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关键词:采掘技术;工程问题;石油;天然气;发展走向
新时期各行业都在飞速发展,石油工业也是如此。伴随着高新科学技术的发展和进步,石油工程中的油田采掘技术水平也在不断提高,使得油田采掘工程更加完善,保证工程在不浪费油气资源的基础上用最简便的方式采掘出更多的石油和天然气。实际上,石油开采技术虽然有了显著提升,油田采集工程方案也有了一定的进步,但是,采油技术在实施工程过程中,由于受到各种外力因素的影响,仍然会出现各种各样意想不到的问题,开采工作仍具有很大的安全问题,面临很多挑战。想要防止油田采油工程进行期间出现各种安全问题,尽可能避免安全隐患,必须精进油田开采技术,明确正确的石油采集发展方向,不断推动石油行业的发展进步,为社会发展提供源源不断的动力。
1 目前油田采油工作中出现的各种难题
(1 )成本过大,且并不能保证开采出来的油气品质符合标准当前我国的油田采油工程在实际操作运行期间,投入的资金数量是非常多的,在雇佣大量的工人和准备各种机械材料使会花费很多的资金。虽然油田工程的投入量巨大,但由于开采技术不到位,细节把控不合格,导致采掘出来的很多石油和天然气无法满足使用标准,并不能真正应用到实际的生活当中。由此可见,国内的油田开采技术水平和发达国家比较的话,仍然落后很多,需要进一步研发和发展。(2 )缺少高水平的提炼技术实际上,我国国土资源丰富,其中包含大量的油气资源,有很多地下有油气资源的地方,但是这些地区的地理环境、地形地势都非常的复杂,对油田采掘的相关技术要求非常高,一旦技术不达标,采掘时间就会延长,采掘效率也会降低,采掘出的油气产量太少,甚至可能无法采掘出标准的石油天然气,所以必须大力研发油气采集技术,提升专业技术水平。(3 )开采技术缺乏创新性,新技术普及度比较低在油田开采期间,很多资源被挖掘出来,油田变得越快越深,想要成功采集到深处的石油,就需要高超的采掘技术手段。但是目前来看,很多油田采油工程仍然选用之前的采掘技术,缺乏创新性,开采选择的方案过于保守,没有大量普及和应用新型开采技术。另外,国外有很多油田开采的高新技术值得我们学习和借鉴,可是很多油气工程负责人仍故步自封,拒绝接受和学习国外的高新技术,使得油田开采工程存在很多漏洞。(4 )油田运输技术比较落后,出现很多资源浪费问题开发利用油气资源包含多个工作环节,除了非常重要的采集工作以外,输送和保存工作也是重中之重。采集到优质的石油天然气之后,必须将其完整的保存起来,并及时输送到需要的地方,这样才是油田采油工作工程的完美结局。但是,我国当前油田运输和保存技术比较落后,导致很多天然气和石油在保存和输送的过程里出现严重的消耗问题,石油资源、天然气的数量减少,进而影响石油产业的发展。
2 解决油田采油工程中出现的问题,提升开采技术水平的具体方案
(1 )优化采集模式,针对油田采集的具体情况选择技术手段实际上,不同地区的油田开采情况是不一样的,制定油田开采模式和开采方案时,必须按照实际情况选择恰当的采油方法和技术手段。还要伴随油田采油工作的进程和实际情况,不断调整采集方案。一旦在开采油田期间发现该地区原油的出油量和开采量并不符合预期目标,工程人员就必须减少工程量,尽可能提升采油效率。因为油田中每层的含油量和油气品质都是不一样的,所以油田开采工作最好是选择分层采油法。总之,油田采油工程必须要把中国现有的开采技术和从国外引进的先进技术巧妙融合到一起,选择恰当的技术手段,提升油田采集的工作成效。(2 )综合利用新旧油田,避免出现油气资源损耗问题新油田开发脚步不能停止,并不意味着忽视旧油田的开发工作,必须要选择恰当的开采方式,保证新旧油田开采的持续性,尽可能减少资源的损耗。旧油田在不断开采过程中,油量会大幅度减少,而且油田采集难度也会不断升级,工作人员必须充分利用现在的高新技术手段,提升石油开采的效率和数量。无论是新开发的油田还是老油田,其实际的开采情况都大不相同,必须根据实际情况调整工程建设方案,实时监控油田开采情况,避免出现石油泄漏的问题。与此同时,必须保证配备恰当的机械设施,保证施工的顺利完成。(3 )减少工程资金投入,提升安全防患意识油田采掘工作本身就是一项非常庞大的项目工程,整个工程需要大量的工作人员以及机器设备,资金消耗的非常多。所以,在进行油田开采工作时,相关单位一定要计算好需要的资金,制定完整的工程技术,减少不必要的花销,按照实际情况选择恰当的方案,尽可能在保证工程效率和品质的基础上减少成本。除此之外,安全问题是油田开采工作中必须要重视的问题,因为油田开采危险性非常大,所以一些高难度的工作最好是用机器设备代替人力资源。新时期有很多高精尖技术应运而生,油田工程也要积极利用便利条件,尽可能使用高科技技术,提升工程的安全性,尽可能避免一些安全隐患。另外,工程负责人一定要强调安全问题,宣传安全防范意识,提升工作人员的安全意识,切实把生命安全放在第一位。
3 研究油田采油工程技术的发展走向
(1 )更加重视开采数量,提升经济效益国家的发展进步离不开石油和天然气行业的发展,新时期社会经济飞速发展,对石油天然气的需求量只增不减,所以发展前景非常可观。就当前我国社会发展中现状来看,今后石油采集工作的重心就是增加原油的采集量,保证在不破坏生态平衡,不会一次性损坏油田的基础上,加大开采力度,进而提升经济效益。另外开采技术不断发展,技术水平会逐渐提高,专业人才会逐渐增多,提升油田开采的工作效率,推进油田开采行业的发展。(2 )加大采油技术研发工作新时期社会发展水平不断提高,社会需要更多高科技人才,各行各业也在不断转变发展模式。油田采集工作也要跟上新时期发展的脚步,研究出更多高尖端的油田采掘技术,巧妙利用高新技术设备,不断提升油田开采的效率,增加原油开采的数量,提升整个工程建设的安全性和稳定性,让油田开采工作变得更容易,进而保证人们能够源源不断地获得生活所需的资源能源。(3 )具体问题具体分析,提升分层开采和分离技术每个地区油田所处的环境都不一样,内部因素和外部环境都会影响油田采集工作,工作人员必须要按照油田的特征和现场的实际情况选择适宜的采掘方案。油田采油工程本身对技术方面的要求是非常高的,每个环节对技术施工的要求都非常高。因为油田里面物质非常多,石油会出现分层的情况,不是每个地层都是石油,也不是每一层石油的特质都完全一样,所以,这就需要利用技术手段分析和分离不同层级的石油,进一步决定鉴定和分离的方案,保证采集的石油质量符合国家标准。(4 )加大监管力度,打造完整的安全防患体制油田采油工程技术是非常重要的,是油田采集工作中的重中之重。但是,除了要重视技术手段发展以外,还要重视安全问题和监管问题。油田采集是一个大工程,需要耗费的时间是比较长的,必须要加大监管力度,保证每一个工作环节都落实到位,才能确保油田采油工程顺利完成。另外,生命安全始终是摆在首位的,开采石油固然重要,但是工作人员的生命健康更重要,所以接下来油田采油工程会更加重视安全防患工作,建立健全安全保障体制,增强采油工作的安全性。
4 结束语
总而言之,国内富有丰富的油田资源,新时期对油田资源的需求量逐渐增多,油田采油工程受到了越来越多人的重视。当前来看,油田采油工程在技术安全方面还存在着很多问题,必须加大改革力度,积极研发恰当的油田采集技术,提升工程的安全性,推动石油产业的发展进步。
参考文献
[1]米连生.对采油工程的技术难题和发展方向的若干思考[J].化工管理,2017(018):123-123.
[2]张晓辉.浅析油田采油工程面临的难题与技术发展方向[J].工业,2016(10):00282-00282.
