照明灯具的效率和能效指标相结合来划分产品族,可以更好地描述和区分照明灯具的节能特性,保证划分结果的合理性和有效性。
参考文献
[1]JX Jiao,TW Simpson,Z Siddique.Product family design and platform-based product development:a state-of-the-art review.Journal of Intelligence Manufacturing,2007,18:5-29.
[2]TW Simpson,Z Siddique,J Jiao.Product platform and productfamily design:methods and applications.Gordon:SpringerPress,2006.
[3]XH Meng,ZH Jiang,and GQ Huang.On the module identifi cation for product family development.International Journalof Advanced Manufacturing Technology,2007,35:26-40.
[4]朱斌,江平宇.面向产品族的设计方法学.机械工程学报,2006,(3):1-8.
[5]韦俊民,金隼,林忠钦,等.产品族设计中的零件相似性评价方法.上海交通大学学报,2007,8:1218-1223.
[6]http://www.biox.cn/Foreign/200608/20060825215109_42559.shtml
[7]施克孝.灯具的配光曲线及应用.演艺设备与科技,2006,(1):5-13.
[8]GB19043-2003《普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级》.
安全等级划分方法研究综述 篇2
在一个信息安全体系结构中, 对关注点 (比如安全策略、安全服务、信息资产、业务依赖等) 进行分级, 不管从技术上还是从管理上都是非常必要的。信息爆炸使得安全问题变得越来越来复杂, 因此安全等级的划分就成了安全体系结构设计中的核心环节。好的安全等级划分策略能够清晰地定义边界, 能够对安全威胁进行精确的评估, 这会给用户和信息资产的管理带来极大的方便。从安全工程师的角度看, 他们通常精通各种安全技术和攻防策略, 因此希望在安全服务上 (比如认证、保密、访问控制、防抵赖、信息流的安全路由等) 实施等级保护。而用户则更愿意从应用环境、信息资产等方面来关注安全威胁造成的后果。不同的视角造就了多种安全等级划分的策略。
从目前的研究看, 主要的安全等级划分方法有基于安全策略的安全等级划分 (TCSEC) 、基于安全强健性的安全等级划分 (IATF) 和基于安全服务的安全等级划分 (CDSA) 。
1 基于安全策略的安全等级划分
安全策略是指用于所有与安全活动相关的一组规则, 它的显著特点就是用一般术语对安全需求和安全属性进行描述, 而不涉及具体的实现过程。美国国防部1985年12月通过的可信计算机安全评价标准 (TCSEC, 又称橙皮书) 就是基于安全策略来分级的。TCSEC的安全等级划分指标包括安全策略 (Security Policy) 、责任 (Accountability) 、保证 (Assurance) 和文档 (Documentation) 4个方面, 每个方面又细分为若干项, 其中的核心就是安全策略。
根据对上述各项指标的支持情况, TCSEC将系统划分为4类 (division) 7个等级, 依次是D;C (C1, C2) ;B (B1, B2, B3) ;A (A1) , 按系统可靠或可信程度逐渐增高。D类为最小化保护, C类为自主保护, B类为强制保护, A类为可验证的保护。在TCSEC中建立的安全级别之间具有一种偏序向下兼容的关系, 即较高安全性级别提供的安全保护要包含较低级别的所有保护要求, 同时提供更多或更完善的保护能力。
基于安全策略的安全等级划分核心是访问控制。有DAC和MAC。DAC说明主体具有自主权, 能够向其他主体转让访问权限, 这通常会导致系统中一个或多个特权用户可以改变主体的访问权限。主体的权限过大很容易导致机密信息的泄露。DAC一般是通过访问控制表 (ACL) 来实现的, 几乎就是一种静态表格形式, 一旦用户数量增多、用户数据增加, ACL就会变得非常庞大。ACL本身的维护也不是一件容易的事, 因为用户的需要访问的资源各种各样, 而且用户的职责有时也会经常发生变化。MAC意味着如果用户没有按相应安全等级行事, 系统就不会让用户访问对象。这是一种被动的安全模型。系统使用灵敏度标记作为所有强制访问控制的基础, 灵敏度标记必须准确地表示其所联系的对象的安全级别。当系统管理员创建系统或者增加新的通信通道或I/O设备时, 管理员必须指定每个通信通道和I/O设备是单级还是多级, 并且管理员只能手工完成这些操作。单级设备并不保持传输信息的灵敏度级别, 所有直接面向用户位置的输出 (无论是虚拟的还是物理的) 都必须产生标记来指示关于输出对象的灵敏度。显然这种管理不方便, 也容易出错。
DAC和MAC都没有考虑实际的应用环境, 授权访问基本上都是静态的, 一旦主体有某种权限, 它就永远拥有该权限。这种安全等级划分不具有动态性, 也不够精确, 很能适应企业规模越来越庞大, 需要更加清晰和精确的安全等级划分的现实。另外, TCSEC的分级具有纵向性, 即一级比一级强, 但级与级之间的边界却不是十分的清晰, 没有融入横向分级的策略。通常我们也需要横向的分级, 每个级别关注不同的安全问题, 这样就能各尽其责, 边界清晰。
2 基于安全强健性的安全等级划分
2.1 IATF的等级划分思想
