管理仿生学范文

管理仿生学范文（精选9篇）

管理仿生学 第1篇

1 材料与方法

1.1 材料

选择2009年1月-2013年1月期间手术室感染监控员和医院感染办公室专职人员进行手术室环境卫生监测, 检查样品共720份, 主要为手术间、无菌室等重点房间的空气指标、屋内物品、消毒液和手等方面。本院共有6间手术间, 每年手术量大约800例, 其中大多数是二、三级手术。

1.2 空气培养

选用普通琼脂, 放于监测房间的规定位置, 放置时间一般为30分钟, 结束后将其放入恒温培养箱进行培养, 时间为2d, 温度为37℃, 最后计算菌落数。

1.3 卫生监测方法

卫生监测法采用涂抹法, 使用无菌棉拭子蘸取无菌洗脱液, 对房间内部物体的表面和工作人员的手进行涂抹, 之后将采样棉放置于洗脱液中, 摇晃试管, 使洗脱液均匀。最后, 将营养琼脂倒入培养, 进行细菌计数。

1.4 消毒液检测

吸取1.0ml的消毒液, 注意使用无菌吸管。将消毒液与无菌生理盐水进行混合摇匀, 经过37℃恒温培养2d后计菌数, 计数人员为感染办公室专职人员。

1.5 合格标准

按卫生合格标准严格执行, 以卫生部的《医院消毒技术规范》和手卫生指南为依据。具体如下: (1) 空气质量需≤10CFU/m3。 (2) 物体表面≤5CFU/m2。 (3) 消毒液≤100CFU/ml。 (4) 手≤5CFU/cm2。若样品经检查后, 未发现致病细菌时则消毒合格, 反之, 消毒不合格。

1.6 观察指标

对720份样品分7个项目进行检测, 分别为空气、工作人员手部、物体表面、消毒液、无菌物品、内镜和呼吸气囊。同时观察2009年-2013年在手术室治疗的3 985例患者, 对手术切口感染的患者情况进行统计。

1.7 统计学处理

观察数据采用χ2检验, 同时使用SPSS 17.0软件进行统计学分析。

2 结果

720份样品经过检测后, 共707份合格, 总合格率为98.2%。在所有样品中, 基本都达到合格标准, 而且均没有检测出致病菌, 但呼吸气囊的检测没有达到合格标准。见表1。

由于对手术室进行了环境卫生学检测和防范等工作, 使得手术的环境和护理等方面都得到了更规范的实施, 减少了护理和医疗的失误。对近5年患者手术切口感染情况进行分析从2009年-2013年进行手术治疗的感染率逐渐降低, 由最初的2.7%降至0.6%, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。见表2。

注:a表示2013年与2009年相比, 差异有统计学意义 (P<0.05) 。

3 讨论

手术室是患者接受外科治疗的主要场所, 其环境卫生是保证治疗效果的重要影响因素[2,3]。而洁净手术室已成为现代化医院的一项重要标志, 因其能够有效控制细菌的浓度、手术室的温湿度和尘埃数量, 并可显著降低感染率。但洁净手术室并不能全部消灭吸附于物品表面的病原微生物, 不能产生消毒效果。故对洁净手术室的清洁和消毒工作较为重要, 需通过严格的管理措施降低手术中的感染。

对洁净手术室的管理主要从环境改造、空气质量、手术室无菌物品和供应室一体化、物体表面和医护人员手部位等方面着手, 具体情况如下:⑴对手术室进行空气质量监测, 从结果中可以得到合格率为97.6%, 而这并没有达到要求, 这可能与医院手术室的布局紧密相关。而布局可能是因经济等方面的因素, 造成空气流通性不好。故可尽可能的满足洁净手术室的空气、日照等环境标准。⑵手术室具有无菌物品数量多和种类复杂等特点, 如无菌包、器械包和手术器械等。手术时, 手术器械需由污染区直接送到供应室进行统一处理[4,5]。而这需由有经验的主管护师专门进行清洗、打包和灭菌等处理措施。之后, 再送回手术室。由于手术室和供应室在手术中具有紧密的联系, 故需要进行统一化管理, 减少无菌物品在运送的过程中受到污染, 影响手术效果[6,7]。⑶物体表面检测较为重要, 是控制手术过程中物体受到感染的重要环节。在手术中, 需对经过血液污染的物体表面和地面进行处理, 及时地进行消毒。手术室的拖布和抹布需固定于室内某一位置, 进行明显标志, 一间一拖。一旦在手术过程中使用后, 都需及时消毒、晾干。对控制面板、门把手和洗手池等位置都需每天进行消毒擦洗。本次研究中, 手术室物体表面如消毒柜、器械台、消毒液、洗手液和控制面板等细菌的合格率较好, 达到100%。若出现不合格物品, 需进行长期追踪观察。⑷医护人员提高洗手频率, 是减少医院感染率的有效方式。研究表明, 患者的感染常因手部位造成, 而且危害巨大。本次研究中, 医护人员的洗手合格率为95.7%。医师的合格率较护士高, 但新工作人员的手部污染较为严重, 故需加强新上岗医护人员的洗手意识。对其进行岗位培训, 强调洗手的重要性, 并对其进行跟踪性监测, 使其养成良好的洗手习惯。⑸根据国家规范和管理条例, 健全手术室的预防医源性感染的制度, 并严格执行, 加强医护人员的责任感, 可对医院感染进行专题讲座, 平时时刻进行强调, 可纳为工作表现的重要指标。

随着患者的自我防范意识增强和医患双方的纠纷增多, 护理和治疗工作对医护人员提出了更高的要求。医护人员对于医院感染的严重性一定要重视, 这是对患者的负责, 也是体现职业水平的重要方式。手术室的环境卫生可能决定患者手术的效果和病情发展情况。因此, 加强有效管理并培养医护人员对感染严重性的认识, 是至关重要的。本次通过720份样品, 经环境卫生检测后, 总合格率为98.2%。除呼吸气囊外, 空气、工作人员手部、物体表面、消毒液、无菌物品和内镜检测项目都符合质控标准。对近5年患者的手术切口感染情况进行分析, 其感染率由最初的2.7%降至0.6%, 差异具有统计学意义 (P<0.05) 。

综上所述, 通过增强手术室环境卫生, 使手术治疗和护理等工作更加规范, 可以显著减少医疗纠纷, 更能显著降低患者的手术感染率, 帮助患者早日康复, 值得大力推广宣传。

摘要：目的 探讨洁净手术室环境卫生学监测结果及应对管理策略。方法 选择2009年1月-2013年1月期间手术室感染监控员和医院感染办公室专职人员进行手术室环境卫生监测, 检查样品共720份, 主要为手术间、无菌室等重点房间的空气指标、屋内物品、消毒液和手等方面。结果 720份样品经过检测后, 共707份合格, 总合格率为98.2%。在所有样品中, 基本都达到合格标准, 而且均没有检测出致病菌, 但对所有样品的合格数和不合格数进行对比, 除呼吸气囊外, 空气、工作人员手部、物体表面、消毒液、无菌物品和内镜检测项目都符合质控标准。对2009年-2013年的患者的手术切口感染情况分析, 手术治疗的感染率由最初的2.7%降至0.6%, 差异具有统计学意义 (χ2=6.586, P<0.05) 。结论 本次研究通过增强手术室环境卫生, 使手术治疗和护理等工作更加规范, 可以减少医疗纠纷, 更能明显降低患者的手术感染率, 帮助患者早日康复, 值得大力推广宣传。

关键词：手术室,环境卫生学,监测

参考文献

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[3]Sartini M, Spagnolo AM, Panatto D, et al.Improving environmental quality in an operating room:clinical outcomes and economic implications[J].JPrevMedHyg, 2013, 54 (2) :75-79.

[4]蒋庆花, 毛敏.手术室灭菌消毒存在问题及对策[J].中国公共卫生管理, 2013, 29 (5) :2146.

