线性系统理论总结

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线性系统理论总结范文第1篇

关键词： Volterra级数；非线性系统辨识；广义频域响应函数（GFRF）；多音信号；Vandermode法

中图分类号： TP206.3文献标志码： A

现实世界中，存在着大量的非线性现象，几乎所有的控制系统、电子系统都是非线性的，线性只是对非线性在一定程度和范围内的近似描述.随着现代科学技术的飞速发展，关于非线性系统的控制、建模、分析、综合和预测等问题日益凸现，非线性已成为目前研究的热点问题.

解决非线性问题的基础是建立描述非线性系统的数学模型，Volterra级数是非线性系统建模的常用模型之一，包括时域核及频域核两种形式[12].Volterra核函数是线性系统描述的直接扩展，与线性系统的脉冲和频率响应函数一样，能够描述非线性系统的本质特性，具有物理意义明确、适应范围广等优点，在诸多领域取得了许多成功的应用[36].Volterra时域核的傅里叶变换形式被称作Volterra频域核，或广义频域响应函数（generalized frequencyresponse functions， GFRFs）[7].Volterra频域核提供了从频域分析非线性系统的方法，人们往往更加关心Volterra频域核，这是由于相对于Volterra时域核，其频域形式可使人们直观、准确地理解许多重要的非线性现象.Chua给出了多音激励下Volterra核频域输出特性[8]；Bedrosian分析了在谐波及高斯输入激励下Volterra系统的输出特性[9].目前，Volterra频域核的辨识方法分为参数辨识和非参数辨识两种[1011].参数辨识的方法是基于非线性系统的微分方程来辨识Volterra频域核[1215]，该方法比较成熟；非参数辨识是基于系统的输入输出数据来辨识Volterra频域核[1620].由于非线性系统的复杂性，通常很难获得其理想的数学模型，因此参数辨识的方法有其局限性.由于非参西南交通大学学报第48卷第2期韩海涛等：基于多音激励的Volterra频域核非参数辨识方法数辨识是基于“黑箱”辨识，不用了解系统的内部机理及物理特性，只根据系统的输入输出数据进行辨识，因此更具有实用性.

文献[16]提出了一种基于时域分析的非参数辨识方法，该方法仅能计算出Volterra核在谐波频率成分处的值，且只适用于辨识前3阶Volterra核；文献[17]采用高斯白噪声作为系统的输入激励，根据时域自适应辨识方法对Volterra核进行辨识，这种方法待辨识的参数与系统的记忆长度和阶次成指数增加，辨识过程复杂、计算量大；文献[1819]基于频率分离思想给出了基于多音激励的Volterra频域核的非参数辨识方法，该方法具有较高的辨识精度，然而没有系统地推导出任一阶Volterra频率核的辨识公式；文献[20]虽然给出了多音激励下Volterra频域核的估算公式，但估算误差比较大，使非参数辨识方法的应用受到很大的限制；文献[21]提出了Volterra频域核辨识的多音激励信号设计，为多音激励下Volterra频域核的非参数辨识奠定了基础.本文对多音激励下Volterra频域核的输出特性进行了深入研究，从理论上系统地推导出了Volterra频域核的辨识公式，克服了以往Volterra频率核非参数辨识方法的不足，通过实验结果验证了本文结论的正确性.1Volterra频域核的定义及重要性质对任意连续的时不变弱非线性动态系统，可以用广义卷积分或Volterra级数完全描述：

5结束语Volterra频域核的传统辨识方法存在计算量大、步骤复杂、精度不高的问题.本文针对这些问题提出了一种新的基于多音激励的非参数辨识方法.重点探讨了多音信号激励下Volterra频域核输出特性，基于此性质推导出了Volterra频域核的辨识公式，并总结出了基于多音激励Volterra频域核辨识的一般方法步骤.通过对一非线性系统的Volterra频域核进行辨识，验证了该方法的有效性.该方法具有计算量小、精度高、易于工程实现的特点，可广泛应用于非线性系统的建模及故障诊断，是一种实用的方法.

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线性系统理论总结范文第2篇

【关键词】自动控制理论；Matlab；模糊控制；鲁棒控制；最优化控制

随着控制系统复杂性的增加，不确定因素的增多，要求各控制理论分支有进一步的发展，弥补各理论分支的缺点与不足，以满足更高的控制性能指标。现有的控制理论在线性系统控制中大都能取得良好的控制效果，但对离散、非线性复杂系统领域的研究大都刚刚起步，或处于初级阶段，远未达到人们的期望。而实际工业生产过程的模型一般都很复杂，通常具有非线性、分布参数和时变等特性。因此将控制理论的研究领域推广到非线性复杂系统有重要的实际意义。另外与宏观复杂系统控制相对的量子控制（Quantum Control）也正在作为一个全新的学科领域蓬勃崛起，它的发展也依赖于完善的控制理论和优化控制策略。近年来随着微电子、半导体、计算机等技术的快速发展也强有力的推动了自动控制理论的发展。

一、现代控制理论的产生及其发展

控制理论作为一门科学，它的产生可追溯到18 世纪中叶的第一次技术革命，1765年瓦特发明了蒸汽机，应用离心式飞锤调速器原理控制蒸汽机，标志着人类以蒸汽为动力的机械化时代的开始，后来工程界用控制理论分别从时域和频域角度讨论调速系统的稳定性题，1872年劳斯（Routh E J）和1890年赫尔维茨（Hurwitz）先后找到了系统稳定性的代数据，1932年奈奎斯特（Nyquist H）发表了放大器稳定性的著名论文，给出了系统稳定性的奈奎斯特判据。美国著名的控制论创始人维纳（Wiener N）总结了前人的成果，认为客观世界存在3大要素：物质、能量、信息，虽然在物质构造和能量转换方面，动物和机器有显著的不同，但在信息传递、变换、处理方面有惊人的相似之处，1948 年发表了《控制论—或关于在动物和机器中控制和通讯的科学》，书中论述了控制理论的一般方法，推广了反馈的概念，确立了控制理论这门学科的产生。

1．经典控制理论。第一代称为“经典控制理论”时期，时间为20 世纪40～50 年代。它研究的主要对象多为线性定常系统，主要研究单输入单输出问题，研究方法主要采用以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，它的控制思想首先旨在对机器进行“调节”，使之能够稳定运行，其次是采用“反馈的方式，使得一个动力学系统能够按照人们的要求精确地工作，最终实现对系统按指定目标进行控制。”

2．现代控制理论。第二代称为“现代控制理论”时期，时间为20 世纪60～70 年代。经典控制理论对线性定常系统可产生良好的控制效果，但是它对多输入多输出、时变、非线性系统的控制却力不从心。所以50 年代末60 年代初，学者卡尔曼等人将古典力学中的状态、状态空间概念加以发展与推广，将经典控制理论中的高阶常微分方程转化为一阶微分方程组，用以描述多变量控制系统，并深刻揭示了用状态空间描述的系统内部结构特性如可控性、可观性，从而奠定了现代控制理论的基础。

3．第三代控制理论。以上所提的经典控制理论和现代控制理论都是建立在数学模型之上的，所以统称为常规（传统）控制。它们为了控制必须建模，但许多实际系统的高维性及系统信息的模糊性、不确定性、偶然性和不完全性给基于数学模型的传统控制理论以巨大的挑战。是否可以改变一下思路，不完全以控制对象为研究主体，而以控制器为研究对象；是否可以用人工智能的逻辑推理、启发式知识、专家系统解决难于建立数学模型的问题呢？智能控制的出现正源于这一思想。1967年Leondes 和Mendel 首次正式使用“智能控制”一词，1971 年傅京孙教授指出，为了解决控制问题，用严格的数学方法研究新的工具来对复杂的“环境2对象”模型进行建模和识别以实现最优控制，或者用人工智能的思想建立对不能精确定义的环境和任务的控制设计方法，这两者都值得试一试，而重要的是把两种途径密切结合起来协调的进行研究。沿着这一思想出发，现代控制理论将微分几何、微分代数、数学分析与逻辑推理、启发式知识建立和发展了智能控制理论相结合从而形成第三代控制理论大系统理论和智能控制理论。

