动态分析基本方法篇（1）

在医疗制度改革推动下，原有的《医院财务制度》已经难以满足医疗机构财务管理的需要。新《医院财务制度》对原有的《医院财务制度》进行了全面的修订，重点强化了对成本管理的要求，对成本管理的目标、成本核算的对象、成本分摊的流程、成本范围、成本分析和成本控制等作出了明确规定，细化了医院成本归集核算体系，为医疗成本的分摊与核算提供了口径一致、可供验证的基础数据。新《医院财务制度》第三十五条规定，医院应根据成本核算结果，对照目标成本和标准成本，采取趋势分析、结构分析、本量利分析等方法，及时分析实际成本变动情况及原因，把握成本变动规律，提供成本效率，下面就这三种分析方法做进一步的探讨。

一、趋势分析法

趋势分析法主要是通过对比两期或连续数期的成本数据，确定其增减变动的方向、数额或幅度，以掌握有关成本数据的变动趋势或发现异常的变动。一般有两种分析的方式：一是绝对数趋势分析，二是相对数趋势分析。

1、绝对数趋势分析

通过编制连续数期的报表，并将有关数字进行排列，比较相同指标的金额或数据变动幅度，以此来说明其发展变化。又分为纵向趋势分析和横向趋势分析。

（1）纵向趋势分析。表1为某医院2010―2014年某科室1月成本变动情况。

（2）横向趋势分析。表2为某医院2013年某科室成本变动情况。

从表2数据和图2可以看出，该医院成本不是很稳定，但是趋于下降趋势。经分析，1月成本数据最高是因为人力成本增加，由于临近春节发放年终绩效造成。

2、相对数趋势分析

相对数趋势分析法也就是趋势比率分析法，是指对某项经济指标不同时期数值进行对比，求出比率，分析其增减速度和发展趋势的一种分析方法。由于计算时采用的基数数值不同，又分为定基动态比率和环比动态比率。

（1）定基动态比率：即用某一期的数值作为固定的基期指标数值，将其他的各期数值与其对比来分析。其计算公式为：定基动态比率=分析期数据/固定基期数据？鄢100%。例如：以2012年为固定基期数据，分析2013、2014年成本增长比率，假设2012年为152万，2013年为181万，2014年为218万。则：

2013年定基动态比率=181/152？鄢100%=119%

2014年定基动态比率=218/152？鄢100%=143%

（2）环比动态比率：即以每一分析期的前期数值为基期数值而计算出来的动态比率，其计算公式为：环比动态比率=分析期数据/前期数据？鄢100%。仍以上例资料举例：

2013年环比动态比率=181/152？鄢100%=119%

2014年环比动态比率=218/119？鄢100%=183%

比率分析法的主要优点在于，通过比率计算，可以把某些不可比的医院变成可比的医院，便于外部或内部决策者选择投资方案是进行比较分析。但比率法也存在不足之处：第一，比率的数字只反映比值，不能说明其绝对值的变动；第二，无法说明指标变动的具体原因。

二、结构分析

结构分析是对成本中各组成部分及其对比关系变动规律的分析。它通常采用计算成本中各组成部分占总成本比率的方法，用以分析医院成本的内部结构特征和合理性。

其成本结构分析报表主要有成本构成总表、直接医疗成本构成表、医技科室成本构成表、医辅科室成本构成表、管理科室成本构成表。表3为某医院的各成本构成分析表。

数据分析：医疗成本占总成本比例为66.54%，药品成本占总成本比例为33.46%，门诊医疗成本占总医疗成本比例为28.7%，住院医疗成本占总医疗成本比例为71.3%，门诊药品成本占总药品成本比例为38.09%，住院药品成本占总医疗药品比例为61.91%。总体上说门诊成本低于住院成本，成本控制的重点是住院成本。

公摊费用成本占总成本比例为8.21%，管理科室成本占总成本比例为3.87%，医辅科室成本占总成本比例为3.27%，医技科室成本占总成本比例为24.11%，临床科室成本占总成本比例为60.54%。综合起来，直接医疗成本占84.65%，间接医疗成本占15.35%，此表能体现出该院按科室分类的构成比例。

规定成本占总成本比例为40.02%，变动成本占总成本比例为59.98%，固定成本比例偏高。效益好的医院固定成本只有20%左右。

人员成本占总成本比例为29.39%，离退休成本占总成本比例为3.89%，材料成本占总成本比例为19.83%，药品成本占总成本比例为33.45%，修购基金成本占总成本比例为5.62%，公用支出成本占总成本比例为8.22%，总体上说该院与同等规模医用相比，药品成本较低，人力成本和材料成本偏高，应当进行合理控制。

通过结构分析可以分析整个医院以及各个科室的人力成本、材料成本、药品成本、折旧成本、离退休人员成本、提取的风险基金等成本元素，为分析成本控制及管理提供依据。

三、本量利分析

本量利分析主要研究如何确定保本点和有关因素变动对保本点的影响。盈亏临界点是医院收入和成本相等的运营状态。

结余=收入-变动成本-固定成本

保本点业务量=固定成本/（单位收入-单位变动成本）

保本收入=固定成本/（1-变动成本率）

数据分析：该科室门诊收入1215809元，收益96669元，全年门诊人次6743人次，单位收入180元，单位变动成本100元。该科室住院收入2136199元，亏损259898元，全年住院人次264人次，单位收入8102元，单位变动成本5445元。

以上数据显示该科室门诊是盈利的，变动成本低，保本工作量是5543人次。住院是亏损的，保本工作量是361人次，要增加36.74%，才能达到保本水平。门诊服务是该科实现收益的主要方面，该科应遵循以门诊为主、住院为辅的经营思路：扩大门诊服务场所，增强医生出诊力量，在此基础上，适当增加病床数量，来满足门诊工作量增加的后续服务，避免门诊或住院服务单向扩张。

这只是财务分析中经常用的几种方法，其它的还有因素分析法、对比分析法等等，在这不一一例举。通过对以上三种方法的把握，再辅之以翔实的数据，一定能满足医院各管理层次了解成本状况和进行经营决策的需要，解决经营管理中出现的问题，提高经营业绩的管理活动。

【参考文献】

动态分析基本方法篇（2）

产品功能结构分析，运用同族产品样本，对其进行基本筛选，分析判断产品功能属性，并挑选关键因素，为后续产品设计定位奠定基础。其中包括产品功能分析，通过功能分析FA,将产品总功能细分为多个功能元，细分的程度取决与产品的复杂程度；同时对产品结构进行分解，功能元和结构元相互对应。产品结构分析：对产品结构分解，以及产品长、宽、高、重量等基本参数特征。

2.用户需求分析

用户需求分析是产品设计的关键。主要包含问卷调研、用户观察、人物角色、用户访谈、焦点小组和任务分析。通过对产品调研可获得用户感性需求、产品现存问题以及用户满意度，明确用户需求，优化产品设计定位。其中包括：（1）用户观察用户观察需要分析的数据量大，可直接进行实地调研，用照片或者用视频间接观察，找出产品痛点。（2）用户访谈用户的背景需要多元化，一般6-8个人，最好是不同性别、年龄、行业的。尽可能真实、完整地了解用户，有效挖掘用户内心的真实想法，挑选出关键元素，进一步明确用户需求。（3）问卷调研问卷调研是最经典定量分析方法，挑选15-20个有效问题的问卷，回收有效问卷并进行数据分析，进一步明确用户需求。焦点小组首先，需要提前准备调研提纲和专门主持人主持讨论；其次，召集6-9名用户进行2小时访问；最后，找出用户想法和实际做法的偏差及成因，明确用户需求。人物角色通过场景细分确定典型用户,结合5W2H法提炼构建用户人物角色雏形,通过KJ法对人物角色模型中提炼的用户需求进行聚类,构建人物角色模型。任务分析制作工作活动流程图，揭示工作任务的操作要素与流向，分析用户在完成任务时的真实做法。了解用户对产品的使用方式及使用过程中出现的问题，找出机会缺口，完善用户需求。

3.产品属性分析

运用同族产品样本与异族产品样本，对产品样本作基本的属性分析。产品属性分析主要包括产品本身所具有的色彩、形态、人机、材质等，分析提取关键因素和参数特征，进一步细化产品设计定位。包括色彩分析：色彩不仅美化和装饰产品的功能，而且影响消费者的主观感受和购买欲望。将产品样本进行聚类分析，提取多个样本主色与辅助色，记录其CMYK与RGB值，并在此基础上以聚类分析法二次提取色彩参数，确定主色2-3种，辅助色3-5种，二次提取色彩将作为产品设计色彩基本定位；材质分析：材质是产品的重要组成部分，不同的材质会给人以不同的感受。提取多个产品样本材质，记录并分析其基本特性，与产品本身特性相结合，提取产品主要材质特征，确定1-2种主要材质，将其作为产品设计材质基本定位；形态分析：产品形态作为传递信息的第一要素，与产品的功能、结构、色彩等有密切联系，形态分析可明确产品设计的基本形态趋势。提取同族产品、异族产品样本主要形态特征，对主要形态特征进行聚类分析，挑选关键形态特征，确定产品设计形态基本定位；人机分析：合理的参数特征能减少疲劳操作，创造出舒适和安全的工作环境。根据产品样本提取产品设计中的人机要素，以及参考人机工程学基本参数特征，确定产品设计人机参数基本定位；竞品分析：将同族产品的同档次或略优品牌排列出来进行分析，找出产品的痛点与机会缺口。

4.产品设计定位

动态分析基本方法篇（3）

任何一门社会科学的发展和突破都离不开方法论的变革，深入了解不同经济学体系的方法论是把握好经济学基本理论的关键。本文对马克思经济学与西方经济学的方法论进行比较，对我国经济学研究方法的发展具有重要作用。