[5]周丽芳, 丁爱华.手术室消毒管理的护理风险与对策[J].中国公共卫生管理, 2013, 29 (6) :822-823.

[6]RA Forse, JD Bramble, R McQuillan.Team training can improve operatingroomperformance[J].Surgery, 2011, 450 (4) :771-778.

管理仿生学 第2篇

1农村饮水安全工程卫生学评价管理办法

（试行）

第一章总则

第一条 为贯彻落实《全国农村饮水安全工程“十一五”规划》（以下简称《规划》），规范农村饮水安全工程卫生学评价工作，保障农村饮水卫生安全，保障农村居民身体健康，依据《中华人民共和国传染病防治法》、《国务院办公厅关于加强饮用水安全保障工作的通知》、《生活饮用水卫生标准》，特制定本办法。

第二条 本办法适用于《规划》范围内新改扩建设计供水能力≥3000 m/日的农村集中式供水工程。其他农村小型集中式供水工程及分散式供水工程，各地可根据实际情况参照本办法执行。

第三条 农村饮水安全工程卫生学评价工作实行分类指导、分级负责。设计供水能力≥3000 m/日的农村集中式供水工程卫生学评价由省级卫生行政部门组织开展；其他农村小型集中式供水工程及分散式供水工程，建设前的水源及建成后验收性水质检测由县级或市级卫生行政部门组织开展，涉及防病33 1

改水工程的，要对项目落实到病区情况进行评价。

第二章程序

第四条 卫生行政部门按照饮水安全工程投资计划，在与发展改革、水利部门沟通的基础上，制订农村饮水安全工程卫生学评价工作计划。

第五条 卫生行政部门负责组织专家工作组，根据工程进度，通过参与工程技术审查、检查、验收和专题论证等开展工作。

第六条评价结束后，专家工作组应当出具卫生学评价报告。

第七条卫生学评价报告经组织实施的卫生行政部门审核后提交给当地人民政府，并抄送同级水行政主管部门。

第三章卫生学评价

第八条农村饮水安全工程卫生学评价的内容主要包括：工程覆盖的范围和病区类型；工程可行性研究报告和初步设计中卫生安全要求的落实情况，即工程卫生风险性评价；建成前水源及建成后验收性水质检测分析。

第九条 卫生学评价中的水质卫生检测包括对水源水、出厂水和管网末梢水的检测。出厂水和管网末梢水的水质卫生检

测执行《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）要求的全部常规指标。

第十条 水样的采集、保存和运输、水质检测按照《生活饮用水标准检验方法》（GB/T5750-2006）执行；水质分析结果按照《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）进行评价。

第十一条 卫生学评价报告主要内容应当包括：工程覆盖的病区村、病区受益人口数、水源水质、水处理工艺、输配水系统的卫生风险性评价、出厂水和末梢水水质分析及评价、供水单位水质分析能力评估等。

第四章附则

第十二条 农村饮水安全工程卫生学评价报告的规范性文本，由卫生部疾病预防控制局（全国爱卫办）统一印制下发。

第十三条 本办法由各级卫生行政部门负责组织实施。第十四条 本办法由卫生部、国家发展改革委、水利部负责解释。

管理仿生学 第3篇

关键词：NICU,环境质量,监测,管理对策

新生儿重症监护室（NICU）承担着各种危重新生儿救治工作，又是多种微生物聚集的地方，由于患儿和医疗行为等因素，容易发生医院感染[1]。医院感染是影响医疗护理质量的一个重要因素，加强医院感染的控制和监督，已成为医院管理的重要组成部分，而NICU更是医院感染控制的重点科室。现将我院NICU环境卫生学监测结果及管理措施报道如下。

1 材料与方法

1.1 监测对象：

2011年～2013年8月我院医院感染专职人员对NICU监护区，配奶区、治疗区、仪器处置区等重点区域的空气、物体表面及无菌物品、暖箱水、呼吸机冷凝水和医务人员的手卫生等进行监测。

1.2 空气监测：

将普通营养琼脂平皿（直径9 cm）放在室内各采样点处，采样高度距地面1.5 m,内外及四角距墙1 m，采样时将平皿盖打开，扣放于平皿旁，暴露15 min，置于37℃恒温箱培养48 h，计数菌落数。

1.3物体表面及医务人员手卫生监测：

采用涂抹法，用浸有含相应中和剂的无菌洗脱液的棉拭子，对物体表面或工作人员手部进行涂抹采样，剪去手接触部位后，将棉拭子投入10 mL含相应中和剂的无菌洗脱液的试管内，充分振荡后，作营养琼脂倾注培养，经37℃恒温箱培养48 h后计菌落数。

1.4 无菌物品：

用浸有无菌的0.9%氯化钠溶液的采样液棉拭子在被检物体表面反复涂擦采样，将棉拭子投入5 mL无菌的0.9%氯化钠溶液中，充分振荡后，作营养琼脂倾注培养，经37℃恒温箱培养48 h后计菌落数。

1.5 暖箱水、呼吸机冷凝水：

用2 mL一次性注射器抽取使用中的暖箱水1 mL、呼吸机冷凝水1 mL，无菌操作下注入无菌试管内，作营养琼脂倾注培养，经37℃恒温箱培养48 h后计菌落数。

1.6 合格标准：

依据2012年8月实施的卫生行业标准《医疗机构消毒技术规范》和2009年12月实施的《医务人员手卫生规范》进行判断。空气质量≤4 cfu/（15 min，直径9 cm平皿），物体表面≤5 cfu/cm2，卫生手≤10 cfu/cm2，无菌物品：无菌生长，暖箱水、呼吸机冷凝水：无致病菌生长。

2 结果

NICU无菌物品及环境卫生学监测样品共220份，对6类项目进行检测，合格207份，合格率为93.2%,2例检出铜绿假单胞菌，见表1。

3 讨论

为了保证NICU的环境质量，必须加强全方位的管理，重视可能导致污染的每个环节。

3.1 环境的改造：

NICU因其收治患儿的特殊性，对环境的要求比较高，建筑学上的布局合理是十分必要的。医院因地制宜对NICU进行了功能分区，设监护区、治疗区、配奶区、仪器处置区、沐浴区、晾嗮区等，各区之间建筑布局基本符合功能流程，洁污区域分开，有效避免交叉感染。

3.2 空气质量：

从检测结果看，空气消毒质量的合格率为89%，还存在差距。原因主要与NICU建筑布局不合理，收治患儿偏多、空气流通差，空气消毒机的效能不理想有关。医院将沐浴区、晾嗮区重新调整，减少沐浴区、晾嗮区的湿气对监护区空气质量的影响；增加开窗通风次数，由每日2次改为每日3次，监测监护区内空气质量，如空气湿度≥70%时增加开窗通风次数，加强空气流动，必要时空调24 h除湿；增加空气消毒机，设备科专人负责空气滤网和空调管道的定期清洗、消毒，避免病原菌的传播[2]，保证监护区内空气消毒质量；控制患儿数量，降低密度。对不合格的空气标本采用连续跟踪采样。

3.3 物体表面监测：

物体表面的监测是控制NICU感染的重要环节。对物体表面和地面，每日用500 mg/L含氯消毒液擦拭，作用30 min；对医务人员手接触比较多的物体表面如：仪器操作面板、治疗车表面、暖箱表面等，有污染随时清洁、消毒；各区域间拖布、抹布固定，标识明显，使用后消毒晾干。从提高医院感染质量的角度，对NICU内各种物体表面进行全方位的监测，本研究结果显示，NICU物体表面细菌合格率100%，医院感染工作成效显著。

