基于变质量系统力学理论的爬壁机器人动力学分析

一类工作在高空危险环境下的爬壁机器人,自身拖曳的电缆或携带的作业原料(如清洗液、油漆等)的质量随着作业高度和进度可能发生变化,势必会影响机器人的壁面牵引驱动能力,而牵引能力决定了机器人的运动能力和工作可靠性.基于变质量系统力学理论,将这一类爬壁机器人系统看作变质量物体.首先,针对质点动力学的两类基本问题,利用变质量牛顿力学原理建立其动力学模型;进一步针对轮式爬壁机器人,建立了非完整约束条件下的变质量系统分析动力学模型.仿真分析表明,将这一类在高空作业的爬壁机器人作为变质量物体进行动力学分析是合理和必要的,为提高其壁面工作能力和适应性提供了一种新的研究思路.

智能微系统力学中的几个问题

微电子机械系统（ＭＥＭＳ）和集成微电子机械系统（ＩＭＥＭＳ）近年来的蓬勃发展将为力学学科注入新的活力并为其提供难得的发展机遇。智能微系统力学是研究智能化微系统（包括ＭＥＭＳ、ＩＭＥＭＳ和ＭＯＥＭＳ等）中所涉及到的力学问题，所研究的尺度一般在μｍ／Ｓｕｂμｍ或以下，是微尺度力学和微电子学、物理学、自动控制、精密机械学、摩擦学等的交叉学科。从力学的角度综述了智能微系统力学的特点、所涉及的主要研究领域和目前的一些热门研究问题。

土壤——机具系统力学的研究现状

土壤——机具系统力学(Terrain—implement System Mechailics)是一门正在发展的以理论力学、土力学、流变学、统计学、系统工程和运筹学等为基础的边缘科学,它的主要目的和任务是探索土壤和作业机械之间相互作用的关系,建立该系统的数学模型,以期对特定土壤条件下作业机械的工作性能进行预测,从而实现这些机械的选择、运用和设计的最优化[1,2,32]。因此,土壤一机具系统力学的研究成果对提高土壤作业机械的工作效率、降低生产成本、节省能源具有十分重要的意义,目前国内外都十分重视这门学科的研究和应用。

基于系统力学结构方程模型(SEM-SD)的高危岗位矿工习惯性违章行为干预策略研究

煤矿安全一直国家和人民关注的对象。为降低煤矿安全事故发生率,本文基于系统动力学理论和结构方程模型,构建了高危岗位矿工习惯性违章行为干预策略的系统力学结构方程模型(SEM-SD),并采用Vensim仿真软件进一步探索安全氛围、示范性规范和安全监管等3个干预策略与习惯性违章行为影响因素的关系,深层次研究了干预策略对高危岗位矿工习惯性违章行为的作用机理。研究结果表明,干预策略实施过程中,高危岗位矿工习惯性违章行为水平与不安全心理水平呈现先上升后下降的变化趋势,作业环境水平、安全认知水平、安全能力水平均保持上升趋势;干预策略实施初期,作业环境水平高于安全能力水平,安全能力水平高于安全认知水平;干预策略实施后期,安全认知水平高于安全能力水平,安全能力水平高于作业环境水平。基于此,本文给出通过营造良好的安全氛围、鼓励示范性规范行为、加大安全监管力度能够有效控制高危岗位矿工习惯性违章行为发生的建议。

变形系统力学中的一个概念问题──也谈印第安鞭技问题

本文对本刊８７年第１０期发表的“拉格内日方程应用于变形系统一例──印第安鞭技问题”一文中的一个概念性问题提出商榷，并给出了“印第安鞭技”问题的正确解．

基于系统力学的煤炭固体废物产量模拟与预测——以四川省宜宾市为例

矿业活动在为人类生产生活提供有价值矿产的同时也产生了许多矿业废弃物,矿业固体废弃物的堆积会带来地表水污染、土壤溶蚀、地表景观遭到破坏、地质灾害等一系列环境问题。以四川省宜宾市为研究区域,运用系统动力学理论对研究区煤炭固体废弃物生产与处理情况进行模型构建与情景假设,对煤炭固体废弃物、废石与煤灰渣在环境型情景、当前型情景和能源型情景下的保有量进行模拟。结果显示,2017年煤炭固体废弃物保有量约是2005年的10倍,短期内煤炭固体废弃物的处理能力仍无法满足开采量快速增长的要求。废石处理方面,废石处理能力也有较大提升,煤炭剥采比有减小的趋势,但不明显。煤灰渣处理方面,未来几年,煤灰渣处理将有大幅度提高,环境型情境下的处理比率比当前情境下的处理比率高。同时,将系统动力学理论应用于煤炭开采与使用领域,通过算法对整个系统进行模拟,可得到良好且比较客观的结果。

