复杂工程（精选十篇）
复杂工程 篇1
随着社会经济的飞速发展和科学技术的日新月异, 为了不断满足社会经济发展的需要, 我国将投资建设大量的大型工程项目, 如大型水利项目、污染治理项目、交通项目、能源开发项目、大型科技攻关项目、大型公共工程项目、大型新区开发和旧城改造项目等。所谓大型工程项目是指对区域经济、国民经济、全球经济能够产生重大深远影响, 并对国防建设, 重大科技探索、社会稳定、生态保护环境、重大历史事件有决定性意义的工程项目。当前, 我国大型工程建设已经步入了一个全新的时期, 相应地对工程管理提出了更高层次的要求。
鉴于大型工程建设的数量和规模日益增多, 工程项目的复杂性也逐渐凸现出来。当前, 国内外许多学者已逐渐展开有关大型工程项目的系统性和复杂性研究。Winter (2006) 从工程属性的多维维度来描述工程项目的复杂性[1]。Ottino (2004) 指出工程人员需要有理解和应对复杂系统的能力, 而获得这种能力需要他们能探究许多原本认为不属于工程项目的复杂性现象[2]。Calvano (2004) 认为现代工程系统中日趋增加的复杂性必然要求应用全新的系统工程和系统科学方法[3]。盛沼瀚 (2007) 通过融合综合集成方法与大型工程项目管理理论, 提出了大型复杂工程建设管理的综合集成管理概念, 探讨了其基本原理与范式, 并介绍了综合集成管理在苏通大桥工程建设中的应用[4]。郭重庆 (2007) 院士从中国管理学界的社会责任角度提出中国管理学研究要能与中国工程管理实践相结合, 以解决复杂工程问题[6]。吴绍艳 (2006) 基于协同学、复杂适应系统理论和涌现论, 对复杂性工程项目的多目标、全过程、各参与方及信息要素的协同管理机制进行了研究[6]。李伯聪 (2005) 强调通过工程创新来提高处理复杂系统的能力[7]。付志寰 (2004) 院士指出要上升到工程哲学的高度来认识复杂工程系统[8]。
综上所述, 对于大型工程项目的复杂性分析和复杂性管理, 尽管在认知和整合层面上已有相关论述。但目前有关大型工程项目复杂性研究还局限于对工程存在复杂性的认识, 缺乏大型工程系统复杂性及复杂性管理的研究。因此, 本研究在参考借鉴现有研究成果的基础上, 进一步探讨基于复杂系统理论的大型工程项目系统复杂性与复杂性管理。
2 大型工程项目的系统复杂性分析
大型工程项目是一个庞大、复杂的社会经济技术系统。大型工程的系统复杂性不仅在于其工程规模、工程环境、施工难度、工程技术等一般工程复杂性, 而且还体现在由其自身特点所引发的相比工程物理层面更深刻的系统层面上的复杂性。大型工程项目建设与管理本质上是一个多维度、多层次、多界面、多子系统的开放复杂巨系统。总体而言, 大型工程项目的系统复杂性特征主要体现在以下几个方面:
2.1 大型工程项目的整体性
大型工程项目是由多个相互制约和相互影响的子系统有机结合而形成的具有明确目标的整体系统。大型工程项目的整体行为并非简单地与子系统的行为相联系, 不能简单地采用还原论方法;而必须从整体上去把握系统的发展趋势和特点, 亦不能简单地从局部个别行为细节去判断, 系统整体行为决不是所有局部行为的简单相加。因为大型工程项目中子系统行为之间也充满着竞争, 它们的行为往往是共同竞争或合作的结果, 或是协同效应, 或是优胜劣败, 其竞争结果取决于诸多因素。因此, 在进行大型工程项目决策时, 需要以“大工程观”指导整体性很强的大型工程项目管理活动。
2.2 大型工程项目的开放性
大型工程项目的演化不仅为其自身的矛盾运动所推动, 亦受到外界因素强有力的影响, 从而呈现出丰富多彩的发展行为。同时, 大型工程项目在各种周围因素的影响下, 系统本身及其子系统与周围环境不断进行物质交换、能量交换和信息交换。大型工程项目的开放性主要表现在:一是每一个大型工程项目都与其他系统交换物质、能量和信息, 且项目的存在依赖于与外界物质和能量的交换;二是每一个参与大型工程建设的主体也是开放的, 需要依靠其他参与方的协调配合来完善自身的决策机制, 进而确保各参与主体视角下的工程项目目标的协同实现。
2.3 大型工程项目的动态性
工程项目随时间演进呈现出波动的特征, 大型工程项目中的系统波动特征在于项目决策、项目管理与项目控制能力的波动和变化。大型工程项目的动态性主要体现在:一是基于大型工程项目的复杂、渐变, 项目各参与主体通过信息技术组建具有强大竞争力的动态战略联盟, 共同形成一个目标趋同的利益整体;二是项目不同实施阶段的大型工程项目组织架构呈现出多变、各异的特性;三是项目管理者必须及时对项目的动态实时变化做出响应, 并根据具体情况采取动态的项目管理调控措施。
2.4 大型工程项目的层次性
一是从大型工程项目的全寿命周期来看, 大型工程项目在时间维度上的各个时段 (决策阶段、开发阶段、实施阶段和运营阶段) 存在许多表面上连续但实质上离散的层次界面;二是工程建设的质量、安全、成本、进度、范围等工程建设目标本质上构成若干个独立而又相互联系的管理层次目标网络系统, 并构成多层次多功能的要素体系;三是工程建设需要消耗各种资源, 包括人力资源、建筑材料、机械设备、动力能源、建设资金等资源子系统, 而这些资源子系统存在层次关联性和系统协调性。
2.5 大型工程项目的自组织性
大型工程项目存在众多不同、分散的子系统, 这些子系统在许多方面不断进行相互作用, 且相互作用使得大型工程项目整体产生了自发性的自我组织。在这种自我调整中, 它们不像通常认为的那样仅仅只是被动地对所发生的事件做出反应, 而是积极地试图将所发生的一切都转化为对自己有利的因素, 如对外部环境、技术变化、工程变更、价差调整等一些变化不断积极地做出反应。每一个这样自我组织、自我调整的系统都具有某种动力, 正是这种动力使得工程项目更具自发性、更无秩序、更活跃。
3 基于综合集成方法体系的大型工程项目复杂性管理
1990年钱学森、于景元和戴汝为首次把处理社会系统、人体系统、地理系统等开放的复杂巨系统的方法, 定名为从定性向定量的综合集成方法[9]。鉴于大型工程项目管理具有复杂性和系统性特征, 单一的方法论难以从系统整体层面解决工程实际问题, 而集成化管理是处理复杂系统的有效方法, 故对大型工程项目的复杂性管理要以综合集成方法体系为指导。因此, 本研究基于钱学森、顾基发等的研究成果——综合集成方法体系, 探讨大型工程项目复杂性管理模式及实施流程。
3.1 基于综合集成方法体系的大型工程项目复杂性管理模式
基于综合集成方法体系的大型工程项目复杂性管理, 其关键前提在于构建三个核心体系, 即专家体系、知识体系和机器体系。
专家体系不仅要由项目业主、建筑结构专家、施工技术专家、项目经理、造价专家、物业管理专家和最终用户组成, 还应由风险管理专家、环保专家、安全专家以及相关主管部门代表、社会公众群体代表等参与。由于工程建设程序具有动态变化的特点, 因此专家体系的成员构成亦表现为渐变演化的趋势, 需要在实施环节中动态调整。专家体系在运作中要充分发扬民主, 畅所欲言, 共同分析、讨论。
知识体系则要将与项目相关的技术经济指标、成功案例输入输出数据及数学模型集成起来以构成由知识开发环境、仿真决策集成环境和可视建模三个子系统组成的显性知识体系[10]。其中仿真决策集成环境在于将问题描述转变为系统定性描述, 并能部分地转变为定量模型。可视建模系统通过形象化描述建模过程, 帮助使用者正确描述大型工程项目管理系统特征, 同时分离模型描述与辨识过程, 从而为研究系统行为提供有效的工具。知识体系从最初的单一问题求解模型上升到介于问题求解方法和专家体系之间的中央控制单元, 即不仅要承担一般问题求解任务, 而且要承担大部分问题求解规划与控制。通过状态变量在数据库、知识库和方法库之间形成动态关系以及各种接口的智能技术融合, 知识体系构成一个既相对独立而又有机联系的集成系统。
机器体系基于计算机信息处理系统并用以支持各方建模、仿真分析、实证评价和交互共享。一般而言, 机器体系结构与功能设计应结合所研究的大型工程项目系统实际, 以综合集成的思想和方法为指导进行系统设计。在网络环境下, 机器体系是个开放系统, 机器体系及其联网资源是支持大型工程项目系统研讨所需要的基础资源库。如数据和信息资源、知识资源、模型体系与方法等。特别是在人机交互过程中, 机器体系应具有更强的动态支持能力, 如实时建模和模型集成。通过将机器体系和专家体系结合起来, 形成“人帮机、机帮人”的和谐工作状态。
基于上述三个核心体系, 运用综合集成方法, 以从定性到定量的数学建模、仿真分析、决策优化、综合集成为工作平台, 按照要素集成、知识集成、过程集成、目标集成、信息集成的系统集成思想, 构建出基于综合集成方法体系的大型工程项目复杂性管理模式 (如图1所示) 。该模式有效地将处理复杂系统问题的三大体系专家体系、知识体系和机器体系有机统一起来, 通过系统建模与决策优化协同解决大型工程项目的复杂性问题。
3.2 基于综合集成方法体系的大型工程项目复杂性管理流程
基于大型工程项目复杂性管理模式, 按照综合集成方法体系进行系统分析和过程整理, 并充分考虑大型工程复杂性决策管理的实践操作性, 将大型工程项目复杂性管理的实施流程大致划分为四个过程。
(1) 阶段Ⅰ——“大胆假设”、实现定性综合集成。
大型工程项目业主 (通常是政府机构) 初步提出项目预期目标后, 组建群体研讨平台, 选出合适的会议主持人, 广泛收集与大型工程项目建设相关的各方面数据、信息和知识, 并组织专家在同一时间参与到研讨平台中进行大型工程系统复杂性分析。同时, 秉承平等、民主原则, 广泛探讨交流, 提出经验性假设, 明确各方可接受的、合理的项目目标集合, 并针对在多约束条件下实现该目标集所需突破的障碍提出一系列初步定性的解决方案。
(2) 阶段Ⅱ——建模分析、实现定性与定量相结合的综合集成。
若认可阶段Ⅰ所得到的定性结论, 则可进入分析论证阶段。专家需要基于上一阶段得到的定性假设、初步方案和相关数据, 并根据经验、知识、甚至直觉及类似成功案例进行建模分析, 并将模型连接到研讨平台上。在大型工程项目复杂性建模分析后, 专家就需要分别根据各自的知识、经验和偏好对某些假设进行了反复计算、实证检验。
(3) 阶段Ⅲ——深入论证、实现从定性到定量综合集成。
当基于定性与定量相结合的大型工程项目综合集成取得相当成果后, 专家对约束条件与期望目标进行深入论证, 并构建从定性到定量的大型工程项目综合集成系统模型, 求解项目相应功能 (如经济、使用、安全、技术等) 、管理 (如成本、工期、质量等) 、影响 (如社会、政治、经济、环境等) 评价指标、提出相应的实施及管理方案。进而专家评估论证的可靠性、检验结果、优化决策, 直至总目标满意。
(4) 阶段Ⅳ——实施、验证与反馈。
在本阶段, 大型工程项目复杂性管理开始转入实施及检验前三阶段成果的过程。项目各参与方执行目标方案, 并对其进行动态管理、实证评价, 及时对实施和管理过程中出现的新问题进行纠偏和输出反馈, 并将反馈信息嵌入到前三个阶段中, 重新仿真模拟, 形成新的方案, 再提交实施, 保证大型工程项目在预期目标的范围内实施。当项目实施结束后, 对复杂性管理工作进行综合评价, 形成新的知识和案例并纳入知识体系。按照前述复杂性管理流程, 上述四个过程需要周而复始地反复循环。
与工程项目的一般管理流程相比, 基于综合集成方法体系的大型工程项目管理流程融合了定性与定量相结合的综合集成研讨技术, 并将管理集成思想与系统论、控制论和信息论等现代管理理论结合起来, 有效降低管理层次和工作界面, 实时动态监测控制, 从而实现了项目管理的信息集成、过程集成与参与方集成。
4 结语
大型工程项目的系统复杂性, 决定了其管理的复杂性、层次性和非凡性。本研究在分析大型工程项目系统复杂性的基础上, 构建了基于综合集成方法体系的大型工程项目复杂性管理模式, 并探讨了大型工程复杂性管理流程, 以促进复杂性理论、系统科学与工程管理理论的融合, 从而提升大型工程项目的经济效益、社会效益和环境效益。然而, 大型工程项目的建设管理不仅需要方法论的指导, 而且亦需要大型工程建设管理关键方法和技术的支持, 如大型工程项目复杂性的测度方法及定量分析;复杂系统的辨识及评价方法;大型工程项目复杂性管理的综合集成实现技术 (知识开发环境、仿真决策集成环境、可视建模、信息管理及反馈平台、虚拟管理技术等) , 这些关键问题将有待今后进一步深入研究。
参考文献
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[3]CALVANO C N, JOHN P.Systems Engineering in an Age of Com-plexity[J].System Engineering, 2004 (7) :25-34.