美国国家安全局 (NSA) 制定的信息保障技术框架IATF, 提出信息保障的核心思想是纵深防御战略。所谓纵深防御战略就是采用一个多层次的、纵深的安全措施来保障用户信息及信息系统的安全。在纵深防御战略中, 人、技术和操作是三个主要核心因素, 要保障信息及信息系统的安全, 三者缺一不可。在IATF中, 安全等级划分用强健性来衡量。强健性级别被定义为推荐的安全机制强度和保证测试级别, 它由信息价值和威胁环境来决定。IATF根据信息保护策略的违犯造成的危害程度将信息价值划分为V1-V5共5个级别。根据对手占有的资源和愿意冒的风险程度将环境威胁划分为T1-T7共7个级别。
当信息价值和威胁环境的级别确定后, ISSE (信息系统安全工程) 可以在确定安全机制的强度和需要进行什么样的保险活动方面提供指导, 以获得推荐的机制强度级别SML (Strength Mechanism Level) 和保证测试级别EAL (Evaluation Assurance Level) 。对于某一威胁级别 (T1~T7) 和某一信息或系统的价值 (V1~V5) , IATF列出了推荐的最小SML级别和EAL级别。这里SML为机制强度级别, 表现为一系列技术性的安全服务机制, IATF列出了8大类安全机制, 每一类中都包含若干种安全服务。根据对各种安全服务的支持程度SML被划分为基本强度、中等强度和高强度3个级别。EAL为保证测试级别, 即为了使系统达到一定的安全性而需要进行的测试。根据测试的严格程度EAL被划分为功能测试、结构测试、顺序测试检查、顺序的设计测试和检查、半正式设计和测试、半正式认证设计和测试、正式认证设计和测试共7个等级。
2.2 IATF的主要问题
IATF的安全等级划分真正地把人 (即管理) 、技术、操作结合起来, 贯彻了纵深防御的战略。与TCSEC相比较, 这无疑是一个巨大的进步。IATF把安全等级划分因素归结为内部因素 (信息资产的价值) 和外部因素 (环境的威胁程度) , 根据这两个因素的强弱组合 (V, T) 来划分系统的安全等级 (SEL, EAL) 。这使得IATF的安全等级划分成为一个全面的多维的构造。与TCSEC相比, IATF中对V和T的分级提高了等级划分的精确性。
IATF的主要缺点是它的划分方法仍然是定性的, 并没有达到量化级别的精确度, 其强健性策略并没有提供更为详细的分析方法。它给出都是一些定性的指标, 其V、T、SEL和EAL分级的定义都是定性的, 策略自身并没有提供在特定的情况下选择安全机制的足够信息。IATF中的强健性策略也不见得就是完善的, 可能还有很多其他的因素需要考虑 (比如部门对信息系统的依赖程度) , 也可能还有新的安全机制在表中没有列出。IATF的等级划分能够给信息系统工程师提供一个指导性的框架, 但它并没有提供一种精确的分析方法来确定信息资产的价值和环境的威胁程度。工程师在对V1-V5, T1-T7进行划分时, 并没有一个严格的标准, 可能一个工程认为是V3, 而另一个工程师则认为是V4。他们只能基于自己的经验和听取专家的意见去获得一些感性的认识。
3 基于安全服务的安全等级划分
公共数据安全体系结构CDSA由Intel体系结构实验室提出, 并得到了多家组织和厂商的支持。CDSA定义为一个开放的、可扩展的体系结构, 它包含一组层次化的安全服务和相关编程接口, 应用程序可以有选择地、动态地访问这些安全服务。
整个CDSA划分为4层, 即应用程序层、系统安全服务层、通用安全服务管理器 (CSSM) 层、安全插件模块层。这里安全插件模块层提供了5种核心的安全服务模块, 即密码服务CSP、信任策略服务TP、数字证书库服务CL、数据存储库服务DL、授权计算服务AC。这些安全服务由CSSM层来进行统一地集成和管理。CDSA将攻击分为3类, 其中I类外部攻击 (如黑客) ;II类为运行程序的攻击 (如病毒和木马) ;III类完全控制系统并利用分析工具进行的攻击。CDSA被设计成防范II类和III类攻击。
CDSA的优点就是通用, 这既包括技术上的通用, 也包括商业上的通用。技术上的通用包括跨平台、能够兼容各种现有技术协议、允许支持多种开发语言、灵活可扩展的接口、丰富的管理工具、开放的API标准等等;商业上的通用, CDSA则希望能应用到包括电子商务、教育、娱乐、信息、原材料等相关软件和服务中。但CDSA并不是一个全面的安全等级划分系统。CDSA认为I类攻击应该通过优秀的访问控制和系统管理机制来防范, 而不是使用安全软件。可见与IATF相比, CDSA并不是一个纵深的多层次的安全保护方案。CDSA与TCSEC一样, 都没有考虑人的因素, 没有引入系统的安全管理机制。CDSA还具有不可伸缩、接口复杂、系统资源消耗大等缺点。
4 结论
随着信息网络的快速发展和信息系统工程变得越来越复杂的现实, 安全等级划分成为信息系统研究、开发和管理中的一个重要课题。本文对当前3种主流的安全等级划分方法作了详细的分析和比较。事实上每一种安全等级模型都有很多变体, 这都有待进一步的研究。从宏观上看, 人和管理的因素, 与应用相结合的信息资产、工作流等都被纳入到安全等级划分的范畴。从微观上看, 划分粒度越来越精细, 对某一个技术性的安全范畴 (信息价值) 都会形成多层次的等级划分。总的来说, 安全等级划分研究的趋势是方法越来越精确、考虑的因素越来越全面、站的层次越来越高 (从系统工程的角度出发) 、划分越来越精细、由单维的构造向多维方向发展。
摘要：随着信息安全技术的发展, 安全等级划分成为构建信息安全体系结构的核心问题。不同的安全体系结构通常会有不同的关注视角, 从而导致不同的安全等级划分方法。本文对基于安全策略的TCSEC、基于安全强健性的IATF、基于安全服务的CDSA这3种主流的安全等级划分方法进行了详细的分析和对比, 总的来说, 划分的粒度变得越来越细, 划分方法也朝着形式化的方向发展。最后, 本文对该领域的研究作进一步的展望。
关键词：安全等级划分,安全体系结构,安全策略,安全服务
参考文献
[1]US DoD 5200.28-STD. Trusted Computer System Evaluation Criteria[S].
