工程问题的定义精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇工程问题的定义范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

引言

公路工程质量是否达到设计、规范的要求是检测部门要做到事情，在进行检测的过程中，突出对主要指标的检测与评判将是质量检测部门的重中之重。我们在施工单位、监理单位、设计单位、建设单位、质监部门，如果单纯的问什么是公路工程的质量的问题的时候，许多的回答是嘀笑皆非的，天天管质量的负责人不一定能够很全面的回答这个问题，因此，公路工程质量的保证首先要了解和理解什么是质量，如何保证质量，这是先解决的问题。本文通过质量概念的阐述，简单的谈谈公路工程质量与检测。

质量的定义

质量是什么，公路工程质量又是什么，我们在实践中对质量控制是如何做的呢，对于大多人来说，质量的定义是陌生的，许多人对质量的态度也是很模糊的，笔者多年来从事质量检测工作，对质量的特性，表述也是很肤浅的，通过多年的了解，特别是通过对质量管理体系的学习，对质量的定义有了肤浅的认识，在GB/T19000-2008《质量管理体系 基础和术语》中对质量的定义是：一组固有特性满足要求的程度。而对要求的定义是：明示的、通常隐含的或必须履行的需求或期望。这个定义是迄今为止我所了解到的对质量的定义最具有权威的解释，那么，公路工程的质量就可以理解为公路工程固有特性满足设计、规范、行车、道路安全以及出行方便等等要求的程度问题。

公路工程质量问题

公路工程固有特性是什么呢？这个问题是诠释公路工程质量的最佳问题，对于固有特性，在公路工程中固有特性主要表现在道理行车安全、方便，有利于通行等方面，而规定这些固有特性的东西都体现在我们的设计图纸中，设计图纸中规定了公路工程的一些指标，如公路的等级，公路的几何尺寸，所要的用途，道路完工后注意的事项，这些指标都是在设计中明示的，必须要遵守的，那么公路工程质量的第一个固有特性，明示的要求都在我们的施工图设计中，还有就是我们的各种规范、规程，比如《公路路基施工规范》、《沥青路面施工技术规范》等等规范，这些规范就对我们的公路施工过程中的一些细节进行了明文规定，只有符合了这些要求，那么才能说明是达到了质量要求，所以公路工程质量问题的关键就在于按图纸施工，按规范要求进行施工，这也是我们施工的依据，也是监理的依据，同时也是验收的依据。

质量检测问题

通过对质量定义的探讨，对公路工程质量问题的探讨，我们从中可以发现，所有质量问题探讨的核心就是按图施工和按规范施工的问题，所有质量检测问题也就应该从施工设计图纸和规范入手，对质量进行检测，检测的依据也是施工图纸和规范。在施工图设计中对公路工程的许多指标都是进行量化的，比如公路的几何尺寸长度，路基路面宽度、横坡度、高程都是有明确的要求的，对于路基路面的压实度、弯沉也是在设计中明确的，同时在《公路工程质量检验评定标准》中对上述指标的偏差都进行了规定，超出偏差范围都是属于不合格，达到一定的程度整个工程就是评定为不合格工程，在《公路工程质量检验评定标准》、公路工程验收规范等文献中都规定，如果分项工程的评分小于75分即评定为不合格工程，因此质量检测过程必须要公平、公正、方法要科学，这样才能对公路工程质量做出最具有权威的评价。

质量检测手段

公路工程质量检测手段随着科学技术的不断发展，日益得到了广泛的推广，从最初的钢卷尺测量桥梁涵洞的长度到现在的红外线测距仪的使用，从最简单的回弹仪测得混凝土的推定强度到超声法检测混凝土的回弹强度，这些检测手段对公路工程的质量的检测达到了一个新的高度，目前我们的质量检测手段日新月异，高、精、尖的测量仪器不断出现，有效的增加了质量检测的精度，把质量检测工作推到了一个全新的时代，各种无损检测手段层出不穷，代替以前的破坏性检测，大大的提高了质量检测的效率和检测质量，以往的许多检测过程中对已经完工的项目进行破坏性检测后遗留的问题有可能就会成为公路病害的源头，比如在进行路面钻芯后由于对孔洞的修补滞后或者遗忘造成雨后路面进水，随后就使的路面出现大面积的破坏，这种现象在以前的检测过程中时有发生，通过无损检测，这样的事情发生的几率将很大程度上得到改观。

质量检测工作的建议

公路工程质量检测工作在我省的发展历史不是很长，也是近十几年的事情，但是由于质量检测工作的市场化，造成了质量检测工作竞争的加速，笔者认为这对质量的控制是有一定的弊端的，质量检测市场的规范有待进一步加强，质量检测人员水平提升与质量检测设施，的增加，高端化不是处在同一起跑线上，人员综合实力无法赶上市场的要求。所以加大人员培训力度，使人员的综合素质能够适应市场的需求，这是质量检测工作的重心，只有人员综合素质提高了才能在激烈的市场竞争中争得一席之地，也只有这样才能提高工程质量。现在实行的标准化工作对公路质量检测工作同样也是适用的，除了对质量检测、试验表格进行规范统一，尚应该对检测的方法进行统一。

结束语

篇(2)

正如上面这句引文所述，青少年要想成为当今世界的参与者，应当尽早了解包含科学、工程、技术和数学的STEM学科。因此小学教育中这些学科的高质量将会极为重要，应该逐渐培养起5～11岁青少年对这些学科的兴趣，对其基础知识和实践过程的理解，以及认识到它们与生活实践的联系。这些STEM的学习经历将给予他们在找寻机会及面对挑战时一个条理分明的智力与实践的框架。同时，该经历使得青少年们能够提升并很好地使用从那些学科中得到的经验与观点。

在这篇文章中，我们希望：

・阐明STEM教育的主要目的

・通过3个维度（实践、跨学科概念、学科核心概念）讨论这些学科的本质。

本文将聚焦在STEM中的科学（S）、技术（T）及工程（E）。当然，数学（M）的重要性不言而喻，无论将它作为单一学科还是STEM的组成部分，我们并不会刻意地去贬低数学的重要性。相反。我们坚信数学是青少年高质量教育的基础。数学在科学、技术及工程中的应用使得它们能够更好地结合在一起。数学知识与应用数学的能力更是在我们探究，以及解决关于科学、技术、工程问题的过程中起到了关键作用。

科学从本质上说是探究。科学探究是科学所有分支学科的核心特征，因为这是科学知识产生和被证实的途径。对于科学家们来说它是黄金标准，使得科学家们明白了他们是如何掌握科学知识的，以及可以证明科学家们所掌握知识的证据。因此，科学探究是为了建立知识和理论而产生的一种科学的策略。用《美国国家科学教育标准》（National ScienceEducation Standards，USA，1996）的话说，科学探究是“科学家学习自然世界、基于工作得到证据，提出解释及理论的众多途径”。

工程和技术聚焦在改变自然和人造世界，旨在解决问题或满足人类的需求。通过工程和技术设计创造解决问题的方案。科学探究是科学的基础，设计过程是工程和技术的基础。正如科学探究使科学领域蒸蒸日上，工程及技术中解决问题的方案也通过设计过程得以延伸和发展。