二、Matlab工程软件

线性系统理论总结范文第3篇

【关键词】复杂性科学;中医药学;启示

【中图分类号】R2-031【文献标识码】A【文章编号】1007-8517(2010)18-012-3

复杂性科学[1](Science of Compledty)是一门研究复杂性和复杂系统的新兴的边缘、交叉学科。国外有学者称复杂性科学是科学史上继相对论和量子力学之后的又一次革命[2],国内成思危教授认为它是系统科学发展的一个新阶段[3,4],戴汝为院士称其为“21世纪的科学”。近年有关的学术会议和数量急剧增加,相关的研究在国内外掀起了热潮。总之,它方兴未艾,引起了国内外越来越多学者的关注。复杂性科学打破了线性、均衡、简单还原的传统范式,而致力于研究非线性、非均衡和复杂系统带来的种种新问题。复杂性科学的出现极大地促进了科学的纵深发展。使人类对客观事物的认识由线性上升到非线性、由简单均衡上升到非均衡、由简单还原论上升到复杂整体论。因此,我们认为复杂性科学的诞生标志着人类的认识水平步入了一个崭新的阶段,将是科学发展史上又一个新的里程碑。

复杂性研究最早的起源可以追溯到20世纪上半叶,1928年贝塔朗菲(Von Bertalanffy)完成了描述生物有机体系统的毕业论文。自此以后的20年,在这方面做出实质性贡献的人及其成果为:McCul-loch和Pitts的神经网络、冯・诺依曼(John Von Neuman)的元胞自动机(cellular automata)和维纳的控制论。上个世纪50年代到70年代,普里高津提出了耗散结构理论,沟通了非生命系统和生命系统的内在联系,说明这两类大系统之间并没有严格的界限,表面上的鸿沟是由相同的规律所支配的。耗散结构的理论是对系统宏观性质的研究,还没有和系统的微观性质联系起来。与普里高津同时代的哈肯的协同学则沟通了从微观到宏观的通路,使系统在宏观上表现出来的规律能和微观上的运动联系起来。远离平衡态的研究是欧洲复杂性研究的代表,但是从目前的情况来看,普里高津和哈肯所研究的系统特性仍属于“简单巨系统”特性的范畴,可以直接用统计学等定量工具进行处理。当这些方法运用到更复杂的系统中时,遇到了根本性的困难。1984年,在诺贝尔奖获得者盖尔曼(Gell Mann)等人的发起与鼓动下,一批物理学家、理论生物学家、经济学家和计算机专家及其它学科的研究人员聚集于美国新墨西哥州的圣塔菲组织了一个松散的研究团体,称为圣塔菲(Santa Fe)研究所。其前期的主要学术观点可概括为:复杂系统是由大量相互作用的单元构成的系统。复杂性的研究则是研究复杂系统如何在一定的规则下产生有组织的行为。近年来,圣塔菲研究所的一些科学家拓宽了复杂性的研究内容,把兴趣逐步转移到对混沌边界的研究上。总体来看,圣塔菲研究所认识到复杂性研究的困难在于不能用传统的方法来处理复杂系统所涉及的问题,并提出了复杂性科学这一概念。迄今圣塔菲研究所在复杂性科学研究方面所涉及的主要内容有:复杂适应系统、非适应系统(如元胞自动机)、标度、自相似、复杂性的度量。其中复杂适应系统是圣塔菲研究所集中研究的对象,而且复杂适应系统理论也是第三阶段复杂性科学的主要成果。

1复杂性

在复杂性科学研究中,复杂性是客观事物的一种属性,是客观事物跨越层次的、不能够用传统的科学理论直接还原的相互关系。复杂性与简单性是相对应的。简单性一向是现代自然科学的一条通则。许多科学家相信自然界的基本规律是简单的。爱因斯坦曾是这种观点的突出代表。虽然复杂现象比比皆是,但人们还是努力要把它们还原成更简单的行为主体(Agent)或过程。当然的确有不少复杂的事物或现象,其背后确实存在简单的规律或过程。但是,另一方面也存在大量的事物和现象不能用简单的还原论方法进行处理。事实上,简单性与复杂性是客观事物的两种不同表现形式。“复杂性必须用复杂性的方法来研究”。

2复杂系统

目前关于复杂系统的定义还很不统一,至少有30多种,如:复杂系统就是混沌系统(混沌学派);复杂系统是具有自适应能力的演化系统(圣塔菲);复杂系统是包含多个行为主体(Agent)具有层次结构的系统;复杂系统是包含反馈环的系统(Stacey);复杂系统是任何人不能用传统理论与方法解释其行为的系统(John Warfield,约翰.沃菲尔德);复杂系统是动态非线性系统。

对指导中医学研究而言,我们认为,复杂系统是具有自适应能力的演化系统,即有反馈环,又包含行为主体(Agent)及层次结构,而且是非线性系统。每一个层次的行为主体(Agent)对更高层次的作用者来说都起着建设砖块的作用。能够吸取经验,从而经常改善和重新安排它们的建设砖块。所有复杂的适应性系统都会预期将来。这种预期都基于自己内心对外部世界认识的假设模型之上,也就是基于对外界事物运作的明确的和含糊的认识之上。能够随着系统不断吸取经验而被检验、被完善和被重新安排。

3复杂性科学

3.1复杂性科学的概念

我们认为:“运用非还原论方法研究复杂系统产生复杂性的机理及其演化规律的科学”可以作为复杂性科学的定义。简单地说,复杂性科学就是运用非还原论方法研究复杂系统的科学。

3.2复杂性科学的基本原理

总结目前的研究成果,我们认为复杂性科学的基本原理主要有以下一些:

(1)整体性原理由于复杂性科学的研究对象是非线性系统,传统的叠加原理失效,因此,不能采用把研究对象分成若干个小系统分别进行研究,然后进行叠加的办法,而只能从总体上把握整个系统。

(2)动态性原理复杂系统必然是动态系统,即与时间变量有关的系统。没有时间的变化,就没有系统的演化,也就谈不上复杂性规律。

(3)时间与空间相统一原理复杂性科学不但研究系统在时间方向上的复杂演化轨迹,而且还试图说明系统演化的空间模式。一般说来,系统中非线性关系所导致的浑沌可以认为是一种时间演化轨迹,同时也可以用分形来描述系统长期演化后的空间模式。这两种描述通过奇怪吸引子的分数维和李雅普诺夫指数等概念相关联。

(4)宏观与微观相统一的原理复杂性科学认为,经济系统的宏观变量大的波动可能来自于组成系统的一些元素的小变化。因此,为了探讨复杂系统宏观变量的变化规律,必须研究它的微观机制。但由于非线性机制的作用,又不能将系统进行分解,所以说必须将宏观与微观相统一。

(5)确定性与随机性相统一原理复杂性科学理论表明:一个确定性的系统中可以出现类似于随机的行为过程,它是系统“内在”随机性的一种表现,它与具有外在随机项的非线性系统的不规则结果有着本质差别。对于复杂系统而言,结构是确定的,短期行为可以比较精确地预涵,而长期行为却变得不规则,初始条件的微小变化会导致系统的运行轨迹出现巨大的偏差。

