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1984年8月,核工业部党组为了适应和推进民的全面展开,并逐步建立科学决策咨询体系,决定建立一个政策研究的冷班子,当时定名为“核工业发展研究中心”。主要任务是:遵循党的路线、方针、政策和国家的法规,对核工业调整转民、发展与改革的重大问题,进行调查研究和系统分析,提供核工业改革与发展的思路和建议;参与核工业方针、政策、法规的制定和政策性报告、文件的起草,既是日常政务的参谋机构,政策法规的管理机构,又是政策决策的研究机构。1988年,国家机关机构改革,核工业部组建为核工业总公司,总部机构中设立政策研究室,要求比“发展研究中心”更贴近经营实务,同时建立核工业经济研究所,使决策咨询研究有更深厚的实体基础。
部、总公司领导决定建立决策研究机构和强化政策研究系统,作为总部进行科学决策前的酝酿和预研,是改进领导工作的一项重要举措。成立“研究中心”在某种意义上说,是建立新型(不同于传统的秘书班子)的智力机构的一次尝试。十年来的实践证明,这个尝试是必要的,基本上是成功的。
改革发展实践中体现政研作用
1984年,正是核工业全面推进调整转民之时,用当时领导的话来说,就是“每年要动几次大手术”。对这样一次历史性的、全局性的战略转移,全行业性的产业结构调整,难度是很大的。各级领导和职工的思想准备也是不充分的。恋旧、怀旧、复旧的思想感情渗透于方方面面。当时,最需要的是思想、方针上的引导和政策、措施上的支持。政研人员和综合部门一起,围绕新情况、新任务,努力进行发展战略、指导思想、工作方针、政策措施的研究与探索,一些建议得到领导和同志们的认可。1989年3月13日中国核工业总公司正式注册登记,向经济实体过渡。在当年召开的工作会议上,把发展“核电、民品、内外经贸”作为发展实业的三个主攻方向,后来发展为“三二一”方针,即三个主攻方向,科研教育和经营管理两个战略环节,思想政治工作一个根本保证。这些都有效地推动了总公司民和走向经济实体,将30万职工的力量凝聚在各主战场上奋力开发。1991年12日15日秦山核电站并网发电,实现了我国核电零的突破;1991年12月30日,中国和巴基斯坦签订核电站合作合同;一批利用外资的民品大项目立项兴建;内外经贸三年内上了新台阶,销售额和利润额均有新的突破。1993年国务院机构进行新一轮改革,根据走向社会主义市场经济的新形势,总公司工作会议又提出了核工业90年展与改革的目标和思路。
再从政策措施上看,核工业调整实际上是全行业结构性的停产、限产,对局部生产线来说就是一次政策性的破产。对此,党和国家十分关怀,急需我们提出政府部门可操作、可承受、可支持的政策措施。啄昀矗在部、总公司的领导下,政研人员和各有关部门一起,提出了一些政策建议,报请国务院批准后,得到了落实。诸如两个堆化厂停产,不减收购资金支持产品开发政策;两个扩散厂保持优惠电价政策;允许铀和核技术出口收汇留成政策以及建立核能配套资金、“三废”专项资金等政策。这些政策有力地支持了核工业民的结构调整,并保持了全局的稳定。
在这十年中,政研人员还开展了发展战略、技术经济可行性和产业政策的研究。如核燃料工业规划及各段综合成本的研究;核能高技术发展战略研究;核工业产业政策的研究等。还参与了国家综合部门和总公司职能部门组织的核工业、核电发展规划和技术路线的研究;核和非核重大项目可行性论证、技术经济分析以及建设项目的总结和后评估工作等。