“双碳”目标下基于系统动力学的发电行业碳减排政策研究

能源结构转型和碳减排政策是实现“双碳”目标的重要举措。本研究旨在探讨“双碳”背景下发电行业碳减排政策与市场交易机制的耦合作用。通过研究绿色证书市场交易机制、碳排放市场交易机制与电力市场机制间的耦合协同效应,考虑了价格影响市场间机制、能源结构分析和技术创新等因素,建立系统动力学模型并进行多情景仿真,研究不同政策组合对市场均衡及电力行业碳减排的影响。通过对模型的敏感性分析,评估了各种政策措施对系统行为的潜在影响,对政策体系的作用机理及其协同机制进行分析,明确不同政策间可能存在的冗余激励和效应冲抵等现象。研究得出:有效的碳减排政策组合使得未来十年火电装机占比下降至45%,可再生能源占比突破50%与传统能源持平甚至超过传统能源。建议碳减排政策的成功实施需要综合考虑市场监管、激励机制、技术创新等多方面因素。

基于系统动力学的我国社会重大风险仿真研究

基于系统动力学模型,构建社会重大风险系统因果关系图和流图,运用综合指数法对社会重大风险进行预警分析,并对子系统引起的社会重大风险进行仿真预测以监测我国社会重大风险。结果表明:宏观经济、生态环境及社会治理三个子系统监测预警综合值变化较小,趋势比较平稳,社会重大风险监测预警综合指数整体上呈现出小幅上升的趋势。因此,为防范化解我国的社会重大风险,政府应通过提升常规风险与突发事件应急管理机制精确度,加强社会重大风险的制度化控制,打好防范化解社会重大风险的基础。

数字文化产业虚拟集群的形成机理及其系统动力学分析

因现代信息技术与互联网平台属性加持,数字文化产业虚拟集群相较于传统地理集群,存在更强的集群正外部性、规模经济效应、知识溢出效应和产业分工效应,即数字文化产业虚拟集群的形成存在发展规律与内在逻辑上的必然。基于系统动力学模型,发现良好的社会经济环境、数字基础设施、升级的文化消费需求、技术要素、人力资本、文化资源禀赋以及政策因素,在“经济—资源—政策”系统内形成了显著的正反馈作用,这也是数字文化产业虚拟集群最终形成的决定性动因。我国应继续鼓励并推动文化产业融合,积极拓展虚拟集群业务功能,努力完善数字文化内容版权保护机制,强化虚拟集群的平台治理水平,引导数字文化产业虚拟集群的价值导向,从而更好地释放集群的文化价值与经济影响。

京津冀协同发展政策对人口增长态势的影响——基于系统动力学模型的研究

在京津冀协同发展背景下,流动人口集聚态势变化将使不同区域的人口规模与结构发生变动。应用系统动力学模型不仅可以模拟社会经济因素对人口增长产生的影响,还可以模拟政策效应,分析不同政策方案对京津冀人口增长态势的影响。模型不仅纳入了人口、经济与资源环境子系统的众多参数,厘清了京津冀协同发展过程中系统内要素的反馈过程,还依据北京疏解产业产值比衡量疏解政策强度并设计了政策参数,模拟了高方案、中方案、低方案以及技术进步方案下京津冀的人口增长趋势。应用灵敏度检验验证了模型的稳健性。结果显示,不同政策方案下人口规模与结构的变动呈现出明显差异。具体而言,政策实施后随着产业转移与区域内劳动力集聚态势变化,北京未来常住人口规模将下降,这可以缓解城市的资源承载压力;天津、河北的劳动力供给则有所增加。在人口结构方面,政策实施后北京的人口老龄化水平将提高,天津、河北的人口老龄水平虽然在中期会降低,但是在远期则会提高。京津冀协同发展政策、技术进步与市场机制共同发挥作用,可以有效地调节城市人口增长。文章的政策含义是,京津冀各地应依据人口增长的趋势实施差异化、动态化的政策,不断提升资源环境承载能力,以实现区域人口合理分布、经济发展、生态安全的目标。

基于系统动力学的图书馆网络健康信息有效传播形成机理研究

文章依据拉斯韦尔的5W模式和马莱兹克模式,探讨图书馆网络健康信息有效传播的基本要素和过程要素,使用系统动力学构建包含动力因、环境因、需求因、任务因、资源因和媒介因的图书馆网络健康信息有效传播形成机理模型,以期为图书馆网络健康信息有效传播提供参考。

