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方案優(yōu)化步驟范文第1篇

【關(guān)鍵詞】VoLTE IP多媒體子系統(tǒng) GSM 國際漫出

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2016.14.003 中圖分類號：TN919.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1010（2016）14-0013-06

引用格式：馬金蘭，楊征，林俐. VoLTE用戶通過GSM網(wǎng)絡(luò)國際漫出方案研究[J]. 移動通信， 2016，40（14）： 13-18.

Research on VoLTE Roaming Solutions via GSM

MA Jin-lan1， YANG Zheng2， LIN Li3

（1.Guangdong Research Institute of China Telecom Co.， Ltd.， Guangzhou 510630， China；

2. China Telecom Co.， Ltd.， Technology Management Department， Beijing 100033， China；

3. China Telecom Co.， Ltd.， Guangdong Branch， Guangzhou 510081， China）

[Abstract] To solve the roaming problem of VoLTE terminals via GSM， roaming solutions for VoLTE terminals of CDMA operators via GSM network was researched， and the technical realization procedures as well as the specific signaling procedures were analyzed.

[Key words]VoLTE IP multimedia subsystem GSM roaming

1 引言

為了擺脫CDMA產(chǎn)業(yè)鏈的束縛，CDMA網(wǎng)絡(luò)運營商傾向于選擇不含CDMA模式的VoLTE終端，采用跟GSM網(wǎng)絡(luò)運營商相同的VoLTE終端。VoLTE用戶國際漫出至無VoLTE網(wǎng)絡(luò)國家時，將通過VoLTE終端包含的GSM模式，由GSM網(wǎng)絡(luò)提供國際漫出服務(wù)。因此，很有必要對VoLTE用戶通過GSM網(wǎng)絡(luò)國際漫出方案進(jìn)行研究，尤其是要研究CDMA運營商VoLTE用戶如何通過GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行國際漫出的技術(shù)實現(xiàn)方案與具體的信令流程。

2 CDMA用戶GSM國際漫出現(xiàn)狀

當(dāng)CDMA用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)時，GC網(wǎng)關(guān)作為GSM HLR（Home Location Register，歸屬位置寄存器）/AUC，GSM SMSC以及CDMA MSC/VLR功能實體，對注冊鑒權(quán)、語音、短信等CDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)之間的信令進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)CDMA用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)使用語音和短信業(yè)務(wù)。

圖1是CDMA用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的被叫業(yè)務(wù)流程，GC網(wǎng)關(guān)作為GSM HLR/AUC和CDMA MSC/VLR功能實體，對CDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)被叫業(yè)務(wù)信令流程進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

圖1 CDMA用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的被叫業(yè)務(wù)

具體流程說明如下：

（1）CDMA用戶漫游至GSM網(wǎng)絡(luò)，CDMA用戶呼叫該用戶，主叫所在CDMA MSC/VLR向該用戶歸屬CDMA HLR發(fā)送被叫用戶的路由請求消息LOCREQ。

（2）CDMA HLR發(fā)現(xiàn)被叫CDMA用戶此時在GC網(wǎng)關(guān)中登記，向GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送ROUTREQ消息，請求被叫用戶的漫游號碼。

（3）GC網(wǎng)關(guān)根據(jù)被叫用戶MIN所對應(yīng)的IMSI，查找該用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的位置信息，向用戶所登記的GSM MSC/VLR發(fā)送被叫用戶的路由請求消息PROVIDE_ROAMING_NO。

（4）GSM MSC/VLR分配用戶漫游號碼MSRN，在PROVIDE_ROAMING_NO響應(yīng)消息中返回給GC網(wǎng)關(guān)。

（5）GC網(wǎng)關(guān)向CDMA HLR返回響應(yīng)消息routreq（TLDN）。

（6）CDMA HLR收到響應(yīng)消息routreq（TLDN）后，向主叫用戶所拜訪的CDMA MSC/VLR發(fā)送響應(yīng)消息locreq（TLDN）。

（7）CDMA MSC/VLR收到locreq（TLDN）消息后，根據(jù)TLDN號碼，建立到GSM MSC/VLR的話音通路。

圖2是CDMA用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的短信終發(fā)業(yè)務(wù)流程，GC網(wǎng)關(guān)作為GSM SMSC、CDMA MSC/VLR功能實體，對CDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)短信終發(fā)業(yè)務(wù)流程相關(guān)信令消息進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

圖2 CDMA用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的短信終發(fā)業(yè)務(wù)

具體流程說明如下：

（1）CDMA MC收到投遞給該用戶的短消息，向用戶歸屬的CDMA HLR發(fā)送用戶的路由信息請求消息SMSREQ。

（2）CDMA HLR返回響應(yīng)消息smsreq。

（3）CDMA MC向GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送SMDPP消息。

（4）GC網(wǎng)關(guān)將SMDPP消息轉(zhuǎn)換成ForwardShort-MessageReq消息，并將短消息內(nèi)容的編碼格式由CDMA MAP轉(zhuǎn)換成GSM MAP，發(fā)送給用戶拜訪地的GSM MSC/VLR。

（5）GSM MSC/VLR向GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送響應(yīng)消息ForwardShortMessageAck，指示短消息投遞成功。

（6）GC網(wǎng)關(guān)向CDMA MC發(fā)送響應(yīng)消息smdpp，指示短消息投遞成功。

3 VoLTE用戶GSM國際漫出實現(xiàn)方案

3.1 總體技術(shù)實現(xiàn)

當(dāng)VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)時，VoLTE終端將通過GSM模塊接入GSM網(wǎng)絡(luò)，利用現(xiàn)有GC網(wǎng)關(guān)的GSM HLR/AUC、GSM SMSC以及CDMA MSC/VLR功能實體，通過GC網(wǎng)關(guān)接入CDMA網(wǎng)絡(luò)。VoLTE用戶需在CDMA網(wǎng)絡(luò)HLR放號，VoLTE用戶在CDMA網(wǎng)絡(luò)注冊鑒權(quán)，注冊鑒權(quán)流程同CDMA用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)。用戶短信業(yè)務(wù)由CDMA網(wǎng)絡(luò)短信中心提供，VoLTE用戶終發(fā)短信將被發(fā)送至用戶歸屬短信中心，由短信中心通過CDMA網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至GC網(wǎng)關(guān)，GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送至用戶。因此，該業(yè)務(wù)流程與CDMA用戶國際漫出業(yè)務(wù)流程并無差異，具體業(yè)務(wù)流程參見圖2。VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)作為主叫，由漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)完成接續(xù)。VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)作為被叫，呼叫將會由CDMA網(wǎng)絡(luò)錨定至VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)，VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)需啟動域選擇功能，將呼叫路由至MGCF，由MGCF通過GC網(wǎng)關(guān)獲取用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的漫游號碼，MGCF根據(jù)漫游號碼將呼叫送至漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)接續(xù)被叫用戶。

3.2 國際漫出語音終呼業(yè)務(wù)流程

為了簡化業(yè)務(wù)流程，減少對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求，SCC AS功能可由MMTEL AS實現(xiàn)，由MMTEL AS實現(xiàn)簡單的域選擇功能。采用簡單域選擇功能后，VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)的被叫業(yè)務(wù)流程如圖3所示：

圖3 VoLTE用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的被叫業(yè)務(wù)

具體流程說明如下：

（1）步驟1～4：I-CSCF接收到呼叫請求，查詢HSS，獲取到用戶能力集，根據(jù)能力集將呼叫請求發(fā)送至S-CSCF。

（2）步驟5：S-CSCF根據(jù)iFC觸發(fā)完其他業(yè)務(wù)AS后觸發(fā)MMTEL AS。

（3）步驟6：MMTEL AS判斷用戶未注冊，或者用戶注冊但是在一定時間內(nèi)用戶不可及，將在被叫號碼前增加前綴，將呼叫送回至S-CSCF。

（4）步驟7：S-CSCF根據(jù)前綴將呼叫送至MGCF。

（5）步驟8：MGCF根據(jù)被叫字冠中的特定接入碼觸發(fā)至HLR的位置查詢，刪除特定接入碼后獲得被叫號碼，向HLR發(fā)送LOCREQ查詢位置信息。

（6）步驟9：HLR根據(jù)用戶注冊信息向GC網(wǎng)關(guān)發(fā)送ROUTREQ查詢漫游碼。

（7）步驟10～13：GC網(wǎng)關(guān)向GSM網(wǎng)絡(luò)MSC/VLR獲取用戶漫游號碼，并通過locreq返回至MGCF。

（8）步驟14：MGCF根據(jù)用戶漫游號碼，經(jīng)過國際網(wǎng)關(guān)局將呼叫送至GSM網(wǎng)絡(luò)MSC接續(xù)被叫用戶。