3.4 无菌物品：

NICU的无菌物品由消毒供应中心供应，奶瓶、奶嘴由NICU护工清洗后交CSSD消毒、干燥、包装、灭菌。从检测结果看，奶瓶、奶嘴监测质量的合格率为96%,2例不合格样品疑与标本污染或奶瓶、奶嘴使用后未及时清洗，清洗质量不过关；科室制定奶瓶、奶嘴清洗标准操作规程，加强清洗流程管理及标本采集管理后无监测不达标现象。

3.5 呼吸机冷凝水、暖箱水：

机械通气并发的呼吸机相关肺炎的病原菌以革兰阴性菌为主，其中铜绿假单胞菌居首位占19.4%[3]，本研究结果显示：呼吸机冷凝水监测质量的合格率为92%,2例呼吸机冷凝水监测培养出铜绿假单胞菌生长，呼吸机外管路由消毒供应中心集中清洗、高水平消毒、干燥，呼吸机内管路气水分离器监测采样培养出相同致病菌，排除了由呼吸机外管路污染，消毒不严格引起的感染；暖箱按照卫生部印发的《新生儿病室建设与管理指南》的要求每日清洁并更换湿化液，一人用后一消，暖箱水监测质量的合格率为100%。医院制定呼吸机空压机的维护与保养，由设备科专业人员定期维护，科室制定呼吸机肺炎预防与控制标准操作规程，加强流程管理后无监测不达标现象。

3.6 提高洗手依从性：

由于医务人员洗手不彻底，导致病源菌传播而造成医院感染的占医院感染率30%。医务人员在接触患者后手部致病菌和耐药菌是造成ICU内交叉感染及耐药菌播散的重要环节，使用快速手消毒液可以提高手依从性，防止病原菌通过医务人员的手传播[5]。每个患儿床旁使用悬挂式快速手消毒液，创造洗手的硬件条件；提高NICU医务人员洗手的依从性。因此，NICU人员必须清楚的意识到，洗手是降低医院感染感染最可行、最重要的措施之一。

参考文献

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[2]王学风.持续质量改进加强新生儿病房医院感染管理[J].中华医院感染学杂志,2011,21(22):4769.

[3]陈法余,张俭,林乐清,等.ICU呼吸机相关性肺炎发生的危险因素及病原菌研究[J].中华医院感染学杂志,2011,21(22):4687-4688.

[4]尚少梅,王宜芝,郑修霞,等.促进护理人员洗手行为依从性的研究[J].中华医院感染学杂志,2003,13(6):507-510.

仿生学作文 第4篇

人们还是根据史书上的记载把它改装了一种玩具，这是这个玩具在飞行中的图片。如果我说这是一只鸟，肯定没人会相信，因为它是一种机器，这种机器太死板了，这就是机器与生物之间的不一样。

可是，此刻人类的科技水平已经突破了这种不一样，大家看一下，这是一家美国仿生公司发明的一种仿生鸟，这种仿生鸟呢，他是根据鸟类飞行的动作完成的发明，所以说，这款仿生鸟已经到达了以假乱真的地步。它的每一个关节包括头部都是能够灵活转动的，如果这只鸟飞在天上，人们很难发现它既然是一只机器鸟。

此刻，大家再来看一下这个公司的其他产品。这个是仿生蝙蝠，这个蝙蝠的外形和飞行姿态能够和真的相媲美，并且，它还能够悬挂在一些物体上。

这个是仿生蝴蝶，它和仿生蝙蝠一样，都是经过红外线传感器来进行飞行，如果在它们的周围放上很多传感器，就是大家在一齐飞行，也不会发生碰撞。再看这款仿生蜘蛛，从外形上看，这款蜘蛛和真的区别很大，并且动作缓慢，但它的优势就是它能够把腿收起来，变成一个“球形“经过两个小腿进行滚动。

再给大家看一款黑科技仿生蜜蜂，它不仅仅能够像真蜜蜂那样采蜜，还能够落在花朵上，同时，它还能够做一些连真蜜蜂都做不到的事，比如说它能够在水里飞行。它十分的小，仅有一元硬币那么大，如果用于科技侦察的话，就算在敌人的面前，他们也很难发现。当然，这款仿生蜜蜂还在美国哈佛大学进行研制，目前还没有推广使用，相信大家必须很期待!

企业蜕变的仿生学阐释 第5篇

从生物学和系统科学的角度来看, 企业是一个人造系统, 有产生、成长、成熟、衰退、死亡的过程。因此, 企业有自己的生命周期。要使企业长寿, 途径有两条:一是针对生命周期各个阶段的特点和出现的问题, 采取相应的管理对策, 延长企业的生命周期;二是通过蜕变, 将企业的一个个生命周期连接起来, 跨越生命周期而使企业永续经营。

对于今天的企业来说, 如何通过蜕变建立自己的生存空间, 保持健康成长, 实现企业的永续经营和持续发展, 至今仍是一个令人困惑的世界性难题。本文拟从仿生学的角度, 对企业蜕变进行理论解释。

1 企业的生命体内涵

企业系统是人造的, 它本身并不是一个自组织, 只有当人们按照自组织的特点对它进行设计并适当约束后, 它才具有自组织的功能。可以某种程度上把企业看作一个生命体, 但它不是通常意义上的生物体。企业有生命, 既是事实, 又是在比喻的意义上讲的。为何说企业有生命是事实呢?

第一, 企业同样拥有活动能力, 也与周围的环境进行着物质交换。企业的生产活动正是企业的活动能力, 犹如企业的新陈代谢过程。企业购进材料与售出产品一样也同周围环境进行着物资交换。在市场的风云变化中, 不断调整产品的品质与性能以适应市场的需求;在不同的时代背景表现出不同的组织形式以适应环境的发展变化, 表现了企业的自适应能力。企业的规模可以随着不断地经营而发展壮大。正如同生命体的生长发育一般。

第二, 企业作为社会的基本经济单元同样拥有很强的新陈代谢、抗干扰、自适应、自协调、自复制与自繁殖能力。比喻意义是指并非是一种蛋白质的存在形式的企业, 却在各方面都符合生命运动的机理。生命体在自然环境中吸收阳光雨露, 而企业的成长环境只是比喻意义上的社会, 市场对企业所提供的产品企业又不同于一般的生命体。企业如同人一样有自觉意识, 有目标和自觉行为, 但它显然又不同于人。企业是人之外的物质性存在, 却又灌注了人的意识和主观要求, 成为一种社会物质和文化存在。因此企业是比喻意义上的生命体。作为生命体的企业为什么会成长、衰亡, 分析时不能停留在表面现象上, 要深入分析其本质内涵[1]。

企业仿生化是把企业视为生命体, 以生物的各种各样特征为模拟对象, 来认识企业及其环境中的各种现象, 研究企业的生存和持续成长问题。作为生命体, 企业的根本目的在于存活。只要能够存活下去, 就是成功的标志。企业在追求存活的过程中, 必须贯彻适者生存的方针, 换言之, 企业要适应环境。企业仿生化研究与永续经营的思想在观念上是不谋而合的, 即本着永续经营的观念, 企业追求成长, 追求“不亡”, 而非追求“利益最大化”。这与可持续发展的战略思路可谓不谋而合[2]。

2 企业基因

在研究企业管理时, 我们把生物学中的“基因”概念借过来使用, 但不能完全照搬生物学意义上的基因定义, 更不能机械地理解运用。2003年, 约翰奥瑞克等在《企业基因重组》一书中最先提出企业基因重组的概念, 他们将企业基因定义为企业的业务构成单元。一个企业犹如一个人, 我们把它的生命体中具有遗传功能的影响企业生存和发展的元素的集合体看作企业的基因链, 那么就可以给企业基因下一个定义:企业基因就是指一个企业生命体中某些具有遗传功能的能够影响和制约企业发展的元素 (如企业制度类型、产品、组织形式、企业文化等) 的片段。