基于系统动力学的危险化学品运输风险因素研究

为了降低危化品运输事故频次,规避危化品在运输过程中的风险,基于系统动力学模型,从人、机、环、管4个维度构建危化品运输风险因素指标体系,使用AHP法对指标权重进行赋值,结合风险因素间的因果关系构建参数方程,利用Vensim软件仿真模拟危化品运输风险水平的变化趋势,确定单因素变量值和人、机、环、管风险子系统权重的变化对危化品运输风险系统动力学模型的影响程度。结果表明:安全意识薄弱、设备故障等风险因素的变动以及人、机、环、管风险子系统的权重变动都会影响危化品运输风险水平,人、机、环、管4个子系统对危化品运输风险的影响程度从高到低依次是人、管、环、机。研究结果可为降低危化品运输过程中的风险和制定危化品运输事故预防策略提供一定参考。

不同中断情形下汽车供应链中断的恢复策略研究——基于系统动力学的仿真分析

在汽车供应链节点企业内外部环境不确定性加剧的环境下,汽车供应链更容易受到突发事件的影响而发生运作中断。为此,文章将汽车供应链中断恢复策略分为企业自主恢复与政府补贴恢复两类恢复策略,构建了以整车制造商为核心的四级汽车供应链模型,运用系统动力学仿真方法,比较分析了不同中断情形下六种不同恢复策略对企业决策和供应链总绩效的影响。结果表明:在市场、供应、生产同时中断情境下,补贴制造商提升产能与中断后制造商增加额外班次生产策略对供应链中断的恢复效果最佳,供应链总利润最高、各主体库存水平最低、处理积压库存速度最快;启用第三方合同制造商向供应商供货的恢复策略仅在供应、生产中断系数超过一定阈值的情境下才对供应链产生正向恢复效果。文章研究成果为供应链企业在面临不同中断情景时提供决策支持与指导,有助于提升供应链绩效水平。

基于系统动力学的村镇基础设施安全韧性仿真研究

与城市相比,村镇在基础设施建设水平和抵御灾害的能力等方面都较低。厘清灾害风险与村镇基础设施安全韧性的关系,并评估村镇基础设施应对灾害的能力,有利于村镇基础设施的规划建设。采用系统动力学方法建立村镇基础设施安全韧性仿真模型,在确定模型变量权重的基础上,对村镇基础设施安全韧性进行模拟仿真。以西安市西咸新区大王街道为例,设定了现状延续型、经济发展型、政府干预型和安全韧性建设型4种发展情景,模拟不同情景下2019—2030年大王街道基础设施安全韧性的动态变化。结果表明:预计到2030年,政府干预型方案中基础设施安全韧性水平可达到0.779,是上述4种发展情景中基础设施安全韧性水平最高的,建议大王街道在现有规划的基础上可以考虑政府干预的发展规划进行调整完善。研究结果可为其他村镇规划建设提供理论依据和有效方法。

基于系统动力学模型的郑州市水资源承载力动态模拟

水资源问题制约着缺水城市的可持续发展,近年来郑州市社会经济高速发展,其水资源有限的现状与用水需求快速增长之间的矛盾愈加凸显。为科学研究郑州市水资源承载力远期发展情况,根据郑州市经济社会现状的水资源供需和发展状况,采用多系统综合的系统动力学方法(System Dynamics,SD),结合水资源、生态、经济社会、水利工程四个子系统,构建郑州市水资源承载力研究的SD模型。将2010-2019年的历史数据与SD方法的模拟数据进行比较,平均误差均小于10%,具有较高的可信度,可用来预测郑州市未来的水资源承载力发展情况。在此基础上,通过设定现状延续、控污节流、开源控污和开源节流4种不同方案,对2020-2030年水资源承载力系数进行动态模拟预测。结果表明:2030年4种方案下的水资源承载力系数分别为1.24、1.18、1.00、0.89,现状延续和控污节流方案下的郑州市水资源承载力随着时间的推移呈现严重超载状态,无法承载郑州市经济社会的快速发展;开源控污方案在预测期内的水资源承载力超载状态会对经济社会发展产生较大阻力。故开源节流方案为最佳方案,水资源承载力系数小于1,在研究期内未出现超载状态,可有利缓解郑州市的缺水状况,促进经济社会的发展。结合4种方案的优点,提出有利于郑州市水资源可持续发展的建议与对策。