[4]盛昭瀚, 游庆仲.综合集成管理:方法论与范式——苏通大桥工程管理理论的探索[J].复杂系统与复杂性科学, 2007, 4 (2) :1-9.
[5]郭重庆.中国管理学界的社会责任与历史使命[J].中国科学院院刊, 2007 (02) :132-136.
[6]吴绍艳.基于复杂系统理论的工程项目管理协同机制与方法研究[D].天津大学, 2006.
[7]李伯聪.略论工程创新[C]//第6界东亚科技与社会 (STS) 国际学术会议论文摘要集, 2005.
[8]付志寰.研究工程哲学, 指导工程建设[C]//“工程科技论坛”暨首届中国自然辩证法研究会工程哲学委员会学术年会工程哲学与科学发展论文集, 2004.
[9]钱学森, 于景元, 戴汝为.一个科学的新领域——一个开放的复杂巨系统及其方法论[J].自然杂志, 1990, 13 (1) :3-10.
复杂水闸施工工程管理论文 篇2
本文在上述分析水闸施工的受力模型和水流动力学模型的基础上，进行了水循环特性分析，改善水闸施工的效能，提高工程管理质量。根据上述分析可见，在复杂水闸工程施工过程中，需要考虑基层吸水及供水能力、混凝土水闸面板湿度场数值模拟等因素的影响，制约因素较多。传统的水闸施工工程管理模型采用共振致密机理模型和概率分析模型进行了对复杂水闸施工过程中的水流性能变形性状的测试，对水闸的孔隙率、位移、孔隙水压力的变化情况进行分析，导致水闸施工过程中的工程管理方法滞后，影响水闸施工的可靠性，降低水闸的工程质量。为了克服传统方法出现的问题和弊端，提高水闸施工的工程管理效能，本文研究了一种水闸基底应力附加固结法的层状砂土桩基混凝土施工技术，进行了模型设计和试验分析，提高水闸施工的质量，实现高效的工程管理。本文给出水闸基底应力附加固结法，描述如下：通常情况下，对固定配水管柱，配水器的水嘴是固定的，这样一来P就成为常量，此时只能通过调整水闸底部的井口压力来控制注入量。
2.2复杂水闸施工设计及高效管理模型实现
在低循环疲劳情况下和超荷载情况下，本文进行复杂水闸施工设计及高效管理模型试验与设计实现。聚合物砂浆和钢绞线均系国产材料，考虑初始弹性模量，河流由于长年水含量充足，通过渗透的方法，可以不断增加水闸上下游最大水位差和地基条件，并与闸室共同组成足够长度的渗径，确保渗透水流沿两岸和闸基的抗渗稳定性。假设决定流体流动状态的重要参数是雷诺数Re，临界雷诺数Rec为Rec=cdμ=cdν⑨式中：为流体的密度；μ为流体的粘度；d为圆柱管的直径。经过技术经济比较选定，闸址一般设于水流平顺处。从统计学上表示为一种模型预测概率，mi表示通过侧向径流补给时间，地下水的整体流向控制总体模型W，采用高斯分布密度的积分得到局部最大荷载作用点的应力分析结果，分析作用于水闸上的荷载及其组合，进行闸室和翼墙等的抗滑稳定计算、地基应力和沉陷计算。
3试验及结果分析
为了测试本文设计的复杂水闸施工技术在工程管理模型的节省工程开销、提高水闸的质量方面的性能，进行试验分析和研究，进行施工实现和性能测试。采用本文设计的基底应力附加固结法得到作用在砂土桩基混凝土施工基底沉降的不同时刻模型的应力结构，参数设计中，设定河流的过水量ω=38.9%，塑性指数Ip=15，塑限Wp=22%，渗透系数Kw=1.31×10-3cm/s，稳定水位在面下8.5m。水闸施工设计中，首先进行闸槛高程的选定，确定闸址和闸槛高程，用以引导出闸水流向下游均匀扩散，减缓流速，消除过闸水流剩余动能，防止水流对河床及两岸的冲刷。结合地质条件和结构特点研究确定地基处理方案，对组成水闸的各部建筑物（包括闸门）根据其工作特点进行结构计算。以工程成本开销为测试指标，得到采用本文模型和传统模型的水闸施工开销结构。结合工程实践经验，确定地下轮廓线（即由防渗设施与不透水底板共同组成渗流区域的上部不透水边界）布置，须满足沿地下轮廓线的渗流平均坡降和出逸坡降在允许范围以内的条件。
4结论
复杂工程 篇3
关键词：工程教育：复杂工程问题；能力培养
不断提高教育质量是高等教育追求的永恒“不动点”。特别是我国的高等教育在较短时间内从精英教育跨入大众化教育后，目前正处于从以规模扩张为主的外延式发展转向以质量提高为主的内涵式发展的转型过程中，这个“不动点”的地位更加突出。2006年我国开始工程教育专业认证工作，它以工程教育国际接轨为突破口，通过强化内涵发展提高质量，发挥了重要的引领和示范作用，特别是在促进教育观念的更新、标准意识的建立、质量意识的强化上发挥了重大作用。这已被10年来的实践所证明。2016年6月2日，我国正式加入《华盛顿协议》（以下简称《协议》），被认为是中国高等教育取得的具有里程碑意义的历史性突破。未来，我们还需加大力度，促使更多高校的本科工程教育达到我国《工程教育专业认证标准》（以下简称《标准》），全面推进我国本科工程教育实现《协议》意义上的“国际等效”，同时也为其他专业门类的教育提供借鉴。
一、本科工程教育的基本定位是培养学生解决复杂工程问题的能力
《协议》倡导以学生为中心、产出导向（Outcome Based Education，OBE）、持续改进（Continue Quality Improvement，CQI）三大教育理念，要求从培养目标到毕业要求，从毕业要求到课程体系，再到教学落实、评价与反馈，进行系统设计与实施。培养目标是起点，起着“制导”作用，而且要求专业从面向学科办学（适应精英教育）转向面向社会需求办学（适应大众化教育），依社会需求确定培养目标。当然，作为基本要求，培养目标必须符合教育的基本定位。按照《协议》，两年制专科培养学生解决狭义工程问题（Well-defined Problems）的能力，三年制的大专培养学生解决广义工程问题（Broadly-defined Problems）的能力，本科培养学生解决复杂工程问题（Complex Problems）的能力。
什么是复杂工程问题？《协议》用如下7个特征进行刻画。其中第一条是必备的，它指出了复杂工程问题的本质；第二到第七条是可选的，它们可以看做是复杂工程问题的表象。
（1）必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决；
（2）需求涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突；
（3）需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性；
（4）不是仅靠常用方法就可以完全解决的；
（5）问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中；
（6）问题相关各方利益不完全一致；
（7）具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。
与《协议》等效，《标准》所给出来的12条毕业要求，明确体现了这一基本定位。所谓毕业要求，就是学生在毕业时必须达到能力标准，按照人才培养系统化设计和实施的要求，它们需要分解到课程体系的相应教学活动中去落实。在这12条毕业要求中，“复杂工程问题”在其中8条中出现了9次，另外还有3条中分别出现了“多学科背景下”“跨文化背景下”“多学科环境中”的字样。
12条毕业要求是明确的、具体的。例如，关于“工程知识”，其要求是“能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题”。这一点与我们习惯的类似“掌握数学、自然科学、工程基础和专业知识”“理解法律法规基本知识”“了解经济和金融知识”的表述是不同的。其关键是明确给出了“掌握”“理解”“了解”的程度，即，足以支持“解决复杂工程问题”。再例如，关于“研究”，其要求是“能够基于科学原理并采用科学方法对复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据并通过信息综合得到合理有效的结论”。这就要求学生能够将基本原理用于实际问题的研究，要能够“构建”实验环境、“设计”实验、“实施”实验、“采集”实验数据、掌握“分析方法”、有效地“分析和解释”数据、“综合”结果，并“得到”合理有效的结论。注意到这些工作都是要“基于科学原理并采用科学方法”的，所以，需要将“动手能力”“实践能力”定位在“基于基本原理”的层面上，也就是“理论指导下的实践”“理论与实践的结合”，而不是简单的动手和实践。这不仅要在相应的教学大纲中明确给出，更要通过教学活动落实，并有效评价落实的程度（即达成度）。
此外，它们所透出来的对“基本原理”的要求等与“复杂工程问题”以及“解决复杂工程问题能力”的要求是一致的。
二、从复杂工程问题的定义看对专业教育基本要求
聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养对本科工程教育提出了什么样的要求？下面根据复杂工程问题的7个特征依次进行讨论。
（1）必须运用深入的工程原理经过分析才可能解决。总体上，没有固定的、简单重复的规程、方法等解决这种问题，而是需要从深入的（不是浅显的）基本原理出發，且需要经过分析（不是直接套用）才可能解决。这就要求理论教学必须包括足够深入的基本原理，而且要强调使学生学会“分析”和“使用”的典型思想和方法，从而使学生具备扎实的理论基础（基础理论和专门知识），以及分析问题的能力。相应地，实践教学要给学生提供在理论指导下开展实践的机会，不仅使他们经历相应的实践，而且还要在实践中加强对相关原理的理解，并能更好地掌握相应的思想和方法。基于“深入的”“基本原理”，经过“分析”等要求，从另一个角度清晰地提出了本科教育“面向未来”“面向创新”的基本追求，也拒绝了那些认为“学了很多理论知识”“动手能力弱”，要“回归动手”的片面说法和做法。而那些以“职业培训”“产品教育”替代本科教育的做法更是格格不入的。对于理论基础，要追求“学会”：“教了”不等于“学了”，“学了”不等于“学会了”，“学会了”的标准就是“会应用”。endprint