十年中,政研人员紧紧围绕部和公司工作的重点、热点和难点,进行调查研究和对策研究。无论是秦山,还是大亚湾;无论是四。四厂、八二一厂,还是10个首批停产的矿山(水冶厂);无论是沿海开发,还是对外工程(包括核不扩散政策的研究),都跟踪进行了调查研究,并向有关部门反映情况,争取支持。有的是随同部、总公司领导参加调研,或在现场解决问题,或将点上的经验在面上推广;有的是深入基层、深入现场,了解各类人员的意见和反映,提倡“讲真话,谈实情”,以掌握第一手材料,多向领导提供真情实况,以利科学决策。
在这十年中,核工业经历了两次大的机构体制的改革,政研人员配合有关部门对体制、机制和管理模式进行了对比研究,为新体制的确立起到了积极的作用。经几年实践,逐渐认定核工业体制要走经济实体之路的大方向、总趋势,并研究与此相适应的观念转变、方针调整以及工作方法和机构设置的改变。始终注意既把握住改革的总方向,又必须从总公司现阶段实际情况出发;既要加大改革的力度,又要注意平稳过渡。按照这一指导思想,既注意克服“官本位”的统管一切的思想,又从我国国情出发,争取有利于实际工作的行业分工,并在对外关系上争取允许使用中国国家原子能机构的称谓,在阿尔及利亚重水反应堆最终验收时,首次正式使用。
总之,在核工业民的实践中,在实践一理论(包括思路、方针、政策)一再实践的循环中,政研人员,这支核工业软科学的小分队得到了锻炼,逐渐摆脱“书生气”而走向成熟,继续向“成为有效、有用的谋士”而努力。
对政研工作的体会
实践出真知,十年出实践,我们逐步悟出了政研工作的一些体会。
要努力贴近决策者的需要。既然政研工作的服务对象是决策者,那么各项研究工作就要“瞄准”决策者的需要。为此,必须做到:
超脱。政研人员的意见,不应是部门之见,而应该立足于全局。要把领导听不到、看不到、尚未想到的信息和思路,通过政研这个“外存”(外脑)输入给“主机”(决策者);要把圈外友邻怎样“看核工业”引到圈内来思考;要进行必要的“危机研究”,给领导打几个警叹号、问号。只有研究危机、预防危机,才能避免危机。
独立。要解一个二元一次方程必须要建立两个独立方程。如若一个方程是另一个方程的线性放大,则方程就解不出来。假如我们向领导提供的信息,仅仅是领导掌握情况的局部和枝节的增减,或者“顺着领导意图”小心求证、随声附和,这就从根本上失去科学决策的参谋作用。所以,政研工作一定要以调查研究为基础,广开信息渠道,在研究的深度、新度和超前度上下功夫。
适时。杜甫诗曰:“好雨知时节,当春乃发生”。我们给领导参谋,好象公鸡给主人打鸣一样(内称“鸡鸣理论”),鸣早了讨嫌,鸣晚了误事。我们认为,掌握参谋的适时性,既是参谋的水平,又是参谋的艺术。
适度。参谋与将帅的关系不应混淆,更不能颠倒。颠倒了就成了“秘书”,就会出乱子、误大事。我们在实际操作中,注意参与而不干预,一般不应多次重复参谋,强加于领导。
要善于做到“冷热”结合。文字工作能力是政研人员的基本功,没有被公众认可的文字综合能力和表达能力,就不是一个合格的政研班子。但只擅长文字工作,缺乏实际工作知识能力的冷班子,最多是群好“秀才”,不可能成为好参谋。例如,这几年我们工作还有一点起色,重要的一条在于“出思路”重于“写文章”。但有了思路没有载体也不行,而且撰写过程本身就是思路的提炼和升华的过程。
为了多出思路,我们必须投身到实际工作中去,了解热线,关心热线工作,要有一股像记者捕捉新闻的热情,去主动参与业务工作的各项活动。还要注意与热线工作部门结合,进行冷热“换位思考”。常言道,看戏容易演戏难,切忌在圈外指指点点,而要同舟共济献计献策。搞好冷热结合也是减少政研工作“书生气”,使软科学走向实用化的重要途径。我们深感“不好操作的主意,等于没有主意。”
冷热结合再一层的含义在于,不仅研究过程要冷热结合,实施过程也要冷热结合,这样既可在实践中检验决策是否正确,又可防止在执行中走样。所以,我们在工作中提出抓启动、抓跟踪的工作方法。