4 VoLTE用戶GSM國際漫出優(yōu)化方案

4.1 總體思路

上述技術(shù)實現(xiàn)方案，VoLTE終端采用GSM網(wǎng)絡(luò)國際漫游時，需要在CDMA HLR放號，語音呼叫需要GMSC（Gateway Mobile Switching Center，網(wǎng)關(guān)移動交換中心）進(jìn)行路由，短信業(yè)務(wù)需經(jīng)CDMA信令網(wǎng)，導(dǎo)致國際漫游對CDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的依賴，不利于實現(xiàn)擺脫CDMA網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略目標(biāo)。同時，需要在VoLTE網(wǎng)絡(luò)部署域選擇服務(wù)器或者在MMTEL AS中實現(xiàn)域選擇功能，實現(xiàn)VoLTE終端通過GSM進(jìn)行國際漫游時的被叫路由，業(yè)務(wù)流程復(fù)雜且浪費投資。因此，很有必要對現(xiàn)有GC網(wǎng)關(guān)國際漫出方案進(jìn)行優(yōu)化。

對現(xiàn)有GC網(wǎng)關(guān)國際漫出方案的優(yōu)化總體思路是：在GC網(wǎng)關(guān)中增加VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)SIP功能，由GC網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)GSM與VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)注冊鑒權(quán)、短信、語音業(yè)務(wù)信令協(xié)議轉(zhuǎn)換，注冊鑒權(quán)、短信、語音業(yè)務(wù)流程不再經(jīng)CDMA網(wǎng)絡(luò)，由VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)提供注冊鑒權(quán)、短信、語音業(yè)務(wù)。

4.2 國際漫出注冊鑒權(quán)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程

當(dāng)VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)起鑒權(quán)注冊時，由GC網(wǎng)關(guān)VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)SIP發(fā)起在VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)注冊，VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)將該用戶作為VoLTE用戶提供注冊管理與語音、短信業(yè)務(wù)。圖4為VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化注冊流程，當(dāng)用戶進(jìn)行重注冊或者注銷時，GC網(wǎng)關(guān)VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)SIP同樣要發(fā)起在VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)的重注冊、注銷，業(yè)務(wù)流程類似注冊流程，本文不再描述。

圖4 VoLTE用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化注冊流程

具體流程說明如下：

（1）步驟1：GC網(wǎng)關(guān)接收到GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的鑒權(quán)請求SEND_AUTHENTICATION_INFO，完成GSM網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)請求。

（2）步驟2：通過SIP模塊向IMS網(wǎng)絡(luò)I-CSCF發(fā)送注冊請求消息Register。

（3）步驟3：I-CSCF根據(jù)現(xiàn)有機(jī)制獲取用戶服務(wù)S-CSCF，并將注冊情況發(fā)送至該S-CSCF。

（4）步驟4：S-CSCF按現(xiàn)有機(jī)制向I-CSCF發(fā)送401響應(yīng)，要求攜帶鑒權(quán)信息。

（5）步驟5：I-CSCF將該響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)至GC網(wǎng)關(guān)。

（6）步驟6：GC網(wǎng)關(guān)重新發(fā)起Register，攜帶用戶鑒權(quán)消息。

（7）步驟7：I-CSCF將該Register消息轉(zhuǎn)發(fā)至S-CSCF。

（8）步驟8：S-CSCF完成用戶鑒權(quán)與注冊登記，向I-CSCF發(fā)送200 OK響應(yīng)，S-CSCF發(fā)起到MMTEL AS以及融合短信中心的第三方注冊。

（9）步驟9：I-CSCF將該響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)至GC網(wǎng)關(guān)。

（10）步驟10：GC網(wǎng)關(guān)接收到IMS網(wǎng)絡(luò)成功注冊登記響應(yīng)后，向GSM網(wǎng)絡(luò)的MSC/VLR 21返回鑒權(quán)請求成功響應(yīng)SEND_AUTHENTICATION_INFO_Ack。

（11）步驟11：GC網(wǎng)關(guān)接收到GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的更新位置請求UPDATE_LOCATION。

（12）步驟12：GC網(wǎng)關(guān)向GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送插入用戶數(shù)據(jù)請求INSERT_SUB_DATA。

（13）步驟13：GSM網(wǎng)絡(luò)返回響應(yīng)INSERT_SUB_DATA_Ack。

（14）步驟14：GC網(wǎng)關(guān)向GSM網(wǎng)絡(luò)返回更新位置請求響應(yīng)UPDATE_LOCATION_Ack，GC網(wǎng)關(guān)生成用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)與IMS網(wǎng)絡(luò)相關(guān)動態(tài)信息的映射表，包含用戶IMSI、MDN、GSM位置信息、用戶服務(wù)S-CSCF IP地址。

4.3 國際漫出語音終呼優(yōu)化業(yè)務(wù)流程

當(dāng)VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)起主叫業(yè)務(wù)，仍然由漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)完成接續(xù)，無需經(jīng)過VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)。VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)作為被叫，呼叫將會由CDMA網(wǎng)絡(luò)錨定至VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)，由于該用戶已經(jīng)在VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)注冊，因此，VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)將按VoLTE用戶正常接續(xù)，無需啟動域選擇功能。將呼叫路由至GC網(wǎng)關(guān)，GC網(wǎng)關(guān)獲取到用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的漫游號碼，根據(jù)漫游號碼將呼叫送至漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)接續(xù)被叫用戶，并且INVITE消息的Record-Route頭域不包含本節(jié)點，后續(xù)業(yè)務(wù)信令不再經(jīng)過GC網(wǎng)關(guān)。具體業(yè)務(wù)流程如圖5所示：

圖5 VoLTE用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化被叫流程

具體流程說明如下：

（1）步驟1：GC網(wǎng)關(guān)接收到S-CSCF發(fā)送的被叫請求INVITE，根據(jù)MDN在映射表中查詢用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的位置。

（2）步驟2：向用戶注冊登記的GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送獲取漫游號碼請求消息PROVIDE_ROAMING_NO。

（3）步驟3：GSM網(wǎng)絡(luò)返回響應(yīng)PROVIDE_ROAMING_NO_Ack，攜帶GSM網(wǎng)絡(luò)漫游號碼（MSRN，Mobile Station Roaming Number）。

（4）步驟4：GC網(wǎng)關(guān)獲取到GSM漫游號碼（MSRN）后，SIP模塊根據(jù)漫游號將呼叫路由至MGCF，將INVITE消息發(fā)送至MGCF。

（5）步驟5：MGCF根據(jù)漫游號碼將呼叫路由至GSM網(wǎng)絡(luò)，GSM網(wǎng)絡(luò)按現(xiàn)有機(jī)制將呼叫路由至被叫用戶。GC網(wǎng)關(guān)收到被叫成功接續(xù)或者失敗的響應(yīng)，直接轉(zhuǎn)發(fā)至S-CSCF。

4.4 國際漫出短信終發(fā)優(yōu)化業(yè)務(wù)流程

VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)的短信始發(fā)業(yè)務(wù)仍然由漫游地GSM網(wǎng)絡(luò)提供，無需經(jīng)過VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)。VoLTE用戶漫游到GSM網(wǎng)絡(luò)的短信終發(fā)業(yè)務(wù)，短信將會被送至用戶歸屬短信中心。由于該用戶已經(jīng)通過VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)在短信中心進(jìn)行了第三方注冊，因此，短信中心將通過VoLTE IMS網(wǎng)絡(luò)按VoLTE用戶正常進(jìn)行短信終發(fā)，將短信發(fā)送至GC網(wǎng)關(guān)，由GC網(wǎng)關(guān)通過GSM網(wǎng)絡(luò)下發(fā)至用戶。具體業(yè)務(wù)流程如圖6所示：

圖6 VoLTE用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化短信終發(fā)流程

具體流程說明如下：

（1）步驟1：VoLTE終端通過GSM國際漫出，融合短信中心eSMSC需要向VoLTE終端發(fā)送短信，融合短信中心eSMSC向S-CSCF發(fā)送短消息請求MESSAGE（RP-DATA），Message Type為RP-DATA（Network to MS）。