那么，有哪些基本原理呢？根据《协议》，“工程是包括数学、自然科学和工程知识、技术和技能整体的、有目的性的应用。”因此，从课程体系来讲，数学类（如，高等数学、线性代数、概率与数理统计、数值分析、工程数学、数学建模，以及专业相关的离散结构等）、自然科学类（如，大学物理、大学化学、大学生物等）、学科专业基础类、专业类的课程成为必需，而且它们包括的不仅仅是基本概念和结论，更有思想和方法。《标准》要求，数学、自然科学的教学内容，不能低于总学分的15%，工程与专业基础、专业类课程不能低于总学分的30%，工程实践与毕业设计不能低于总学分的20%。因此在专业课程体系中，以所谓“专业的需要”为理由过度削减数学类课程、取消自然科学类课程、弱化学科专业基础课程，用“职业培训”“产品教育”替代专业课程都是错误的。
（2）需求涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突。首先，课程体系和课程内容需要包括本学科专业的基本内容，以及有关应用领域和学科的相关内容，要求和鼓励学生跨专业选修课程，更要避免把专业教育限定在某一个非常窄的方向甚至技术上。例如，对计算机科学与技术专业来说，就不能把学生培养成诸如“我是学JAVA的”“我是学.NET的”那种局限于用一种语言（开发工具）的程序实现者。其次，相应的教学内容要包含多因素、多技术，要讨论它们的长与短，让学生学会选择和折中、借鉴和综合，学习从全局的角度考虑问题。
（3）需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性。培养学生理解抽象模型、能够根据实际需要选择抽象模型、通过形式化处理用抽象模型表示问题（系统的状态和状态的变化规律）、构建抽象模型、基于抽象模型进行工程实践等，是基本要求。在数学和自然科学课程中获取基本知识、基本模型、基本思想和方法，并在学科专业基础课、专业课程中学习专业相关的基本知识、典型模型、典型思想和方法，在课程设计、实习、毕业设计等实践环节，甚至在理论课程的习题中去深入体验和实践。一个基本追求是要让学生有机会基于基本原理完成模型理解、模型选择、模型构建、模型处理，甚至模型计算和基于模型的工程实施。停留在简单套用的层次上是无法满足要求的。
（4）不是仅靠常用方法就可以完全解决。这一条与下面一条和上面一条表现出了复杂工程问题求解的创造性。
常用的方法无法完全解决，就需要综合，需要寻求新的方法。当然，这种新的方法通常是受已有方法的启发、改造而来，也可以是多种方法综合而来。体现的是对学生“综合”能力和“开发”工具能力的要求。就实验来讲，需要从“验证性实验”开始，更多地强调“综合性实验”“设计性实验”，让学生逐渐递进地在可完成的层面上学会根据目标，基于原理寻求方法，实现问题的求解。当然，这种教育需要多环节协同。如在习题中安排更多综合性和设计性题目。
（5）问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中。虽然“问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中”，但问题求解都是符合“基本原理”的，要求学生能够根据工程实际，灵活运用所学，同时考虑工程与相关的社会、环境、伦理、道德等，统筹地、创造性地考虑问题求解。
（6）问题相关各方利益不完全一致。主要是利益均衡与折中，局部优化和全局优化，局部服从于全局。
（7）具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。体现问题和系统的规模、难度、复杂度、综合性。强调培养学生的系统观，使学生能够站在系统的高度，以系统的视角去看问题，去适应错综复杂的“场面”，并实现问题的系统求解，不至于陷于局部，也不至于只能针对一些特定现象而忽略了整个问题空间。
从以上7点可以看出，解决复杂工程问题，需要学生能够灵活地、综合地、创造性地运用所学，对其包括创新意识、创新能力在内的培养必须落实到第一课堂中，并且也是可以具体落实的。那种觉得创新高不可攀，只是一个“笼统”的口号，或者将其培养简单地寄托于隶属于第二课堂的所谓的“科技活动”都是不对的。
三、分解落实解决复杂工程问题能力的培养
学生解决复杂工程问题能力的培养必须通过整个“培养体系”实现，要将此进行分解，落实到培养的各个环节中。特别需要指出的是，“复杂工程问题”和“解决复杂工程问题的能力”是两个不同的概念，不能将培养学生“解决复杂工程问题的能力”狭义化为参加一个具体复杂工程的开发，甚至仅仅依靠毕业设计、综合实践等一两个实践环节。
1.按照支持解决“复杂工程问题”毕业要求达成的需要，安排理论课程内容
强调课程内容必须包含相应领域的深入工程原理，而不是仅仅限于其简单内容，要包括完整的基本内容，更不是简单的知道，简单的计算等，必须达到一定的深度。更重要的，还要包含相应的思想和方法，特别是学生在其职业生涯中将反复用到的思想和方法。这些内容必须在课程的教学大纲中给予具体的描述，那种“教材目录式”教学大纲是不满足要求的。
相应地，理论教学强调以知识为载体，让学生学习基本概念和基本结论的同时，学会学科方法论的相关内容，并让学生掌握相应的专业技能，形成专业能力，这称为“产出（outcome）”。既然是对应学生身上的产出，就必须考虑实际需求与效果。所以，虽然我们强调深入的基本原理，但不是单纯地、不切实际地（脱离毕业要求达成需要）追求更多、更深的知识而忽略效果。
在教學大纲中，还必须将课程的教学目标与相应的毕业要求对应起来，以便将课程真正置于整个培养体系中。
2.按照支持解决“复杂工程问题”毕业要求达成的需要，开展理论教学活动
课程教学要落实教学大纲的规定，使学生能够掌握深入的基本原理，理解其精髓，掌握其思想和方法，并能够将基本原理与工程实践问题有机地结合起来，探讨应用的方法，体验应用的乐趣。
为达到此目的，在整个教学过程中，绝不能照本宣科，“满堂灌”，要有充分的分析内容。要采取研究型教学，“教师在对问题的研究中教，学生在对未知的探索中学”，引导学生积极探索和思考，促使学生掌握分析的基本思想和方法，使他们逐渐养成分析、探索之习惯，学会分析和探索，并能得到有效结论。要适时、适当地归纳总结，将知识和方法等串起来，以利于学生的综合使用。还要设计恰当的环节，给学生提供解决问题的锻炼机会。endprint
3.按照支持解决“复杂工程问题”毕业要求达成的需要，进行理论教学评价
通过考试、答辩、报告、成果验收等方式评价教学结果。
教学活动的价值体现在其对毕业要求达成的支持，所以，采用什么样的评价方式？以什么（题目等）为载体？测试点是什么？要根据课程所承担的毕业要求达成任务来定，以保证评价能够有效反映其对承担的毕业要求达成的实际贡献度。之所以这样要求，是因这个评价结果是毕业要求达成度评价的基础数据，如果该数据不可信，那么毕业要求达成的评价就不可信。所以，必须保证考核内容、方式，以及评分体系等能够充分体现相应毕业要求达成度评价的需要。
产出导向要求最终是聚焦解决复杂工程问题的能力，考试必须摆脱“概念、填空、單选、多选、判断对错、简述、简答”等主观性题型为主，更要杜绝简单追求及格率的倾向，真正按照教学大纲规定的课程教学目标进行考核。
4.按照支持解决“复杂工程问题”毕业要求达成的需要，安排实践教学内容
首先，实践教学必须选择恰当的载体，使学生经历复杂工程（系统）构建，并在构建过程中体现知识、技术、方法的综合应用。其次，要构成体系，要从简单到复杂，从小规模到大规模，循序递进；还要使学生尽可能全面地经历专业的主要实践。例如，对计算机类专业来说，学生要有机会参与基础硬件系统、基础软件系统、应用软件系统、应用硬件系统的实践。最后，从选题和具体内容安排上，要根据该课程所承担的毕业要求达成任务，与理论教学相结合，追求理论指导下的实践；要包括设计、实现、分析（系统分析、结果分析）；要能够有效地促使学生掌握深入的工程原理，结合工程实际，避免简单地为了实践而实践；要给学生创造机会，使他们得到更全面的锻炼。例如，学习协作、沟通、表达、组织，学习如何在工程实践中考虑社会、环境、法律、伦理、道德等问题。
5.按照支持解决“复杂工程问题”毕业要求达成的需要，开展实践教学活动
根据实践教学活动所承担的毕业要求达成任务，选择恰当的环境，设计与之相适应的环节和实施要求，具体落实学生解决复杂工程问题能力培养的目标；要严格要求，并给学生恰当的指导。
在具体教学中，要督促学生学习问题分析，研究相关内容（数据），引导学生搜集相关资料和信息，学习新的技术，帮助他们掌握实验的技术和方法；落实设计与实现，开展与人、物、系统的多方协同，实现团队协作；学习对系统和工作的评价；学习工程开发对社会、环境、法律、行规、伦理、道德等的影响，培养自己的社会责任；引导学生深入考虑问题及其解决的方案、方法、途径、工具，在基本原理与工程实践结合的实际案例中体验原理之美。
为获得更好的实践效果，还要做到课内课外结合，校内校外结合。
6.按照支持解决“复杂工程问题”毕业要求达成的需要，进行实践教学评价
按照教学大纲的规定进行评价（考核），相应考核方式、计分标准能够真实体现该项教学活动对所支持的毕业要求达成的实际贡献度。
总之，本科教育面向未来，包括未来的世界、未来的问题求解、学生未来的发展，最终体现在面向社会未来的发展。这些“未来”与“解决复杂工程问题”“创新能力培养”的追求是一致的。明确聚焦学生解决复杂工程问题能力的培养的基本要求，掌握其内涵，并将其分解到人才培养的各个环节中落实。进入“卓越计划”的各个专业，应该发挥示范和带头作用。同时，以此为参照，其他学科门类的本科教育，也应该聚焦“解决复杂问题能力的培养”，将此作为人才培养的基本定位，促进本科教育质量和水平的快速提高，以适应社会及其发展的需要。
复杂基坑工程的支护方案遴选 篇4
拟建的山西发展大院工程,建筑场地位于太原市教场巷东侧,新民北街北侧。包含住宅楼3幢及地下车库1座。地下车库基底标高800.04,基坑深度约5.76m～9.46m。拟开挖基坑西侧和南侧邻马路;东侧偏南部位有一锅炉房,紧邻基坑;北侧偏东部位有一住宅楼,距基坑约3.7m。