关键词:实际成本核算法;计划成本核算法;经济环境
存货是企业生产经营中为耗用或者销售而储备的各种物资,是企业资产的主要构成内容之一,由于存货经常不断的处于耗用,销售或重置状态,因此我们可以将其喻为企业的命脉。尤其在新的经济环境下,日趋激烈的市场竞争需要的是企业不断提高其存货流转和更新的速度,而在流通和更新过程中准确合理地核算和计量存货更是必不可少的。因而在生产和经营过程中不断寻求一种方便快捷而又不失准确合理性的存货计价方法成了每个渴求持续发展的企业的当务之急。
企业会计制度规定,存货的日常核算可以按实际成本,也可以按计划成本来进行。采用计划成本进行核算时,应当按期结转其成本差异,将计划成本调整为实际成本。
1 实际成本核算法
存货按实际成本核算的特点是:从存货的收发凭证到明细分类账和总分类账均按其实际成本计价。实际成本法一般适用于规模较小、存货品种简单、采购业务不多的企业。我们不难看出,实际成本法所强调的是“实际”,即要求在每批存货的收发存中实际成本都应形影不离的相随。当然由此而带来的记录和计量的繁重也是显而易见的,尤其是在实际发出存货时,为了解决存货的采购成本在销售成本与期末成本之间的分配问题,《企业会计准则———存货》规定可以采用的计价方法包括:个别计价法、先进先出法、加权平均法、移动平均法、后进先出法。这几种计价方法的选择对企业损益的计算、资产负债表中有关项目的计算以及所要交纳所得税数额的计算都有直接的影响,也增加了财务部门工作的复杂性和不稳定性。所以选择一种稳健而准确的成本核算方法仍是企业不懈的追求。
2 计划成本核算法
计划成本法是指企业存货的收入、发出和结余均按预先制定的计划成本计价,同时另设“材料成本差异”科目,作为计划成本和实际成本联系的纽带,用来登记实际成本和计划成本的差额,同时计划成本法下存货的总分类和明细分类核算均按计划成本计价。因此这种方法适用于存货品种繁多、收发频繁的企业。如果企业的自制半成品、产成品品种繁多的,或者在管理上需要分别核算其计划成本和成本差异的,也可采用计划成本法核算。
采用计划成本法,其首要问题是制定好一个合理的计划成本,应从以下两个方面考虑:
2. 1 计划成本与实际成本的构成内容相一致
为保持计划成本和实际成本的可比性,以考核财务部门业绩,要求计划成本和实际成本的口径一致,包括买价、运杂费和相关的税金等。
2 .2 计划成本应尽可能接近实际
虽然计划成本的高低可通过材料成本差异调整为实际成本,对发生和结存存货的实际成本并无影响,但如果计划成本脱离实际成本太多,则无法随时通过计划成本与实际成本的差异考核采购部门的成果。所以在制定计划成本时,应尽可能使计划成本接近实际成本。可由企业的采购部门联合财会等有关部门参照同类存货以往实际成本,并根据物价涨幅等相关因素共同研究制定。当实际成本和计划成本发生重大差异时,应作调整。
采用计划成本法进行存货核算的企业,其基本的核算程序如下:
企业应首先考察与存货成本相关的各种因素,规定存货的分类、名称、规格、计量单位和单位计划成本。除一些特殊情况外,计划单位成本在年度内一般不作调整。
其次,取得存货时,应按计划单位成本计算取得存货的计划成本填入收料单中,并按实际成本与计划成本的差额,作为“材料成本差异”进行登记。
还有,平时领用、发出存货都按计划成本计算,月份终了再将本月发出存货应负担的成本差异进行分摊,随同本月发出存货的计划成本记入有关账户,经发出存货的计划成本调整为实际成本。发出存货应负担的成本差异应按月分摊,不得在季末或年末一次分摊。
3 实例比较说明
我们仅用材料取得和入库这一过程为例,用简单的分录来加以说明:
实际成本法下:
取得材料:
借:物资采购(实际成本)×××。××
应交税金-应交增值税(进项税额)×××。××
贷:银行存款等×××。××
材料入库:
借:原材料(实际成本)×××。××
贷:物资采购×××。××
实际成本法下原材料均是以实际成本反映,所以月末不需加以调整。计划成本法下:
取得材料:
借:物资采购(实际成本)×××。××
应交税金-应交增值税(进项税额)×××。××
贷:银行存款等×××。××
材料入库:
借:原材料(计划成本)×××。××
贷:物资采购×××。××
计划成本法下,要在月末进行汇总,计算材料成本差异,具体分录如下:
借:材料成本差异(超支差)×××。××
贷:物资采购×××。××
或借:物资采购×××。××
贷:材料成本差异(节约差)×××。××
从以上对实际成本法和计划成本法的描述,可以得出如下的结论:
在计划成本法下,材料明细账可以只记录收入、发出和结存的数量,将数量乘以计划单位成本,随时求得材料收、发、存的金额,通过“材料成本差异”科目计算和调整发出和结存材料的实际成本,简便易行。而在实际成本法下,对存货的数量、单位成本和总金额都要详细记录,增加了一些不必要的麻烦。
关键词:有源滤波,太阳能,逆变器
一、光伏发电工作原理
按照与电力系统的关系光伏发电系统可分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统两种。独立光伏发电系统对谐波治理通常没有具体的要求,在实验室条件下,光伏电池板将光能转换为电能的转换率为25%,在实际运行中,一般达到10%甚至更低。如果配电网的电能由光伏电池板直接提供,那么逆变器直流侧电压在光伏并网发电时,需要维持在650伏左右,因此,我们就要使用很大面积的电池板,务必造成过高的成本,同时受环境的影响也变大。在实际应用中,光伏逆变系统与配电网之间的电压不匹配问题就用变压器来解决。
三级功率传输直-直-交和二级传输直-交两种结构都是为光伏发电逆变系统的主要结构,分别如图所示。在DC-DC-AC结构光伏逆变系统中,实质上是由DC-HFAC-DC-LFAC构成的的光伏逆变系统,也就是说由逆变器将与配电网相连的直流电压升到很高。DC-AC的光伏逆变器结构中,并网电流是由逆变器将与配电网相连光伏电池板直流电压通过工频变压器直接产生的。这两种结构区别在于:DC-DC-AC结构光伏逆变器中使用了常见的DC-DC环节进行升压,其结构简单,体积小,成本低,但效率较差;二级功率传输结构则使用了一般变压器,体积大,成本高,但是却大大的提高了逆变的效率。
二、 APF与光伏系统逆变器区别
它们都具有相同的逆变部分,他们仅仅是在直流侧有着部分不同。通过比较可知,在接入电网的方式上并联型有源电力滤波器与光伏并网逆变器的主电路结构基本上一样。并联型有源电力滤波器与光伏并网逆变器的统一控制是本章研究的主要内容。我们分析后得出两者有如下共同点:
1:都是电流控制电流源,他们的逆变器类型都是一样的即电压源型。也就是说在直流侧电压接入相同的系统时对其大小的要求也是一样的,电容需要选择容量很大的纹波特性很好的大电容。
2:主电路具有相同的结构。我们研究对象一般都是三相四桥臂,因为不论是那种桥臂都可以应用于此系统中。
但是由于两者的工作原理和目的不一样,因此在设计上有如下区别[29,30]:
1:输出电流频率不同。有源电力滤波器的作用就是向电网馈送各次谐波电流,谐波电流频率的范围在150Hz~1250Hz之间,而且有源电力滤波器本身就是一个谐波电流源。
2:输出滤波电路的设计不同。因为两者输出的电流频率有很大的差异,所以输出滤波电流有较大不同。光伏并网逆变器的输出滤波电路主要是为了防止高次谐波进入电网,截止频率取值较低。
经过上面的分析可以得出:
二者无论是在主电路还是直流侧储能都是一样的,不同之处只在于控制方式的选择和输出滤波电路。我们要想在一个系统下实现两者的转换必须设计一种算法来完成,实际上,目前这方面的工作在国内外已经展开。
三、 APF和光伏并网发电系统的统一控制
光伏发电系统受到气候、昼夜交替的影响,但是滤波器的工作则控制更为灵活,而且不受上述因素大的限制。在光伏并网发电系统中,只有稳定的电压才能输出最大的功率,只有找出这个最佳的电压点才能达到最大的利用率。
因此,为了充分发挥太阳能的作用,提高并网发电系统的利用率,我们在将它们进行统一控制的时候,就以光伏并网一同为依据。在天气晴朗的白天,首先进行最大功率的跟踪太阳能,将逆变器剩余的容量进行有源电力滤波的同时将光伏能量尽量转换为电能并网;夜间,逆变器直接用作有源电力滤波器,做到对谐波尽可能的无功补偿,并大大提高了电网的供电质量。
为了统一控制光伏并网发电和有源电力滤波,我们通常采用利于谐波补偿的直-直-交三次功率变换传输的逆变器构架。统一控制的工作原理图如图采用直-直-交三次功率变换传输的光伏逆变构架,在其变换的直流侧采用电流环,目的是为最大功率点跟踪算法提供电流的数据,实时跟踪输出最大功率,使系统的发电效率提高到最大;而逆变电路的直流侧的稳定电压是由直流侧的电压闭环系统来保障的。
参考文献
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摘要:整合;优化;课程体系;数据库技术
中图分类号:G420
The Integration and Optimization of Database System Course Teaching Content, Teaching Method and Database Technology
Wang Xiaokan Shen Chaoqun
(Henan Mechanical and Electrical Vocational Group)
Abstract: Each school has difference in training goal, teaching idea, teaching plan, teacher, experiment environment,in database system the specific curriculum practice are very different. Database system teaching contents and teaching means reform are extremely urgent, so we propose to the integration and optimization of database system course teaching content, teaching method and database technology, to get more reasonable and more efficient curriculum setting, teaching content, practice teaching, teaching technique and provide a reference of database system curriculum teaching mode for the same level of colleges and universities. Hope that make the students whom after graduation have a qualitative leap rely on this research and extension in the database application, so that they can better meet the needs of the society.
