時間:2023-03-20 16:19:00
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定槳距空氣動力制動的控制
對于定槳距機組,空氣動力制動裝置安裝在葉片上。它通過葉片形狀的改變使風(fēng)輪的阻力加大。如葉片的葉尖部分旋轉(zhuǎn)80°~90°以產(chǎn)生阻力。葉尖的旋轉(zhuǎn)部分稱為葉尖擾流器,使葉尖擾流器復(fù)位的動力是風(fēng)力機組中的液壓系統(tǒng),液壓系統(tǒng)提供的壓力油通過旋轉(zhuǎn)接頭進入葉片根部的液壓缸。葉尖的擾流器通過不銹鋼絲繩(圖中未畫出)與液壓缸的活塞桿相聯(lián)接。當(dāng)機組處于正常運行狀態(tài)時,在液壓系統(tǒng)的作用下,葉尖擾流器與葉片主體部分精密地合為一體,組成完整的葉片,起著吸收風(fēng)能的作用;當(dāng)風(fēng)力機需要制動時,液壓系統(tǒng)按控制指令將擾流器釋放,該葉尖部分旋轉(zhuǎn),形成阻尼板。由于葉尖部分(約為葉片半徑的15%)在風(fēng)輪產(chǎn)生功率時出力最大,所以作為擾流器時,葉尖產(chǎn)生的氣動阻力也相當(dāng)高,足以使風(fēng)力機很快減速。一種定槳距機組液壓系統(tǒng)。
變槳距、偏航驅(qū)動與制動
液壓變槳距系統(tǒng)風(fēng)電機組變槳距的目的主要是功率調(diào)節(jié)。液壓變槳距系統(tǒng)的組成如圖7所示。從圖7可見,液壓變槳距系統(tǒng)是一個自動控制系統(tǒng)。由槳距控制器、數(shù)碼轉(zhuǎn)換器、液壓控制單元、執(zhí)行機構(gòu)、位移傳感器等組成。在液壓變距型機組中根據(jù)驅(qū)動形式的差異可分為葉片單獨變距和統(tǒng)一變距兩種類型,單獨變距用的三個液壓缸布置在輪轂內(nèi),以曲柄滑塊的運動方式分別給三個葉片提供變距驅(qū)動力(圖略)。統(tǒng)一變距類型通過一個液壓缸驅(qū)動三個葉片同步變槳距,液壓缸放置在機艙里,活塞桿穿過主軸與輪轂內(nèi)部的同步盤連接,動力部分由電動機7、液壓泵5、油箱1及其附件組成。變距機構(gòu)的控制風(fēng)力機葉片的“開槳”和“順槳”,在機組運行和暫停的工作狀態(tài)實現(xiàn)位置控制。在機組關(guān)機和緊急關(guān)機時實現(xiàn)速度控制。還有一種電液結(jié)合的變槳距系統(tǒng)。電-液變槳距機構(gòu)原理圖。由圖可見,本系統(tǒng)用交流伺服電動機驅(qū)動可雙向轉(zhuǎn)動的定量泵,定量泵直接驅(qū)動液壓缸。通過改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向、速度和運行時間來控制液壓缸的運動。偏航的驅(qū)動與制動液壓系統(tǒng)還可以用于偏航的驅(qū)動與制動。由于風(fēng)向經(jīng)常改變,如果風(fēng)輪掃掠面和風(fēng)向不垂直,不但功率輸出減少,而且承受的載荷更加惡劣。偏航系統(tǒng)的功能就是跟蹤風(fēng)向的變化,驅(qū)動機艙圍繞塔架中心線旋轉(zhuǎn),使風(fēng)輪掃掠面與風(fēng)向保持垂直。機艙在反復(fù)調(diào)整方向的過程中,有可能發(fā)生沿著同一方向累計轉(zhuǎn)了許多圈,造成機艙與塔底之間的電纜扭絞,因此偏航系統(tǒng)應(yīng)具備解纜功能。也有的風(fēng)力發(fā)電機組利用偏航進行功率調(diào)節(jié)。偏航驅(qū)動系統(tǒng)與變槳距驅(qū)動系統(tǒng)類似,是一個自動控制系統(tǒng),其組成和工作原理。由圖可見偏航系統(tǒng)由控制器、功率放大器、執(zhí)行機構(gòu)、偏航計數(shù)器、傳感器等部分組成。偏航系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)一般由偏航軸承、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器、偏航液壓回路等部分組成。偏航制動控制的功能是控制偏航制動器松開或鎖緊;為避免風(fēng)力發(fā)電機組在偏航過程中產(chǎn)生過大的振動而造成整機的共振,偏航系統(tǒng)在機組偏航時必須具有合適的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根據(jù)機艙和風(fēng)輪質(zhì)量總和的慣性力矩來確定。此阻尼力矩由液壓系統(tǒng)提供。
因控制超溫的方式不同,目前主要分為高水氣比、低水氣比、中低水氣比變換工藝[3]。其中高水氣比變換工藝又分為全高水氣比、高水氣比分股變換工藝。對于SE-東方爐粉煤氣化制甲醇,經(jīng)計算,變換水氣比0.5左右即可滿足制甲醇的部分變換需求,其粗合成氣自身所帶水氣是過剩的。因此,試圖通過提高粗合成氣的水氣比來控制變換反應(yīng)溫度的工藝顯然非常不經(jīng)濟。目前運行的高濃度CO高水氣變換流程存在如下問題:①初期開車由于負(fù)荷低,第一變換爐超溫到500℃,為降低床層溫度,水氣比要高于1.6,甚至達(dá)到1.8,造成了能量巨大的浪費;②由于濕氣空速大,變換反應(yīng)深度增加,因此單爐催化劑用量多;③催化劑使用壽命短,目前運行的Shell和GSP氣化高水氣比裝置,第一變換爐催化劑使用壽命都不超過1a。對于高濃度CO粗合成氣,現(xiàn)有高水氣比變換紛紛進行技術(shù)改造,降低其水氣比,節(jié)約能耗。Shell粉煤氣化在國內(nèi)應(yīng)用較為成熟,與之相配套的變換工藝有全高水氣比、全低水氣比、低串中水氣比工藝[4]。全高水氣比工藝為預(yù)變換爐前一次性補足水蒸氣,如SE-東方爐粉煤氣化采用全高水氣比變換來控制爐溫,需要添加大量的高壓蒸汽,由于合成甲醇不需要過高的變換率,這些添加的蒸汽最終并未參與變換反應(yīng),并且需要通過換熱將其冷凝成水,能耗較高。屬于改進型的高水氣比分股變換工藝,仍需將一股配加蒸汽至高水氣比,雖然達(dá)到相對節(jié)省蒸汽的目的,但造成蒸汽和熱量浪費的同時,仍然增加了后續(xù)工段管線設(shè)備的投資和冷凝液處理的負(fù)擔(dān)。而全低水氣比、低串中水氣比工藝則需先降低SE-東方爐粉煤氣化粗合成氣中的水氣比,后續(xù)又補充蒸汽或水。顯然以上與Shell粉煤氣化配套的變換工藝均不適用于SE-東方爐粉煤氣化制甲醇。因此,SE-東方爐粉煤氣化制甲醇變換工藝技術(shù)選擇思路為降低其水氣比控制變換反應(yīng)溫度,并且在后續(xù)變換爐前不補充蒸汽或水。目前有兩種與之配套且先進的變換工藝:動力學(xué)控制變換工藝和熱力學(xué)控制變換工藝。以某年產(chǎn)180萬噸甲醇裝置為例,該裝置生產(chǎn)規(guī)模日投煤量7500t,生產(chǎn)的粗合成氣有效氣量為516000m3/h,粗合成氣中CO(干基)體積含量70%,水氣比0.92,要求變換裝置出口變換氣中H2/CO為2.26±0.02。因裝置規(guī)模大,變換設(shè)置兩系列。以下針對單系列對兩種工藝進行比較。