2工程地质情况
1)根据本工程勘察报告,场地地下水水位埋深约800.50m。现场局部已进行降水,水位变幅较大。
2)土质条件。根据建设单位提供的该场地岩土情况,结合本次支护设计,可重点利用以下几层:
第(1)层,杂填土:灰褐色,黄褐色,底板埋深0.3m～3.2m。层厚0.3m～3.2m。较松散,稍湿,成分较杂乱,上部以建筑垃圾为主,含砖块(屑)、灰渣等,下部较疏松,稍湿,以粉土为主,含零星砖屑、灰渣、炉渣屑等;
第(2)层,素填土:灰褐色,底板埋深1.4m～4.8m。层厚0.5m～3.8m。较松散,稍湿,成分较杂乱,以粉土为主,含零星砖屑、灰渣、炉渣屑等;
第(3)-1层,粉土:褐色、褐黄色,底板埋深3.3m～13.6m,层厚1.4m～10.3m,饱和,稍密,摇振反应中等,无光泽反应,干强度和韧性低,上部常含有零星的煤屑、灰渣屑等,层中个别地段夹有细砂薄层透镜体。该层粉土和(3)-2层卵砾石分布不均匀,厚度变化比较大且局部相互交错分布;
第(3)-2层,卵砾石:灰褐色,底板埋深2.5m～15.8m,层厚0.6m～13.4m,分布位置和成分都不均匀,主要分布在场地的西南部。饱和状态,密实,一般卵径2cm～4cm,采芯最大直径10.0cm。分选性比较差,常以中粗砂充填,局部以粉土充填且层中夹有层位不连续的粉土和细砂薄层。在场地内由西向东,卵石含量减少过渡为粗砾和细砂,该层卵砾石和(3)-1层粉土分布极不均匀,后部变化比较大且局部相互交错分布;
第(4)层,粉土:褐黄色,底板埋深15.3m～19.6m,层厚1.9m～9.5m,饱和状态,稍密,摇振反应中等,无光泽反应,干强度和韧性低。层中夹有粉质粘土和细砂薄层,夹层层位不连续;
第(5)层,粉土:褐色、黄褐色,底板埋深24.8m～27.8m,层厚5.9m～11.2m,饱和状态,中密,摇振反应中等,光泽反应弱,干强度和韧性较低。层中夹有粉质粘土和中细砂薄层透镜体,个别地段混有卵砾砂土;
第(6)层,粉土:黄褐色,底板埋深33.2m～36.5m,层厚6.8m～9.9m,饱和状态,可塑,摇振反应中等,无光泽反应,干强度和韧性低。夹杂有层位不连续的粉质粘土、中砂薄层。
3 设计思路
基坑支护的设计原则主要有三:首先是要安全可靠,即支护目的首先必须确保基坑及周边建筑物的安全;其次是要经济合理,即在保证安全的前提下能够为业主节省资金;第三则是在上述原则下尽量做到施工便捷、工期较短。
本工程基坑四周条件各异,为保证安全可靠、经济合理,必须在各部位采用不同的基坑支护方法。
4 方案遴选
目前建筑基坑支护的方法主要有排桩、地下连续墙、水泥土墙、土钉墙及各种形式的内支撑等。其中土钉墙支护方法较为经济,而混凝土灌注桩支护则安全性较高,这也是目前采用最为普遍的两种基坑支护方法。
针对本工程情况,首先必须采用可靠的降水方法将水位降至基坑下0.5m以下,根据现场情况,采用管井降水较为适宜。支护拟在基坑东侧和北侧偏东部位采用混凝土灌注桩支护(Ⅳ区、Ⅴ区),其余部分采用土钉墙支护(Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区)。图1为分区平面布置示意图。
5 方案设计说明
5.1灌注桩支护
灌注桩支护采用C 30混凝土,桩顶标高在地坪下-1.8mⅣ区桩径0.8m,桩距1.0m,桩长20.7m,加1.0×0.8冠梁,加1道23m预应力锚索,自由段8m,加150kN预应力;Ⅴ区桩径0.7m,桩距1.0m,桩长18.8m,加0.8×0.7冠梁,加1道22.5m预应力锚索,自由段7.5m,加150kN预应力,见图2。
5.2土钉墙支护
土钉墙支护利用人工洛阳铲进行成孔,采用Υ18～Υ25钢筋作为土钉。如土质条件不好,无法人工成孔时,可以机械打入Υ48钢管进行成孔。水泥浆注浆等级为M 15,用Υ8钢筋双向编网,并以Υ18～Υ20钢筋焊成井字架与土钉连接,面层采用C 20细石混凝土喷射而成,土钉倾角5°～15°,见图3。
6 结语
该工程采用以上基坑支护设计方法进行施工后,经严格的位移和沉降观测,基坑各部位变形值均在相关规范允许范围内。现已顺利施工回填至自然地坪以上,确保了基坑及周边建筑物的安全。且针对不同部位分别采用不同的支护方案,为甲方节省了大量资金,又缩短了工期,得到了建设单位、监理单位等参建各方的一致好评。
摘要：结合工程实例,对周边环境复杂、不同工程条件下的基坑支护的设计提出了设计思路,并按安全可靠、经济合理、施工便捷的原则进行了方案遴选,并给出了具体的设计方案,以期指导实践。
关键词：基坑支护,混凝土灌注桩,设计方案
参考文献
复杂工程 篇5
《复杂物流系统工程》读后感
物流0901 张圣贤
摘要：物流问题可以划分为：物流问题分析（构建物流系统的目的及所需要解决什么问题，有什么具体要求，是利益最大化还是费用最小化还是综合考虑两方面）、物流理论系统设计（根据物流问题及目标设计理论可行物流系统并根据实际情况选择最优方案，主要是理论系统构建）、物流实体系统构建（主要是实体构建，包括运输系统构建，仓储系统构建，调配系统构建等与之相关的系统构建）、物流管理系统构建（有关管理物流的软硬件设计及建设）、服务系统构建。
关键词：物流；物流系统；物流系统工程；物流系统构建；利益最大化；费用最小化；“泛物流”问题。
出自：青岛大学学报(自然科学版)2002年第二期
在《复杂物流系统工程》这篇文章中，作者从物流在当今社会中的重要性、物流的定义、物流的基本概念、物流系统的基本概念、物流系统化的重要性与必要性等方面进行了详细的讲解。
物流活动贯穿当今社会的大部分经济活动，主要以研究物流、信息流、资金流以及人员流为主。通过对物流、信息流、资金流、人员流的计划、调节和控制实现企业乃至整个供应链的利益最优化、最大化。物流水平反映了一个公司以及该核心公司所在的供应链的竞争力，同时反映了一个国家一个地区的综合实力和市场竞争力。西方国家和日本等经济强国强厚的经济实力背后有着一个先进的物流理论体系的支持。随着我们国家加入WTO以及与其它国家的经济沟通逐渐加强，我们的低物流水平现象逐渐显露，随着现代科学技术的迅猛发展和全球经济一体化的加强，各国都面临着前所未有的机遇和挑战。现代物流作为一种先进的组织方式和管理技术，被广泛地认为是企业在除了降低物资消耗，提高劳动生产率以外的又一个可以增加利润的方式（第三方利润的源泉），它在国民经济和社会发展中发挥着重要的作用。大量数据表明：经济发达国家或地区的物流产值在国民经济中处于一个十分重要的地位。加快物流理论的深入研究和实践及物流系统的构建迫在眉睫。
物流一词是第二次世界大战期间从军事后勤学的含义演变而来的。最早源于美国，后被日本引进并得以发展。《复杂物流系统工程》将物流分为：社会物资的包装、储运、调配（如物资调配、港口运输等系统）称为“大物流”，而将工厂布置和物料搬运等企业内部活动发展而来的物流系统，称为“小物流”。我理解为应该分为：被研究对象内部的物流；研究对象与外部环境之间相互作用的外部物流。如一个企业或者是一个供应链自己企业或者是供应链内部的物流，包括物料流、信息流、资金流等的流入，以及产品生产完后与市场进行的各项物流交换，包括物流、信息流、资金流的流出等。
我觉得现在有必要将物流的概念进一步扩大，虽然现在相对于物流起步阶段物流所包含的范围已经很大，但似乎还不够完美，我们是不是可以试着将所有与物资流通有关的活动归为一体，大到国家的运行、企业的物流活动、供应链的物流活动；小到个人的生活问题，诸如去不同的几个地方办事，怎么结合每件事所需时间和地点规划一条最好的路线去完成所办事情；或提着水瓶打水和吃饭两个
问题，怎么完成这两件事情的最后方法等，我们都可以将之归为一类，称它们为“泛物流”问题，试着用物流的观点去最优化解决它们。
物流系统是指在一定的时间和空间里，有所需位移的物资、包装设备、装卸搬运机械、运输工具、仓储设施、人员、通信联系等若干相互制约的动态要素所构成的具有特定功能的有机整体。物流系统的目的是实现物资的空间效益和时间效益，在保证社会再生产顺利进行的前提下，实现各种物流环节的合理衔接，并取得最佳的经济效益。由于物流系统是一个人—机系统，物流系统是一个大跨度系统，物流系统是一个可分系统，物流系统是一个动态系统，物流系统是一个复杂巨系统，物流系统是一个多目标系统；所以我们应该用系统工程的理论及相关观点来解决复杂的物流系统问题。读完这篇文章，我觉得整个物流问题可以划分为：物流问题分析（构建物流系统的目的及所需要解决什么问题，有什么具体要求，是利益最大化还是费用最小化还是综合考虑两方面）、物流理论系统设计（根据物流问题及目标设计理论可行物流系统并根据实际情况选择最优方案，主要是理论系统构建）、物流实体系统构建（主要是实体构建，包括运输系统构建，仓储系统构建，调配系统构建等与之相关的系统构建）、物流管理系统构建（有关管理物流的软硬件设计及建设）、服务系统构建。物流系统工程所要做的就是运用系统工程的观点解决所遇到的问题。
所谓物流系统化，就是把物流的诸种环节（或各子系统）联系起来，视为一个大系统，进行整体设计和管理，以最佳的结构，最好的配合，充分发挥其系统功能的效率，实现整个物流合理化。要实现物流合理化，就是指物流系统整体而言的，不只是要求物流过程某一环节的合理化。要把物流系统的诸种功能或各子系统联系起来，进行综合分析研究。以谋求物流大系统的整体经济效益。对物流大系统来说，在各个子系统之间，存在着互相制约、互相依存的关系，有时甚至是矛盾的。例如在包装环节，如果片面地强调节省包装材料和包装费用，不适当地少用包装材料或用低质代用材料，虽然包装环节费用降低了但由于包装质量差，在运输和装卸搬运过程中，造成货物破损错乱，从物流系统全过程来看，反而是一种浪费。又如在装卸搬运环节，若单纯为了追求数量，不顾质量，不按操作规程作业，甚至野蛮装卸，损坏商品等，也给社会造成了不应有的损失。再如，在联合运输当中，轮船与码头、车与船、船与货之间，如果各个环节衔接不好，就会出现船等泊恢车等船、等货的不协调现象，影响物流