（2）步驟2：S-CSCF將短消息請求MESSAGE （RP-DATA）轉(zhuǎn)發(fā)至GC網(wǎng)關(guān)。

（3）步驟3：GC網(wǎng)關(guān)接收到MESSAGE（RP-DATA），根據(jù)用戶MDN在映射表中查詢用戶在GSM網(wǎng)絡(luò)的位置信息，向GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信發(fā)送請求ForwardShortMessageReq。

（4）步驟4：GSM網(wǎng)絡(luò)按現(xiàn)有機(jī)制進(jìn)行短信下發(fā)，完成后向GC網(wǎng)關(guān)返回短信發(fā)送成功響應(yīng)ForwardShortMessageAck。

（5）步驟5：GC網(wǎng)關(guān)接收GSM網(wǎng)絡(luò)短信成功發(fā)送響應(yīng)ForwardShortMessageAck。

（6）GC網(wǎng)關(guān)向S-CSCF返回200 OK。

（7）步驟6：S-CSCF向融合短信中心eSMSC返回200 OK。

（8）步驟7：GC網(wǎng)關(guān)向S-CSCF發(fā)送MESSAGE（RP-ACK）。

（9）步驟8：S-CSCF將MESSAGE（RP-ACK）轉(zhuǎn)發(fā)至eSMSC。

（10）步驟9：eSMSC接收到MESSAGE（RP-ACK）返回202 Accepted。

（11）步驟10：S-CSCF將202 Accepted轉(zhuǎn)發(fā)至GC網(wǎng)關(guān)。

5 結(jié)束語

本文在對CDMA用戶GSM國際漫出現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，對采用GC網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)CDMA網(wǎng)絡(luò)運營商VoLTE用戶GSM國際漫出方案進(jìn)行研究，提出了VoLTE用戶GSM國際漫游實現(xiàn)方案及其優(yōu)化方案，特別是分析并提出了具體的業(yè)務(wù)信令流程，解決了VoLTE用戶通過GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行國際漫出的需求，具有很強(qiáng)的可操作性。

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方案優(yōu)化步驟范文第2篇

【關(guān)鍵詞】超超臨界；汽輪機(jī)；安裝步驟；地腳螺栓

江蘇某發(fā)電廠一期工程4×660MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，采用的是超超臨界、單軸、三缸四排汽，一次中間再熱凝汽式汽輪機(jī)。型號：CCLN660-25/600/600。高中壓部分采用與日本三菱公司合作制造機(jī)組的成熟設(shè)計，低壓部分采用哈汽自主設(shè)計的600MW等級汽輪機(jī)設(shè)計結(jié)構(gòu)。

1、正常安裝步驟

對于該類型汽輪機(jī)正常安裝的基本步驟如圖1所示：

圖1

從流程圖中可以看出要進(jìn)行到A步驟條件是，高壓轉(zhuǎn)子、Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子、Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子都要放入到軸承上初找中心，待到中心調(diào)整合格后，高壓缸、Ⅰ低壓缸、Ⅱ低壓缸方可進(jìn)行內(nèi)部的調(diào)整工作。

2、優(yōu)化后的施工方案

該工程#1機(jī)組設(shè)備供貨的實際情況：汽輪機(jī)設(shè)備除了三根汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以外，其他設(shè)備均較早的到達(dá)現(xiàn)場，而轉(zhuǎn)子的供貨順序：Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子到貨后，間隔4個月后高中壓轉(zhuǎn)子，再間隔1個月后Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨。根據(jù)轉(zhuǎn)子到貨的情況，如果仍然采用這種安裝方案，勢必會造成一方面只有等到Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨后，才能進(jìn)行的A步驟，造成嚴(yán)重的窩工現(xiàn)象；另一方面等到Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨，在A步驟完成后，同時分三個組進(jìn)行缸內(nèi)部部套的安裝，必然會帶來勞動力資源的緊張，在行車使用上也會存在嚴(yán)重沖突?？紤]到這些困難，并結(jié)合設(shè)備特點，決定對安裝步驟進(jìn)行調(diào)整。如圖2所示：

圖2

3、優(yōu)化方案的條件

通過優(yōu)化的安裝方案不難看出，我們是把三個汽缸分別看做三個模塊，模塊之間的聯(lián)系就是對輪中心，所以當(dāng)Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子先到貨的情況下，可以直接進(jìn)行Ⅰ低壓缸內(nèi)部部套的調(diào)整安裝工作；之后高中壓轉(zhuǎn)子到貨，進(jìn)行高中壓缸內(nèi)部的調(diào)整安裝工作；Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子最后到，接著進(jìn)行Ⅱ低壓缸內(nèi)部調(diào)整工作。將圖1中的A-B步驟減少至圖2中C-D步驟。

但是在理論上我們可以將三個汽缸分別看做三個模塊；但嚴(yán)格意義上都不能稱之為模塊，因為這三個缸整體可調(diào)性非常差，如果對輪中心相差很大，就會造成由于調(diào)整量過大，導(dǎo)致最終汽缸無法調(diào)整到位。所以必須在無真轉(zhuǎn)子的情況下，盡最大可能控制對輪中心的偏差。我們的做法是：（1）首先將拉鋼絲，確保高中壓缸、Ⅰ低壓外缸、Ⅱ低壓外缸在左右方向上同心。（2）由于拉鋼絲本身精度較低，左右誤差在0.05mm左右；而且鋼絲在長跨距的情況下，鋼絲垂弧對精度的影響更大。為提高精度，我們采用激光準(zhǔn)直儀再次精調(diào)，由于激光準(zhǔn)直儀的分度值為0.01mm，而且激光沒有垂弧，這樣就大幅度的提高了對中的準(zhǔn)確性。在內(nèi)部部套的對中過程中，也采用激光準(zhǔn)直儀，從而保證內(nèi)部部套找中的精度。（3）為了驗證內(nèi)部找中的準(zhǔn)確性了，我們又使用假軸對汽缸內(nèi)部部套同心度進(jìn)行復(fù)測。

采取以上措施，目的就是為了盡量減小對輪中心的調(diào)整量。

在Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子到貨后，根據(jù)理論計算揚度，調(diào)整Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子揚度，落真轉(zhuǎn)子進(jìn)行各內(nèi)部部套找中工作，進(jìn)行軸向、徑向通流間隙調(diào)整，后面工作做到除了連接凝汽器及抽汽管道外，Ⅰ低壓缸具備扣蓋條件。

在高中壓轉(zhuǎn)子到貨后，以Ⅰ低壓轉(zhuǎn)子為基準(zhǔn)，調(diào)整高中壓轉(zhuǎn)子，并依次調(diào)整高中外缸、內(nèi)部部套，高中壓缸的工作向后一直做到除了與抽汽管道連接外，高中壓缸具備扣蓋條件。

在Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨后，立即根據(jù)軸系找中圖的要求，調(diào)整Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子揚度；之后一方面，低低對輪初找中心，并整體調(diào)整Ⅰ低壓缸（高低通過墊鐵，左右通過千斤頂調(diào)整），是中心符合要求，并通過同樣的方式調(diào)整高中壓缸。另一方面，Ⅱ低壓缸在落真轉(zhuǎn)子進(jìn)行各內(nèi)部部套找中工作，進(jìn)行軸向、徑向通流間隙調(diào)整。

4、優(yōu)化方案的優(yōu)點

從實際安裝中的效果來看，采用優(yōu)化方案可以帶來好處有兩點：（1）汽輪機(jī)設(shè)備安裝過程，設(shè)備缺陷在所難免。而在這些缺陷當(dāng)中，有的是可以在現(xiàn)場通過手工處理，有的需要外送加工甚至返廠。如需返廠加工，設(shè)備缺陷處理起來周期較長。從實際情況來看，高中壓缸部分的設(shè)備缺陷比較多，往返制造廠路途至少需要超過1周的時間，而這些缺陷都可以在Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨前全部消除；由于三個缸的內(nèi)部調(diào)整工作都可以分別開展，這樣在中低、低低對輪找中完成后，三個缸僅需整體調(diào)整，汽缸內(nèi)部工作量較小，節(jié)約了工期。（2）資源的合理配置：通過方案的優(yōu)化，將人力資源，機(jī)具（行車）資源得以充分利用，節(jié)約了原方案中Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子到貨后趕工而產(chǎn)生的額外投入。