一、马克思经济学与西方经济学方法论基础的比较

马克思经济学是制度分析，通过考察人与人在生产、交换、分配和消费中的关系来解释经济的本质问题。唯物史观是马克思经济学与其它经济学流派相区别的根本标志。在马克思经济学中，历史唯物主义的世界观和方法论注重对经济制度、经济权力及其历史变迁的研究，从生产力与生产关系的矛盾运动中解释社会经济制度变迁，在历史形成的社会经济结构中分析个体的经济行为；把复杂的社会现象归结为经济关系，依据经济关系来理解政治、法律制度和伦理规范，以生产资料所有制为基础确定生产关系及社会经济制度的性质；把生产关系的变化归结为生产力的发展变化，从生产力水平出发，揭示社会发展的客观规律，通过社会实践实现社会经济发展合规律与合目的的统一。这种历史唯物主义的方法论基础反映了马克思经济学的本质和精髓，并使马克思经济学作为一个整体、一种范式与其它的经济学流派区别开来。马克思经济学是人类社会经济发展客观规律的正确反映，马克思经济学的科学意义不仅在于其理论，而且在于其方法。

当代西方经济学把资本主义生产关系和经济制度视为一般和永恒的范畴，从总体上看，其哲学基础是历史唯心主义的人性论，并以个人主义作为其研究的出发点。在这一哲学基础上，西方经济学家运用个量和总量研究法、均衡分析法、静态和动态研究法、实证研究和规范研究法、数理模型分析法、制度分析法等，并在一定的制度背景下研究资源配置问题。可见，当代西方经济学从其唯心主义世界观基础出发，侧重经济运行分析，研究资源配置及各种经济变量之间的关系。这些具体的研究方法在马克思经济学中也有类似的体现，虽然马克思并没有从这个角度进行论述，也没有使用过相同的名词。

二、马克思经济学与西方经济学研究方法的比较

(一)总量研究方法和个量研究方法的比较与评析。个量研究主要以单个经济主体的活动为研究对象，在假定其他条件不变的前提下研究个体的经济行为和经济活动，其特点是把一些复杂的外在因素排除掉，突出个体经济主体的现状和特征。这种研究方法在实践中主要分析单个企业中要素的投入量、产出量、成本和利润的决定及单个企业有限资源的配置、单个居民户的收入合理使用，以及由此引起的单个市场中商品供求的决定、个别市场的均衡等问题。这种研究方法往往将某一个体的具体情况和局部特征表现得非常清楚，但也有一定的局限性：一是难以注意到宏观经济对个量关系或个体经济行为的影响；二是研究结果常常是有条件的，因为这种方法是在假定其他条件不变的情况下，排除一些外部经济因素来研究个体经济问题，但在实际的经济生活中，一些外部因素却常常是事物发展的重要条件，有时还可能会成为影响经济运行的主要因素，从这个意义上说，这种研究方法的运用是有条件的，而且研究结果往往与现实不符。

总量研究方法把制度因素及其变动的原因及后果和个量都看成是不变或已知的前提下，以经济发展的总体或总量为研究主体，研究宏观经济总量及其相互关系。如，在研究消费时，只着眼于社会总消费与总收入、总投资、总储蓄的相互关系，对个体的消费行为及其变动则不予关注。这种研究方法由于抓住经济运动的总体状况及总体结构，因而其研究结果对把握国民经济全局具有重要作用。但这种研究方法也有局限性：主要是往往忽视个量对总量的影响。

作为分析经济的具体方法，不论是总量研究方法，还是个量研究方法都具有重要的科学价值。由于个量与总量的关系不是简单的加和关系，有些经济现象从总体和个体不同的视角来研究，其结果会有所不同。

在《资本论》中，马克思就运用了总量与个量研究方法。关于资本的再生产和流通，马克思有时以个别资本为研究对象，有时以社会总资本为研究对象。在对魁奈的《经济表》中运用的总体的研究方法，曾给予很高评价。他说：“魁奈的《经济表》用几根粗线条表明，国民生产的具有一定价值的年产品怎样通过流通进行分配，……无数单个的流动行为，从一开始就被概括为它们的具有社会特征的大量运动，——几个巨大的、职能上确定的、经济的社会阶级之间的流通。”但由于魁奈“有限的资产阶级的眼界”，使他对资本主义的经济结构和阶级关系进行错误的划分，因此，他虽然天才地应用了总量分析的方法，却不能得出完全科学的结论。从马克思对个量和总量研究方法的运用中，不难发现：第一，马克思的总量分析总是以个量分析为前提，因而对资本主义经济的宏观分析具有坚实的微观基础，具有内在的逻辑一贯性。而二战后以凯恩斯主张的以总量分析方法建构的宏观经济理论中，却缺乏必要的微观基础。这也是近些年来西方经济学理论界为之修漏补缺的重要原因。第二，马克思是在对资本主义现实经济结构和阶级关系作了科学分析的基础上运用个量或总量的研究方法。而西方主流经济学者在运用这些方法时则往往忽视甚至抹煞了现实的阶级关系。

(二)均衡研究方法的比较与评析。均衡分析方法是研究各种经济变量如何趋于平衡的方法。马歇尔在其《经济学原理》中曾借用机械力学中的作用力和反作用力的研究方法来说明经济均衡。因此，均衡研究方法主要研究各种经济力量达到均衡所需要的条件和均衡实现稳定的条件。虽然，由于影响均衡的条件经常变动，以致难以达到均衡，但在假定其他条件不变时，研究各种力量的均衡方向，仍然极为有用。均衡分析方法通常有两种：局部均衡和一般均衡。局部均衡分析是将经济事件分为若干部分，集中考察其中的某一部分，而对其他部分存而不论。一般均衡分析法则侧重用各种经济因素间的相互依存关系来分析整个经济体系的均衡，重视不同市场中各种商品和资源的产量和价格的相互关系。如果资源供给状况、消费者偏好、技术函数已知，一般均衡理论便能从数学上证明通过资源和商品价格的自行调节以达到彼此相互适应的水平即均衡状态。

均衡分析法侧重经济数量关系的研究，在正确的思想和理论指导下，其科学性不容怀疑。但当代西方经济学家在运用这一研究方法时都往往忽视量的平衡背后质的关系，甚至用量的平衡取代质的同一性，这往往会掩盖事物发展的本来面貌。如，马歇尔通过市场供求关系的研究，确立了供求相等时的价格为均衡价格，并以此代替价值关系。但他从来不回答为什么供求相等时的价格恰好处在这一水平，而不会处于其他水平。因此，这种分析方法缺乏对价值实体的分析。从均衡方法的具体运用来说，决不能用函数关系代替因果关系的分析。函数分析是量的关系的研究，而因果关系的分析是质的关系的研究，因此，不能用量的分析代替因果关系的研究。波兰经济学家兰格在《政治经济学》一书中，将经济规律和一切规律分为三类，即因果律、同时律(或结构律)和函数关系律，并指出：“最基本的是因果经济律，因为其他两类经济规律都可以转化为因果律”。在马克思的经济理论中，也完整系统地运用了均衡分析法，在分析供求时马克思不仅分析了竞争如何使供求趋于一致，同时也着力分析在供求一致时的价值决定问题，这实际上是分析价值实体问题，因此，马克思能科学地揭示价值是价格变动的内在根据。马克思对社会再生产的研究实际上也是均衡分析，他深入地研究了社会再生产平衡发展的实现比例或均衡条件，但并不说明资本主义经济是均衡的，而是说明资本主义经济难以达到均衡，并且资本主义经济的不均衡是如何形成的及其深刻的社会原因。

(三)静态和动态研究方法的比较与评析。静态研究方法是抽象掉了时间因素和变化过程而静止地分析问题的方法，主要为了说明什么是均衡状态和达到均衡状态需要的条件，而不管达到均衡的过程和取得均衡所需要的时间。当已知条件发生变化后，均衡会由一种状态转化到另一种状态。如果只着眼于前后两个均衡状态的比较，而不考虑从一个均衡点到另一均衡点的移动过程和经济变化中的时间延滞，则被称为静态的研究方法。动态分析方法是对经济体系变化运动的数量进行研究，通过引进时间的因素来分析经济事件从前到后的变化和调整过程。汉森在《凯恩斯学说指南》中引用拉格纳·佛里舒的话说“不但考虑在某一时点的系列数值并研究它们之间的内在关系，而且要考虑在不同时点某些变数的大小，同时我们引用某些足以在同时属于不同时刻的其中数值的公式，这是动态学说的重要特点。只有通过这种学说，我们才能解释一种情况怎样从前面的情况中产生出来。”希克斯在《价值与资本》中指出：“我把那些我们并不计较日期的经济理论称之为静态经济学；而把那些对每一个数量都必须注上日期的理论称之为动态经济学。”

由此可以看出，用是否考虑经济数量在时间上的变化来区分静态分析和动态分析。如何将根据有无时间的变化与有无增长来区分的动态和静态分析统一起来?阿克利在《宏观经济学》中指出：“静态分析，不论简单的或比较的，都只集中在均衡位置上面。它既不涉及达到一个均衡位置所需要的时间，也不涉及各个变量向均衡状态所经过的路线。这是一件关系动态分析的事。”“如果均衡是在时间推移中没有变动的一种状态，那么只要均衡保持着，一种关系的时间维度就可以略而不论。”按阿克利的意思，尽管均衡是在时间中变动的，但量上没有变动，可按静态来处理。瑞典学派的林达尔在《货币与资本》中认为：“没有经济事物不是在时间中进行的，如果要具体考察动态与静态，我们就可以给出一个一般方程，然后又将具体的经济量值带入方程中，如果在量上不变动，这就是一种特殊的静态。如果有量上的变动，就称为特殊的动态。”

西方经济学的静态与动态分析法各有所长。静态分析可有效说明均衡的条件，而动态分析可观察到经济变化的过程。马克思认为物质总是在一定的时间与空间中运动的，运动是普遍的，静止是相对的，静止不过是运动的一种特例，并且认为静止是事物存在的必要条件，否则任何事物都不具有质的稳定性。但决不允许用静止掩盖和替代事物运动变化的绝对性。质量互变规律告诉我们必须在质量互变中研究动态与静止。因此，西方经济学中的静态与动态分析与马克思主义的运动与静止是不同的，前者主要局限在数量关系上。