[2]IATF Release 3.1.Information Assurance Technical Framework [S].
[3]赵战生.美国信息保障技术框架--IATF简介[J].信息网络安全，2003 (4) ：13-16.
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[5]冯登国，孙锐，张阳.信息安全体系结构[M].北京：清华大学出版社，2008.
基于区域划分的刀具方向控制方法 篇3
目前,复杂曲面零件多使用五轴数控机床进行加工。五轴加工和三轴加工的本质区别是[1]:在通常情况下,三轴加工的刀轴方向在工件坐标系中是固定的(一般是平行于Z轴的),而五轴加工的刀轴方向是变化的。理想的刀轴控制是随曲面形状和工艺状态的变化而对刀轴方向进行自适应调整,以提高零件的加工精度和效率,又能避免可能存在的刀具干涉问题。
目前,关于刀轴方向控制方法主要有:①通过曲面的高斯图,应用计算几何提出可视图的球算法,解决机床选择、刀具方向等问题[2,3,4,5];②通过聚类算法与特征提取方法对曲面进行划分,实现复杂曲面的3+2数控加工[6,7];③基于等锥曲面划分的平底刀具路径生成方法[8];④基于C空间的避免干涉的最优刀具方向算法[9];⑤基于可视锥的可接近性分析方法[10]。上述方法大多局限于某一类特殊零件或曲面,都不能完全解决复杂曲面加工中的刀轴方向控制问题,针对此,笔者提出一种刀具方向控制新方法,即通过构造单位矢量集的锥平均值算法,应用遍历算法对曲面进行区域划分,用锥平均值代替区域的初始加工方向,再进行干涉检查,对刀具方向进行调整。
1 曲面上的区域
复杂曲面的数控加工通常分为3个阶段[11]:①根据曲面的几何特性,生成刀具的切触点;②依靠确定的角度和曲面的法矢,生成刀位数据;③后置处理,把刀位数据转换成机床代码。第2个阶段要根据曲面法矢、加工精度和干涉避免等因素,确定刀具的方位,复杂曲面的整个法矢方向可能是无规律的,但在某个局部区域里,曲面的法矢可能存在一定的规律,所以可依据曲面的法矢规律对曲面进行区域划分。在加工过程中,随刀位点的变化而不断改变刀具的方向,不利于提高加工质量[12],并且会产生很大的刀位数据量,使编程效率降低。比较可行的一个方法是把曲面划分成多个区域,用一个固定的刀具方向加工一个区域,当刀具从一个区域移到另一个区域时方向才改变,如图1所示。
Lauwers等[13]为便于多轴工艺规划提出基于几何审讯的曲面区域划分方法,在这个方法中,加工过程是由基于曲面几何审讯的零件表面特征分类来决定的。平面、凸面、凹面、马鞍等区域是通过曲率属性来识别并分别加工,但几何参数只是对曲面局部信息进行反映,在复杂曲面中不能充分利用曲面的全局信息。Chen等[6]用聚类方法把曲面划分成多个区域,具体是通过搜索局部几何参数如曲率、法矢或其他几何参数进行划分,每个区域通过三轴方法进行加工,但他们没有提供确定刀具方向的方法。
1.1 区域的定义
曲面划分成多个区域首先要选择曲面的参数作为面片聚类的依据。根据微分几何知[14],主要的曲面划分参数有参数域(u,v)、坐标(x, y, z)、法矢n、曲率κ(包括Gauss曲率、平均曲率和主曲率)等。因为法矢变化能间接反映出曲面的曲率,所以选择法矢作为曲面划分的参数。曲面上的加工区域表示在该区域刀具的加工方向可一致,区域内所有点的法矢方向应该大体一致,在不发生干涉等情况下可在同一方向上进行加工,可通过曲面中任意两点法矢的夹角来定义区域。
定义1 区域 设一C2曲面S,区域A⊂S,且A是连通的,对于任意两点P1、P2(P1,P2∈A),n1和n2分别为曲面S在点P1和点P2处的单位法矢,满足:
arccos(n1·n2)≤δ (1)
则称A为曲面S的一个加工区域,简称区域,如图2所示。其中,δ为区域划分的控制角,且0≤δ<90°,δ与加工中刀具方向所允许偏离法矢的角度有关,还与划分精度有关。在δ=0的特殊情况下,只有相同法矢的面片才能构成一个区域。
1.2 区域的锥平均法矢
根据区域的定义,曲面在区域内各个点处的单位法矢方向可能是不同的,我们需根据区域内各个点的法矢求出一个平均法矢来近似代替整个区域的法矢,为此,本文提出了锥平均法矢的概念。
定义2 锥平均法矢 设n是空间E3中的一个单位矢量集,单位矢量的起点相同,任意两个单位矢量的夹角不大于δ,能包含这个单位矢量集的锥顶角最小的锥称为这个单位矢量集的最小包容锥,记为C(n),最小包容锥的轴线方向的单位矢量称为这个单位矢量集的锥平均法矢,记为