但作為非常規(guī)方法，也存在不足：低壓外缸剛性差，整體調(diào)整還是比較困難的。因此，在汽缸找正過程中要盡量精確，尤其要減少左右方向的調(diào)整量；另外，在墊鐵布置階段要留有調(diào)整的余地，防止上下方向沒有調(diào)整余量。在整體調(diào)整時，會存在不同程度的墊鐵受力不均的現(xiàn)象，尤其在兩個軸承座臺板下的墊鐵，由于位置尷尬，調(diào)整起來非常困難，必須仔細(xì)檢查，保證墊鐵與臺板密實接觸，否則會給軸系振動帶來不利影響

5、汽輪機(jī)安裝過程中出現(xiàn)的問題及解決方法

在本工程1號機(jī)組低壓缸的安裝工作未發(fā)現(xiàn)異常，但在前軸承箱就位時，發(fā)現(xiàn)若按軸系找中圖的軸承標(biāo)高定位時，地腳螺栓偏短7-8mm，導(dǎo)致螺栓無法露牙。

隨后對各地腳螺栓的標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測，結(jié)果均比圖紙要求高2-3mm，符合要求。在以往工程中，并未發(fā)現(xiàn)同類型問題。咨詢制造廠得到的答復(fù)，由于是同類型首臺機(jī)組，還未接到其它電廠有類似情況的反饋。通過對比分析幾種類型機(jī)組的軸系找中圖，發(fā)現(xiàn)了問題的癥結(jié)所在。

圖3：軸系找中圖

從表1和表2中可以看出，由于該型機(jī)組是以Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子揚度為基準(zhǔn)（即Ⅱ低壓轉(zhuǎn)子軸頸揚度大小一致，方向相反），再加上中低、低低對輪中心均要求為下張口，導(dǎo)致前軸承箱需要抬高近12mm。如表3所示

從表3中可以看出，由于軸系中心的需要造成前軸承箱需要抬高；而相應(yīng)的地腳螺栓未做相應(yīng)的抬高，最終造成前軸承箱地腳螺栓偏短。

針對這種情況，我們現(xiàn)場的處理方法：由于前軸承箱螺栓的標(biāo)高已無法抬高，只能采用整體降低標(biāo)高的方法，即保證前軸承箱螺栓露牙長度的情況下，降低低壓缸標(biāo)高的辦法進(jìn)行調(diào)整。由于Ⅰ低壓缸外缸找正工作已完成，所以進(jìn)行調(diào)整的工作量較大。

方案優(yōu)化步驟范文第3篇

關(guān)鍵詞：城鄉(xiāng)電網(wǎng)；電網(wǎng)規(guī)劃；電網(wǎng)改造

中圖分類號：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0120-02

電網(wǎng)規(guī)劃成功與否關(guān)系著電網(wǎng)能否安全可靠運營，利于長遠(yuǎn)發(fā)展。電網(wǎng)規(guī)劃和改造首先要做到規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，方便運行后的維護(hù)和擴(kuò)展，其次要符合城鄉(xiāng)地區(qū)實際發(fā)展?fàn)顩r，盡量降低規(guī)劃和運營成本，節(jié)約土地資源和線路走廊資源，還要考慮地區(qū)的地形特征，優(yōu)化線路的同時有效預(yù)防各種災(zāi)害。本文通過分析電網(wǎng)規(guī)劃需要考慮的因素，從而明確規(guī)劃的指導(dǎo)原則，接著提出電網(wǎng)規(guī)劃的具體步驟，著重描述前期的準(zhǔn)備工作，最后一部分針對電網(wǎng)改造，提出一些需要注意的問題，進(jìn)而為整個電網(wǎng)規(guī)劃提供參考。

1 電網(wǎng)規(guī)劃需要考慮的因素

1.1 地區(qū)現(xiàn)狀

電網(wǎng)規(guī)劃首要是分析規(guī)劃地區(qū)的具體狀況，諸如經(jīng)濟(jì)、電力需求、地形特征、發(fā)展?fàn)顩r等，從而確定電網(wǎng)的規(guī)模大小、可靠性等級、供電站位置、線路布局以及考慮長遠(yuǎn)發(fā)展的因素，有效的現(xiàn)狀分析是規(guī)劃成功的基礎(chǔ)，能有效地減少規(guī)劃風(fēng)險和缺陷。

1.2 供電可靠性

電網(wǎng)可靠性旨在保證供電不間斷性，主要是保證主接線路的穩(wěn)定性，所以線路設(shè)計時一定要嚴(yán)格按照我國現(xiàn)行的設(shè)計技術(shù)規(guī)程和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗，很好地控制故障率，電網(wǎng)的可靠性是整個系統(tǒng)和各個設(shè)備可靠性的綜合，對于各個模塊和設(shè)備的可靠性不能忽視，減少各個環(huán)節(jié)的故障率就能有效提高整個電網(wǎng)的可靠性。

1.3 擴(kuò)展與可操作性

擴(kuò)展性主要是要降低電網(wǎng)內(nèi)部各系統(tǒng)的耦合性，一是調(diào)度上，可以視情況靈活添加和卸除某些設(shè)備和線路，實時調(diào)配線路和負(fù)載；二是在對線路和保護(hù)設(shè)施進(jìn)行檢修時，可以暫時實現(xiàn)局部點斷電；三是考慮未來擴(kuò)建，要盡量減少設(shè)備成本和原系統(tǒng)改造量，且能很好滿足改造

需求。

1.4 成本與低耗

成本是電網(wǎng)規(guī)劃最重要的一個因素，主要體現(xiàn)在，盡量節(jié)省土地資源，合理規(guī)劃線路布局；主線路架構(gòu)簡單，控制和保護(hù)設(shè)備功能不冗余，減少一次設(shè)備投資，二次設(shè)備也要最大效率使用，適當(dāng)選用設(shè)備，不盲目追求品牌和一些不必要的功能，設(shè)備按需選用而不是按統(tǒng)一性使用；減少多次變壓電能損耗，設(shè)備冗余損耗，合理選用變壓器等耗能設(shè)備。

2 規(guī)劃的步驟方案和前期準(zhǔn)備工作

2.1 電網(wǎng)規(guī)劃的步驟

電網(wǎng)規(guī)劃大概分為項目前期、建設(shè)施工、電網(wǎng)投運三個階段，針對三個階段的特征，電網(wǎng)規(guī)劃的步驟是：（1）前期調(diào)查和數(shù)據(jù)計算：分析歷史電網(wǎng)的各項參數(shù)、上戶調(diào)研收集新的需求和一些故障問題，計算電網(wǎng)供電量、變壓器等設(shè)備具體參數(shù)；（2）立項審批，選址征地，進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計，衡量各種標(biāo)準(zhǔn)生成多份規(guī)劃設(shè)計書，專家討論決定最終實施方案；（3）項目建設(shè)籌備，包括設(shè)備、資金、人力、用地等因素，開始施工建設(shè)；（4）項目建設(shè)結(jié)束進(jìn)行驗收，確保各項能正常安全運行，最后項目投運。

上述僅是一個簡單的過程描述，事實上電網(wǎng)的規(guī)劃到完成可能需要經(jīng)歷數(shù)年的時間，尤其是前期準(zhǔn)備工作更不是一蹴而就，周期比施工建設(shè)周期更長。

2.2 電網(wǎng)規(guī)劃前期準(zhǔn)備工作

圖1 電網(wǎng)規(guī)劃流程

電網(wǎng)規(guī)劃項目前期主要有：立項、選址、審批、核準(zhǔn)、征地幾個階段，具有周期最長、內(nèi)容最多、協(xié)調(diào)工作量最大的特點。圖1為電網(wǎng)規(guī)劃流程。

其中周期長指前期工作量大，涉及多個部門，方案論證和審批文件時間久，例如，110kV電網(wǎng)規(guī)劃從前期準(zhǔn)備到施工跨度達(dá)到兩年，而220kV需要兩年半，甚至達(dá)到五年以上，是整個建設(shè)周期的2～3倍；內(nèi)容上前期分三個階段約十余項工作，整個電網(wǎng)建設(shè)七成的協(xié)調(diào)量發(fā)生在這個階段；協(xié)調(diào)范圍廣：從市縣政府到鄉(xiāng)鎮(zhèn)再到鄉(xiāng)村，牽扯數(shù)十個部門和眾多人員。

電網(wǎng)建設(shè)前期工作指從項目立項規(guī)劃開始，逐步啟動各項工作到進(jìn)行具體建設(shè)所要進(jìn)行的全部工作；首先由上級電網(wǎng)公司和屬地發(fā)改委立項，進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃；接著進(jìn)行設(shè)計招標(biāo)、項目選址和可行性研究、支持性文件審批、站址和線路走廊的批復(fù)意見、項目初步設(shè)計和項目核準(zhǔn)；然后是征地包括用地報批、土地登記、供地、征地協(xié)商等工作；最后完成可行性研究、初級設(shè)計、評估報告、核準(zhǔn)報告的編制，取得政府部門支持性文件的批復(fù)，協(xié)調(diào)完成電網(wǎng)規(guī)劃涉及的多部門的溝通審批工作等。

