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作者简介：卢秀泉（1981-），男，朝鲜族，吉林集安人，吉林大学机械科学与工程学院，讲师；张小江（1979-），男，湖北随州人，吉林大学机械科学与工程学院，讲师。（吉林 长春 130022）
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）32-0164-02
一、实验课程背景介绍
“机械原理”是机械类工科学生接触到的第一门专业基础课，在机械工程课程体系中占据着重要的基础地位。基于“机械原理”的课程特点，在教学中注重理论与实践相结合。结合“机械原理”教学中的知识重点，在贴近工程实际的同时，注重培养学生的动手能力、创新意识及对现代虚拟设计和现代测试手段的灵活运用能力。为了实现以上教学目的，本文应用曲柄摇杆机构多媒体测试仿真设计实验台作为载体，设计了一项“机械原理”综合性实验。综合实验内容涵盖：平面机构运动分析和结构设计、机械运转及速度波动调节、机构平衡等章节。通过本项综合实验的学习使学生将理论课程中各章内容串联起来，掌握各章内容在机构设计中的内在联系和工程意义，加深对所学内容的理解。本项综合实验是“机械原理”课程教学中一个重要的教学环节。[1] 学生通过本项综合实验，所需达到的具体要求有：
一是应用动态测试与设计实验台，采集、处理平面机构在运动过程中的动态参数，并拟合出实测的动态参数曲线。在此基础上，应用动力学仿真软件对该平面机构的运动进行仿真，提取相应的动态参数变化曲线，实现实测曲线与理论计算曲线的对比，并对误差原因进行简单分析。
二是优化平面机构的结构参数后，重新通过动态测试实验台测试与计算机仿真两种方式对优化后机构的运动进行验证和对比分析。
三是使学生利用动态测试与设计实验台掌握理论仿真与实际测试相结合的方法，在实验台软件指导书的指导下，可以独立地完成实验。
二、相关机械原理教学内容介绍
在进行本项综合实验前，应要求学生对综合实验所涉及理论课中的各章知识点进行复习，指导教师需对相关理论知识做简单的提示和讲解。实验所涉及的具体知识点包括三方面。
1.平面连杆机构的传动特点和设计方法
平面连杆机构的运动副一般均为低副，所以也称为低副机构。其构件多呈杆状，通常按照机构中包含的杆数来命名，比如四杆、六杆机构等。平面连杆机构在传动时可以实现多种运动规律的变换，并且连杆曲线形状丰富，以本实验所设计的曲柄摇杆机构为例，可以满足不同轨迹的设计要求。
曲柄摇杆机构在运动时，曲柄作为主动件匀速转动，而从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度，具有急回特性。采用图解法按照给定的行程速比系数K对该机构进行设计。具体设计方法：依据K求出极位夹角θ，做出铰链点A的轨迹圆，确定铰链点A的位置后，利用机构在极位的几何关系求出曲柄的长度，从而设计出整个曲柄摇杆机构。[2，3]
2.机械运转及速度波动调节
机械在稳定运转阶段，当驱动功等于阻抗功时，在公共周期内等效构件的角速度会发生周期性的波动，从而引起机械系统周期性的速度波动。为了对机械的周期性速度波动进行描述和分析，提出了速度不均匀系数δ和平均角速度ωm。机械运转中产生的速度波动不仅会降低机械工作的质量，而且会减小机械的效率和寿命。因此，必须控制和调节周期性速度波动，将其限制在许用的范围内。调节方法是在机械中安装具有大转动惯量的旋转构件——飞轮。[2，3]
3.机构的平衡
重点掌握刚性转子的静平衡和动平衡计算。
机械中轴向尺寸比较小的盘状转子（砂轮、齿轮等），可近似认为其质量分布在同一回转平面内。这种转子的不平衡现象在转子静态时就可表现出来，所以称为静不平衡转子。刚性转子静平衡的条件是：在同一回转平面添加或减少平衡质量后，转子中各个偏心质量的惯性力的矢量和为零。
而对于轴向尺寸较大的转子，其质量分布在不同的回转平面内。即使偏心质量引起的惯性力达到了平衡，但惯性力偶的作用方位随转子的回转而变化，所以这种不平衡只有在转子运转时才能体现出来，称其为动不平衡转子。刚性转子动平衡的条件是：选取转子的两个平衡基面，分别在这两个平衡基面上添加或除去相应的平衡质量。最终在运转时，使转子各偏心质量所引起的惯性力和惯性力偶同时得到平衡。[2，3]
三、实验台及操作软件简介
本项机械原理综合实验应用的曲柄摇杆机构动态测试与仿真设计综合实验台，如图1所示。该综合实验台具有的功能特点有：可以测量曲柄摇杆机构中曲柄、摇杆两构件的运动学参数及机架的振动参数，这一系列的参数变化可以通过计算机多媒体虚拟仪表显示出来，有效表达出其速度和加速度波形图；可通过计算机动力学仿真软件，对曲柄、摇杆两构件的真实运动规律和机架振动规律进行仿真，将提取出的速度和加速度波形图与实测曲线对比分析；学生可以在专用多媒体教学软件的说明文件指导下，有步骤地独立自主完成实验；自带的多媒体动力学软件还可以实现对曲柄摇杆机构的设计和连杆曲线运动图的绘制，从而有效将测试、仿真与设计分析几部分内容结合起来；实验台机构中活动构件杆长可以依据结构参数的调整而做相应的调节，同样平衡质量的大小、位置和飞轮转动惯量均可调节，以满足机构运动特性最优化的要求。
软件操作界面由曲柄摇杆机构动画演示界面、曲柄摇杆机构原始参数输入界面、曲柄运动仿真测试分析界面、摇杆运动仿真与测试分析界面、机架振动仿真与测试分析界面和连杆运动轨迹界面组成。
四、实验内容
1.曲柄摇杆机构设计
采用按行程速比系数和连杆运动轨迹两种设计方法对曲柄摇杆机构进行设计，均通过计算机辅助设计来完成。通过计算机虚拟仿真实验的方法对连杆运动轨迹进行计算，给出连杆上不同点的运动轨迹，根据工作要求，选择适合的轨迹曲线及相应曲柄摇杆机构。从而为按运动轨迹设计曲柄摇杆机构提供方便快捷的试验设计方法。
2.曲柄运动仿真和实测
通过仿真计算可以求出曲柄真实的运动规律，从而提取曲柄的角速度和角加速度曲线图，并以此作为进行速度波动调节计算的依据。另一方面，通过安装在曲柄上的角位移传感器和A/D转换器可以实现数据的采集、转换和处理，在计算机中可以拟合并显示出实测的曲柄角速度和角加速度曲线图。通过分析比较，使学生了解机构的结构参数对曲柄速度波动的影响。
3.摇杆运动仿真和实测
通过仿真计算可以求出摇杆真实的运动规律，从而提取摇杆相对曲柄转角的角速度和角加速度曲线图。通过安装在摇杆上的角位移传感器和A/D转换器可以实现数据的采集、转换和处理，在计算机中可以拟合并显示出实测的摇杆相对曲柄转角的角速度和角加速度曲线图。通过分析比较，使学生了解机构的结构参数对摇杆的速度波动和急回特性的影响。
4.机架振动的仿真和实测
通过仿真计算，首先求出机构质心（即激振源）的位移，拟合出在设定方向上激振源的速度曲线图和激振力曲线图（即不平衡惯性力），并给出需添加平衡质量的大小和方位。通过机座上可调节加速度传感器和A/D转换板，进行数据采集、转换和处理，在计算机中显示出在机架振动指定方向上实测速度和加速度曲线图。通过分析比较，使学生了解激振力对机架振动的影响。
五、实验步骤
第一，打开计算机，单击“曲柄摇杆机构”图标，进入综合试验台软件系统的封面。单击左键，进入曲柄摇杆机构动画演示界面。
第二，在曲柄摇杆机构动画演示界面左下方单击“曲柄摇杆机构”键，可以切入到曲柄摇杆机构原始参数输入界面。
第三，单击在曲柄摇杆机构原始参数输入界面左下方的“曲柄摇杆设计”键，弹出设计方法选框，单击所选定的“设计方法一、二、三”，弹出设计对话框，输入行程速比系数、摇杆摆角等原始参数，待计算结果出来后，单击“确定”，自动将计算结果原始参数填写在参数输入界面对应的参数框内；单击“连杆运动轨迹”进入连杆运动轨迹界面，给出连杆上不同点的运动轨迹，根据工作要求，选择适合的轨迹曲线及相应曲柄摇杆机构；也可以按使用者自己设计的曲柄摇杆机构尺寸填写在参数输入界面的对应的参数框内，然后按设计的尺寸调整曲柄摇杆机构各尺寸长度。
第四，启动动态测试实验台的电动机，观察曲柄摇杆机构的运转情况，待机构运转平稳后，测定电动机的功率，并将功率值填入到参数输入界面的对应参数框内。
第五，单击曲柄摇杆机构原始参数输入界面左下方的选定实验内容键（曲柄运动仿真、摇杆运动仿真、机架振动仿真），进入选定实验的界面。
第六，在选定的实验内容的界面左下方单击“仿真”，动态显示机构位置、动态的速度和加速度曲线图。单击“实测”，进行数据采集和传输，显示实测的速度、加速度曲线图。若动态参数不满足要求或速度波动过大，有关实验界面均会弹出提示“不满足！”及有关参数的修正值。
第七，如果要打印仿真和实测的速度、加速度曲线图，在选定的实验内容界面下方单击“打印”键，打印机自动打印出仿真和实测的速度、加速度曲线图。
第八，如果要做其他实验或动态参数不满足要求时，可在选定的实验内容的界面下方单击“返回”，返回曲柄摇杆机构原始参数输入面，校对所有参数并修改有关参数，单击选定的实验内容键，进入有关实验界面。
第九，如果实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。
六、结语
综上所述，学生通过本次机械原理综合实验，以曲柄摇杆机构动态测试与设计实验台作为载体，有效将机械原理课程中平面机构运动分析和结构设计、机械运转及速度波动调节及机构平衡等各章节内容串联起来。在掌握平面连杆机构设计方法的基础上，通过不断调整机构的设计参数，从而满足不同连杆轨迹的设计要求。同时，满足机构平衡计算和速度波动调节的要求。该实验台在综合实验教学中的应用，可以有效激发学生的学习兴趣和潜能，学生通过亲自动手操作实践可以系统学习和掌握相关的机械原理知识，进一步提高综合素质和综合创新能力，满足现代工业企业对综合技能人才的需求。
参考文献：
[1]王春义，李进新.加强实验教学，提高学生的创新能力[J].实验技术与管理，2002，19（3）：129-131.