3.3复杂性科学所涉及的几个主要概念

(1)自组织(Self-organization)从系统论的观点来说,“自组织”是指一个系统在内在机制的驱动下,自行从简单向复杂、从粗糙向细致方向发展,不断地提高自身的复杂度和精细度的过程。这一过程是适应性的,使得系统能够更好地应付或处理它们的环境。

(2)突现(Emergence)突现是指复杂系统中的行为个体(Agent)根据各自行为规则相互作用所产生的没有事先计划但实际却发生了的一种行为模式。正如安德森所指出的那样,复杂系统“每个复杂的层面都会出现全新的特征。每个阶段都需要全新的法则、概念和普遍化,需要与上一阶段同样多的灵感和创造性。”在每一个阶段,新形成的结构会形成和产生新的突然出现的行为表现,如心智是一个突现的特征。

(3)混沌边缘(Edge of Chase)这是指一个复杂自适应系统运行在有序和无序之间的相交过程中出现的有界非稳定性的一种形式。是复杂系统的层次的行为中,系统的元素从未完全锁定在一处,但也从未解体到骚乱的地步。这样的系统既稳定到足以储存信息,又能快速传递信息。这样的系统是具有自发性和适应性的有生命的系统,它能够组织复杂的计算,从而对世界做出反应。混沌的边缘就是生命有足够的稳定性来支撑自己的存在,又有足够的创造性使自己名副其实为生命的那个地方,是复杂系统能够自发地调整和存活的地带。进化似乎永远都导向混沌的边缘。系统是通过对环境的适应而到达混沌的边缘。

(4)人工生命(alife)人工生命是用综合的方法来理解生命,用计算机、或也许是机器人等新型媒介来探索生物学领域的各种发展的可能性。人工生命研究演衍出了三个伟大洞见:①有生命的系统似乎总是自下而上地、从大量极其简单的系统群中突现出来。“我们从计算机模拟复杂的物理系统中获得的最为惊人的认识是:复杂的行为并非出自复杂的基本结构。“确实,极为有趣的复杂行为是从极为简单的元素群中突现出来的。”②获得类似生命行为的方法,就是模拟简单的单位,而不是去模拟巨大而复杂的单位。是运用局部控制,而不是运用全局控制。让行为从底层实现出来,而不是自上而下地做出规定。做这种实验时,要把重点放在正在产生的行为上,而不是放在最终结果上。③从生命的特点在于组织,而不在于分子这一点上来说,生命有可能不仅只是类似计算机,生命根本就是一种计算法。在此之所以介绍人工生命概念,是出于我们如下的认识:中医学从某种意义上讲,也可以被视为一种人工生命。

4生物系统的复杂性研究

人们普遍认为,生物的复杂性和非生物的复杂性是两类不同的复杂性,前者的复杂性程度比后者要高得多,而且有质的不同。生物复杂性有三个特点,其一是在复制生物结构的过程中,存在指令和控制,并由此展现出生长性和自适应性;其二是生物具有无双性,这导致不同层次、不同类群,甚至不同个体生物的复杂性,显示有很强的个性,这是在生物学领域应用数学方法的一个难点;其三是生物复杂程度的超巨性,这也使得生物复杂性难以量化。研究表明,许多生物体中存在混沌现象,兔嗅觉识别的过程、穴位的红外辐射、人的脑电信号、大鼠的心动周期信号、健康人的心搏、儿童的心理周期都具有混沌特征。另外,不少医学研究者将混沌理论应用于疾病的研究,对心脏病、精神病、癫痫病、糖尿病等疾病的发生机理、诊断与控制方法以及疾病的传播过程进行了具有实践意义的探讨。

5复杂性科学对中医学研究的启示

中医学研究的对象是人体,由于人体是复杂巨系统,所表现的各种疾病也极其复杂,在此,在应对复杂的人体与复杂的疾病,中医也经历了从简单到复杂的漫长过程,不断重复着经验━规则━临床验证━更新经验━更新规则循环往复不断完善与发展起来的,中医的辨证论治是以由历代医学的临床经验为建筑材料堆砌起来的复杂适应系统。中医学应用“寒则热之,热者寒之,虚则补之,实则泻之”等基本规则。但在临床上,针对不同情况,往往可以做得很细化,如要考虑药物的产地、患者所处的地域、所处背景等人文社会情况,而针对这些情况,也有要应用不同的规则。中医与新兴的复杂性科学,其起点是不同的,中医是针对人体的复杂巨系统出现的偏颇,纠偏补缺,而达到整体的协调;而复杂性科学是从还原论出发,研究多个行为主体(Agent)通过自组织,在形成不同层次结构时,所涌现的的新的特征。但这并不能掩盖中医学的复杂性特征,如朱时清院士认为,中医的自组织自相似与复杂性科学的特征吻合;西医注重物质实体,中医重视协调,生物复杂系统最重要的特点各组分关系高度协调。乔宇认为中医的理论基础是“整体论”,可以说中医属于复杂性科学。中医学的理论体系本身就是一个开放的复杂巨系统,中医的哲学思想基础即“阴阳五行系统”,阴阳五行模型体现了复杂系统的非线性特征。中医脏腑理论与复杂性科学相通,诊疗方法与复杂性科学相通,辩证施治的意象说属于近代科学模式识别。以分子水平来看,作为自然药物的每一种中药也都是一个复杂系统,一味中药往往具有很多不同效用,而当多味中药以不同的搭配组成方剂,则又是一个不同的复杂系统。因此可以说,人体是一个复杂系统,与之相对应的中医药诊疗体系是一个开放的复杂巨系统。

关于研究方法,宋琳莉等提出用系统思维代替中医整体思维与形象思维、本能思维。潘国凤等认为应以系统论与还原论相结合的复杂性科学研究中药。白云静等提出整体性思维与还原性思维逆向对接等观点。中医学研究可以借鉴的研究方法有:复杂性适应系统、人工神经网络,数据挖掘,从定性到定量的综合集成法,模型构建、人工智能等。

关于从定性到定量的综合集成法是从上世纪80年代中期开始的。1986年开始,在钱学森指导的“系统学”讨论班,对有关复杂系统的一些问题进行了探讨。经过5年的探讨与实践后,于80年代末,把对系统的研究加以拓广,提炼出开放的复杂巨系统的概念,并总结概括了处理开放的复杂巨系统的方法论,形成了“从定性到定量的综合集成研讨厅体系”的构思,把复杂系统的研究推上了一个新的台阶。并从概念上弄清楚了“复杂性”问题,得出如下结论:“复杂性”实质上是开放的复杂巨系统的动力学特性。由于开放的复杂巨系统也把复杂系统、复杂巨系统和开放的简单巨系统作为特殊情况,所以复杂性的研究自然也把这些系统的动力学特性概括在其范畴之中。这就对复杂性的研究方向有一清晰的把握。综合集成研讨厅体系是处理开放的复杂巨系统的方法论,从思维科学的层次来看,它又是思维科学的一项应用技术。它的构思是把专家们和知识库、信息系统、各种人工智能系统、计算机象作战指挥厅那样组织起来,形成一个巨型的人机结合的智能系统,共同作用于复杂问题的求解。从对综合集成研讨厅体系的构思,我们可以看出,与历史上其它方法论不同的是,综合集成研讨厅体系不是一系列公式的汇总,也不是以某几条公理为基础搭建起来的抽象框架。它的实质是指导人们在处理复杂问题时,把专家的智慧、计算机的高性能和各种数据、信息有机地结合起来,构成一个统一的、强大的问题求解系统。因此,从软/硬件体系上和组织结构上实现该系统,使之能真正应用于复杂问题的研究实践显得尤为重要。我们对证候研究的研究,借鉴了从定性到定量的综合集成研讨厅体系的研究方法,取得了一定的成果。