锥平均法矢代表了一个区域矢量集的平均方向,求一个矢量集的锥平均法矢比较困难。但是如果知道锥平均矢量,可以判断一个矢量属不属于这个矢量集。因此可以设定一个初始锥平均法矢,然后判断其他法矢是否属于这个矢量集,最后再求出这个区域矢量集的锥平均法矢。
锥平均法矢是这个区域的初始加工方向,它考虑了这个区域的整体几何属性。而通常的五轴加工的刀具方向是由Sturz方法决定的,即由刀具和曲面法矢成一固定的倾斜角决定刀具的姿态,这只考虑了一个刀位点处的局部几何属性。
2 曲面的三角划分
要对曲面进行区域划分,先要对曲面进行网格划分,再对网格中的面片进行合并与聚类,形成区域。常用的曲面网格划分方法是三角网格划分。设正则曲面S:r=r(u,v),通常,参数u和v的变化区域为单位正方形,即u,v∈[0, 1]。对参数域常用的三角划分方法有Delaunay三角划分方法[15],为便于遍历,本文采用图3所示的三角划分方法。
曲面的三角划分实际上是对曲面的参数域进行三角划分。参数域中的三角形之间存在一定的拓扑关系,这种拓扑关系与曲面区域划分中面片的合并有关,所以需定义两种参数域三角形之间的关系。本文参数区域中的三角形都是等腰直角三角形,如图3所示。
定义3 对偶三角形 对于任意两个全等的等腰直角三角形Ti、Tj,如果Ti和Tj共斜边,则这对三角形称为对偶三角形。本文参数域中一个三角形的对偶三角形只有一个。如图3中的三角形DT1与DT2(即图3中标号1和2所指代的两个三角形,其余类推)是一对对偶三角形。
定义4 相邻三角形 对于任意两个全等的等腰直角三角形Ti、Tj,如果Ti和Tj共直角边,则这对三角形称为相邻三角形。本文参数域中一个三角形的相邻三角形有一个或两个,如图3中DT2与DT3和DT2与DT11分别是两对相邻三角形,DT2的相邻三角形是DT3和DT11,而DT3和DT11的相邻三角形都是DT2,只有一个。
三角划分后,每个面片是一个曲面三角形,可以用这个曲面三角形的三个顶点确定的平面法矢近似代替曲面三角形的法矢,计算曲面上每个面片的单位法矢:
3 曲面的区域划分
3.1 参数域三角形的关系图
为遍历所有的三角区域,需给参数域的每个三角形进行标号,三角形之间的关系用关系图表示,如图4所示,其中有两种三角形关系:对偶三角形和相邻三角形。
通过对参数域的划分可得到相应的曲面区域划分,而区域划分是由曲面三角形的法矢相互比较得到的,所以每个区域要找一个参数域三角形对应的曲面三角形法矢作为初始基准法矢,然后把周围的曲面三角形法矢跟它作比较,得到区域的划分。每个初始基准法矢代表一个区域,每个区域只有一个初始基准法矢,由初始基准法矢与区域之间的一一对应关系,可以在关系图中用初始基准法矢的三角形编号代表一个区域。这种对照关系可以用(Ti,Tj)表示,如图4所示。如果i=j,表示第i个三角形Ti是以自身作初始基准法矢;如果i≠j,表示第i个三角形Ti是以第j个三角形Tj作为初始基准法矢。所以区域可表示为
3.2 区域划分算法
曲面区域划分算法的输入为曲面S,输出为曲面的区域划分Ak,S=∑Ak。以下详细介绍该区域划分算法的具体步骤。
(1)初始化DTl,i,STi,ni,ndi,i*,Ai*,l←1,i←1,i*←1。其中,DT表示参数域三角形;ST表示曲面三角形;l为的DT所处的同层号;i为三角形标号,下面的j、k、p、q、i*、p*、jL、jR均为三角形标号;ndi,i*为STi以STi*的法矢为基准的法矢;Ai*为以ndi,i*为基准法矢聚合的区域。
(2)遍历DTl,i的对偶三角形:DTl+1,j,p←i,p*←i*,q←j,调用步骤(6),重复步骤(2)至遍历完所有层号为l的三角形。
(3)如果DTl+1,j存在相邻三角形,则遍历DTl+1,j的所有相邻三角形DTl+1,k;否则,结束。
(4)k←k1。①若DTl+1,k只存在左(或右)相邻三角形DTl+1,jL(或DTl+1,jR),则p←jL(或p←jR),p*←j*L(或p*←j*R),q←k,调用步骤(6);②若DTl+1,k既存在左相邻三角形 DTl+1,jL,又存在右相邻三角形DTl+1,jR,分别计算STjL、STjR与STk的法矢夹角θk,jL和θk,jR,如果θk,jL≤θk,jR,则p←jL,p*←j*L,q←k,调用步骤(6),否则p←jR,p*←j*R,q←k,调用步骤(6)。重复步骤(4)至遍历所有相邻三角形DTl+1,k。