通過分析電網(wǎng)規(guī)劃前期工作的特性，總結(jié)多年實踐經(jīng)驗，我們得出了一些加快推進(jìn)前期工作的方法，即盡可能早規(guī)劃立項，審批征地；深入調(diào)研和分析計算參數(shù)；準(zhǔn)確合理地確定實施方案；爭取地方、政府和上級部門的支持；從而縮短某些關(guān)鍵階段實施時間，加快前期準(zhǔn)備工作進(jìn)行。

2.3 電網(wǎng)規(guī)劃實施方案

電網(wǎng)規(guī)劃方法分為啟發(fā)式方法和數(shù)學(xué)優(yōu)化方法兩類。

啟發(fā)式方法：通過直觀分析，依照系統(tǒng)某性能指標(biāo)對線路參數(shù)的靈敏度原則，對線路進(jìn)行逐步迭代選擇，直到滿足方案要求為止。這種方法簡單、有效，使得人工直接參與決策，但得到的是實際允許參數(shù)，并非最優(yōu)值。

數(shù)學(xué)優(yōu)化方法：就是將電網(wǎng)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)學(xué)參數(shù)模型，再通過數(shù)學(xué)優(yōu)化算法得出方案實際參數(shù)，從而使規(guī)劃方案參數(shù)上最符合系統(tǒng)要求，該方法可以從理論上得到最優(yōu)解，但計算量過大。

表1 電網(wǎng)規(guī)劃實施方案

步驟 主要內(nèi)容

設(shè)計方案 確定送電距離和容量；擬定多個規(guī)劃方案

方案分析 技術(shù)比較：應(yīng)進(jìn)行潮流、暫態(tài)穩(wěn)定、短路電流計算；對比各個方案的技術(shù)差異

經(jīng)濟(jì)比較：進(jìn)行近期與遠(yuǎn)期投資、運維成本

綜合分析 綜合分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的安全性、經(jīng)濟(jì)性和擴(kuò)展性，提出推薦方案。

3 電網(wǎng)改造需要注意的問題

3.1 淘舊換新，提高可靠性

分析設(shè)備運行狀態(tài)，對缺陷故障較多和開放性差的產(chǎn)品進(jìn)行更換，調(diào)換新電網(wǎng)運行后不能滿足新要求的設(shè)備；完善電網(wǎng)架構(gòu)，降低電能損耗，減小電網(wǎng)供電半徑，實現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)供，此外增加電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害能力，加強(qiáng)電力設(shè)備防破壞，防偷盜，防電擊危害的改造，采用節(jié)能和新技術(shù)設(shè)備，保護(hù)環(huán)境。

3.2 突破瓶頸，提升供電能力

優(yōu)化供電線路布局，進(jìn)行設(shè)備擴(kuò)容，應(yīng)用低耗設(shè)備，提高節(jié)點和終端設(shè)備輸電儲電能力，進(jìn)而解決供電網(wǎng)瓶頸，提高全網(wǎng)貫通能力，確保電網(wǎng)輸出量足、輸送耗低、用電不間斷。

3.3 改造代價和運維成本低

響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，淘汰高耗設(shè)備，改造高耗環(huán)節(jié)，合理發(fā)展無功補(bǔ)償系統(tǒng)，制定嚴(yán)格的節(jié)能減排機(jī)制，落實責(zé)任；配備檢修維護(hù)設(shè)備器具，儀器儀表，交通設(shè)施，培訓(xùn)專業(yè)維護(hù)人員，實行分段分層管理，提高維護(hù)水平和效率，降低維護(hù)成本。

4 結(jié)語

城鄉(xiāng)電網(wǎng)的規(guī)劃是一項綜合性的工程，無論從前期調(diào)研、設(shè)計規(guī)劃、審批，還是后面施工實施，再到運營維護(hù)，都應(yīng)按照計劃進(jìn)行，些許的偏差就可能造成工程成本、工期、風(fēng)險的提升，甚至造成無法挽回的損失，項目方案應(yīng)該從多個備選方案中選出最合適的，具體實施過程應(yīng)該考慮本地特色，也不能盲目套搬模板，本文列出了電網(wǎng)規(guī)劃的步驟和實施概要以及改造要注意的一些事項，希望能給大家?guī)硪恍椭?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 麻秀范，鐘暉，王偉，張粒子.城市配電網(wǎng)接線模式研究[J].東北電力學(xué)院學(xué)報，2005，（2）：32-36.

[2] 孔濤，程浩忠，李鋼，謝歡.配電網(wǎng)規(guī)劃研究綜述

[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（19）：92-99.

方案優(yōu)化步驟范文第4篇

關(guān)鍵詞：STEM；項目學(xué)習(xí)；化學(xué)實驗；圖像比色法

文章編號：1005C6629（2016）11C0043C05 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 基于項目的STEM學(xué)習(xí)概述

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科的簡稱。它將四門學(xué)科內(nèi)容組合成為有機(jī)整體，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，以培養(yǎng)學(xué)生在掌握知識和技能的同時，能夠?qū)⑵溥w移應(yīng)用到解決實際問題的能力和創(chuàng)新精神。STEM最核心的特征是跨學(xué)科性，此外還包括趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計性、藝術(shù)性、實證性和技術(shù)增強(qiáng)性等特征。

STEM有兩種最基本的課程模式：相關(guān)課程模式和廣域課程模式[1]，前者在課程形式上依然屬于分科教育，但在各學(xué)科內(nèi)容編排上注重相互之間的聯(lián)系；后者是通過活動項目將各學(xué)科整合為有組織的課程結(jié)構(gòu)?；陧椖康腟TEM學(xué)習(xí)是STEM和基于項目的學(xué)習(xí)（Project-based learning：PBL）模式相結(jié)合的產(chǎn)物，是進(jìn)行跨學(xué)科整合的一種基本取向[2]。PBL利用學(xué)生自主探究的過程來獲得與現(xiàn)實生活有關(guān)聯(lián)并且能付諸應(yīng)用的學(xué)習(xí)結(jié)果[3]，基本要素為內(nèi)容、活動、情境和結(jié)果[4，5]。因此，基于項目的STEM學(xué)習(xí)可以理解為以PBL的基本要素為框架整合STEM內(nèi)容的學(xué)習(xí)模式，是利用科學(xué)、數(shù)學(xué)知識和技術(shù)手段，通過工程設(shè)計活動解決工程問題的學(xué)習(xí)過程，其基本要素如表1所示。

2 基于化學(xué)實驗的STEM項目開發(fā)

2.1項目的開發(fā)過程

化學(xué)實驗是科學(xué)探究活動的主要載體，基于項目的學(xué)習(xí)具有基于問題和基于探究的屬性，因此將化學(xué)實驗結(jié)合工程設(shè)計轉(zhuǎn)化為基于項目的STEM學(xué)習(xí)是可行的。對于化學(xué)分科課程的教師來說，開發(fā)STEM項目更具操作性，開發(fā)過程如圖1所示。

本文選取高中化學(xué)教科書《實驗化學(xué)》（人教版）中比色法這一內(nèi)容。經(jīng)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，基于手機(jī)攝像頭的圖像比色法在健康診斷與環(huán)境、醫(yī)藥、食品檢測等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[6]。在分析了圖像比色法中蘊(yùn)含的跨學(xué)科知識和技術(shù)后，最終開發(fā)了“設(shè)計檢測Co2+濃度的技術(shù)方案”這一項目。

2.2 項目的實驗設(shè)計

該項目活動的技術(shù)核心為圖像比色法這一融合了信息技術(shù)的實驗方法，該方法較為新興，原理與目視比色法相同，即物質(zhì)顯色的實質(zhì)是對不同波長光的選擇性吸收，顯出的顏色是它所吸收光的互補(bǔ)色，溶液顏色的深淺取決于吸光物質(zhì)濃度的高低[7]。但圖像比色法以手機(jī)等拍照設(shè)備作為圖像采集器，以計算機(jī)代替人眼，將顏色深淺轉(zhuǎn)化為RGB分量值，從而將色溶質(zhì)的濃度與RGB分量值之間建立關(guān)聯(lián)，能夠更精確地檢測有色溶質(zhì)溶液的濃度，且所需的器材便利、步驟簡單，具體步驟如圖2所示。