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线性系统理论总结范文第4篇

关键词：线性代数；研究性学习；创新能力

线性代数课程是大学的一门基础数学课程，它是学习本科阶段数学课程，比如矩阵论、最优化理论与方法、运筹学以及专业课程，比如自动控制原理、线性系统理论等课程的基础，是学好这些后续课程的前提条件，也是学生进一步深造进入研究生阶段学习的前提。然而，由于该课程抽象枯燥容易造成学生学习兴趣不浓，学习热情不高，学习动力不足，再加上很多高校该课程的课时紧等诸多因素，往往致使学生学习效果差。因此，探讨提高线性代数课程的教学效果尤为必要。

20世纪60年代以来，欧美等发达国家在国家教育战略规划下，提出了基于问题的学习模式，产生了良好的效果。基于问题的学习是一种发现探索式的学习，是一种促进创造性思维发展的研究性学习方式。20世纪60年代以来，美国一流大学为本科生提供机会，让他们积极参加本科生科研项目的研究活动。20世纪80年代中后期，“本科生参与研究”逐渐被美国的教育界所重视。“本科生参与研究”成为了本科生教育改革中的一个重大举措，美国研究型大学一般都设有校级本科生科研管理机构。清华大学也提出了“创建研究性的本科教学体系”，是在国内进行研究性学习的一个初步尝试。教育部在“985”“211”高校推行本科生创新计划，目的在于高年级本科生参与科研，养成科研创新意识。

所谓研究性学习，是指在教师指导下，学生根据各自的兴趣、爱好和特长，选择不同研究课题，独立自主地开展研究，从中培养创新精神和创造能力的一种学习方式。

教师讲授、学生听讲，是当前大学课堂的主要教学方式，而且很多高校线性代数课程课时少、进度快，采用大班教学，课堂开展研究性学习比较困难。我们选择在平时将研究性课题的题目布置给学生，将学生分组，让学生利用课余时间做研究，最后形成研究报告。

为了保证研究性学习的顺利进行，教师根据教学的具体情况创设问题情境，促进学生思考，使他们发现问题，并激发他们探索的动机。教师要提供有关文献资源，以供学生检索研究。笔者认为，我们可以根据教材的主要内容、知识、方法来设立研究课题，也可以根据近年来相关领域研究的热点，比如从近两年来的国际数值代数会议的内容，了解与线性代数课程相关的热点来确立研究课题。笔者曾在教授线性代数课程时提供如下课题：（1）概念定理的延伸；（2）教材中相关知识点设成的专题；（3）图像处理中的矩阵计算；（4）线性方程组的常见数值计算算法；（5）大规模线性方程组的数值算法、稀疏线性方程组的求解算法。课堂上概念或定理的引申，可以巩固基础还可以培养学生的创新能力；对相关知识点形成专题性的研究性学习，可以培养学生搜集资料，再进行归纳总结的能力，有助于启迪学生从熟悉的知识点上探索出新的问题。对后四个课题的研究性学习，激发了学生的学习兴趣，促进了交叉学科的学习，拓展了知识视野，学生学会了一些科研方法，综合提高了全面素质。

矩阵是线性代数课程中的一个重要概念，矩阵的秩、矩阵的初等变换是线性代数中研究线性方程组的重要工具。在讲矩阵时常常会介绍财务报表，学生的成绩表就是一个矩阵。图像处理是近几年来研究的热点，矩阵是图像处理中的一个基本工具，因此可以将图像处理中的矩阵计算问题作为一个研究课题。

线性方程组是线性代数的重要内容，教材中研究线性方程组的解的结构、通解的求法。大多线性代数教材没有介绍线性方程组的数值计算，线性方程组的数值计算可以作为一个研究课题。近年来压缩传感是一个研究的热点，该领域研究线性方程组的稀疏解的计算，而且往往是大规模的线性方程组。大规模线性方程组的求解是近年大数据时代研究的一个热点，大规模线性方程组的数值算法、稀疏线性方程组的求解算法都可以作为研究的课题。

教师要引导学生通过对问题的分析、探索，进行假说、讨论或归纳等一系列再发现的认知操作过程，寻找解决问题的方式。另外，学生在研究性学习中占有主体地位，所以要求学生具有一定的数学以及其他各学科的知识基础，具有较高程度的学习自主性。同时，学生还要有能力安排自己的研究活动，并利用可用的学习资源。

另外，在课外开设新生研讨课是开展研究性学习的有效形式。清华大学、南京大学、浙江大学等高校引进新生研讨课，大部分学生认为研讨课讨论气氛活跃、主题深入，拓展了知识视野，提高了口头表达能力。他们在研讨课上学会了一些科研方法，学习方式也从被动学习变为了主动学习。哈佛大学认为，从大学生一入校，大学的主要努力方向就是使他们能够成为参与发现、解释和创造知识或形成新思想的人，这彰显了大学研究性学习最基本的价值观，也是研究型大学在发展学术、开展科研过程中应当要确立的目标。

参考文献：

线性系统理论总结范文第5篇

【关键词】模糊PID控制；常规PID；馈源喇叭；激光测量仪；无线天文望远镜

引 言

在近期国际上先进的无线天文望远镜的设计中，可变馈源喇叭的改进受到了广泛关注。可变馈源喇叭是无线天文望远镜的核心部件，对于使用效率和观测时间来说，馈源喇叭的可靠变化和精确定位是至关重要的。老化的硬件设备，手动开关、手动操作和常规控制器都会使得馈源喇叭的精度降低。在本文中，我们利用激光测量仪和模糊PID控制器设计了一种系统来减小误差。这种系统可以通过高能量的发动机实现快速移动，并且通过RS485平稳显示所要显示的内容。此外，还有实时观察每一个馈源喇叭的信息，包括电压、电流、位置和转速。

1、硬件系统描述

自动控制系统通过观测每一个馈源喇叭的传感器、转换器、电力发动机等设备的状态实现了5个馈源喇叭的逻辑控制。这个系统包括天功率线控制单元和天线驱动装置。天线控制单元负责从激光测距仪接收数据、驱动器的状态、分析数据并将驱动结果传送到驱动馈源喇叭移动的结构。在分析过程中，我们可以移动模块3.1中的高精度激光测量仪的位置，并提高模块3.2中引入的模糊PID控制算法。天线驱动装置（包括测速电机、放大器、控制回路等）负责完放大主要主要逻辑部分的电信号来驱动发动机快速转动。我们选择SIEMENSS7-200 PLC，它有大量的紧凑化设计模块、良好延展性、低价格和强大的功能结构等特点，可以满足小规模系统理想要求。

2、软件设计和算法实现

在这个系统中，为了减小误差，将PID控制参数作为激光测量仪的输入变量来获得精确定位。在PID控制网络中添加模糊控制模块，从而形成一个PID模糊控制器，这样可使控制稳定迅速，为了达到常规PID控制稳定且迅速的目的，需在PID控制网络中添加模糊控制模块，从而形成一个PID模糊控制器。

A激光测量仪原理

这里向大家介绍一种激光测量仪，它可使得干涉仪保持在零初始条件。可以任意改变测量距离的大小，激光测量仪的输出是无线电频率，这样会使测量足够精确。它配备共振器，可通过抑制角误差的影响来提高仪器精度。此外，它还可以自动精确校准，此测量法基于稳定的，PT5070S型的激光器.性能如下：路程达60cm，精确度达1mm，调整时间达0.05S，距离0.1mm.我们可以根据不同时间计算出距离通过激光测距仪和所测物体的角度得到物体的实际位置，然后根据实际距离或激光测距仪确定馈源喇叭的精确位置.