(5)l←l+1,i←k,转向步骤(2)。
(6)比较STp和STq的法矢夹角θq,p与δ。如果θq,p≤δ,则合并STq到STp所在的区域Ap*,并有ndq,p*←ndp,p*;否则,另起一个新的区域Aq*=STq,并有ndq,q*←nq。
曲面区域划分算法的流程图见图5。
4 实验仿真与分析
为了验证算法的可行性,我们在计算机上用MATLAB7.0进行仿真实验,对曲面r=r(u,v)=(-5+10u,-5+10v,(4u-2)e-16u2+16u-4v2+4v-5)进行区域划分,其中u,v∈[0,1],结果如图6所示。
图6中颜色相同且相邻的三角形集合表示一个区域。从图6中可以发现,区域划分与区域控制角δ和网格划分精度有关。对比图6a与图6b及图6c与图6d可以发现,δ越小,区域划分的数目越多,刀轴的方向越多。对于同一控制角δ,划分精度不同,划分的结果也可能是不同的,如图6a中的区域A2在图6b变成两个区域A21和A22,并且区域的形状和大小也发生了变化。网格划分精度由很多因素决定,包括曲面尺寸、曲面形状的复杂性、要求表示的精度、计算复杂度和计算时间等。在区域划分中,还可能出现孤点型区域,孤点型区域是由很少的三角面片合并生成的区域,它会影响刀具方向的连续光滑变化。
刀轴方向还与走刀轨迹相关,不同的刀具轨迹对加工质量和加工效率具有重要影响,图7所示是应用等参数线法生成的行切走刀轨迹(走刀行距是网格划分精度的10倍)和基于区域划分生成的刀轴方向。有3个方面的问题可考虑:①只考虑刀轴方向,在曲面区域内保持不变,而在区域与区域之间,应沿着走刀路线连续光滑地变化;②只考虑走刀路线,可先规划区域内的走刀路线,再规划区域与区域之间的走刀路线,这样使刀轴方向的变化最少;③综合考虑走刀路线和刀轴方向,对刀具轨迹进行优化与修正。文献[6,7]提出的复杂曲面3+2数控加工,先把曲面划分成区域,然后在每个区域内应用三轴数控加工的刀具路径生成方法;文献[16,17]提出自适应空间填充曲线(SFC)和矢量场聚类算法,对刀具轨迹进行优化,使刀具加工时间缩短了30%,加工精度提高了2.5%。
5 刀具方向修正和优化
曲面区域划分后得到锥平均法矢,这个方向只代表曲面大致的刀具方向,并不能保证采用这个方向不会发生刀具干涉和过切等。因此需要进行干涉检查,对局部刀位点的刀具方向进行修正,确保不发生干涉[2,3,4,5]。另外,从一个区域到另一个区域的刀具方向应连续光滑偏转,保证刀具方向不发生突然改变[12]。最后从整体上对生成的刀具路线和刀具方向进行优化处理[18,19,20]。
6 结束语
本文提出了基于区域划分的刀具方向控制方法,该方法的特点在于从曲面的区域划分角度,通过构造区域的锥平均法矢作为曲面的初始加工方向,综合考虑刀具方向的修正和优化。计算机仿真表明,所提出算法可自动规划复杂曲面五轴加工的刀具方向,满足刀具方向光滑变化的要求并可避免干涉,可提高加工效率和加工精度。
土石坝险情划分及判别方法探讨 篇4
1949年以后, 浙江省水库建设蓬勃发展, 截止2012年底, 共修建水库4 200余座, 其中不少水库在1958-1976年兴建, 受资金、物资和技术力量的限制存在边勘测、边设计、边施工的“三边”工程, 给水库安全埋下了隐患。截止2008年年底, 浙江省出险水库140余座, 从坝型上看多为土石坝, 从出险原因上看, 主要问题是洪水漫坝、渗流破坏等[1]。由此对土石坝的险情进行划分和判别十分必要。
1 土石坝险情划分和定性判别方法
对浙江省以往出险土石坝进行统计分析, 土石坝的险情主要分洪水险情、渗流破坏险情、结构破坏险情、输泄水建筑物险情4类。对于土石坝险情的性质、严重程度、可控性和影响范围的分类, 由于没有统一的标准, 本文结合浙江省的实际, 将其分为重大、较大和一般险情3类。见表1。
对险情等级为Ⅰ级的重大险情, 主要表现为土石坝水位超过允许最高水位并可能漫坝、严重渗漏并出现浑水、贯穿性裂缝、产生大面积滑坡、溢洪道严重堵塞并影响溢洪等, 均有可能导致溃坝, 应立即上报并采取措施, 同时疏散下游群众;对于险情等级为Ⅱ、Ⅲ级的险情, 应继续观察险情的发展, 并及时报告和采取必要的措施。
2 土石坝险情模糊模式定量判别