企业基因的每一个片段都可以独立起作用, 也可以几个片段综合起作用, 进而影响、制约甚至决定一个企业的生存和发展。要实现企业可持续发展, 必须保持企业基因诸元素的健康成长, 并协调发挥应有的作用。企业基因诸元素就像一个个DNA分子, 哪一个元素或链条出了问题, 都会影响甚至决定企业的生死存亡, 它们在促进企业发展中的共同作用形成一个综合合力, 其中任何两个元素的合力都沿着一个平行四边形的对角线的方向前进, 它们综合作用的结果决定着企业的生命。

根据不同的标准, 我们还可以对企业基因作不同的分类。根据它们对企业发展所起的作用不同可分为正向基因 (对企业发展起积极促进作用) 和负向基因 (对企业发展起消极阻碍作用) 。根据一定时期内它们在企业发展中地位不同可分为主要基因 (起主要作用或主导作用) 和次要基因 (起次要作用或辅助作用) 。根据它们对企业发展是否具有决定作用可分为决定性基因和非决定性基因。根据它们在企业发展进程中是否具有变动性可分为可变基因和不可变基因。根据它们自身是否受到人为影响可分为客观基因和主观基因等等[3]。

3 遗传变异理论对企业蜕变的解释

3.1 企业蜕变就是企业生命体的变异

从仿生学的角度看, 企业的蜕变过程就是企业变异的过程。蜕变以后的企业, 在形态上与原来的不同, 存在着差异, 因而是变异。为什么说企业的蜕变就是企业这个生命体的变异呢?因为蜕变是一个重生的过程, 企业蜕变, 就是企业再生。再生以后的企业, 与企业原来的形态, 肯定不一样, 这就是差异, 也就是变异。

当然, 企业作为一个人造系统, 虽然具有生命体的某些特征, 但它不完全是一个自组织。也就是说, 企业的变异 (蜕变) 是不可能自动完成的, 必须有外界力量的推动和控制。由于管理企业的是人, 所以, 企业蜕变 (变异) 的过程必须由企业的员工来完成。企业的员工 (主要是管理人员) 可以通过某种方式诱发企业基因突变或直接对企业基因进行重组, 来完成企业变异 (蜕变) 的过程。

3.2 企业蜕变的方法是重组企业基因或诱发企业基因突变

3.2.1 重组企业基因

奥瑞克、琼克和威伦 (2003) [4]最先提出企业基因重组的概念。他们把企业基因 (也称能力要素) 定义为企业的基本结构元素, 并提出将业务单元重新进行组合 (即将本企业某些部分与企业外的一些部分重新组合) , 用类似在生物工程中取出一个好的基因来刨造一个全新的、更强的基因组的做法, 形成更有效的企业DNA, 组建一个更专业、更简洁的企业组织[5]。

就像人的体态特征是由一系列复杂的人类基因组所决定的那样, 他们视企业为一个能力要素的组合, 并认为正是分布于企业中的这些能力要素决定了企业的价值。通过对大量基因图谱的研究, 我们对人类基因的组合序列有了逐渐清晰的认识。然而在商业领域, 一个崭新的企业基因工程时代已经渐露端倪。

过去我们关注的是整个企业或业务单元的健康, 而未来我们将越来越多地关注独立的业务构成单元, 即企业基因。每个业务能力要素就是企业价值链中对企业产品有独特贡献的一个组成部分。企业基因组掌握着企业的“遗传密码”, 这些“遗传密码”决定了企业销售什么、销售对象是谁以及可以配置哪些资源[6]。

企业基因是企业生命体中某些具有遗传功能的能够影响和制约企业发展的元素的片段 (如企业制度类型、产品、组织形态、企业文化等) 。因此, 对企业基因进行重组, 就是对企业的法律形态、产品类型、组织形态、企业文化等制约企业发展的元素片段进行重新组合。企业基因的不同组合, 会使企业形态各异。下面仅以企业的法律形态、产品类型、组织形态基因片段为李, 来说明企业基因的组合的情况 (见表1) 。

3.2.2 诱发企业基因突变

基因突变是指由于DNA碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因结构的变化。在自然条件下发生的突变叫自发突变, 由人工利用物理因素或化学药剂诱发的突变叫诱发突变。基因突变是生物变异的主要原因, 是生物进化的主要因素。在生产上人工诱变是产生生物新品种的重要方法。

企业虽然是一个生命体, 自身也具有基因, 但它是一个人在系统, 不是自组织, 因而无法自动完成基因的突变, 必须由人工来诱发。例如, 企业法律系形态有不同的种类, 产品多种多样, 组织形态也有很多。这三类基因片段的不同变化, 都可以引起企业的变异。因此, 企业可以通过诱发这三类基因片段发生变化的方式, 来实现企业的蜕变。不同的诱发情况见表2。

表2只给出了6种大致组合情况, 其实, 如果将每个基因片段的详细种类都写出来, 企业变异的类型可能有好几十种。

参考文献

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[4] (荷) 约翰·C.奥瑞克等.企业基因重组[M].北京:电子工业出版社, 2003.

[5]刘燕娜, 戴永务, 林纾等.基于企业基因重组理论的资源节约型企业的创建研究[J].生态经济, 2006 (5) :62-63, 67.

基于仿生学的跟踪机械云台研究 第6篇

机器人代替人类在地面、水域、空中作业是科技服务人类的典型体现。应用于非结构环境的机器人几乎都装有视觉系统[1]。为了扩大机器人视觉对跟踪或注视目标的范围,大多数机器人视觉系统都带有二维或三维转动的伺服机械云台。在机械云台的转动控制中,视觉系统对移动目标自动跟踪技术的研究焦点大都集中在图像处理方面,主要是如何提取图像特征,检测移动目标并进行匹配,计算目标的空间位置,滤波和预测并进行跟踪。而视觉系统自身运动只是运用图像处理方法,如仿射变形算法等来进行补偿,并通过伺服机械云台进行微小位移的调节,因此可补偿的范围小,图像质量的稳定性较差。在系统控制策略方面[2],一般采用图像处理得到的目标在前后几帧图像的相对位移差信号来进行视觉反馈,然后控制机械云台的旋转和俯仰角度。控制方法主要是PID控制居多。这样的传统伺服机械云台控制技术对在比较平稳环境中应用的机器人来说,可以满足要求,但是在比较恶劣的环境(如高频振动)中跟踪快速移动目标时,就会带来很多问题。

2 云台的结构设计

2.1 人眼系统

人眼球在眼眶中的运动由三对眼外肌相互协作、精确控制完成。这三对肌肉是:上直肌和下直肌、内直肌和外直肌、上斜肌和下斜肌。眼外肌是由颅神经推动控制的,颅神经指挥眼外肌收缩或松弛。一部分眼外肌收缩时,另一部分则松弛,眼睛就运动。其中上直肌、下直肌、内直肌和下斜肌由动眼神经支配;外直肌由外展神经支配;上斜肌由滑车神经支配。单眼运动包括上转、下转、内转、外转和内旋、外旋运动。

2.2 新型仿人眼机械云台

本文所述的仿生机械云台,它包括一个云台和筒形外壳,云台内腔装有CCD摄像机,筒形外壳后部内腔中,分别通过舵机安装架安装两个舵机,两个舵机分别各自通过传动机构驱动云台左右和上下传动。云台有三个自由度,基本实现了模拟人单眼的运动。

舵机选用韩国HITEC公司型号为HSG-5084MG的微型数字舵机作为云台系统的驱动器。该舵机采用4.8V电源供电,最高可输出1.5kgcm的扭矩,空载转速达到0.07s/60°,体积为29mm13mm30mm,同时满足了对机械云台的尺寸和快速性的要求。

如图2所示,机械云台系统由4连杆及2胡克铰组成,两台舵机分别驱动连杆1和连杆3运动,再由传动机构驱动云台左右和上下运动,实现了对人眼的四对直肌运动的模仿。该机械眼球视角达到了40°,同时控制精度为0.5°。