但是，在现实世界中，科学、工程、技术的主要方面并没有相互脱离。科学知识的产生表明了问题或许可以通过工程和技术得到解答。相似的是，工程和技术解决问题的过程同样影响着科学知识的发展，甚至有时产生了新的科学知识。就青少年而言，我们需要让他们理解这些学科之间的基本差异。同样重要的是还要帮助他们认知这些学科之间的紧密关系。

STEM学科的维度

我们使用美国《K-12科学教育框架》（AFramework for K-12 Science Education；Practices，Crosscutting Concepts，and CoreIdeas，2012）中所述的实践（Practices）、跨学科概念（Crosscutting Concepts）及学科核心概念（Core Ideas）比较这3个学科的内容。在每一个学科中，这些维度都紧密联系在一起，每一个维度的缺失都将影响整个学科。也就是说，为了让学习活动能够真实，3个维度的内容都必须清楚明白地体现在活动设计中。

实践――与成功的科学、工程，技术相关联的实践或能力

用“实践”一词代替“探究能力”，是因为在科学探究和解决问题中会同时用到知识和技能。而用“探究能力”一词会让人感觉这排除了解决问题。其实“实践”超越了“能力”，它包含着讨论、争论、评论和科学模型的建造等，它将有关专业人士是如何将实践应用到工作中的综合观点呈现在了眼前。

几十年来，科学教学经历了强调科学探究能力与学习科学事实之间的紧张期。过于强调对事实的认知会使得学生们认为科学与其他学科只不过是一些孤立的信息、做实验或解决问题的简单步骤而已。这将是对任何学科的极大误解。因此，关键是要让学生们实践那些专业人士在这些学科中所应用的，这样做是为了让他们能够明白学科核心概念和跨学科概念。

表1列举了STEM中的实践。需要强调的是在现实生活中这些实践不会呈现线性规律。例如，尽管基于证据的论证被单独列出，实际上论证却渗透在每一个实践中。在实际的科学问题上或是在一个能导致深入理解的现象中都会有论证的出现；在工程和技术中，对于要解决的问题需要论证，在解释、设计过程或得出解决方案时也会有论证的出现；在标准与限制下，讨论哪种解释最符合证据，或者哪种设计能得到最好的解决方案也是论证。总的来说，实践应聚焦于它所用的不同情境。

事实上，这张表中最突出的是科学、工程和技术的实践非常相似。我们都知道科学家们使用这些实践的目的与工程师、技术专家并不相同。但是，在科学、工程和技术中，在实践层面高度的共通性不仅有用，且说明了这些学科交叉的可能性。其实，在科学、工程、技术中差异还是存在的，如科学上的“提出问题”在工程和技术中被“定义问题”所代替；同样，科学中的“构建解释”在工程和技术中变成了“设计解决方法”。

・提出问题vs.定义问题

如果我们认为根据现象提出问题是一个科学活动的“发动机”，那么定义和澄清问题便是工程、技术和一些数学实例中很重要的因素。

好奇心，或者认识、理解，并用科学问题解释现象的欲望常常可以激发科学。对于科学的好奇心显示了科学问题的架构。比如说，学生会想知道“月亮离地球多远”或者“车从一个地方到另一个地方需要多久”，“什么导致了月食”，“如果每天都用浓盐水浇灌植物，它们会怎样”……所有这些都是科学问题并且都可以用科学的方法回答。

工程则集中在问题的阐明与定义上。通过对产品和过程的工程设计解决问题并满足社会的需求。工程师通过定义问题，得到在一定条件限制之内成功地解决方法的标准。同样地，技术最初的焦点也是在识别和定义问题，以此符合人们的需求和技术的专业性。

当然，上述讨论不应该与表中其他实践所产生的问题所混淆。比如在分析和解释数据的实践中会产生诸如“是否科学探究活动会回答最初的问题”，“是否是基于证据提出的解释”，当然也可能是由工程和技术设计的解决方案中不同方法的可行性问题。因此，对于所有的STEM学科，都会遇到与数据收集、解释数据相关的问题。还有些问题是关于信息的交流是否可以达到预期的精准和标准。其中有一些问题可以导致回答一个科学问题的多种方式，或是不同等级的问题解决方案。有时，这种问题会导致那些产生原始设计和科学问题的模型发生改变。根据这些问题的答案，有可能做出放弃之前提出的实验或设计方案的决定。

・建立解释vs.设计解决方法

对于科学，一个很重要的目的是在测试和证据支持下建立科学的解释，以帮助我们理解周围的世界。这样做，科学家们发展出建立在大量重要的知识、测试和数据之上的科学理论。他们用理论或是模型解释现象，预测现象，提升并修改他们之前的知识和对这些现象的理解。科学的解释在观察、数据和科学理论间建立有逻辑的连接。例如：一个有名的科学理论是“微生物理论”。在这个学说中，传染性疾病是由病人身上叫做细菌的微小生物导致的，不同的细菌会产生不同的疾病。如果细菌从一个生病的人传播到一个健康的人身上，它们就可以在这个健康的人的体内传播。人们可以通过消灭这些细菌或者减少它们导致疾病的活动得以康复。很多支持这一理论的证据从成千上万个病例中累积起来。因此某一个人的病症可以被判断为有传染性或是没有，并能被判断为是由某一种特定的细菌导致的，从而可以依据理论和数据的基础确定治疗方法。通过在证据基础上建立理论或者理论模型的过程，科学家们增长了对现象的认识和理解。

但是工程和技术的目的是为了创造一种设计并解决问题，从而满足人类的需求。就像科学中理论的建立一样，工程设计是一个具有系统性和生命力的思考过程。具体的活动包括在工程设计之中，然而即便工程师应用了科学知识，工程设计的过程却与科学探究完全不一样。在定义问题后，他们不得不去考虑必须达到的标准或设计的特点。例如在建桥过程中.他们需要考虑桥的组成部分、控制装置、预期的长度与高度、最大的承载量等。除此之外，他们必须考虑限制条件，如可获得的资源、完成的时间和环境条件。不论是“好”，或仅仅是“还可以”，他们需要在限制条件和解决方案的质量间作出基于权衡的重要决策。在所有的决策中，工程师们需要应用科学、技术和数学的知识。对于所有的目的而言，技术设计和工程设计是一样的。但是，我们意识到技术是由经验、磨炼与学习所导致的，而并非科学。在这些情况下，它比设计更强调工艺。

跨学科概念

有一些概念在所有的STEM学科中都会出现，甚至出现在其他的学科中，这就是跨学科概念。它们产生干阐明各学科核心概念的现象或者问题的过程中。它们有助于理解观察和在数学思维、问题解决方案中建立理论。跨学科概念不是存在于真空中，因此，这些跨学科概念不应该在孤立的调查或问题解决情境中学习，尤其是它们与学科核心概念的发展密切相关。

不论是科学家、工程师、技术专家，还是数学家，这些跨学科概念在看待世界上各种现象时可作为有力且全面的框架。因为它们超越了不同STEM学科之间的边际，它们也被称为统一的概念。我们将它们列在表2中，并提供简洁的说明。