系统的经济效益。所以，物流系统功能环节，即各个子系统之间，即是独立的，又是互相联系、互相制约的。各子系统环节之间，要紧密衔接，互相适应，特别是前一道环节（工序）要为后一道环节创造条件。各个环节要为物流大系统取得最好的、整体的经济效益创造条件，这才是真正的物流系统化。而物流系统化又是物流合理化的重要前提。
复杂工程 篇6
摘要：工程教育专业认证毕业要求标准中引入了“复杂工程问题”的概念，培养学生具有解决本专业领域“复杂工程问题”能力是工科专业教育的基本要求。本文以电气工程及其自动化专业为例，介绍了“复杂工程问题”的特征把握要点、“复杂工程问题”指标点的分解方法以及如何将培养学生解决“复杂工程问题”的教学环节植入专业教学体系。
关键词：专业认证；复杂工程问题；毕业要求；教学体系
近年来，工程教育专业认证工作在中国工程教育认证协会的主持下已在全国高等院校中展开，该项工作对引入先进的工程教育理念，推进工程教育专业的教学改革，提高教育质量有着十分重要的意义。作为应用型本科院校，浙江科技学院电气工程及其自动化专业在2015年6月接受了专业认证现场考察，并通过了专业认证。与前期版本不同，2013年由国际工程联盟公布的“毕业要求和专业能力”第3版华盛顿协议部分，明确了毕业要求标准必须涉及“复杂工程问题”，即以培养工程师为目标的本科教育须将学生具备解决复杂工程问题的能力作为培养要求。这也是对专业工程师人才培养的基本教育要求，是区别于职业技术人才培养要求的重要标志。为了满足认证标准，本专业对植入“复杂工程问题”的教学体系进行了改革探索，主要做法是在理论教学和实践教学体系中，确定触及“复杂工程问题”的课程教学及实践教学门类，以及通过教学大纲文献形式将支撑“复杂工程问题”的知识结构、教学内容、教学方法及教学评价方式等教学要求明确化，指导教师在教学过程中贯彻执行。
一、准确把握“复杂工程问题”的特征
华盛顿协议赋予了复杂工程问题“知识需求深度”“宽范围相冲突的工程技术”“工程问题深度”“问题罕见度”“非本学科的知识问题”“多方和矛盾的利益协调问题”“相互依赖的高水准问题”等七项属性，并明确了关于复杂工程问题的七个特征（WP1-WP7）。这七个特征是：（1）必须运用深入的工程原理经过分析才能得到解决；（2）需求涉及多方面的技术、工程和其他因素，并可能相互有冲突；（3）需要建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性；（4）不是仅靠常用方法即可解决；（5）问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业标准和规范中；（6）问题相关的各方利益不完全一致；（7）具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。
就专业围绕“复杂工程问题”的教学体系改革而言，首先是要准确把握七个特征的内涵。复杂工程问题是从工程知识、学科（专业）范畴、综合因素（包括社会问题）及解决手段的四个工程问题要素中提炼出来的。例如：特征（1）指出复杂工程问题“必须运用深入的工程原理经过分析才能得到解决”，这就意味着该问题可能涉及数学、自然科学及专业知识的综合运用，体现了知识需求深度属性。特征（3）“需要建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性”，则说明该类复杂问题仅靠一般的公式计算和实验方法是无法解决的，解决手段与一般方法不同，体现了问题深度的属性。其他的复杂工程问题特征都有类似关系，七个特征也完全覆盖了现实的工程实践问题。显然，准确理解和把握复杂工程问题特征才能有的放矢地改革教学体系。
二、毕业要求中的“复杂工程问题”
工程教育专业认证实行的是一种成果导向教育理念，其核心是教育实施过程采用反向設计方式，类似于企业产品的生产是从用户需求的角度来设计生产过程。大学工程教育从社会对大学教育的需求确定培养目标，毕业要求则由培养目标来决定。工程教育专业认证标准中关于技术类的毕业要求（第一条至第七条及第十条）都涉及“复杂工程问题”，而教学体系（包括课程和实践教学）是用于支撑毕业要求的。因而“复杂工程问题”最终都要落实于相关的课程环节和实践环节。
根据认证标准要求，毕业要求必须分解成可考核的指标点，每项指标点则由相关课程和实践环节支撑。指标点的分解方法本身也是一个探索的过程，目前并没有统一的做法，可以从毕业要求涉及的知识范畴、教学属性、认知规律、能力要求等方面考虑。实际上，“复杂工程问题”也是落实在毕业要求的指标点上。这是很有意义的做法，其原因在于指标点是毕业要求的具体细化。在指标点上可以界定“复杂工程问题”的层次，并确定相关教学活动及考核方式，同时有利于毕业要求的达成评价。
由此可见，合理分解支撑“复杂工程问题”指标点是关键一步。分解体现“复杂工程问题”的指标点应遵循3个原则：（1）对应原则，指标点与相关毕业要求标准是否吻合对应。毕业要求共有12条，其中有八条技术类的毕业要求具备复杂工程问题。在某条标准中，并非每项指标点都要体现“复杂工程问题”，只要与该条毕业要求有对应关系即可。（2）层次原则，“复杂工程问题”应具有层次。层次主要体现在一个“复杂工程问题”所包含特征的程度，如特征所表现问题的深浅程度及综合程度。虽然层次高低在具体指标点上并非能直接说明，但在由大纲决定的教学环节支持力度上可以体现。（3）支撑原则。能选择恰当的课程或实践教学活动（环节）来支撑指标点。选择的教学活动的门类根据“复杂工程问题”的层次，合理支撑相关指标点，并且是面向全体专业学生可实施、方便评价的教学活动。
三、本专业的教学体系改革探索
本专业从三个方面对“复杂工程问题”贯穿于教学过程进行探索：确定毕业要求哪几项指标点包含“复杂工程问题”；选择相关的教学活动（理论课程及实践环节）；在课程教学大纲中明确“复杂工程问题”的教学内容、教学方法等教学要求。
1.分解指标点及选择相关教学活动
按上述的3个分解原则，以毕业要求1的指标点“工程知识”分解为例，表1是毕业要求1的分解结果。该分解法是按照工程涉及的知识范畴进行分解（即华盛顿协议所确定的WK1-WK4知识范畴），并不在每项指标点上都触及“复杂工程问题”，因为在1.1等指标点中仅靠对应的教学活动难以让学生触摸到“复杂工程问题”。但在1.4指标点上则涉及“复杂工程问题”，不过仅限于学生了解复杂工程问题和分析、解决较低层次复杂问题的能力。而支撑的教学活动为电气专业基础课程的教学，如“电力电子技术”“电机与电力拖动基础”等。endprint
在毕业要求指标点3.4中也包含“复杂工程问题”，见表2的毕业要求3指标点分解，该指标点对应毕业要求3中能够设计“复杂工程问题解决方案”的能力要求，因而其涉及“复杂工程问题”的层次比1.4要高，体现特征也比较多，对应的教学活动也更为复杂。
上述的做法构建了一种新型教学体系，其亮点就在于明确了教学体系中所有教学活动（课程及实践等环节）服务于何种能力培养要求，包括对学生解决“复杂工程问题”的能力培养要求。这对科学合理地评价教学质量、寻求持续改进的路径都具有重要意义。
2.相关课程及实践教学大纲的拟定
毕业要求的各项指标点都必须有对应的教学活动支撑，其教学大纲是指导教学活动的“纲领性”文件。本专业有7项指标点包含了对“复杂工程问题”的观测（限于篇幅不再详列），而相关的教学活动依据对“复杂工程问题”支撑程度，其包含的课程教学和实践环节并不同一，教学内容的知识复杂度也有高有低。例如指标点1.4，由专业基础课程的教学活动支撑，因而在这些课程的教学大纲中，应具有明确的支撑关系。修改大纲时首先要厘清下述关系：（1）本课程支持哪些指标点，其中包括是否含有“复杂工程问题”指标点；（2）各项教学内容和基本要求重点支持哪些指标点；（3）教学方法上重点服务于哪些指标点；（4）考核内容和方式考核哪些指标点。
对于较高层次或包含多种特征的复杂工程问题，本专业则以专业综合实验环节为教学载体，较全面地培养学生对“复杂工程问题”的解决能力。专业具有三个专业方向模块课程，综合实验对应也有三个模块。与理论课程教学大纲类似，实验教学大纲要明确三类关系：（1）实验具备哪些“复杂工程问题”的特征及体现形式；（2）实验如何支撑具有技术类“复杂工程问题”的指标点；（3）实验的考核方式。
以综合实验1“无刷直流电机控制系统实验（电机与电气自动化技术方向）”为例，其教学体系见表3。
专业认证将“复杂工程问题”贯穿于毕业要求技术类标准中，從问题发现、分析、交流、解决等不同的能力获取角度提出了相应要求。上述做法是从教学体系中课程教学及实验教学环节着手植入“复杂工程问题”的示例。实际上，要满足标准要求，在教学体系的其他环节如课程设计、毕业设计等都需做相应改革，从不同的支撑角度达到学生处理“复杂工程问题”的能力培养要求。
四、改革教学体系应注意的问题
一是合理分解具备“复杂工程问题”特征的指标点至关重要，这关系到能否有合适的、可考核的教学活动予以支撑，并且考核结果最终能作为毕业要求达成评价的依据。特别注意的是，以学科竞赛或其他类课外创新科技活动等不能作为支撑的教学活动。
二是标准要求必须要有教学活动能支撑包含2个特征以上（其中特征1是必备的）复杂工程问题，这意味着教学体系中必须选择1项或1项以上的教学活动满足这个要求。
三是复杂工程问题可来源于工程实际问题，尽量避免凭空臆想的问题。例如本专业综合实验项目都具有实际的应用背景。
四是“复杂工程问题”的层次定位应结合学校人才培养目标的定位，作为应用型本科院校，以培养应用型人才为目标，应选择以应用技术为背景的复杂工程问题。复杂工程问题的7个特征虽没有贴上应用型复杂工程或研究型复杂工程问题的标签，但在可从专业培养计划、教学层次出发，从反映“复杂工程问题”特征的问题深浅度和综合度方面把握好教学内容的设计。
复杂地形桥墩工程的精确定位技术 篇7
本技术在桥墩定位测量中,放样高速、高效、测设精度高,能充分显现出点成线的测设效果。借助计算机CAD软件绘制出桥墩平面图,减少内业计算量,提高坐标的准确性。