根据土石坝抢险实际, 不同等级的险情, 所采取的抢险措施、速度、相应人财物的投入、上报范围等差别很大, 这就要求土石坝现场管理人员能恰如其分地把握险情。前述的土石坝险情定性判别可以进行初判, 可实际上将险情划入哪个区间, 其界限并不清晰, 完全凭判断人的经验, 不同人来判断会有不同的结果。为此我们引入最大隶属度原则[2]进行模糊模式定量判别。
对应于定性分类的重大、较大、一般险情, 我们引入险情轻度、中度、重度3种程度。规定如下:对土石坝安全稳定威胁性较小的险情统称为轻度险情, 威胁性很大的险情统称为重度险情, 其他则为中度险情。险情的轻、中、重3种程度用隶属函数表示。
通过对浙江省土石坝病险情况的统计分析, 结合土石坝除险加固实际, 提出土石坝4种常见险情严重程度判别参照表, 具体见表2。
鉴于本文研究的土石坝险情为一组点数据, 采用最大隶属度原则来确定土石坝现场测试数据对应的险情严重程度是合适的。首先需进行单因素识别, 若存在:
则xj相对归属于maxμij (xj) (i=1, 2, 3, 下同) 。式 (1) 中μij (xj) 表示待识别的模糊集因素Xj对第i个标准模式的隶属函数或隶属度。
3 模糊模式定量判别实例
经现场检测, 某土石坝发生管涌险情的5个影响因素特征参数如下:涌水口距坝脚平均距离X1=52.0m, 涌水口平均直径X2=5.2cm;涌水水柱平均高度X3=8.0cm, 涌水平均颗粒物含量X4=0.32kg/L, 水位X5=37.5m (该土石坝的警戒水位为35.0m, 最高允许水位为38.0m) 。
3.1 各因素权重的计算
为确定5个影响因素的权重, 判别险情的轻重程度, 我们引入AHP法计算各因素权重[3]。
当C1代表涌水口距坝脚平均距离, C2代表涌水口平均直径, C3代表涌水水柱平均高度, C4代表涌水平均颗粒物含量, C5代表水位时, 按表3的规定, C1与C2相比, C2稍微重要, 则C2得2分, C1得1/2分;C1与C3相比, C3略重要, 则C3得3分, C1得1/3分;C1与C4相比, C4绝对重要, 则C4得9分, C1得1/9分;C1与C5相比, C5非常重要, 则C5得7分, C1得1/7分。由此构成判别矩阵如下:
经计算, 矩阵中每行元素乘积Mi、Wi () 、各元素对A的权重αi (权重=Wi/∑Wi) 见表4。
对上述权重进行如下一致性检验。根据:
得:λ1=5.19, λ2=5.09, λ3=5.00, λ4=5.10, λ5=5.16。
根据:
得:λmax= (5.19+5.09+5.00+5.10+5.16) /5=5.11, CI= (5.11-5) / (5-1) =0.028, 根据判别式CR=CI/RI=0.028/1.12=0.02<0.1 (其中RI为平均随机一致性指标, 当n=5时, RI=1.12) , 由CR值可以看出, 构成的判别矩阵满足一致性要求。
3.2 标准模式的构建
标准模式的构建原则:常见的单因素隶属度函数有台阶形、三角形、梯形和高斯形, 为便于计算, 且保证μ1j (Xj) +μ2j (Xj) +μ3j (Xj) =1, 将轻度、重度险情构建成台阶形, 将中度险情构建成梯形。
以涌水口距坝脚平均距离为例, 轻度、中度险情的分界距离为100m, 中度、重度险情的分界距离为50m, 根据分界距离确定5个取值区间如下:分别是x>110[其中110=100+ (100-50) ×20%], 100
轻度险情隶属度函数构建时, 以x>110时取μ (x) =1, 100
中度险情隶属度函数构建时, 以x>110时取μ (x) =0, 100
重度险情隶属度函数构建时, 以x>50时取μ (x) =0, 40
由此依次构建5个影响因素标准模式。
(1) 涌水口距坝脚平均距离:
3.3 判别结论
根据现场检测的特征参数及单因素标准模式, 可以得到如下单因素影响评判结果:
结合AHP法计算得到的各因素权重, 对上述5个影响因素进行综合计算, 得到:
按最大隶属度原则, 结合上述计算结果可以得出管涌险情属于中度险情, 应采取措施分析判别管涌的发生原因、位置等, 并作必要的处理, 同时应进一步观测处理后管涌险情的发展情况, 上报可仅限于水库管理局、水库所在的县级水利局。
4 结语
每座土石坝都应根据工程实际, 分别给出所有险类各自标准模式的隶属函数、各因素权重, 同时应制定出各种险情轻度、中度、重度的工程抢护措施、速度、所需人财物的投入计划, 从而满足不同种类险情判别、抢险的需要。
参考文献
[1]王良.小型土石坝险情划分及判别方法探讨[J].人民黄河, 2010, 32 (3) :94-95.