中图分类号：TQ320.66 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0225-01
现在机械设备的结构越来越大，也越来越精密和复杂，这使得某些关键零部件结构的动态特性和综合性能影响越发明显，但是在现代机械结构的设计中并没有较好的顾及到关键部件的结构特性，导致机械设备的噪声和震动等问题日益严重，故障率也随之增加，同时机械结构设计中也存在着多种不稳定因素的影响，这些问题的出现都使得相关的稳健优化设计的必要性，本文通过设置机械结构动态特性指标的Kriging模型，能够快速的获得给定的结构设计方案中的动态特性指标值，旨在降低优化求解中的相关数值计算，实现最终对机械结构的优化设计方法。
一、 机械结构动态特性的多目标稳健优化模型
首先我们要明确机械结构动力学分析的基本原理，根据结构动力学，相关的振动方程为：
如何根据机械机构动态特性建立多目标稳健优化模型，是我们要思考和解决的问题，现在衡量机械结构动态特性好坏的重要标准就是其固定频率是不是避开了来自外界的激励频率。基于这一情况的考虑，建立一下形式的动态特性好坏的标准函数：
其中，f为设计矢量的函数，d为确定变量，s为随机变量，为激振频率。由于稳健优化设计的目标是为了使得结构动态特性指标趋向于平均值，而且方差尽可能的缩小，所以可以建立多目标的问价优化模型：
二、 基于双层更新Kriging模型的结构动态特性多目标稳健优化求解
从上文中我们知道，结合机械结构动态特性的优化设计是需要对动态特性指标的方差和均值同时达到最优的多目标优化方案，优化设计的过程中需要多次进行大规模的有限元仿真分析来获取对应的约束函数值和目标函数，由于整合的数据量非常大，求解的效率相对较低，为了解决这一难题，通过优化设计来获取足够多的样本点，建立拟合效果更好的Kriging模型，采取双层更新策略使得设计空间和区域有更高的契合度，从而快速而精确的获得优化函数的函数值和约束函数值。在这个思路的参考下，利用优化模型的算法，提高了对全局数据的搜索能力。
1、Kriging模型
工程领域有很多个常见的模型，分别为人工神经网络模型、Kriging模型和多项式响应面模型等。针对不同的问题，每个模型都有着一定的局限性，而Kriging模型由于具备局部随机误差和全局相似的双重特点 ，所以其有效性不受随机误差的影响，对局部响应突变问题以及非线性成都较高的问题都有较好的拟合效果。
Kriging模型可以看成是一个多项式和随机分布函数的和，如下：
y（x）即为一个位置的Kriging模型函数，f（x）是一个二阶回归函数，β、z（x）分别为待定系数和随机过程模拟函数。通过带入数据的相关矩阵，并根据Kriging模型理论，可以求得最后相关参数的特殊的特征是最大函数：
上式即为该值组成的Kriging模型下最优化拟合方案的模型
2、Kriging模型的双层更新方案
通过分析最优化的函数模型，我们可以得知Kriging模型的在优化设计方面的主要思路为，首先把需要设计的空间里的局部和全局误差带入样本点，在确保全局的精度的前提下更新模型，随后，在优化的数据中寻找近似最优解并且把这个最优解添加到样本点中来，具体的操作方法是，首先要构建初始模型，利用初始的样本点和双层最优化模型，建立局部的随机样本点集合，加上对有限元的分析获得相关的最优函数值，并将局部的点集带入到模型中，对比检验获得的数据是否满足拟合度要求。满足局部精度是远远不够的，在此基础上还要满足全局的精度，那么久需要对模型进一步的优化和更新，具体的方法是判断R值的收敛性的条件，若收敛，则要继续判断RMAE的收敛性，如果不收敛，则在该值的最大样本点附近新增少量的点并对其进行加密。最后是模型内部的更新策略，具体的方法是使用遗传算法，搜索最优解的数值，并带如模型中计算看是否能达到精度要求，如果能达到，那就保留模型，如果达不到的话，就使用迭代的方法，重新带入更新优化模型，知道达到为止。
3、结构动态特性多目标稳健优化问题的求解算法
基于该模型解决方案下，对于问题的稳健优化流程步骤为：1首先根据具体的设计要求，确定相关的变量，并确定变量的取值空间；2构建以设计变量的参数化有限元分析模型，模型使用的是拉丁超立方采样数值实验表，具体包括了两类变量的变化空间要求；3通过参数化有限元分析的模型和拉丁超立方采样实验表综合分析结构的有限元，通过对比各个实验方案的输出响应值，得到了我们需要的双层更新Kriging模型的初始样本点集；4通过初始的方案，来预算Kriging模型的结构动态特性指标的优化方案设计；5在双层更新Kriging模型和蒙特卡罗计算方法求出动态特性指标的方差和均值；6最后得出机械机构动态特性的文件优化模型，使用领域培植遗传学算法求解得到相关的最优解集，并判断解集是否满足条件，如果不满足，就要重新对设计变量进行筛选，然后改变变量的取值范围，返回第一步，重新开始稳健优化的计算。
结论：把机械结构动态特性指标看成需要优化的目标，在这个过程中把材料属性不确定性和装备的综合性能列入考虑的范畴，构建相关的机械结构特性的多目标优化模型，是对装备设计方案的基础方法，构建高精度高契合度的Kriging模型，能够提高对于机械结构稳健优化模型的约束函数和目标函数值获取的快速和准确。
参考文献
1 自动机械变速器（AMT）的结构原理
AMT是在传统的手动变速器和干式离合器的基础上，应用自动变速理论，由变速器电控单元（TCU， Transmission Control Unit）控制包括电动机、液压或气动元件在内的执行机构实现车辆起步、车辆选档和换档自动操纵、发动机节气门开度调节的车辆自动变速机构。
相比于另外两种常用的自动变速技术，使用液力变矩器传动的AT（Automated Transmission）和使用带轮传动的CVT（Continuously Variable Transmission），AMT有着传动效率高、可承受的载荷大、使用寿命长、结构简单、易于生产的突出优点。AMT的系统结构和工作原理可以由上图1简单描述， TCU根据驾驶员的意图（油门踏板、制动踏板、变速器手柄）及车辆的状态（发动机转速、离合器从动盘转速、车速），按换档规律实时、在线地担负起多路输入信号的采集、加工处理以及控制决策和控制指令的发出；借助相应的执行机构自动地完成节气门开度的调整、离合器的分离、接合和变速器的选、换档动作，使换档过程自动完成。如此，就实现了在车辆上取消离合器踏板和变速杆，只保留加速踏板，并通过加速踏板向TCU输出所需要的车辆运行信息。
2 自动机械变速器（AMT）的试验技术
AMT的试验主要可以分为台架试验和整车试验两部分，其中的整车试验是将AMT安装在整车上进行道路试验，主要查看其与整车的动力匹配情况和整车的相关性能数据。而台架试验是指通过将自动机械变速器单独装在试验台上进行的试验，其主要试验内容是考核自动机械变速器在结构设计上的合理性、加工制造、装配和调试的工艺性以及相关的性能指标，一般先进行台架试验后进行整车试验。在台架试验中根据试验内容的不同，又可分为台架性能试验和台架可靠性试验，台架性能试验包括了稳定工况下测得平均试验数据，得到自动变速器的静态特性和瞬态如加速、减速、变负荷工况下测得的瞬时参数值，从而得到的动态性能。台架可靠性试验则主要研究不同工况下自动变速器各零部件和总成的疲劳强度，包括冲击载荷试验、热冲击试验、超负荷试验、高速寿命试验等。
3 自动机械变速器（AMT）联调试验台的设计
针对上述的AMT试验技术要求，有必要开发搭建一套功能齐全的AMT试验台架，保证试验的安全可靠和数据采集的准确合理。AMT试验台架的设计可以分为整体结构设计、测控系统开发、系统通信网络设计、应用软件开发四个不同部分。
3.1 AMT联调试验台架的整体结构设计
本文开发设计的AMT联调试验台总体结构如图2所示，其中的数字分别表示：1.发动机，2.AMT变速器，3.、6.、 8.十字万向节，4.、 9.扭矩传感器，5.飞轮组，7.变传动比升速箱 10.测功机
3.2 AMT联调试验台架的测控系统设计
测控系统是试验台架的核心，它需要实现的功能主要有是实现对发动机转速和扭矩的动态控制，并实时采集并记录试验台中关于发动机、AMT的各种数据，并将采集到的数据分类存储，构建相应的数据库。实现上述功能需要有众多的传感器测量设备和信号转换、电路转换模块，以及各种相应执行器的控制器、控制器对应的接口等。其测控系统的结构图如图3所示，
其主要的工作过程是：TCU根据选择开关、加速踏扳、制动踏板以及其他各类传感器的信号状态来了解试验中模拟驾驶员的意图，这些信息告诉ECU（发动机控制单元）和AMT控制单元有关发动机及AMT各个部件的当前状态或工作状态，并同时通过测控系统的通信网络发送给总控制器及AMT控制器。相应地，各种执行机构接收总控制器及TCU的控制信号，实现对发动机和AMT的控制。AMT离合器位置信号、挡位信号、制动踏板位置传感器等同样由AMT控制器通过测控系统通信网络发送给上位机实现信息共享。
3.3 AMT联调试验台架的应用软件设计
AMT联调试验台架的应用软件设计包含的内容和要完成的任务比较多，如在进行试验前需要通过控制软件来设定必要的系统参数和试验参数，试验进行当中需要同时进行台架的控制，测试数据的采集、记录和显示，超限数据的报警等等，试验完成之后还要利用软件工具进行初步的数据处理、打印表格图形等。按照上述的联调试验台技术要求，开发的应用软件被分成系统参数设置、系统初始化、试验控制、报警及处理、试验管理、用户管理、数据处理等几个主要功能模块，本文使用C语言和Delphi7软件开发工具对上述几个功能模块进行了开发。
激光雕刻机机械传动平台是利用计算机控制、电气传动、伺服驱动和传感器等技术实现制造装备的自动化，完成先进制造工艺和流程的信息化，采用标记方法激光雕刻出各种文字，符号和图案等，它对产品的质量跟踪及防伪有特殊的意义。
机器传动方案设计实验台是基于机器的组成原理设计的，为方便布置各种机构和零部件，选择两个相互垂直的装配平面。水平装配面主要用来拼装传动部分，垂直装配面用来拼装执行构件，对运动形式复杂的机器，可以在水平平台配置两个或多个垂直平面，各平面之间通过传动轴连接，在水平平台上，可以进行传动部分的设计和拼装，实验台提供常用的各种零件、部件，如平带、V带、滚子链、直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、蜗杆传动等，还提供了牙嵌离合器、圆盘摩擦离合器、常用各种连轴器和带式制动器等，以及用来固定的螺纹连接件[1]。
在机器执行机构的运动为连续转动时，可直接在水平平台上进行机器传动方案的设计和拼装，在执行机构的运动是回转运动、直线运动或曲线运动等多种运动形式时，可以在垂直平面拼接出各种执行机构，通过锥齿轮实现两个平面的运动传递。
1 激光雕刻机水平运动平台的参数选择
1.1 基本参数 加工时间：8min；加工区尺寸：轴向长100mm，直径50mm；圆柱侧面面积：1.5708*104mm2；加工方式：螺旋线加工；加工速度：激光光斑直径0.1mm，烧蚀点直径设为0.25mm，旋转平台每转1圈轴向移动0.25mm，那么旋转平台转速应为：N=100mm/（0.25mm*8
min）=50r/min。
轴向进给速度Vf=（0.25mm/r）*（50r/min）=12.5mm/min
=0.2083mm/s；加工精度：轴向精度（代表了线性精度）：
1.2 运动平台基本组成和结构 由机构设计可知，水平运动平台由1根丝杠、2根导轨、1个运动平台、相应箱体和其他相关零件组成，考虑到驱动的电机和联轴器[2]。
2 电机的选择
2.1 转速选择 取丝杠导程Ph=4mm，则与丝杠相连的电机转速为：N=12.5/4=3.125r/min。由此可见，与丝杠相连的电机转速很低，为保证电机的低速性能，选用伺服电机驱动水平运动平台，而不能使用步进电机驱动水平运动平台运动。要求伺服电机的额定转速应大于4r/min，一般的伺服电机都满足要求[3]。
2.2 转矩选择 最大负载力矩应小于电机额定转矩，即：
其中，最大进给力Fmax包括切削力、摩擦力和产生工作加速度的外力。激光雕刻过程中的切削力可忽略不计，考虑机床稳定工作时工作加速度为零，因而产生工作加速度的外力亦为零，只需考虑摩擦力。水平工作台承载重量在8kg左右，其与滑动导轨和滚珠丝杠的摩擦系数可取为 ？滋=0.1，Fmax=7.84N，丝杠导程Ph=4mm，滚珠丝杠效率？浊=0.9，所以：
2.3 转动惯量匹配 根据电机转动惯量匹配原则，负载转动惯量主要包括丝杠、轴承和联轴器折算到电机轴上的转动惯量以及水平工作台和负载水平运动时折算到电机轴上的转动惯量。在选择计算过程时，可预取适当放大的各量参数，以保证安全，计算得0.005*10-3kgm2≤JM≤0.020*10-3kgm2。
伺服系统是以机械运动的驱动设备-电动机为控对象，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统[4]，综上所述知伺服电机在额定转速、导程、额定转矩和转动惯量满足上述条件范围内选型。
3 其他部件选择
3.1 丝杠种类选择 机床用丝杠主要有滑动丝杠、静压丝杠和滚动丝杠三种。基于数控机床进给伺服机构对高进给速度、高定位精度、高平稳性和快速响应的要求以及经济成本的考虑，选择滚珠丝杠作为水平运动平台用丝杠。
丝杠螺纹长度应大于最大行程加螺母长的一半，最大行程为150mm，螺母长35mm，则丝杠螺纹长度应大于167.5mm，可取丝杠螺纹长为170mm。
由于丝杠长200mm，属于短轴，支点跨距较小，水平运动平台为低速轻载运动，温升低，膨胀小，选用滚动轴承两端单向固定方式对丝杠进行轴向定位，承担单向轴向力和双向径向力的滚动轴承主要有角接触球轴承和圆锥滚子轴承两类，而常见的圆锥滚子轴承内径都最小为15mm，因此选用角接触球轴承支撑丝杠，又考虑到工作台在支撑端中间，为减小支点跨距，提高支撑刚度，采用正安装方式安装滚动轴承。
3.2 联轴器确定 由于波纹管联轴器具有高疲劳强度，传递扭矩不大而质轻，低惯量，大量用于伺服控制电机的输出。针对所构造系统的具体情况，选用波纹管联轴器。
3.3 导轨的选择 本系统所设计的是低速轻载，对导轨的强度、刚度和耐磨性要求都不高，但对运动精度有一定要求。因此，在选择导轨时应主要考虑导轨的结构简单和良好的加工工艺性，尽可能花最小的成本解决机床的承载问题。基于这些原因，选用双圆柱形组合导轨，导轨直径取10mm。对选取的双圆柱形组合滑动导轨进行校核。
4 水平运动平台主要工作部件设计
设计的激光雕刻机承载平台由平板和滑块两部分组成，其外还重点研究了水平承载平台的设计、立柱的设计、箱体的设计以及运动平台总装，绘制了承载平台滑块零件图、承载平台装配图、承载平台平板零件图、立柱装配图、水平运动平台装配图、底座零件图、箱体零件图和总装配图等[5]。
5 总结
设计的激光雕刻机机械运动平台参考借鉴了很多的参考资料，也是现在较为广泛的一种技术，设计的系统满足了激光雕刻机机械运动平台的使用，验证了设计方案的可行性，在实际的工作中发现问题，我们在以后的设计中将进一步完善，以提高其使用性能和使用价值。
参考文献：
[1]孟宪源，姜琪.机械构型与应用[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2]夏长植，居荣华，张一宁.FTDK5416雕刻机机械结构的改进设计[J].包装与食品机械，2002，20（1）：34-36.