1.1動力學(xué)控制變換工藝動力學(xué)控制變換工藝流程見圖2。粗合成氣全量進入1#低壓蒸汽發(fā)生器副產(chǎn)低壓蒸汽,同時調(diào)整水氣比至約0.55后,經(jīng)氣氣換熱器升溫進入第一變換爐進行變換反應(yīng),出口氣體經(jīng)換熱后,進入1#中壓蒸汽發(fā)生器副產(chǎn)中壓蒸汽,降溫后進入第二變換爐繼續(xù)變換反應(yīng),出第二變換爐變換氣進入2#中壓蒸汽發(fā)生器副產(chǎn)中壓蒸汽后,與第一變換爐出口跨線變換氣混合,調(diào)整出裝置工藝氣H2/CO,混合工藝氣依次進入2#低壓蒸汽發(fā)生器、鍋爐給水預(yù)熱器、脫鹽水預(yù)熱器回收熱量。動力學(xué)控制變換工藝通過適當(dāng)減少第一變換爐中的催化劑,即控制催化劑裝填量的辦法,能達(dá)到控制床層熱點溫度從而達(dá)到控制反應(yīng)深度的目的[6]。但是,由于CO濃度和水氣比都高,反應(yīng)的推動力太大,催化劑的裝填量只要有少量的變化,就會明顯影響床層的熱點溫度,因此催化劑的用量必須準(zhǔn)確,否則會因為反應(yīng)深度的增加而造成床層“飛溫”的不良結(jié)果。如果催化劑的裝填量固定不變,則在裝置開車初期,負(fù)荷小或氣量波動時,催化劑裝填量勢必富余,導(dǎo)致粗合成氣反應(yīng)深度加大而超溫。運用一種新開發(fā)的分層進氣變換反應(yīng)器技術(shù),當(dāng)生產(chǎn)裝置運行負(fù)荷低時,氣體只經(jīng)過下層進行變換反應(yīng),可以避免因為催化劑裝填富余,CO過度反應(yīng)使床層超溫;當(dāng)生產(chǎn)裝置運行正常時,氣體可以全部從上段進入或者上段和下段同時進入,以此來滿足生產(chǎn)要求。該工藝主要缺點是:變換反應(yīng)溫度控制的影響因素較多,催化劑的裝填量、原料氣負(fù)荷、水氣比的波動均影響反應(yīng)溫度,操作控制系統(tǒng)設(shè)計較復(fù)雜。
1.2熱力學(xué)控制變換工藝熱力學(xué)控制變換工藝流程見圖3。粗合成氣首先分為兩路,一路進入1#低壓蒸汽發(fā)生器副產(chǎn)低壓蒸汽,同時調(diào)整水氣比至約0.25后,經(jīng)氣氣換熱器升溫進入第一變換爐進行變換反應(yīng),出口氣體經(jīng)換熱后,進入1#中壓蒸汽發(fā)生器副產(chǎn)中壓蒸汽,降溫后與另一路粗合成氣匯合后經(jīng)脫毒槽進入第二變換爐繼續(xù)變換反應(yīng),出第二變換爐變換氣依次進入中壓蒸汽過熱器、2#中壓蒸汽發(fā)生器、2#低壓蒸汽發(fā)生器、鍋爐給水預(yù)熱器、脫鹽水預(yù)熱器回收熱量。熱力學(xué)控制變換工藝在粗合成氣主路設(shè)置非變換旁路跨越第一變換爐,再與另一路經(jīng)第一變換爐的低含水量變換氣混合后進入第二變換爐反應(yīng),可穩(wěn)定調(diào)控水氣比,且無需補充蒸汽調(diào)整水氣比,節(jié)約能耗效果顯著。第一、二變換爐催化劑裝填量均為足量,都按照接近反應(yīng)平衡控制變換深度進行設(shè)計,結(jié)合粗合成氣旁路、主路流量比值控制及第一變換爐之前設(shè)置蒸汽發(fā)生器,運行負(fù)荷變化時不需要調(diào)整;且由于反應(yīng)平衡控制的特點,在不同運行負(fù)荷下第一變換爐發(fā)生甲烷化反應(yīng)的風(fēng)險很小。該流程應(yīng)注意的是,運行過程特別是開工導(dǎo)氣初期,由于操作或調(diào)整不當(dāng)出現(xiàn)水氣比過低而容易導(dǎo)致甲烷化超溫發(fā)生。此時可根據(jù)床層溫度適當(dāng)調(diào)整第一變換爐水氣比,控制床層熱點溫度不高于380℃,避免甲烷化的發(fā)生。在運行末期,可以通過適當(dāng)減小進入第一變換爐的氣量或者適當(dāng)提高第一變換爐反應(yīng)器入口的水氣比,來維持較高的CO轉(zhuǎn)化率,使裝置仍能夠穩(wěn)定運行。此工藝操作過程簡單,兼顧了第一、二變換爐反應(yīng)器的溫度控制和水氣比要求,既很好地控制了第一變換爐反應(yīng)器的熱點溫度,又使第二變換爐反應(yīng)器入口氣體在降溫的同時提高了水氣比。
2分析比較
兩種工藝有相似之處,即均采用了降低原料粗合成氣中水氣比的方法。究其原因,一方面制甲醇其水氣比是過剩的,節(jié)能效果顯著;另一方面可以降低變換反應(yīng)的劇烈程度,增強了裝置的穩(wěn)定性和可操作性。不同的是第一變換爐變換反應(yīng)控溫方式的差異,動力學(xué)控制變換工藝是減少催化劑裝填量,使變換未反應(yīng)完全即送出第一變換爐,而熱力學(xué)控制變換工藝是變換反應(yīng)達(dá)到平衡后送出第一變換爐。
2.1技術(shù)參數(shù)表1是兩種工藝的主要技術(shù)參數(shù)對比,從表1中可知,兩種工藝均能滿足生產(chǎn)要求。兩種工藝經(jīng)廢熱鍋爐后,降低第一變換爐進口的水氣比,因各自控溫方式的不同而產(chǎn)生較大差異。且2個變換爐進口溫度、床層熱點溫度呈現(xiàn)出不同的高低分布。動力學(xué)控制變換工藝2個爐進口溫度均較高,床層熱點溫度前高后低。熱力學(xué)控制變換工藝2個爐進口溫度均較低,床層熱點溫度前低后高。比較而言,較低的進口溫度有利于催化劑的升溫還原操作和使用壽命的延長,也便于換熱流程的組建,而且變換工藝的控溫關(guān)鍵是第一變換爐,第一變換爐較低的床層熱點溫度可以更有效避免甲烷化的發(fā)生。由于兩種工藝變換爐熱點溫度的差異,換熱流程從熱量有效利用的角度考慮,中壓蒸汽過熱器設(shè)置位置不同,動力學(xué)控制變換工藝中,中壓蒸汽過熱器直接設(shè)置在了第一變換爐出口,而熱力學(xué)控制變換工藝則設(shè)置在了第二變換爐出口。
2.2能耗表2是兩種工藝的主要消耗對比。當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模一定時,不同變換工藝的能耗主要體現(xiàn)在蒸汽和工藝余熱上。由表2可知,兩種工藝副產(chǎn)的蒸汽基本相當(dāng),低溫位工藝余熱、冷凝液總量、循環(huán)冷卻水水量,熱力學(xué)控制變換工藝略多,此結(jié)果是由于熱力學(xué)控制工藝進入變換系統(tǒng)的總水氣比略高于動力學(xué)控制工藝。兩種工藝均采用了前置廢熱鍋爐,并且后續(xù)不補充蒸汽或水,變換深度相當(dāng),變換產(chǎn)生的整體熱量和冷凝液基本相同,只是熱量及冷凝液的分配有所不同,故由表2可看出兩方案能耗相當(dāng)。
2.3投資兩種工藝主要設(shè)備投資費用見表3??梢钥闯觯儞Q爐費用因兩種工藝催化劑裝量的不同存在較大差異;各換熱設(shè)備因兩種工藝換熱流程、參與換熱工藝氣氣量、平均傳熱溫差等因素存在明顯差異。雖然熱力學(xué)控制變換工藝多設(shè)置一臺脫毒槽,但動力學(xué)控制變換工藝主要設(shè)備投資費用比熱力學(xué)控制變換工藝多。兩種變換工藝中,第一變換爐催化劑設(shè)計使用壽命均為2a,第二變換爐催化劑設(shè)計壽命為4a,脫毒槽吸附劑設(shè)計使用壽命為4a。綜合以上幾方面的分析比較,兩種變換工藝均能滿足生產(chǎn)要求,能耗相當(dāng),在操作穩(wěn)定性和主要設(shè)備投資方面,熱力學(xué)控制變換工藝優(yōu)于動力學(xué)控制變換工藝。
3結(jié)束語
[關(guān)鍵詞]中小企業(yè);技術(shù)創(chuàng)新動力;市場結(jié)構(gòu)
一、企業(yè)規(guī)模與技術(shù)創(chuàng)新動力
隨著技術(shù)的發(fā)展進步,企業(yè)規(guī)模存在著擴大與分散兩種趨勢,對于到底什么樣的規(guī)模能使企業(yè)更有技術(shù)創(chuàng)新的動力,學(xué)者們有不同的理解和認(rèn)識。
熊彼特(J.A.Schumpeter)的創(chuàng)新理論認(rèn)為壟斷利潤是技術(shù)創(chuàng)新活動的基本目標(biāo),壟斷的存在是企業(yè)家愿意投資于創(chuàng)新的前提。美國制度經(jīng)濟學(xué)家加爾布雷思進一步論述了大企業(yè)最適合于技術(shù)創(chuàng)新的觀點:首先,壟斷或大企業(yè)能夠承擔(dān)創(chuàng)新風(fēng)險,而且對壟斷利潤的預(yù)期可以成為創(chuàng)新的激勵機制;其次,技術(shù)創(chuàng)新是競爭的一個要素,大廠商的引進技術(shù)創(chuàng)新并不消除競爭,反而因廠商追求創(chuàng)新而增強了競爭;第三,完全競爭下的小廠商不可能為R&D支付最佳費用,而大企業(yè)卻可以開發(fā)和利用R&D成果。