学科核心概念

学科核心概念即是几个学科的核心主题。如物质科学中，有很多概念与物质特征、力、运动有关；在生命科学中有关的则有生物体的生长与发展、与环境的相互依存和适应等。与其相似的是，在地球与空间科学中，有一些概念例如地球、太阳系、天气和气候。工程与技术中的核心概念涉及定义问题并设定问题的边界、提出问题的解决方案，以及了解科学、工程、技术三者之间相互依靠的关系。

当然，与其在基础的科学、工程、技术中讨论学科核心概念，倒不如用4个标准说明什么是学科核心概念。这个思想来自于《K-12科学教育框架》，它告诉我们学科核心概念应该是：

・在横跨科学、工程、技术等多学科时具有广泛的重要性，或者是在单一学科中扮演重要的组织作用

通过这些核心概念，学生们学习了科学知识和对自然事件的解释，例如空气、水、矿物、生物、煤燃料、油燃料等，学习了关于可再生资源和不可再生资源的消耗。在工程设计中，明白了他们所用的自然和人造事物的性质，以及如何去使用它们。他们考虑了产品和生产产品过程中的环境影响。例如，建造桥和生产食物产品的方式对于资源的分配和获取的影响。

・提供理解或调研复杂观点和解决问题的核心工具

对例如材料、能量、燃料的自然资源的学习是学习更复杂知识的基础，如对于物质本质的理解（原子的运动与排列解释了不同材料的性质）；能量可以以电、化学、磁及力等形式存在；自然资源的获取影响着工程和技术的产品，人类住处与自然资源的分配和适宜的天气条件密切相关等。

・与学生们的兴趣和生活经验息息相关，或者是可以联系到需要用科学技术认知思考的社会和个人的观点

这是选择学科核心概念的重要一条，因为这些将与学生的生活息息相关。如学生学习生活中可接触到的事物的性质，以及可以改变事物性质的情况，学习能量的类型和能量的影响，并联系他们的人生经历；学习有生命的事物是靠什么生存并生长的；学习人类是怎么利用原材料制造产品和设施的，例如食物、玩具、桥、楼房、自行车。以及各种工程和技术的其他产品；他们还会学习自然资源的短缺是如何影响他们生活的，比如没有规律的雨水、矿物和粮食作物。

・在逐步提升知识深度和复杂度的多种等级中，要做到可教且可学

当孩子们进入小学时，他们了解不同的材料和它们各自的价值。而在小学的前期，他们的学习包括对事物和状态（固体、液体、气体）、天气和一些自然和人造事物的科学认识。在小学的后期，他们会学习由看不见的颗粒组成的物质（空气有重量但是看不见）。在更后期，他们会学习化学，如金属和塑料在不同情况下的用途，他还会根据测量性质识别不同的材料；在生命科学中，他们学习关于人类活动对于地球和生态系统，例如土地、空气、水质和生物多样性的影响。在教育的所有等级中，他们会学习开发自然资源是有益处的，但是这种做法会导致资源的短缺，这归根于不可再生资源的耗尽。

篇(3)

关键词：TRIZ理论 机械创新设计 引导

现代国家的经济必须拥有可持续的创新能力，才能在激烈的国际市场竞争中占有科技产品的制高点。随着计算机和信息技术的高速发展，产品的生命周期越来越短，产品的更替速度也越来越快，产品创新度不仅是产品存在的必要，也是最具生命力的驱动力。

在目前国家高度提倡创新建设的形势下，如何积极探索创新理论培训方法，对于培养具有创新精神、创新思维和创新能力的工程设计人员，具有非常重要的意义。

一、创新设计方法的社会需求

结合目前工业4.0的发展要求，创新设计对于处于工业化进程中的我国，是机遇也是挑战。目前我国正在向设计制造强国发展的目标进军，在进一步实现强国梦的过程中，世界科学技术的壁垒政策，使我国通过学习先进国家的技术从而赶上发达国家的难度越来越大，“后发优势”的作用基本不存在了；另一方面，由于企业缺乏自主创新的能力，使得我国相当部分制造企业处于困境中。

国家自然科学基金委员会发表的优先资助领域战略研究报告《先进制造技术基础》中指出：增强产品自主创新能力，提高新产品市场竞争力，已成为新世纪我国制造科学基础研究的国家目标。总书记在2006年召开的全国科技大会上，提出了走中国特色自主创新之路，建设创新型国家的目标。而这些目标的实现，关键是创新人才的培养。

科技部关于创新方法工作专项2015年度项目指南的通知中指出：创新方法是科学思维、科学方法和科学工具的总称。加强创新方法工作，切实做好相关领域的研究和应用具有重要意义。创新方法工作是要一项基础性、长期性的工作，是从源头增强自主创新能力和推进创新型国家建设的重要举措。

因此，创新方法的教育培训在工程设计人员的继续教育培训中已经成为热点培训之一。通过培训激发工程设计人员的潜在设计能力，培养创新意识和创新能力，以应对国家和社会对创新人才的需求，是值得我们花大力气来研究和探讨的。

二、创新方法教育的必要及重要性

在工程项目类设计领域中，设计能力是一种综合能力，是由多种能力组合而成，包括常规知识（如书本知识、实验和实践经验知识等）、创造性思维方法及思辨能力三部分。

创新设计的定义为：充分发挥工程设计者的创造思维和创新能力，在人类社会中已有或没有的科学技术成果基础上，进行创新设计方案的构思、设计出更具有新颖性、创造性及实用性的产品系统的一种脑力实践活动。

创新设计方法的培训是指利用理论培训和课题引导的手段对工程设计人员在工程设计领域内进行创造性思维潜能的激发和创新实践能力的训练。

现代工程设计问题涉及到力学、电学、机械学、信息技术甚至美学等学科，其最鲜明的时代特点是其学科的交叉性。同时，工程设计过程又是一个严谨性、科学性的思维过程，从概念设计到详细设计必须经过严格的科学设计计算。此外，不断发展的创新设计技术及方法，如公理化设计、TRIZ设计等方法的出现，为工程产品的创新设计提供了新的手段。特别是CAD技术、虚拟样机仿真技术的发展，大大加快了产品的创新设计周期，因此，创新设计方法的培训是以培养工程设计人员的创新意识、创新思维、创新能力为基本内涵的培训实践。

通过多年的培训任务，笔者在工程项目培训过程中提倡应用具体的思维引导方式，建立标准的设计思维流程，使得培训师在培训过程中有流程可循，同时使学员在训练过程中，能有目标、有层次的展开工程实例的分析，可以使用各种解决问题的理论工具及方法，从而更有效率的解决复杂问题。在研究过各种现代设计理论及方法后，笔者选择了创新设计方法TRIZ理论，作为项目培训的基础及实践的主要辅助技术。

TRIZ理论自上世纪进入我国，在机械、化工、电子技术等领域逐步深入，目前在管理、教育教学等非技术领域也有其身影。自2003年起有多篇文献涉及到将TRIZ理论和教学进行有机结合。如广州大学的江帆提出将TRIZ和工程创新教育进行融合，构建了TRIZ的创新教学体系。