2 技术的适用范围
适用于建设工程点位定位,对较为复杂地形下的桥梁,通廊以及各种单体构筑物的现场精准定位具有更高的精度。
3 工艺原理
利用CAD捕捉桥墩特征点并电脑定位,在复杂地形下桥墩工程测设任务中,通过全站仪及计算机CAD软件的辅助实现点对点的精准控制。水准测量需做国家三等支水准路线。
4 工艺流程及操作要点
4.1 工艺流程
1)高程测量
水准测量准备→做国家三等水准路线→编制水准测量成果计算表→实时控制桥墩绝对标高
2)平面位置测量
全站仪测量准备→做通视坐标控制点导线→CAD绘制平面图→平面控制测量
4.2 测量准备
1)为保证测量成果准确,对所有进场的测量仪器设备进行检验,校正。
2)和建设单位、测绘单位等共同交接城市等级控制网并复测各控制点形成测量原始资料。全站仪的控制精度范围±1 mm以内。
3)熟悉施工设计图纸、施工组织设计或施工方案,根据现场勘查地形情况并编制测量方案,布设通视坐标与高程控制(环)网。
4)组建测量组,并对基本的测量知识进行培训。
4.3 操作要点
4.3.1 交接桩与加桩
现场与甲方代表及测绘单位人员逐一交接桩并复核成表双方确认,视桩间距加桩,桩点设置位置以前后通视、干扰少、土质优为原则,方法如下,并不时复核加强维护,确保基础数值的准确。如图1所示控制点标桩做法,先将木方(平面8 mm×8 mm)打入土层,再将钢管(直径为200 mm)套在木方上打入土层,最后将长200 mm顶面含小凹槽的六棱钢钎钎入木方中。顶端露出30 mm的小头。
4.3.2 复杂地形水准测量
1)高程控制网以三等水准网作为首级控制,以四等水准网加密,布设为附合路线或闭合环线,测量以闭合或往返为单元,往返测量高差闭合差符合fh=h往+h返(h往=∑h往往测各个站高差总和,h返=∑h返返测各个站高差总和)。其|fh|<|fh容|,说明符合精度要求。山地:(n为测站数)
2)条件允许可以用全站仪进行高程测量。测量完成后,收集数据进行内业平差计算。
3)实时控制好桥墩的绝对标高
①准确计算桩长明确桩钢筋长度,即控制孔深和桩体钢筋。
②破桩头清桩后要逐一测量确定墩身高度,控制墩身标高。
③拆除墩柱定型模板后,为了便于架子工准确搭设脚手架高度,控制准盖梁底的设计标高。统一做盖梁底至可视水准面8.5m,做好标记。如图2所示。
④待桥墩施工完成后,按规范对其沉降观测。
4.3.3 复杂地形全站仪放样
管道桥墩架空需跨越窟野河,窟野河地形总体呈北高南低的趋势。地貌属窟野河河漫滩。河道内广泛分布冲积、冲洪积沙洲及人工挖掘的沙质土丘,河道宽360～500 m,水流呈多头,紊乱流动,两岸河堤均有人工砌石护岸工程。如图3。
1)布设导线走向如图4。
2)河道桥梁工程平面位置测量
河道桥梁工程的放样程序:围堰、便道、打桩平台粗放→各桩点精确放样→墩柱的精确放样→盖梁精确放样。
点的平面位置的测设采用极坐标法,利用计算机AutoCAD精确绘制桥梁的坐标平面图并捕捉对象,从中摘取特征点等放样。极坐标法放样如图5。
①河道地貌复杂,粗放桩点便于围堰、便道、打桩平台的施工。
②在粗放基础上用极坐标法放出桩点特征点坐标,精度控制在±3 mm以内。
③破桩头后在桩孔四周分别做桩点垂直面,四周点距圆心3 m,对墩柱的精准控制(见图6)。
④盖梁的施工放样需在桥梁中线的基础上确定盖梁模板的垂直摆放。
5 构筑物测量的允许偏差及竖向测量的允许误差
参照《工程测量规范》(GB50026993)列于表1～表2。
注:H为构筑物垂直部分的长度(mm)
注:H为建筑物、构筑物的高度(mm)
6 人员与仪器设备的配置
本技术需专业测量员1名,持证上岗并能熟练使用CAD软件,配合测量的劳动力需2名。仪器选择全站仪和水准仪各一套。
7 质量控制
本技术执行的标准为《工程测量规范》(GB50026993)。测距用钢尺时须按照检定时的标准温度,拉力及钢尺所处状态(悬空,沿地面或尺间设置托桩)测量;测垂采用经纬仪和吊垂球(无风情况下),限差±3 mm以内。
8 安全措施和环境保护措施
1)所有测量组员必须进行过安全教育培训,进入施工现场佩戴安全帽,高空测量作业必须佩戴安全带。同时维护好测量仪器不被损坏。
2)测量过程中产生的废油漆,废油漆桶等按环境管理体系要求进行环保处理。回收测量任务中产生的木桩,定位钢筋,纸张等废料。
9 效益分析
1)经济效益:作业人员少(3人即可),本技术中全站仪极坐标法控制桥墩平面位置效益大幅提高,操作时间短。一次测设给予后续施工提供了充足的时间和空间,大大降低了人力、财力和物力的投入。
2)社会效益:通过全站仪及计算机CAD软件的辅助实现点对点的精准控制,桥墩位置准确,建成实物美观,得到了甲方、监理的一致好评。
1 0 工程实例
中冶天工神木新村集中供热(二期)项目工程,跨越窟野河段以桥墩架空敷设管道。桥梁平面位于直线段上,全长781.0 m。跨径组成为:40×19.525 m=781.0 m。
复杂地质滑坡治理工程设计与施工 篇8
1. 滑坡的主要成因
1.1 自然因素
滑坡形成地带一般都是降雨量比较大的地区，土质疏松，吸水性好，而且地表具有比较大的坡角，坡角一般都大于20度，而且斜坡还存在一个比较高的临空面，这个位置的支撑能力薄弱，在土质吸收了大量的水分之后，自身的重力大大增加，而坡体的承受能力有限，一旦超过极限就会使坡体失去稳定性而产生滑动。
1.2 人为因素
人们在大量的修建公路等工程的时候没有充分考虑到可能会出现滑坡的问题，公路的排水沟等设置得不合理，水不能及时排出或者长时间积聚，都会使地表吸收大量水分而引起滑坡。例如某县香坝乡梁家湾处发生的滑坡就是因为人们在坡体的后缘修建了公路，改变了坡体本身的应力状态，影响了坡体的稳定性。经过调查，滑坡的后缘是在公路处，行人和车辆等动荷载都对滑坡的稳定性产生了一定的影响。公路的排水沟也位于滑坡的后缘，这样在降雨的期间地表的水分就会沿着地面的岩石裂缝进入滑坡内部，加剧了滑坡的形成。
综上所述，滑坡形成的主要原因就是雨水和地表水的渗入，增加了坡体本身的重量，使块状碎石中的粉状粘土由于吸收大量水分而饱和软化，降低了力学强度，在暴雨的诱发下，堆积层的下滑力超过了抗滑力，坡体的前缘又没有支挡，从而引发滑坡。
2. 抗滑桩的施工方案
对于普通的块石土地层，采用传统的人工方式开挖卷扬机提升就可以了，如果石块比较大的话可以辅助小爆破的方案。
但是，如果遇到地下裂缝，水分充足，淤泥、流沙等比较复杂的地质条件的时候，传统的人工开挖方法就不能解决问题了，这个时候就要采用井内抽水、孔外降水井降水、孔底注浆止水等一些特殊的方法才能解决问题。
2.1 井内抽水施工
这种方案适用于地下水涌水量小于20吨每小时的情况。在桩井开挖施工的时候，要先在抗滑桩的井底的两个角挖出两个对称的集水坑，其深度随抗滑桩开挖的深度变化，两个集水坑交替下挖、抽水，保证开挖的过程中可以不断地从井内抽出水分。
在桩身绑钢筋的时候，要在井底留一个集水坑一直抽水，保证钢筋施工的安全和质量。在进行桩身的混凝土施工的时候，由于没有办法进行抽水，可以采用三、四根导管同时灌注混凝土，加快混凝土的灌注速度，这样就能顺利完成混凝土的施工。
2.2 孔外降水井施工
当地下水涌水量达到每小时100到150吨的时候，采用井内潜水泵已经不能排除水流的影响了，所以要采用孔外降水井的方法进行施工。具体施工工艺流程如下：测放井的位置→挖泥浆池→疏通排水沟→钻机就位→清孔检查→安装井管→填砾→抽水试验。
钻井的时候要严格按照《供水水质地质钻探及凿井安全技术规程》中的相关规定进行，以确保井身顶角的倾斜度不大于2度。根据钻井的设备以及钻进的工艺，可以采用泥浆和清水两种冲洗方式，其中泥浆的性能根据具体的情况确定，要保证泥浆的质量，防止井壁坍塌。
填砾的时候使用的砾石要均匀，粒径在0.5到1厘米之间，圆滑、不合格的砾石不能超过15%，滤料要填到含水层的顶板之上的5米以上的位置，并且用粘土封闭。
2.3 孔底注浆止水施工
这种方法适用于地下水涌水量在每小时20吨到50吨之间，地质条件是基岩，地下裂缝水充足，在桩井里面没有办法用潜水泵排水，或者是地质条件是流砂，临时支护桩井比较困难，坍塌现象严重，在桩井里不能用潜水泵的情况。
在施工过程中，每一根需要注浆的抗滑桩的周围要分布10到14个注浆孔。孔底注浆采用的是多次注浆的方式，根据实际的情况用水玻璃，也就是水泥双液浆做成封闭式的套管，然后再下注浆管，最后再下高压注浆管，并且用橡胶球封闭。所有管路连接好之后就可以注浆了。
注浆过程是从孔底向上施工，每一段大约注2米。为了保证止水以及流砂层的固结，在确定合适的压力和扩散半径的时候还需要进行注浆的试验。
2.3.1施工要点：
a.注浆的设备采用100/15B型号的砂浆泵;
b.在注浆开始之前，要在注浆桶里面试配浆液，测试凝结的时间，一直到符合设计的要求为止，在施工过程中控制时间就按照这个测试的标准;
c.在开始注浆之前保证浆液已经完全搅拌均匀，在注浆的过程中还要继续的搅拌，而且要有筛网对其进行过滤;
d.在开始注浆的时候要控制注浆的流量，最好每分钟小于20升;
e.依照初凝的时间，采用间隙注浆的形式，也就是让一定量的浆液进入岩石孔之后，暂时停止注浆，等浆液凝固，再反复几次就可以封堵孔隙了;
f.在注浆正常的时候，等浆液凝结之后，重新钻孔到原来的孔底，用清水清洗孔之后进行水压试验，检查注浆的效果，如果进水量大于每分钟10升，就需要重新进行注浆;
g.注浆完毕之后要立即拔掉注浆管，否则注进去的浆液就会把管子凝固在里面，这样就会增加拔管的难度，拔管的时候最好使用拔管机，管子拔出来以后要及时地清洗，保证管内畅通清洁。
3. 结束语
地质工程复杂地质体可视化研究 篇9
关键词：地质,工程,可视化技术,研究