謝勒(Scherer.F.M.)等人的觀點完全相反,他們認(rèn)為小企業(yè)在推動技術(shù)進步方面的作用最大,理由是:首先,大企業(yè)在試圖形成壟斷力量的過程中確實會從事技術(shù)進步活動,但是壟斷地位一旦形成,技術(shù)創(chuàng)新的動力和行為就會逐漸消失,市場支配能力反而成為限制技術(shù)創(chuàng)新的障礙,因此競爭才是技術(shù)進步的原動力;其次,大企業(yè)所擁有的大規(guī)模在技術(shù)進步的過程中也會成為劣勢,如決策過程的低效率、技術(shù)開發(fā)人員之間的相互掣肘、管理層對某些獨特的創(chuàng)新活動的忽略和不支持;最后,實踐表明,在許多產(chǎn)業(yè)中,小企業(yè)能對技術(shù)進步做出重要的貢獻。
德姆塞茨論證:創(chuàng)新前壟斷企業(yè)限制產(chǎn)量對于競爭市場條件下的創(chuàng)新動力會更大。德姆塞茨通過經(jīng)濟學(xué)證明得出如下結(jié)論:市場規(guī)模較大的壟斷企業(yè)進行技術(shù)創(chuàng)新的動力要大于市場規(guī)模較小的競爭企業(yè)進行技術(shù)創(chuàng)新的動力。卡爾松(B.Carlson)在研究新技術(shù)引入對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、企業(yè)規(guī)模影響時認(rèn)為,技術(shù)進步降低了生產(chǎn)的最小有效規(guī)模。這表明在中小企業(yè)中出現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟的可能性大大增加了??唆敻衤≒.R.Krugman)提出,技術(shù)創(chuàng)新或開發(fā)型技術(shù)進步可以在專業(yè)化程度的提高中出現(xiàn)。
二、市場結(jié)構(gòu)對中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新動力的影響
市場結(jié)構(gòu)是指“構(gòu)成市場的賣者相互之間、買者相互之間以及賣者和買者集團之間等諸關(guān)系及特征,是影響競爭和壟斷的性質(zhì)和程度的市場性”,它反映著企業(yè)在市場上的交易地位和相互關(guān)系,體現(xiàn)了企業(yè)之間壟斷和競爭的基本關(guān)系。在現(xiàn)代西方產(chǎn)業(yè)組織理論中,根據(jù)市場競爭和壟斷程度,市場結(jié)構(gòu)包括完全競爭的市場結(jié)構(gòu)、完全壟斷的市場結(jié)構(gòu)和壟斷競爭的市場結(jié)構(gòu)3種類型。
1.完全競爭的市場結(jié)構(gòu)與中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新動力。完全競爭的市場結(jié)構(gòu)對中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新動力有兩方面的影響:一方面,市場競爭是市場運行發(fā)展和技術(shù)進步的外部動力,連續(xù)性的企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和趕超,推動著產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)向更高效率的方向發(fā)展。市場競爭關(guān)系到企業(yè)的生存命運和發(fā)展前途,它迫使企業(yè)不斷進行技術(shù)創(chuàng)新,以提高企業(yè)勞動生產(chǎn)率,降低個別勞動消耗,從而推動整個社會的技術(shù)迅速發(fā)展。另一方面,完全競爭市場結(jié)構(gòu)對企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新會帶來競爭的無序性,這種無序的競爭主要表現(xiàn)為:無償模仿受到專利制度保護的技術(shù),侵害發(fā)明者或所有者的利益;利用虛假標(biāo)識,損害其他競爭者的商業(yè)信譽;竊取技術(shù)秘密和商業(yè)秘密,以低于成本水平的價格銷售商品等,其結(jié)果會使技術(shù)創(chuàng)新者的利益受到侵害,降低創(chuàng)新活動的期望價值,從而導(dǎo)致創(chuàng)新者減少研究與開發(fā)的投入,有礙于企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。
2.完全壟斷的市場結(jié)構(gòu)與中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新動力。從有利的方面看,完全壟斷的市場結(jié)構(gòu)形態(tài)具有刺激技術(shù)創(chuàng)新的作用。專利是形成壟斷的一種原因,企業(yè)只要創(chuàng)造了一種新產(chǎn)品、勞務(wù)或新的加工技術(shù)并獲得了專利,就會形成對這種產(chǎn)品、勞務(wù)或加工技術(shù)的壟斷;同時,只有對創(chuàng)新進行專利保護,授予創(chuàng)新者以壟斷權(quán)力,才能促進創(chuàng)新。這是因為完全壟斷的市場結(jié)構(gòu)通過專利形式給予創(chuàng)新者以壟斷排他性的權(quán)利,使創(chuàng)新者在一定時期內(nèi)享有創(chuàng)新所帶來的經(jīng)濟利益。然而,在完全壟斷的市場條件下,一個廠商控制著全部的市場供給,并直接決定著價格,沒有別的廠商與之競爭,因而壟斷廠商沒有絲毫動力與壓力去進行技術(shù)創(chuàng)新;在完全競爭的市場結(jié)構(gòu)條件下,技術(shù)創(chuàng)新也并不活躍,因為眾多的競爭者中,沒有哪一家廠商更占優(yōu)勢,可以控制更多的市場份額,因而其技術(shù)創(chuàng)新的可能收益不大,但卻面臨極大的風(fēng)險,企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)在動力不足。
3.壟斷競爭的市場結(jié)構(gòu)與中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新動力。技術(shù)創(chuàng)新可分為競爭推動型和壟斷推動型兩種。如果只存在競爭推動的技術(shù)創(chuàng)新,沒有超額壟斷利潤的誘惑,那么創(chuàng)新活動就很難出現(xiàn),因為人們都想做風(fēng)險小和成本低的模仿者,而不愿意做風(fēng)險大和成本高的技術(shù)創(chuàng)新者;反之,如果只存在壟斷推動的技術(shù)創(chuàng)新,缺乏競爭的壓力,那么創(chuàng)新活動到一定的階段就會消失,因為企業(yè)已經(jīng)獨占了壟斷利潤。所以,在壟斷競爭的市場結(jié)構(gòu)中,既有競爭對手的威脅,又有能維持技術(shù)創(chuàng)新的持久收益,才可以有效地把競爭推動的技術(shù)創(chuàng)新和壟斷推動的技術(shù)創(chuàng)新綜合起來,共存共榮,積極地推動企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新向深度和廣度發(fā)展。因此壟斷競爭的市場結(jié)構(gòu)形態(tài)是中小企業(yè)最能產(chǎn)生技術(shù)創(chuàng)新動力的最佳市場結(jié)構(gòu)。在這種市場結(jié)構(gòu)下,相對壟斷者之間激烈的競爭迫使他們不得不進行持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新,以防其市場份額的丟失;壟斷者相對眾多小型競爭者的優(yōu)勢,以及其對市場的相對控制使其從技術(shù)創(chuàng)新中獲得壟斷利潤成為可能。