基于系统动力学的医疗设备维修保修采购风险模型研究

目的:研究基于系统动力学的医疗设备维修保修风险模型,以解决医疗设备维修保修采购过程中廉政风险多发、成交价格居高和采购时效低下等问题。方法:分析医疗设备维修保修采购风险形成风险矩阵,绘制风险矩阵图;围绕医疗设备维修保修采购价格风险、进度风险和廉政风险构建系统动力学模型,通过构建因果关系图和存量流量图,揭示医疗设备维修保修采购风险影响要素之间的因果关系和反馈效应。对比2022年解放军总医院采用基于系统动力学的医疗设备维修保修采购风险模型进行实践的风险变化效果。结果:基于系统动力学的医疗设备维修保修风险模型进行风险管理控制后,采购价格风险增加量从控制前的0.54降至0.27,廉政风险增加量从控制前的0.27降至0.05,进度风险增加量减小较为缓慢;降低风险阈值后,价格风险增加量和价格风险明显下降;风险阈值从60降低至40时,项目成功率比控制前提高6.52%,质疑投诉率下降6.61%。结论:基于系统动力学的医疗设备维修保修风险模型严格采购需求端管理,实行限价和审价管理,通过优化采购方式、构建谈判限价模型和完善审价定价机制,能够有效清除价格风险衍生出的廉政风险和进度风险。

机械系统动力学案例思政融合设计探索

通过梳理机械系统动力学课程的主要内容,从三个角度四个方面设计15个案例,形成多层级的教学案例体系。通过在广义系统动力学和动力学仿真案例中融入世界观和方法论,并用单自由度系统动力学案例融入同频共振人生观,用多自由度系统动力学案例融入合作共赢价值观,形成三横四纵的课程思政体系。将学生的三观塑造和能力提升自然而然地融入教学案例,实现课程思政与教学案例的成体系融合。

基于系统动力学的急性缺血性脑卒中患者就医决策延迟影响因素研究

目的构建急性缺血性脑卒中患者就医决策延迟系统动力学仿真模型,动态分析关键变量对就医决策延迟的影响。方法采用Anylogic仿真平台构建系统动力学仿真模型,以横断面调查数据为基础,进行就医决策延迟过程仿真模拟,通过计算相对误差和均方百分比误差校核检验模型的有效性,改变关键变量参数进行仿真实验,动态化验证关键变量对就医决策延迟的影响。结果本研究所构建的仿真模型与真实数据之间的相对误差均<10%,均方百分比误差值为3%,模型拟合良好。仿真实验结果显示,卒中知识水平、健康素养、家庭亲密度与适应性、社会支持和医疗服务可及性水平均为急性缺血性脑卒中患者就医决策延迟的影响因素,影响程度由高到低依次为社会支持、家庭亲密度与适应性、卒中知识水平、健康素养、医疗服务可及性水平。结论医疗机构、医护人员应提高卒中患者的知识和健康素养水平,增强家庭亲密度和适应性,加强社会支持以及提高医疗服务可及性水平制定相关的干预措施。

基于系统动力学的民族地区旅游业低碳化转型模式研究

民族地区旅游业的低碳转型对于破解欠发达地区能源环境约束下的旅游经济增长困局、实现节能减排与经济增长的“双赢”至关重要。通过构建民族地区旅游业低碳化转型系统动力学模型,论文绘制出需求、供给、支持、中介四大子系统耦合的因果关系图和存量流量图,并运用Vensim软件以典型民族地区广西三江侗族自治县为例进行实证分析,对未来不同发展模式下三江县旅游业低碳化转型系统进行仿真试验。结果显示:相较于自然转型模式和高速转型模式,三江县旅游业在适度转型模式下的综合效益更好,在实现旅游业低碳转型的同时提高了政府、居民收入和旅游需求,达到更优的旅游经济增长。据此得到政策启示:民族地区受限于资金不够充裕以及缺乏对外宣传渠道,更需合理调配有限资源;采取循序渐进的发展模式,平衡好低碳转型和财政负担,是民族地区低碳旅游产业可持续发展的更好选择。

基于系统动力学的农村宅基地退出风险传导效应评价——以江西赣州大余县为例

宅基地退出过程中存在诸多风险,而这些风险之间相互依存、相互关联,形成复杂的风险传导效应。为了探讨宅基地退出风险之间的传导,本文基于可行能力理论从经济、社会、居住、生产4个维度识别宅基地退出风险表征,构建基于系统动力学的风险传导模型。以江西赣州大余县为调查区域,在353份调查问卷基础上,运用Vensim PLE仿真软件对宅基地风险传导效应进行定量分析。结果表明:假设在现有政策不变的情况下,宅基地退出风险系统和子系统的风险值均表现出逐年增长的趋势,应尽早尽快推进宅基地退出相关政策的落实;“家庭经济收入”“就业岗位机会帮扶”“生活成本承接能力”和“家庭风险承载能力”是传导路径上的关键风险。基于研究结论从风险传导的角度为防范宅基地退出风险、完善宅基地退出制度提出政策建议,为宅基地退出风险规避提供依据。