中图分类号：F224.32 文献标识码：A 文章编号：1001-8409（2012）10-0048-06
Dynamic Game Analysis on the Implementation of Inter-organizationalCoordination Technology in Construction Project
WANG Guang-bin1， HE Gui-you1，2， LIU Hong-lei1
（1.School of Economics and Management， Tongji University， Shanghai 200092；
2 Department of Civil， Architectural and Environmental Engineering， University of Texas at Austin， Austin 78712）
Abstract： This paper focus on cooperative implementation of inter-organizational coordination technology in the construction project， the dynamic game model of complete information is built based on the Snowdrift game theory. Firstly， it analyzes the impacts of application level，punishment mechanism and synergy effect of inter-organizational coordination technology on participants' co-operation strategy. Then， it discusses the needed punishment amount of different application level and synergy effect to obligate cooperation. Lastly， the sensitivity of the synergies coefficient to the participants' level of effort， revenue function and obligate cooperation needed punishment strength is analyzed.
Key words： inter-organizational coordination technology；punishment mechanism；synergy effect；dynamic game
1 引言
建筑业因长期效能不彰、能源消耗及环境影响巨大而广为诟病。针对该问题，Egan指出建筑业需要系统性反思并积极吸纳其他行业先进技术[1]。跨组织协同技术是用于建设项目参与方之间信息共享与交流的参数化协作工具[2]。在全球范围内，以BIM（Building Information Modeling）为核心的跨组织协同技术被广泛视为解决建筑业日趋凸显问题的利器，因其对建设项目绩效及行业生产效率提升的潜在巨大影响而被部分学者视为正在引致建筑业进行一次史无前例的彻底变革[3]。然而时至今日，其应用广度和深度远未达到预期，遭到了诸多该领域相关研究文献的指责[4～6]。如何促进该类跨组织协同技术的应用已成为学术界和实业界共同面临的新命题。
针对上述情境问题，学术界进行了很多有益探索。鉴于软硬件技术的进步与升级，相关研究的焦点已从技术性问题转移到与其相适配的组织问题。Taylor将该类技术定义为系统性创新[7]，并指出其实施需要着力解决好应用激励问题[8]。Young等亦指出，建设项目组织间缺乏必要的激励措施已成为BIM应用的主要障碍之一[3]。斯坦福大学设施集成化工程中心（CIFE）指出传统契约模式对BIM应用缺乏激励措施阻碍了其在建设项目中的应用[9]。Adriaanse指出跨组织信息技术应用受参与方个体动机和来自参与方要求的外部动机等因素的驱动[2]。
上述研究一致强调了激励约束机制在推动跨组织协同技术应用中的重要作用，但多是定性研究，且忽略了技术应用水平及应用协同效应的动态性。本文基于建设项目跨组织协同技术特征及演化博弈理论构建动态博弈模型，分析技术应用水平、惩罚强度和协同效应系数等情景因素对双方策略互动的影响，以期为跨组织协同技术应用中业主方的管理决策及激励约束机制的构建提供理论依据。
2 研究假设及动态博弈模型构建
2.1 跨组织协同技术应用水平划分
由于本文并不在于提供清晰的跨组织协同技术应用水平划分标准，故如表1，将该类技术应用水平由低到高划分为四个等级：初级、中级、高级和专家级，其表征了跨组织协同技术应用水平不断提高的趋势。鉴于跨组织协同技术潜在价值的实现对参与方协同合作的需求，单个参与方的应用对建设项目带来的价值会低于参与方协同下的技术应用。假设单个参与方跨组织协同技术应用收益与其自身技术应用水平成正相关，引入单个参与方不同技术应用水平下的收益折减系数α，表示单个参与方技术应用收益等于其两个参与方协同合作应用的收益乘以α，1≥α≥0。如表1，α值较低代表跨组织协同技术应用能力和成熟度较低，其对应收益折减系数相对较低，反之亦然。
2.2 动态博弈模型构建
演化博弈论源于生物演化分析，用以揭示动物群体行为的动力学机制[10]。这些研究多采用经典的囚徒困境博弈（PD）和雪堆困境博弈（SD）理论模型研究合作演化的稳定性。SD与PD根本不同点在于，当对方背叛时，与背叛相比合作是一个更好的选择[11]。在SD中，合作者成本的收益不仅归属于他人同时归属于合作者自己，潜在诱发了“搭便车”行为的产生。在跨组织协同技术应用动态博弈过程中，合作所能产生的协同效应引致了双方合作技术应用的动机，而技术应用的溢出效应却诱发了合作过程中机会主义行为的发生。
在建设项目实施过程中，跨组织协同技术的应用涉及建设项目的多个参与主体。鉴于业主方是项目建设过程的总集成者和总组织者，也是跨组织协同技术应用的关键倡导者和推动者[12]，在项目实施过程中具有契约设计权。为简化起见，本文选取业主驱动下两参与方合作下的跨组织协同技术应用，如设计方和施工方等，作为博弈参与主体。为不失一般性，记为参与方1和参与方2，各具有两个可选策略{合作，背叛}。如表2所示，基于经典对称雪堆困境博弈模型，同时考虑不同技术应用水平下的收益折减系数构建收益矩阵模型，其中左边的是参与方1的收益，如{b-c/2，b-c/2}表示参与方1和参与方2在{合作，合作}策略下，跨组织协同技术应用的各自收益是b，双方努力成本各为c/2，双方的收益函数为向量{b-c/2，b-c/2}。在{合作，背叛}策略下，单个参与方技术应用的努力成本为c，同时考虑到收益折减，双方收益分别为{αb-c，αb}。
混合策略是两种纯策略（背叛、合作）的概率组合，其被广泛应用不存在纯策略纳什均衡的博弈分析中。在工程项目中，参与方即使决定合作，投入其部分资源也是广泛存在，如人力、材料、机械。Hauert指出对于雪堆困境博弈，混合策略可以理解为个体偏好或合作愿意[13]。假设参与方1和参与方2分别以概率p、q合作，以概率1-p、1-q背叛，1≥p≥0，1≥q≥0。Cai指出离散策略博弈下参与方合作概率可视为混合策略博弈下参与人的连续努力，合作概率矩阵本质上可以视为一个努力矩阵[14]。因此构建努力矩阵（如表3）。参与方决定背叛，其努力为0。
3 不同技术应用水平情形下跨组织协同技术应用动态博弈分析
3.1 不同技术应用水平情形下动态博弈分析
基于收益矩阵（表2）和努力矩阵（表3），构建参与方1、参与方2合作情境下跨组织协同技术应用期望收益函数π1（p）、π2（q），故：
π1（p）=pq（b-c/2）+p（1-q）（αb-c）+（1-p）qαb（1）
π2（q）=qp（b-c/2）+q（1-p）（αb-c）+（1-q）pαb（2）
分别对式（1）和式（2）关于p、q一阶求导，参与方1面临的问题是确定最优努力程度p，使得自身期望收益最大，收益函数π1（p）关于p的一阶条件：
π1（p）p=q（b-2αb+c/2）+αb-c（3）
同理，考虑到收益矩阵的对称性，参与方2的收益函数π2（q）关于q的一阶条件：
π2（q）q=p（b-2αb+c/2）+αb-c（4）
令式（3）和式（4）等于0，联合求解得到参与方1和参与方2努力程度最优解：
p*=αb-c（2α-1）b-c/2（5）
q*=αb-c（2α-1）b-c/2（6）
鉴于（2α-1）b-c/2≠0，1≥α≥0，基于式（1）～式（6），得出命题1，两参与方跨组织协同技术应用对称博弈情境下：
（1）当0≤αb-c（2α-1）b-c/2≤1，{p*，q*}是唯一对称纳什均衡点。即1≥α>23，1α≤bc≤12（1-α），或2/3≥α>1/2，1α≥bc≥12（1-α），{p*，q*}由式（5）～式（6）确定。
证明：简单起见，把b/c称为收入成本率，表示参与方跨组织协同技术应用收入与成本的比率，反映一定数量技术应用收入所耗费应用成本的数量。
①当αb-c≥0时，即αb-c≥0且（2α-1）b-c/2>0，αb-c≤（2α-1）b-c/2时，即当Max（14α-2，1α）≤bc≤12（1-α），且1≥α>12时，{p*，q*}是唯一的纳什均衡点。由图1，三函数的交点为（2/3，3/2），单个参与方跨组织协同技术应用收益折减系数1≥α≥23，且1α≤bc≤12（1-α）时，存在唯一纳什均衡点{p*，q*}。
②当αb-c≤0时，即αb-c≤0，αb-c≥（2α-1）b-c/2且（2α-1）b-c/2
0≤αb-c（2α-1）b-c/2≤1αb-c≤01≥α≥0 由图2，当2/3≥α>1/2，且1α≥bc≥12-2α时，存在纳什均衡点{p*，q*}。
根据式（3）～式（4），当1≥p≥0，1≥q≥0时，每个参与方不能获取更好的收益。命题1（1）得证。
（2）若0≤αb-c≤（2α-1）b-c/2，亦即1≥α≥23，且1α≤bc≤12（1-α）时，当两者都偏离{p*，q*}时，存在一个不公平的情况，使得一个参与方越努力，另一个参与方越背判，反之亦然。
证明：若0≤αb-c≤（2α-1）b-c/2，从命题1（1）知，{p*，q*}是唯一对称纳什均衡点。由于0≤（2α-1）b-c/2，由式（4），当p增加（参与方1提高努力程度）时，π2（q）q降低，参与方2最优选择是降低努力程度。由式（3），当q减少时 ，π1（p）p增加，参与方1最优选择是不断增加努力程度p。最终一个参与方完全合作，而另一个参与方完全背叛，这仍是一个纳什均衡。
令p*=q*=αb-c（2α-1）b-c/2代入式（1）得π1（p*）=αb（αb-c）（2α-1）b-c/2。由于0≤αb-c≤（2α-1）b-c/2，因此π1（p*）≤αb，表明当参与方偏离纳什均衡时，收益将减少。虽然另一方背叛，其仍会选择合作。同时，由于αb≥αb-c/2≥αb-c/2+αb-b=（2α-1）b-c/2，知π1（p*）≥αb-c，当其偏离纳什均衡时，背叛者会越来越好，而另一参与方仍会选择合作。
（3）若αb-c≤0，αb-c≥（2α-1）b-c/2，且（2α-1）b-c/21/2，且1α≥bc≥12-2α时，针锋相对策略是一个稳定最优策略。
证明：当αb-c≤0，αb-c≥（2α-1）b-c/2，且（2α-1）b-c/2
同理，当p减小时，π2（q）q将小于0，对于参与方2的最优选择是背叛。当αb-c≤0，αb-c≥（2α-1）b-c/2，且（2α-1）b-c/2
（4）当αb=c，（2α-1）b-c/2>0时，此时p*=0，q*=0，背叛是稳定最优策略。如图3，稳定最优解存在的条件为1≥α≥2/3，且b/c=1/α。
证明：当αb=c，（2α-1）b-c/2>0时，对任意的p∈（0，1]，π2（q）q=-p[（2α-1）b-c/2]
（5）当αb-c（2α-1）b-c/2=1，（2α-1）b-c/2>0时，合作是稳定最优策略。根据图4，可简化为1>α≥2/3，且b/c=1/（2-2α）。
证明：当ab-c（2α-1）b-c/2=1，（2α-1）b-c/2>0时，对任意的p∈（0，1]，π2（q）q=p（b-α2b-c/2）+αb-c>0，即使参与方1偏离到背叛，参与方2仍将选择合作。
命题1（1）提出了对称混合策略下纳什均衡存在的条件，当条件满足时，存在唯一的纳什均衡策略{p*，q*}，其反应了不同约束条件下参与方之间策略的动态性。命题1（2）～（3）表明了不同约束条件下纯策略的存在。而且，对称混合策略纳什均衡不具有演化稳定性，虽然任何一个参与方不能通过单方背叛收益更好，但是当一个参与方背叛时，另外一个背叛收益更好。由命题1（3）成立时，T=αb，R=b-c/2，S=αb-c，P=0，不满足雪堆困境收益函数约束条件（T>R>S>P），不再是雪堆困境博弈，即当一个参与方选择偏离纳什均衡{p*，q*}而增加努力程度时，另一个参与方会采取同样的策略，反之亦然。命题1（5）～（6）解释了两个边界条件。