三、改善市場結(jié)構(gòu),增強中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新動力
作為一個發(fā)展中國家,中國還處于經(jīng)濟轉(zhuǎn)型期,在制定產(chǎn)業(yè)組織政策過程中,要更加重視規(guī)范企業(yè)行為,培育良好的市場競爭環(huán)境,以及完善各種相關(guān)制度,增強中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的動力。
1.打破自然壟斷性行業(yè)完全壟斷的市場結(jié)構(gòu)。近年來,我國已經(jīng)開始在一些自然壟斷性行業(yè)中放松了管制,并取得了積極的成果。然而應(yīng)該看到,我國自然壟斷性行業(yè)的開放還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,即使引入了競爭,競爭機制也不可能有效地發(fā)揮作用。要從根本上促進我國自然壟斷性行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新,必須首先在政府管理體制上做出重大變革,改變政企合一的體制,打破管制機構(gòu)與被管制企業(yè)之間的利益關(guān)系;其次,鼓勵多家公司進入并開展競爭,充分發(fā)揮競爭機制的作用,促進產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟效益的提高;第三,對于仍需管制的領(lǐng)域,應(yīng)引入激勵性管制方式,以刺激壟斷企業(yè)提高效率。
2.規(guī)范和控制非壟斷行業(yè)的競爭。中國加入WTO后,民族工業(yè)面臨的競爭更加激烈,因此,要建立一個開放、統(tǒng)一、有序的市場環(huán)境進行公平競爭,而不是一個完全自由競爭的市場結(jié)構(gòu)形態(tài)。我國目前還處于市場經(jīng)濟發(fā)展初期,政府在強化行政管理的同時,應(yīng)大力推進市場競爭的法律規(guī)范工作,防止因為無序競爭而阻礙企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新,導(dǎo)致市場和社會的混亂。
3.實施專利制度,激勵企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新。從長遠(yuǎn)看,專利壟斷的有限性必將推進整個經(jīng)濟的發(fā)展。在實踐中,正是靠專有權(quán)這種壟斷性的存在,延遲了模仿者進入市場的時間,為技術(shù)擁有者進一步創(chuàng)新提供了動力,因此,必須對技術(shù)創(chuàng)新予以知識產(chǎn)權(quán)保護,嚴(yán)厲打擊假冒行為和地方保護主義。
4.鼓勵企業(yè)合作、合并與兼并,實現(xiàn)科研開發(fā)規(guī)模經(jīng)濟。針對我國工業(yè)企業(yè)95%以上規(guī)模小、自有資金有限、無力搞大的突破性開發(fā)項目的特點,政府應(yīng)鼓勵企業(yè)合并,組織同行業(yè)的企業(yè)通過多種形式擴大規(guī)模、多方合作搞技術(shù)創(chuàng)新,鼓勵高校、科研院所等以技術(shù)股的形式,與企業(yè)聯(lián)合開發(fā)應(yīng)用新技術(shù),充分發(fā)揮各自在人才、設(shè)備和資金上的優(yōu)勢,促進科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的生產(chǎn)力,并實現(xiàn)科研與開發(fā)的規(guī)模經(jīng)濟。在維護自由公平競爭與利用規(guī)模經(jīng)濟間尋找最佳的結(jié)合點,既不能因反壟斷過度而傷及規(guī)模經(jīng)濟效益,又要防止因合并的失度而妨礙自由公平的競爭,以達(dá)到優(yōu)化企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的市場結(jié)構(gòu)的目的。
主要參考文獻
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關(guān)鍵詞:動態(tài)電源管理靜態(tài)預(yù)知方法動態(tài)預(yù)知方法
引言
電子系統(tǒng)可視為是種類不同的元件集合,有些元件有著固定的性能指標(biāo)和耗能,這些元件被稱為非電源管理元件;上反,有些元件可以在不同時間工作,并且有多種耗能狀態(tài),相應(yīng)地消耗著不同的系統(tǒng)電能,這些元件稱為可電源管理元件??呻娫垂芾碓挠行褂贸蔀楣?jié)省系統(tǒng)耗能,使整個系統(tǒng)在有限電能下長時間工作的關(guān)鍵所在。
系統(tǒng)元件從一種耗能狀態(tài)到另一種耗能狀態(tài)往往需要一段時間,并且在這段時間內(nèi)會消耗更多的額外能量。狀態(tài)的改變會影響系統(tǒng)的性能,所以設(shè)計者需要在系統(tǒng)節(jié)能和系統(tǒng)性能之間找到恰當(dāng)?shù)恼壑郧腥朦c。本文介紹了動態(tài)電源管理中的一些方法。這些方法將決定元件是否改變耗能狀態(tài)和何時改變。
1動態(tài)電源管理技術(shù)
“動態(tài)電源管理”是動態(tài)地分配系統(tǒng)資源,以最少的元件或元件最小工作量的低耗能狀態(tài),來完成系統(tǒng)任務(wù)的一種降低功耗的設(shè)計方法。對于電源管理實施時間的判斷,要用到多種預(yù)測方法,根據(jù)歷史的工作量預(yù)測即將到來的工作量,決定是否轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)和何時轉(zhuǎn)換。這就是動態(tài)電源管理技術(shù)的核心所在——動態(tài)電源管理方法。
動態(tài)電源管理技術(shù)適用的基本前提是,系統(tǒng)元件在工作時間內(nèi)有著不相同的工作量。大多數(shù)的系統(tǒng)都具有此種情況。另一個前提是,可以在一定程度上確信能夠預(yù)知系統(tǒng)、元件的工作量的波動性。這樣才有轉(zhuǎn)換耗能狀態(tài)的可能,并且在對工作量的觀察和預(yù)知的時間內(nèi),系統(tǒng)不可以消耗過多的能量。
2電源管理
各個系統(tǒng)設(shè)備當(dāng)接到請求時,設(shè)備忙;而沒有請求時,就進入了空閑狀態(tài)。設(shè)置進入空閑時,可以關(guān)閉設(shè)備,進入低耗能的休眠狀態(tài);當(dāng)再次接到請求后,設(shè)備被喚起。這就是所謂的“電源管理”。然而,耗能狀態(tài)的改變是需要時間的,也就是關(guān)閉時延和喚起時延。喚起休眠狀態(tài)中的設(shè)備需要額外的能量開銷,如圖1所示。如果沒有這項開銷,也就用不著電源管理技術(shù)了,完全可以只要設(shè)備空閑就關(guān)閉設(shè)備、這種時延和能量開銷確定存在,所以必須考慮,只有當(dāng)設(shè)備在休眠狀態(tài)所節(jié)省的能量至少可以抵得上狀態(tài)轉(zhuǎn)換耗能的情況時,才可以進入休眠狀態(tài)。
電源管理技術(shù)是一個預(yù)知性問題。應(yīng)尋求預(yù)知空閑時間是否足夠長,以及于能否抵得上狀態(tài)轉(zhuǎn)換的耗能開銷??臻e時間過短時,采用電源管理的方案就得不償失了。所以事先估計出空閑時間的長短是電源管理技術(shù)中的首要問題。定義“恰當(dāng)?shù)耐V箷r間段”(tBE):能達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能的最短空閑時間段。此時間與設(shè)備元件本身有關(guān),與系統(tǒng)發(fā)出的請求無關(guān)。假設(shè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換延時t0(包括關(guān)閉和喚起延時)耗能為E0;工作狀態(tài)功率Pw,休眠狀態(tài)功率Ps,可由以下式求出tBE。