三、TRIZ基本理论

TRIZ理论（TRIZ 是俄文“TeopHH p eⅢe H H且H 3 0 B p e T a T eⅡb C K H X 3aⅡarl”创新问题解决理论的词头缩写）是系统性的技术创新理论[4]，由俄国学者根里奇-阿奇舒勒于1946年最先提出，TRIZ理论体系庞大，是目前体系最完整，操作性最强的创新设计理论。TRIZ理论主要可以归纳为以下六个方面的内容：①创新思维方法与问题分析方法；②技术系统进化法则；③技术矛盾解决原理；④物场分析标准解法；⑤发明问题解决算法；⑥科学知识效应库。在TRIZ中解决问题的流程是：首先定义问题，接着分析问题，运用矛盾矩阵和发明原则，最后产生创新性解决方案。如图1所

常规的创新思维方式如头脑风暴法、635法、逆向思维法、优缺点法等，都强调思维的发散开阔性，这些思维方法最大的问题是导致问题求解的效率不高，在工程问题求解时往往不能收敛。而TRIZ理论在遵循客观规律的基础上倡导规范化的思维流程，提倡发明者沿着一定的维度进行发散思维，在这些维度中引导分析思路和解决集的形成。TRIZ的三种主思维维度，即时间维度、层次维度、因果维度。如图2所示，在这三种主维度中往复发散，相应扩展尺寸、成本、资源等副维度，使得在基于TRIZ理论的发散思维过程中可以有效避免散乱无序、不能收敛问题集的缺点，而有效提高解决创新问题的效率。

四、工程创新设计能力培养方式的探讨

（一）培训师是创新设计能力培养的根本

开展创新设计方法的训练，需要高水平的培训师作保证。由于创新设计方法涉及很多领域的科学知识如机械、电子、计算机技术、光学等方面。因此，培训师除了在认识上对创新教育给予足够的重视外，还要拥有广博扎实的专业知识，已经正确的训练方法和技巧，同时，还要深入科研第一线，在实践中不断培养和积累培训技巧，进而为工程人员创新设计能力的培养奠定坚实基础。

（二）创新方法的引导是创新实践的保证

创新设计培训离不开创新实践。通过在项目课题培育过程中导入创新方法，从实践中学习和积累创新知识，是创新能力提高的保证。课题项目基本上都呈现了企业工程设计实践中的现实问题或需要实现的技术改革方案和措施，在这一系列设计过程的背后，关键是培训教师对这些项目课题所做的引导，有些学员盲目的被困于已有产品结构，不能开拓思维接受新的想法，很难达到培训目的。因此创新方法的培训关键任务是根据培训目的和内容寻找合适的方法，引导学员进行问题分析思考。TRIZ理论创新方法为我们提供了一种有效的思维工具，成为解决创新方法教学问题的有效手段。

（三）创新方法教学的课程安排

笔者提出将TRIZ理论和项目培育相结合，利用TRIZ理论作为基本的设计过程形成统一的思维流程。通过该流程，学员可以打破自身的盲从心理，以积极的态度解决问题，同时培训师可以利用该流程，减少工作量，提高创新培训的效率。

在该流程中，阶段1的培训中主要以创新理论及方法的介绍学习为主要内容，阶段2中以项目课题的培育为主，在项目培育过程中，学员实践创新理论同时更深刻理解和掌握创新方法和思路，最后在总结答辩阶段进行学员评估。很明显，在该阶段不适合使用考试类的传统单一的评估方式，我们提倡多样化的交流形式，鼓励开发地共享设计成果，因此采用TRIZ理论中的权重综合评价法给出学员的学业评价。

五、培训教学实例

考虑到创新培训过程中的实例基本都是企业的在研课题，因此屏蔽了项目课题的具体内容，只介绍提炼后形成的项目引寻流程。

根据带项目企业提供的工程资料，包括图纸、性能参数和工作原理的说明等内容，学员对产品系统进行分析，其主要步骤如图3所示。在该分析过程中，学员运用九屏幕法对系统的现在、过去、未来，系统的子系统、超系统进行了分析，使系统分析更加全面。

通过流分析，我们能清楚的看到技术系统的能量传递组件，控制组件，结构组件。通过流分析还可以帮助我们进一步了解组件对技术系统的功能贡献。

利用因果分析方法，对产品系统中的问题定义矛盾，包括定义技术矛盾和物理矛盾，如图6和图7所示。

图6因果分析模型

图7技术矛盾定义

最后通过对系统的组件分析，裁剪分析、因果分析、SKB、物场分析找到系统结构不足的原因，并通过讨论得到相关的问题解决方案。最终获得的可行解决方案如下表1所示。

表1方案和使用的相关解决工具

六、结束语

创新思维是工程设计人员在解决复杂工程问题过程中所表达出来的能够产生创新产品或概念的一种思维方式。

篇(4)

中图分类号：C35文献标识码： A

1开发质量体系的行业现状

质量是设计出来的。汽车设计是一项庞大复杂的系统工程，需要负责各个子系统和零部件的工程师组成一个团队一起合作才能完成。为确保团队在开发过程中的设计质量必须依靠质量管理体系。质量管理体系是一个公司、一个组织能够高质量高效率的完成一项复杂工作的保障。目前在全球汽车行业，比较通行的是T/S16949质量管理体系。T/S16949质量管理体系是由IATF国际汽车特别工作小组协调和制定的汽车工业通用的质量管理体系标准，是以ISO9001体系、意大利AVSQ体系、法国EAQF体系、美国QS 9000体系及德国VDA6.1体系为基础的共同的汽车工业质量体系要求。T/S16949质量管理体系与顾客的要求相结合，促进持续改进，强调缺陷预防，减少供应链中的变差和浪费，降低成本。近年来，国内汽车行业对于质量管理体系越来越重视，众多的企业及其技术中心都先后通过了T/S16949质量管理体系的认证，不仅包括上海通用、上海大众、长安福特等合资企业，还包括上汽乘用车、北京汽车、奇瑞等自主品牌企业。对于一个汽车企业的技术中心，实施T/S16949质量管理体系标准，有利于不断改善质量管理方法，有效的控制产品研发质量、降低质量成本，顺利的开发出高质量的产品。

国内部分车企业为了提升新车型的设计质量，加强新车型开发过程中的质量管理，在其技术中心内部设立了专门的工程质量部门，主要负责质量管理体系的实施和评审、质量工具的推广和应用、质量问题的推进解决等工作。T/S16949是以过程为基础的质量管理体系，其中在第7章“产品实现”、第7.3节“设计和开发”中对产品设计和开发过程中的质量管理作了具体的要求，包括了FMEA等质量工具的使用。不仅限于质量体系中提及的质量工具，各个企业的技术中心还会根据自身的实际需要，在新车型开发过程中应用本企业的质量工具，如Red-X等。

在一个新车型的开发过程中，往往需要综合使用多种质量工具。在车型的开发过程中，往往会采取很多设计方案，这就更需要集成多种质量工具的使用，加强对新车型开发过程中各个环节的质量管理，做到低成本高质量。面向设计过程的多种质量工具的集成化应用，是通过多个新车型的研发逐步形成并完善，贯穿于整个汽车设计开发过程的质量控制策略。