(四)实证分析法与规范分析法的比较与评析。实证分析简言之就是分析经济问题“是什么”的研究方法．。侧重研究经济体系如何运行，分析经济活动的过程、后果及向什么方向发展，而不考虑运行的结果是否可取。实证分析法在一定的假定及考虑有关经济变量之间因果关系的前提下，描述、解释或说明已观察到的事实，对有关现象将会出现的情况做出预测。客观事实是检验由实证分析法得出结论的标准。樊刚指出实证研究作为一种经济研究方法的基本特征是：“从经济现象的分析、归纳中，概括出一些基本的理论前提假设作为逻辑分析的起点，然后在这些基于现实得出的假设基础上进行逻辑演绎，推导出一系列结论，并逐步放松一些假设，使理论结论更加接近具体事实。”规范分析法是研究经济运行“应该是什么”的研究方法。这种方法主要依据一定的价值判断和社会目标，来探讨达到这种价值判断和社会目标的步骤。

现代西方经济学认为实证分析和规范分析是相对的而非绝对的。具体的经济分析都不可能离开人的行为。在实证分析法中，关于人的行为的社会认识是其分析的基础，完全的客观主义是不存在的。从经济理论发展的历史来看，“除少数经济学家主张经济学像自然科学一样的纯实证分析以外，基本一致认为经济学既是实证的科学，又是规范的科学，因为提出什么问题来进行研究，采用什么方法来研究，突出强调那些因素，实际上涉及到个人的价值判断问题”。

马克思所处的时代还没有实证分析这个方法论术语，在一些学者看来，马克思经济学在方法论上强调的只是规范分析。其实，马克思主张的历史与逻辑统一的分析方法，就是规范与实证有机结合的方法。马克思的历史分析方法可以说就是一种实证分析方法，是“动态实证”。马克思十分重视对事实的分析。在《资本论》第一卷的序言中他说：“物理学家是在自然过程表现得最确实，最少受干扰的地方考察自然过程的，或者，如有可能，是在保证过程以其纯粹形态进行的条件下从事实验的。我要在本书中研究的，是资本主义生产方式以及和它相应的生产关系和交换关系。到现在为止，这种生产方式的典型地点是英国，因此，我在理论阐述上主要用英国作为例证”。马克思很重视实证分析，如，马克思对分工、生产、交换、市场、利润、利息等范畴的考察和研究都是实证分析，他的经济研究实践也可以证明这一点。

(五)数理模型分析方法的比较与评析。数理模型分析方法可使对经济过程和经济现象研究的表述更简洁清晰，推理更直观、方便和精确，使经济学的理论框架更加条理化、逻辑化和明了化。与英国的斯密、李嘉图，法国的魁奈、西斯蒙第及德国的李斯特等同时代的经济学家相比，马克思是当时经济学大师中运用定量分析最多和最好的。《资本论》在数学方法上，除运用简单的加减乘除之外，还有比例关系、函数关系、不等式及众多的统计图表。保尔·拉法格在《忆马克思》一文中提到马克思对数学分析的评价，马克思认为：“一种科学只有成功地运用数学时，才算达到了完善的地步。”恩格斯认为：“单靠数学演绎就确定一个论断为真理的事，这种情况几乎从来没有，或只是在非常简单的运算中才有。”而且列宁也指出：“数学公式本身什么也不能说明，它只能在过程的各个要素从理论上解释清楚以后对过程绘图说明”。可见，马克思经济学对数学的运用，只是把数学当成一种工具。而当代西方主流经济学的发展把数学当成一种目的，以数学化的程度来评价经济学达到的水平。

(六)制度分析方法的比较与评析。自亚当·斯密以来，经济学家们就以经济人假设为前提，在制度不变的前提下研究经济问题。在一定情况下，这种假定有利于经济学家对经济问题做深入分析。但在许多情况下，经济行为远比传统经济理论中的经济人假设复杂得多。因此，制度经济学家创立了将制度作为变量，用正统经济学的研究方法来分析制度的构成和运用，采取结构分析法、历史分析法和社会文化分析法来研究经济问题，揭示制度对社会经济发展的影响，并发现这些制度在经济体系中的地位和作用的经济学方法论。总体来看，制度分析方法的特征主要有：第一，动态化特征。即用进化或演进的眼光看待经济世界，这是制度分析方法的一个突出特征。制度分析方法特别看重制度的演进，而且认为促进制度演进的真正动因是技术的变化或技术的能动性，同时还认为技术变化和经济政策之间存在互动关系。因此，必须在制度演化的动态过程中去寻找问题形成的原因。第二，“非纯粹经济分析”的特征。制度分析方法始终坚持一种信念：社会经济是一个整体，经济系统中一切事物之间都相互联系、相互依存，而且任何事物都是其他事物的原因。所以在研究经济问题时既考虑“经济因素”，又考虑“非经济因素”的影响，并把法律、政治、社会意识形态等非经济因素纳入经济研究的内生变量中。第三，方法论的集体主义特征。从经济学方法论的发展历史来看，经济学对人类行为的分析有两种途径：一是方法论的个人主义，二是方法论的集体主义。正统经济学是以方法论的个人主义为基础，而制度经济学则带有强烈的方法论集体主义色彩，他们认为对制度这一集体行动的考察和描述才能最好地理解个人的经济行为。第四，具体化特征。制度经济学家使用正统经济理论去分析制度的构成及运行，并发现这些制度在经济运行中的地位和作用，因而在研究方法上带有具体化的特点，侧重研究微观经济制度，并更多地从现象上和形式上进行分析，较少进行内在矛盾的分析和考察。其理论核心总是围绕制度的内涵和构成、制度变迁和创新、产权制度和国家理论这些具体的制度范畴。

制度分析方法不是西方制度经济学家的独创，其实马克思就是一个制度经济学家，他的生产关系分析实质就是制度分析，与西方制度经济学家不同的是，马克思是从本质上来进行制度分析的，西方经济学家则是从现象上进行分析。由于西方经济学的制度分析方法注重从现象和形式上进行制度分析，因而具有客观实用性，所以它针对当代外部性经济问题的解决得到进一步的发展，并被广泛运用于经济理论的研究中。

三、结论

动态分析基本方法篇（4）

[分类号]G350

竞争情报分析是将大量零散的,有时看起来似乎毫无意义的信息集中、对比和重新组合,从而发现新的意义的过程。企业面对的大部分信息都要经过分析处理,否则信息本身没有任何价值,甚至会暗含风险。分析是竞争情报工作中十分重要的一环。要进行竞争情报分析必须选择相应的方法、工具,科学、严谨地逐步展开。

1　竞争情报分析方法研究现状

国外学者从研究竞争情报之初,就对竞争情报分析产生了兴趣。近20年来,出现了大量以竞争情报为基础的分析技术方面的文献。有代表性的研究有:Babette E.Bensoussan与Craig s,Fleisher阐述了分析与竞争情报及战略的关联,将企业可用的竞争情报分析方法分为24种。他们认为,在使用各种分析方法过程中不只是搜集数据,而要以数据来获取竞争优势;分析中可以得到真正转化为行动的成果;预测与适应快速变化的环境必须使用竞争情报分析方法。Dale Fehringer认为,竞争情报人员并不缺少情报分析方法,但如何选择并有效利用各种方法却是一个难题。ErikGlitman认为,分析方法与工具是全球竞争情报的基本构成要素,需要跨文化边界地整合不同的分析方法。Peter Read认为,真正有效的分析方法应该具备几个特征:简单、顾客参与、个性化、搜集与输出数据的针对性、良好的逻辑。John J.McGonade与CarolynM.Vella列举了企业常用的40种竞争情报分析方法。此外,竞争情报领域出现的较新技术,如源自军事领域的“战争游戏法”和“宏观经济不确定性战略分析”也受到国外学者的关注。国内学者对于竞争情报分析方法也较重视。现有研究主要分为两类:第一类是对于某种特定的竞争情报分析工具的研究;第二类是对竞争情报各种分析方法的整合研究。其中第一类有代表性的是王知津与严贝妮设计的企业竞争情报战争游戏的概念框架。王晓琳研究了竞争情报投资组合分析法。孙建军与柯青研究了情景分析法,王知津等阐述了利用价值链分析法开展竞争情报研究的一般步骤。第二类是对竞争情报各种分析方法的整合研究,代表性的研究有包昌火等的《竞争对手分析论纲》一文,提出能力、市场和时间的CMT三维分析法。吴晓伟等从复杂性、可操作性、正确性、时效性与经济性5个角度去评价竞争情报分析方法。钱军总结了37种竞争情报分析方法的谱系关系。

纵观现有的国内外学者对于竞争情报分析方法的研究,的确取得了一定的理论成果,但不足之处也显见:①对于竞争情报分析的研究仅集中于分析方法的介绍;②囿于静态的研究视角,多集中于SWOT、定标比超等分析方法的重复介绍,未置于动态复杂环境的视阈下;③指出常用方法与工具的不足,却未提出行之有效的解决方案。针对上述国内外研究的现状与特点,本文从企业竞争的现实环境特点人手,构建基于战争游戏法的竞争情报动态分析模型,旨在为企业在动态复杂环境下开展竞争情报分析工作提供新的思路。

2　复杂环境催生竞争情报动态分析方法

2.1　动态复杂环境下企业竞争的新动向

21世纪,由于全球市场化、经济国际化、商业手段现代化、技术进步飞速化以及制度、市场等原因,使全球企业战略决策都具有不可预测性、复杂性和快速变化三大特征。企业所处的大环境是一种难以、甚至无法定义的状态。在这种环境下,企业之间的竞争变成了一种动态的竞争,某企业采取的一系列竞争行动,引起竞争对手的一系列反应,这些反应又会影响到原先行动的企业,这是一种竞争互动的过程。在动态竞争中,关键问题是“互动”而非“行动”。竞争主要是竞争对手之间的互动,企业的表现不再仅仅取决于对手之间的静态资源和实力,更重要的是竞争的互动;竞争对手只能在互动中寻求暂时的优势;寻求暂时优势的办法包括改变规则和创新。