Pw×tBE=E0+Ps×(tBE-T0)
等式左邊為“適合暫停時間段”內(nèi)的耗能,也就是系統(tǒng)在這段用于節(jié)能的最短空閑時間內(nèi)繼續(xù)工作所需能量;右邊是狀態(tài)轉(zhuǎn)換耗能和休眠時間內(nèi)的系統(tǒng)耗能。tBE換和這段休眠時間內(nèi)的系統(tǒng)耗能。電源管理技術(shù)就是要預(yù)知將要發(fā)生的休眠時間是否能夠大于tBE,只有大于它,設(shè)備才有休眠的必要。
3基于先驗預(yù)知的動態(tài)電源管理技術(shù)
對于大多數(shù)真實系統(tǒng),即將輸入的信號是難以確定的。動態(tài)電源管理的決策是基于對未來的不確定預(yù)知的基礎(chǔ)之上的。所有的基于預(yù)知的動態(tài)電源管理技術(shù)的基本原理是探過去工作量的歷史和即將發(fā)生的工作量之間的相互關(guān)系,來對未來事件進行可靠的預(yù)知。對于動態(tài)電源管理,我們關(guān)心怎樣預(yù)知足夠長的空閑時間進入休眠狀態(tài),表達(dá)如下:
p={tIDLE>tBE}
我們稱預(yù)知空閑時間比實際的空閑時間長(短)為“預(yù)知過度”(“預(yù)知不足”)。預(yù)知過度增加了對性能的影響;預(yù)知不足雖對性能無影響卻造成了能量的浪費。要是能既無預(yù)知過度又無預(yù)知不足,那就是一個理想的預(yù)知。預(yù)知的質(zhì)量取決于對觀察樣本的選擇和對工作量的統(tǒng)計。
3.1靜態(tài)預(yù)知方法
固定超時法:最普遍的電源管理預(yù)知法,用過去的空閑時間作為觀察校本對象來預(yù)知當(dāng)前空閑時段的總持續(xù)時間。此方法總結(jié)如下:空閑時鐘開始,計時器開始計時,超過固定超時時間tTO系統(tǒng)仍處于空閑,則電源管理使得系統(tǒng)休眠,直到接收到外界請求,標(biāo)志著空閑狀態(tài)的結(jié)束。能夠合理地選擇tTO顯然是這種方法的關(guān)鍵。通常在要求不高的情況下取tTO=tBE。
固定超時法優(yōu)點有二:①普遍適用(應(yīng)用范圍僅限決于工作量);②增加固定超時值可以減少“過度預(yù)知”(即預(yù)知時間比實際空閑時間長)的可能性。但是其缺點也明顯:固定超時過大則將引起預(yù)知不足,結(jié)果不能有效的節(jié)省能量,相當(dāng)多的能量浪費在等待超時上。
預(yù)知關(guān)閉法:此方法可以解決固定超時法中等待固定超時而耗費過多能量的問題,即預(yù)知到系統(tǒng)的空閑可能性就立即關(guān)閉系統(tǒng),無需等到空閑時間超過超時值。預(yù)知方法是對歷史工作量的統(tǒng)計上做的有肯定性估計。
Srivastave提出了兩種先驗關(guān)閉的方案。
①非線性衰減方程(φ)。此方程可由過去的歷史中得到。
t的上標(biāo)表示過去空閑和工作時期的序號,n表示當(dāng)前的空閑時期(其長度有待于預(yù)知估計)和最近的工作時段。此方程表明了要估計將發(fā)生的空閑時期,要考慮到過去的空閑和工作時期。
如果tpred>tBE,那么系統(tǒng)一空閑就立即關(guān)閉。觀察樣本是
此方法的局限:
*無法自主決定衰減方程的類型;
*要根據(jù)收集和分析的分散數(shù)據(jù)建立衰減模型,并且這些數(shù)據(jù)適合此衰減模型。
這些數(shù)據(jù)適合此衰減模型。
②極限方案。此方案基于一個極限。觀察樣本為緊挨著當(dāng)前空閑時期之前的工作時期,如果便認(rèn)為空閑時期比前一個工作時期長,則系統(tǒng)關(guān)閉。
注意:統(tǒng)計研究表明,短時間的工作時期后是長時間的空閑期;長時間的工作期后是短時間的空閑期。這樣的系統(tǒng)可以用極限法,如圖2所示。而短時期的工作期后是短時期的空閑期這種情況下就不能用些極限法??傊?,對tthr的選擇尤為重要。
預(yù)知喚起法:可以解決固定超時方法中喚起時的性能損耗。當(dāng)預(yù)知空閑時間超時后則系統(tǒng)喚起,即使此時沒有接收收到任何系統(tǒng)請求。使用此方法應(yīng)注意的是,如果tidle被“預(yù)知不足”,則這種方法增加了能量的消耗,但同時也減少了等待接收第一個系統(tǒng)請求的時間,還是在一定程度上節(jié)省了能量,提高了系統(tǒng)性能。
3.2動態(tài)預(yù)知方法
由于動態(tài)電源管理方法的最優(yōu)化取決于對工作量的統(tǒng)計,當(dāng)工作量既未知又非靜態(tài)時,靜態(tài)預(yù)知方法就不是十分有效。因此,就有了動態(tài)預(yù)知方法。對非靜態(tài)工作量有幾種動態(tài)的預(yù)知方法。
①設(shè)定一套超時值,每個值與一個參數(shù)相關(guān)。此參數(shù)表明超時值選擇的準(zhǔn)確性。此方法是在每一個空閑時間內(nèi),選擇這些超時值中最有效的一個值。
②此方法同樣有一些供選擇的超時值,分配給每個值一個“權(quán)”。此“權(quán)”是對過去相同要求下,采取此超時值帶來的滿意度為衡量對象抽象出的參數(shù)。實際采用的超時值是取所有被選超時值的權(quán)的平均。
③只采用一個超時值,當(dāng)選擇此超時值后會引起許多不盡如人意的“系統(tǒng)關(guān)閉”后,再適當(dāng)增加此值。當(dāng)更多的“系統(tǒng)關(guān)閉”可以被接受了,則適當(dāng)降低此值。
4總結(jié)
動態(tài)電源管理是降低電子系統(tǒng)耗能的有效設(shè)計方法。在電源管理系統(tǒng)中,不同元件的工作狀態(tài)要動態(tài)地適應(yīng)不同程度的性能要求,只有這樣才能最小化空閑時間浪費的能量或者無用元件浪費的能量。
一、集體活動的設(shè)計
數(shù)學(xué)集體活動的主要任務(wù)是幫助幼兒理解重點和難點,了解并掌握活動的規(guī)則和方法。為此,應(yīng)該特別重視以下兩個方面。
(一)提供適宜的教具
數(shù)學(xué)活動的教具應(yīng)該在形象美觀的基礎(chǔ)上,特別注意具體化和明朗化。一般來說,教具要有利于突出重點,分散難點,排除不必要的干擾因素,具有可操作性。
例如,大班“交集分類”活動的重點是讓幼兒理解兩個集合相交部分的含義。我們設(shè)計了兩個紙圈,它們各代表一個集合。先將這兩個紙圈分開擺放,讓幼兒結(jié)合已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗——按特征標(biāo)記分類——在這兩個紙圈中擺放相應(yīng)的圖形片,然后移動一個紙圈使之與另一個紙圈相交,引導(dǎo)幼兒發(fā)現(xiàn)兩圈相交部分的圖形片同時具有兩個集合的特征。用這樣的教具來演示,可以使幼兒循著較為清晰的思路來理解、接受:第一步,對兩個集合各自的特征進行確認(rèn),從而產(chǎn)生一種清晰明了、確信不疑的心態(tài);第二步,通過移動相交的過程,幼兒“發(fā)現(xiàn)”了相交部分,并理解其中的圖形片既具有各自集合的特征,又在某一方面具有另一個集合的特征。在這個過程中,幼兒順利地接受了交集分類的知識,體驗到了“發(fā)現(xiàn)”的成功感。顯然,如果我們只是在圖上畫出兩個相交圓,并在其中擺放相應(yīng)的圖形片,幼兒就很難從兩個靜止不動的圓形中理解交集分類的含義。
(二)設(shè)計清晰簡練的教學(xué)語言