3 机械云台的控制系统设计

仿生机械云台系统中,摄像头的视觉信息经过图像处理[3,4],结合多姿态传感器感知的信息,融合到仿生模型中,根据视觉应用的需要,利用舵机控制摄像头,建立机械云台以及其控制系统,并将其应用到移动机器人在未知环境下对动态目标的实时跟踪,来补偿由机器人姿态变化、外界干扰和动态目标所引起的误差。整个跟踪系统由所设计的机械云台机构、运动控制单元、图像处理单元、通信模块组成。控制系统设计如图3所示,其功能设计如下:

(1)实现基于仿生学的跟踪控制律;

(2)完成对机载平台的检测与信号处理;

(3)包括机械云台、姿态测量模块、图像处理模块、通信模块的串行接口。

可见,以上功能和机载环境要求控制系统体积小、重量轻、处理器运算速度快、采样精度高、串口丰富、稳定可靠。

3.1 机械云台控制芯片

运动控制芯片是本系统的核心单元,由它实现基于仿生学的云台控制律、对摄像头转台的控制通信和与图像处理模块的通信。我们采用TI公司推出2000系列电机控制DSP。TMS320F2812属于比较新的高端产品,适合工业控制、运动控制等高精度应用。相比24x系列的DSP具有更完备的外围控制接口和更丰富的电机控制外设电路,更高的主频,指令执行时间仅为6.67ns,流水线采样最高速率60ns,12位A/D转换通道16个,PWM输出通道12个。

采用周期为20ms的PWM信号对舵机进行控制。当PWM控制信号的高电平时长为1.1～1.9ms,对应于舵机的转动角度-40°-+40°。当高电平时长为1.5ms时,舵机的转角位于中心位置。

3.2 信号处理MCU

机载平台由于自身受到发动机振动、空气阻力、温度改变等因素的影响使得其本身的姿态改变,这势必影响了整个机械云台的姿态,进而改变了摄像头的视轴,这严重影响对移动目标视频跟踪的稳定性。所以需要能够实时地采集到机载平台姿态的变化,并通过采集到的变化量给予反向控制,从而达到减少对机械云台姿态的影响,避免了摄像头视轴经常偏移移动目标。

3.3 图像处理模块

通过图像处理,可以获取运动的目标物体与图像中心的偏差,并把数据传给运动控制系统。运动控制系统根据所收到的数据信息,再控制机械云台的转动,使目标物体始终处于图像中央。

系统以TM320DM642为核心,由四个部分组成:视频采集、图像处理、视频输出、串口通信。首先由摄像头采集的视频图像,经过视频解码芯片转化为便于DSP处理的视频码流;然后在DSP中设计合适的视频图像处理算法,分割、识别出运动目标,并计算出目标的位置参数;最后将位置参数通过串口发送给云台控制模块。系统流程图如图5所示。

3.4 软件控制流程图

软件实现以下的主要功能:主控单元通过标准串行通信端口图像处理单元获得的图像坐标中位置偏差信息;同时,测量机载平台的位姿偏移;通过运算,获得云台的矫正信息,最终向云台发出运动指令。系统软件的结构框图如图6、7所示。

4 结语

这种新型的基于仿人眼的机械云台系统,不同于传统云台使用的串联结构,采用并联式机构,云台结构简单,体积小,具有三个自由度,能基本模拟人眼的运动。其尺寸、精确性都能满足要求。另外,还详细介绍了云台系统的控制系统,

参考文献

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浅析仿生学与情感化设计 第7篇

仿生设计是对自然规律的一种提炼, 是对生命与精神奥秘的一种探索, 动植物在某些方面的功能, 远远超越了人类自身的研究成果, 可以根据生物的形态和内部结构设计出功能强大、外观生动、操作简便的产品。未来的设计将更加注重产品的个性化、情趣化因素, 仿生设计将成为未来产品造型设计的重要方法之一。

1 仿生学是设计的源泉

它作为一门独立的学科是在20世纪60年代后期。美国空军军官J.E斯蒂尔少校在1958年首创了仿生学。他是设计创造的方法与技巧中最为直观的方法之一。仿生思维创作的源泉来自自然界的各种生物体。自从有了生命以后生命的进化已经经历了35亿年的历史自然界生物体经过亿万年的进化和演变才造就了现在所看到的形态。这是现代的科学和技术不可取代的。如果以“存在即合理”的观点来看待这些生物体就可以发现各种生物都有其赖以生存在这个变幻莫测的自然环境中的独到之处。它们的很多特性和优点都是人造物所不具备的。目前150多万种动物50多万种植物还有不计其数形态各异的微生物它们的合理的形态和奇妙的结构蕴含着无尽设计的天机给我们提供了取之不竭的宝库。

德国著名设计大师路易吉·科拉尼说:“设计的基础来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中[1]”。这句话充分说明设计的源泉源于仿生学。我国古代建筑设计大师鲁班因茅草割破了手指, 于是仿造叶子的齿状边缘发明了木工用的锯子;仿照水母耳朵的结构和功能, 设计了水母耳风暴预测仪, 能提前15小时对风暴作出预报, 对航海和渔业的安全都有重要意义;人们根据蛙眼的视觉原理, 已研制成功一种电子蛙眼, 这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样, 准确无误地识别出特定形状的物体, 把电子蛙眼装入雷达系统后, 雷达抗干扰能力大大提高, 这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等, 特别是能够区别真假导弹, 防止以假乱真;1985年瑞士设计师齐尔吉—朵麦斯特拉尔发明了“贝尔克洛钩拉粘附带”也是因为他在狩猎时看到裤管上粘满了苍耳籽, 用放大镜观察发现苍耳籽上布满着倒钩的小刺从而得到的设计灵感[2], 如图1所示。

2 仿生设计是现代设计的发展趋势

2.1 人们精神需求的必然性

以前经济发展缓慢经济处于供不应求的状态人们只追求物质上的满足产品只要满足使用功能就可以了。随着信息时代的到来人们生活水平的提高人们的购买能力和自主意识逐渐增强在满足物质生活的基础上对产品的要求越来越高使用者也不再满足过去简单而单一的功能设计而转向了追求产品外观的清新、自然、纯朴、注重情趣和返璞归真的情感化设计。因此产品不再是简单的功能载体产品设计更注重于产品的外观和使用体验。具体的说外观上要使人赏心悦目使用上能带给人们最佳的心理体验, 如图2所示。这是现代产品设计的重点也是产品设计的必然趋势。灵活的使用仿生设计不仅可以在视觉上提高产品外观美感而且可以是产品更符合人们的生理习惯、使用更舒适。

此外通过使用自然元素的仿生设计可以让设计回归自然拉近产品与人之间的距离使产品更具人情味和亲和力带给人们更多的精神慰藉而且自然元素的合理运用可以赋予产品一定的灵魂唤起人们丰富的审美体验。

2.2 商业竞争的必然性

长期以来产品由于技术和加工工艺等多方面的限制, 大多是规则的几何形体, 棱角分明是其主要特征。人们长期使用这些类似形态的产品, 容易产生审美疲劳。仿生形态大多是自由曲线, 丰富多变的造型打破以往单调乏味的几何形体, 使人们更容易接受。在商品竞争激烈的条件下, 为了提高产品在同类产品中的优势, 获得人们更多的青睐, 采用仿生设计可以取得事半功倍的效果。许多事实证明, 仿生学是发展新技术的金钥匙。仿生设计是设计领域的金钥匙。

3 产品设计中的仿生学体现

任何一种生物其自身结构的合理性、对外部环境的适应性都是产品设计所不具备的。由设计所造成的人与物、人与环境之间的冲突随处可见。长期以来人们生活在复杂的自然环境当中接触到各种各样的事物后人们自然就会对事物的形态、色彩、质感等产生一种先入为主的认识观。久而久之某些事物的特点就会具有广泛的意义成为约定格式的符号[3]。