Keywords:Integration;Optimization;Curriculum System;Database Technology
1引言
数据库技术是当今信息社会必须使用的一门重要技术,对现代社会各个组织部门的正常运转都发挥着至关重要的作用。当我们在超市里购物、通过自动取款机取钱、在网上订购图书以及报名参加某个课程的学习时,都离不开数据库技术的默默支持。当前乃至以后,我们生活的诸多便利在一定程度上都和计算机特别是数据库技术的广泛应用密不可分。因此,在大学里,高职高专里,甚至中专里的计算机类、信息管理类、电子商务类等专业都开设了相关的数据库课程,这对学生毕业走向社会从事计算机相关研究及应用、信息管理、电子商务等工作打下了必要的专业知识基础。
2 数据库技术课程目前现状
由于各个学校在培养目标、教学观念、教学计划、教师、实验环境等方面的差异,在数据库系统的具体课程设置上实际存在很大不同。在研究型大学里,比较强调理论概念,认为具体的数据库管理系统(DBMS)这些具体技术容易过时,除用于举例以外,不做专门介绍,而基本原理、概念和技术可起相对持久的作用,所以要重点学习。比如清华,学生的培养目标是将来如何设计一个新的数据库管理系统,因此课程设置主要有《数据库原理》、《分布式数据库》、《DBMS 设计实练》等等,并没有让学生在课堂上熟悉某个具体的DBMS 产品的使用。研究型大学的这种模式的教学观念和课程设置无可厚非,这源于他的培养目标和学生的整体素质。问题是这种理念在在一般的普通大学里有拷贝的趋势,申请者则认为是很不合适。普通大学的计算机类、信息管理类、电子商务类等专业其培养目标主要是熟练的使用具体的数据库并能进行应用,而不是让大部分同学去超越SQLServer 和Oracle 等DBMS 设计自己的DBMS(不排除部分学生可以超越),所以课程设置自然应面向数据库的应用而不是数据库本身的研究。
河南省机电职业教育集团和在郑高校,近年在这方面都作了一系列探讨,在培养目标和课程设置上基本上有一定的的共识。比如在申请者参与的校企互动合作中就看到了这些。围绕这个目标,数据库系统的课程设置不是过分的讲述其原理、新理念、新知识,而是在对数据库基本原理讲述学习的基础上,重点学习和实践数据库的应用。综观几年的教学实践,特别是学生毕业设计对数据库的应用能力和毕业生的工作反馈,说明数据库的这种教学模式针对我们这个层次学生还是有一定的效果。然而,在实际的教学过程中我们还是发现了一些问题,教学内容脱离社会,比如对于数据库的小型应用研究开发,学生还可以能够做,对于稍微实际的比较大一些的开发则显得迷茫;教学实践有悖工程化原则,比如学生对数据库应用系统的大型实验很少按软件工程的方法进行而是比较随意等等。这些问题的出现一方面与教师和学生的观念有关,另一方面,我们也不得不承认与课程设置、教学内容和教学方法有关。即让学生了解的不同DBMS 太少;教学内容可操作性不强;大型数据库应用系统实练不够;教师安排不很合理以及教学方法有点单一等。针对以上问题,我们应该看到数据库系统课程的教学内容和教学手段的改革已迫在眉睫。因此我们提出数据库系统课程教学内容、方法和教学技术的整合与优化的项目申请,希望通过本项目的研究与推广,使学生毕业以后能在数据库的应用上有一个质的飞跃,更能适应社会的需要。
3数据库技术课程教学内容、方法和教学技术的整合与优化
3.1 整合和优化的内容
围绕数据库技术课程培养目标,其整合和优化的内容为:
(1)拟建立一个满足数据库应用相关专业人才培养需要的数据库系统课程体系;围绕数据库系统课程的教学目标,可以把课程体系分成多个层次,分阶段实施。
(2)优化相关数据库系列课程的内容。主要体现在:压缩重复内容;压缩过于偏、很少在后续专业课用到的内容;压缩属于更高级、可以放到研究生阶段去的内容。调整一些内容在不同课里出现的次序,加强课程联系。
(3)拟建立一个多层次、立体化的实践教学体系。在确保验证性实验质量的同时,增加提高型实验、研究创新型实验的比例 。通过开放式实验教学,鼓励学生自主立项,激励学生创新,充分调动学生学习的积极性和主动性,培养科学的实验方法和严谨的工作态度 。
(4)探索一种适合数据库系统课程的多角度教学方法。实行案例教学,给学生提供课堂教学、课后练习、重点难点、模拟试卷、疑问解答、作业批改、实训实练等多方位教学模块资源。
(5)改善当前的教学技术,使多媒体教学技术作为辅助手段而不是惟一手段。
(6)拟建立一个多方位的质量保障体系。
3.2整合和优化的目标
通过数据库系统课程教学内容、方法和教学技术的整合与优化研究,实现数据库系统课程设置,教学内容,实践教学,教学技术更合理、更高效,为同一层次高等学校提供一种可借鉴的数据库系统课程教学模式。进而通过这种模式培养的学生在走向社会时能很快适应工作要求。
3.3整合和优化的拟解决的关键问题
(1)新课程体系的建立;
(2)课程内容的重新整合与分配;
(3)相关案例及其课件的建设;
(4)课堂教学新模式多角度教学方法的探讨
(5)实践教学体系的完善和实训项目的设计。
4结论
通过数据库技术课程教学内容、方法和教学技术的整合与优化,我们预期会有以下几个方面的提高和改进:
(1)建成并实施一个满足大数据库系统各专业人才培养需要的数据库课程体系,提高数据库人才培养对会需求的快速适应能力。虽然该问题的重要性早已成为大家的共识,但具体怎么做,特别在一些原有各学科都已有比较好传统基础的教学研究型大学如何实施,目前国内尚无成功先例。我们将在学习、研究国内外大学相关学科课程体系和对国内人才市场广泛调研的基础上,结合浙江财经学院实际实际,建立了一个能满足相关专业人才培养需要的大数据库技术基础课程体系,在课程内容、知识结构方面走在全国前列。同时针对中国学期长,学生基础好、数理能力强的特点,对当前的课程结构和内容进行调整和优化,进行不同程度的创新和提高。最终使该体系成为一个可以比较方便的调整应用方向以适应社会发展的需要。
(2)建成并实施一个“以学为主、以教促学”的新型教学模式,使学生真正成为了学习的主人为推进从“知识传授型”向“能力培养型”的快速过渡,我们将对课程体系、知识结构和课程内容分配进行调整。加强所有数据库系统课程的实践环节和课程设计环节;并要求在课程内容的安排上,有意识地留出一定的空档让学生自学。同时,要大量删除数据库系统课程不同课程中的重复部分,使整个课程体系更加科学和合理。
(3)建立一个综合性、立体化的实践教学体系,支持学生综合素质和创新能力的培养学生综合素质和创新能力的培养是多方位的,可以渗透于学生大学生活中的方方面面。为帮助同学提高这些方面的能力,在数据库系统系列课程的教学过程中,在校内,我们将通过数据库系统课程加强对学生课外科技活动的指导和帮助,结合课程大作业和课外兴趣小组的活动,开设提高型和创新型实验 。鼓励学生自主立项,参与教师的研究计划。数据库技术是当今高新软件和信息公司的主要核心技术,所以在校外,我们将加大和信息系统开发的软件公司合作,加强学生对数据库在实际中应用能力和创新意识的培养,通过软件公司的实战训练,缩短学生在软件公司和相关信息公司就业的磨合期,增强学生就业的自信心。总之,通过立体化的实践教学体系,使学生在这些活动中得到锻炼,提高他们的综合素质和创新能力。
参考文献:
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【关键词】有机合成 路线设计 美学原则