在數(shù)學(xué)活動中,教師的教學(xué)語言起著十分重要的作用。教師必須事先精心設(shè)計教學(xué)語言,不能臨陣磨槍,更不能憑感覺臨時發(fā)揮。
1.講解
教師的講解是幫助幼兒理解數(shù)學(xué)知識,掌握活動規(guī)則所必需的。我們在設(shè)計講解語時,一般注意以下四個要求。
①清楚明確。教師的講解語應(yīng)該很明確,讓幼兒一聽就知道要做什么,怎么去做。例如,我們?yōu)椤翱磾?shù)拍手”活動設(shè)計的講解語——下面,我們玩“看數(shù)拍手”的游戲。老師拿出的數(shù)學(xué)是幾,你就拍幾下手。拍完后就說:幾,我拍了幾下。這段講解語只有三句話,第一句介紹游戲名稱,第二句交代游戲方法,第三句教幼兒正確表達(dá)自己的操作結(jié)果。
②要言不煩。在設(shè)計講解語時,教師必須清楚地知道哪些應(yīng)該先說,哪些應(yīng)該后說;哪些應(yīng)該詳細(xì)地說,哪些應(yīng)該簡略地說。例如,“認(rèn)識數(shù)字5”這一活動的重點是認(rèn)識數(shù)字5及其所代表的量。為此,教師應(yīng)該首先引導(dǎo)幼兒確定數(shù)量,再引導(dǎo)幼兒仔細(xì)辨認(rèn)字形并理解這一數(shù)字所代表的量。至于貼絨板上有哪些小動物,它們有什么不同則無需多說,因為這都不是這一活動的重點。
③有條有理。教師應(yīng)從操作的實際順序和幼兒的思維(或者行動)習(xí)慣這兩者的結(jié)合上作綜合考慮,使語言具有條理性。例如,在“按數(shù)串木珠”的活動中,教師應(yīng)有條不紊地交代:理出同色木珠——認(rèn)清木棒上標(biāo)示的數(shù)字——把與木棒上數(shù)字一樣多的木珠串在木棒上。如果教師只是籠統(tǒng)地交代:數(shù)字是幾,就串幾顆木珠,而且所串木珠的顏色要一樣。那么,幼兒很可能只考慮數(shù)量的要求,而忽略所串木珠在顏色上的要求。
④科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。我們有時會為了便于幼兒理解而忽視數(shù)學(xué)概念的科學(xué)性,這是很不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹=處熢谑痉吨v解時的語言既要便于幼兒理解又要準(zhǔn)確。例如,在比較數(shù)量時,應(yīng)說“哪個多,哪個少”,不能說“哪個大,哪個小”。再如,在比較圓形和三角形時,有些教師往往說“三角形有角,圓形沒有角”,這是錯誤的,因為圓有圓周角。
2.提問
提問的目的是為了幫助幼兒思考,讓他們運用已有的知識、經(jīng)驗去探索新問題,解決新問題。為此,有以下三個方面應(yīng)特別注意。
①圍繞目標(biāo),緊扣主題。教師要善于抓住每個活動的目標(biāo),清晰有序地設(shè)計提問。例如,在中班的“哪個多哪個少”活動中,我們確定該活動的目標(biāo)是比較物體數(shù)量的多少。教師首先問:這里有什么?它們哪個多,哪個少?當(dāng)幼兒受物體大小以及排列形式的影響,不能正確地分析、比較時,教師再問,你怎么會覺得這個多,那個少呢?幼兒往往會認(rèn)為:這個占的地方大,排的隊伍長,所以這個多。此時,教師應(yīng)進一步設(shè)問:我問的是“哪個多哪個少”,而不是問“哪個占的地方大,排的隊伍長”。經(jīng)過這樣的啟發(fā)誘導(dǎo),幼兒就能夠排除干擾因素,理清自己的思路了。
②由淺入深,分出層次。循序漸進地設(shè)問,可以分散教學(xué)難點,減少思維障礙,保持幼兒的學(xué)習(xí)積極性。例如,在“用一個數(shù)字表示相等量”的活動中,我們提供4張動物卡片,其中3張卡片上的動物數(shù)量相等。如果教師直接提問:用哪個數(shù)字來表示卡片上一樣多的動物?和這一數(shù)字不一樣多的動物怎么辦?幼兒就會難以回答,束手無策,從而使自信心和積極性大受挫傷。我們可以將上述問題分解成由淺到深的一系列小問題逐個提出,比如:卡片上有什么?它們每樣各有多少?哪些動物一樣多?它們各是多少只?用哪個數(shù)字來表示一樣多的動物?哪種動物同這幾種動物的數(shù)量不一樣?它可以用什么符號來表示?這樣的提問就會大大降低問題的難度,使幼兒進入順暢的思維軌道。
③正逆設(shè)問,拓展思維廣度。數(shù)學(xué)活動中,教師應(yīng)該有意識地培養(yǎng)幼兒思維的靈活性。例如,在“使兩組物體數(shù)量相等”的活動中,我們在貼絨板上出示5只小貓,6只小狗。首先提問:用什么方法讓小貓和小狗一樣多?當(dāng)幼兒回答出用添加的方法時,我們再進一步啟發(fā)幼兒還可以用什么方法,從而引導(dǎo)幼兒從不同的角度去思考問題,培養(yǎng)他們思維的靈活性,拓寬他們的思維廣度。
二、分組活動的設(shè)計
集體活動之后,我們往往安排一些分組活動。在這段時間里,我們提供幾種材料,讓每組幼兒輪流操作。在分組活動中,我們比較注意以下幾個問題。
(一)提供多元化的操作材料
1.緊扣目標(biāo),提供多樣化的材料
為分組活動提供的材料既要緊扣教育目標(biāo),又要豐富多樣。例如,在“認(rèn)識梯形”的活動中,活動的目標(biāo)是感知梯形的基本特征。根據(jù)這一目標(biāo),我們提供了以下幾種材料:①火柴棍(用來拼梯形,幫助幼兒體驗梯形的外形特征);②三角形、長方形、正方形的紙和剪刀(用來變梯形,幫助幼兒進一步感知梯形的基本特征,并體驗變梯形的多種途徑);③由各種幾何圖形組成的形象(給其中的梯形涂色,幫助幼兒感知梯形的多種變化)。
雖然這三種材料各不相同,操作方法及作用也不完全一樣,但都是緊緊扣住活動目標(biāo)的。這種豐富多彩的材料,既可以引起幼兒的學(xué)習(xí)興趣,又可以用不同的形式來鞏固幼兒的習(xí)得。
2.因人而異,提供不同難度的材料
幼兒的個體差異是客觀存在著的,因此,要根據(jù)幼兒的不同發(fā)展水平來提供不同難度的材料,例如,在“按顏色分類”的活動中,我們提供了3組圖形片和顏色標(biāo)記:①顏色不同,大小、形狀均相同;②顏色、大小均不同,形狀相同;③顏色、大小、形狀均不同。這三組材料中,后一組均比前一組難一些,這對不同發(fā)展水平的幼兒來說,是適宜而有益的。
(二)注重觀察幼兒的操作活動
1.觀察新的活動內(nèi)容
我們組織的分組活動經(jīng)常采用新舊內(nèi)容結(jié)合的做法。對于新的內(nèi)容,幼兒往往會有陌生感,因此,教師對此要特別關(guān)注,以便及時發(fā)現(xiàn)幼兒在操作時的問題,給予有效的幫助和指導(dǎo)。
2.觀察幼兒解決問題的方法
分組活動時,教師應(yīng)注意觀察幼兒在操作過程中采用什么方法來解決問題。當(dāng)發(fā)現(xiàn)幼兒采用了好的方法,要及時向全班幼兒介紹,讓大家來學(xué)習(xí)。例如,在“給棍子排隊”的活動中,我們發(fā)現(xiàn)有的幼兒先將所有的棍子拿在手中,然后依次抽出最長的棍子來排列。我們及時將這一方法介紹了給全體幼兒,使許多幼兒都學(xué)會了這種又快捷又準(zhǔn)確的方法。
(三)重視活動的評價
對分組活動進行評價的內(nèi)容應(yīng)包括幼兒對所學(xué)知識的掌握情況和學(xué)習(xí)興趣、習(xí)慣等有關(guān)方面。在評價時應(yīng)注意以下兩點。
摘要:三維動畫技術(shù)應(yīng)用廣泛。在課件中引入三維動畫,可進一步提高學(xué)生興趣,降低知識點難度,增強教學(xué)效果。
多媒體教學(xué)技術(shù)在中學(xué)教學(xué)中越來越普及,教育工作者制作出了各種類型的豐富多彩的課件。其中就動畫內(nèi)容而言,平面動畫較多,三維動畫還比較少見。筆者對三維動畫方面的問題很感興趣,就其在中學(xué)化學(xué)中的引入及初步應(yīng)用談?wù)勛约旱捏w會。