本文将对面向设计过程的多种质量工具的集成化应用这一质量策略的理念、及其在车型的开发过程中如何具体应用进行阐述。

2 汽车开发过程中的质量策略规划

面向设计过程的多种质量工具的集成化应用的质量策略是一个以全新开发的QTS(Quality Tracking System质量跟踪系统)为平台，面向多种边界需求，覆盖多节点全生命周期的质量控制系统。在这个系统中，以新车型开发时间周期为主线，整合质量策略定义、过程质量控制、质量问题解决和闭环质量控制四大类共计十种最优质量工具，定义各工具之间的接口以及在QTS系统中的运行方式，完成整个开发周期的闭环质量控制。

一个新车型的生命周期，除了上市以后的售后服务阶段，一个完整的开发周期大致可以分为以下几个阶段：产品概念设计阶段、产品数据开发阶段、产品试制验证阶段、产品投产验证阶段。在一个新车型的开发过程中，这四个阶段各自所面对的上下游客户不同，输入和输出的内容不同，最终的工作内容也各有侧重。针对这四个不同的开发阶段，必须根据不同阶段的工作特点，找到最合适的质量工具组合，以完成相应阶段的质量控制工作。因此，以新车型开发时间为主线，以各个开发阶段的关键节点(Milestone)为分界的质量控制方法是在实践中证明的最有效的方式。根据这个方法，我们明确采用质量策略定义、过程质量控制、质量问题解决和闭环质量控制四大类共十种最优质量控制工具。QTS系统就是一个确保这些信息高效有序流动的平台和载体，它能有效的汇总各种不同的信息流，向他们输入需求，并记录质量工具的输出结果，从而在整个开发过程中发挥神经中枢的作用。

根据车型开发特点定义的质量控制工具包括设计策略定义、过程和节点控制、问题解决、闭环控制等四大类。

(1) 设计策略定义类质量工具包括：QFD――明确客户需求，Benchmark――了解竞争对手设计方案，DFSS――确定复杂问题设计方案，DCS――基于质量的成本和重量控制工具；

(2) 过程和节点控制类质量工具包括：DFMEA/DRBFM――设计过程控制，Design Checklist和Peer Review――设计节点评审；

(3) 问题解决类质量工具包括：7-Diamond及Red-X――问题分析解决；

(4) 闭环控制类质量工具包括：Lessons Learned――经验教训总结。

多种质量工具的集成化应用质量策略中的“集成化”是指，各阶段使用的各个质量工具之间相互关联，并通过QTS这个平台载体，将所有的质量工具的输入输出关系明确，达到统一控制的目的。

多种质量工具集成化应用质量策略管理系统――QTS：

QTS是由产品设计工程师进行管理的设计质量控制系统，它是各个质量工具的输入输出平台，是多种质量工具集成化应用质量策略在新车型开发工作中的具体体现。QTS系统由工程师负责输入、整合和更新。QTS的核心是质量问题跟踪清单，它在整个系统运行中起到了关键的集成作用，有效解决了各种质量工具相对独立的问题。是贯穿整个开发过程的质量跟踪系统。

质量问题跟踪清单记录和跟踪各个质量工具所发现和正在解决的所有质量问题，包含QFD，DFSS的输出，DFMEA的高RPN值问题，Peer Review发现的问题，Design Checklist和Validation Checklist发现的问题，现生产和售后的问题，并记录了每一个质量问题最终以何种形式归档，在下个项目的预防方式，形成设计闭环。

在项目初始阶段，QTS跟踪系统内会统计项目所有的输入条件和项目目标，在评估各种项目目标的优先级以后，系统会生成一张针对项目目标的跟踪清单，明确采用何种质量工具去达成这个目标，在哪些节点跟踪和确认项目目标达成情况。这些信息在各个节点的Peer Review活动中会进行检查。

在后期的验证投产阶段，以解决问题为驱动的项目推进也是QTS系统的功能之一。在质量跟踪清单当中，除了包括一般问题清单当中常见的问题定义，问题分析，问题解决方案等，还包括的Issue Input和Issue Output这两列，分别记录问题源自哪一个质量工具的输出，以及这个问题在解决方案的时候，将输出到哪一个质量工具当中继续流转。在整个开发过程中，一个问题可能会在经过整个质量工具，用这个清单可以清楚的跟踪并确认到这个问题最终输入DFMEA/DRBFM内，闭环到下一个项目当中，避免问题的重复发生。通过这种形式的跟踪方式，将功能/失效模式的分析通过一代代的产品开发，滚雪球般的进行累积，将一个项目的结束作为另一个项目的开始，形成了完整的闭环学习曲线。

3质量工具的集成化应用

3.1概念设计阶段的质量工具集成化应用

在产品概念开发阶段，应用如下工具：

3.1.1 QFD工具

需求定义的根源是理解客户的需求，以及客户对产品的期望。为了能够将主观的客户期望转化为客观的整车技术要求(VTS)，采用了QFD(Quality Function Deployment质量功能展开)方法。

QFD是把顾客或市场对产品的需求进行多层次的演绎分析，转化为产品的设计要求、零部件特性、工艺要求、生产要求的质量工具，用来指导产品的稳健设计和质量保证。特别适用于复杂系统，以及包含客户需求模糊主观的系统。运用QFD工具，可以保证产品开发一次成功，而且能使产品开发周期缩短1/3，成本减少1/2。

首先必须明确所设计车型的目标市场，找准顾客群体。对于低成本乘用车，比如新赛欧、宝骏630 等车型，其主要的目标市场是三、四线城市，或者一、二线城市的郊区，其顾客群体主要是第一次购买汽车的用户。那么他们到底需要一辆什么样的车呢？他们最关注这辆车的哪些方面呢？为了设计出一辆让顾客满意的车，必须准确的掌握这些需求信息，收集顾客的声音(Voice of the Customer， 简称VOC)。当然，在充分关注客户需求的同时，也需要认真研究国家的法规要求。对于法规中非强制性的、客户也不太关注的部分，可以尽量采用相匹配的设计。

3.1.2 DCS工具

DCS(Design Concept Sheet)是零件成本和重量的控制工具。在项目前期，除了需求和输入的深入研究，早期物料成本核算和分析是决定整车成本能否达标，产品投产后利润大小的重要基础，特别是在以成本驱动的消费品行业，更是整个项目能否继续进行下去的重要指标。采用DCS的目的就是帮助工程师通过设计概念的分析达成成本和重量的设计目标。DCS活动是从产品概念设计阶段一直延伸到数据设计阶段的成本和质量控制工作，通过DCS的四个主要组成部分，可以清楚的跟踪整个成本分析过程，和先前的分析工作进行对比，有效的发现成本分析工作中的优势和欠缺，保证最终达到项目的成本目标。

3.1.3 DFSS工具

在确认了项目的整体需求，并在项目成本目标初步达成后，产品开发推进到了数据开发阶段，如果说在概念设计阶段是总体的方向把握，那么在数据设计阶段则是通过开发工作将总体的方向落到实处。DFSS（Design For Six Sigma是六西格玛设计的英文缩写）作为一个数据设计阶段采用的策略定义质量工具，应用非常广泛。

3.1.4Best Practice工具

Best Practice最佳实践(简称BP)，是每一个零件的设计范围和标准。在产品的数据设计阶段，如果能够严格的遵守BP的规定，就能够少走弯路，第一次就把事情做对，从而可以节约时间和更改的成本。