下大力抓信息的采集与筛选。政研工作从本质上讲像信息加工业。所以,信息是政研工作的生命线,为此,就要:搞好信息大联合。首先是搞好总公司内部软科学队伍的联合,包括情报研究、经济研究、信息网络、内部报以及学会、协会的信息交流和信息资源的共有共享。我们始终把自己看作是整个软科学队伍的一个小分队,但又处在领头雁的位置上,出于对事业的责任心,促使我们主动地去做好交流和联合工作。
其次是要与兄弟部门、各大公司搞好信息联网。这几年,我们采用“请进来,走出去”的办法,扩大与友邻单位的联系,特别是与原军工部改组为公司的政研、体改部门的交流和交往,深感受益匪浅。
善于开“贫矿”。更多的信息和思路火花来自大量的日常工作面,往往是量大而品位低。我们十分注意以此来丰满自己,提出善于开贫矿的思想方法。这使我们网开一大片,抓住星星点点的思想火花,举一反三,由表及里,由浅入深,形成新思路。另外,还有这种情况,往往不是人家品位低,而是自己缺乏储备,平时积累少、思考少,也就无法“共振吸收”了。
善于自我积累,自我修正。鉴于政研工作的特点,接触信息面广、渠道多、层次高。如何利用这些有利条件,积累信息,建立数据库、资料库、政策性语录、汇编、剪报是有效的办法。
在信息积累和筛选中,还要解决好一个“自我修正”问题(内称“导弹机制”,即不断反馈校正自己)。因为对外来信息的吸收,也象器官移植一样,存在排他性。如不能抛弃自己固有成见,及时修正过了时的一些观念,就会影响新思路的吸收。最近,我们联合有关部门,召开了一次中青年改革与发展研讨会,大开思路,大开眼界,得到总公司领导的好评。这使我们体会到,不克服论资排辈、固步自封的弱点,就难以发现青年人的思想火花。
时任总书记在1993年7月召开的全国政研室主任会议上指出,政研室的同志要善于从全局观察问题,想大事,议大事,努力研究新情况,分析新问题,积极提供有价值的信息和对策建议。为此,应该做好三件工佑
进一步贴近市场,向实用化迈进。随着核工业总公司体制向经济实体转化,软课题研究、政策研究应更注重经济、贴近市场、进入企业、深入到项目,向实用化迈进,向具有更强的应用性、针对性的咨询产业靠拢。要使研究工作通过对全局情况、宏观环境的观察与分析,直接服务于总公司开发经营的硬任务,使研究成果进一步“硬化”,提高实际应用的效果,即“软起步,硬着陆”。进一步向着研究目标具体化、思路方案化、建议实用化、政策措施化的方向努力。为此,要加强对企事业单位、重点工程项目的调查研究。要强调“调查研究”是政研工作的基本方法,没有调查就没有发言权,就没有决策的参与权。
建设好一支具有谋士素质的小班子。常言道,“十年树木,百年树人”。“研究中心”组建十年来,先后有29位同志为此作出了贡献,做了大量有益的工作,而多数没有领到自己独立的“工分”,因为我们多半在后台工作,重在参与,义在奉献,志在有效,唯一算得上的是树了一块牌子,“研究中心”也好,“研究室”也好,现在上上下下都知道有这个“店”,喜欢找我们谈谈,反映点情况,提供点信息,这是对我们最大的信任和奖偿。但要保持住这牌子,或争取搞得更好一些,没有队伍素质的支持是不行的。要培养几个、十几个真正具有幕僚的素质与眼光的人才,非一日之寒,为此:
努力提高理论水平。要知晓现代科学技术基础理论和发展动态,当前特别要努力学习建设有中国特色社会主义理论、社会主义市场经济理论;要努力提高政策科学、信息科学、管理科学、经济学、政治学、社会学、法学等方面的理论功底,熟悉并掌握好我国F行的政策、法规体系。
扩大掌握实际案例的容量。要多积累国内外有关本行业的实际案例,对国情、地情、人情、行情有更深的了解和研究,包括现实和历史,特别是对中国核工业史要有较深的了解。