我使用的是3DStudioMAX(簡稱3DSMAX)三維動畫制作軟件。它集建模、材質(zhì)編輯、修改、渲染、動畫制作等功能于統(tǒng)一的Windows界面中,是一種大型、復(fù)雜的三維制作軟件。
3DSMAX對硬件環(huán)境的要求:使用相當(dāng)于Pentium300MH或以上主頻的CPUl28M內(nèi)存,板載4M顯存的3D加速顯卡以及支持1024x768分辨率的17英寸顯示器。這種硬件要求今天已比較普遍。操作系統(tǒng)最好采用WindowsNT。對于Windows98的用戶,也可使用3DSMAX,但是會遇到一些問題。首先是數(shù)值輸入問題,安裝完成后,建立造型時,不能輸入造型的幾何參數(shù),這時將S12sys.ron字體文件拷入操作系統(tǒng)的字體文件夾中,即可解決。其次,可能遇到內(nèi)存不足的問題,解決辦法是購買內(nèi)存或安裝一些第三方內(nèi)存管理軟件。
3DSMAX的窗口界面根據(jù)實際的功能大致可分為8個區(qū)域,分別是:視圖顯示區(qū),下拉菜單區(qū)、工具欄、命令面板,信息狀態(tài)欄、動畫控制區(qū)、視圖控制區(qū)、對象捕捉區(qū)。各種工具、命令名目繁多,并且都是英文專業(yè)詞匯,熟悉、掌握需要較長的時間。
作為一名基層化學(xué)教師,我曾經(jīng)建立了一些化學(xué)三維動畫模型。
例:建立數(shù)個在空間以各種角度旋轉(zhuǎn)的乙烯分子球棍模型,其中一個漸至滿屏,其余隱至最遠(yuǎn)處。
1、制作碳原子模型。打開“Create”命令面板,單擊“Sphere”球體按紐;在透視圖“Perspective”中拉出球體,3DSMAX自動命名球體為“Sphere01”,作為C原子;打開“Modify”命令面板,在“Parameters”參數(shù)欄輸入數(shù)據(jù),修改球體半徑為所需。
2、制作兩個氫原子模型。同上,建立另一個球體“Sphere02”,作為H原子,兩球半徑比為r(C)/r(H)=30/23:選中Sphere02,按下空格鍵鎖定選擇,單擊工具欄上的“Pan”按紐,按下鍵盤的Shift鍵同時用鼠標(biāo)拖動球體,在彈出的“CloneOptions”對話框中選擇“COPY”復(fù)選框單擊“OK”確認(rèn),復(fù)制出一個與“Sphere02”完全一樣的的球體。
3、制作兩個連杠。按下“Geometry”命令面板上的“Cylinder''''’按鈕,在透視圖中制作一個圓柱體;設(shè)高、半徑為所需。
同上,復(fù)制一個連杠。
4、將各部分組成一個整體。前面建立的各部分均為獨立的整體,必須將它們組合為一個整體。
首先單擊“SelectcandLink”按鈕,在大球上按下左鍵,將該球拖到一個連杠上,放開鼠標(biāo)鍵;對其余各球、連杠同樣操作;
其次,按住Ctrl鍵用鼠標(biāo)占取各物體,將五個物體全部選中,單擊“Croup”菜單上的“Group”命令,在彈出的對話框中輸入“乙烯片段”,單擊“OK''''’,關(guān)閉對話框,這樣五個物體組合為一個整體。完成乙烯分子球棍模型的一半。在場景中移動任何一個物體,組中物體都隨著移動。最后使用“Attach”命令將各部分真正結(jié)合成一個實體。
5、復(fù)制乙烯分子球棍模型另一半。
6、制作一根較長連杠,將兩部分連接起來。
7、將三部分連接為一個整體,即得到一個完整的乙烯分子球棍模型。
8、復(fù)制6至7個乙烯分子模型。
9、制作動畫。按下動畫控制區(qū)“Anim”動畫記錄按鈕(變?yōu)榧t色),移動時間滑塊到50幀,將處于同等位置的數(shù)個乙烯分子邊從XY平面、XZ平面、YZ平面旋轉(zhuǎn),邊移至漸遠(yuǎn),同時將一個乙烯分子各角度旋轉(zhuǎn)至漸近;移動時間滑塊到100幀,同樣將漸近的一個乙烯分子移至滿屏,并以正面呈現(xiàn),其余分子移至屏幕最遠(yuǎn);關(guān)閉動畫記錄。
10、單擊動畫控制區(qū)“Play”按鈕,即可看到制作好單一個乙烯分子球模從一群分子中以各個角度飛出至滿屏,其余退至最遠(yuǎn)。
一、現(xiàn)代基本設(shè)計課程與傳統(tǒng)教學(xué)藝術(shù)設(shè)計教學(xué)的區(qū)別
電腦藝術(shù)設(shè)計課程是現(xiàn)代設(shè)計藝術(shù)的重要組成部分,是視覺傳達(dá)的重要手段。其教學(xué)內(nèi)容包括編排設(shè)計原則、編排設(shè)計原理、編排的視覺流程、編排設(shè)計的形式法則、編排的基本類型、文字的編排構(gòu)成、圖形的編排構(gòu)成及現(xiàn)代編排設(shè)計的發(fā)展趨勢等。通過在版面上對空間層次、主從關(guān)系、視覺秩序及彼此間的邏輯條理性的把握與運用,將有限的視覺元素進行有機的排列組合,將理性思維個性化地表現(xiàn)出來,使版面編排獲得良好的誘導(dǎo)力,更好地突出主題,在傳達(dá)信息的同時,產(chǎn)生感官上的美感,達(dá)成最佳的訴求效果。
1.教學(xué)內(nèi)容外在形式的變化
傳統(tǒng)的編排設(shè)計教學(xué)的最大弊病在于信息傳遞媒體單一,教師靠口述和板書及有限的范圍在一定時間內(nèi),往往只能傳授給學(xué)生知識的結(jié)論,難以讓學(xué)生直觀感知、欣賞國內(nèi)外眾多的優(yōu)秀設(shè)計作品,更無法從多角度、多環(huán)境立體而全面地分析其創(chuàng)意形成的過程。學(xué)生經(jīng)自己觀察、思考、抽象后形成的知識少,實際上不自覺地扼殺了學(xué)生全面探索以及創(chuàng)造性思維的能力,從而限制了學(xué)生素質(zhì)的全面提高和能力的培養(yǎng)。多媒體技術(shù)的介入,無疑為電腦藝術(shù)設(shè)計教學(xué)注入了新的內(nèi)容,在同樣的時間內(nèi),課件以文字、圖像、聲音等有機結(jié)合的方式運用于教學(xué),為學(xué)生創(chuàng)造了良好的知識情境,引導(dǎo)學(xué)生自己去探索、發(fā)現(xiàn)、歸納、總結(jié)知識的結(jié)論,從而有利于學(xué)生把握知識的整體和各個側(cè)面,增強了教學(xué)的系統(tǒng)性、深入性。
2.教學(xué)內(nèi)容內(nèi)在結(jié)構(gòu)的變化
教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在結(jié)構(gòu)就是學(xué)科知識結(jié)構(gòu)的組織設(shè)計。知識結(jié)構(gòu)是學(xué)科知識間的邏輯關(guān)系,是學(xué)科內(nèi)含智力因素的信息源。傳統(tǒng)的編排設(shè)計教材都是以教為主,以線性結(jié)構(gòu)來組織學(xué)科知識結(jié)構(gòu),學(xué)生利用它學(xué)習(xí)自由度不大,靈活性不強,而且難以促使學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu)向新知識結(jié)構(gòu)的有效遷移。多媒體是一種以接近人類認(rèn)知特點的方式來組織、展示教學(xué)內(nèi)容及構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)的,它的信息組織方式是一種非線性結(jié)構(gòu)——把信息的組織形式與信息內(nèi)容呈現(xiàn)的多樣性、復(fù)雜性結(jié)合起來,為學(xué)生提供一種動態(tài)的、開放的結(jié)構(gòu)化認(rèn)知空間,既注重學(xué)科的基本內(nèi)容,又包括學(xué)科內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系;既注重知識的形成過程,又注重知識的結(jié)構(gòu),使教學(xué)內(nèi)容的統(tǒng)一性與靈活性得到了完善的結(jié)合。這種采用網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)來組織的教學(xué)內(nèi)容,把相互關(guān)聯(lián)的知識點有層次的構(gòu)成一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),系統(tǒng)由節(jié)點和鏈組成,節(jié)點表示教學(xué)內(nèi)容的知識點,鏈?zhǔn)侵R點之間的層級邏輯關(guān)系,教學(xué)內(nèi)容在結(jié)構(gòu)的變化使學(xué)習(xí)的知識著眼于不同的側(cè)面,使學(xué)生對知識形成了多角度、豐富的理解,從而使他們在面對各種設(shè)計問題時,能更容易地激活這種知識,靈活地利用它們進行設(shè)計,形成解決問題的程序。