在有机合成化学发展过程中,我们可清楚地看到人类的社会生产和生活的需求,以及有机化学理论发展的要求,都不断地推动着有机合成的发展。人类为了战胜疾病,保护农业生产,丰富人们生活的各个方面,就要药物、农药、染料、香料以及具有各种各样性能的新材料的合成生产。同时又为了有机化学、生物化学理论等学科的研究发展,也不断提出许多新奇分子的合成问题。二十世纪以来,许多天然有机物的发现,元素有机化合物的制备成功和变化多样的有机合成反应和技术的出现与完善,使有机合成化学已发展到系统逻辑的推理的阶段,而不是一味地类比于无机合成化学。现代有机合成,无论采用由原料定合成路线,或者以有机合成反应定有机合成方案以及应用逆合成分析等合成策略,有机合成路线设计已成为有机合成中的重要环节。有机合成艺术之美也正集中表现在有机合成路线设计中。人类的实践活动,无论是社会实践活动或是科学研究,都是按照美学规律进行的。在有机合成设计中,也遵守诸方面的美学原则,比如创新性原则,简洁美原则,和谐美原则,对称美原则以及科学美原则。在我们的实际工作中,无论是否注意到上述美学原则,但这是客观存在的,不容否认的。
一、有机合成设计中创新性认识的实现
伟大的发明家爱迪生说:"凡是新的不平常的东西都能在想象中引起一种乐趣,因为这种东西使心灵感到愉快的惊奇,满足他的好奇心,使他得到原来不曾有过的一种观念。"有机合成研究出发点之一就是寻找新的有机合成反应、合成试剂、合成方法和技术,以及在实验室内合成出自然界不存在的新化合物。在有机路线的合成设计过程中,前人宝贵的成功经验,是我们学习借鉴的源泉,他们的精巧构思和设计技巧给我们以心灵的启迪。学习、消化和适当模仿前人的经验,用之于我们的合成设计中是不无脾益的。可使我们少走弯路,甚至还可以从中觅得一条实现理想合成设计的捷径。但是一味地墨守成规,则可能在设计中铸成大错。具有代表性的例子是1856年十九岁的美国化学家W・H・Perkin从奎宁的实验式出发,按照无机化学中的氧化反应模式企图合成奎宁。当时确定的奎宁实验式为C20H21N2O2(正确的奎宁实验式为C20H24N2O2)。Perkin注意到从煤焦油得到一种化合物C10H18N(2-丙烯基-对甲苯胺),于是他设计了奎宁的合成路线:2C10H18N+30C20H21N2O2+H2O.时至今日,我们当然清楚,2一丙烯基一对甲苯胺与奎宁是结构完全不同的两种物质。不可能从前者通过氧化反应再到后者。但是Perkin还是认真地作了实验,虽然他没有得到奎宁,但他却得到了一种紫色结晶物质,这也是人类的第一个合成染料,从此开创了煤焦油的化学工业。
从上面例子中,我们可以看出,科学研究即需要认真的科学态度,也需要积极的进取精神。有创造,才有进步。我们若既能吸取前人的经验教训,在实际工作中又能充分发挥个人的聪明才智和创造才能,也许会发现新的有机合成天地。一个复杂结构的有机化合物合成与设计要经过许多已知的方法和步骤,经过大量的工作完成目标分子的合成。从有机合成角度来说,是有实际意义,但从有机合成方法上看,这项工作则显得平谈无奇。因此我们衡量一个合成与设计巧与拙,美与不美的一个重要标准是:在整个合成设计工作中是否创造性地应用了一些反应,创造性地解决了前人尚未解决的问题。
二、简洁美原则
在有机合成设计中,要遵守的一个重要原则,就是有机合成方案的简洁性。在实验室里实现一个复杂有机化合物的合成,往往要经过许多步骤的反应。若是合成方案繁杂,合成路线冗长,必然要增加原料或试剂的数量,延长合成周期,给我们的合成研究工作带来不必要的操作过程。简洁而实用的合成设计,不仅可使实验室的合成工作省时省料,最后还可获得较高收率的目际化合物。1902年Wi11statte设计了下列托品的合成路线,应用20余步合成反应在实验室中实现了托品的全合成。当时在没有出现Mannich反应之前。Willstatte的工作可算有机合成史上一个辉煌成就。但是从他的合成方法上看,20余步的合成反应却是令人生畏的。而在1917年Robinson创造性地应用Mannich反应,他认为在生物体内不可能存在如此复杂的托品合成法。在认真分析托品骨架结构分基础上,利用一步合成反应中同时进行两个Mannich反应,巧妙地构思了托品合成方法,从此托品合成方法就大大简化了。Robinson的托品合成方法是有机合成中最简单的、最精妙的,使人感叹不已。简化倾向是人知觉本身固有的倾向。在人类的活动中,无论是身体活动、生理话动、还是思维活动和实践活动,都是从繁到简、从粗到精,最终达到完美程度的过程。
三、对称美原则
对称性和潜在的对称性是一些有机化合物分子固有的特性。在有机合成设计中注重寻找目标分子的对称性具有重要的实际意义。若恰当的利用这一分子特性,往往可使合成工作大大简化,并且使合成设计路线具有收敛性。在Robinson托品合成法中,Robinson就是依据生源学说,利用托品分子骨架具有面对称性质,巧妙地将托品骨架分切成相同的两部分:他又认为这两部分可同时由Mannich反应来实现合成,因为在托品分子中只有一个氮原子,他认为两个Mannich反应必须发生在同一个有机胺上,如此首先选定了甲胺为托品合成的第一个原料。托品分子本身为环状结构,那么Mannich反应中的两个醛基处在同一分子内,带活泼性氢的亚甲基也在同一分子内,那么在一步反应中可发生对称的两个Mannich反应,随之而构成托品骨架(图1)。
在许多有机合成设计中,复杂的有机化合物分子结构不存在对称性。若在目标分子结构剖析中巧妙地利用对称美原则,也可使众多的合成步骤终途归一,大大简化合成方案。地衣酸具有两个苯并呋喃结构(图2)。
我们从地衣酸的结构可以看出,它不存在对称性,事实上我们知道有这样一种情况,环己酮和环己烯醇是两个共振结构式(图3)。
而地衣酸的分子结构以呋喃环中间划线切断,可得到类似前面情况的一对共振异构体:
B化合物和c化合物是共振结构式,而c则和A是相同的化合物,这样复杂的地衣酸则是由相同的两个化合物拼合而成,所以地衣酸的合成设计则极为简单。
四、和谐美原则
完成一个目标分子的合成设计,设计者所拥有的素材:原料、试剂、合成反应、合成方法以及实验条件都是零碎的、无序的。合成设计工作本身就要求对这些素材进行分析、加工、筛选和提炼,全面考虑各素材的特性,化学性质和它们相互之间的关系,使它们得到优化组合。这样既可以充分发挥它们的作用与功能,又可避免设计中各个合成之间的相互影响,避免有机合成副反应的发生。例如在实际的合成设计过程中,由原料通过有机合成反应构筑目标分子的碳胳是利用原料分子的官能团的化学反应,这是一方面的问题。而目标分子结构中官能团的建立又是另一方面的问题。很显然若能将上面合成设计中的两种需要结合起来,统筹考虑,使构筑目标分子时所需要的原料化合物分子的官能团既能满足合成反应中的需要,最终也可成为目标分子结构上的官能团,那么这将是最经济的,也是非常协调的,可大大减少实际的合成工作的范围。这就是合成设计中所特别遵守的和谐美原则。
五、科学美原则
合成设计所遵守的科学美原则要求,任何巧妙完美的有机合成设计,都必须依照有机化学理论的客观要求,并在现实科学技术条件下能在实验室里得以实现。合成设计不同于绘画者的艺术构思,对素材的提炼加工构思和布局的安排,虽然也符合一定的客观现实,但是其中都融合了绘画者个人的精神意识和超现实的艺术加工处理。而有机合成设计则是紧紧围绕目标分子,有机合成反应和方法,有机合成实验等方面,运用设计者高度的创造思维和才能,将有机合成设计中的素材和谐地完美地并且要符合有机化学理论地组合在一起,完成理想的有机合成设计的工作。综上所述,有机合成设计,作为一种高级的创造性思维,也离不开 美的本体,遵循美的规律,它是设计者有机化学知识和审美鉴赏力不断相互交融的统一过程。作为一个有机合成化学家,既具有高度的科学创造才能,又具审美的鉴赏能力,将会如虎添翼。对科学高峰的探索和对美的追求,可以获得全身心的解放和至美的乐趣。因此作者认为在自然科学研究领域中,也不要无视美的存在和作用,而以高度的审美鉴赏融会于我们的科学研究中,以创造出至善至真的科学成就,为人类的文明进步献身奉心。最后作者引用马克思的名言结束本文:社会的进步就是人类对美的追求的结晶。
参考文献:
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随着社会的发展与进步,人类面临巨大的环境问题,可持续发展非常重要。绿色化学的观念符合人类可持续发展的要求,近十年来发展迅速。绿色化学涉及有机合成、工业催化、分析化学、生物化学等领域与学科,其中有机合成对于人类具有不可估量的意义。从早期的有机试剂、药物、塑料到近代的维生素、激素、色素、抗生素、高分子材料以及各种具有特殊性能的现代材料都是有机合成的产物,当今国计民生的各个方面都离不开有机合成产品。在有机合成中应用绿色化学的思想,能够节约资源并防止环境污染,从根本上改变传统的有机合成理念。
二、有机合成教学现状
我国大学教育不断发展,各高等院校化学系专业划分得更细,培养人才的综合素质更高。高等院校的有机合成课程是化学、生物、药学等专业的专业必修课之一,是最能体现绿色化学思想的一门课程。1998年中国科技大学首先把绿色化学单独作为一门课程[1],现在开设绿色化学课程的高校越来越多,但是作为绿色化学课程最重要组成部分的绿色有机合成化学的教学发展缓慢。目前大多高等院校使用的教材没有根本性的改革,依然使用在传统教材基础上改版的教材,缺少绿色化学的思想。现行各种教材反映的内容只是从有机合成的合理性、简便性方面考虑,并没有注意反应的原料、催化剂、溶剂和最终产品是否无毒无害,反应过程中的废弃物是否尽可能少等绿色化学原则。Anastas等[2]提出12条关于绿色化学的原则,用来评价实验过程、生产过程、最终产物是否绿色,其中最基本的原则就是原子经济性原则;采用无公害的原料;无公害的反应条件;终产物环境友好。绿色化的有机合成化学教学正是我国教育发展最需要的教学,在教学中贯穿绿色化学的思想,让每个学生都有绿色化学与可持续发展的概念。绿色化学新技术在教学中的应用,能培养适合我国发展现状的绿色化学工作者,并为以后我国的可持续发展输送高素质的人才。
三、有机合成绿色化教学的策略
(一)贯穿原子经济性原则
在有机合成课程课堂教学过程中,会讲到许多基本有机反应,这时就应该培养学生绿色化学的思想,首先要在基本的合成反应中体现原子经济性原则。原子经济性就是反应分子中的原子全部进入最终产品,没有任何副产物[3]。原子经济性与有机合成反应产率不同,产率是目标反应产物的生成量和原料中某一组分加入量的比值。当原料和产物由几个组分组成时,某一产品的产率再高,它仍存在其它副产品,没有达到废物“零排放”的要求。例如,Wittig反应产率较高,一般可达80%以上,但Wittig试剂的较少部分被利用到产物中,其余都成为副产物。所以,Wittig反应的原子利用率低,原子经济性很差。可见,应使用产率和原子经济性两个概念作为评估标准,才能实现更“绿色化”,更有效的化学合成反应。
有机反应中最常见的主要包括4类:重排反应,取代反应、消除反应和加成反应等,重排反应和加成反应基本属于原子经济反应,而有些反应,如取代反应和消除反应的原子经济性则不一定高,另外,成键周环反应,如Diels-Alder反应,[2+2]、[3+2]环加成反应属于原子经济性的,而氧化-还原反应类型很多,不能用“原子经济性”来衡量,只是化学氧化还原反应一般有毒,而电氧化-还原反应对环境更友好。除了对这些学过的反应进行归纳总结外,还可向同学们介绍一些绿色新反应,如:Ene反应(双烯合成)类似Diels-Alder反应,反应通式为:
X=Y=C=C,C=O,C=S,N=O,N=N等。
金属复分解反应(RCM 反应)是一种过渡金属催化反应,反应通式为:
R=芳香基、烷基、芳香杂环;
R1=H,COOR,烷基
X=O,NCOOR,NTs,NSO2PH
DO(DEt)2,SO2PH,SO3PH,SOPH
EWG=吸电子基,如-COR,-CHO,-CN,-COOR
以上的各反应都是绿色化学的基本反应,在讲课的过程中就应该贯穿绿色化学的基本思想,让学生在对比中明白绿色化学的概念,让学生在今后的工作学习中都有绿色化学的概念,在合成某些产品时尽量用原子经济性来衡量整个反应过程。
(二)原料与产物无公害
1.尽量用无毒无害的原料
绿色化学基本原则中包括原料无公害,在设计有机合成实验时就应该寻找安全有效的反应原料,进而得到功效卓著而无毒无害的产品。例如:合成聚氨酯时,传统的方法一般要采用光气作为原料,而光气是可致命的剧毒气体。新的绿色化学合成方法则完全不使用光气,不仅消除了剧毒原料光气的使用,并且反应产生的副产物是水,对环境无污染,同时解决了两方面的问题,整个聚氨酯合成的实验更加接近绿色化学。
如:亚氨基二乙酸二钠的合成也可以改变原料,避免使用甲醛、氢氰酸紫等剧毒原料。
NH3+2HCHO+2HCN NCCH2NHCH2CN
由以上反应方程式可以看出,传统方法合成亚氨基二乙酸二钠的步骤要繁琐,要用到HCHO、HCN剧毒物质,还要用到NH3,并且产物不能转化完全,对环境的污染较大。新的合成方法简单,只需要在铜催化剂的条件下就能直接合成出亚氨基二乙酸二钠,副产物是H2,对环境的污染也较小。在讲课过程中可以将多种有机合成方法进行对比分析,找出最符合绿色化学标准的合成原料与产物,让学生充分的理解绿色化学的基本原则。在学生动手实践的过程中,要应用最绿色的有机合成方法,降低实验室对环境的污染与对学生身体的危害。
2.利用可再生资源为原料
在实验室教学过程中,利用可再生的原料可以减少对环境的污染并符合经济与环境的可持续发展。例如:用氧化法合成己二酸(ADA),传统方法合成已二酸的实验通常用致癌物质苯或苯酚作原料,在原料上就不符合绿色化学的标准,对学生的身体健康有一定的危害。新的合成工艺可以直接用葡萄糖合成出,并且葡萄糖能够通过植物的光合作用直接得到,使原料的成本降低,并且合成的工艺简化对环境污染减少。这种符合绿色化学标准的新合成方法可以应用在有机化学实验教学中。
3.设计更安全的产品
有机合成实验的设计阶段就应该考虑合成出产物是否有毒,尽量通过通过改变和修饰有毒物质的结构,消除其“致毒反应”[4]。例如:联苯胺是很好的染料中间体,但具有极强的致癌作用,可以对其分子结构加以改造,变为二乙基联苯胺,既保持了染料的功能,又消除了致癌性。
在设计具有特定功能的化学产品时,还应考虑它能否降解,要使其降解,也可通过在分子结构中入特殊功能团来促使其降解。通过水解或者光解使大分子结构变成可以生物降解的基团。
(三)研究安全有效的反应条件
在有机合成的基本反应中,除了考虑反应原料及产物的绿色化外,还要注意反应过程中所用的催化剂和溶剂的绿色化。通过催化剂与溶剂的改变,改善整个反应条件,使整个合成反应安全有效。
1.寻找安全有效的催化剂
在常见的有机合成反应中所用的催化剂大多为硫酸、三氯化铝,三氟化石朋等酸性催化剂,这类酸催化反应都是在均相条件下进行,对设备腐蚀作用大,并且容易形成酸雾、废酸液污染环境,危害人体健康。目前解决的方法是使酸催化剂负载化或均相催化剂的多相化。在工业中可以采用的方法是用固体酸如酸性白土、混合氯化物、分子筛等代替液体酸,尽量减少酸雾的形成,并且通过一定的方法对固体酸回收,用该催化剂取代传统的三氯化铝,催化剂用量降为原来的1/10,废弃物氯化氢的排放量减少了3/4,而产率增大到了70%。
2.寻找安全有效的反应介质
传统的反应介质大都是有毒的有机溶剂二氯甲烷,乙腈,甲醇等不仅危害人体健康,而且对环境污染严重。超临界流体(SCF)特别是超临界二氧化碳(scCO2),超临界(SCW,scCO2)以及水作溶剂;符合绿色化学的要求,有不少反应已大量使用此介质,Pinacol(频那醇)零排反应原在液相中需要强酸作催化剂,而且催化剂的寿命较短,反应速度和选择性很低,现在此条件下超临界水中不加任何催化剂下反应,速度比蒸馏条件下快100倍。Cannizzaro反应在传统的工业生产反应条件中需使用大量的碱作催化剂,后处理步骤多,且产物纯度较差。
关键词:Web服务组合;服务质量;成本效益系数;可靠性;优化模型
中图分类号: TP311; TP393.09
文献标志码:A
Abstract:
To solve the problem of large amount of calculation and nonlinear programming in the process of service composition optimization, a Cost Benefit Coefficient (CBC) approach was proposed for Web services composition reliability optimization in the situation of a given cost investment. First, the structure patterns of service composition and related reliability function were analyzed. Furthermore, the Web service composition method of reliability calculation was proposed and a nonlinear optimization model was established accordingly. And then the cost benefit coefficient was computed through the relationship between the cost and the reliability of component services, and the optimization schemes of Web service composition were decided. According to the nonlinear optimization model, the results of optimization were computed. Finally, given cost investment, the higher reliability of the approach to optimize the reliability of Web service composition was verified through the comparison of this approach and the traditional method on the reliable data of component service. The experimental results show that the proposed algorithm is effective and reasonable for reliability optimization of Web services composition.
Key words: Web service composition; Quality of Service (QoS); cost benefit coefficient; probability; optimal model
0引言
Web服务作为一种新型的Web应用模式,采用Web服务描述语言(Web Services Description Language, WSDL)、统一描述、发现和集成(Universal Description Discovery and Integration, UDDI)和简单对象访问协议(Simple Object Access Protocol, SOAP)等基于可扩展标记语言(EXtensible Markup Language, XML)的标准和协议,具有互操作性、跨平台和松耦合等特点,近年来得到了迅速的发展[1]。在单个Web服务已不能满足用户不断增加的服务需求时,可将已有的Web服务进行一定逻辑结构组合,形成更大粒度、功能更为强大的组合服务,即Web服务组合(简称服务组合)[2]。
由于服务组合是由不同组织、分布在Internet上,具有自治特征的组件服务(组件服务指Web服务组合的基本构成元素,每个组件服务都是原子,本文假设组件服务可靠性是独立于其他组件服务的[3])构成,而在开放、动态、难控的网络环境下实现各类Web服务资源集成和共享,其服务质量(Quality of Service, QoS)成为决定其能否成功的关键因素之一[4]。Web服务的QoS指服务的响应时间、价格、可用性、可靠性、信誉等非功能属性[5]。作为评价Web服务性能的重要指标,QoS不仅用于服务的选择,还用于指导高质量的服务组合开发[6-7]。而可靠性[8]是提供Web服务组合QoS保证的一个重要度量标准,反映Web服务组合过程成功的可能性[9]。由于Web服务组合是由组件服务组成,组件服务的可靠性直接影响服务组合的可靠性,只有在服务组合中确保组件服务的可靠性,才能使Web服务组合在实际运用中具有更高的成功率。在构建服务组合的可靠性基础上,由于Web服务状态不稳定、组件服务的可靠性发生变化等原因,且用户希望能够获得最佳的性能,优化服务便成为用户的一个迫切要求,代表着用户的核心利益。因此,服务组合的可靠性优化已成为研究的热点问题。
在已有服务组合的QoS不能保证其可靠性的情况下,有必要在一定成本约束下对组件服务可靠性进行优化。如何在成本约束情况下对服务组合进行可靠性优化以提高用户满意度已经成为面向服务计算和软件可靠性领域的迫切需要解决的问题[10]。为此,本文采用成本效益系数(Cost Benefit Coefficient,CBC)对Web服务组合进行可靠性优化。首先通过分析不同逻辑结构下的可靠性模型,通过服务组合逻辑结构进行了可靠性计算;其次设计了可靠性优化模型;然后通过组件服务的可靠性与成本之间的关系得到成本效益系数,从而选取服务组合的优化方案,保证组件服务都是在有限成本约束下进行的可靠性优化;最后,通过实验验证了该方法在有限成本约束下对Web服务组合进行可靠性优化的可行性和合理性。
1相关工作
目前,已经有一些文献站在不同视角,通过采取不同方法对Web服务组合的可靠性优化问题进行了研究。文献[11-12]提出了一种将全局QoS约束自适应地分解为满足用户偏好的局部约束,然后利用局部约束获得全局最优或近似于全局最优的Web服务组合。但是在自适应分解中,模糊子集数量选取得较少,会到导致模糊规则相对稀疏,对复杂情况的推理决策能力不强。文献[13]提出了一种使用故障树分析来对软件系统的可靠性进行分配的方法,并使用遗传算法进行优化。该方法是在可靠性分配下使成本最低,但最终优化的服务可能不是最优的。文献[14]利用软件容错技术在Web服务组合的可靠性预测模型的基础上,分别给出两种容错模式下可靠性优化模型,从而优化Web服务组合的可靠性,但该方法在问题规模过大时,通过枚举所有可能的组合方案寻找满足约束条件的解会产生难以忍受的计算开销,具有较高的复杂度。文献[15]提出了一种Web服务组合的可靠性预测模型,在此基础上对采用NVP(Network Voice Protocol)模式的服务组合进行可靠性优化的方法,但该方法是在满足一定的代价约束下使服务组合的可靠性达到最优。文献[16]从服务替换的角度分析了通过冗余提高服务组合的可靠性问题,但并没有对时间开销进行分析。上述研究从自身所采用的方法出发对Web服务组合的可靠性进行优化,而没有考虑在有限成本约束下,组件服务的可靠性和成本之间的关系对服务组合进行可靠性优化的影响。为此,研究一种在有限成本约束下基于成本效益系数的可靠性优化方法,对提高Web服务组合的服务质量就具有十分重要的意义。
在数学上对式(6)进行可靠性优化并不难,可通过应用回归分析法[23]根据式(6)的等式约束得到组件服务优化后的可靠性与其成本之间的函数关系;然后应用数学规划法求出最优方案及相应的组件服务的可靠性和成本;最后再对这些量离散化求出原优化模型的最优方案。但此法具有如下几个问题:
1)计算量大。由于Web服务数量的快速增长导致可能的组合方案数目巨大,使得服务组合的任务较多,逻辑结构也非常复杂,一个组件服务的变化会导致整个服务组合的变化,服务组合的整体复杂性也就提高[24]。随着复杂性的提高,计算量也就越来越大。