培养八种能力。实践告诉我们,一个合格的研究人员必须具备观察能力、思维能力、判断能力、阅读能力、综合能力、表达能力、公关能力、修正并战胜自己的能力。当然不同类型的研究人员应具备的深浅有所不同,但在范围上应包含这八个方面。
关键词:预条件;偏移Laplace;稀疏近似逆;电磁场
中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2013)29-6612-03
1 概述
矢量有限元(FEM)方法被广泛应用于分析三维电磁场边值问题,其分析结果往往产生一个大型稀疏复对称且高度非正定的线性系统,求解此类线性系统目前主流的迭代法是Krylov子空间迭代法。该文将采用一种针对复对称非正定线性系统的对称线性双共轭梯度迭代法(LBCG)[1],对若干电磁场边值问题进行FEM分析得到的大型线性系统进行迭代求解。考虑到有限元系数矩阵往往具有很差的谱特性,为迭代求解带来求解不稳定、迭代缓慢等诸多困难,因此需要采用预条件技术对系数矩阵谱特性进行改善,从而确保迭代的高效稳定。
作为一种分解类的稀疏近似逆技术,AINV[2]能灵活而高效地应用于对系数矩阵的预处理过程,然而,在分解过程中可能遭遇主元崩溃的问题。针对这一问题本文采用了偏移Laplace算子[3]结合主元补偿策略,来构造稳定高效的AINV预条件子。数值算例表明,这样得到的预条件子在对三维电磁问题的有限元方程组的求解上比常规方法更加有效
2 理论分析
本文研究对采用矢量有限元分析以下Helmholtz边值问题进行求解:
[?×(μ-1r?×E(r))-k20εrE(r)=-jk0Z0J(r)] (1)
边界条件为:[n×E=0].
其中,[E]为电场强度,[J(r)] 为电流源,k0、Z0 为自由空间波数和波阻抗, [εr]、[μr]为相对介电常数和相对磁导率。对(1)式进行有限元分析的结果将产生如下大型复对称且高度非正定的线性系统:
[Kx=b.withK∈?n×n,b,x∈?n] (2)
为加速求解,须对(2)式两边同乘以一个预条件矩阵M,得到如下形式的复线性系统:
[MKx=Mb.withM∈?n×n] (3)
系数矩阵MK将具有比原来的K更好的谱特性。对预条件矩阵M的构造,该文接下来将采用偏移Laplace算子并结合带主元补偿的AINV分解法RAIN的方法来实现,步骤如下:
Step 1. 对原始系数矩阵K施加偏移Laplace算子,得到K的一个合理近似[K];
Step 2. 对[K]进行RAINV分解,即可得到预条件矩阵M,且M具有形式:[M=ZD-1ZT≈K-1],其中Z为上三角矩阵,D为对角阵。
将以上步骤得到的M代入(3)并采用对称LBCG进行迭代求解,即可解得x。下面给出构造M的详细过程。
2.1 偏移Laplace算子
从有限元离散(1)对应的泛函方程的过程来看,系数矩阵K实际上是由两个部分构成,即:
K=R-Q, ([R,Q∈?n×n]) (4)
其中,R对应于[?×(μ-1r?×E(r))]项离散的结果,为一半正定矩阵,Q对应于 [k20εrE(r)]项离散的结果,为正定矩阵,这样得到的K为高度非正定矩阵。在以往实、虚偏移Laplace算子基础上[4],我们提出采用复数的偏移的偏移Laplace算子法,其构造如式(5),令:
[K=R-ξQ,where ξ=ξ1-jξ2,ξ1,ξ2∈?] . (5)
通过调整自定义偏移因子[ξ],可使得经偏移算子处理后的[K]能具有比K更加正定,在此基础上能构造出更加稳定的预条件子。
2.2 带主元补偿的AINV算法
算法1给出了经典AINV算法:
Algorithm 1.