二、電腦藝術(shù)設(shè)計色彩構(gòu)成教學(xué)
在電腦藝術(shù)設(shè)計色彩學(xué)習(xí)中,對呈現(xiàn)知識的框面藝術(shù)設(shè)計盡可能追求新穎獨特。色彩對于人們的重要性,猶如陽光,空氣和水一樣必不可少,作為美術(shù)設(shè)計者,更應(yīng)該自覺地認(rèn)識色彩、創(chuàng)造色彩,一件設(shè)計作品的美感是綜合了形態(tài)、色彩、質(zhì)感而產(chǎn)生的。然而,看到作品的瞬間。首先訴諸于觀者眼睛的是色彩的組合效果,也就是色彩美的問題。在設(shè)計中,不同的色彩搭配組合會給人的視覺和心理上形成諸如溫暖、寒冷、華麗、樸素、強烈、柔弱、明亮、陰暗等不同的環(huán)境氣氛,表現(xiàn)各種不同的感情效果。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式在講授色彩原理時,教師往往以字代色,兩種或多種色彩的對比及調(diào)和效果,學(xué)生只能通過聯(lián)想加以比較,尤其對一些色彩感覺較弱,對色彩知識了解也較少的學(xué)生,這一點表現(xiàn)得尤為明顯,學(xué)生在后期的實際應(yīng)用中,很難把構(gòu)成中的色彩知識自覺地應(yīng)用于創(chuàng)作中,出現(xiàn)了臨摹不成問題,創(chuàng)作卻難上加難的情況,有的學(xué)生甚至要求在重新講解相關(guān)的色彩知識,這些都說明前期的教學(xué)模式存在著一些問題。AdobePhotoshop軟件作為影像處理軟件,在色彩的使用及調(diào)控方面有著較強的優(yōu)勢,快捷的填充,靈活的色彩更換方式,每一項都簡便易學(xué),把Photoshop應(yīng)用于色彩構(gòu)成教學(xué)中,教師可以通過屏幕對色彩間的復(fù)雜關(guān)系進行形象地講解,學(xué)生通過真實的色彩表現(xiàn),輕松掌握色彩搭配規(guī)律,在作業(yè)的制作上,可免去學(xué)生手工操作過程中所出現(xiàn)的涂色不均等問題,并可衍生出多個方案,便于比較,擴大練習(xí)范圍。作為設(shè)計專業(yè)的學(xué)生,除了教師的課堂講授外,更多的需要借助大量深入而又系統(tǒng)的色彩作業(yè)練習(xí)去理解色彩原理,磨煉色彩感覺,精純表現(xiàn)技巧,提高自身的色彩修養(yǎng),為以后與色彩相關(guān)的設(shè)計課程打下良好的基礎(chǔ)。
三、藝術(shù)設(shè)計過程的變化
我們曾以客觀物質(zhì)材料來塑模型,召集我們已逐漸步入虛擬實境的時代。計算機自身是一個復(fù)雜的信息處理系統(tǒng),同時它又與周圍的環(huán)境、開發(fā)商及使用者構(gòu)成另一個系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)環(huán)境下的工作帶來設(shè)計者的思維及工作方法的一系列變化:傳統(tǒng)的設(shè)計程序是被化分為幾個階段,即分析—構(gòu)思—制作—選擇—評價—再修改制作—再選擇定案的過程,設(shè)計者必須親歷每個部分,參與每個過程,自身的角色也隨之不斷變化,設(shè)計者不但要有良好的設(shè)計思維,同時也要具備過硬的多種制作方法與手段;而運用計算機進行輔助設(shè)計時,情形就大有改觀:設(shè)計人員只需作好滿意的一個或幾個供選擇的構(gòu)思或創(chuàng)意,剩下的工作就是運用適當(dāng)?shù)能浖ㄟ^指尖點擊鼠標(biāo)傳遞設(shè)計人的意旨,就可獲得形象色彩俱佳的設(shè)計稿來。免去了作者許多親身制作之苦,也往往獲得更為滿意的效果。
在平面設(shè)計中,通過計算機輔助設(shè)計,作者可得到多種質(zhì)感的表現(xiàn)效果。設(shè)計者運用計算機材質(zhì)庫中所提供的材料肌理,使它與制作的圖形或文字結(jié)合,通過視覺產(chǎn)生軟硬、粗細(xì)、明暗、透明模型等對比的變化效果,來確定并有效地進行形體、模塊的重組構(gòu)造,方便地改變開頭色彩等,還可利用計算機內(nèi)多種攝影特技技巧,造成特有的動感效果,達(dá)到精細(xì)的設(shè)計作品,使其層次感、豐富性移樣化更為突出;而在立體的設(shè)計中,設(shè)計者更能得心應(yīng)手,運用自如地表現(xiàn)出物體的各個側(cè)面及細(xì)部,計算機強大的計算機功能可以將每一條曲線,徒刑模數(shù)精確計算出并能虛擬實境表現(xiàn)出來,顯示出模型的最終效果。設(shè)計者亦可以加入動畫設(shè)計,使物體處于運動之中,觀察設(shè)計物體在運動中的各部分關(guān)系,及時調(diào)整設(shè)計構(gòu)思,這樣的設(shè)計過程生動而直觀。無論是二維設(shè)計或是三維設(shè)計,圖像或圖形通過數(shù)字化后的高速傳遞,一切都變得那么輕松自如。在這當(dāng)中設(shè)計者能體會到無窮的樂趣,也貪圖到變化多端的設(shè)計手法。新的設(shè)計造型語言和思維理念,更能貼近于生活,融入于時代之中。計算機輔助設(shè)計也給設(shè)計者提供了另一種巨大的新鮮設(shè)計空間:設(shè)計者一方面,既可以取材于身邊的或其它地方的現(xiàn)成材料通過掃描儀、數(shù)碼相機等工具的輸入加入設(shè)計,又可加入音樂,聲響等情景資料豐富設(shè)計內(nèi)容;另一方面,可在虛擬的實境中建立三維模型進行多媒體展示等等,按自己意念顯示出個性和多樣化。此時的設(shè)計者已成為設(shè)計元素融入設(shè)計作品當(dāng)中,將在傳統(tǒng)的以設(shè)計作品的靜態(tài)表述變成了如今動態(tài)空間的多維設(shè)計表述,形成人機互動的局面。
四、電腦藝術(shù)設(shè)計教學(xué)構(gòu)想
現(xiàn)代的教學(xué)方法變傳統(tǒng)的課程講授式為啟發(fā)引導(dǎo)式,追求教與學(xué)的合作化,實現(xiàn)“教”與“學(xué)”的良性互動?;诙嗝襟w計算機的聯(lián)網(wǎng),協(xié)作討論成為多媒體輔助教學(xué)中最有特點的教學(xué)方法——不但師生之間可以交流,而且學(xué)生之間實現(xiàn)了交互協(xié)作——協(xié)作形式有可能是文件、數(shù)據(jù)、也有可能是語言、圖形、圖像,為啟發(fā)引導(dǎo)式教學(xué)創(chuàng)造了共同討論交流的條件。我們把這一新的教學(xué)形式運用于教學(xué)活動中,并作了一定嘗試-針對電腦編排創(chuàng)意設(shè)計課程課題的提出,首先讓學(xué)生去思考宣傳手冊的整體形象設(shè)計,要求每個學(xué)生拿出整體設(shè)計方案一套,通過競標(biāo),點評學(xué)生的作品,挑選出最佳設(shè)計方案,經(jīng)集體討論評估使方案得以完善,在此基礎(chǔ)上進行自選課題的設(shè)計。