3.1 形态仿生设计

形态仿生设计是对生物体的整体形态或某一部分特征进行模仿、变形、抽象等借以达到造型的目的这种设计方法可以消除人与机器之间的隔膜对提高人的工作效率、改善工作心情具有重要意义。形态从其再现事物的逼真程度和特征来看可分为具象形态和抽象形态[4]。

具象形态仿生, 其形态以自然形态为素材, 将自然形态进行归纳与夸张, 从而得到具有艺术美的形象。具象形象在提炼的过程中, 既不能丢弃自然形象的“神”, 也不能丢弃“形”, 通过“形似”而产生形态的审美意义, 从而使设计物具有生动、自然、直观的特点。由于具象形态具有很好的情趣性、可爱性、有机性、亲和性, 自然性, 人们普遍乐于接受, 在玩具、工艺品、日用品应用比较多。但由于其形态的复杂性很多工业产品不宜采用具象形态。

形态仿生的另一种形态是抽象仿生设计, 则是以自然中的素材为基础, 通过研究自然形态的特征、特点, 对自然形态的整体或局部运用提炼、夸张、减弱、变化、归纳等手法, 使造型脱离自然形态, 把造型的“神态”紧紧抓住并加以强调。这种神似而不求形似的设计作品给人无限的想象空间。

无论是具象仿生还是抽象仿生, 仿生设计都能够从科学、理性的角度为产品造型提供形态素材和依据, 激发设计的灵感。

3.2 功能仿生设计

人们发现动植物的某些方面的功能实际上远远超越了人类自身在此方面的科技成果。植物和动物在几百万年的自然进化中不仅完全适应自然, 而且其进化程度接近完美。今天我们生活在科学技术飞快发展的时代, 学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能已经成为技术革新和技术革命的一个新方向。例如萤火虫可将化学能直接转变成光能, 且转化效率达100%, 而普通电灯的发光效率只有6%。人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍, 大大节约了能量。

3.3 结构仿生设计

随着仿生学的深入开展人们不但从外形、功能去模仿生物而且从生物奇特的结构中也得到不少启发。这些为人类提供了“优良设计”的典范。生活中我们常见到的结构仿生设计有4种:a蜂巢结构, b肌理结构, c减粘合降阻力结构, d骨架结构[5]。例如工程师们从一片树叶的叶脉发现了其交叉网状的支撑组织肌理, 这些对建筑结构的创新设计是十分有益的启示。1947年~1949年意大利结构工程师奈尔维和建筑师巴托利设计的意大利都灵展览馆的巨型拱顶就是仿叶脉肌理而建造起来的。

4 总结

随着生活的进步, 工业化的发展, 工业产品的形态也越来越多了。虽然如此, 在现实生活中, 仍有许多好的发明不能找到良好的合适的形态去实现它。此时运用仿生学的原理, 赋予产品一个形象的外观造型就是一个最好的选择, 而且生活节奏的加快导致人们在产品的使用上越来越多的考虑到宜人性。

仿生设计在当今的设计领域越来越多的被采用, 因为无论人类社会发展到任何时期, 人们倾向自然美的天性是不会改变的, 尤其是现代社会生活压力和环境污染日益加重, 人们更渴望回归自然。因此, 仿生产品越来越多被人们所接受。但是, 仿生设计不是简单的模仿和拿来主义, 更不是形而上学的机械地照搬。就仿生设计的本质而言, 仿生设计一种设计思想上的升华, 它应当是以一种提炼、扩展的态度来正确处理仿生学与设计的关系, 源于自然而又高于自然。因此, 现代设计应该从仿生学出发, 深刻分析, 将美学思想和自然元素融入到设计中, 达到艺术和技术的完美结合, 设计出既符合使用又能满足人们情感需求的优秀作品。

参考文献

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仿生学在桥梁工程中的应用 第8篇

仿生学从被提出开始, 就被广泛应用到了各个领域。在建筑工程领域, 仿生学帮助建筑师们打开了新的思路, 启发他们设计出大量别具一格的建筑。例如, 由矶琦新、川口卫等外国设计师设计的天津博物馆, 不仅模仿了鸡蛋和贝壳的薄壳结构, 而且具有与天鹅神似的外观。[2]此外, 还有悉尼歌剧院、北京奥运会主场馆鸟巢、密尔沃基艺术博物馆等知名建筑。在机械工程领域, 仿生学的应用也比比皆是。例如, 由奔驰公司设计的一款车身仿豹纹箱鲀的概念车, 与动力相同的汽车相比, 其能耗降低, 性能却得到了明显的提高。[3]另外, 还有模仿鸟类翅膀发明的机翼、模仿蝙蝠的回声定位发明的雷达等。除却上述领域, 仿生学还被应用到土木、医学、军事和农业等专业。尤其在桥梁工程中, 仿生学具有广阔的发展空间, 使桥梁工程的创新性得到了提高。本文就仿生学在桥梁设计、建造及检测过程中的应用进行了分析和探讨, 详细论述了仿生学在桥梁工程相关工作中的发展情况。

一、仿生学在桥梁工程中的应用现状

设计师和工程师通过把自然形态转化成桥梁设计, 成功地将仿生学应用到了桥梁工程领域。在国外, 许多优秀的设计师和工程师进行了相关的实践活动。代表作品有科兹桥、拉克查基斜拉桥和盖茨黑德千禧桥等。在国内, 也出现了相当数量的桥梁仿生作品, 比如洛阳桥、天津大沽桥和白石天河大桥等。目前, 仿生学在桥梁工程领域的研究热点主要分为形态仿生、结构仿生、材料仿生和信息与控制仿生。

(一) 形态仿生的应用

仿生学在桥梁工程上应用最早的是形态仿生, 其核心是通过类比相似生物的表观形态以实现桥梁特定的功能。目前, 在我国桥梁设计过程中就出现了相当数量的形态仿生桥梁, 其中较为著名的有白石天河大桥。 (图1) 桥梁设计师通过对白鹭的站立、跳跃、起飞和飞翔姿态等各种不同形态的观察, 找到了桥梁造型设计的新思路;再利用观察、类比等方法锁定白鹭的某种形态特征, 考虑将其演变成为桥梁造型的可行性;最后对白鹭鸟的原始姿态进行抽象和提炼, 形成既具有艺术观赏性又满足结构承重性的斜拉桥主塔造型。这种构思即具有白鹭造型的生动感, 又具有强烈的现代感。[4]形态仿生在桥梁造型设计上的典型应用还有由我国著名的桥梁设计大师邓文中院士设计的天津大沽桥。 (图2) 大沽桥设计构思为“日月双辉”, 由两个不对称的拱圈形成非对称外飘式联合梁系杆拱桥。大拱圈面向东方, 小拱圈面向西方, 分别模仿了太阳和月亮。该桥在2006年国际桥梁大会上获得了全球桥梁设计建造最高奖———尤金·菲戈奖。

(二) 结构仿生的应用

在仿生学中, 结构仿生与桥梁工程结合最为紧密。结构仿生是指通过模拟生物体不同尺度的结构模式, 构建仿生结构和仿生系统。[5]自然界千奇百怪的生物, 在亿万年优胜劣汰、适者生存的进化中, 造就了许许多多奇异的结构模式, 如壳结构、多孔结构、管状结构和悬索结构等, 这些特殊的结构为桥梁工程的创新提供了天然的蓝本。1978年, 在蜘蛛网的启发下, SOM建筑设计事务所的建筑师迈伦·戈德史密斯和工程师林同炎, 共同设计了一座横跨加利福尼亚州美利坚河中部岔流的大桥———拉克查基斜拉桥。 (图3) 这座桥没有桥墩, 半圆弯曲的桥面全部由山峰上拉下的钢索牵引起来, 如同众多的“蜘蛛丝”拉着一片细长的树叶。[6]该设计受力均匀、结构稳定, 造价相对于建造一座直桥也降低了许多。由于构思独特, 工程巧妙, 造型优美, 受到全世界工程技术人员的好评, 拉克查基斜拉桥获得了美国第26届优秀建筑比赛一等奖。正是蜘蛛网独特的结构给了设计师们新的灵感, 使其突破传统桥梁设计的制约, 从而使桥梁结构形式得到了更新。