命题1将不同跨组织协同技术应用水平下的收益折减系数引入到对称雪堆困境博弈模型，反映了一些传统雪堆困境博弈所没有的新属性。同时亦说明，在没有外界约束的情况下，两个参与方很难达到{合作，合作}纳什均衡，需要引入外界约束机制促使双方走向该均衡点。
3.2 不同技术应用水平情境下惩罚约束机制分析
Quervain指出对背叛者进行惩罚已成为人类合作演变中的决定性力量[15]。惩罚机制一定情境下能够抑制机会主义行为，谋求共同利益。由于业主方具有契约设计权，为驱动项目参与方合作下的跨组织协同技术的应用，业主方在契约中设定惩罚机制较为常见。如表4，在原有收益矩阵（表2）中引入惩罚函数θ，表示在双方合作过程中，一方合作而另一方背叛时，背叛者将受到惩罚θ。通过引入收益折减系数和惩罚函数，将跨组织协同技术应用博弈由原来的离散策略博弈扩展到混合策略博弈。
证明：由式（9）、式（10），令p*=q*=1，得出θ=c/2-（1-α）b，知当跨组织协同技术应用水平越高，即收益折减系数α越大时，强制双方合作所需的惩罚函数θ越大。同理，其应用成本越大，强制双方合作应用所需惩罚函数θ越大。由于收益折减系数α∈[0，1]，技术应用收益b越大，其强制双方合作应用所需的惩罚函数θ越小。为清晰看出命题3情境下各参数间的关系，基于表1，为不失一般性分别取4个等级下的收益折减系数的组中值，代表技术应用水平的4个等级，变量之间的关系如函数图形（图5～图8）。由于1≥α≥0，基于方程θ=c/2-（1-α）b及图5～图8可知，技术应用成本越大，强制参与方充分合作所需惩罚强度越大；技术应用水平越高，强制参与方充分合作应用所需惩罚强度越大；技术应用收益越大，强制参与方充分合作应用所需惩罚额度越小。
4 协同效应下跨组织协同技术应用动态博弈分析
4.1 协同效应下跨组织协同技术应用动态博弈
整体效益大于各独立组成部分总和的效应称为协同效应 [16]。由于参与方之间专业知识、经验的相互激发，参与方合作下的跨组织协同技术应用会产生协同效应。假设参与方1和参与方2跨组织协同技术应用的最大资源投入预算分别为xm、ym，基于Doebeli的对称收益函数模型[17]，本文将收益函数定义为二次函数B（pxm+qym），其成本函数分别为二次函数C（pxm）、C（qym），ξ2>0，ξ1≥0，ψ2>0，ψ1≥0，见式（13）～式（15）。易知C（pxm）（pxm）≥0，C（qym）（qym）≥0，2C（pxm）（pxm）2>0，2C（qym）（qym）2>0，满足成本严格递增和边际成本递增规律。收益函数和成本函数满足B（0）=C（0）=0。其中p代表参与方1的努力系数，q代表参与方2的努力系数，pxm代表参与方1的努力程度，qym代表参与方2的努力程度，B（pxm+qym）代表两者共同受益。
B（pxm+qym）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）（13）
C（pxm）=ξ2（pxm）2+ξ1pxm（14）
C（qym）=ψ2（qym）2+ψ1qym（15）
由系统科学的定义，“整体大于部分之和”与“整体小于部分之和”这样的整体与部分差值就是涌现，得到协同效应函数ω（pxm，qym）：
ω（pxm，qym）=B（pxm+qym）-B（pxm+0）-B（0+qym）=2b2pxmqym（16）
易知2b2即为协同效应系数，当单个参与方独自努力下的跨组织协同技术应用时，另一个参与方努力程度为0，此时协同效应值为0。由式（16）亦可知，协同效应函数与参与方各自努力程度及协同效应系数有关，其特征较好地表征了跨组织协同技术应用的实际状况。两参与方的收益函数π1（p，q），π2（p，q）分别为：
π1（p，q）=B（pxm+qym）-C（pxm）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）-ξ2（pxm）2-ξ1pxm（17）
π2（p，q）=B（pxm+qym）-C（qxm）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）-ψ2（qym）2-ψ1qym（18）
命题4，具有二次收益函数和成本函数的两参与方连续策略博弈下，当协同效应系数2b2
p*=（b1-ξ1）+（b1-ψ1）ψ2/b2-12ξ2-2ψ2ψ2/b2-1 1xm（19）
q*=（b1-ψ1）+（b1-ξ1）ξ2/b2-12ψ2-2ξ2ξ2/b2-1 1ym（20）
证明：由式（17）、式（18），令π1（p，q）p=0，π1（p，q）q=0分别得到双方努力程度的最优点{p*，q*}：
p*=2b2qym+（b1-ξ1）2xm（ξ2-b2）（21）
q*=2b2pxm+（b1-ψ1）2ym（ψ2-b2）（22）
由于式（17）和式（18）是严格凹函数，要求2π1（p，q）p2
命题5，当跨组织协同技术应用努力成本增加时，参与方合作努力程度减少。
证明：由式（19）、式（20）易看出，当ξ2、ξ1不断增大，则p减小，当ψ2、ψ1不断增大，则q减小。
命题6，当协同效应不断增大时，参与方合作努力程度增大。
证明：从式（21）、式（22）易看出。命题6表明，当参与方跨组织合作下的技术应用时，由于协同效应的存在，使得双方合作技术应用情形下可获得比单个参与方独自技术应用更大的收益。协同效应引致了参与方合作应用技术的动力，当协同效应增大时，双方的合作努力增加。
4.2 不同协同效应下惩罚约束机制分析
在上述分析中惩罚函数θ指来自业主方或社会的惩罚，是相对独立的函数。在连续策略情境下，本文假定惩罚额度与参与方最大投入资源（xm或ym）分别成线性关系。虽然该假设与现实中的惩罚函数不尽相同，本文聚焦于分析惩罚与努力程度的内在作用机制，而非具体值。参与方1和参与方2的收益函数：
π1（p，q）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）-ξ2（pxm）2-ξ1pxm-（1-p）λxm（23）
π2（p，q）=b2（pxm+qym）2+b1（pxm+qym）-ψ2（qym）2-ψ1qym-（1-q）λym（24）
根据式（23）、式（24），令π1（p，q）p=0，π1（p，q）q=0，联立求解得：
p*=Ψ2（b1+λ-ξ1）-b2（ψ1-ξ1）2（ξ2-b2）（ψ2-b2）-2b22 1 xm（25）
q*=ξ2（b1+λ-ψ1）-b2（ξ1-ψ1）2（ξ2-b2）（ψ2-b2）-2b22 1ym（26）
基于式（25）、式（26），得出如下结论：
命题7，两人连续策略博弈下，惩罚强度越大，参与方努力程度越大。
由式（25）、式（26），令p*=1 ，q*=1得到：
λ1=2（ξ2ψ2-b2ξ2-b2ψ2）xm-ψ2（b1-ξ1）+b2（ψ1-ξ1）ψ2
λ2=2（ξ2ψ2-b2ξ2-b2ψ2）ym-ψ2（b1-ψ1）+b2（ξ1-ψ1）ξ2
推论1，当λ≥Max{λ1，λ2}时，{合作，合作}是两人连续策略博弈纳什均衡。
推论1说明，当惩罚强度足够大的时候，能够强制一个纳什均衡点{合作，合作}，推动参与方跨组织协同技术应用的合作，该推论可为业主方推动参与方合作下的跨组织协同技术应用提供决策支持。
4.3 敏感性分析
本文将建设项目跨组织性技术限定到BIM技术情形，将博弈场景限定为同一建设项目的设计方（参与方1）和施工方（参与方2），业主方设定了惩罚机制驱动双方尽力合作。鉴于设计方人员素质及专业特性，BIM应用能力相对较强，故取xm=1，ξ2=2，ξ1=1。相比而言，基于施工方人员信息化素养和专业特征，取ym=2，ψ2=3，ψ1=2。为不失一般性，假设b1=2，λ=2。
（1）协同效应对参与方合作努力程度的敏感性分析
如图9，表明了协同效应系数2b2对两个参与方合作努力程度p（2b2），q（2b2）的敏感性分析，随着协同效应的不断增大，两参与方合作努力程度不断提高，与命题6结论一致。
（2）协同效应对收益函数的敏感性分析
如图10，表明了两参与方充分合作努力情景下，协同效应系数2b2对双方受益函数（π1（2b2）p=1，q=1，π2（2b2）p=1，q=1）的敏感性分析。图11表明了在最优努力程度下，协同效应对两参与方收益函数（π1（2b2）p*，q*，π2（2b2）p*，q*）的敏感性分析。图10和图11共同表明，收益函数随协同效应系数的增大而增大。
（3）协同效应对强制合作所需惩罚强度的敏感性分析
图12表明，在参与方合作努力程度皆为1的情况下，不同协同效应下强制{合作，合作}所需的惩罚额度。分析λ（2b2p*=1，q*=1），λ≥Max{λ1，λ2}时，{合作，合作}是两人连续策略博弈的纳什均衡。表明随协同效应系数的逐渐增大，强制双方合作所需惩罚额度逐渐减小，且当协同效应增加到一定程度时能够驱动参与方合作下的BIM应用，不再需要外在惩罚约束机制。
由图9～图12表明，随着BIM实践经验和应用水平的不断提升，其协同效应系数会不断增大，双方合作意愿会不断增强，BIM技术在应用初期需要足够的惩罚额度驱动双方的合作，这一分析场景较适合当前国内的BIM应用现状。由图12可以看出，需要强制双方充分合作的惩罚额度不断变化，当双方合作下技术应用的协同效应不断提升，强制双方合作所需惩罚强度不断降低。业主方作为建设项目的总集成者，需要在契约中设计一定的惩罚机制来推动参与方合作下的BIM应用，进而实现建设项目增值。
5 讨论与结论
本文揭示了建设项目跨组织协同技术应用的困境，为合作约束机制设计提供理论依据。研究表明，在跨组织协同技术的不同应用阶段，强制合作情形下技术应用所需惩罚约束机制强度与技术应用水平、协同效应的内在关系。由于跨组织协同技术应用尚多处于初级阶段，政府部门作为公共建设项目的业主，其采取适当的约束机制促进该类技术的跨组织应用的必要性和可行性，如已有美国、英国、韩国、新加坡等国家开始从政府项目强制性要求采用BIM技术，促进其在行业内的应用。本文局限性：基于业主方具有契约设计权，考虑了惩罚约束机制对双方技术应用合作策略的影响，未分析激励措施对双方合作策略的影响。关于建设项目跨组织协同技术应用问题，本文仅是一个开端，有待在后续进行更为深入的研究。
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中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：
前言
色彩是室内环境设计的灵魂。室内的色彩对室内设计的空间感、舒适度、环境气氛、使用效率,对人的生理和心理均有很大的影响。色彩是富有感情且充满变化的, 在设计中能把色彩因素精彩绝妙地利用, 往往能达到出奇不意的效果。色彩是大自然赐给人类最宝贵的财富之一,它赋予人类为整个世界“上妆”的权利。我们应该充分发挥和利用色彩的功能特点, 创造出充满情调、和谐舒适的室内空间。
一、居住空间室内色彩和谐
1、室内色彩自身之间的构成关系,是色彩和谐的首要因素。人们对色彩有着不同的心理感觉,并对色彩表现出不同的喜好。设计师应当注意各种色彩的合理搭配,从色彩的色相、纯度、明度着手,注意它们是否匹配。对居住者的感受影响最大的是色相,其次是纯度,最后是明度,不了解色彩的习性,随意地组合会造成强烈的矛盾冲突,无法产生美感;同时,色彩的种类不宜过多,否则会给人杂乱无章的感觉,影响到色彩构成的和谐性。
2、居住者个体的年龄身心特征与色彩感受的关系,是影响居住空间室内色彩设计的又一重要因素。在居住空间内,居住者是相对固定的,每个个体对色彩的感受也是不同的,如年轻人追求自由奔放的色彩,老年人则喜欢淡雅平和的调子。同时,同一年龄阶段的人在不同时期由于情绪心态的变化,也会影响到对色彩的追求。
3、优秀的居住空间的室内外风格气质是连贯且统一的。室内空间与室外空间的色彩衔接应是协调的。如室外空间是在绿树环绕,洋溢着清纯质朴的大自然气息的环境中,那么室内空间的主色彩选择就应该与这种源于自然、带有生命气息的绿色相匹配。居住空间色彩的设计也同样需要内外依存、相互协调,尽可能地注意到室内外环境的色彩和谐。
二、色彩设计要遵循一些基本的原则,
1、整体统一的规律
在室内设计中色彩的和谐性就如同音乐的节奏与和声。在室内环境中, 各种色彩相互作用于空间中, 和谐与对比是最根本的关系, 如何恰如其分的处理这种关系是创造室内空间气氛的关键。色彩的协调意味着色彩三要素———色相、明度和纯度之间的靠近, 从而产生一种统一感, 但要避免过于平淡、沉闷与单调。因此,色彩的和谐应表现为对比中的和谐、对比中的衬托( 其中包括冷暖对比、明暗对比、纯度对比) 。色彩的对比是指色彩明度与彩度的距离疏远, 在室内运用过多的色彩对比, 则会让人眼花而不安, 甚至带来过分刺激感, 为此掌握配色的原理, 协调与对比的关系在此显得尢为重要。缤纷的色彩给室内设计增添了各种气氛, 色彩的和谐是控制、完善与加强这种气氛的基本手段, 一定要认真分析和谐与对比的关系, 才能使室内色彩更富于诗般的意境与气氛。
2、人对色彩的感情规律