B 先进的PID算法

不同的波段可以介绍到不同波段的无线电信号，所以可变馈源喇叭的无线电观测是有规律可循的。控制系统的噪声和控制对象的延迟动作、馈源喇叭的低速度等同时呈现出非线性，所以线性系统的重点是激光测位移的稳定性和控制方案的精确性。之前我们所用到的常规控制器有控制结果不符合要求或调解时间过长等缺点。

模糊PID控制器因其控制灵活、强适应性、高精度等特点广泛应用于工业生产中。模糊统中最为成功的一项技术。模糊控制器的鲁棒性能优于PID控制器。因为模糊控制器的操作条件的范围比PID控制器的操作条件范围广，而且它在不同性质的噪声和扰动下都可以工作。常规PID控制在工业生产中的优势是无论是在理论上还是在实际操作中都有重大意义。为了克服常规PID控制的缺点，系统中会添加模糊控制器。控制其中必须考虑到相位超前滞后补偿器的特殊情况：极点在原点或在无穷大点。PI控制器和PD控制器分别是相位超前补偿器和相位滞后补偿器的特殊形式。标准的PID控制器是三项控制器，通常情况下转换后的理想形式为：

比例部分：比例项提供了一个全面控制，全通动作正比于误差信号、增益因子，从而加快系统的响应速度，确定当前误差的反应；

积分部分：积分项通过积分低频补偿降低稳态误差，确定最新的误差之和的反应；

微分部分：微分项通过一个微分高频补偿，改善瞬态响应，确定基于所述速度错误已经发生变化。

电动发动机的数学模型是一个典型的二阶系统。设计的要点是选择正确且稳定的控制器。鉴于三个参数之间的相互影响，我们列了如表一所示的控制法则，设置三个参数 ，可以得到模糊控制的错误响应。

我们可以通过模糊控制实时调整三个参数来满足不同的 和 的需求。因为测量仪已经观测到位置所在，所以 很低，所以应该增大具体 。另外可通过 与 的结合以达到防止抖动的目的。如果短距离、高稳定性的多重目标函数可实现，设计和调整PID控制算法，理论通俗易懂，但具体实施很困难。在这个模块中，我们用了一种新的方法，这种方法可以辅助工程师实现最优的综合PID控制进而控制整个系统。一些先进的调整算法已经应用到PID硬件模块中。

通过调整三个参数对PID算法进行计算和仿真。通过激光测量仪得到最优的距离，将其作为控制系统的输入，这样可以减少输入误差。通过闭环回路三项控制器的单一效应，可得到：增大微分增益可提高系统的稳定性。在错误使用微商时，会导致系统不存在稳定的范围，波特和奈奎斯特准则不适用于此系统。在这里，我们采用一种可适应、可调整的方法PID控制，它应用于实时自动化。这种基于实时识和别的技术与传统控制方法有一些联系。对比常规PID控制和模糊PID控制的结果，不难发现，模糊PID控制可以迅速达到稳定状态，而且超调量比常规PID控制的超调量小。

总结

在本文中，我们利用激光定位来定位馈源喇叭的位置。我们通过模糊PID控制算法找到了有效的方法来解决这个问题。我们对改进型算法和常规PID的控制结果进行了比较。多次试验充分证明，在自动控制系统中，PID改进方法更稳定、更高效。同时，利用激光测位仪得到了最优平均距离。最后，我们将系统精度提高了，且系统稳定性良好。

参考文献

[1] Jaan Kiusalaas.工程数值方法与MATLAB.剑桥大学出版社；

[2] 实时摄像头为基础的远程计可以取代位置敏感探测器.吉尔・阿布拉莫维奇，凯文・哈丁；

线性系统理论总结范文第6篇

关键词：都市型农业；服务体系；信息化专业；管理运行

中图法分类号：TP399 文献标识码：A

The Research and Construction of Urban Agricultural Information Service System

Lan Bin

(School of Computer and Information Engineering, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206,China)

Abstract: Urban higher education system of agriculture gradually took shape with the requirements of talents, technology, and intellectual support by Beijing agriculture in different stages of development. Management and operational means of information runs through the periods before, while and after agricultural production. Regardless of the configuration and optimization of resources in early production, or the digitization, intellectualization and precision in medium-term production, the means aims at standardization of production and management, thus it needs information professional talents with both solid agricultural knowledge and knowledge of agricultural production, operating and management to serve for the construction of urban agricultural information service technology.

Key words: urban agriculture; service system; information professional; management and operational

1引言

当前，农业结构面临着战略性的调整，农民的知识结构已难于适应新形势的需求，急待加强科学文化素质与提高技能。而农民居住分散，经营规模小，传统的农民培训与科技推广效率低、时效差、成本高；农村地域广，地形复杂，地面网络建设周期长，单纯的信息技术移植应用常导致信息传播无法延伸至“最后一公里”，在城乡之间形成了一道 “数字鸿沟”。那么，将信息服务传递到千家万户，打通服务与用户之间的最后通道的任务就变得艰巨了。

我校提出的以“立足北京，服务首都现代化，服务都市型郊区经济，培养具有创新精神和实践能力的应用型、复合型技术人才，为实现首都的农村城市化、农业现代化和农民知识化提供有效的人才与智力支持”为办学宗旨，以服务地方“三农”为己任，运用信息技术来提升、改造传统农业就变得尤为重要了。

2农业信息化服务智能技术研究

目前，广大农村在农业信息化技术的带动下，积累了大量的数字化生产、经营、管理数据信息，智能化技术研究将为农业数据的深层次利用开辟新的发展空间。纵观当前智能化信息服务技术的研究，已经在众多领域的应用中取得了显著成效，推进了行业进步。但在农村信息服务领域的应用研究还比较少。由于农业生产经营环境复杂，影响因素较多，农民科技文化水平不高，农村经济基础薄弱，将先进的智能技术与农村信息服务相结合，以提高农业生产力水平，促进农村经济发展，是当前急需探索和研究的方向。

2.1农业文本知识智能理解

文本信息智能理解主要以实现机器对信息的自动分析处理为目标，提供提问理解、搜寻、语义匹配、个性分析等智能服务。其通过对用户所能表达的自然语言描述问题进行理解，直接返回若干最准确的答案，而不是一大堆相关信息。农业文本知识智能理解主要研究农业文本信息的收集、加工、存储、检索、分析理解、传递与应用中的理论和方法，进行以计算机为基础的知识信息的处理。包括对文本主题信息自动生成技术、本体技术、语义网格、知识关联、聚类技术等内容的研究应用。农行业的文本信息有着自身的专业特点和语言风格，因此，需充分考虑其个性化特点才能对农业文本进行准确全面的理解，从而提供最适宜的信息服务。

2.2农业数据信息智能挖掘

主要研究以人工智能模型为基础的农业数据信息潜在规律发现，为农业生产、经营、管理环节提供智能决策及预测服务。研究将遗传算法与人工神经网络模型相结合，在一些复杂非线性系统数据的分析预测中开展了研究与应用。包括对应用神经网络、遗传算法、时间序列模型、灰色模型、支持向量回归等对线性、非线性因素进行分析，对不确定性事件建立专门的模型进行处理等。

3果树病虫害远程咨询诊断专家系统关键技术研究

结合农村信息化主题，研究采用基于符号和规则的推理诊断模式并利用多媒体技术、人机交互技术和网络化的实现手段，开发果树病虫害远程咨询、诊断专家系统，对果树的病虫害特征、原因、传播途径、发病条件等作为诊断基本特征，通过推理机制得到诊断结果，提交给用户，实现基于Internet的果树病虫害远程咨询、诊断，能够在果树生长发育的全过程为农业种植农户和基层农科人员提供不同层次、不同需求的信息咨询和技术服务。该系统能够及时解决果树种植业中的问题，防止病虫害的蔓延，提高果实产量、为改善和提高农民生活提供重要的保障。