實驗涵蓋了化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)知識和信息技術(shù)，結(jié)合工程設(shè)計后轉(zhuǎn)化為“設(shè)計檢測Co2+濃度的技術(shù)方案”的STEM項目也必然涵蓋這些跨學(xué)科知識，體現(xiàn)了STEM的跨學(xué)科性，如表2所示。

3 活動的實施過程設(shè)計

STEM項目的實施主要是通過工程設(shè)計過程和探究學(xué)習(xí)的5E教學(xué)模型的整合來實現(xiàn)的，如ITEEA開發(fā)的基于設(shè)計的工程設(shè)計EbDTM項目、波士頓科學(xué)博物館創(chuàng)立的工程是基礎(chǔ)EiE項目、世界在運動AWIM項目[8]。工程設(shè)計過程包括“識別問題和制約因素”、“調(diào)查研究”、“形成概念”、“分析觀點”、“建立模型”、“測試和優(yōu)化”、“溝通和反思”七個步驟。其中，“識別問題和制約因素”是指明晰問題和任務(wù)，知道制約因素和標(biāo)準(zhǔn)，比如時間、資源、經(jīng)費、預(yù)期任務(wù)成品的特征；“調(diào)查研究”是指了解與主題相關(guān)的信息，如已有的解決方案，以防止做重復(fù)勞動；“形成概念”是指運用頭腦風(fēng)暴想出多種解決方案，并識別每個方案的風(fēng)險和利益；“分析觀點”是指依據(jù)數(shù)學(xué)、科學(xué)和技術(shù)原理和項目的標(biāo)準(zhǔn)以及限制篩選和精細(xì)化出前一步驟的方案；“建立模型”是指學(xué)生在分析觀點的基礎(chǔ)上建立一個工作模型或原型；“測試和優(yōu)化”是指測試模型是否滿足要求，根據(jù)測試結(jié)果優(yōu)化現(xiàn)有的設(shè)計；“溝通和反思”是指進(jìn)行人際互動、口頭、視覺、書面方式的溝通，既適應(yīng)于團(tuán)隊工作環(huán)境，又用于對方案和產(chǎn)品的開發(fā)過程記錄和解釋[9]。

本項目的活動實施過程兼顧了工程設(shè)計和探究學(xué)習(xí)兩大實踐系統(tǒng)，結(jié)合化學(xué)實驗的特性，以“問題聚焦和明確”、“思考和探究”、“解釋和方案確立”、“構(gòu)建和實驗”、“測試和優(yōu)化”、“溝通和評價”六個過程構(gòu)成?！皢栴}聚焦和明確”包含了“識別問題和制約因素”的工程內(nèi)涵，且強(qiáng)調(diào)從社會、環(huán)境、生活等問題聚焦到化學(xué)問題，將化學(xué)問題明確為具有制約因素和評估標(biāo)準(zhǔn)的工程問題；“思考和探究”的目的與“調(diào)查研究”相一致，同時強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行思考和實驗探究學(xué)習(xí)；“解釋和方案確立”包含“形成概念”和“分析觀點”的過程，同時強(qiáng)調(diào)對新方案原理性知識的解釋；“構(gòu)建和實驗”是“建立模型”中的一種工作模型，是STEM項目中的化學(xué)實驗主體部分；“測試和優(yōu)化”與工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)過程相同；“溝通和評價”融合了“溝通和反思”與科學(xué)探究中的“反思與評價”環(huán)節(jié)。

3.1 問題聚焦和明確：觀看圖文資料引發(fā)工程問題

[教師]演示有關(guān)工廠排放含Co2+廢水、大量Co2+對生命體健康造成危害、Co2+廢水處理方法的圖文資料，提出問題：要確定Co2+處理達(dá)標(biāo)與否需要環(huán)境檢測工程師做些什么？

[學(xué)生]檢測處理前后的廢水中Co2+的濃度。

[教師]某廠排放的含鈷污水只有Co2+有顏色，濃度范圍不超過0.1M。那么，如果你是一位環(huán)境監(jiān)測工程師，如何設(shè)計一個檢測工業(yè)廢水中重金屬離子Co2+濃度的技術(shù)方案？制約因素是什么？什么樣的技術(shù)方案是好的？發(fā)放可用材料的清單：LED燈泡、液晶屏、拍照手機(jī)、白色A4紙、白色紙板、7mL離心管、25mL容量瓶、10mL量筒、燒杯、分析天平、藥匙、玻璃棒、蒸餾水、CoCl2?6H2O固體。

[學(xué)生]交流討論，歸納：制約因素是含鈷污水只有Co2+有顏色，濃度范圍不超過0.1M。

評估標(biāo)準(zhǔn)：要求檢測的相對誤差不超過10%，且誤差越小越好；需要自己設(shè)計和組裝裝置，裝置要滿足簡易、便宜的要求；制作方案文本，并進(jìn)行方案設(shè)計的匯報。

設(shè)計意圖：強(qiáng)調(diào)STEM學(xué)習(xí)中的工程思想，創(chuàng)設(shè)工程問題情境，幫助學(xué)生識別工程問題；通過提問促使學(xué)生對制約因素和評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交流討論，進(jìn)一步明確任務(wù)。

3.2 思考和探究：學(xué)習(xí)比色法和比色分析的化學(xué)史

[教師]發(fā)給每組學(xué)生3種不同濃度的CoCl2溶液，提出問題：通過觀察現(xiàn)象能夠得出什么結(jié)論？

[學(xué)生]不同濃度的有色溶液，顏色深淺與溶液的濃度有關(guān)，顏色越深，濃度越高。

[教師]告訴學(xué)生3種CoCl2溶液中顏色最淺和最深的溶液的濃度，提出問題：如何知道待測溶液的大致濃度？

[學(xué)生]思考得出：大致濃度是另兩種溶液濃度的平均值。

[教師]講解比色法的原理：物質(zhì)顯色的實質(zhì)就是對不同波長光的選擇性吸收，顯出的顏色是它所吸收光的互補(bǔ)色，CoCl2溶液顯粉紅色就是因為它選擇性吸收青色光。溶液顏色的深淺決定于溶液吸收光的量的多少，即取決于吸光物質(zhì)濃度的高低[10]。CoCl2溶液的濃度越高，對青色光的吸收就越多，透過的紅色光越強(qiáng)，顏色就越深，在一定濃度范圍內(nèi)，其顏色深淺與濃度成正比。講述目視比色法的操作步驟和誤差的計算方法。提出問題：誤差大小的范圍是多少，如何進(jìn)一步確定待測溶液濃度？引導(dǎo)并輔助學(xué)生進(jìn)行實驗探究。

[學(xué)生]進(jìn)行實驗活動：配制中間濃度的溶液，再次對比待測溶液的顏色，通過顏色的不斷漸進(jìn)，最終確定待測溶液濃度。

[教師]告訴學(xué)生待測溶液的實際濃度，組織學(xué)生交流實驗結(jié)果。

[學(xué)生]交流各自測得的濃度和誤差，得出目視比色法受到人眼識別顏色能力限制和半定量分析的特點。

[教師]進(jìn)一步講述比色分析發(fā)展的化學(xué)史，提出問題：目視比色法、分光光度法的特點和利弊分別是什么？

[學(xué)生]比較目視比色法、分光光度法的特點和利弊。

設(shè)計意圖：進(jìn)行STEM項目中科學(xué)知識的教學(xué)，通過問題串刺激學(xué)生思考和探究，發(fā)現(xiàn)目視比色的實驗方法，引導(dǎo)學(xué)生基于實驗證據(jù)了解比色法的原理和優(yōu)缺點，進(jìn)而傳授比色法和比色分析發(fā)展的化學(xué)史的知識，引導(dǎo)學(xué)生從各方面綜合考慮使用不同方法和儀器檢測有色物質(zhì)的利弊，為工程設(shè)計過程中方案的確立做鋪墊。

3.3 解釋和方案確立：學(xué)習(xí)圖像的數(shù)字化，“發(fā)明”并采納圖像比色法

[教師]講解：由于不同人識別顏色的能力不同，故剛才同學(xué)們測得待測溶液的濃度不盡相同，但計算機(jī)能夠高精度地識別顏色，是通過圖像的數(shù)字化處理實現(xiàn)的，它是指將一幅圖像從其原來的形式轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式的處理過程[11]。對于彩色圖像，量化步驟能夠獲得RGB三原色的分量值[12]。