不同的色彩会给人心理带来不同的感受, 所以在确定居室与饰物的色彩时, 要考虑人们的感彩。比如, 黑色一般只用来作点缀色。试想, 如果房间大面积运用黑色,人们在感情上恐怕难以接受, 居住在这样的环境里, 人的感觉也不舒服。如老年人适合具有稳定感的色系, 沉稳的色彩也有利于老年人身心健康; 青年人适合对比度较大的色系, 让人感觉到时代的气息与生活节奏的快捷; 儿童适合纯度较高的浅蓝、浅粉色系; 运动员适合浅蓝、浅绿等颜色以解除兴奋与疲劳; 军人可用鲜艳色彩调剂军营的单调色彩; 体弱者可用桔黄、暖绿色, 使其心情轻松愉快等。
三、设计中色彩动态和谐的把握
1、要满足室内空间的功能需求
不同的空间有着不同的使用功能, 色彩的设计也要随着功能的差异而做相应变化。室内空间可以利用色彩的明暗度来创造气氛。使用高明度色彩可获光彩夺目的室内空间气氛, 使用低明度的色彩和较暗的灯光来装饰, 则给予人一种“隐私性”和温馨之感。室内空间对人们的生活而言, 往往具有一个长久性的概念, 如办公、居室等这些空间的色彩在某些方面直接影响人的生活, 因此使用纯度较低的各种灰色可以获得一种安静、柔和、舒适的空间气氛。纯度较高鲜艳的色彩则可获得一种欢快、活泼与愉快的空间气氛。
2、力求符合空间构图需要
室内色彩配置必须符合空间构图的需要, 充分发挥室内色彩对空间的美化作用, 正确处理协调和对比、统一与变化、主体与背景的关系。在进行室内色彩设计时, 首先要定好空间色彩的主色调。色彩的主色调在室内气氛中起主导、陪衬、烘托的作用。形成室内色彩主色调的因素很多, 主要有室内色彩的明度、色度、纯度和对比度。其次要处理好统一与变化的关系, 要求在统一的基础上有变化, 这样, 容易取得良好的效果。为了取得统一又有变化的效果, 大面积的色块不宜采用过分鲜艳的色彩, 小面积的色块可适当提高色彩的明度和纯度。此外, 室内色彩设计要体现稳定感、韵律感和节奏感。为了达到空间色彩的稳定感, 常采用上轻下重的色彩关系。室内色彩的起伏变化, 应形成一定的韵律和节奏, 注重色彩的规律性, 否则就会使空间变得杂乱无章, 成为败笔。
3、自然色彩融入室内空间
室内与室外环境的空间是一个整体, 室外色彩与室内色彩相应的有密切关系, 他们并非孤立地存在。自然的色彩引进室内、在室内创造自然色彩的气氛, 可有效地加深人与自然的亲密关系。自然界草地、树木、花草、水池、石头等是装饰和点缀室内色彩的一个重要内容, 这些自然物的色彩极为丰富, 它们让人具有一种轻松愉快的联想, 并将人带入一种轻松自然的空间之中, 同时也可让内外空间相融。大自然给了人类一个绚丽多彩的自然空间, 人类也喜爱向往大自然。自然界的色彩, 必然能与人的审美情趣产生共鸣。
室内设计师常从动、植物的色彩中索取素材, 仅从防火板系列来看, 就有仿大理石、仿花岗岩、仿原木等, 给人一种自然、亲切、和谐之感。室内设计中充分考虑自然色彩来创造室内空间的自然气氛是人类所向往的。我们现在的住宅, 一般梁柱、管线较多, 为了使空间感开阔, 常常注重于体面的形状、色彩、质感等的衬托和呼应, 多以对比与调和的手法来处理体量、线面、色彩、质感、纹理等等。一些强调质感、触感对比的围护面, 而在色调上则着重于和谐性。这是一种装饰设计中习常的穿插交融手法。如运用得当, 往往可以获得丰富的艺术效果,较含蓄耐看。室内建筑构件的装修处理, 除了因功能要求、使用方便外, 还须有机组织在一起, 使得构图严谨完美、装饰风格统一。人们要使自己的居住环境美观、舒适, 在室内就要以家具的色调为中心,使它与墙面、地面、天花板的装饰造型色彩以及家具、装饰的色彩协调起来, 构成合理的房间整体完美色调。
四、结束语
我们在考虑居住空间室内色彩的设计时,必须顾及多方面的因素,将各种可能对色彩构成与色彩感受带来影响的因素进行综合分析,而不是简单地依据色彩自身的特点或居住空间的室内空间特征,要防止片面性、单一性。因此,我们在讨论居住空间室内色彩的设计时,必须确立动态设计的观念,不要认为居住空间的设计只是一次;要灵活地将居住空间中不易改动部分的色彩设计和可变化部位的色彩设计结合起来;将装修与陈设结合起来,巧用陈设艺术,通过深化设计,从而在动态中实现居住空间室内色彩的协调与和谐。
参考文献
[1] 付春英,常虹.商品包装色彩浅析[J]. 高等职业教育-天津职业大学学报. 2005(05)
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）01-0169-03
1 引言
实验室设备仪器管理是高校实验室管理工作的一项重要内容。仪器设备是高校中非常重要的一类固定资产，是高校开展教学、科研、生活和行政等各项工作的重要工具和物质基础，也是反映高校办学实力的重要指标[1-3]。随着对实验室建设的投入，实验室仪器设备无论从数量、质量、种类上都不断增加、扩充。同时，随着时间的推移，实验设备也会产生更新换代的需求。在实验室仪器设备的日常管理中，也会出现实验设备在课程之间互借、损坏维修、部门之间调拨等情况。这种仪器设备状况发生动态变化的情况已经成为常态。在这种情况下，实验室管理工作日趋复杂，存在如下难点：
（1）管理人员工作量大，管理效率低，不能及时跟踪设备仪器变化，很难做到账物相符。仪器设备管理是一项细致的工作，面对大量的仪器设备信息处理任务，只用Exel、Word等办公软件进行处理显得力不从心。（2）管理要素之间缺乏沟通，信息不能及时反馈。如果高校实验室采取统筹-分散自主管理模式，由于缺乏沟通反馈的有效手段，当设备发生调拨、维修、报废、借用等操作时，变动信息不能及时反馈到相应的实验室管理岗位上，造成信息更新不同步的情况。（3）使实验室制定的设备管理制度流于形式，很难在日常管理工作中得到执行。一些有利于管理的必要的手续需要执行，比如设备的外借报废审批手续，如果操作繁琐不便，给制度的执行、监管带来难度，造成对仪器设备的不规范处置。面对日趋复杂的实验室管理需求，如何对实验室仪器设备进行有效的管理，有其深刻的实践意义。
笔者根据这种情况，基于服务于动态化、协同化管理思路，设计了实验室仪器设备管理信息系统。系统基于WEB技术与数据库技术，并整合了”云存储”机制，突出对仪器设备的动态化管理功能，提供协同化管理公共平台。实验室管理信息系统的使用，能够起到以下作用：
（1）减少管理者的工作量，使管理者从手工记录核算工作中解放出来，提高了管理效率。（2）保证管理流程的规范化实施。申请、审批等操作通过线上完成，提高了实验室管理制度完成的可操作性。（3）提供了公共的信息反馈平台。通过多角色分配机制，提高了管理员之间的分工协作，保障了管理要素之间信息的一致性[4-5]。因此系统的设计为实现科学化、动态化、精细化管理理念提供了一个高效的技术手段。
2 实验室仪器设备信息管理系统需求分析
2.1 管理系统用户划分
根据集中-分工协作的实验室管理模式，系统管理角色划分为：系统管理员、分实验室管理员、办公室三个角色。设备管理员负责整个系统的运行维护，保证系统正常运行，根据需要对实验室管理员进行操作权限分配，它拥有系统设置，基本信息管理，设备录入，修改，删除，置换，查询等权限。分实验室管理员：根据系统管理分配的权限进行操作，包括查询设备信息，查阅公告栏，进行本实验室设备维修、调换、借还的申请，而打印报表和报废设备管理等另由专人负责，实验室管理员不负责此工作。办公室：根据平时工作要求及系统权限分配，办公室角色负责设备日常的管理，包括：报废、调拨、维修、借还申请以及审批，报表的打印，资产信息的查询等。通过管理角色划分，建立对实验设备分层管理、互相制约、相互协助的管理模式。
2.2 功能需求分析
实验室信息管理系统功能模块可分为：设备仪器信息管理，设备信息查询，设备变动管理、信息统计报表，系统信息设置等功能模块部分。系统功能模块划分如下：
（1）设备仪器动态管理模块，包括：设备信息记录变动登记，报废、维修、调、日常维护管理等功能，此模块针对仪器设备日常的变动进行动态、实时的精细化管理。（2）设备查询功能模块。包括查询在用设备、闲置、报废、保修、调拨、借出设备等的基本信息。同时能够实现根据输入查询条件式，进行高级综合查询的功能。（3）设备统计报表模块。实验室资产设备众多，种类繁杂，并且定期需要进行资产清查，并结果上报上级主管部门。因此，如何根据各种统计需求进行报表统计打印，就显得尤其重要。打印报表由办公室角色来完成。（4）系统设置功能模块。此模块包括两部分，其中一部分是对系统登录用户权限设置、数据的批量导入导出、数据库初始化、备份，系统日志文件记录等功能。另一部分是系统基本信息设置，包括对资产类别、学校部门、管理人员、实验室信息、供应商等信息进行增、删、查、改等功能。（5）公告留言模块。此模块是为方便实验室管理人员进行信息交流。根据多校区＼实验室分布分散，各分实验室管理员办公地点不集中等特点，为方便信息与沟通，预留此功能。实验室管理人员可以利用此模块查看消息通知，并可在其中进行留言，进行交流。
3 实验室仪器设备管理系统设计
3.1 系统架构设计
针对多校区实验室分散分布、实验管理员办公地点不集中的特点，为方便管理，体现集中-分散式管理原则，本系统采用B/S结构，即服务器/浏览器模式。这样，客户端不需要安装专用软件，只要有IE等浏览器，能进入局域网或互联网就能使用系统。其由三层结构组成，逻辑上包括表现层、业务逻辑层和数据访问层。从物理组成上对应的是：客户机、WEB服务器、数据库服务器。其工作原理是：“用敉ü浏览器向中间业务逻辑层的Web服务器的应用程序发出操作请求服务，当Web服务器收到用户发来的服务请求后，便通过特定的ODBC数据库接口驱动程序把请求传给数据库服务器让其完成相应的处理，数据库服务器把处理结果再通过数据库接口通知Web服务器，Web服务器再把结果转化为用户能理解的网页形式传达给用户”。和C/S架构比较，只需维护服务器端，客户端零维护，适合于客户端分布分散且有互联网应用的场景。而其也具有系统开放性强，信息、交流方便等功能优势。这种B/S结构的使用，后台数据的改变不会影响客户前端，而后台数据库对使用者透明，用户不能直接访问，并且系统易于移植、维护和升级。
按照分层架构系统可分为：数据表示层，数据逻辑层，数据层。系统架构如图1所示。
数据表示层：对应系统界面.aspx，是用户输入数据与系统交互的媒介。数据逻辑（业务）层：实现与表示层分离，提供系统逻辑控制。数据核心层：存放数据表格，是系统的核心。
3.2 系统功能模块设计
在系统需求分析的基础上，确定系统的功能模块。模块功能分布采取树状结构，每个模块由多个子模块组成。模块设计遵循“高内聚、低耦合“原则，模块之间尽量保持功能独立，模块内尽量保持功能相关[6-8]。系统包括以下几个模块：系统设置、基本信息、设备管理、设备信息查询模块、报表统计模块、公告留言模块以及预增模块。
3.3 系统数据库设计
经过针对实验室管理系统需求进行分析，抽象出一系列概念实体，分别是：实验室设备基本信息、管理员信息、用户角色权限信息、实验室信息、资产类别信息、二级资产类别信息、设备维修信息、设备调拨信息、资产清查信息、设备报废信息、设备借还信息等，通过UML的E-R图设计把概念实体转换成与之对应的数据模型-数据库表，以供数据库进行逻辑处理。每个表都有不同字段，并设置不同的数据格式，并且为了规范化并便于操作，每个数据表都设定主键。数据表包括设备基本信息表、资产调拨信息表、资产报废信息表等。其中各表之间的逻辑关系如图2所示。
4 利用云存储技术实现信息共享与更新
当今互联网技术已经普及，云存储技术日臻成熟。在此条件下，设备仪器信息系统具有的查询、统计以及导出数据的功能，可以与云存储技术相结合，把相应的操作结果形成的数据文件，存储到云存储文件夹中，供全体管理人员共享使用。由于目前实验室计算机大都运行在Microsoft Windows平台下，从成本以及易用性、兼容性方面考虑，采用OneDrive云存储服务，使系统具有最低廉的成本与最广泛的兼容性。OneDrive已在操作系统下默认安装，用户只需一次注册后即在任意一台安装了Windows系统的计算机甚至是Android手机上中使用。在用户计算机硬盘上会有一个OneDrive文件夹，用户可以如同访问本地文件夹一样访问此文件夹，操作起来非常简便易行。例如，利用系统进行设备的条件搜索，或者进行设备信息的修改，然后利用系统导出功能把数据表导入OneDrive文件夹，则使用同一账号登录的各个终端设备中的OneDrive文件夹内容会同步进行更新，从而实现了一处修改、处处更新的信息同步、共享机制。
5 结语
根据经贸类实验室仪器设备的管理实际情况，分析设计了适合经贸类二级学院实验室仪器设备管理的信息系统。并进一步借助网络及云存储技术，便捷的实现管理文档的同步与共享。该系统通过功能结构设计及用户角色划分，满足了实验室仪器设备实际管理中“集中-分散”的管理原则，实现了实验室设备的动态化、精确化、智能化管理，从而大大提高了设备仪器管理的效率以及科学性。
参考文献
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[2]高培峰，赵睿英，张继霞，等.高校仪器设备协同管理模式探讨[J].实验室研究与探索，2016（1）：267-268.