3.2工程设计阶段的质量工具集成化应用

在确认了项目的整体需求，并在项目成本目标初步达成后，产品开发推进到了数据开发阶段，如果说在概念设计阶段是总体的方向把握，那么在数据设计阶段则是通过开发工作将总体的方向落到实处。DFSS作为一个数据设计阶段采用的策略定义质量工具，应用非常广泛。

数据开发阶段的另外一个特点是，开发时间紧迫，需要在整体上把握开发进度，确保每一个开发节点的交付物的准时递交。所以流程控制质量工具引入，采用DFMEA/Checklist方法和Peer Review流程，可以同时掌握过程和节点，确保最终的高质量设计交付。

3.2.1DFMEA工具

DFMEA(Design Failure Modes and Effects Analysis)是指设计阶段的潜在失效模式分析，是从设计阶段把握产品质量预防的一种手段。

DFMEA在设计中的应用已经在本公司进行了大面积的推广，通过之前项目失效模式的搜集整理工作，已经形成了可借鉴的模板。在本项目实施过程中，在零件级别的DFMEA基础上，形成了车门系统、前盖系统，和后盖系统的系统集成级别的DFMEA。

DFMEA的基础是Research Template，这是手机所有本系统在之前项目中出现的试验问题、造车问题的清单。清单中的每一个问题都会对应到最终的DFMEA中的某一个条目，作为某个失效模式的现实来源。Research Template内容的多寡和质量的高低直接决定了DFMEA中失效模式识别和控制措施的有效性和可信度，是DFMEA工作的重中之重。

系统级别DFMEA是在更高层次上对整个系统宏观的把握，需要有更完备的系统框图(Block Diagram)，包含全部的界面关系。在精确地构建了反映整个系统界面关系的框图的基础上，本项目还通过之前项目的经验，提炼了整个系统的功能。在DFMEA失效模式分析页面当中会分析每一种失效模式的失效后果，失效原因，并甄别严重度，确定现行设计控制当中的预防和探测措施。

3.2.2Peer Review工具

在数据设计阶段，根据整车开发进度，会经过数个重要开发节点，这些节点意味着部分设计解决方案的确定，部分数据的，部分造型的冻结。在此之后如果之前的结论，重新设计，那么就会延误整个项目的时间。确保节点交付物的质量是数据设计阶段一个非常重要的工作。

本项目通过开发系列化多层次的质量评估流程，保证了节点交付物的完整和正确。这个流程的核心是三级别的设计评审体系：Design Review，Technical Review/Virtual Build，Peer Review。这个体系通过规定不同级别的设计评审参与人员，评审议题设置和评审时间频次，确保了问题能够在最快的时间内解决，通过最有效的途径上升，并得到最恰当的人员评审。

Design Review活动是一个在工作层面开展的，以周为单位进行的设计评审活动。在这个活动中，系统集成工程师召集参与具体设计工作的工程师，进行日常设计工作的评审，整个产品开发团队的成员也会被邀请参加会议对相关议题发表意见。Design Review活动可以解决日常设计工作当中超过80%的问题。

3.3 产品试制验证/产品投产阶段的质量工具集成化应用

产品数据设计阶段完成后，整个开发流程过渡到了产品试制验证阶段和产品投产阶段。在这两个阶段的主要工作是完成产品虚拟数据到物理产品的转化，并进行一系列的验证工作。在这些试制过程当中，难免会产生各种各样的问题，采用合适的质量工具帮助问题的定义和解决是在这个阶段多种质量工具集成化应用质量策略的重点。本项目优选了两种最高效的质量工具帮助问题的定义和解决，通过互相配合，可以提高问题解决的效率和准确性。

3.3.1 七钻流程

七钻流程(也称“七颗钻石流程”)是特别适用于汽车制造业的用于推动问题解决的一个标准方法，其分析问题的思路代表了问题产生的一般规律，也体现了由简入繁、由易入难、循序渐进的分析思路，七颗钻石分别代表问题分析过程中的一个步骤。

试制投产周期内，在遇到问题时，一般会先进行前四钻的分析，确认制造工艺、使用工具、正确的零件和零件质量，然后才是设计工程师的介入和分析。有时为了节约时间，确保项目进度，加快问题分析解决的速度，设计工程师往往会一起参与前四钻的分析，同时对设计状态进行确认，把第四钻之后的工作提前开展。按照这种工作方式，如果经过确认，制造工艺、使用工具、零件状态和零件质量都符合要求，则需要进入第五钻，而这时设计工程师已经提前参与了问题分析，收集了相关的信息，可以更快的进行后续的分析。这样就节省了大量的收集信息的时间，缩短了问题解决周期，提高了问题解决效率，降低了人力资源成本。这样就可以把更多的资源投入到其它的研发工作中。

3.3.2 Red-X工具

Red-X是用于引导解决问题的一个常用有效的工具，常称为复杂问题解决策略。它诞生于上世纪80年代，并慢慢在通用汽车的工厂内形成独立的体系，经过二十多年的发展，已经被通用汽车全球工厂和众多机构广泛采用。

Red-X策略主要运用于对综合复杂问题的分析，因此首先必须对分析对象所涉及的整个系统总成有全面的了解，熟知相关构成和影响关系；其次寻找差异和评估方法；第三是不断的探索，以发散的思维开始并且不断的摒弃那些不符合线索的因素。Red-X策略并不适用于100%失效的情况，只有存在具有相似性或可比性的两件事情的区别或者是程度上的差异时，通过有效的评估方法来获得差异的来源。

3.4产品全生命周期的质量工具集成化应用

多种质量工具集成化应用的质量策略是贯穿于新车型全生命周期的质量控制手段。在项目开发完成，产品投产上市之后，产品开发工作告一段落，但是质量工作并未随之结束，而是进入最重要的总结阶段。

在从数据开发到产品投产的整个时间段中，会有许多质量问题被发现和解决，如何将解决问题的宝贵经验传递到整个团队以及接下来的项目当中，是这个阶段的质量策略需要解决的问题。

Lessons Learned(经验学习报告)，是为质量闭环控制而开发出来的质量工具。经验学习报告首先描述问题的基本情况，之后分析根本原因，根本原因的分析分为技术和管理两条主线，分别剖析导致问题发生的技术原因和管理问题。如果分析出的根本原因包含技术方面的内容，则在知识学习部分需要详细阐述避免问题再次发生所需要的工程知识，以及如何避免输出给客户的认证知识。

同时在完成这两个部分的总结后，最重要的工作是把这些总结的内容输出到特定的质量工具当中，形成知识学习的闭环，包括DFMEA/DRBFM，Checklist，Design Guideline等。在经验学习报告当中，有专门的一栏用于填写相关的信息。撰写经验学习报告的人员需要勾选其中任意一种质量工具，并且输入更新时间和更新文档的编号。此后查阅经验学习报告的人员可以直接追溯到这些文档当中，而查阅相关文档的人员也可以根据文档中提及经验学习的编号，快速的检索到经验学习的内容，了解问题的细节。