[2]李士勇.工程模糊数学及应用[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2004:100-200.
企业生命周期划分及度量方法评析 篇5
一、生命周期的基本概念
Gardner (1965) 指出, 如同人及其他生物一样, 企业也有其生命周期, 它一般都会经历创业、增长、成熟、衰退等不同阶段, 在不同阶段其有不同的目标并面临不同的经营风险。
企业生命周期最早来源于产品生命周期的概念, 但是企业的存在目的就是设计开发、生产、销售产品, 因此两者基本是一致的, 这一观点得到Mueller (1987) 的证实。Greiner (1972) 首次提出来企业生命周期概念, 并围绕这一概念进行了比较广泛的探讨。Mueller (1972) 使用管理者行为来解释为什么企业会经历寿命周期, 在成长初期追求生存, 这些企业在早期会经历增长和盈利;在企业稳定、安全后变为管理者的公司, 基本只能获得低于股东机会成本的收益。
Gort和Klepper (1982) 定义了生命周期的五个阶段:导入期、增长期、成熟期、淘汰期、衰退期, 并分别描述了各阶段的具体特征。具体是: (1) 导入期:创新能力尤为关键, 企业关注和开发市场份额, 信息反馈及时, 经营绩效明确, 如果这一阶段运作与绩效反馈不清晰, 由于信息不对称导致投资规模和投资风险增加。 (2) 增长期:重点在于快速发展, 这一阶段企业对成本结构和竞争优势能力有乐观预期, 早期投资的实物资产、组织资本 (如销售渠道、基础设施、研发能力等) 使这一阶段产生了行业技术壁垒。 (3) 成熟期:原始的资源优势、投资规模、设备老化、企业竞争适应能力的变化、人力资源的吸引力和保有力下降等等因素, 导致企业利润率逐步下降, 企业可能会引导其资源进入产品差异化和效率改善。 (4) 淘汰期。原有的竞争优势丧失, 企业可通过资产或股权兼并、收购、置换等方式获得新生, 企业将出售不具备生产力的资产, 以便集中资源于正收益的新项目。 (5) 衰退期。如果企业不能适应竞争或产品创新没有成功, 企业最终将会放弃经营。
二、生命周期的划分与度量方法
在企业生命周期提出后, 理论界关于生命周期划分与度量方法的研究成果较丰富, 主要集中于定量方法, 包括: (1) 单变量分析法; (2) 综合指标分析法; (3) 现金流组合法; (4) 其他特殊方法。
1. 单变量分析法。
DeAngelo (2006) 采用留存收益/净资产 (或者总资产) 作为划分企业生命周期的依据, 用以研究股利支付行为, 他认为成长中的公司拥有更多的投资机会 (虽然资源禀赋限制) , 也限制了股利分配行为;成熟公司由于有较高的盈利能力、较少的具有吸引力的投资机会, 因而更倾向于分配股利。陈仁贵、黄速建 (1998) 基于成长模型, 使用企业规模作为划分企业生命周期的依据, 将其划分为孕育期、求生存期、高速发展期、成熟期、衰退期、蜕变期等。李业 (2000) 则基于修正模型, 使用销售额为标准, 把企业生命周期划分为孕育期、初生期、成长期、成熟期和衰退期五个阶段。黄娟 (2007) 则将销售增长率作为划分依据, 认为销售额的增长必须以企业生产经营规模的扩大和竞争力的增强为支持, 因而其反映了企业的成长状况。姚益龙等 (2009) 将企业创立三年之后的销售收入绘成趋势图, 通过趋势图的走势 (明显上升、平坦或波动方向不确定、明显下降) 依次判断企业处在成长期、成熟期或衰退期。宋常、刘司慧 (2011) 根据标准的销售增长率和标准化的资本支出增长之和 (假设该值为K) 的发展曲线作为依据, 以克服时间上的偏误, 如果连续两年k>0, 则为成长期;如果连续两年K<0, 则为衰退期;其他情况则为成熟期。
2. 综合指标分析法。
Anthony (1992) 首次基于会计的视角, 研究企业生命周期和股票汇报之间的关系, 其以股利/收入、销售增长率、资本支出/公司价值和公司年龄四个单一指标进行单独排名 (例如公司年龄:成长期=1分、成熟期=2分、衰退期=3分, 其他赋值原理类似) 和综合处理后, 得到其划分标准。Chiung-Ju Liang (2011) 研究生命周期不同阶段所有权 (内部人持股、董事高管持股、机构投资者持股等) 与公司业绩之间的关系, 采用公司年龄、销售增长率、普通股现金股利/扣除非正常项目的会计盈余、资本支出/净资产和营销费用率 (营销费用/净收入) 五个指标, 每个指标按高、中、低分组, 并分别赋值0-1-2分或2-1-0分, 最后按综合得分的高低将研究样本分为成长期 (0~3分) 、成熟期 (4~6分) 和衰退期 (7~10分) 。