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[4]羊海棠，彭采宇，王园朝，等.实验教学示范中心仪器管理信息系统的设计与实现[J].实验技术与管理，2015（7）：148-149.
[5]刘琦，高培峰，张继霞，等.丰富管理手段加强材料和低值易耗品管理[J].实验室研究与探索，2016（2）：284-285.
中图分类号：TH132.41 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkx.2015.04.027
Design of Virtual Prototype of Multi-purpose Mechanical Transmission
Experiment Platform System Based on Pro/E Platform
GUI Wei， YAO Cenglin， LI Chenglong， SHEN Caixia， ZHENG Mengwei， HAN Qiang
（Wuhan Business University， Wuhan， Hubei 430056）
Abstract In this paper， based on the Pro/E software， with the multipurpose Laboratory of mechanical transmission station as a typical example， the application of virtual design technology， virtual assembly of 3D design， completed the experiment table of all parts of the student movement of mechanical transmission mechanism， teacher movement of mechanical transmission mechanism， clock movement of mechanical transmission mechanism， the classroom door moving mechanical transmission mechanism and the projection screen motion of mechanical transmission mechanism five parts and virtual assembly of the whole experiment platform.
Key words Pro/E; mechanical system; experiment platform; virtual design
0 引言
目前，机械领域的虚拟设计技术是利用三维设计软件如Pro/E、UG、Solidworks、CATIA等对机械装置的零部件进行结构设计、虚拟装配、运动仿真分析。它是基于计算机辅助设计技术，在虚拟环境中对机械产品进行设计，达到缩短研发周期、减少研发成本的目的。
多用途机械系统传动实验台融链传动、直齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动、平面连杆传动，蜗轮蜗杆传动、丝杆螺母传动以及齿轮齿条传动等传动机构于一体。该实验台以学生最为熟悉的课堂作为展示机械系统运动的场景，可以起到趣味性教学的目的，增加学生学习机械专业课程的兴趣。敞开式的场景，在不用拆开演示台的前提下就可以让学生清楚地观察到内部传动机构的运动全过程，操作简单、比较实用。多个传动机构集中在一个场景展示，可以使学生系统性地认识不同机构的运动传递过程，有助于学生对不同的机构进行区别。
本文基于Pro/E平台的虚拟设计技术，完成多用途机械系统传动实验台各零件的三维建模设计，虚拟样机装配干涉检查、机构运动仿真分析，在仿真中对结构设计进行优化设计，尽可能降低设计风险，避免实际制造中出现问题，从而使实验台一次性制造成功。
1 实验台典型零件齿轮的三维建模
通常，在Pro/E中每个零件的三维结构设计过程步骤基本相同，如下：（1）依据各个零件的三视图，想象零件的形状，为选择合适的建模方法做好铺垫。（2）根据零件的结构，选择建模的方法。（3）根据零件的结构，进行草绘，然后利用拉伸、旋转等特征操作，以完成零件的三维设计。（4）在已建零件模型上进行辅助特征设计，完成零件三维设计，然后保存。
多用途机械系统传动实验台有多个不同类型的零件，三维设计的过程步骤基本相同，本论文只简单阐述典型零件齿轮的三维设计过程步骤。
直齿圆柱齿轮由轮齿、键槽、轴孔等基本结构特征组成，创建标准直圆柱齿轮的三维参数化模型。主要操作步骤如下：
（1）创建齿轮设计参数：
在Pro/E软件的产品参数化设置界面中，输入齿轮的设计参数及相应的初始值，模数m=2，压力角alpha=20度，齿根圆直径df，齿顶圆直径da，基圆直径db，分度圆直径d，齿宽b=30，齿数z=56，如图1，添加完毕后，单击【确定】按钮。
（2）使用Pro/E的草绘功能先绘制基准曲线，后绘制四个尺寸任意的同心圆。
（3）调出Pro/E中各参数之间关系设置的对话框，在其中输入标准直齿圆柱齿轮的关系式，如图2，添加完毕后，单击【确定】按钮。
图1 齿轮参数对话框
图2 齿轮关系对话框
（4） 系统进入三维实体模式，单击【编辑】颉驹偕模型】工具，自动生成满足一定关系式的齿轮参照圆。
（5）单击特征工具栏中的【基准曲线】工具，弹出的【曲线选项】菜单，单击【从方程】―【完成】命令，在工作区选取系统默认的坐标系，单击对话框中的【确定】按钮，在弹出的【设置坐标系类型】菜单中，选择【笛卡尔】坐标系，输入形成齿轮渐开线的参数化方程，输入完毕单击【记事本】主菜单中的【文件】―【保存】命令，最后单击【确定】按钮。即可生成渐开线。
（6）创建镜像渐开线特征。选取已绘制的齿轮渐开线的特征，选择软件中【特征】-【镜像】命令，选择基准平面DTM2作为镜像平面，单击【确定】按钮。
（7）先进入草绘平面，选择齿顶轮廓线，拉伸创建成齿轮基本实体。
（8）创建第一个齿槽特征。先进入草绘平面，再根据渐开线以及齿轮参照圆草绘出齿廓外形，然后对其进行拉伸切除，完成齿槽的创建。
（9）创建齿槽阵列特征。创建齿轮槽，选择软件征工具栏中的【阵列】命令，选择轴阵列选项，输入阵列个数56个，角度为360埃缮杓埔蟮某萋帧？
（10）拉伸切除创建成齿轮轴孔。
（11）拉伸软件的切除功能画出成齿轮键槽，完成齿轮的参数化设计如图3所示。
图3 齿轮参数化设计
2 实验台样机的虚拟装配
一般说，机械装置的虚拟装配是利用三维设计软件在计算机中，对机械产品的结构进行设计与装配。多用途机械系统传动实验台主要包括学生运动机械传动机构、教师运动机械传动机构、时钟运动机械传动机构、教室门运动机械传动机构以及投影幕布运动机械传动机构五个部分。虚拟样机在装配时，首先把这5个运动机械传动机构作为一个组件进行虚拟装配，然后把这5个运动机械传动机构装配成整个实验台。
2.1 学生运动机械传动机构虚拟装配
学生运动机械传动机构，主要由电动机、曲柄摇杆机构、连杆限位变形机构，以及固定构件课桌、课椅以及电机支架组成。虚拟装配如图4所示。小腿在固定在机架上，小手臂与机架在形成固定铰链，小手臂、大手臂、身躯、大腿、小腿之间通过活动铰链链接。电机通过曲柄摇杆机构，带动五连杆限位变形机构运动，完成学生起立和坐下的动作。
图4 学生运动机械传动机构虚拟装配图
2.2 教师运动机械传动机构虚拟装配
教师运动传动机构主要由：电动机;由16齿的大链轮、8齿的小链轮和链条组成的链传动机构;齿轮齿条传动机构;螺距6mm，单头丝杆螺母传动机构;限位开关、限位板以及讲台等固定构件组成，虚拟装配如图5所示。电机启动，通过链传动传递给丝杆，丝杆的旋转运动转变成螺母的直线运动，通过螺母上的销轴带动放置在螺母上的尺寸做直线移动，实现教师木偶人的移动，通过齿轮齿条机构实现教师旋转90度面向学生的动作。
图5 教师运动机械传动机构虚拟装配图
2.3 时钟运动机械传动机构虚拟装配
时钟运动机械传动机构主要由：电动机;齿数为35的蜗轮蜗杆传动机构;每级大齿轮齿数45，小齿轮齿数13，模数1.5的二级直齿圆柱齿轮传动机构以及电动机架、钟罩和红外位置探测器等固定构件组成，虚拟装配如图6所示。电机启动，通过蜗轮蜗杆把运动传递给二级直齿圆柱齿轮，与蜗轮连接的第一级圆柱齿轮的小齿轮带动分针转动，第二级圆柱齿轮齿轮的大齿轮带动时针转动。
2.4 教室门运动机械传动机构虚拟装配
教室门运动机械传动机构主要由：电动机;双曲柄滑块机构以及导杆、限位开关、电机机架等固定构件组成，虚拟装配如图7所示。电机启动，带动双曲柄滑块机构中双曲柄转动，曲柄通过连杆，带动教室门在导轨上进行来回往复运动，实现教室门的开关。
图6 时钟运动机械传动机构虚拟装配图
图7 教室门运动机械传动机构虚拟装配图
2.5 投影幕布运动机械传动机构虚拟装配
投影幕布运动机械传动机构主要由：电动机，锥齿轮传动机构组成，虚拟装配如图8所示。电机启动，带动大圆锥齿轮转动，通过小圆锥齿轮带动幕布上下运动。
图8 投影幕布运动机械传动机构虚拟装配图
2.6 多用途机械系统传动实验台虚拟装配
多用途机械系统传动实验台虚拟样机的主体装配主要是学生运动机械传动机构、教师运动机械传动机构、时钟运动机械传动机构、教室门运动机械传动机构以及投影幕布运动机械传动机构五个传动机构之间的装配。虚拟样在装配时，为方便整个样机的的虚拟装配，可以把装置的几个相关零件组装成组件，然后再把相关组件装配在一起构建试实验台的整体结构，如图9所示。
图9 多用途机械系统传动实验台虚拟装配图
3 结束语
多用途机械系统传动实验台的虚拟设计，减少设计物理样机所需的人力及时间，可以达到降低产品成本，缩短产品生产周期的目的。
基金项目：湖北省高等学校2014年省级大学生创新创业训练计划项目《多用途机械系统传动实验台的设计研究》（项目编号：201411654009）、武汉商学院2014年大学生创新创业训练计划项目《多用途机械系统传动实验台的设计研究》（项目序号：7）、武汉商学院2014年度教学研究项目《基于学生创新能力培养的课程教学研究―以机械设计基础课程为例》（项目编号：2014Y013）的阶段性研究成果
参考文献
1.引言
便携卫星通信终端一般是为满足特定应用需求而设计的，对成本、重量、体积、功耗有较为苛刻的要求，执行通信任务时多处于供电能源较为稀缺的野外环境，通常采用电池供电。随着使用需求的不断提高，便携卫星通信终端除了提供语音、短消息、数据通信等基本功能外，还要支持多媒体和网络的应用。复杂的通信处理、多媒体音视频处理等高性能要求需要更大的能量消耗，有限的电池容量限制了终端的使用时间[1]。如何提高终端的电源利用率、降低不必要的能量消耗，成为便携卫星通信终端首要解决的问题。在采用低功耗硬件设计的前提下，设备工作过程中的低功耗控制技术是提高电源利用率、减小平均能耗的最佳手段。本文结合便携卫星通信终端的硬件系统及技术特性，设计实现了终端的动态电源管理，通过动态调整终端在不同工作状态下的功耗，实现了终端在电池供电情况下的低功耗控制。
2.硬件系统组成
本文所涉及的便携卫星通信终端的硬件系统组成如图1所示。
终端的硬件系统设计基于软件无线电的思想，采用CPU+FPGA为核心框架构建一个开放性、标准化、模块化的通用卫星通信平台，通过软件的重载和配置可实现多种卫星组网方式、调制解调方式、信道编译码方式。配置有视频编解码器、话音处理模块及IP处理模块，支持话音、视频、IP及数据等综合业务的接入。