2)非线性规划问题。由于式(6)中目标函数是非线性的,加上成本约束与可靠性之间是非线性的,所以是一个非线性规划问题。式(5)通过式(6)的可靠性优化模型进行求解,使得其也是一个非线性规划问题。
3)准确性不高。由于式(6)中可靠性优化模型是非线性的,所以并不存在组件服务的可靠性与其成本一一对应的关系,从而通过回归分析会产生较大误差,优化计算结果的准确性不高。
4)面向Web服务组合的最优算法,在其求解过程中存在计算量大、时间成本高和实际应用时收敛慢等问题[25]。
3.2成本效益系数优化
解决上述问题,采用次优化的方法是适宜的。所谓次优化方法,即在实际应用中要求计算量少,求解时间短,并且一般只要求满意解,是实际限制情况下的最优化。只要方法得当,所求得的次优化方案也能很好地符合服务组合整体情况,其效果也能达到理想值。
为了解决在服务组合优化过程中遇到的计算量大、非线性规划以及准确性不高等问题,本文提出了利用成本效益系数法来获取优化方案,在一定成本约束下,最大限度地提高服务组合的可靠性,其核心思想是根据给定的成本与优化的组件服务可靠性增加值之间的关系进行成本决策分析,以确定服务组合的可靠性优化方案,从而得到优化结果。首先,计算组件服务的可靠性增加值,确定组件服务的概率重要度和优化成本占总成本的比率;然后利用组件服务成本约束与可靠性的关系计算成本效益系数,将得到成本效益系数降序排列,通过所需优化组件服务的成本之和不超过总成本情况下确定优化方案,并对需要优化的组件服务进行优化;最后利用可靠性优化模型计算优化后服务组合的可靠性。
应用成本效益系数解决服务组合的可靠性优化问题可以实现以下目标。首先,成本效益系数法是一种次优化方法,它的求解是通过组件服务可靠性增加值和其重要度的乘积除以组件服务优化成本占总成本的比值,准确性高。其次,成本效益系数适应于组件服务可靠性数据值已知的情况,使该方法非常适合于在服务组合优化过程中与用户进行交互:如果用户设定某一组件服务的状态为不可优化时,则禁止优化这一组件服务;如果用户所提供组件服务的可靠性数据值发生变化,则根据重新计算得到的优化值与历史优化值进行比较,重新优化服务组合,使之具有较好的性能。此外,根据成本效益系数得出的优化方案可以确定哪些组件服务需要优化,从而使服务组合优化的结果更加准确,并且在优化过程中时间开销少[26]。因此,利用成本效益系数法获得Web服务组合的可靠性优化具有理论上的合理性和可行性。
为进一步验证本文方法的有效性,将几种方法服务组合的组件服务数量进行推广优化后得到的可靠性进行了对比。由于不同组件服务数量根据组件服务的功能属性不同可以构成不同的服务组合流程,所得到的服务组合可靠性也不同。实验结果如图7所示,当有13个组件服务时,服务组合的初始可靠性为RInitial=0.9069,基于重要度的优化方法优化后所得到的可靠性Rci=0.9600,使用成本等分法优化得到的服务组合可靠性Rcr=0.9255,而通过成本效益系数优化后服务组合的可靠性达到了0.9668。随着组件服务数量的推广,使用成本效益系数优化后的可靠性都高于使用重要度优化和成本等分优化后的可靠性。
随着组件服务个数的增加,根据其功能属性不同可以构成不同的服务组合流程,所得到的服务组合可靠性的运行时间也不同。为了说明成本效益系数对服务组合运行时间的影响,对不同结构流程的Web服务组合运行50次所用的时间取期望值,然后对不同结构的运行时间再次取期望值。如图8所示,固定服务组合个数为8个所运行时间的期望值是0.454s,这在实际应用中是可以接受的。实验结果表明,随着组件服务数量的增加,使用成本效益系数来进行Web服务组合可靠性优化的运行时间也会相应增加,即本文方法的效率会降低。但效率的降低基本是线性的,从而使得本文方法具有较好的可扩展性。
图9显示了固定组件服务数为8个,每个组件服务的候选服务数目不一样时,进行服务组合的可靠性优化的性能。由于优化方法的组件服务候选服务数不一样,其执行时间也就和每个组件服务所选的候选服务有关。从图9可以看出,组合服务的可靠性优化是通过增加组件服务的候选服务数进行优化,每增加一个候选服务,其所需的时间也有所增加。本文方法是使用的候选服务数为1,是以可优化最少的组件服务候选数来进行组合服务可靠性优化,优化时所需的时间最少。
5结语
本文研究了成本效益系数方法在有限成本约束情况下对Web服务组合进行可靠性优化的应用。成本效益系数方法包含两部分:一是成本效益系数,通过组件服务的可靠性增加值与其优化成本的关系获得;另一个是优化方案的提出,根据求解的组件服务成本效益系数降序排列来确定哪些组件服务需要优化,从而确定服务组合优化方案。该方法着重考虑了组件服务的优化对服务组合整体的影响,体现了整体效果最优的思想,并且是以服务组合优化的成本效益最高去逼近原问题的最优解的,使得该方法准确性很高,能很好地解决在优化过程中遇到的计算量大、非线性规划以及准确性不高等问题,最大限度优化了服务组合及组件服务的可靠度,提高服务质量。最后通过可靠性优化模型进行优化计算,即可获得满意解。本文最后通过实验对方法的有效性进行了验证,实验结果表明成本效益系数方法与应用于服务组合优化的其他优化方法相比,具有更高的性能。
如何使可靠性优化方案以最少的优化投资成本使服务组合的可靠性满足目标值,并考虑一个组件服务的可靠性的值受其他组件服务的影响而发生变化,引起服务组合可靠性的变化,是下一步要开展的研究工作。
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摘 要 通过对巴班斯基教学方法分类的分析,我们发现巴班斯基关于教学方法分类的思想更具有全面性、系统性和科学性,将巴班斯基的理论思想应用到健美操技能教学中更具有针对性,结合健美操动作技能形成的三个阶段,可将健美操教学方法分为三类:组织和实施学习认识活动的方法、激发和形成学习动机的方法、检查与自我检查方法。
关键词 体育舞蹈 教学方法 优化组合 动作技能 阶段
一、健美操教学方法优化组合的实施
健美操技能的形成通常分为三个阶段:泛化阶段,即运动技能的学习与掌握阶段;分化阶段,即运动技能的改进与提高阶段;自动化阶段,即运动技能的巩固与发展阶段。本文基于巴班斯基的教学方法分类的思想,并依据三个阶段中掌握运动技能的特点,将健美操教学方法进行优化组合研究。
(一)健美操教学方法分类
尽管目前关于教学方法已有了不同的分类标准,但是通过对巴班斯基教学方法分类的分析,我们发现巴班斯基关于教学方法分类的思想更具有全面性、系统性和科学性,因此,将巴班斯基的理论思想应用到健美操技能教学中更具有针对性,由此可将健美操教学方法分为三类:组织和实施学习认识活动的方法,其中包括讲解法、直观法、带领法、分解法等;激发和形成学习动机的方法,其中包括沟通与激励法、情绪感染法、游戏法等;检查与自我检查方法,其中包括检验法、表演法、竞赛法和实践学习法。
(二)各阶段健美操教学方法优化组合的实施
1.泛化阶段健美操教学方法的优化组合
(1)泛化阶段健美操技能掌握的特点
泛化阶段强调学生对健美操技能的认知,学生只能获得一种感性认识,对健美操技能也就形成最一般、最粗略的表象,而对健美操技能的内在规律并不了解。因此,在此阶段的教学中,教师应重点抓着动作的主要环节和技术要领,而不应过多的强调动作细节,多采取一些以直观感知为主的教学方法,如示范法、演示法。
(2)泛化阶段健美操教学方法优化组合的实施
实施泛化阶段的教学方法,教师应该多采用以直观感知为主的教学方法。在基本理论的教学中主要采用的是讲解法和教育引导法;在基本技术和基本技能的学习中主要采用直观法、带领法等;在兴趣培养上主要采用直观法、念动法、评比法和游戏法;在情感培养上主要采用程序法、沟通与激励法、和情绪感染法等;在表现力的培养上主要采用暗示法、沟通与激励法、比赛法。
2.分化阶段健美操教学方法的优化组合