(三) 材料仿生的应用

材料仿生, 是通过模仿生物材料的结构、组织和组成而进行的仿生。其目的在于开发满足人类对形式和功能等各方面需求的新材料。在桥梁工程的发展当中, 一些仿生材料已经得到了充分的利用。我国古代的工程师们最早应用到仿生建筑材料是在北宋时期洛阳桥 (图4) 的修建中。该桥建于1853年, 其桥基采用了筏型基础。所谓筏型基础, 就是沿着桥梁中轴线抛置大量的石块, 形成一个联结江底的桥基, 然后将桥墩建在桥基上面。但石块落入水中具有随机性, 直接形成的基础无法满足稳定可靠的要求。为了巩固桥基, 工程师们在桥下种植了海生牡蛎, 巧妙地利用了牡蛎外壳硬、附着力强和繁殖快的特点, 将桥基有效地胶结成了一个牢固的整体。这种方法被称为“种蛎固基法”。在该灵感的启发之下, 国外的科学家设想, 通过研究生物工程, 引导海里的珊瑚虫在人类指定的位置繁衍, 形成由珊瑚和贝壳等复合材料构成的岛礁, 再将这些岛礁改造成能够满足人类要求的深海基础和大坝等建筑物。[7]这样建成的桥梁基础结构取材于自然, 依赖自然存在, 建成后就成为永久性结构, 由此使桥梁的可持续发展成为现实。

(四) 信息与控制仿生的应用

信息与控制仿生, 是研究与模拟生物体中感觉器官、神经元与神经网络, 以及高级中枢等方面的信息处理过程。一般的桥梁是仅按照力学原理设计的结构, 没有感知环境作用的能力, 也无法作出适当的反应进行自我保护。信息与控制仿生在桥梁上的应用, 使桥梁逐渐具备进行自诊断、自调节、自修复的功能。

通过模仿动物肌肤对创伤的感知机理, 我国的工程师们成功地研制了一种混凝土桥梁裂缝仿生监测系统。[8]该系统由三部分构成, 即粘贴于混凝土结构表面的仿生裂纹监测膜、现场信息采集和处理的微芯片电路、再现结构裂纹的中央处理器;通过模拟生物的神经元及神经脉络分布对生物体内部和外部各个局部变化的感知机制, 将传感材料以神经脉络的形式设置在桥梁结构中;由脉络的传感交点形成神经元节点, 微芯片局部电路系统构成传递神经信号的脊髓组织, 主控电脑构成大脑中枢, 从而实现对桥梁结构关键区域的监测。试验研究和工程实践表明该系统能及时感知混凝土桥梁表面裂纹的位置、长度及发展状况, 裂纹监测准确率大于95%。[9]裂缝仿生监测系统的应用, 有利于及早发现裂缝, 对保障桥梁安全性发挥了重要的作用, 有力推动了桥梁安全监测技术的进步。

将生物的形态、结构和材料等应用于桥梁工程中, 这种仿生理念在桥梁的设计、建造及检测过程中得到了充分的利用, 有效地解决了桥梁在发展过程中所遇到的问题, 推动了现代桥梁的发展和创新。

二、仿生学在桥梁工程中发展趋势

仿生学在桥梁工程中已经应用多年, 但仍有广阔的发展空间。无论仿生学的概念如何, 最终目的都是要去解决桥梁工程中存在的问题以及研究桥梁的未来发展趋势。结合时代要求, 仿生学未来在桥梁工程中的发展应该趋向于智能化、简洁化、综合化。

(一) 智能化

仿生学的应用不能仅仅局限于简单地模仿生物的形态和构造。例如, 动物体内的功能系统维持着机体内外环境的稳定, 保护机体免遭损伤。桥梁在自然界中受到的环境作用具有很大的偶然性。科学家们可以通过模拟动物体内的功能系统使桥梁达到智能化。桥梁的智能化, 指的是桥梁能够针对不同的环境作用对自身状态进行相应的调节, 能够像生物一样自我生长, 能够对遭到损伤的部位进行自我修复。适应大自然, 而不是抵抗大自然, 桥梁的安全性和耐久性才能得到保证。

(二) 简洁化

仿生学的在桥梁工程中的应用应该达到简化形式、降低能耗、稳定持久和功能齐全的目的。生物体通常以最简洁的途径实现最高功效, 主要表现为材料的简洁性和结构的简洁性。如贝壳仅由95%的碳酸钙和5%的蛋白质构成, 但它的抗张拉强度却远高于水泥。桥梁工程要实现简洁化, 要求科学家们研制出化学成分简单、工艺简化、能耗低的建筑材料, 发现造型简单、传力明确、安全可靠的结构形式。

(三) 多元化

生物适应其生存环境所呈现的各种功能, 不仅仅是单一因素的作用, 还是相互依存、相互影响的多个因素通过适当的机制耦合、协同作用的结果。[10]学习多元耦合仿生, 比单纯的学习模拟影响生物功能单一因素的单元仿生, 更接近生物的功能原理。多元耦合仿生会产生更好的仿生效应, 将加快仿生从形似向神似迈进的步伐。例如, 荷叶和苇叶等叶片和蝴蝶等昆虫的翅膀, 通过表面形态、复合材料和表面低能化材料相耦合, 获得了显著的自洁功能。今后仿生学在桥梁工程中的应用, 会趋于多元化, 耦合仿生会成为研究重点。

三、结语

仿生学在桥梁工程中的应用已经取得了巨大的成果:形态仿生、结构仿生、材料仿生和信息与控制仿生等方法在桥梁工程上的运用, 促成了建材性质、施工技术和设计水平的提高, 推动了桥梁造型和功能的进一步发展。仿生学的应用仍然有广阔的发展空间:从宏观仿生到微观仿生, 也是从对生物体单纯模仿到细致研究的转变过程;从单元仿生到多元耦合仿生, 也是仿生从局限性到综合性的转变过程。这些转变更加赋予了桥梁生命性, 桥梁存在的意义也不再仅仅只是一个结构。

从最开始无意识的沿用, 仿造自然界中各式各样的形态特征, 建造出最原始的仿生桥梁, 到现在有意识地运用仿生理念, 取自然之精华, 将生物进化的结果应用到桥梁当中, 推动桥梁工程进入了一个新的阶段。

摘要：仿生学被提出以来, 就备受科学家们的关注。工程师们也一直在尝试着将仿生学应用到桥梁的设计、建造及检测过程中, 仿生学给桥梁工程的发展带来了新的动力。本文分别从形态仿生、结构仿生、材料仿生以及信息与控制仿生的角度, 分析了桥梁工程中仿生学应用的优秀案例, 阐释了仿生学对桥梁工程发展的推动作用, 并对未来仿生学在桥梁工程中的应用前景作出分析和展望。

关键词：形态仿生,结构仿生,材料仿生,信息与控制仿生,桥梁工程

参考文献

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仿生学方法在汽车设计上的应用 第9篇

1 仿生学在汽车设计上的应用

仿生学的概念由来已久,随着人类社会的进步和发展,不断与时俱进。仿生学(Bionics)是研究生物系统的结构、性状、原理、行为,为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学,是一门生命科学、物质科学、数学与力学、信息科学、工程技术以及系统科学等学科的交叉学科。仿生学为科学技术创新提供了新思路、新原理和新理论[3]。

仿生设计作为一种极具特色的设计方法,在汽车设计领域中必将起到重要的作用。它以独特的代码解放着固有造型模式的设计形态,传递着整个设计的理念。显然仿生设计已经成为了指导汽车造型设计的一个重要手段,其应用也日趋成熟。