提出問題：如何讓計算機(jī)代替我們的眼睛讀出且量化有色溶液的顏色深淺？

[學(xué)生]理解計算機(jī)識別顏色的原理：圖像的數(shù)字化。結(jié)合目視比色法和圖像數(shù)字化技術(shù)，“發(fā)明”圖像比色法。

[教師]總結(jié)性地講述圖像比色法的原理和步驟（圖2所示）。引導(dǎo)學(xué)生再次綜合比較各濃度檢測方法，確立問題解決方案。

[學(xué)生]圖像比色法綜合了目視比色法和分光光度法的優(yōu)點，故采納圖像比色法作為項目問題的解決方案。

設(shè)計意圖：繼續(xù)講解STEM項目中的跨學(xué)科知識：圖像的數(shù)字化，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行方法和技術(shù)的聯(lián)用，從而“發(fā)明”圖像比色法；引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)STEM項目中工程設(shè)計原則，結(jié)合評估標(biāo)準(zhǔn)綜合對比各個方法的利弊，使得學(xué)生關(guān)注到圖像比色法的應(yīng)用。

3.4 構(gòu)建和實驗：構(gòu)建圖像比色法的檢測裝置并進(jìn)行實驗

[教師]確定了圖像比色法作為解決方案后，就要構(gòu)建圖像比色法的檢測裝置進(jìn)行實驗。提出問題：根據(jù)Co2+濃度范圍不超過0.1M的制約因素，如何配制一定濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)溶液？濃度范圍應(yīng)如何？

[學(xué)生]交流討論：用容量瓶配制一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再通過稀釋的方法配制其他濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。濃度范圍可以是0M到0.1M之間。

[教師]提出問題：影響圖像比色法可靠性的重要條件是什么？

[學(xué)生]交流討論：圖像清晰與否、顏色是否失真、RGB分量值提取時注意圖像范圍的選取等。

[教師]講述：重要條件之一是獲取樣品溶液顏色的真實信息，照片圖像顏色能真實地體現(xiàn)溶液顏色。因此，在構(gòu)建圖像比色法檢測Co2+濃度的裝置時，要注意選擇白光作為光源，且光源均勻穩(wěn)定；所有溶液樣品的前景和背景都應(yīng)是白色；拍攝的像素不能過低；手機(jī)攝像頭或相機(jī)攝像頭應(yīng)與桌面垂直，高度與樣品高度一致，置于中央的樣品前方至少30cm處[13]。其次，用專業(yè)的生物圖像處理軟件ImageJ提取RGB分量值，使用矩形選框工具，點擊菜單欄中的Analyze?Histogram，即可讀出矩形選框中的灰度值和RGB分量值。應(yīng)采用移動矩形選框的方式讀取各溶液樣品中心區(qū)域的RGB分量值。

[學(xué)生]按小組合作構(gòu)建裝置、配制溶液、進(jìn)行圖像比色法的實驗。

設(shè)計意圖：強(qiáng)調(diào)STEM項目中的技術(shù)學(xué)習(xí)，講述使用圖像比色法的操作注意事項和ImageJ軟件的操作要領(lǐng)，為學(xué)生自主構(gòu)建和實驗提供必要的腳手架支持。

3.5 測試和優(yōu)化：測試檢測方案的檢測誤差，采用控制變量法優(yōu)化解決方案

[教師]提出問題：如何測試基于圖像比色法所構(gòu)建的裝置能夠準(zhǔn)確地檢測Co2+濃度？

[學(xué)生]交流討論：用某已知濃度的CoCl2溶液作為待測樣品，與空白樣品、標(biāo)準(zhǔn)樣品一起進(jìn)行圖像采集，進(jìn)行實驗確定檢測誤差。

[教師]提出問題：如果對檢測結(jié)果不滿意，如何優(yōu)化解決方案？

[學(xué)生]交流討論：采用控制變量法，可以優(yōu)化的條件包括光源的選擇、RGB分量值的選擇、加顯色劑與否等。

[教師]請根據(jù)測試結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化解決方案，最后設(shè)計出條件明確的檢測Co2+濃度的技術(shù)方案，制作方案文本。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)STEM項目中的工程設(shè)計原則，以測試結(jié)果為導(dǎo)向優(yōu)化目前的解決方案，以呈現(xiàn)方案結(jié)果為導(dǎo)向體驗工程思想解決問題的過程。

3.6 溝通和評價：展示方案設(shè)計成果，多角度評價活動表現(xiàn)

[教師]要求學(xué)生匯報技術(shù)方案的設(shè)計、測試和優(yōu)化過程，展示技術(shù)方案文本，同時鼓勵學(xué)生交流方案設(shè)計構(gòu)成中所遇到的挫折，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作態(tài)度、計劃安排、結(jié)果表達(dá)、方案制作、跨學(xué)科知識和工程設(shè)計原理掌握方面的自評和互評。

[學(xué)生]各小組匯報技術(shù)方案的設(shè)計、測試和優(yōu)化過程，展示最終的技術(shù)方案，并用數(shù)據(jù)、圖表展示方案的檢測誤差、成本大小等預(yù)期結(jié)果，最后進(jìn)行自我評價，其他學(xué)生對其技術(shù)方案的設(shè)計過程、小組分工合作和計劃安排、方案制作等方面提出質(zhì)疑、意見或積極評價，小組成員對這些評價進(jìn)行反思和溝通。

[教師]總結(jié)各小組在方案設(shè)計過程中的表現(xiàn)和技術(shù)方案的合理性，鞏固本STEM項目中涉及的跨學(xué)科知識，強(qiáng)調(diào)工程設(shè)計需要識別問題和制約因素、調(diào)查研究、形成概念、分析觀點、建立模型、測試和優(yōu)化、溝通和反思的過程。

設(shè)計意圖：促進(jìn)學(xué)生的合作意識，體會STEM項目學(xué)習(xí)的跨學(xué)科性。

4 結(jié)語

“設(shè)計檢測Co2+濃度的技術(shù)方案”項目基于圖像比色法，涵蓋了化學(xué)定量實驗技能和定量思想、信息的數(shù)字化技術(shù)及Excel軟件操作、函數(shù)模型的建立、工程設(shè)計思想，融合性高，思維性強(qiáng)，切實地指向了信息時代背景下中學(xué)生STEM素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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方案優(yōu)化步驟范文第5篇

[關(guān)鍵詞] 遺傳算法； 頻率分配； 優(yōu)先級

1 引言

在移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，劃分了若干小區(qū)，每個小區(qū)需要分配若干固定的頻率來滿足話務(wù)量的需求。隨著用戶數(shù)量的不斷增長，有限的頻率資源與不斷增長的頻率分配要求之間的矛盾日益突出。但是，由于無線電波在空間傳播的開放特性，造成多個發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在工作時間、地點和頻率上如果相同或相近，會造成不同程度的干擾，影響通話質(zhì)量和用戶感受。所以，采用一種好的頻率分配策略來生成頻率分配方案就成為了一種行之有效的方法。

頻率分配問題，本質(zhì)上屬于算法的NP-Complete問題。求取最優(yōu)解的過程可能需要花費大量時間，所以，許多文獻(xiàn)提出了基于啟發(fā)式規(guī)則的求取近似解的算法，比如遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模擬退火算法和粒子群算法等等。但是這些算法都存在著收斂速度慢，容易陷入局部最優(yōu)解的缺陷。遺傳算法雖然已經(jīng)有了相應(yīng)的解決方案，但是遺傳算法本身運作機(jī)理的可靠性不足，又影響到其結(jié)論的可信賴程度?；谝陨显?，本文提出一種增強(qiáng)遺傳算法。該算法根據(jù)頻率分配模型出發(fā)，從優(yōu)先級權(quán)重的角度自適應(yīng)地選擇進(jìn)化路徑，保證群體收斂性與個體多樣性之間的動態(tài)平衡，快速推進(jìn)搜索過程，得到最終解。仿真結(jié)果表明，該算法比起普通的遺傳算法而言，具有更高的收斂速度和更優(yōu)的求解結(jié)果，能夠更好地解決頻率分配問題。

2 頻率分配模型

某地圖區(qū)域范圍內(nèi)，有n個小區(qū)，每個小區(qū)根據(jù)客戶的需要，分配m各不同的固定頻率，計作Fk=（fk1，fk2，…，fkm）。為了便于計算機(jī)描述，將該區(qū)域地圖描述成如下形式：