3.1果树病虫害远程诊断分析

本系统核心是基于知识库的专家系统，它既具有数据库管理和演绎能力，又提供专家推理判断等智能模块。该系统包含客户端的用户可以对果树病虫害专家远程咨询、诊断。病虫害信息的检索，集文字、图片、音频、视频各种信息媒体于一体；服务器端的管理员具有对系统维护、知识获取与维护的功能。果树病虫害咨询、诊断专家系统要对病虫害进行准确地诊断，必须对病虫害诊断知识有系统而详细的结构划分及分析。

3.2系统果树病虫害知识获取与知识库建立

本系统主要是以现有果树病虫害科技信息作为系统的知识基础，选择领域专家正式出版的教材、图谱、视频等信息资源，围绕果树的种类及生长发育的阶段性、连续性进行特征库划分，对传统理论知识进行总结、提炼，通过编辑整理，组成相关知识库，将图片及视频资料构建成多媒体数据库。

3.3果树病虫害远程咨询诊断专家系统应用开发

在本系统中，推理建立知识库、特征库、数据库的基础上，从用户提供的已有事实推出新的结果。果树的部位、病斑/霉层颜色、形状、生长状况是一个变化的过程。因而在推理过程中以之作为条件对问题进行求解，系统采用正向推理的方法，其实际上就是完成对树结构分枝结点的搜索过程。研究服务于农业生产、农产品流通、农村政务、农市商务、农民教育、农村生态环境管理的智能化服务系统，为用户提供专业周到个性化的信息服务。

3.4果树病虫害远程咨询诊断专家系统算法研究

在本系统中有较多的功能模块需要用到专用设计算法，例如病虫害诊断、特征库的创建、病害症状检。构建专家系统知识库，对系统推理机的实现提供支持。该知识库既包含专家知识，又包含了系统的推理规则，是本系统实现的基础，将利用专用算法来实现规则的添加、修改和删除。此外，推理机和专家系统知识库在本系统的研究中占有同等重要的地位，也是决定本系统功能能否实现的关键，系统将采用“向导式”诊断推理算法与“关键词”检索等诊断算法分别来实现果树病虫害农作物的精确推理与非精确推理诊断。

4基于Web GIS的农业资源信息系统关键技术研究

当前，随着遥感、计算机等高新技术的发展和各种应用软件的成熟，通过遥感手段可以及时采集到土地、水域、生物(林、草)资源和环境信息。据此，近年来国内许多地区在农业资源信息系统建设方面都开展了一定程度的研究和开发应用，总的来说项目的设计重点和研发进展不尽相同，各有侧重。

研究采用Web GIS技术、数据库技术与网络技术整合构建农业资源信息系统，利用地理信息为载体，通过Interment在Web上为用户提供直观的农业资源的时空分布、动态分析区域农业资源状况，实现土地利用、土壤类型、气候、道路、水利、作物管理、农业社会经济等资源信息的交互查询和专题图的定制，实现真正的网络空间信息共享与跨平台应用。采用GPS接收机、传感器搭建信息获取实验平台，通过该平台获取农田位置信息、农田水分信息，使学生掌握GPS接收机、传感器设置，并能够使用GPS与土壤水分传感器结合来记录农田位置信息和水分信息，完成信息采集工作的实践训练。

建设数字农业模拟平台，建立实验室物联网模型，通过模拟农田环境的土壤类型、肥力等土壤信息，降雨、日照等气象信息以及农业生产动态等信息收集，利用信息分析系统将这些信息进行综合分析处理，决定耕作的种类、方式，在模拟农田环境中根据不同地块的情况进行精耕细作，实现变量施肥、喷药、灌溉等生产过程，集合了农业灌溉、施肥、温室调控等几大领域的功能，为数字农业实训提供强大的技术原型支持。为农业资源的管理、规划和决策提供了快速、直观和有效的手段。

5结束语

北京市农业生产正处于由传统农业向现代农业的过渡中，农民收入普遍不高，城乡差距依旧很大。因此，在提高农民生活水平，增加经济收入的过程中，农民对市场信息的需求急为迫切。利用农业信息化服务智能技术，搭建农业信息服务平台（果树病虫害远程咨询诊断专家系统、基于Web GIS的农业资源信息系统），使农民在信息服务平成信息交互，实现信息对等。在现代农业生产中，通过计算机技术、3S技术、人工智能技术、农业专家系统、农业生产模拟技术，发挥农业信息化技术在农田基本建设、农作物生产管理的应用，实现优质高效农业，提高农业生产过程的科学化、精确化和标准化水平。

都市型农业信息化服务技术体系集成方案，并通过推广，进行实践总结，研究提升都市型农业信息化的服务水平，完善农村信息服务体系的解决方案与有效模式，提升农村信息服务技术水平，增加农村信息服务效果显示度。

参考文献：

参考文献：

[1] 孙素芬.新形式下北京市农村信息服务体系建设实践与思考[M].“第二届国际计算机及计算技术在农业中的应研讨会”暨“第二届中国农村信息化发展论坛”论文集，2008.

[2] 黎宏生，杨叔子等.基于B/S的远程诊断专家系统研究[J].计算机工程与应用，2003，（3）.

[3] 兰彬，张一. 农业信息化领域应用型IT人才培养模式初探[J]. 中国科教创新导刊，2011，（28）.

[3] 张荣沂 等. 应用型本科院校中卓越工程师应具备的技能[J]. 交通科技与经济，2011，（2）.

作者姓名：兰彬

工作单位：北京农学院计算机与信息工程学院 (102206)

联系方式：北京市昌平区回龙观镇龙腾苑二区14号楼3单元301 室 （102208）

联系电话：13671195943

线性系统理论总结范文第7篇

关键词：企业经营过程重构；BPR；计算机集成制造系统；CIMS

中图资料法分类号：F406

八十年代中期以来，计算机集成制造技术和系统（CIM和CIMS）日渐成为制造业的热点，人们把CIMS看作二十一世纪占主导地位的生产方式，世界上许多国家和企业都把发展CIMS作为本国制造业或企业的发展战略，制定了许多由政府和工业界支持的计划，用以推动CIMS技术和系统的开发和利用。最近几年，又有一些新的制造技术和哲理相继提出并且被纳入CIMS体系当中去，大大丰富了CIMS的内涵。

CIMS的出现是科学技术迅速发展和市场竞争日益激烈的必然结果。CIM不仅仅是一项技术，更是企业组织和管理生产过程的一种哲理、思想和方法，而CIMS则是这种思想的具体体现。同其它具体的制造技术不同，CIMS着眼于从整个系统的角度来考虑生产和管理，强调制造系统整体的最优化，它象一个巨大的中枢神经网络，将企业的各个部门紧密联系起来，使企业的生产经营活动更加协调、有序、高效。

CIMS对企业的组织结构和经营过程产生了重大的影响，国外的一些企业在实施CIMS工程时，往往按照CIMS的结构和要求对企业的组织进行全面改造和优化。1990年，美国原马萨诸塞理工大学的Michael Hammer教授提出企业经营过程重构理论（Business Process Reengineering，简称BPR），引起了席卷欧美的管理革命浪潮，同时也为CIMS的思想体系注入了新的内容，目前对于CIMS环境下的企业经营过程重构研究已经成为CIMS研究领域的一个重要课题。