国内不少学者也采用类似的方法, 从多个维度构建了综合指标, 用以衡量企业生命周期, 区别仅在于选择的维度不一致。孙建强等 (2003) 选取收入增长率、市场占有增长率、科研成果转化增长率、成本降低率、规模扩张率、现金收益比增长率等六个要素, 并分别赋予不同的权重, 通过建立线性方程以确定划分生命周期的综合指标, 并根据综合指标的大小判定企业所处生命周期的具体阶段。李永峰等 (2004) 则选取总资产、无形资产、销售收入、现金流量净值、生产成本、利润、研发投入和运营能力等八个要素, 确定企业生命周期的具体阶段。宋常和刘司慧 (2011) 选择主营业务增长率、资本支出增长率和公司年龄三个变量综合分类, 构建企业生命周期的划分标准, 其具体步骤是:将主营业务收入增长率、资本支出增长率和企业年龄三个变量按行业均值数据标准化处理、将三个变量按三分位法排序确定高中低组, 分别赋值0-1-2分或2-1-0分, 最后按综合得分高低将研究样本分为成长期 (0~2分) 、成熟期 (3~4分) 和衰退期 (5~6分) 。
3. 现金流组合法。
Dickinson (2006) 对现金流 (包括经营现金流、投资现金流和融资现金流) 与企业生周期之间的关系做了详尽的解释, 并结合Gort和Klepper (1982) 的五阶段划分法, 将企业生命周期划分为导入期、增长期、成熟期、淘汰期和衰退期, 并对不同生命周期阶段的不同现金流量特征组合进行了详细说明。具体如下:
需要说明的是, 当筹资现金流为零时, 根据经营现金流、投资现金流的特征, 分别计入成熟期、淘汰期和衰退期;当投资现金流为零时, 根据经营现金流、筹资现金流的特征, 分别计入成熟期、淘汰期和衰退期。
4. 其他特殊方法。
曹裕等 (2009) 在问卷调查的基础上, 结合模糊综合判别方法确定企业生命周期的具体阶段, 具体方法是:在问卷中设置相关问题, 让企业自行判断其所处的生命周期;然后从企业年龄、主要业务收入增长率、组织结构和产品结构四个方面构建模糊综合评判, 根据最大隶属原则确定企业生命周期的具体阶段。
熊义杰 (2002) 采用修正的指数模型“Y=K+A×Bt”来衡量企业生命周期, 其中Y表示所研究的时间序列, K表示正常数 (时间序列Y随t变化的极限值) , A和B为带估计的参数, t为时间变量。具体判断标准如下: (1) 当A>0, B>1时, 为成长期; (2) 当A<0, 0
三、企业生命周期划分与度量方法评析
企业生命周期理论是产品生命周期在营销领域拓展而来的, 其概念被广泛应用于微观经济学、管理学、会计学、财务学等领域, 然而对于生命周期阶段的划分, 学者们却未达成共识, 从前文的分析我们可知, 采用五阶段模型、四阶段模型、三阶段模型的均有。
从前文分析中我们还可以得知, 现有的生命周期衡量方法对于如何划分生命周期未形成一致意见, 主要原因可能是企业作为复杂的组织, 其受到各种内部因素和外部因素的共同影响。笔者认为, 单因素衡量法过于简单, 企业经营复杂性决定了单一因素可能无法有效衡量企业生命周期, 而且采用变量等分或任意分割, 不符合经济理论。例如, 当采用公司规模或年龄作为代理变量时, 潜在假设是公司需要经历从导入到衰退的周期。但是由于公司是一系列产品组合, 每一种产品有不同的产品生命周期, 而且存在大量产品创新、市场扩张和结构调整, 公司并非一定按照潜在假设路径发展。综合指标法虽然能够在一定程度缓解单一因素的主观性和片面性, 但对于单一指标的权重划分以及对综合指标采用类似与单一指标的分割方式确定企业生命周期, 也带有较大的随意性。
Dickinson (2006) 将现金流分解为经营现金流、投资现金流和融资现金流, 它们反映了不同企业的盈利能力、增长速度以及面临的经营风险。运用现金流模式大组合反映了企业资源分配、运营能力与企业战略选择之间的关系, 经济理论中对于现金流组成部分符合 (+/-) 的预测, 奠定了现金流组合作为生命周期替代变量的基础。例如导入期的公司缺乏客户, 对潜在收入和成本的认识不足, 这将导致负向的经营现金流, 然而随着投资增长与效率提升, 边际利润达到最大, 这就意味着成长期和成熟期的经营现金流为正值, 最后在衰退期由于增长率的下降引起的价格下降, 最终会导致经营现金流的下降。
由此笔者认为, 在基于生命周期理论的财务会计、资本市场等方面的跨学科研究中, 采用现金流组合信息构建企业生命周期的代理变量能较好地克服单变量衡量法和综合指标衡量法的弊端, 同时也不需要假设各因素和生命周期的线性关系, 更符合现金流和企业生命周期的内在关系。
参考文献
[1].Gort, M., S.Klepper.Time paths in the diffusion of product innovations.The Economics Journal, 1982;9
[2].宋常, 刘司慧.中国企业生命周期阶段划分及其独立研究.商业研究, 2011;1
[3].Anthony, J.H., Ramesh, k..Association between accounting performance measures and stock prices.Journal of accounting and economics, 1992;3
[4].曹裕, 陈晓红, 王傅强.我国企业不同生命周期阶段竞争力演化模式实证研究.统计研究, 2009;1