[1:Letz(0)i=ei(1≤i≤n)2:fori=1,2,...,n-1do3:forj=i,i+1,...,ndo4:p(i-1)j:=kTiz(i-1)j5:enddo6:forj=i+1,...,ndo7:z(i)j:=z(i-1)j-p(i-1)jp(i-1)iz(i-1)i8:zj(t)=0(1≤t≤n)forzj(t)
其中 [kTi]为矩阵[K]的第i行向量,ei为第i个单位基向量。算法第 8行是为保证内存需求而执行的丢弃策略, 其中 τ是一个正实数的比例因子。主元 pi’s 由第 4步 (when I=j)计算得到。 由于丢弃策略使得z矢量存在损耗,导致主元[pi=kTizi
在算法1中第4步执行前,加入如下判断准则:
[|Re(p(i-1)i)|
当(6)式成立,即表明此时主元过小而需要进行适当补偿,其计算将由下式实现:
[pi=ziTKzi]
这里的非负实数α为补偿门限因子。考虑到有限元离散Helmholtz边值问题得到的系数矩阵中,实部元素的绝对值占主要,(6)中主要采用基于实部的补偿方案。通过上述补偿方案,可使得AINV分解过程能尽可能避免主元崩溃,从而确保分解稳的定性。
基于以上方法,可得到一个性能良好的预条件子M,我们称其为新型AINV(N-AINV) 预条件子。下一节的数值结果表明其不仅稳定并能有效加速对称LBCG的迭代求解。
3 数值算例
算例1. 七级波导带通滤波器传输特性分析[5],其结构如图1所示。采用矢量FEM进行仿真分析,最终得到一个大型线性系统。采用提出的N-AINV预条件LBCG法对其进行迭代求解,同时也采用若干常规预条件方法与本文方法进行比较,迭代的误差门限为-60dB。
图2显示了主元补偿门限因子α 和Laplace偏移因子ξ的取值对迭代步数(纵坐标)的影响。
从图2结果可以看出:
1)当α取值为0至0.1区间时,ξ1对N-AINV求解性能的影响大于ξ2;
2)基于本文提出的复偏移Laplace算子的预条件子性能比纯实数偏移(when ξ=(-1,0))以及纯虚数偏移(wh en ξ=(0,1))的情况更优;
3)当α取值为0.04 ~ 0.1时,所需的迭代步数最少。
基于图2结果分析,该文迭代求解参数选择α=0.06且 ξ=(1, 0.5)。表1显示了采用本文提出的N-AINV预条件子,常规预条件子:ILU、 SSOR,以及不带预条件子情况下的迭代求解所需CUP时间(单位:s)的比较。
从表1中可以看出,提出的N-AINV预条件法比不带预条件子的情况,求解效率提高了约10倍,并且比常规预条件法ILU、SSOR分别提高了6.8倍和2.1倍, 充分表明其性能更优越。
仿真结果如图3所示,并与文献得到的结果进行比较,可以看出二者吻合得很好,说明我们采用方法的有效性。
算例2,对文献[6]中立方形理想导体的RCS计算,采用矢量有限元法进行分析,对得到的大型复对称线性系统进行迭代求解。类似的,采用提出的N-AINV,以及 AINV、IC、SSOR 等预条件法结合对称 LBCG进行迭代求解,其求解时间分别如表2所示。
表2中,常规ILU以及不带主元补偿的经典AINV由于遭遇主元崩溃而算法失败(用 “—“表示)。表2结果充分表明提出的N-AINV在求解此类线性系统时能同时具有高效率和稳定性。
4 结论
电磁场Helmholtz边值问题进行有限元分析所得到的线性系统,往往具有高度非正定性,其系数矩阵普特性差,为求解带来很
大困难。该文提出了一种基于复偏移Laplace算子联合带主元补偿的AINV的新型预条件子N-AINV,将其用于对初始有限元系数矩阵进行预处理后,能改善其特征谱,从而有利于迭代求解。数值算例以两类常见电磁场边值问题的分析为例,采用提出的N-AINV预条件子,以及其它常规预条件子,结合对称LBCG迭代法对该线性系统进行求解。数值结果表明,提出的N-AINV方法能比常规预条件法具有更高的求解效率,并同时能确保求解的稳定性。
参考文献:
[1] Li Y H, Nie Z P, Sun X Y.J. of Electromagn[J].Waves and Appl., 2009,23:2237.
[2] Benzi M, Tuma M. Cullum J K.SIAM J. Sci. Comput[J]. 2000,22:1318.
[3] Erlangga Y A, Oosterlee C W,Vuik C. SIAM J. Sci. Comput[J]. 2006,27:1471.
[4] Zhu J, Ping X W, Chen R S.Microw[J].Opt. Technol. Lett., 2010, 52:1036.