2.2　竞争情报分析思维范式由静态转为动态

面对企业竞争的新动向,要想在当前环境中做出准确的判断和决策,单纯依靠利用确定的、静态的思维方式已经不够了。以战争游戏法为代表的竞争情报模拟方法为企业应对不确定性提供了解决方案。战争游戏法是为了适应商业环境而由军事战争游戏法演化而来的。它可以帮助一个企业制定实时动态的、战略的、可操作的、战术的计划及实施方案,战争游戏法是商业环境下角色扮演的模拟过程。在战争游戏法实施过程中,可以看到企业的行动与现实世界的互动情况,也可看到企业资产在企业内外部配置的有效性。通过游戏能够改变参与者的视角和观念,更多地从对手和市场的角度考虑竞争战略和行动,使人们摆脱了惯性思维,是一种放眼长远利益和长期发展的有力工具。由于战争游戏法这种动态、仿真的方法特性,它逐渐成为应对新环境下企业竞争情报的动态有效的分析手段。

3　基于战争游戏法的竞争情报动态分析模型

3.1　基于战争游戏法的竞争情报动态分析模型

传统的竞争情报分析是在静态环境下,以竞争对手分析为主,从竞争对手的识别起步,历经竞争对手现行战略分析、对手相关能力分析、对手意图分析。这种机制是一种正向、静态机制。但在动态复杂环境中,各种竞争力的关系更加复杂、纠结,若仅仅关注竞争对手动向,而忽视动态环境中其他因素的影响,则分析的结果不具有任何实践价值。因而需要在静态分析机制上进行扩展,充分考虑动态竞争环境的影响和作用。利用战争游戏法对竞争情报进行动态分析,制定企业动态决策,应当遵循一定的流程,基于战争游戏法的竞争情报动态分析模型如图1所示:

动态的竞争情报分析始于各种竞争力的触发。第一步要界定竞争环境的要素。行业中每一个企业或多或少地都必须应付各种力量的威胁,宏观上有政府的方针政策、社会、经济、技术、市场趋势等因素,微观上有行业现有的竞争状况、供应商的议价能力、客户的议价能力、替代产品或服务的威胁、新进入者的威胁等,这些因素是企业的竞争驱动力,决定了企业的盈利能力。相应地,这些力量构成了企业所处的外部竞争环境。同时,企业资源、企业能力、企业文化等因素,是内部的竞争环境。企业的竞争环境则是由各种力构成的内外部环境总和。

第二步,跟踪与监测指标。传统的竞争情报分析仅仅聚焦于竞争对手的跟踪与监测,这远远不够。竞争情报动态分析需要对于复杂动态的竞争环境中涉及到的每种力中包含的影响因素进行识别、筛选、细分,进而将这些影响因素整合成影响因素指标体系,进行

跟踪与监测。

第三步,竞争信号解析与评估。对于各种指标的动态实时变化所释放的竞争信号进行解析进而评估,这个步骤的首要功能在于创造竞争情报,分析人员在各类指标的基础上,结合特定的环境背景而得出准确的信号,再由这些信号的解析处理而得到最终的竞争情报。竞争情报动态分析的竞争信号分析历经信号背景、信号意图、信号推论、信号信度、信号动机,最终获知竞争环境中信号释放者的真正意图。

第四步,关键情报主题识别。通过对信号动机的挖掘,识别关键情报主题(KITs),进而确定了情报需求,明晰了竞争情报分析的工作重点,有效的情报分析非面面俱到,而是集中于企业运作的1～2个关键领域。识别了关键情报主题,则将企业所处的抽象而复杂动态竞争环境成功地转化成了竞争情报分析的主题。

第五步,信息采集。根据关键情报主题确定游戏模拟的主题,围绕竞争对手、市场环境、第三方等模拟对象进行情报搜集。情报搜集的内容包括市场环境、竞争对手、己方与对方的现实处境、第三方情况等。搜集的信息源非常广泛,可以是行业研究、年度报告、公司网站、公开出版物等公开渠道。

第六步,竞争情报的战争游戏模拟。采集到所需信息后,进行筛选、分析、提取,形成游戏运作的基本信息库,从而实施战争游戏。在实施过程中,把参加游戏的人分成若干个小组,分别扮演本公司、特定的竞争对手、第三方以及消费者等,各方根据自己面临的竞争对手和商业环境,充分利用游戏前采集的相关信息,提出自己的战略和规划,采取相应的行动,再根据消费者的反应和裁判的判定决定胜负。该法没有专门的规则,现实中可能出现的情况在游戏中都可能出现。

第七步,动态竞争分析。通过游戏中本企业、竞争对手、市场、消费者之间直接而实时的互动,明晰本企业与竞争对手之间竞争态势,以较为激烈的对抗形式完整地展示了企业的整个竞争过程,有助于参与者与分析人员直观地了解竞争态势和决策过程中的不足,实现实时动态竞争分析。

第八步,提炼分析结果。游戏后的总结围绕着本企业分析、竞争对手分析、动态竞争互动分析的结果,一方面提出可能性影响概率表来简述竞争对手的一系列行为或其他相关事件或趋势,以及每种预测发生的概率;另一方面,拿出本企业具体的行动方案,包括通过战争游戏识别出的开发机会、阻止或压制竞争对手行动,或者减少其他风险或威胁的行动。

最后,依据动态分析结果,制定企业战略决策。企业做出本公司的战略决策或者预知未来本公司战略方向的变革,实现动态环境中企业决策的制定。

3.2　竞争对手分析模式

了解竞争对手才能获得真正的竞争智慧,实施竞争情报战争游戏可以对竞争对手进行全方位、多角度、结构化、动态的分析,获得竞争对手未来战略的最贴近的可能图景。基于战争游戏法的动态竞争分析中竞争对手分析模式如图2所示:

第一步,确定竞争领域:在同一行业中,识别直接竞争对手、潜在竞争对手、生产替代品的竞争对手;第二步,在宏观层次上对某个特定竞争对手进行分析:分析竞争对手的不同组成,确定对现有与未来战略最为关键的影响;第三步,在微观层次上对该竞争对手进行分析:即细化与细致的竞争对手全景描绘,需要嵌入战争游戏的情节、脚本才能形成竞争对手未来市场战略的分析结果。具体包括以下要素分析:①竞争对手市场战略(包括竞争对手位于或打算进入哪些产品一顾客细分市场;在上述细分市场它如何竞争?在这些细分市场的意图为何?上述分析结果能够阐释任一公司的市场战略,包括范围、态势与目标;②资产;③能力与竞争力;④技术;⑤组织结构;⑥文化;⑦设想;⑧活动/价值链;⑨联盟与专门关系;⑩网络;⑨未来市场战略。根据竞争对手的全部信息,构建竞争对手情势;确定每种情势的情节、驱动力、逻辑与最终状态;评估与理解竞争对手情势;确定竞争对手的结局;确定聚焦公司的不同情势的可能影响。

3.3　本企业分析模式

在竞争情报动态分析中,一个重要要素是开展游戏的本企业所具备的属性是否会促使对手们对其行动做出反应,本企业作为战争游戏的发起者,其本身要有明确的定位。在实施战争游戏和动态竞争分析中,本企业首先需要对自身的几个问题做出明确的回答与界定。如表1所示:

本企业分析项目主要包括企业的基本情况、企业当前的财务状况、企业未来的活动方向、企业的核心竞争力四个要素,最终以swOT分析、四角分析、盲点识别等分析框架作为总结,形成本企业情势分析报告,写入战争游戏手册中。通过四个要素所涉及的问题梳理和回答,使参与战争游戏的人员充分了解其所代表企业的真实状况,在此基础上才能做出企业的进攻或反击等行动。需要注意的是,动态竞争情报分析关注动态竞争环境、竞争对手行动,但绝不意味着忽视企业自身,否则进行的相关分析活动本末倒置,最终往往流于形式。因此,在竞争情报战争游戏中本企业的情势分析是动态分析不可或缺的重要内容。

3.4　竞争互动分析模式

利用战争游戏法可以身临其境地对企业的竞争互动进行分析。游戏参与的基本小组一般有四种:本公司小组、竞争对手小组、市场小组与控制小组。一些游戏还可以设置潜在竞争对手小组,也称为百搭牌小组。其中,本公司小组代表本企业发动进攻或进行反击,而竞争对手小组代表主要竞争对手企业进行行动。市场小组代表供应商、用户等市场相关利益方,其作用是反映企业与竞争对手及其他小组等互动带来的市场竞争态势和未来变化趋势。在每轮游戏结束时,市场团队都按照企业和竞争对手互动情况来确定企业市场份额的变化。控制小组游戏中并不扮演角色,它提供如资源配置、规则设计、工具等确保游戏顺利进行的必要支持和指导,并负责整理及汇报游戏分析的主要结果。

小组在游戏中的互动是现实动态复杂环境下企业竞争互动的全景体现,各小组的互动关系如图3所示:

如图3所示,在战争游戏的竞争互动中,本公司小组、竞争者小组首先做出行动。竞争对手的行动包括建立的筹码情况;与其他分组是否同盟;采取防守还是进攻的策略和措施等。本公司小组的行动主要是执行企业战略。这些行动直接反映给市场小组,市场小组获知了本公司小组、竞争者小组的商业行动,站在市场的用户、供应商、相关利益方的立场,在本组专家分析的基础上,对各种风险、收益进行定量评估,进而响应本公司小组与竞争者小组,形成驱动市场的态势,并计算出市场份额。在市场小组反应的同时,本公司小组与竞争者小组还要准备下步行动。控制小组在游戏中负责消息传递,在一轮行动结束后,形成的各种表格,计算出竞争者小组行动的内在影响,并把市场小组与计算出的影响数据提交给所有的参与者,供其做好下一步行动的准备,进入下一个回合的游戏。控制小组在整个游戏进程中会通过E-mail随时把各小组的行动传达给其他参与小组,实现与现实世界一样“实时”。游戏中的所有参与小组正是通过上述“互动”与

“联动”的方式,获知游戏中其他小组的行动,实现竞争互动分析。

4　结语

在动态复杂环境中,竞争优势是不断创建与更迭的,企业要保持历久弥坚的竞争力,需要在竞争互动的过程中利用竞争情报动态分析获取更多、更新、更强的竞争优势。本文提出的竞争情报动态分析模型建立在非线性、非连续性的战争游戏法实施的基础之上,利用战争游戏法进行本企业分析、竞争对手分析、竞争互动行为分析共同构成了竞争情报的动态分析。本文的研究是一种基础性的工作,旨在为企业在竞争情报工作中开展竞争情报动态分析做一些理论铺垫。

参考文献:

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[13]包昌火,谢新洲竞争对手分析论纲,情报学报,2003,22(2):103-114

动态分析基本方法篇（5）

一、前言

模态分析技术在汽车结构的振动特性分析、振动控制、故障诊断和预报以及噪声控制等方面有着十分广泛的应用。随着电子技术与计算机技术的迅速发展，模态分析已成为解决复杂结构故障诊断问题的主要工具。该方法分为试验法和计算法，分别对应于模态试验和有限元法，产生了试验建模和数学建模。

摩托车发动机作为摩托车的动力源和结构核心，其动态特性决定了摩托车整体性能的好坏。随着技术的不断进步，更高的强度、更轻的质量以及更小的空间占有率都推动着整个发动机行业的发展，而模态分析作为发动机动力学的基础，起到了至关重要的作用。

二、锤击法结构模态分析

（一）锤击法结构模态分析基本理论

试验模态以线性振动理论为基础，综合运用动态测试和数字信号处理等技术对结构模态参数加以辨识。其一般流程是采用实际实验的方法，对结构施加一定的激励使结构产生一定的振动响应，利用相关的仪器设备测量得到结构的响应，进行相关模态参数识别，从而进一步分析和解决实际振动问题。

（二）试验模态系统组成及试验方案介绍

1、试验模态系统组成

试验模态系统一般由激励设备、传感器、信号采集设备以及模态分析系统组成。本试验研究对象为大阳牌摩托车单缸发动机总成，包括缸体和缸盖两部分，其间垫有金属垫片，并由单个螺栓连接，表面分布有大量散热片，整体结构较复杂。

2、试验方案介绍

（1）测量方案

测量方案采用锤击模态分析法，通过对发动机整体、缸体、缸盖以及局部单个散热片的四组模态实验全面探究发动机结构的动态特性，其结果理论上能够反映整个发动机总成的动态特性。而锤击法的适用条件中关键的一点是保证结构的线性规律，固还需进行验证性试验。

（2）验证方案

验证材料属性对结构模态分析的影响：选取不同材料属性的敲击点作为唯一变量，分别选定位于缸体和缸盖的各一处敲击点，保证敲击方向不变对固定测点测量。若两组测量结果得到相同的固有频率则无影响，反之，则证明材料的非线性特质。

验证接触连接对结构模态分析的影响：将缸体和缸盖的接触紧密程度作为唯一变量，控制其间螺栓预紧力的大小表示接触程度大小，分别对同样的敲击点进行数据采集，若两组实验结果相同或相似则无影响，反之，则认为采用锤击法无法准确测得模态参数。

（三）试验数据分析与结论

在测量过程中，将各测点的频响函数合成为一组，确定前四阶固有频率如下：

表2.1 四组试验固有频率值

为确定测量结果的准确性，我们对发动机整体进行验证性试验：

（1）分析敲击点在不同材料中的两组数据，通过频响函数组求出两组差异较大的固有频率。由于试验采用控制变量法，可认为敲击点处材料不同而导致测得的固有频率不同。

（2）分析发动机螺栓的预紧调节，按照同样的方法发现预紧力的变化也会导致固有频率的变化。

三、有限元结构法模态分析

（一） 有限元结构模态分析基本理论

具有有限自由度的弹性系统运动方程，可应用动载荷虚功原理推导其矩阵形式：，其中为结构总质量矩阵；为结构总阻尼矩阵；为结构总刚度矩阵；为节点位移列阵；为结构的载荷列阵。当矩阵和的阶数为 时 ，系统自由振动特性（固有频率和振型）的求解就是求矩阵特征值和特征向量的问题。

（二）有限元分析法方案介绍

通过ANSYS求解发动机缸体和缸盖的模态参数，CATIA绘制模型图，尺寸及形状特征均采用实测求得。由于缸体和缸盖结构复杂，表面存在大量很薄且易局部变形的散热片，ANSYS可能将局部变形采集分析而得到固有频率。

显然，由于局部模态的影响导致得到的固有频率和振型并不能反映整个结构的动态特性。因此我们先对缸体缸盖原始实测模型做有限元分析，若无局部模态，则分析结构理论上可信，否则，需将模型简化，去掉容易导致局部模态的散热片再做有限元分析，由于此种方法并不能完全反映物体实际结构，固只能看作近似结果。

（三）试验数据分析与结论

利用ANSYS软件得出各阶固有频率与整体变形图，以试验模态数据为真值，与有限元结果对比如下：

分析两组结果的相对误差，发现缸体的结构变形基本符合整体变形且相对误差较小，可验证两种方法的可行性和正确性。而缸盖只有局部散热片发生了明显变形，整体几乎无变形且相对误差也较大。我们得出“由于缸盖局部模态影响导致其分析数据不准确”的结论。

为求得缸盖的固有频率和振型，我们忽略局部散热片作为简化模型来避免局部模态，所得变形图可认为是整体变形，但两种方法比较结果显示：前三阶的误差几乎都超过20%。我们认为忽略的散热片结构改变了缸盖原本的结构特性，加之缸盖内部结构的复杂性，在建模过程中也存在着部分简化，所以缸盖简化方案仅能大概估计其固有频率的范围，无法对试验组数据进行准确验证。

四、结论

在对发动机结构试验过程中，我们逐渐探索出锤击法的适用范围以及结构动力学特点即：

（1）对于两种不同材料组成的整体结构使用锤击法测量是不适用的；（2）对于两部分装配成整体的结构模态分析也不适用。

在此基础上，我们通过有限元模态仿真对模态试验结构进行验证，得出缸体试验数据的准确性，而缸盖的分析由于无法克服局部模态的影响，有限元法求得的固有频率仅能作为试验数据的参考范围。

动态分析基本方法篇（6）

电子线路课程是铁道信号专业的一门重要专业基础课程。随着电子技术的发展，生产现场的电子设备急剧增加，对电子线路课程的教学内容提出了越来越多的要求，课时和课程内容逐年增多。对专业设备的研发、设计、制造、施工、维护、使用都起着必不可少的作用，新技术、新装备大量投入使用，设备、技术更新换代周期大大缩短，因此在内容和思想方法上，必须经过科学的论证和总结，使之更符合大的认识规律，且能充分体现知识内涵的思想体系和鲜明的导向性。作为一门独立的学科，《电子线路》教学必须适应铁路职业技术教育的特点，形成以电子技术基本理论和基本电路分析方法为主的完整课程体系。

一、电子线路课程的特点及教学方法

电子线路课程是一门应用技术课程，具有较强的理论性和实践性。学生普遍感觉电子线路课程内容多、理论深、分析繁琐、难懂、难记、难掌握。首先，各个电子器件是构成不同电路的核心部件，电路的形式和功能的变化，器件在不同条件下的应用，对于器件的原理、特性必须讲够、讲透。学生是在高中知识和学完《电路基础》课程基础上进行学习的，按照专业教学计划的要求，学生做到基本概念牢固掌握，基本原理、特性透彻理解，为进一步学习电路奠定坚实的基础。作为专业基础课，其学习的质量将直接影响后续专业课的学习心理和学习效果。在教学内容上，除讲清器件的结构、原理、特性和参数外，还要着重强调非线性器件加偏置，以及改变偏置可以控制其工作状态的条件、特点、变量关系特征和模型。传统的单一教学模式，难以适应新的形势要求，必须对电子线路课程的教学内容、教学方法、教学手段加以改革，在教学上还应包括作为典型有源电路的恒流源电路的组成、静态、动态特征和电路模型，因为恒流源主要体现了器件的基本原理和基本特征，反映了有电源电路代替无源元件这一趋势。

二、电子线路课程改革思路

电子线路课程内容是随着电子线路的发展而发展的，电子线路课程的内容随着知识的积累逐年增多，可随着微电子技术和计算机技术的发展，特别是单片机技术和嵌入技术的发展，生产现场的设备向集成化、小型化方向发展。电子线路课程的课时数、教学内容在压缩，课程体系还是对各种电路分门别类、就事论事、面面俱到，增加了教学负担。因此在内容和思想方法上，必须经过科学的论证和总结，使之更符合认识规律，且能充分体现知识内涵的思想体系和鲜明的导向性。关键不在于课程内容的包罗万象，而在于对学生系统的、基本的思维和操作的训练、培养，授之以渔。依据这一原则思想，结合教学特点，对本课程的教改，分器件和电路两个方面谈谈看法。

首先，电子线路课程要学习基本电子器件，在电路部分应改变过去那种过分强调电路功能以至于以此来分门别类划分课程章节的方式，这种体系对于某些高等院校以电路设计作为重要内容的教学或许是合适的。这部分内容要突出各种电子器件不同工作状态的条件、特点、应用这条主线。

而对高等职业技术教育而言，对于电路功能只要通过电路分析能够正确识别和区分就可以了。电子器件是有源、有极、非线性器件，由静态到动态，由分立元件到集成电路，使用中必须加偏置，不同的偏置，在电子器件和偏置电路在直流电源作用下，静态工作点的设置、稳定过程的分析与计算。可以使器件工作于不同的工作状态，其静态分析的原理和方法可归结为具有共性的电路静态分析方法，不同的工作状态具有不同的特性，应用于各种形式的电路。

要使学生熟练地掌握各种工作状态的条件、特点和应用。教学内容上更主要的是电路的原理和基本分析方法，对基本电子器件的结构、原理有所了解，基本电子器件的特性、参数要讲透并且深刻理解，按照循序渐进的原则和人的认识规律，对于电路分析、选择、使用器件以及不同型号器件的替代是必不可少的，反映电路原理和分析方法的内在联系，总结出具有共性的原理和分析方法，也是实际工作中分析和处理电子技术问题所必需的。

其次，电路的动态分析要突出三种组态这条主线。在电路的动态分析中，无论电路形式、如何变化，我们必须抓住三种组态来进行电路分类，三种组态是基于对基本电子电路深入理解和高度概括的总结，作为一种思想体系贯穿全课始终，有着深刻的内涵。这是基于对电子器件原理、特性，用三种组态的思维方式对学生进行思维方式的训练，使学生深刻认识和对电路原理的透彻理解，可以在基本电路、简单问题上，并且进一步在复杂电路中灵活运用，无论分立元件电路，还是集成电路的分析得以简化，避免了每种电路对应一种分析方法的复杂局面，这种方法能适应新知识的发展。

当然，三种组态电路也有局限性，三种组态蕴含于放大电路的两种输入、两种输出的基本概念（同、反相，高、低阻）和变量控制关系的变化形式，电路的动态工作过程和电路分析，由于电路形式、功能的差异，利用负反馈手段可以解决，反复运用三种组态的思维方式和分析方法，在电路分析上可用于估算多极负反馈应用的具体形式，定性描述对电路性能的影响。利用三种组态和反馈的概念加以分析，使学生在简单问题和简单电路上做到深刻理解，可以利用估算法定量进行电路分析，作为电路的性能指标反映电路的特性，无论是分立元件电路还是集成电路的分析都具有实用性，其分析方法不外乎图解法和等效电路法，要使学生熟练掌握反馈组态、极性的判别方法。进而在复杂问题和电路中自如应用，可以避免每种电路对应一种分析方法的复杂局面。

总之，高等职业技术教育培养学生职业技能不仅是专业课的任务，通过《电子线路》课程的教学改革，要从基础课做起，培养学生的创新能力要贯穿整个教学过程，使学生由被动地接受变为主动地学习，培养出高素质、创新型的合格人才，从而真正实现高职教育教学改革的目的，使高职教育得到进一步的提升和发展。

参考文献：

[1]朱相磊.电子线路课教学改革的研究与实践.安徽电子信息职业技术学院学报，2004（4）.