在经验学习报告的最后，还要求对这个问题在进行横向的对比和检查，即举一反三的工作，目的是在整个团队内分享问题的解决过程和思路，避免同样的问题在团队内再次发生。

4小结

多种质量工具的集成化应用的质量策略思想，通过多个车型设计开发项目的实践，逐步形成、建立并完善。在经过一段时间的经验积累后，在某一新车型的开发过程中，全面推进该质量策略的实施，不仅成功的保证了该项目按节点顺利推进，同时也完成了多项突破创新，设计开发质量得到了较大的提升，最终将为企业带来可观的经济效益。

通过多种质量工具的集成化应用的质量策略的项目实践，将这种质量理念贯彻到了设计开发的各个环节，整个设计开发团队的成本意识、质量意识和质量控制手段都得到了显著的提高，高质量的理念已经深入人心。通过以上这些经验积累，必将为后续能够成功开发出更多高质量的汽车奠定坚实的基础。

参考文献

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（一）项目前期策划过程的系统性

1.工程项目构思产生和选择任何工程项目都起源于项目的构思。而构思产生于解决上层系统（如国家、地方、企业、部门）问题的期望，或为了满足上层系统需要，成为实现上层系统的战略目标和计划等。这种构思可能很多，人们可以通过许多途径和方法（即项目或非项目手段）达到目的，那么必须在它们中间作选择，并经权力部门批准，以作进一步研究。

2.项目的目标设计和项目定义这一阶段主要通过进一步研究上层系统情况和存在的问题提出项目的目标因素，进而构成项目目标系统，通过对目标的局面说明形成项目定义。这个阶段包括如下工作：

（1）情况的分析和问题的研究（2）项目的目标设计（3）项目的定义（4）项目的审查

3.可行性研究

即提出实施方案，并对实施方案进行全面的技术经济论证，看能否实现目标。它的结果作为项目决策的依据。

（二）项目前期策划过程的科学性

1.工程项目构思产生基于对客观环境的评估与预测，并非来源于某些部门、企业及个人的感性思维。

2.工程项目的目标设计必须经过详细的推敲。因为方向性错误将会导致整个项目的失败，而且这种失败常常是无法弥补的。

3.可行性研究必须建立在大量的技术数据分析与技术经济论证的基础上，为工程项目作决策，其中包括项目发展阶段性的技术分析评估提供了可靠的保证。

二、项目前期策划的重要作用

项目的前期策划工作主要是产生项目的构思，确立目标，并对目标进行论证，为项目的批准提供依据。它是项目的关键。它不仅对项目的整个生命期，对项目实施和管理起着决定性作用，而且对项目的整个上层系统都有极其重要的影响：

1.项目的构思和项目的目标是确立项目方向问题当然人们常常从投资影响的角度来解释这张图，即前期工作对投资的影响最大。

工程项目是由目标决定任务，由任务决定技术方案和实施方案或措施，再由方案产生工程活动，进而形成一个完整的项目系统和项目管理系统。所以项目目标规定着项目和项目管理的各个阶段和各个方面，形成一条贯穿始终的主线。如果目标设计出错，常常会产生如下后果：

（1）工程建成后无法正常的运行，达不到使用效果；

（2）虽然可以正常运行，但其产品或服务没有市场，不能为社会接受；

（3）运营费用高，没有效益，没有竞争力；

（4）项目目标在工程建设过程中不断变动造成投资、超工期等等。

2.影响全局。项目的建设必须符合上层系统的需要，解决上层系统存在的问题。如果上马一个项目，其结果不能解决上层系统的问题，或不能为上层系统所接受，常常会成为上层系统的包袱，给上层系统带来历史性的影响。常常由于一个工程项目的失败导致经济损失，导致企业的衰败，导致社会环境的破坏。

例如，一个企业决定开发一个新产品，投入一笔资金（其来源是企业以前许多年的利润积和借贷）。结果这个项目的失败的（如产品开发不成功，或市场上已有其他新产品替代，本产品没有市场），没有产生效益，则不仅企业多年的辛劳（包括前期积蓄，项目期间人力、物力、精力、资金投入）白费，而且企业背上一个学生的包袱，必须在以后许多年中偿还贷款，厂房、生产设备、土地虽都有帐面价值，但不产生任何效益，这个企业也许会一蹶不振。

三、项目前期策划应注意的问题

1.在整个过程中必须不断的进行环境调查，并对环境发展趋向进行合理的预测。环境是确定项目目标，进行项目定义，分析可行性的最重要影响因素，是进行正确决策的基础。

2.在整个过程中有一个多重反馈的过程，要不断地进行调整、修改、优化，甚至放弃原定的构思、目标或方案。

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一、立足概念，在认真查看定义与性质中挖掘隐藏条件

在小学数学的解题中，涉及到多种公式和概念，如果能灵活应用这些公式和概念，避免思维的固化，往往能从数学概念的相关定义、性质中挖掘出解题所需要的隐含条件.因此在解题教学中，教师应以数学概念为根本出发点，通过公式变形或扩展凸显解题中所必须的解题条件，让学生摆脱固定的思路，开拓学生的思路，从而有效解决数学问题.

例1一个梯形的面积是40平方厘米，它的上底和高分别是3厘米和5厘米，求它的下底是多少厘米.

解梯形的下底=梯形的面积×2÷高-上底

=40×2÷5-3=13（厘米）.

对于这种题目，如果将题目改成：一块梯形的麦田，上底是36米，下面是54米，高是40米，求这块麦田的面积.学生很容易根据梯形的面积公式求出麦田的面积，S=（上底+下底）×高÷2，即麦田的面积=（36+54）×40÷2=1800平方米.但如果换一种问法，如已知上底和下底，求它的高，或者是如题目中这样的问法，那么就会难倒不少学生.因此，教师可以在学生熟练掌握计算梯形面积的基础上，逆向运用公式，培养学生的逆向思维技能，即让学生根据梯形的面积公式转换出“梯形的下底=梯形的面积×2÷高-上底”的公式，求出下底.同样的方法，学生也就不难求出梯形的上底或高的公式.

可见，数学知识具有明显的复杂性、融合性，利用已知条件，结合数学定义与性质，挖掘其隐含的深层次的条件，可以理清问题的结构和形式，能够较好解决数学问题.

二、仔细观察，在实物演示操作中挖掘隐含条件

教学实践告诉我们，小学生在解决实际问题的过程中往往难以理解和解决一些较为抽象的问题.为此，我们可以借助利用学生思维的直观教具，如实物、模型、图片或多媒体等辅助教学手段进行实物演示，在课堂上引导学生自己动手做一做、试一试，变抽象为具体，往往能让学生的解题思路豁然开朗，找出解题的关键所在，揭示出解题的思路.这在解决某些特定对象的题目时往往会有较好的解题效果.

例2一列火车长700米，以每小时24千米的速度通过一座长900米的大桥，需要几分钟？

解路程（700+900）÷速度（24000÷60）=4（分钟）.

对于这道题目，有些学生就会觉得“火车长700米”是个多余的干扰信息，直接将大桥的长度900米除以火车每小时的速度（24000÷60）.的确，在解答普通的行程问题中，一般是不需要考虑汽车、自行车等物体的车身长度的.但是在此题目中，通过大桥的物体是火车，一列火车有700米长，火车要完全通过大桥，不能忽略不计火车车身的长度.为此，教师可以实物演示操作的方法引导学生将铅笔当作火车，将文具盒视作大桥，自己动手演示操作一下，火车要完全通过大桥，也就是从笔尖靠紧文具盒的一端，直到笔尾完全离开文具盒，所行的路等于桥长与车长的和，即s=桥长+车长=1600米.