(1)分化阶段健美操技能掌握的特点
在经过了一段时间的练习以后,学生对健美操技能的基本原理与技术有了初步的了解,犯错误率已经有所降低,能够比较连贯地完成整套动作,初步建立的动力定型,但对成套动作的掌握仍不稳定,错误和多余动作可能还会出现。教师应加强学生运动能力的培养,主要采取以身体练习为主的教学方法,及时纠正学生的错误动作,并不断分析动作细节,帮助学生完成整套动作的整合。
(2)分化阶段健美操教学方法优化组合的实施
在分化阶段中,学生的技术水平已经有了较大的提高,教师应主要针对学生错误动作和多余动作还会出现的特点,采用一些以身体练习为主的方法。在基本理论的教授中主要采用讲解法和测验法;在基本技术与基本技能的教学中主要采用预防与纠正错误法、个别辅导法等;在兴趣培养上主要采用预防与纠正错误法、实践学习法;在情感培养上采用预防与纠正错误动作法、表演法;在表现力的培养上主要采用念动法、表现法和竞赛法。
3.自动化阶段健美操教学方法的优化组合
(1)自动化阶段健美操技能掌握的特点
在这一阶段,练习者在大脑中已经建立了稳固的动力定型,不必有意识地去想动作要领,某些技术动作已经达到了自动化的地步,学生已经具备了洞察错误动作的能力,能够自己发现错误并能纠正错误。教师应强调探讨运动技能掌握的过程,而不是现有的理论知识,掌握健美操运动的基本规律,引导学生自主、主动的探索,并经常检查学生的练习质量,防止技术动作变形。
(2)自动化阶段健美操教学方法优化组合的实施
该阶段的主要任务是巩固和发展已掌握的技能,教师主要引导学生进行探究性的学习,测验法、表演法、竞赛法、实践教学法在此阶段运用的较多,结合健美操教学方法的分类测验法、表演法、竞赛法、实践教学法均属于教学中的检查与自我检查中的方法。
根据自动化阶段学生掌握技能的特点及健美操技能教学方法的分类,该阶段的教学方法应采用检查与自我检查相结合的方法。
二、小结
在健美操技能教授中,教师要根据技能形成的三个阶段的不同特点,选择不同的教学方法组合,以便促进技能的掌握与提高。
(一)根据泛化阶段技能掌握的特点,教师应该采用组织和实施学习认识活动、激励学习和形成学习动机这两种方法。
(二)根据分化阶段技能掌握的特点,教师应该采用组织和实施认识学习活动、教学中的检查与自我检查这两种方法。
(三)根据自动化阶段技能掌握的特点,教师应该采用检查与自我检查的方法。
参考文献:
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关键词:不对称 小分子催化 合成 药物合成 应用
随着科技的发展以及人们对化学的合成、药物制作和材料科学方面的认识的提高,手性越来越受到人们的重视。要想获得光学活性物质,其有效的方法之一就是进行不对称催化,催化剂的合理设计与使用能够让反应的立体选择性得以提高。有机金属催化剂发生具有立体选择性的不对称反应是比较多样的,不过其反应需要的价格是比较昂贵,再加上回收套用以及残留金属处理问题限制了该有机金属催化剂在有机合成行业中的应用地位。
相比有机金属催化剂,其有机小分子催化剂则成为了更好的选择,有机小分子能够在温和的反应条件、对环境不造成危害条、较低成本条件下以及反应不存在残留金属等等条件下都能够发生,因此手性有机小分子催化剂成为了当前世界上诸多学者们研究的有机合成的对象,手性有机小分子从此便成为了在酶催化与手性金属络合物催化两者之后的第三个有广泛用途的手性催化剂,即手性有机小分子催化剂的黄金应用时期。
一、小分子催化反应分类
1.给体的活化——亲核性催化
利用手性有机小分子催化剂进行催化的过程中,让反应底物内的给体与催化剂进行反应,进而得到反应活性中间体,其亲核性要高于原有给体,即与受体进行反应的能力增高,该催化剂活化机制成为亲核性活化。
2.亲电性催化活化
亲电性催化活化反应过程中是让反应底物中受体与催化剂进行反应产生中间体,中间体的亲电性要高于原有受体,使得其与给体反应产生产物的能力增强。该类型催化以仲胺类化合物为主,结合受体得出亚胺离子历程,进而通过减小反应中心电子云的密度来使其更易接受亲核试剂的进攻。
二、药物合成方法
1.外消旋体拆分法
该方法需要有一定的溶剂才能进行,而且最主要的是拆分剂要想找到一个合适的是非常困难的。因此利用外消旋体拆分法的缺点就是需要先合成外消旋的目标产物才能进行不对称水解拆分来制备手性化合物,且其拆分收率最高不超过一半。
2.化学—酶合成法
当前在工业合成上使用广泛的合成法是化学-酶合成法,即利用纯酶或者微生物催化来完成一些合成反应内的主要步骤,而一般步骤则使用化学合成法,进而能够将两者的优点都体现出来。化学生物等学科开始相互联系与交融,使得生化合成法(化学-生物合成法)的优势逐渐体现出来,进而也确定了手性药物未来的研究方向。
3.酶催化手性药物合成法
该方法相比于化学法而言有着较强的立体选择性,其能够在温和的反应条件下进行,且有着较低的成本和污染,操作也简单易懂,其能够完成一些化学法不能进行的反应。不过生物催化剂需要较高成本投入,且选择底物方面要求较高。该合成法的优点为:反应条件温和、环境友好以及立体选择性较高。
4.不对称催化法
该合成催化法的优点为:经济性高、对映选择性高。工收化实现较为简单且能够进行手性增值,其是当前手性药物合成中前途最好的方法。其优点中优势最高的就是手性增值,利用量级的催化反应手性原始物质进而去进行立体选择生产,得到较多的手性目标产物。该过程无需使用过多手性试剂,但是可能会使用到一些较为昂贵的过渡金属,甚至是比过度金属概要归的手性配体,这也是不对称催化法受到限制的主要原因之一。因此我们应积极探索出其简单的手性配体的合成方法,进而能够将立体性与活性都高的催化剂筛选出来。
三、在药物合成中的应用——形成非共价键活化底物
小分子催化过程中,会出现一类催化剂,其与底物之间是通过分子间的微弱作用力进行作业而不是生成共价键来活化底物。这类催化剂主要为利用手性模板进行活化和氢键活化底物等等。
1.含有硫脲结构的手性催化剂
Pictet-Spengler 反应,在具有生物活性的四氢咔啉类衍生物的合成中,Lee 等用含硫脲结构的手性催化剂,催化 2-取代的吲哚乙胺与醛反应的不对称 Pictet-Spen-gler 反应,当催化剂硫脲氮上含有大位阻取代基时,效果比较好,ee 高达 95%,可能是大位阻限制了反应进行的取向,从而得到该构型的产物。
2.手性膦酸催化剂
手性磷酸是中等强度酸催化,其能够将一些酸用来催化进行不对称反应,其典型案例有:Friedel-Crafts 反应,手性膦酸可以催化多种类型的不对称 Friedel-Crafts 反应。在一种3-吲哚甘氨酸衍生物的合成中,康强等经过对手性膦酸催化剂的筛选及反应条件优化,发现高位阻的手性膦酸催化剂催化可以获得产物的 ee 达到了 87%。
3.不对称相转移催化
在手性小分子催化剂中,手性相转移催化剂是比较重要的,其也是利用与底物分子结合得到手性离子对的非共价键,进而来催化不对称反应。不对称相转移催化是比较重要的有机合成方法。当前主要的手性相转移催化剂有C2类手性相转移催化剂(Maruoka等设计合成)与金鸡纳碱衍生的手性相转移催化剂,其占有不对称有机合成中催化剂使用的重要地位,文章也是主要做该方面的研究工作。
本课题组同时将新合成的手性相转移催化剂利用于甘氨酸叔丁酯衍生物的不对称烷基化反应,利用新合成的催化剂对甘氨酸叔丁酯衍生物的不对称烷基化反应进行了初步探索,ee 中等到高等。
四、总结
目前小分子催化剂逐渐增多,使得化学反应和有机合成发生了质的变化。不过我们也应了解到其不对称小分子催化反应的缺点与不足也是比较多的,诸如催化剂利用率不高、催化反应应用范围不大等等,因此还需要我们的进一步努力和研究,研发出更多类型的高效多官能团的手性小分子催化剂,使得我们在药物合成中更多看到不对称小分子催化的身影。
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