一．企业经营过程重构的内涵

企业经营过程重构是充分利用先进的信息技术对企业的经营过程作根本性的重新思考和彻底改造，使企业在成本、质量、服务和对市场变化的反应等方面获得重大的改善，以显著提高企业的生产效率和在市场中的竞争能力。其基本思想是：（1）以用户的需求为中心，采用市场需求拉动的企业业务流程和组织形式；（2）精简企业组织结构，减少纵向管理层次，增加横向的管理范围，以灵活多变、基于项目组形式的组织结构代替传统的阶梯式组织结构，并且尽可能缩小中央管理部门的功能，而把更多的权限下放到业务部门；（3）最大程度地简化企业生产经营过程，剔除一切不增值的企业活动，加快业务流程和企业各部门之间的通讯；（4）企业经营过程和组织结构应同新的生产和管理技术相适应；（5）坚持“服务至上”原则，并且将供应商和用户作为重要的元素纳入到企业经营过程中去[1]。

所以经过重构后的企业，其技术资源、设备资源和人才资源等都能够得到最大程度的利用，生产的敏捷性不断提高，对市场需求变化的适应能力也显著增强，从本质上讲，企业经营过程重构的目标不是渐进提高和局部改善，而是性能和绩效的巨大飞跃。通过企业经营过程重构，建立全新的体制，使企业管理发生质的变化。

任何企业都包含三个基本要素：技术、组织和人。所以企业经营过程的重构主要体现为对这三个基本要素的重构[2]。

1．对技术的重构

企业生产效益的提高不仅需要先进的制造技术和管理技术，而且还需要将这两个方面的技术有机结合起来，这就要求改造企业的信息基础结构，利用先进的信息技术建立覆盖整个企业的信息网络，使员工能够及时得到同自己有关的各种信息。另外，面对用户不断增加的多样化和个性化需求及产品结构与制造工艺日益复杂化的特点，企业应不断加强产品设计、工艺设计和制造装配上等基本单元技术的标准化和模块化，使各种单元技术能够根据生产任务的需要快速及时地组织起来，满足市场对生产产品的敏捷性要求。

2．对组织结构的重构

目前，传统的金字塔式组织结构已经不能适应不断变化的市场环境，代替它的应该是扁平化的组织结构，这种结构中的单元是能够适应新技术和面向过程的、跨职能的、具有高度自适应机制的工作组，这有利于组织内部以及与外部之间信息交流的迅捷畅通，同时组织权力下放，分散决策，提高了员工的自主性，进而提高了企业的反应速度。

组织结构的变化必然伴随着企业运行机制的变化，包括运营程序、约束机制和激励机制等。企业的经营过程将得到重新整合，原有的直线式的经营过程可能要被打破，一个经营过程的各个子过程既可以按照自然顺序进行，也可以根据需要并行或交叉进行。

3．对人力资源的重构

现在的制造系统中，人的因素越来越受到广泛的重视，从很大程度上来说，一个制造系统成功与否，取决于是否能够充分发挥人的作用。对人力资源的重构主要有两个方面：

（1）对各种不同性格特点的人才的优化组合。一个好的人才重构策略应该充分考虑到人才之间的性格和能力的互补，这样组合起来的群体作用会大大超过个体之和。反之只会对企业的高效运行起破坏作用。

（2）对员工的观念教育和培训。首先要创造适应新技术和新组织运营机制的企业文化和价值观念，员工应从控制对象转变为授权对象，尽可能让他们参与过程运营的日常决策，创建更加开放、更加简捷的交流报告机制，使员工真正确立“顾客至上”的意识；其次要对员工进行经常性的新技术培训，使他们成为多面型人才，这样更能发挥他们的主动性和创造性。

二．将企业经营过程重构的思想引入到CIMS中

传统上，CIMS是建立在对已有的各单元技术集成的基础之上的，早期的CAD、CAPP、CAM和MRP等单元技术是分别设计和开发的，彼此之间的联系比较小，成为一个个“自动化孤岛”，按照CIM的思想，各子系统设计时必须考虑系统集成的需要，所以人们提出了许多对现有子系统集成的技术和方法，但这种由下至上的被动集成在技术上有很大难度，并且增加了集成费用。

另外，人们发现，制造系统中各子系统的集成不仅仅是计算机化和设计几个数据接口的问题，制造系统设计的简捷合理更是至关重要的，因此企业必须根据系统和集成的观点对现有的企业各要素进行重构，在CIMS的开发和实施过程中应采用“先重构后集成”的策略[1]。

CIMS企业的经营过程重构意味着企业按照CIMS的思想重新设计企业的生产经营过程，这包含了生产和管理技术的重新组合和组织结构的重大调整。主要包括以下几个方面：

（1）产品结构的模块化和标准化。

（2）生产装备的智能化和柔性化。

（3）管理技术同生产技术的适应性。

（4）分布式的组织结构。

（5）并行的工作流程。

（6）信息流和物料流的简化。

（7）员工的主动性、创造性、自律性和多岗位适应性。

（8）用户—系统的一体化。

三．几个关键技术

国外的学术界和企业界经过几年的研究和探索，总结了一些BPR的关键技术，有些技术可以有效地运用到CIMS环境中，主要有以下几种：

1．基准研究

基准研究（Benchmarking）是一个连续、系统化地对其它企业特别是那些技术和效益领先企业进行分析和评价的过程，目的是吸收这些企业的经验和教训，确定出最优的经营过程和工作方法，作为本企业进行重构的样板。

基准研究主要包括以下四个步骤：

（1）确定基准研究的对象，这主要同企业所要重构的内容有关。

（2）成立基准研究组织。这个组织中应包括企业的重要决策者、信息方面的负责人、数据采集和分析人员和多个领域的专家，必要时也可以将用户吸收进来。

（3）信息的采集与整理，即以合法的手段搜集其它企业特别是同行企业的信息，主要是有关一些企业生产经营策略、企业内部组织改造及企业文化树立等经验和教训。然后对这些信息进行整理和筛选。

（4）基准的制定。将处理过的信息进行定性和定量分析，制定出适合本企业实际情况的基准。

由于到目前为止还没有一个标准的CIMS概念，世界各国都是根据自己的理解结合本国的实际情况来开展CIMS的，所以企业在确立自己的基准时不仅要考虑本企业的特点，更要注意本国的实际情况和所要面临的市场环境。

2．建模与仿真技术

CIMS工程对企业来说是投资强度较大、开发周期较长、技术复杂、风险大的系统工程， 一旦失败，将要给企业造成不可估量的损失，所以在CIMS开发和实施过程中，系统建模和仿真是必不可少的技术。企业的经营过程重构是实施CIMS工程的第一个步骤，对企业经营过程重构的建模和仿真也就显得格外重要。

（1）建模

CIMS属于离散事件动态系统（Discrete Event Dynamic System，简称DEDS），因此离散事件动态系统理论是构成CIMS理论体系的重要理论之一。目前基于这种理论的建模方法很多，其中Petri Nets和极大代数法是两种重要的建模方法。

Petri Nets是近几年来比较热门的离散系统建模工具之一，它能够模拟系统的动态变化过程，方法是将系统划分为两种基本元素：库所和变迁，用库所或库所的集合表示系统的各个状态，而变迁则表示从一个状态到另一个状态的变化，通过对网系统状态变化的分析，就可以对系统结构进行适当地简化和优化，并且找出系统的缺陷，进而提出改方案。

极大代数法是离散事件动态系统建模的另一个重要方法。其主要特点是可以将CIMS这样极其复杂的非线形系统转换为建立在极大代数基础上的线性系统。目前，有的学者已经能够将这种方法成功地运用于企业的生产系统建模和工业过程建模。