CPU运行VxWorks嵌入式实时操作系统，主要完成组网控制和业务接入、通信协议处理、终端监控（WEB）等功能；FPGA对并行信号处理有较好的支持，适合进行高速数字信号实时处理，主要完成基带调制解调算法、信道编译码及A/D、D/A和收、发中频通道的控制等功能，此外CPU与视频编解码器、话音处理模块间的业务和控制数据的交换也通过FPGA实现；IP处理模块的业务数据与CPU直接交换，控制数据通过FPGA与CPU进行交换。
3.低功耗控制技术相关研究
终端系统的总功耗由动态功耗和静态功耗组成[2]。动态功耗是电路开关或者数字逻辑状态翻转时产生的，在总功耗中占据了较大的比重；静待功耗也称为漏电功耗，主要是晶体管未发生转换时电流泄漏而产生的功耗。系统的总功耗可以简单地用典型功耗计算模型表述：
式中C为负载电容的大小，fc为电路工作时的开关频率，Vdd为供电电压，IQ为静态漏电流。
由计算模型可以看出，在硬件电路设计状态确定的情况下，降低工作电压和工作频率可以有效地降低系统的动态功耗[3]。当前卫星通信终端功能和性能要求不断的提高，系统硬件电路的复杂度也随之增加，静态功耗在系统总功耗中的比重也不容忽视，因此，进行平台硬件设计时，在满足性能的情况下应选择最简化电路结构和低功耗芯片实现。
此外，在便携卫星终端的设计中，一个较为普遍的低功耗控制技术就是动态电源管理（DPM）[4]。引入电源管理并不能直接降低设备满负荷工作时的功耗，它是通过一定的控制管理策略，动态配置设备实时工作状态，使之以最少的组件和最小的工作负荷达到所要求的功能。通过合理的组织应用达到设备长时间工作时平均功耗的降低，可有效提升在电池供电情况下设备的续航能力。电源管理主要通过关闭芯片或电路的电源、工作时钟或设置芯片进入休眠模式等方法达到降低功耗的目的。
4.终端电源管理设计
终端CPU软件设计有专门的电源管理进程，根据终端的工作状态和工作参数选择不同的电源控制策略。CPU发起电源控制并将控制信息传送给FPGA，FPGA将接收的电源管理控制信息进行解析生成直接面向受控模块或电路的控制信号，实现对其内部模块和电路的电源管理控制。终端的电源管理系统框架如图2所示。
在应用时，便携卫星通信终端根据信道和业务连接的情况分可分为正常工作、空闲、待机三个状态，正常工作状态是指终端在入网情况下进行载波收发和业务通信，空闲是指终端仅维持入网状态，当前没有业务通信，处于空闲；待机是指终端没有业务通信且不需维持入网处于退网的状态，在此状态下终端大部分电路单元都处于低功耗或者关闭状态。此时，时钟源、CPU、FPGA构成的电源管理控制系统正常工作，CPU除电源管理进程和WEB监控程序外的其它程序全部挂起，当有业务通信或入网认证需求时，CPU通过响应监控输入的中断请求重新唤醒系统。
不同工作状态间的转换如图3所示。
不同工作状态下的电源控制方案：
（1）正常工作状态
正常工作状态下，通信终端始终保持载波的发送接收，卫星信道发送接收支路电路的电源应全部打开，调制解调基带时钟工作，A/D、D/A芯片工作，可根据业务通信的情况，动态低选择关闭话音处理模块电源、视频编解码器电源或IP处理模块电源。
（2）空闲状态
空闲状态下，通信终端没有通信业务，业务相关电路电源可全部关闭，CPU相应的通信业务端口也应通过软件设置关闭，且程序中的业务数据处理进程也应挂起。此外，终端维持入网状态时仅接收网络主站广播信息，在没有业务触发的情况下，没有载波发送，因此在空闲状态下，卫星信道的发送支路电源关闭，调制基带时钟关闭，D/A芯片休眠。
（3）待机状态
在待机状态下，仅维持终端电源管理系统正常工作，因此全部的业务相关电路的电源关闭，卫星信道发送接收支路电源关闭，A/D、D/A芯片休眠，时钟管理芯片休眠（调制、解调、信道编码时钟中断），终端处于最低功耗状态。
不同工作状态下终端的功耗统计：
在终端直流12V（电池供电一般为14.4V）输入的条件下，测试了不同工作状态下终端功耗，表1为测试结果。
由表1可以看出，采用动态电源管理设计，终端的功耗可在6W～38.4W范围内动态调整，为便携卫星通信终端系统工作时的低功耗控制提供了很好的支撑。
5.结束语
通过对便携卫星通信终端硬件系统和技术特性的分析，提出了针对终端不同工作状态的电源管理控制策略，实现了终端的动态功耗管理。通过不同工作状态下的功耗测试结果验证了终端动态电源管理设计思路的可行性、正确性及有效性，为其它类似采用电池供电的便携卫星设备的系统电源管理设计提供了一种设计参考。
参考文献
[1]朱超军.嵌入式设备动态电源管理初探[J].中国新技术新产品，2010（6）.
问题的提出
城镇化建设与经济发展密切相关，城镇化与经济发展的关系研究,最早出现在钱纳里1975年出版的《发展的模型：1950-1970》一书中，通过模型回归，提出了城镇化率与人均GDP的一般对应关系。汪金敖认为城镇化是经济发展的突破口。王波对经济与城镇化的关系的实证研究表明经济与城镇化之间存在着良性互动关系。但对于我国目前的城镇化建设状况如何，是否与我国经济发展水平相适应，理论界存在很大分歧。
占主流的观点认为我国的城镇化严重滞后于我国的经济发展水平。另一种意见则是觉得前者夸大了中国城镇化滞后的程度，认为中国的城镇化大体合适，只是略微滞后。还有一种意见认为中国不是城市化滞后，而是隐性超城市化。不管是超前还是滞后城镇化，以前的研究主要是静态的研究，鉴于此，本文采用基于熵值法的动态评价方法对我国城镇化建设与经济发展的协调性情况进行动态研究，以求能客观反映我国城镇化建设与经济发展的协调状况。
评价指标体系
评价城镇化建设与经济发展之间是否相协调，首先要对两个子系统的评价指标体系进行选取，本文按照客观性、科学性、完备性、一致性和数据获取可能性的原则，结合有关学者的研究成果和数据资料的来源情况，最终筛选出31个能比较集中反映经济发展和城镇化建设的指标，作为评价指标体系，其中经济指标12个，城镇指标19个，具体指标如表1所述。
动态综合协调系数的计算
协调系数是指某一系统与其它系统相适应的数值，反映了隶属于“协调”这个模糊集合程度的指标，其取值为［0，1］之间的实数。协调系数的计算公式为：
公式中：W表示协调系数，X为子系统实际发展水平；X *为协调发展水平；K=2/S，S为方差，W(i/j)是i子系统对j子系统的协调系数；W( j/i)是j子系统与i子系统间相互协调发展程度的协调系数；W(i, j)是i系统与j系统的综合协调系数。若实际发展水平越接近协调发展水平时，协调系数越大，说明协调发展程度越高；实际发展水平与协调发展水平的离差越大时，协调系数越小，说明协调系统协调发展程度越低；当实际发展水平与协调发展水平相等时，协调系数为1，说明系统完全协调；当实际发展水平与协调发展水平的离差趋于无穷大时，协调系数趋于0，说明系统完全不协调。可见，协调系数能反映系统间的协调发展程度，通过协调系数可以直观、方便的评价城镇建设与经济发展的协调发展状况。
本文通过选取我国31省市1995、1997、2000、2003、2005、2007和2009年七年的数据，首先采用墒值法和理想点法相结合的时序多指标综合评价方法计算出我国1995-2009年的城镇化综合动态发展水平和经济动态综合发展水平，再结合隶属度函数，运用统计年鉴相关数据，计算了1995-2009年我国31省市的城镇建设与经济发展的综合动态协调系数，计算结果如表2所示。
结果分析
（一）协调系数等级划分
协调系数的大小表示其协调程度，它的不同区间划分可以作为不同协调程度的衡量标准。为了使协调系数更直观地评价城镇建设与经济发展两个系统之间的协调发展程度，结合相关协调发展研究的理论，本文把协调系数划分为6个等级，协调系数大于0.6即达到协调状态，如表3。
（二）我国各省市城镇建设与经济水平的协调发展结果分析
我国城镇建设与经济发展的协调性区域差异明显，东部最好、中部次之、西部较差。我国城镇化建设与经济发展的协调性区域发展极不平衡，东部协调性较高，中部次之，西部较差，东西部差距较大。我国东部地区的省市，除福建外，其它省市的城镇建设与经济发展的协调系数都大于0.6，均达到协调状态，其中，北京、上海和广东三省市的协调系数最高，均大于0.9。中部地区除河南和河北两省的协调系数小于0.6外，其余省市的协调系数都大于0.6，已达到协调发展状态，但协调系数最高的湖南也只有0.791，落后于东部地区很多省市。西部地区的城镇建设与经济发展的协调性较差，除重庆、四川两省市的协调系数大于0.6外，其它11省市的协调系数都低于0.6，属不协调发展状态，其中、新疆和青海三省的协调系数低于0.19，为极度失调状态，西部13省市的城镇化建设与经济发展的协调性较差，远远落后于东部地区，与中部地区也存在一定差距。
我国大部分地区的城镇建设滞后于经济发展水平。协调系数W(i, j)是由W(i/j)和W( j/i)两部分共同决定的，如果W(i/j)值大于W( j/i)值，表明i系统优于j系统,即经济发展水平高于城镇化建设水平，是滞后城市化建设；反之，如果W(i/j)值小于W( j/i)值，表明j系统优于i系统，即城镇化建设水平高于经济发展水平，是超前城市化建设。从计算出来的W(i/j)、W( j/i)和W(i, j)值来看，只有北京、上海、广东、江苏、浙江和重庆六省市的W(i/j)值与W( j/i)值差距较小，这六省市的城镇建设与经济发展的协调系数比较高，均大于0.8，其城镇建设与经济发展达到良好协调状态。其余25省市的W(i/j)值都大于W( j/i)值，即这25省市的城镇化建设都滞后于当地经济发展水平。其中天津、辽宁、吉林、黑龙江、安徽、江西、山东、湖北、湖南、海南、重庆和四川12省市的综合动态协调系数虽然都大于0.6，但其城镇化建设水平仍然滞后于当地的经济发展水平，城镇化建设水平仍有待提高，而、新疆和青海等省市在发展经济的时候忽略了城镇化建设，其城镇化建设远远滞后于当地的经济发展水平，亟需大力增强城镇化建设力度。
随着时间的推移，我国的城镇建设与经济发展的协调性趋势增强。从1995年到2009年，随着时间的推移，我国大部分省市的城镇建设与经济发展两者之间的协调性趋势增强，从1995年到2009年选取的七年样本计算出来的静态协调系数来看，1995年，我国只有北京、上海和广东三省市的协调系数大于0.6，到2003年，已经有北京、上海、广东、浙江、江苏、湖北和湖南等16省市的协调系数大于0.6，但到2009年，除、新疆、青海、宁夏、甘肃和贵州等10省外，已经有21省市的协调系数大于0.6。而从计算出来的7年的综合动态协调系数来看， 我国31省市中，有18省市的城镇化建设与经济发展的协调系数大于0.6，只有13省市的城镇建设与经济发展的协调系数小于0.6，而且北京、上海、广东三省市的协调系数大于0.9，已达到优质协调发展状态，浙江、江苏两省市的协调系数也大于0.8，达到良好协调状态。所以总体而言，我国大部分地区的城镇建设与当地的经济发展基本上是协调发展的，而且随着时间的推移这种协调性趋势增强。
结论与建议
（一）结论
从1995年到2009年，我国的城镇化建设进入了一个高速发展的阶段，虽然随着时间的推移，我国的城镇建设与经济发展的协调性趋势增强，但我国城镇建设与经济发展的协调性区域差异明显，而且我国大部分地区的城镇建设滞后于经济发展水平，这对社会发展产生种种消极影响。当前我国在生产、消费、人口、土地和环境等方面存在的许多问题，无不与城镇建设与经济发展不协调相关。当务之急是明确城镇化建设与经济协调发展的巨大战略意义，通过加强基础设施建设、改革土地政策和户籍管理制度、完善社会保障关系、调整产业结构和能源消耗方式、健全投融资体系和增强环境保护和资源节约意识等措施，缩小区域差异，促进我国城镇化建设与经济水平的协调发展，从而进一步实现我国经济社会的可持续发展和全面建设小康社会的宏伟目标。
（二）相关建议