现有的地理信息系统 (GIS) 都主要表达二维的地表地物的图形和属性信息, 要扩展到真三维包含地下地质结构的地质信息系统还有差距。一个大型地质工程项目从可行性研究阶段、设计阶段到详细设计阶段, 乃至到工程运行的管理与监测, 建设时间长, 往往积累了大量的地质资料, 用三维模型图形图像来表达、解释和管理如此庞大的资料比光靠数据库和图表图纸等传统方法多。建立地质工程复杂地质体的三维模型, 处理岩层界面与结构面组合关系, 真实反映地下地质结构全貌, 将为地质工程工作者分析研究工程地质现象和发现掌握岩土体结构规律提供一种崭新的研究手段和研究方法。
1 复杂地质体可视化研究与开发现状
TITAN三维建模软件是由北京东方泰坦科技有限公司开发的TITAN地学综合信息系统中的一个组件, 是基于框架建模的思想研制开发而成的, 利用平行或基本平行的剖面数据建立起三维空间任意复杂形状物体的真三维实体模型。TITAN三维建模软件的组成部分有:a.剖面数据处理模块, 建立剖面数据, 为建立三维实体模型提供由一系列平行的剖面组成的框架数据, 数据剖面由多边形、环和点元素组成;b.对应关系处理模块, 建立剖面之间、多边形之间、环之间和点之间的对应关系, 为建立三维实体模型提供剖面间的--对应关系, 从而建立建模元素之间在三维空间中的联系;c.模型处理模块, 建立实体模型, 用剖面数据和剖面间的对应关系建立起三维实体模型, 并且可以对模型进行任意切割、计算面积和体积的处理。此软件只是三维建模与图形处理的引擎, 适用面广泛。但在面向具体专业时, 需要添加或扩充专业模块, 比如工程地质专业模块等。纵观国内外几种软件的研究与开发现状, 对于地质工程专业的复杂地质体建模与分析的针对性不强, 没有充分体现地质工程专业的特殊性, 不能够很好地满足地质工程生产与研究的实际需要。
2 地质工程复杂地质体三维建模和可视化的关键技术问题分析
2.1 离散数据的插值与拟合地质信息的插值和拟合函数要根据
实际勘测数据建立, 实测数据越丰富精确, 得到的地质模型越能够真实描绘出这些信息的空间分布规律。空间曲面插值函数有以下构造方法, 如与距离成反比的加权方法 (Shepard方法) , 径向基函数插值法 (Multiquadric方法) , 平面弹性理论插值法等, 它们同样适用于单个连续地层界面、地球物理勘探数据、地球化学勘探数据以及岩土体物理力学参数在地质体空间的分布。
2.2 三维数据结构地质工程地质体一般是不规则形体, 在计算
机图形学中曲线和曲面总是分别通过很多微小直线段和微小三角面逼近, 来模拟地层岩性界线和岩层曲面, 即岩层界面 (和地表曲线、地下水位面等地质层面界线) 和岩层曲面都分别是许多微小直线段和微小三角面的集合。这就要求必须具备有效的分层的三维数据结构, 比如地质工程地质体空间中的点由有三位坐标分量表示, 微小直线段由其两个端点组成, 地质层面界线由所有属于该边界的微小直线段组成, 而岩层曲面由微小三角面组成。有效的三维数据结构能够确保人机交互和查询的实现。
2.3 曲面求交地质体中存在大量各种层面, 包括地表、地下水
位面、地层层面等, 当出现地层不整合、地层尖灭和地下水出露于河谷地表等情形时, 就自然会遇到曲面间求交的问题;地质体三维模型的上部边界是地表曲面, 通过数学方法拟合出的岩层面或地下水位面不应超出地表曲面, 即超出部分不应显示。
2.4 三维拓扑结构分析从地质学角度看, 拓扑是地质对象间关
系的表格, 拓扑表存储层位间上覆、下伏和交切等的地层学关系及地质空间位置关系。拓扑也可视为允许这些地质关系合理储存的数据结构。例如, 考虑多层地层, 上一个岩层的底面和与其相邻的下一个岩层的顶面是上下岩层这两个实体的公共部分或共享边界, 它们之间的拓扑关系就是相邻和同一的关系, 在存储数据时只存储上一个岩层的底面或其相邻的下一个岩层的顶面, 即相邻岩层的边界曲面可以存为一个地层曲面, 大大减少数据存储量。评价地质模型系统的优缺点往往决定于描述地质对象所用的拓扑结构。
2.5 可视化技术地质工程复杂地质体可视化是利用计算机技术
将工程勘测获得的数据转换为形象直观便于进行交互分析的地下地质结构空间形态的立体图和剖面图形, 其基础是工程数据和测量数据的可视化。
3 复杂地质体三维建模与可视化技术的初步开发与应用
3.1 地质工程复杂地质体三维建模与可视化的研究基于离散采
样数据的插值与拟合的思想, 即将离散数据转化为连续曲线曲面, 地质工程复杂地质体三维建模与可视化的过程是, 从勘探数据库中提取各种地质信息的坐标位置及岩土体的物理力学参数, 通过不同的拟合与插值函数得到地质层面 (曲面) 和地质实体的三维计算机图形显示, 表达地质信息在研究区域内的分布规律。
3.2 开发工程勘测空间数据库管理。工程勘测空间数据库在收
集整理现场勘测数据后录入各分项数据表, 这些数据表不仅包括地质信息的位置数据, 更重要的是提供属性数据。以地层岩性数据表为例, 要求录入钻孔编号、岩层起始深度、岩层终止深度、层厚、岩性 (地层名称) 、地层代码 (地层年代) 、岩层走向、岩层倾向、岩层倾角、接触关系、地质描述等数据。随着工程勘测的进展, 能够方便地修改补充和管理勘测数据。
结束语
复杂航空软件工程化综合管理框架 篇10
国内,虽然航天科技集团公司发布了Q/QJA30《航天型号软件工程化管理要求》,从组织与岗位职责、综合管理、计划管理、技术管理、质量管理等方面提出明确要求,实现从“抓评测, 促工程化”向全面推进软件工程化的策略转化。但是当前国内软件研制仍然存在以下问题:目前软件研制单位协作开发十分困难,大型软件的研制需要若干单位的共同协作、联合攻关,有时难以形成统一的意见和遵循统一的管理要求,制约着复杂软件系统的平稳同步开发和无缝衔接;软件工作顶层策划管理比较薄弱,软件研制工作缺乏系统、规范的研制体系支撑,没有系统地涵盖软件开发、软件验证与确认、软件工程化管理等方面的内容;软件研制过程往往缺乏控制、不稳定,如果不从外界对其过程进行监督检查,软件的研制质量可想而知。事实上,即使软件研制水平较高的国际供应商,例如基于DO-178B的适航软件供应商,FAA也要在其开发过程中进行多次监督检查[3]。为解决上述问题,有必要将软件工程化管理贯穿于整个软件的生命周期,统筹各阶段工作,规范软件开发过程和监督管理,使航空装备软件研制单位具有大型软件的协同研制能力,增强航空装备软件的质量与可靠性。
1 软件工程化综合管理框架
航空软件生存周期通常分为如下主要过程:软件开发、软件使用与维护、软件综合过程。软件开发过程是系统分析与设计、软件计划、软件需求分析、软件设计、软件实现及集成过程[4]。这些过程可以交叉、重复、迭代。软件综合过程包括软件质量管理过程和软件验证过程。这些过程应贯穿于软件开发、软件定型、软件使用与维护过程。软件质量管理包括软件分级管理、软件需求管理、软件文档管理、软件质量保证(SQA)、软件配置管理(SCM)、软件失效分析和纠正措施系统(SFRACAS)过程;软件验证包括软件评审与分析、软件测试及软件定型测评等过程。软件工程化管理总体框架如图1所示。
1.1 总体策划
一个航空型号往往包括数十个或上百个软件项目, 过去这些软件项目往往都是孤立地进行开发和管理的, 各软件配置项所使用的开发语言、所遵循的标准、所运行的环境都是各自规定,互不统属、互不协调[5]。要保证整个型号软件的可靠性,首先要从软件开发模式、质量管理模式等各方面尽可能地进行协调,遵循以下原则:
(1) 标准化原则。在软件开发和管理过程中应逐步满足国军标和国标制定的有关软件工程标准和规范;
(2) 实用性原则。软件工程化开发的实施应符合软件研制单位的实际情况制定,在现有的基础上提供最需要的功能;
(3) 兼容性原则。在符合本单位的质量方针,满足质量目标基础上,增强原有体系的开发和管理功能;
(4) 扩展性原则。软件开发的制度和系统应充分考虑到改革发展的需要,适应不断变化韵要求,持续改进;
(5) 可靠性原则。应充分考虑系统的可靠性和安全性,从硬件和软件体系结构上保证提供持续有效的过程管理支持功能;
指导思想是坚持软件使用需求牵引,加强软件研制能力建设,突出关键和重大节点控制,强化设计评审、软件测试、试验验证和监督检查。具体包括:机关负责制定顶层要求,工业部门负责具体实施落实,技术专家组协助军方和工业部门做好管理和技术支撑工作。从抓两头向抓全过程跨越,开展全过程的软件验证工作和监督、检查工作。实施过程中坚持以下工作策略:
策略一:建立软件研制体系文件的策略。围绕软件的开发、验证确认和管理的三条主线,形成“顶层要求、实施大纲、工作规范”三级体系;强调软件内部验证、独立验证、定型测评的平衡发展,建立完整有效的验证体系。
策略二:开展专项培训工作的策略。应根据工程进度和任务分工制定科学合理的培训计划和详细可行的培训方案;培训内容强调时效性和指导性,应总结以往实际工作的成功经验和教训,进行案例教学。
策略三:开展全过程验证的策略。承研单位实行分区管理,职责分解,责任到位;关键、重要软件承研单位必须通过内部验证能力认可,不具备内部验证能力的由指定单位代为验证。
1.2 组织机构建设
为在航空软件研制单位推动软件工程化实施,必须建立软件工程化的组织机构。组织机构由机关、软件研制组织、软件验证组织、军事代表机构和软件技术专家组五部分组成。机关由军方和工业部门的项目管理部门共同组成,全面负责整个软件产品的研制管理工作;软件研制组织由开发设计部门、质量保证部门、配置管理部门和内部验证部门组成,完成软件产品的研制工作;软件验证组织由软件第三方测试组织和软件定型测评组织组成,完成软件的独立验证和定型测评工作;军事代表机构负责软件全过程的质量监督工作;软件技术专家组由专家组和工作组组成,是软件工程化工作的支撑组织,是联系机关和工业部门的桥梁和纽带。其参与软件研制体系的建立、宣贯;配合机关开展监督、检查工作;开展软件技术专项研究和内部验证能力认可工作;同时为相关单位和组织提供技术支持、资询和培训服务。建立健全软件设计师队伍,设立软件总师、软件系统分析师、软件开发主管设计师、软件开发工程师、测试工程师、配置管理员、质量保证员等相应的岗位,确保软件工程化要求得到落实。其中软件分析设计、编程、测试等岗位,应将分析设计与编程分开,设计/编程人员与测试人员分开,配置管理员、质量保证员单独设岗。组织机构建设如图2所示。