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[3]陆中石.对高职模拟电子技术课程教学的思考.今日科苑，2009（24）.

动态分析基本方法篇（7）

2反应谱分析

反应谱理论将时变动力问题转变为静力问题进行分析，本质上是一种拟动力问题分析。这样的优点是易于使设计工程师接受。其步骤:首先，根据强震记录统计应用于抗震设计的地震动反应谱;其次，对结构进行振型分解，求得各振型的最大反应值;最后，用适当的方法将各振型反应值结合起来求得结构的最大反应值。它不需要多条地震波进行复杂计算。在SAP2000中的实现有两种形式，底部剪力法和振型分解反应谱法，考虑到此建筑的结构类型，宜采用振型分解反应谱法。本案例中振型组合采用CQC(CompleteQuadraticCombination)法。

3动力时程分析

时程分析法本质仍然是通过对结构基本动力微分方程的求解来得到结构在动力荷载作用下结构的基本响应大小的方法，把动力荷载函数带入到结构运动微分方程，通过数值计算可以求解每一时刻的结构响应。相比于底部剪力法和振型分解反应谱法最大的优点每一时刻都能计算结构和构件的响应和内力。当作用于强烈的地震激励时，结构的某些构件可能屈服进而达到塑性，根据刚度的变化，直接获取结构在弹塑性阶段的各种变形和内力值。时程分析法是高层建筑结构抗震设计的一种补充计算，利用时程分析对结构可以进行非弹性地震分析的优势，可以弥补底部剪力法和振型分解反应谱的不足，检验计算结果。3．1地震波选取建筑物的地震反应不仅与地震的峰值加速度有关，而且与地震的持续时间、场地土性质、地震的卓越周期、建筑物的位置和形状有密切的关系。规范规定，“采用时程分析法时，应该按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线”［4］。文献［7］对地震波的选取做了详细的介绍，具体的选取准则不在此论述。3．2分析方法及步骤SAP2000结构分析软件中，时程分析的积分方式分为模态积分和直接积分两种，模态积分利用结构不同的模态积分求解获得结构总响应值。直接积分的本质是在一系列时间间隔范围内求解微分方程。在SAP2000中时间积分方法的选择是通过其他参数区域时间积分参数的定义来完成的。本算例采用直接积分法，使用程序中默认的Hiber-HugesTaytor方法。760节点时程轨迹输出见图3，25节点反应谱曲线输出见图4。由表2可以看出，在X方向的地震作用下，一层的X方向的层间位移最大为69．15mm。推断可知，底层为其薄弱层，要增强一层柱的整体抗力。

动态分析基本方法篇（8）

中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0234-01

TMA的基本问题即是利用带噪的阵元域数据估计出目标的运动要素[1]。在现代战争实际环境中，测得的目标特征数据通常极其有限，而目标的方位几乎成了唯一可靠的参数，因此BO-TMA具有十分重要的意义[2-4]。

水下运动目标的运动要素估计有其特殊性，其一是本舰不允许机动，其二是TMA算法的快速收敛性，因此单阵BO-TMA并不适用，文中采用双阵方位测量值进行TMA，基于扩展卡尔曼滤波算法（EKF）处理该非线性系统，通过计算机仿真分析了不同条件下算法性能，仿真结果表明：与单阵BO-TMA相比，该算法无需本舰机动即可实现对水下目标的运动分析。

1 双阵纯方位TMA原理

考]如图1所示的基阵与目标间的几何关系，假定二维平面情形，两基阵均随本舰匀速直线运动，阵间距离D可预先测量并能实时修正，目标于平面内匀速直线运动。

表示目标的绝对运动状态（即相对坐标原点的运动状态，下同），其中分别为目标相对坐标原点的方向与方向的距离，分别为目标相对坐标原点的方向与方向的速度； 表示阵1的绝对运动状态，表示阵2的绝对运动状态。

表示目标相对于基阵1的运动状态，其中分别为目标相对基阵1的方向与方向的距离，分别为目标相对基阵1的方向与方向的速度，表示目标相对于基阵2的运动状态，其中分别为目标相对基阵2的方向与方向的距离，分别为目标相对基阵2的方向与方向的速度。、如上图所示，分别为基阵1、基阵2所测得的目标方位角。以基阵1为参考基阵，则有状态方程如下：

（1）

式中：为状态转移矩阵，为过程噪声，其自相关矩阵为Q，G为过程噪声转换矩阵。

简记为，测量方程如下：

（2）

其中：为量测噪声，其自相关矩阵为R，且有：

（3）

由式（3）可知，系统为非线性，经典的EKF算法非常适合处理此类问题[5]。对于非线性系统，EKF算法基于泰勒展开对其线性近似，然后利用卡尔曼滤波算法完成对目标状态的估计。

2 仿真计算

基于上述方法进行仿真计算。仿真条件：双阵间距D分别为600m和1200m；双阵方位测量误差均为正态随机变量，标准差分别为1.5°和0.5°，方位测量间隔T为1秒；本舰绝对航速6m/s，航向正东，基阵1的初始位置为（-D，0），目标初始位置为（-6000m，6000m），目标绝对航速20m/s，绝对航向120°。

图2给出了不同D情形下算法仿真结果。其中，方位测量误差标准差取0.5°。由图可知，D越大，收敛速度越快，估计性能愈好。

图3给出了不同方位测量误差下仿真结果。其中，D取600m；方位测量误差均值取0。由图可知，方位测量误差方差越小，收敛速度越快，估计性能越好。

仿真结果表明：基于EKF算法能实现双阵纯方位目标运动分析，且无需本舰执行机动。双阵间距、观测噪声影响算法性能，间距越大，噪声越小，算法性能越好。

3 结语

本文将EKF算法拓展到双阵TMA领域中，文章通过计算机仿真分析不同条件下算法性能，仿真结果表明算法的可行性，且双阵间距越大、观测噪声越小，算法性能越好。该算法是实时处理方法，不需存储大批量数据，非常适合工程实现。

参考文献

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动态分析基本方法篇（9）

0引言

经典聚类分析算法是基于距离计算的。然而除马氏距离定义外，其他距离定义都存在样本指标的量纲处理问题；除马氏距离和斜交空间距离定义外，其他距离定义都存在样本指标的相关性处理问题；另外，包括马氏距离在内的所有距离定义都存在将用于聚类的指标同等对待的缺点，不能反映不同指标对聚类结果的贡献程度。

一般情况下，在确定样本间距离计算方法的基础上，用不同的聚类分析方法得到聚类的结果是不会完全一致的。这是因为在实际应用中，许多对象在不同类之间本身并无清晰的划分。这导致了在既定用于聚类的指标组合的情况下，用不同的聚类方法对同一组样本进行分析会得到不同的聚类结果。如上所述，即使使用同一种聚类方法，有时由于样本的排列顺序不同，也可能导致不同的分类结果。这就提出了对不同的聚类方法进行评价的问题。关于所用方法好坏的评价，现在还没有一个合适的标准。Edwards 和CAVALL Isforza (1965) 曾建议把样本分成两类，使得两类间的离差平方和最大[1]。D.Fisher Walter也指出，应该寻找使类内差异最小的聚类方法[2]。因此，评价不同聚类方法的一个重要方面，就是看这些方法得到的聚类结果在类内的接近程度和在类间的相隔程度。一个较好的分类方法应该得到类内差异较小、类间差异较大的聚类结果。在实际应用中，一般采用以下两种处理方法：a)根据分类问题本身的专业知识，结合实际需要来选择分类的方法，并确定分类的个数；b)用多种方法对数据进行分析处理，把结果的共性取出来。如果用几种方法的某些结果都一样，则说明这样的聚类确实反映了事物的本质。将有争议的样本暂放一边，或者用其他方法如判别分析进行处理归类。另外，在聚类分析方法既定的情况下，同一组样本采用不同的指标组合进行聚类分析，通常也会得到不同的分类结果。产生不同结果的原因主要是由于不同的指标组合测度是样本间的不同侧面的相似程度，在进行聚类分析时存在指标组合选择的问题。一般是根据聚类的实际需要进行指标的选择，这是一个比较复杂并且带有主观性的问题。实践中，在开始进行聚类分析时，通常是先选择多种指标组合分别进行聚类，然后对聚类分析的结果进行对比分析，以确定出合适的测度指标。

判别分析产生于20世纪30年代，是利用已知类别的样本建立判别模型，为未知类别的样本判别的一种统计方法。近年来，判别分析在自然科学、社会学及经济管理学科中都有广泛的应用。判别分析的特点是根据已掌握的、历史上每个类别的若干样本的数据信息，总结出客观事物分类的规律性，建立判别公式和判别准则。当遇到新的样本点时，只要根据总结出来的判别公式和判别准则，就能判别该样本点所属的类别。判别分析按照判别的组数来区分，可以分为两组判别分析和多组判别分析。本文仅研究两组判别分析。在众多的判别分析方法中，最直观的是距离判别法。