仿生学在汽车设计上的应用主要有形态仿生、功能仿生和结构仿生。下面分别予以介绍。

1.1 形态仿生

自然界是蕴含着无尽的设计宝藏的天机阁,自然生物形态向人们开启了设计的一扇大门。形态仿生设计重在寻求生物外部形态美与人类审美需求的契合点,从而寻求对产品的突破和创新。通过运用模仿、变形、抽象等手法,对自然界生物形态的结构特征进行挖掘,将其应用到汽车造型设计中,赋予汽车形态以生物形态所具有的某些特征及属性。该种设计方法的产品因具有很强的自然性,因而具有亲和力,呼唤人的自然情怀,提醒人们重视自然。

以海豚为形态仿生对象而设计的概念汽车Dolphin,见图1。海豚流线型的身体,使其可以在水中高速游泳时减少阻力。同样,汽车在高速行驶时,也会遇到很大的空气阻力。所以,模仿海豚流线型的车身,可以减少风阻系数,降低空气阻力。同时也可给人流线条的美感。此作品曾荣获山东省汽车技术创新设计大赛三等奖。

奔驰公司的形态仿生概念车,见第79页图2,这款汽车的原型是热带海洋里的boxfish,这种鱼头部宽,尾部渐窄。身体虽然像一个立方体的盒子一样,但却具有出色的流线特性。从空气动力学的角度来看,是非常合适的。鱼身上坚硬的外表及独特的骨骼结构,展示了如何利用最少的材料来达到最大的车身强度,而且盒形身体形状与车厢的形状非常相似。因此,设计人员将带棱角的轮廓进行简化,变为了车顶边线轮廓和裙边轮廓,车身尾部也处理成与鱼尾部相吻合的楔形。车头部分则呈外凸状。由此发展出来的腰线一直走高,直到和车顶基线相结合,车尾位置则偏高,采用的内陷式尾门和后轮拱夸张的外抛形状都与boxfish极其相似。

1.2 功能仿生

除了在形态上对自然界中生物的模仿外,功能仿生也是一种重要的仿生学设计方法。意思就是通过学习生物的某种结构或造型,在汽车设计上采用特定的机构,以达到功能类似的效果。

功能仿生在汽车设计上的应用也非常广泛,最典型的例子就是鸥翼式的车门设计。汽车设计师观察鸟类的翅膀时受到了启发,设计了独特的、有别于传统的车门开启方式,将车门的开启由通常的横向开启变为纵向开启,仿佛海鸥的翅膀一样,这就是鸥翼式的车门。这种车门的打开方式可以节约车停靠时的占地面积。鸥翼式的车门设计,见图3。

1.3 结构仿生

降低风阻是汽车节能提速的关键,更是汽车设计师热衷追求的目标。通过探究水中生物群,寻求符合空气动力学的结构仿生对象,研究分析了水中移动速度极快的鱼,发现鱼“阶梯降”的脊背和V形层叠的鳞片特别符合空气动力学原理。流线的身形,敏捷的移动,流畅的滑翔,都完美诠释着空气动力学原理。于是,以鱼为结构仿生对象,诞生了以鱼为结构仿生对象而设计的概念汽车Moving Thinker,见图4。根据结构仿生学理论,结合动力学原理,初步简化了鱼的外形特征,在深入理解汽车形态结构学的基础上,进一步捕捉鱼的轮廓曲线,并加以研究分析后,应用到这款概念车上。该作品曾荣获第二届中国汽车创意设计大赛三等奖。需要指出的是,该作品仅从原理的角度去臆断此外形可以降低阻力,笔者在此原理基础上重新设计出合理外形并用流体软件加以分析。

车身后半部分由鱼“阶梯降”的脊背演变而来,V形层叠的鳞片则简化成起伏的车身表面,使得鱼的流线结构特征在这款车上得到很恰当的表达。鱼在水中高速移动时,其“阶梯降”的脊背和V形层叠的鳞片将储存一定量的水于身体上,从而使得鱼的身上仿佛被一层水膜包裹,鱼与水的摩擦就转变成同介质的水与水的摩擦,这样大大降低了摩擦系数。同理,将鱼这种结构特征应用到车身上。当汽车高速行驶时,车身将囤积一定量空气在车身表面,强大的气流与车身的摩擦转化为空气与空气的摩擦,大大降低了车身的风阻系数,既提高了汽车的动力学效能,也达到了节能的目的。

2 汽车鱼鳞仿生外形软件分析结果

首先采用Trimmed网格类型对整车划分网格,以便提高模拟分析的精度。采用20 m/s的速率对整车进行流场模拟。根据计算得到的分析结果收敛图可以得到计算结果收敛,则该网格划分模型可用。

进一步,在迭代计算得到的外流场云图(仅示意出模型外观)中,见图5,可以发现以下结论:在“阶梯降”脊背的顶部产生一些负高压区,而且在整车的分布比较合理,使整车的下压力得到了提高,从而提高汽车行驶的安全性能[4]。从整车压力分布情况来看,除了头部有一点点高压区外,整车的压力分布都在60 N左右,阻力相对于现代的车来说是比较小的;也就是减小下压力达到节能的同时,增加了整车的下压力去提高车胎的抓地力,从而提高高速行驶的安全性能。需要指出的是,该外流场云图中,具体压力分布解释如下:除车前端部有很小的高压区外,其“阶梯降”脊背产生了一些负高压区,且分布均匀。

同时,由计算得到的负升力系数可以看到,整车的负升力系数为-0.161,虽然比较小,但是由压力分布情况可以看到,负升力分布很均匀,对于整车的平稳行驶性能有很大的帮助。

通过研究阻力系数随着分析过程的变化曲线,可以得出阻力系数为0.251,这个数值相对于目前的汽车来说还是比较理想的一个数值,因为目前的轿车阻力系数一般在0.28到0.4之间[5],所以这样可以达到节能的目的。

综合观察整车的压力分布云图(仅示意出模型外观)情况,见图6,可以得出结论:除了车头外,一直到车尾部,都分布着负高压区,而且主要集中在两轮中间,让整车行驶更加平衡,安全性能更高。需要指出的是,整车的压力云图中,具体压力分布解释如下:除车头部有很小的高压区外,背部其余部分都分布着负高压部分,而且以两轮之间为主。

3 结论

笔者是以鱼的脊背结构为研究对象的。车身的后半部分造型是由鱼的“阶梯降”脊背演变而来。鱼在水中高速游的时候,其阶梯降的脊背可以“储存”一定量的水于身体上,从而使鱼的身上仿佛被一层水膜包裹,鱼与水之间的摩擦从而就转化为了水与水这种同介质的摩擦,也就大大降低了摩擦系数;所以就可以用同样的原理将车身与空气的摩擦转化为空气与空气这种同介质物质之间的摩擦,以减少汽车高速行驶时的风阻系数,从而达到节能的目的。同时,由阶梯降的造型,产生在两轮中的均匀负高压区,使高速行驶的安全性能得到了提高,从而提高了安全系数。

当代汽车的阻力已降低到很小,而仿生学可以启迪人们做出更加节能的汽车,汽车仿生学的利用已经融入日常生活中,通过上面的分析结果可以看出仿生学指导汽车设计的巨大作用,根据仿生的基本原理,尽可能的提取利用生物体本身的优势,并将其合理的运用到汽车设计中,设计出更有竞争力、有特色的汽车,是未来汽车的重要发展方向之一。

参考文献

[1]方海燕,周小儒,袁金龙.汽车造型中的仿生设计[J].艺术教育,2007(9):21-23.

[2]邵景峰.仿生设计在汽车造型设计中应用的研究[D].上海:上海交通大学,2008.

[3]路甬祥.仿生学的意义与发展[J].科学中国人,2004.

[4]王福军.计算流体动力学分析[M].北京:清华大学出版社,2004.