1.3 研制体系建设
影响软件质量的因素也很多,有人员素质、组织管理、开发过程、技术保障等综合因素[3]。为此,必须建立起成套的软件工程化质量管理文件体系和基本的应用流程。软件研制体系如图3所示。体系文件分为顶层需求、实施大纲、工作规范三个层次,围绕着软件开发、验证确认和工程化管理三条主线展开:
(1) 第一层是顶层要求,包括软件研制管理规定和工程化要求,规定软件工程化的总体要求、各方职责以及研制各阶段的任务;
(2) 第二层为实施大纲,包括软件工程化大纲、软件质量保证大纲、软件工程化管理大纲,规定研制过程中的主要工作内容、工作流程等;
(3) 第三层为工作规范,包括软件过程定义、命名与标识、等级划分、需求分析与管理、设计、编码、开发方法、文档编制、工具与环境使用、可靠性与安全性分析设计、改进、评审、测试、验收、质量保证、配置管理、项目跟踪和监督、协议管理等规范、细则或指南,以及军代表工作细则、软件技术专家组工作细则、内部验证能力认可方案、培训方案、人员资质管理方案等内容,规定了各类人员、组织具体的操作规范和技术手段。
1.4 标准与规范
航空装备软件研制单位协作开发十分困难,大型软件的研制需要若干单位的共同协作、联合攻关[6,7]。要想做到这一点,就必须加强软件工程标准化工作。当前,系列化的国家标准、军用标准以及专业软件工程规范等己基本能够涵盖软件工程化的全过程。航空装备软件研制单位应参照标准指导规范软件开发的全过程,适应软件开发技术发展的需要,采用标准的开发文档,建立完善包括技术标准、管理标准、工作标准在内的各种标准化体系。总师系统和指挥系统应组织设计师、质量管理人员和其他相关人员在方案阶段的早期确定软件研制过程中所应遵循的国家标准、国家标准、行业标准、企业标准和相关规定, 并列出清单, 纳入软件产品保证大纲。
1.5 专项培训
为配合软件研制体系的贯彻执行,在所有软件研制单位范围内全面开展软件研制体系的专项培训,建立一整套灵活完善的培训机制,保证从事软件研制的管理人员和技术人员既有意识贯彻研制体系的要求,又有能力按要求开展软件研制工作。专项培训分为两个层次:即顶层要求及实施大纲的宣贯和工作规范的培训。在工作规范的培训中,针对软件开发、管理和验证与确认的各类人员开展不同内容的专题培训。至少应包括:相关法规的讲解、软件工程化基础知识、军用软件标准的宣贯、工具的培训、管理规定的讲解、设计规定的讲解、每一个文件模板的讲解、每一个表单模板的讲解、范例的讲解等。具体内容见图4。
1.6 监督检查
在软件研制的不同阶段,进行相应的监督检查以便发现问题及早纠正。在项目的早期,调查各单位的软件体系建立等基本情况,从基础能力、工程技术能力和管理能力等方面,制定检查单进行软件研制能力摸底,为后续的决策提供参考;依据顶层文件,组成专家组,编写检查单,从组织体系、软件研制、质量管理和软件验证等方面,开展针对软件研制阶段的现场专项检查;其中,为确保软件研制工作顺利开展,保证需求的质量,应专门组织针对软件需求的审查,作为后续开发和测试工作的依据。
1.7 工具建设
软件研制单位在实施软件工程化开发的过程中应逐步完善软件开发和管理工具,建设系列的适用于本单位软件项目的软件开发基础设施,从而提高软件产品质量和开发效率。主要包括以下几个方面的内容:硬件系统,包括通用软件开发平台和专用软件开发平台;软件工程管理环境,包括系统建模工具、软件配置管理工具、软件变更管理工具等;软件开发环境和工具,包括通用应用软件开发工具以及嵌入式软件开发工具;软件测试工具,包括通用软件测试开发工具以及嵌入式软件测试工具,可以进行单元测试、分系统测试以及系统集成测试。
2 软件工程化管理实施方案
具体的软件工程化管理实施方案主要从软件生存周期工程化开发、软件全方位质量管理和软件验证三条主线推进软件研制能力的提高。
2.1 软件生存周期工程化开发
软件研制以研制总要求为依据,以国军标体系为标准,确保软件研制按确定的方法进行开发、对开发结果进行验证、在定型阶段能提供符合定型要求的文档和数据。软件研制过程的前提是完成系统分析和设计,下达软件研制任务书,明确系统分配给软件的需求和软件等级。软件全寿命周期分为七个阶段:系统分析与设计阶段、软件计划阶段、软件需求分析阶段、软件设计阶段、软件实现阶段、软件集成阶段、软件定型阶段、软件使用与维护阶段。如图5所示。
系统分析与设计阶段完成系统分析和设计、开发环境和工具选型、确定软件等级及形成软件配套表。根据任务要求分配计算机系统软、硬件功能和性能指标,确定系统软、硬件体系结构,提出系统集成方案。编制并下达软件研制任务书。软件计划阶段,统一规划软件开发、验证共性资源;编制符合本软件特点的软件开发计划、软件验证计划、软件配置管理计划、软件质量保证计划、适航性审查计划。软件需求分析是在系统分析与设计的基础上提出软件功能、性能、接口和安全性等有关的需求。编制《软件需求规格说明》和《接口需求规格说明》,应满足软件任务书的各项要求。软件设计阶段,根据软件需求规格说明,进行软件概要设计和软件详细设计,对软件部件进行体系结构和过程描述,包括算法和数据结构;概要设计和详细设计文档也可根据需要合并为一份文档。软件实现阶段采用规定的编程语言,对软件单元进行编码、编译、调试和单元测试。完成编码后进行编码规则检查,完成静态分析、单元测试,验证软件单元与设计的一致性。软件集成阶段,按照增量式方法将各软件单元逐步集成为软件部件、软件配置项、分系统直至系统,在此过程中完成软件部件测试、配置项测试和系统测试。软件使用与维护阶段,及时收集、传递使用单位反馈的软件信息,按照GJB1267要求开展纠正性、适应性、完善性维护。软件维护修改后应开展软件测试进行验证,并在软件配置管理控制下进行。
2.2 软件全方位质量管理
软件全方位质量管理要求应贯穿于软件全寿命周期,通过执行软件管理要求确保软件生存周期过程及输出产品正确、受控和可信[8]。软件管理要求的主要活动是软件分级管理、软件需求管理、软件文档管理、软件质量保证、软件配置管理、软件子合同(协议)管理、闭环的软件故障报告分析和纠正措施系统。如图6所示。
软件分级管理,提出各软件分级初步方案及软件失效状态等级对应表,经评审后纳入软件配套表。制定适合具体的软件分级管理规定,明确不同等级的软件文档编制、软件评审及软件测试的要求。软件需求管理,应制定适合具体的软件需求管理规定。软件需求必须经过由研制主管部门或军代表组织的正式评审;对需求变更严格加以控制,主要体现在:定义需求基线;每项软件需求都能与其对应的设计、源代码和测试用例建立联系并实现跟踪。软件文档管理,制定适合本型号的软件文档管理规定。
在研制的不同阶段对不同软件等级的软件及时编制相应的软件文档并进行评审,并纳入配置管理。软件质量保证,在软件计划阶段制定软件质量保证计划。对软件计划和标准的偏离加以检测、记录、评估、追踪和解决;在提交适航性审查之前,进行软件符合性评审。软件配置管理,制定软件配置管理规定,明确配置标识、变更控制、基线确定、配置状态报告和软件产品归档等方面的要求。对软件实行“三库”配置管理制度,包括软件开发库、受控库、产品库。软件子合同(协议)管理,应形成各分系统软件的任务书,并按照软件子合同(协议)的要求组织软件的开发,实施软件配置管理及软件各阶段测试,配合实施软件第三方测试,组织软件验收。软件故障报告、分析和纠正措施系统(SFRACAS),按有关规定记录、整理、分析软件的故障数据,并提出纠正措施,实施闭环控制。在软件研制单位、测试单位及外场试验、使用部门应建立问题报告制度,对软件的更改记录和信息应纳入SFRACAS。
2.3 软件验证与确认
软件验证需贯穿于软件全寿命周期,主要活动是软件评审和软件测试[9]。应制定适合的软件评审细则,结合软件等级明确各类评审活动的实施要求;评审分为外部评审和内部评审,外部评审需在内部评审的基础上开展。应对软件进行测试,软件测试包括软件内部测试和软件第三方测试。所有的软件必须及时开展内部测试。应在此阶段开始之前根据软件等级的不同,明确需要开展哪些级别的测试。软件研制单位须建立软件内部测试能力。通过培训等手段培养人员资质,建立内部验证组织,形成内部测试技术能力。软件第三方测试和定型测评:应根据软件安全等级确定承担研制过程中的测试机构,实施相关测试内容。软件研制单位交付第三方测试前应完成内部测试和必要的试验验证,软件状态相对稳定并确定软件版本标识。交付第三方测试的软件应取自受控库,并正式提交测评机构。
3 实例应用
针对某重大飞机研制项目,形成了航空软件工程化思路,制定了航空软件工程化总体规划,通过建立软件研制体系,明确软件技术专家组的职责,策划专项培训和内部验证工作,确定软件研制过程中亟待解决的技术难题,制定总体工作进度,组织开展监督检查工作,对所有40余家承研单位的200多项软件研制情况,从基础能力、工程技术能力和管理等方面进行了全面监督检查,发现并整改软件工程化问题2 000余个,从而保证软件工程化工作有章可循,确保软件研制要求的贯彻落实,具体实施流程如图8所示。
4 结 语
本文结合航空装备软件研制单位的特点和问题,从软件软件工程实施的原则、组织建设、体系建设、人员培训等方面对航空装备软件研制单位实施软件工程的方法提出了复杂航空软件工程化综合管理框架,实现全生命周期的软件质量监控,并结合某重点航空型号全过程软件研制生命周期进行实例应用。软件工程实施过程中与现有的管理体制和质量保证体系可有效结合,做到标准规范和灵活性的平衡,取得了良好的效果。
摘要：为规范软件研制管理工作,满足航空软件复杂性、可靠性、安全性高的特点需求,提高软件研制质量和效率,提出一个适合复杂航空软件研制特点的软件工程化综合管理框架。按照软件工程化开发、软件质量管理和软件验证三条主线推进软件研制能力的提高,结合某航空装备软件实际项目,给出实施软件工程化的管理体系和实施方法。
关键词：航空软件,软件质量,软件工程化管理,软件研制效率
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