Petri Nets和极大代数法也能模拟企业经营过程，所建立的模型能够初步地反映出企业工作流程和组织结构上存在的问题。

（2）仿真

企业生产经营过程模型建立起来之后，通过实时仿真更能直观和全面地了解现有经营过程存在的问题，再通过迭代和比较建立全新的经营过程模型。其最大优点是能够充分发挥人们的想象力和创造力，并且具有较低的成本。由于企业经营过程重构涉及到企业方方面面的问题很多，特别是人的重构问题，处理起来比较困难，需要从企业最高的决策层到最低的执行层的支持和协作，借助仿真工具的强大图形功能，员工们不仅能够看到未来的经营过程及其运作情况，而且还可以体验一下自己在未来的企业经营过程中所起的作用，使他们真正理解重构活动的意义。

3．基于Intranet的工作流系统（Workflow System）

工作流系统是一种智能化的信息系统，它能够管理和协调企业经营过程的有关信息，并且将这些信息迅速地传送到指定的地点。其主要原理是：计划管理员从他的工作站上查阅用户的申请单，根据顾客的要求确定执行哪些活动，并输入相应的活动代码和信息，然后系统自动生成一个“电子文件夹”，通过网络系统将其送至指定活动代码的工作站上。业务员们将根据“电子文件夹”中的指令开始在各自工作站上执行相应的活动。当一个环节的活动结束时，负责下一个环节的业务员会在自己的工作站上得到提示，于是执行自己的活动。整个过程一直这样进行下去，直到将一个用户的申请单处理完为止。

工作流系统的主要优点是：

（1）信息传递速度快，而且经营过程的每一个步骤都环环相扣，因此可以缩短整个运营过程的周期。

（2）信息处理成本低，省略了许多原先人工处理的中间环节和协调工作，减少了工作人员的数量。

（3）经营过程处理的可靠性高，信息能够在线传送、在线监控。系统能够对每个“电子文件夹”的信息进行检查，发现问题立即反馈给计划管理员，而且系统还能够自动记录服务质量和测试数据，并且生成服务质量报告。

（4）服务效率高，体现了“服务至上”原则。由于工作流系统可以在线响应用户的需求，所以能够及时地为用户提供个性化的服务。

基于Intranet的工作流系统不仅继承了原来工作流系统的优点，而且为用户和业务人员提供了更为良好的用户界面，借助Web浏览器用户和计划管理员之间、计划管理员和业务人员之间及业务人员之间的信息交流更加方便、迅速，而且原先的工作流系统中业务人员获取信息的方式为“推动” 式，而在Intranet上，业务人员还能够搜集和“拉动”信息，细节的多少由业务人员自己决定。使用Intranet还能够快速地定位人员所需要的信息，并与之对话。

四．CIMS环境下企业经营过程重构的方法和实施步骤[1][2]

企业经营过程重构意味着对企业的管理程序和组织结构的优化，它是以市场环境和用户需求为前提的，这要求重构不能是盲目的，而是对应于一定的外部环境，从企业开始考虑重构开始到完成重构为止的一切活动都围绕着“用户需求”这个核心，而且重构后的企业流程和组织要有一定自适应能力，能够适应一定的市场环境变化，特别是对CIMS企业来说，企业经营过程重构既要有一定的动态性，以灵活适应市场变化，又要有必要的稳定性，以降低企业重构的成本。

所以，CIMS企业的经营过程重构可以分为五个阶段：

第一阶段：可行性分析和必要的准备工作

可行性分析的主要内容是对市场情况和本企业的现状进行初步调查，确定当前时期是否有必要实施重构工作，主要应该做哪几部分的重构，正确选择最佳的重构项目开始的时间和重构的主要内容，避免不必要的重构工作，并且初步估计重构给企业带来的利益。

准备工作主要是人的方面的工作，包括高层领导统一认识，对BPR的思想和重构后企业的经营模式的宣传，对员工的培训，以及建立过程性能评价指标等等。

第二阶段：实施机构的建立

实施机构应该由以下几个方面的成员组成：

·企业的最高决策者。企业的经营过程重构必须得到他们的支持，而且他们应该充分理解重构的必要性，能够为项目的实施创造良好的工作环境。

· 精通BPR理论的专家和顾问。他们的主要作用是为项目提供理论上的指导，负责把握企业重构的方向。

·项目主管。负责资源的调度与协调工作，他必须兼有技术专长和管理能力，能够有效地组织、规划和监督项目的实施。项目主管应直接对企业的最高决策者负责。

·工业工程人员和多学科的工程技术人员。他们负责项目的具体规划、设计和实施。

·经营过程中的业务人员。他们熟悉自己的工作，能够直接体会到企业经营过程中存在的问题，因此将他们吸收进来有利于项目的顺利实施。

第三阶段：总体规划

这个阶段包括以下几个步骤：

·系统地分析国内外优秀企业，特别是同行企业的经验教训，重新评价企业的外部环境及战略目标，确定关键经营过程及其相应的高级目标、信息与资源需求，从全局角度对企业所有经营过程及其相互关系建模，并从中找出每个经营过程的物质流和信息流及其中的决策点和控制点。

·分析所建的企业经营过程模型，确定影响企业运作效益的关键因素和重要变量。同时要借助经营过程承担者的实际经验，找出经营过程中存在的本质问题。

· 确立经营过程的目标。根据基准研究的结果，结合企业的实际情况合理地确定相应的目标。

·制定出重构工作的进度和重点内容。 第四阶段：设计

设计阶段的工作主要是重构方案的制定，有下面几个步骤：

·对经营过程、组织结构、信息支持系统和企业文化等进行初步设计。对经营过程的设计是对整个企业经营活动进行分解和提炼，得出经营过程单元，然后再将这些单元适当地综合，归纳出几个宏观的经营过程；对组织结构的设计是指设计出面向经营过程的工作小组；对信息系统的设计是指设计出支持经营过程高效运作的工作流系统和计算机协同工作系统；对企业文化的设计的目的是创造一种新的文化氛围，企业具有员工个体的“活力”和组织的凝聚力。 ·对上述设计的结构进行仿真，根据仿真结果修改和选取最佳的设计方案。仿真的手段应该先进，尽量使用带有动画功能、具有实时性和动态仿真功能的软件。

· 对设计方案的可行性、风险性和性能价格比进行分析和评价。设计方案的可行性同企业的经济实力、技术水平、人员素质和设备资源状况有关，设计时要考虑方案实施后，是否会产生暂时的负面效应，企业是否有能力承受等等。设计方案的性能价格比也是一个重要因素。

第五阶段：实施与改进

这个阶段的步骤有：

·围绕各个关键经营过程进行组织重构，办法是组建面向新的经营过程的工作小组，并对小组的成员进行培训。

·建立新的信息系统，用以支持关键的经营过程及其目标，并且突出信息主管人员的地位和作用。

·对员工进行技术和素质教育，并推行新的企业文化。 ·试运行新的运营过程，对其中的各个阶段的运行效率进行评价和检测，并根据各方面反馈回来的意见和信息做适当的改进。

五．结论

CIMS虽然包含了许多先进的生产和管理技术，但是一个企业CIMS实施的成功与否主要在于如何将这些先进的技术有机地结合起来。随着各种高新制造技术的发展和先进制造哲理的提出，CIMS的内容日益丰富，适用范围也日趋扩大。当前的CIMS结构体系中，人和组织已经处于核心的位置，如何将人、技术和组织管理集成起来是当前CIMS工程研究的重要课题。企业经营过程重构的思想大大充实了CIMS“集成”的内涵，使原先的被动集成变成了主动集成。将企业经营过程重构的思想运用到CIMS工程的实施和开发过程中，将会使CIMS的内部结构更加合理，集成效率大大提高。

参考文献

祁国宁，吴澄，顾新建．企业重组与CIMS．计算机集成制造系统，1996.4：9～12 李芳芸，黄丽华．企业经营过程重组与现代企业管理．计算机集成制造系统，1997.6：3～8

BUSINESS PROCESS REENGINEERING OF ENTERPRISE UNDER CIMS ENVIRONMENTS