制定科学合理的城镇发展规划。规划是城镇建设和发展的蓝图，是建设和管理城镇的基础手段和依据，科学合理的城镇发展规划可以有效提高城镇化建设水平，也可以带来巨大的经济、社会与环境效益，从而有利于我国城镇建设与经济的协调发展。我国城镇建设与经济发展的协调性区域差异明显，因此，要从实际出发，以协调为原则，根据当地经济发展水平、区位特点和资源条件，总体规划、合理布局，缩小城镇建设与经济协调发展的区域差异。
加强城镇基础设施建设。由于基础设施具有投资规模大、建设周期长、发挥效益慢等特点，我国大部分地区的城镇基础设施建设较差，因此，必须提高思想认识，加强基础设施建设。可以通过共建、共享发挥集聚效率和规模效率，降低建设成本，提高投资效益。此外，国家应该在城镇改造、公路、广播电视、通讯等基础设施建设方面给予支持，地方政府要根据自身财力状况，重点支持城镇供排水、环境整治、信息网络等公用设施建设。同时，也需要加强基础设施管理，应设立统一的城市公共资产管理机构，对城镇基础设施进行统一运营、养护、维修、扩建、改进等环节，确保基础设施长效作用的充分发挥。
加强制度创新和城镇管理。要加强户籍制度、土地制度、社会保障制度、财政投资体制、行政管理体制等制度和体制创新，为城镇发展创造条件。同时，政府要加强城镇规划、政策引导、信息咨询、投资环境和公共品供给等引导和管理，健全服务职能，提高管理效益。
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Construction of Mobile Threat-Awareness Platform Based on Multi-Dimensional Data Analysis（China Mobile communication group Zhejiang Co.， Ltd.，Zhejiang、310000）
Abstract：Information Technology is now experiencing an unprecedented rapid development， due to its nature of being convenient， efficient and as the core of information technology， mobile application inevitably has become an indispensable part of people’s daily work and study life. However， on account of its technological immaturity， and lack of a mobile applications targeted security management platform， have resulted in a significant number of user privacy leaks， corporate financial lost， and damaged interests， and have caused an incalculable impact on our society.This paper will introduce the D-S Model-based Threat-Awareness Platform of Mobile Application. By data mining and analyzing the mobile terminal threat， this security platform not only provides users with relevant threat intelligence information but also indicates the source of the threat with accurate positioning and control.All in all， Threat-Awareness platform is an innovative and efficient mobile security management platform that can close the loopholes which traditional security management architectures have failed to do so.
KEY words： D-S MODEL， Threat-Awareness Platform， Precise Threat Detection， Risk Analysis and Management.
一、背景和意x
随着移动互联网时代的到来，浙江省移动公司CRM系统的移动APP办公模式正在逐渐取代传统柜台式服务模式，该模式极大的提升了业务人员的办公效率和展业效率。但是随着国际、国内移动应用环境的不断复杂化，移动APP应用的攻击事件呈快速增长趋势。针对CRM系统移动APP自身业务层面的违规操作和攻击事件始终未曾停止过，虽然APP在最初设计中已经进行了一定的安全防护措施，但依然存在诸多异常数据无法精准判定，主要表现在：同一UUID对应多个员工账号，账号存在跨区域业务办理；业务办理过程中提交的数据不完整，存在某些字段为空的违规数据形式；部分账号在同一时间进行业务办理，同一账号会在一次操作中进行多次业务办理，存在多账号办理业务时间间隔相同等等。从后台数据中虽然可以确定存在异常信息，但是缺乏专业的分析系统和分析人员，导致无法定位异常信息的来源和攻击形式。
我公司曾经对异常数据进行排查，发现大部分缘由是一些员工或者公司进行违规操作而造成。信安部结合相关业务部门通过明察暗访确实发现下属员工和公司存在通过手机模拟器软件进行批量业务操作的行为，也发现公司购买外挂、位置造假等软件进行违规业务办理操作，甚至还有部分员工非法购买个人信息进行批量性的黑卡办理操作从中谋取暴利。以上行为不仅影响了公司业务系统的正常运行，而且黑卡流入社会为电信欺诈提供了赖以生存的沃土，不但影响移动公司的形象，也对人民群众的生命财产安全造成严重威胁。
同时G20峰会的召开，保证峰会期间移动CRM系统的安全运行至关重要。
二、项目特点及主要技术功能介绍
针对日益复杂和难以界定（比如：批量注册、刷单）的移动平台攻击，依靠单一技术或简单规则来发现阻断攻击己经不可能实现，防御的最佳策略是及早发现并实时响应。通过在移动平台上多维度多层次采集数据，构建基于多维度取证和响应同时交互进行的防御架构，不仅可以提高取证分析追溯能力，还能更好的弥合主动取证和快速响应之间的安全间隙。充分考虑时间跨度，提出一种状态加响应的证据链取证方法，对这种证据链进行有效保存和深度挖掘，从而更好的解决一些持久的入侵取证分析。利用D-S证据理论对取证数据进行有效处理，更加有利于进行精准的预测和高效的决策。通过构建与浙江移动业务强关联的威胁检测模型，尽可能早的发现潜在的安全威胁并迅速采取响应，将类似黑卡、信息伪造等复杂攻击带来的损失减小到最低甚至阻止其发生。
2.1基于终端多维度多级的信息采集
终端多维度多级信息采集采用“采集器”和“传感器”相结合的信息采集模式，采集器实时将数据上报传感器，并由服务器集群进行快速的数据分析，进行可疑行为的判断与定位。利用终端多维度数据采集主动发现可疑行为并迅速采取应急响应是更早发现威胁的最佳途径，该途径还可以将威胁的影响大幅度减小。由于移动市场的复杂化，终端的多样化，确保每个终端进行有效的取证和响应存在很大的难度。终端取证采用多维度终端取证和响应相结合可以尽可能的构建及时的安全分析及响应体系。
在预防和检测移动威胁方面，通过不同安全分析模块对数据进行分析和处理，从而可以快速的发现威胁事件。由于采用取证加响应的模式收集证据，使得证据链在时间上有一定的跨度，从而保证在长时间持续性的进行分析和保护。
在攻击证据追踪方面，基于层次化的证据链收集方式（对C&C流量分析），有利于还原攻击场景，定位威胁源位置。各级的证据数据库提供了大量的生动的证据链，短时间内只需在对不同时期，不同位置的证据链进行关联分析，就可以快速确定威胁形式。基于长时间的证据链汇总和采用先进的算法，可以还原攻击的每个细节。
2.2证据链模型
证据链是由取证状态和响应动作共同构成，能够有助于更好的还原整个攻击的完整过程。同时，取证状态和响应动作相互配合，可以最大限度的将攻击的危害减小到最小。终端取证可以发现如可疑的应用操作、可疑应用权限、可疑的系统调用等值得注意的变化。响应动作可以采取：标记可疑目标为不信任、进一步审计、生成攻击记录、进一步筛查可疑文件、迅速定位可疑状态来源、可阻止运行。终端取证和终端响应相互配合，相互联动是形成证据链的根本。
证据链的形成过程主要是依据终端取证和响应发生的时间节点作为依据，充分考虑运用证据链在恢复攻击场景时的作用（如图1所示）。对于终端取证每发现到一个可疑改变时做出详细的时间记录，可以更好在以后的有关证据的整合、最新攻击的查找定位中起到很好的作用。对于响应的时间记录可以有助于分析哪些响应更加有效和有针对性。
证据链的分析主要是依据取证和响应的时间跨度进行分析，同时也是发生在每一级端点的分布式分析。如果取证发现的最新的可疑行为与系统已存在文件之间有关联时，可以通过这个已存在文件的加载时间，在防御系统中查询这一时间段的己经发现并存储的攻击证据链，能够更加精确定位到威胁的来源并迅速采取相应的措施。同时通过一些指标的分析确定系统所处的安全环境和防御的有效性。
同时，取证的证据还包括：不同攻击的安装模块、技术细节和认证形式，分析它们之间的联系和相关性等信息，尤其是通过对认证形式的分析找出可疑的事件。C &C通信的细节也是取证的关键，可以判断出攻击端的通信网络模式（WiFi， 4G） ，使用的终端类型，终端系统版本等信息。
2.3 D-S综合决策模型
D-S综合决策模型是对不断收集到的证据链，通过一定的规则和函数高效的利用取证和响应信息，并将诊断对象对安全运行状态变化的敏感程度设置为阈值；得到的可疑威胁特征构成识别诊断对象安全状态的证据。利用D-S证据理论构建证据融合诊断决策模型对所获取的证据进行处理，从而达到对这些证据链进行融合处理与分析的目的；最终通过对比事先商定并可以不断改进的诊断策略规则和可调整的阈值得出诊断结论。
2.3.1基于C据链的决策步骤
利用三级端点取证和响应系统，可以获得大量的信息，基于D-S的证据理论可以更好的将这些信息进行有效的利用。结合D-S证据理论决策融合的基本过程和威胁感知的信息融合结构，可以得到D-S证据理论信息融合威胁诊断方法的步骤（如图2所示）：
1）确定攻击威胁空间在查阅目标保护端点上的各类审计信息的基础上，统计曾经发现过的攻击的具体活动方式和前期威胁特征（比如访问终端变化，权限的更改，关键系统资源的非法访问等等）；然后把这些前期特征和实施方式归纳为若干个典型的威胁类型（刷单、信息造假等）；最后，由这些典型的攻击威胁类型构成“攻击威胁空间”。
2）确定攻击威胁空间，利用三级端点取证和响应系统当前获取的证据链信息，首先，结合一定的规则将证据链拆分成孤立的威胁特征，形成“攻击威胁空间”中的各种威胁特征并关联到已经知道的攻击方式。然后进一步结合审计系统细化攻击特征构造各种“攻击威胁特征子集”，同时形成“攻击威胁空间”。
3）选择证据体利用攻击威胁特征子集，结合识别框架中各种攻击的特点，从不同侧面构造能够识别“诊断对象信息系统”安全状态的证据体。证据体的选择主要追溯攻击源头，为查找攻击规律提供便利。这些证据体主要是三级端点取证和响应系统获取经过处理的证据链，历史数据等。
4）确定出各证据的基本可信度，并分配在深入分析各证据与识别框架中各命题对应关系的基础上，结合具体的安全管理策略，安全管理策略和相关参数可以不断优化和动态调整。综合采用多种确定证据可信度的方法如专家打分法、概率统计法等，计算出各个证据对识别框架中各命题的支持程度。