距离判别的思想是计算待判样本到第i类总体的平均数的距离。哪个距离最小就将它判归到哪个总体。所以，距离判别法的任务就是构造一个恰当的距离函数，通过样本与某类别之间距离的大小判别其所属类别。这里仅讨论两个总体的距离判别法。距离判别只要求知道总体的数字特征，不涉及总体的分布函数。当参数未知和协方差时，就用样本的均值和协方差矩阵来估计。

从距离判别法可以看到判别规则是一个线性函数。由于线性判别函数使用简便，希望能在更一般的情况下建立一种线性判别函数。Fisher判别法由Fisher在1936年提出，是根据方差分析的思想建立起来的一种能较好区分各个总体的线性判别法。该判别方法对总体的分布不作任何要求。

从两个总体中抽取具有p个指标的样本观测数据，借助于方差分析的思想构造一个线性判别函数：

距离判别法是基于距离计算的，用构造线性判别函数方法进行样本判别的Fisher判别法也存在着类似基于距离计算的聚类分析方法当中的不足：

a）将总体和样本的多个指标赋予了同等的判别能力，而这与现实是不相符合的，即不同的指标在判别样本的归属时具有不同的判别能力。

b）没有对用于建立判别分析模型的总体指标进行筛选。这在两总体的某指标没有显著差异时进行判别分析的意义不大，误判的概率很大[3，4]。

c）距离的计算不可避免地会带来量纲上的问题[5]。

d）距离判别方法简单实用，但没有考虑到每个总体出现的机会大小，即先验概率，没有考虑到错判的损失。Bayes判别法正是为了解决这两个问题提出的判别分析方法，其判别效果更加理想，应用也更广泛。本文将在实证研究部分用Bayes 判别方法对涉及的问题进行分析，作为与新算法计算效果的一个对比。

在回归分析中，变量的好坏直接影响回归的效果。在判别分析中也有类似的问题。用于建立判别准则的指标的选择是判别分析中的一个重要问题。如果在某个判别问题中，将最重要的指标忽略了，相应的判别函数的效果一定不好；另一方面，如果引入了一些判别能力不强的指标，不仅会增加计算量，还会严重地影响判别的效果。但是在许多问题中，事先并不知道哪些是主要指标。因此筛选变量的问题就非常重要，从而产生了逐步判别法。逐步判别法与逐步回归法的基本思想类似，都是采用有进有出的算法，即逐步引入变量，每引入一个重要的变量进入判别式，同时也考虑较早引入判别式的某些变量。如果其判别能力随新引入的变量而变为不显著了（如其作用被后引入的某几个变量的组合所代替），应及时从判别式中把它剔除，直到判别式中没有不重要的变量需要剔除，而剩下的变量也没有重要的变量可以引入的判别式时，逐步筛选结束。这个筛选过程实质就是作假设检验。通过检验找出显著性变量，剔除不显著的变量，得到用于建立判别式的变量组合后，可用各种方法建立判别函数和判别准则。

实际上，以上提到的不论是距离判别法、Fisher判别法，还是Bayes判别法、逐步判别法，其出发点都是把给定的分组作为构造判别函数的依据和出发点，其最终结果都是构造一个线性判别函数。它们仅仅是判别函数构造思想上的差异。距离判别法基于距离判别思想；Fisher 判别法基于方差分析思想，判别式的形式为距离判别式的一般形式；Bayes判别法基于条件概率思想；逐步判别法基于假设检验思想确定用于判别的指标，但其判别式的确定仍由其他判别分析方法确定。

以上各种判别分析方法中，仅有逐步判别法的基本思想中考虑到了不同指标具有不同的判定能力，但是其思想的具体体现仅在于确定用于构建判别式的指标，并没有给出各个指标具体的判别能力大小的差异。实际上不仅不同指标的判别能力存在差异，而且在筛选掉部分指标的同时也会丢失该部分指标所包含的判别信息。

对于一组给定的样本，对其进行聚类分析时，可以应用不同的聚类方法对不同的指标组合进行聚类分析，同时也将得到多组不同的聚类结果。对于某些指标组合下的聚类结果，结合实际可能会得到比较符合实际意义的解释，对此类聚类结果可以为其构造特定的判别模型，用于新样本类别的判别。因此，聚类分析的实质是对不同的指标组合下的样本分类组合的可能性进行搜索，找出符合特定聚类定义的组合。其作用是寻找满足特定需求的，或者说可以给出较好解释的聚类结果。判别分析的实质是根据历史信息或者聚类的结果建立判别标准，用于对参加聚类的样本和新的样本的判别。聚类分析和判别分析之间存在着紧密的联系。聚类分析的结果作为进行判别分析的基础；而判别分析不仅可以用于对新样本进行判别，而且另一个重要的作用在于校验聚类分析结果的正确性，即回判。

基于以上的分析结论，传统的对数据的聚类判别分析流程一般是先有聚类分析，然后在其之上的判别分析。本文将借鉴经典聚类分析和判别分析中的部分思想，从聚类分析和判别分析的实质出发，逐步构建出一类有异于传统分析思路的样本聚类判别分析算法，并尝试在新算法中解决经典聚类判别分析方法中存在的部分问题。

1动态聚类判别分析算法的设计和实现

1．1新的聚类判别分析框架

对于一组给定的需要进行聚类分析和判别分析的样本集合，新的聚类判别分析框架基于以下基本事实：

a）对于给定的样本序列，有有限种分组方案。

b）用传统聚类分析方法得出的结果并不总能遍历以上所有的分组可能。不仅因为其中部分分组在任何指标组合下都不合理，还因为传统聚类分析方法得出的结果本身就有限。在指定指标组合、指定样本排列顺序的情况下一种聚类方法仅能给出一个聚类结果。

c）对于用聚类方法得不出的分组方案，存在部分用判别分析进行判别回判率为百分之百的分组方案。

d）对于既定的分组，不同指标在区分该分组的能力上存在差异。不同组的某些指标差异明显，有些并没有明显差异。

新的聚类判别分析框架的设计基于以下基本假设：对于任意一种分组方案，如果判别分析的回判正确率足够高，那分组就是合理的和可以接受的。因此，新的聚类判别分析框架设计的基本思想是聚类分析建立在判别分析的基础之上。据此设计的新算法中并不包括具体的聚类分析算法，仅仅包括判别分析算法。

本文中应用的判别分析算法基于文献[6]提出的基于样本指标值频度计算的判别分析算法。该两总体判别分析算法的思想与逐步判别法的思想有一定的相似之处。不同之处在于其核心思想不是筛选变量，而是筛选指标值，是逐步筛选出具有显著判别能力的指标值；不是根据用具有显著判别能力的变量建立判别式，而是用筛选出的具有显著判别能力的指标值建立判别模型；其判别模型不是线性判别式，而是一个复杂的判定模型系统；得出的结果不是某样本的判定结果，而是某样本属于某总体的概率。该算法筛选指标值的基本思想为：对于同一指标而言，假设两组中所有样本的该指标值为一维空间上的点。如果两组内距离最近的两点距离小于或者等于这两点中任意一点到该点所在组的其他任意一点的距离，则这两点根本就不具有判别能力，应该剔除。为提高该算法的计算速度，进行了如下两点优化，在程序实际运行中取得了良好效果：

a）对某指标进行计算时应用冒泡算法对所有指标值进行排序。该数据预处理大大提高了指标值的筛选速度。

b）因为对样本的判别问题是通过计算该样本的各个指标值上的判别概率得到的，从对数据库表的访问效率出发，进行判别分析时不是依次对每一个样本进行判别，而是按照指标的顺序依次计算所有样本的某指标值在该指标下的判别概率，并且若某指标的权重为零时不需要计算任何样本在该指标下的判别概率，最后对每一个样本进行判别。

本文依据以上提出的聚类判别分析框架，以改进的两总体判别分析算法为基础，提出了一种动态的聚类判别分析算法的设计，并在实现算法的基础上进行了相应的实证研究。

1．2两总体动态聚类分析算法的设计和实现

两总体动态聚类分析算法的设计基于两总体判别分析算法。其基本思想在于从某初始判别状态出发，不断修正判别分析中错判的样本分组，直到所有样本已经判别，并且回判率为100％或出现错判循环为止。

根据样本初始判别状态的情况，这里把动态聚类分为有指导的动态聚类过程和无指导的动态聚类过程。有指导的动态聚类过程是指在进行聚类分析之前根据实际经验对所有或者部分样本进行组别的指派，这有助于加快动态聚类的过程，并产生期望的聚类结果；无指导的动态聚类过程是指在进行聚类分析之前不进行任何初始判别状态的设置。其中有指导的动态聚类与无指导的动态聚类的区别在于，无指导的动态聚类可能导致聚类过程中判别次数的增加，这在进行大样本聚类时，时间开销将成倍增加；另一个可能产生的结果是无指导的聚类过程会产生与预期不同的分类结果，即聚类的可能结果更多，可用于试探性分析。一般有指导的聚类分析过程可以很快得出与预期相符合的聚类结果。

从另一个角度对动态聚类过程可以作如下分类：可以在初始聚类之前一次全部指定所有样本的判别状态，之后不断修正样本的判别状态直到判别结束，也可以逐步添加参加判别分析的样本个数。实证分析的结果表明，第一种动态聚类方法的聚类过程不稳定，有时会产生抖动现象，即某次的很多错判样本在修改组别后进行下一次判别后仍然为错判样本，如此不断反复，甚至出现循环。出现这种现象的原因可以解释为当错判样本较大时，即使改变了错判样本的组别，因为错判样本个数相对较大，错判的样本对新的判别模型仍然会产生很大的影响。另外因为分组本身存在的模糊性，某些样本本身属于两总体的概率就比较接近，也有可能导致该类现象的发生。

一个解决方案是为所有错判的样本，选择错判概率最大的样本改变组别，但这不能从根本上解决抖动现象的发生。用第二种动态聚类算法可以很好地解决此类问题，因为第二类逐步聚类分析方法中，每次判别分析都将错判样本的个数控制在相对较小的范围内，每次增加一个新的样本进入判别模型。图1给出第二种动态聚类过程的算法流程。