上述案例表明，以实物演示操作的方法能使问题直观显现，在动手探究中寻找最佳解题方法，省去大量的理论分析过程.因此在教学中，教师应引导学生通过直观教具发现解题线索，不仅有利于学生动中学、学中做，也能帮助学生深挖隐藏在题目中的各种解题条件，使复杂的问题简单化，从而得到更为简捷的解题方法.

三、仔细剖析，在类比分析中挖掘隐含条件

开普勒说过：类比能揭示自然界的秘密，在数学中是最不可忽视的.在解题中合理应用类比分析，可以引导学生善于思考，通过比较，分析两类及以上对象之间的异同，正确区分概念、方法、公式和定理的不同，尤其是当数学公式进行了扩展、变形，运用类比思想，可以运用所学知识，通过比较分析已知条件，寻找其相同之处，找出其隐含条件.

例3客车从甲地开往乙地要10小时，货车从乙地开往甲地要15小时，如果两车分别从甲、乙两地同时开出，几小时可以相遇？

解1÷（115+110）=6（小时）.

一看到题目，就有学生表示无从下手，因为在“行程问题”中，要知道路程和速度，本题目中恰恰隐藏了路程这个关键信息.为此，教师可以先引导学生联想在小学数学解题中的“工程问题”，“工程问题”中同样有三个数量关系，即工作效率×工作时间=工作总量这样的关系.而“行程问题”中的三个量也有类似的关系：速度×时间=路程.因此，工程问题的解法可以类推到行程问题中去.这道题目中，既不知两站之间的距离，也不知客车的速度，因此，教师可以引导学生换一个角度，采用与之前所学过的工程问题的解题思路.在“工程问题”中，工作总量可以看作单位“1”，工作效率可以看作是“1/x”.套用在这一题“行程问题”中，同样可以把总路程看作单位“1”，客车速度看作是1/10，货车速度看作是1/15，即可类推出本题的解法：1÷（115+110）.

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关键词：高路堑；强度折减法；弧长控制法；有限元法

1、引言

路堑边坡根据各具体边坡岩土的工程性质和边坡工程设计经验综合考虑确定，建议分层开挖并采用台阶式或支护后再进行开挖。边坡开挖时，组成边坡的岩土在卸荷、应力释放、尤其是在降雨期等因素的影响下，其抗剪强度会降低，开挖后放置时间过长，全风化、强风化层易软化，因此建议设计时注意采取“防、排、截”的综合措施进行地表水、地下水的防治措施。施工时建议从上至下分层开挖，及时实施分层防护。

2、路堑边坡稳定性分析方法

本分析采用二维有限元数值分析手段，使用的程序是由荷兰的Delft Technical University研制的岩土工程有限元软件PLAXIS。PLAXIS研制开始于1987年，由荷兰的公共事业与水资源管理部委托Delft Technical University，初始目的是为了进行建立在软土上的河堤分析。此后，PLAXIS一直不断发展，直到今天，已经成为一种功能强大的专门针对岩土工程中变形与稳定计算的有限元分析软件。PLAXIS程序能够计算两类工程问题，即平面应变问题和轴对称问题。由于PLAXIS的不断完善，其强大的功能可以模拟复杂的工程地质条件，能够进行各种岩土边坡变形和稳定分析，适用范围相当广泛。

3、强度折减法

在边坡稳定性计算中，PLAXIS程序采用了强度参数降低法。通常在结构工程中，安全系数定义为极限荷载与工作荷载之比值。但在岩土工程中，这一定义并不是很有效，土工结构的安全系数一般定义为结构所具有的承载力与承受荷载所需要的承载力之比，即：

(8-1)

式中：Smax－最大的剪应力；

Sneeded－维持整体平衡所需的最小剪应力。

当采用莫尔一库仑模型时安全系数Fs可如下定义：

(8-2)

式中c和为计算前输入程序的土体强度参数，cr和r为降低后的强度参数值，是维持整体稳定平衡的最小值。上面这个公式就是PLAXIS程序用来计算安全系数的基础。在该方法中，外部荷载保持不变，土的强度参数(粘聚力和切线摩擦角)成比例逐渐减小，使土体结构达极限状态，土所具有的强度参数值与相应极限状态的强度参数值之比，就是所求的安全系数。极限状态时∑Msf的值就是安全系数，其前提条件是破坏时所得到的强度参数降低系数∑Msf趋于一个常数。反映在位移与安全系数关系曲线上就是曲线基本水平。这是由于随着强度参数的减小，土体结构的相应位移就会增大。土体趋于破坏状态时，在强度参数不变的情况下变形会持续发展，相应位移继续增大，而安全系数却不会再增大，因此曲线最终成水平状。结构破坏时增量位移分布最密处即为最危险滑弧位置。这显然区别于传统的方法，得出的是一个结构整体稳定意义上的广义安全系数值，最危险滑弧也并不限于圆弧，比较真实的反映了土体结构的破坏方式。

(8-3)

4、弧长控制法

为了跟踪强度参数降低时土的结构变化，PLAXIS程序采用了弧长控制法，以便得到可靠的极限状态及相应的强度参数值cr、r，。弧长控制法是计算结构破坏荷载及跟踪结构变形曲线软化的一种方法。其基本原理是在迭代过程中调整荷载增量的大小，以得到收敛的解。荷载调整原则是使位移向量增量的内积在迭代过程中保持为常量。对于荷载控制的计算，弧长控制法是PLAXIS程序缺省的方法。如果不采用弧长控制法，从其迭代过程可以看出并不收敛。当采用弧长控制法时，其迭代过程如下图所示。

5、有限元法的基本思路及解题步骤

所谓有限元法，就是用有限个单元体所构成的离散化结构，代替原来的连续体结构，来分析应力、变形。这些单元体只在节点处有力的联系。有限元法的基本出发点是将一个连续结构离散成有限个单元体，这些单元体在节点处相互铰接，把荷载简化到节点上，计算在外荷载作用下各节点的位移，进而计算各单元的应力和应变。最终用离散体的解答近似地替代连续体的解答。实际上这就是用一系列的线性问题的解来逐步逼近非线性问题的解。非线性问题的解可以理解为一系列的线性问题的解进行迭代的结果。

有限元法的解题步骤是：

① 用虚拟的直线把原介质分割成有限个单元(体)，这些直线是单元的边界，几条直线的交点称为单元的节点；

② 假定各单元在节点处互相铰接，节点位移是基本的未知量；

③ 选择一个函数，用单元的几个节点的位移唯一的表示单元内部任一点的位移，此函数称西安工业大学硕士学位论文为位移函数；

④ 通过位移函数，用节点位移唯一地表示单元内任一点的应变。再利用广义虎克定律(针对弹性本构关系)，用节点位移可唯一地表示单元内任一点的应力；

⑤ 利用能量原理，找到与单元内部应力状态等效的节点力?再利用单元应力与节点位移的关系，建立等效节点力与节点位移的关系。这是有限单元法求解应力问题的最重要的一步；