Aera =

其中：

V表示一個節(jié)點的集合，每個節(jié)點代表一個小區(qū)，記為V1，V2，…，Vn；

E表示小區(qū)與小區(qū)之間邊的結(jié)合，每條邊的權(quán)重，代表著由于頻率干擾所產(chǎn)生的“違約值”；

定義：違約值（Default Value）是指同一個小區(qū)內(nèi)部，或是不同小區(qū)之間，由于頻率分配相同或相近造成的頻率干擾影響量化單位值，記做D[i][j]，例如D[2][3]表示小區(qū)2與小區(qū)3之間頻率干擾的違約值。

有了以上的設(shè)定，求取固定頻率最優(yōu)分配方案的問題就可以建立如下數(shù)學(xué)模型：

固定頻率分配問題，本質(zhì)上可以看做根據(jù)不同的區(qū)域鄰接矩陣Aera=，考慮不同的頻率分配方案Fk=（fk1，fk2，…，fkm），并基于這種分配方案計算出：

（公式1）

從中尋找至少一個方案Fmin，使得該方案的DArea 具有最小值。

顯然，這個問題是一個動態(tài)規(guī)劃的NP-Complete問題。為了使得這個模型利于簡化處理，不失一般性，可以做如下設(shè)定：

（1）同頻限制（co-channel constrain，CCC）：同一個小區(qū)的頻率不能相同或相似，否則會產(chǎn)生極大的違約值，既D[i][i] = +∞；直接相鄰小區(qū)的頻率也不能相同，否則會產(chǎn)生較大的違約值，且該違約值會因為相鄰小區(qū)的物理距離遠(yuǎn)近，產(chǎn)生不同的違約值，既D[i][i+1] = F（distance（i，i+1））；

（2）鄰頻限制（adjacent-channel constrain，ACC）：直接相鄰小區(qū)的頻率也不能相似，否則會產(chǎn)生較小的違約值，且該違約值會因為相似程度和物理距離遠(yuǎn)近，產(chǎn)生不同的違約值，既D[i][i+1] = G（similar（i，i+1））；間接相鄰小區(qū)的頻率相似也可能造成違約值，但是由于這種情況的違約值與前面3種情況相比小很多，計算時可以忽略不計，既如果|i-j| >= 2，那么D[i][j] = 0；

3 增強(qiáng)的遺傳算法

對于NP-Complete問題，目前還沒有找到多項式時間復(fù)雜程度的求解算法。所以退一步，尋找次優(yōu)解的方案就變得可以接受。經(jīng)典遺傳算法（Standard Genetic Algorithm， SGA）利用染色池中隨機(jī)選擇染色體，使得染色體不斷地提高適應(yīng)度，最終得到一個“最優(yōu)”的方案。

SGA的算法步驟可以一般化為如下步驟：

步驟1：初始化一個L維的向量（稱作染色體），以及一個評價函數(shù)f（x），用以評價某個染色體的適應(yīng)度。

步驟2：定義一系列的復(fù)制、雜交和突變操作，用以更新染色池中的染色體。

步驟3：取某染色體進(jìn)行復(fù)制、雜交和突變操作，生成新的染色體。并計算這些染色體的適應(yīng)度，保留那些適應(yīng)度高的染色體。

步驟4：如果該染色體適應(yīng)度達(dá)到求解精度，那么輸出該染色體所代表的求解結(jié)果，算法結(jié)束。否則進(jìn)入步驟5。

步驟5：如果染色池已滿，那么刪去適應(yīng)度最低的染色體，然后將步驟4求得的染色體加入到染色池中。如果染色池未滿，那么直接將染色體加入染色池。

步驟6：返回步驟4，重復(fù)執(zhí)行。

容易發(fā)現(xiàn)，SGA算法的本質(zhì)是一種定向隨機(jī)搜索算法，這樣的隨機(jī)搜索沒有考慮到每個染色體個體的多樣性與搜索的群體收斂性之間的動態(tài)平衡問題，容易陷入局部搜索，且可能引起收斂速度慢的問題，針對固定頻率問題就可能得不到一個較優(yōu)的解，需要加入調(diào)節(jié)機(jī)制。

針對這一特點，有意識地篩選步驟3中產(chǎn)生的“優(yōu)秀基因”，會對整個搜索的迭代次數(shù)產(chǎn)生重要影響，同時，也更能夠求得更好的結(jié)果。為了達(dá)到這個目的，必須為隨機(jī)生成的染色體進(jìn)行評價，評價它們的基因是否優(yōu)秀。這個評價既要考慮到染色體的適應(yīng)度問題，也要考慮到收斂速度，設(shè)定該評價指標(biāo)為“進(jìn)化優(yōu)先級”。

增強(qiáng)遺傳算法（EGA）與經(jīng)典遺傳算法（SGA）的區(qū)別，就體現(xiàn)在對步驟3改進(jìn)為如下形式：

（新的）步驟3：取某染色體進(jìn)行復(fù)制、雜交和突變操作，生成新的染色體。并計算這些染色體的適應(yīng)度，保留那些“進(jìn)化優(yōu)先級”高的染色體。

4 頻率分配算法描述

將上面描述的EGA算法應(yīng)用到固定頻率分配的仿真測試中，設(shè)定程序按如下流程檢驗運行結(jié)果。

（1）初始化一個50行，50列的鄰接矩陣，模擬巨大的小區(qū)范圍進(jìn)行頻率分配。

（2）隨機(jī)生成每個小區(qū)內(nèi)客戶所需要的頻率數(shù)量。

（3）任意設(shè)定一個染色體作為祖先基因，作為頻率分配的最初方案。

（4）以EGA算法的描述，對染色體進(jìn)行復(fù)制、雜交和突變。產(chǎn)生優(yōu)先級更高的染色體，構(gòu)建染色池。

（5）計算染色池中的染色體違約值，如果違約值無法再降低（說明分配方案已經(jīng)難以繼續(xù)優(yōu)化），則輸出該染色體作為計算結(jié)果，程序退出。否則，返回第（4）步循環(huán)進(jìn)行。

5 仿真測試

本文設(shè)計仿真軟件進(jìn)行測試。假定可用的固定頻率范圍非常狹窄（用1到100的自然數(shù)表示），假定服務(wù)的小區(qū)范圍非常巨大（設(shè)定值為50×50的鄰接矩陣）。之所以選擇如此嚴(yán)格的測試環(huán)境，就是要使得仿真環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了對實際應(yīng)用環(huán)境下固定頻率分配的可用資源，使得算法在更加寬泛的實際環(huán)境中切實可用。測試軟件運行結(jié)果如下圖所示：

上圖：

（1）頂部居中的紅色框線內(nèi)的數(shù)字代表每次仿真測試運行所需花費的時間。

（2）中間的工作表區(qū)域代表的仿真的小區(qū)范圍，其中每個單元格表示一個小區(qū)，單元格內(nèi)的數(shù)字代表分配到的頻率，數(shù)字的個數(shù)，是隨機(jī)生成的客戶頻率需求數(shù)。

（3）左下角的紅色框線內(nèi)的數(shù)字，代表了算法運行時迭代的次數(shù)。

（4）右下角的紅色框線內(nèi)的數(shù)字，表示仿真運行得到分配方案的違約值結(jié)果（按照公式1的設(shè)定計算得出）。

本文隨機(jī)測試了10次頻率分配要求，得到結(jié)果如下圖：

從仿真測試的圖2可以看出：算法的迭代次數(shù)和運行時長之間基本成正比例關(guān)系，且迭代的次數(shù)比預(yù)計的結(jié)果好，都在6、7次迭代之后就求得了系統(tǒng)近似最優(yōu)解。從圖3可以看出：EGA算法在仿真測試過程中得到的近似最優(yōu)解都在45000左右，符合預(yù)期，且運行狀態(tài)穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)局部最優(yōu)解造成的最終結(jié)果突變。

6 結(jié)論

增強(qiáng)遺傳算法（EGA）通過對染色體的優(yōu)先級評價函數(shù)，動態(tài)平衡染色體個體選擇與群體收斂性之間的關(guān)系，在固定頻率的實際應(yīng)用來仿真應(yīng)用。避免經(jīng)典遺傳算法（SGA）的隨機(jī)搜索可能出現(xiàn)的搜索速度慢，陷入局部最優(yōu)解的問題，使得算法的性能得以提升，仿真測試表明，該方法有著更快的收斂速度，以及較好的求解結(jié)果，說明改進(jìn)方案是有效的。

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