在动态聚类的算法流程设计中，所有样本没有判别之前，某次判别过程后，需要平衡不同组别的样本个数，使不同组别的样本个数差不大于1；在所有样本组别判别之后实行不平衡样本个数的判别过程。实际上也可以进行不平衡样本个数的动态聚类。这样得到的结果有可能与经典的聚类分析算法有很大的差异，但聚类结果仍然可以得到很好的解释。

两总体的判别分析算法以及相应的动态聚类分析算法已经应用在基于ODBC和ADO标准的数据库访问技术、SQL Server 2000数据库、Visual Basic 6.0编程工具，参考相关技术资料[1，2，7]实现。以下分别给出不平衡样本个数的无指导动态聚类、平衡样本个数的无指导动态聚类以及平衡样本个数的有指导动态聚类的算例及其分析。

2关于该算法的实证研究

以下实证分析所用的原始数据以及用经典判别分析方法得到的结果均来自文献[3]。

2．1不平衡样本个数的无指导动态聚类

不平衡样本个数的无指导动态聚类更符合实际，但数据量少时，可能得到的结果不具有统计学意义。

对人文发展指数案例中14个样本的原始数据进行不平衡样本个数的无指导动态聚类过程得到的结果，与经典判别分析结果的分组完全相同。聚类结果如表1、2所示。在该聚类结果中，指标成人识字率(%)的权重仅为0.142 857。这与用逐步判别法进行判别分析时得出的判别式的结论比较一致。

另外还给出两种可能的聚类结果，分别如表3、4和表5、6所示。其中第二种聚类结果中出生时的预期寿命成为最重要的指标，分组的结果使得出生时的预期寿命相似的样本成为一组；同时使同组内样本在成人识字率以及调整后的人均GDP这两个指标上没有明显的差异。第三种聚类结果中调整后的人均GDP成为最重要的指标，分组的结果使得调整后的人均GDP相似的样本成为一组；同时使同组内样本在出生时的预期寿命以及成人识字率这两个指标上没有明显的差异。实际上已经有不少学者对联合国开发计划署人文发展指数的确定方法表示了怀疑。因为该指数本身的确定方法，包括所选的指标以及指标值的调整等都不存在令人信服的理由[8，9]。本文给出的这两种聚类分析的结果可以从其他角度给出人文发展指数的可能更合理的确定方法，即把所有参加评价的国家纳入聚类分析的范围进行探索性的分析，并选择可以接受的聚类结果。

不平衡样本个数的无指导动态聚类算法当然可以作为一个数据挖掘算法用于挖掘离群点。但是有时候这并不符合聚类的初衷。因为聚类的结果并不能通过显著性检验，无统计学意义。

2．2平衡样本个数的无指导动态聚类

平衡样本个数的无指导动态聚类是指在所有样本没有全部被判别完之前，在每次判别之前对组别的样本个数进行判别。与不平衡样本个数的无指导动态聚类相比，不容易出现分组个数严重不平衡的情况，但并不能避免这种情况的发生。下面以人文发展指数案例的聚类分析中给出的第二种聚类结果说明这种情况。

第二种聚类结果如表7、8所示。在第二种聚类结果中，成人识字率成为判别能力最显著的指标。其中，阿联酋、南非和中国三个成人识字率最低的国家成为一组；其他11个国家成为另一组。各组内其他两个指标的差异不显著。因此该分组方案中识别的是所有样本在识字率指标上的差异。

2．3平衡样本个数的有指导动态聚类

将人文发展指数案例中的待判样本加入聚类样本中，并且把待判样本以外的其他样本的组别作为动态聚类的起点，得到的聚类结果如表9、10所示。聚类结果与经典判别分析结果一致，并且指标权重的计算结果表明实际人均GDP指标具有显著的判别能力，成人识字率判别能力不显著。

3结束语

本文在分析经典聚类分析和判别分析方法实质的基础上，给出了一种新的聚类判别分析框架，并利用改进的两总体判别分析算法依据此分析框架构造并实现了一种动态聚类判别分析算法。实证结果表明逐步动态聚类算法具有相对较好的稳定性；无指导动态聚类算法很适合寻找样本中的奇异点，适合作为一种数据挖掘算法使用；有指导的动态聚类更适合于经典聚类算法的聚类问题。

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动态分析基本方法篇（10）

关键词： 现代机床；力学；机床结构；动态分析；动力学模型；分析研究

Key words： modern machine tools；mechanics；the structure of the machine tool；dynamic analysis；dynamic model；analysis and research

中图分类号：TG502 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）34-0034-02

1 概述

机械结构的结合面动力学参数对建立正确的动力学模型有着决定性的影响。机床结构动、静态特应该具有越来越高的动、性的研究已经成为当今机床行业的重要环节之一。机械结构的模块化设计以有限元分析为核心，动态结构优化为基础，通过结构的优化，不仅使零部件的静力学性能得到改善，还使结构的抗振特性得到提高，节省材料，获得最佳的结构尺寸。机床床身是机床的重要基础件，它的动态特性和静态特性直接影响机床的加工精度及精度稳定性。

目前，国内外对机床结构在动载作用下的结构疲劳强度和动应力分析方法涉及相对很少，主要原因是由于车床结构相对复杂和现场结构耐久性试验费用昂贵。而如果仅通过施加常幅设计载荷谱将静强度分析结果直接应用在车床结构的疲劳强度评估，虽然方法简单，但会产生严重问题，因为实际服役的机床车体结构承受的主要是随机的动载荷。基于相关领域结构疲劳研究成果，吸取文献中最新算法，提出一种利用多体动力学仿真和有限元分析相结合的方法对车床结构的疲劳寿命仿真，并对其展开较为系统的研究。美国Michigan大学的TJiang和M.Chiredastcc，在应用有限元法和动态分析的基础上，又提出一种数学模型来模拟机床结构的联接形式，建立整机的模型并对机床结合面的联接件（如焊点、螺栓等）的位置和数量进行拓扑优化设计。

2 力学在车床应用的主要研究工作

研究范围主要集中在机车的多体动力学仿真、车体结构有限元分析和结构疲劳寿命预测上。利用ANSYS计算车床结构的应力计算（包括模态分析，子结构分析等）；结合材料S-N曲线和疲劳损伤累积理论进行疲劳寿命预测。机床结构多体动力学分析的重要前提之一，就是如何利用轨道空间谱转化为时域的轨道激励，使得功率谱转换产生的轨道激励时域信号的频率、相位和幅值特征不丢失。参照James Andrew地形PSD技术，提出一种轨道谱时频转换的简单方法，即通过构建轨道谱的时频转换算法，解决了常规方法转换过程谱特征信息丢失的问题，为机床动力学准确仿真提供重要支持。通过多体动力学软件SIMPACK对机床系统动力学仿真，可以更加深入研究机床车体结构抗疲劳特性，进而了解车体结构动态特性和结构疲劳普遍影响规律。

还有就是，元结构变量化动态分析，元结构是把机械结构大件就其组成的形体进行分解，最终可分解得一些拓扑结构变化不大、相对独立的基本单元结构，可称为元结构。其结构单元特性会影响到整个结构特性的优劣。

床身包含内部纵横筋板结构和导轨等主要元素。按照元结构的概念和划分原则，先将内部独立的元结构进行分析，以便确定合理的床身元结构。

现以床身的开口窗口、地脚螺栓、筋板为研究对象，来分析这些元结构与固有频率的关系。

a型：将床身前面的小窗口封上；b型：将床身前面的大窗口的高度由原来的0.31m改为0.22m；c型：在b型的基础上，将床身底部内侧4个地脚螺栓连接板的厚度由原来的0.02m变为0.03m；d型：在b型的基础上，增加两个地脚螺栓；e型：在d型的基础上，将床身右侧的方孔改为圆孔；f型：在e型的基础上，在床身前面小窗口下增加两个宽度和厚度均为0.03m高度为0.15m的长方体筋板，在床身后面内侧小窗口对面也增加一个此类型的长方体筋板。

3 机床结构有限元动态分析的基本理论和软件分析

运用结构动态设计原理和有限元法的变量化分析技术，提出一种机床床身结构的动态设计方法和流程。一般先提取床身的典型元结构对其进行优化，在此基础上以床身结构固有频率为优化目标，以元结构优化结果为依据，提出该床身结构若干改进方案，并对各方案进行比较分析。有限元方法是结构分析中的一种数值法，它已成为分析连续体的强有力的工具。有限元方法在数学上是指求解偏微分方程的一种数值方法，在力学上则是指求解连续介质力学的一种离散方法。有限元方法的计算精确度取决于计算模型中所选用单元的质量、求解控制方程的精确度、以及离散化的方式。而有限元方法的计算准确度则依赖于计算模型的物理特性（包括加载方式、边界条件等）逼近真实结构物理特性的程度。因此，建立正确合理的计算模型是求解任何工程问题是所必须解决好的首要任务。

ANSYS的原代码超过100000行，它不仅能够进行静态或动态的有限元分析，还能进行热传导、流体流动和电磁学方面的有限元分析。ANSYS中提供的各种单元形式可以用以应付各领域的分析，而在结构的动力学分析中，三维实体单元一般采用以下三种单元：8点节六面体单元（SOLID45）（图1），20节点六面体单元（SOLID95）（图2）及10节点四面体单元（SOLID92）（图3）。软件分析步骤如图4。

4 变量化动态分析过程

变量化分析是在参数化、变量化造型和有限元分析的基础上进一步发展的一种面向设计的快速重分析方法。在设计早期进行设计验证和预测产品性能，可减少产品开发过程的反复。对床身变量化优化，首先要对床身拓扑结构进行分析，选取适当的结构单元类型，再建立有限元变量化模型。变量化动态设计的一般过程[4]如图5所示。

5 结束语

从二十世纪六十年代中期以来，由于振动理论和结构动力学理论、动态试验技术、计算机技术等方面的发展，使研究进入一个全新的计算机辅助分析和优化设计的定量研究阶段，为机床的动态特性研究提供了坚实的理论基础和先进的测试手段，系统地建立了机床动态特性的研究理论，达到了一定的实用程度，并在不断地深化和发展。

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