DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 3. 实例分析 本次以清江水电站群优化调度为例，分析说明3个水电站串联的水电站群优化调度模型的大系统分解协调算法。并联、混联的水电站群与梯级水电站优化调度模拟运算与串联类似，不再赘述。 清江梯级由水布垭、隔河岩、高坝洲等三座水电站组成，且电站各机组均已投产运行，梯级总装机容量为332.2万kW，梯级设计年发电量为79.22亿kW·h。清江流域是长江出三峡后的第一条大支流，发源于鄂西利川县齐岳山龙洞沟，于枝城市注入长江。干流全长423 km，总落差1430 m。流域呈南北窄、东西长的狭长形，流域面积约17，000 km 2 。 (1) 清江3级串联水电站群分解协调模型 以调度期内3级串联水电站群总发电量最大为目标，考虑河道流量传播影响因素，建立清江串联水电站群短期优化调度数学模型，具体如下： 目标函数： max   E = ∑ i = 1 3 ∑ t = 1 T K i ⋅ Q F i ， t ⋅ h i ， t ⋅ Δ t i ， t (42) 约束条件： V i ， t = V i ， t − 1 + ( I i ， t − Q F i ， t − Q q i ， t ) Δ t i ， t (43) I i + 1 ， t = c i + d i Q i ， t − τ i + Q R i + 1 ， t (44) Z i ， t ， min ≤ Z i ， t ≤ Z i ， t ， max (45) N i ， t ， min ≤ N i ， t ≤ N i ， t ， max (46) Q i ， t ， min ≤ Q i ， t ≤ Q i ， t ， max (47) 根据大系统分解协调方法，可分解为下面三个子问题： 对水布垭水电站，优化调度模型为： max L 1 = ∑ t = 1 T K 1 ⋅ Q F 1 ， t ⋅ h 1 ， t ⋅ Δ t 1 ， t + ∑ t = 1 T λ 1 ， t ⋅ d 1 ⋅ Q 1 ， t − τ 1 (48) 对隔河岩水电站，优化调度模型为： max L 2 = ∑ t = 1 T K 2 ⋅ Q F 2 ， t ⋅ h 2 ， t ⋅ Δ t 2 ， t + ∑ t = 1 T λ 2 ， t ⋅ d 2 ⋅ Q 2 ， t − τ 2 (49) 对高坝洲水电站，优化调度模型为： max L 3 = ∑ t = 1 T K 3 ⋅ Q F 3 ， t ⋅ h 3 ， t ⋅ Δ t 3 ， t (50) 上述三个子问题的约束条件均为式(43)~(47)。求解方法可采用逐步寻优算法(POA)。协调级算法： I 2 ， t k + 1 = c 1 + d 1 Q 1 ， t − τ 1 k + 1 + Q R 2 ， t (51) I 3 ， t k + 1 = c 2 + d 2 Q 2 ， t − τ 2 k + 1 + Q R 3 ， t (52) λ 1 ， t k + 1 = K 2 ⋅ h 2 ， t k ⋅ Δ t 2 ， t + d 2 ⋅ K 3 ⋅ h 3 ， t k ⋅ Δ t 3 ， t (53) λ 2 ， t k + 1 = K 3 ⋅ h 3 ， t k ⋅ Δ t 3 ， t (54) 迭代终止条件：前后两次迭代目标函数值相对增长量小于某一精度要求。 (2) 模型解算结果与分析 调度期T为1 d，划分24个时段，即以1 h为一个调度单位。拟定两种不同典型的水布垭电站的日逐时入库流量过程，实际调度时采用短期或实时水文预报结果进行调度。给定水布垭日初水位400 m，日末水位400 m；隔河岩日初水位200 m，日末水位200 m；高坝洲日初水位80 m，日末水位80 m。水布垭最小下泄流量500 m 3 /s以满足航运要求，隔河岩下游通航流量200 m 3 /s，高坝洲下游通航流量120 m 3 /s。在VB6.0编译环境下，对清江梯级三座水电站的日发电优化调度分解协调法进行编程，求解了两种不同典型水布垭入流工况下的梯级日负荷曲线与各电站日负荷曲线。 梯级间流量传播系数采用相关分析法计算 [ 6 ] ，水布垭与隔河岩间流量传播系数c 1 、d 1 分别为17.16、1.259；隔河岩与高坝洲间c 2 、d 2 分别为0.997、1.081。 根据上述所建分解协调模型分别对两种工况进行求解。工况一：水布垭各时段入库流量500 m 3 /s；工况二：水布垭各时段入库流量1000 m 3 /s。工况一：水布垭、隔河岩、高坝洲日负荷过程和清江梯级日总负荷过程，见图1。工况二：水布垭、隔河岩、高坝洲日负荷过程和清江梯级日总负荷过程，见图2。 图1. 工况一日负荷过程 图2. 工况二日负荷过程 在入流平稳的情况下，两种工况水库水位基本上均维持在高水位运行，整个梯级总发电量达到最大。从各梯级电站日负荷图1~图2，可以看出在开始一个时段出力较大，是因为水库起调水位为正常高水位，出流略微增加而致，当入流较大时(工况二)下游电站隔河岩与高坝洲均满出力运行。高水位运行也符合水库调度的一般规则。 大系统分解协调法较传统的动态规划算法，可以有效避免“维数灾”问题，大大提高模型解算效率，可以预见随着水电站群内并联或混联水电站数量的增加，分解协调法运算时间的优越性会更加明显。可以说明大系统分解协调法比传统的解算方法在解算水电站群优化调度方面有一定的优越性。
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user: 4. 结论 (1) 本文重点推导了串联、并联、混联水电站群优化调度模型的大系统分解协调算法的问题分解、协调级算法以及收敛条件等，为研究大系统分解协调算法在水电站群优化调度、多目标调度时提供一些参考。 (2) 大系统分解协调法在求解水电站群优化调度时比传统解算方法可有效避免维数灾，运算效率较高。 (3) 对于水电站群优化调度问题，其约束条件非常复杂，很难保证其目标函数与约束条件满足凸性要求，在实际求解问题时，可以从不同的初始点出发进行搜索最优解，即给定不同的初始调度线分别进行寻优，以其中最好的解作为问题的最优解。
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user: 摘 要 通过近年来软件工程专业校外工程实训和创新能力培养的教学实践，发现了当前高校工程类专业校外实践环境建设和学生实践创新能力培养质量所面临的诸多问题和缺陷。针对这些实践教学和能力培养瓶颈，本文就如何加强校企合作高端实践环境建设和深化实践教学改革，建立适合工程应用型人才培养的实践教学体系和校企合作全工程过程培养模式给出了研究和论述。实践表明，这种全工程过程的校企合作创新人才培养模式和实践教学方法，对于实现工程类专业个性化创新创业人才培养具有很好指导和促进作用。 关键词 :实践教学体系，全工程过程，软件工程，实践教学，实训基地 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 本科专业实践性教学是对实验、实训、实习和工程案例分析等实践教学环节的总称。实验、实训和实习尽管都具有实践特性，但各自教学的目标、手段和方式各有差异。三种实践性教学环节形成了实践性教学的三个层次，并且相辅相成、缺一不可，构成了本科专业应用型创新人才培养的完整实践教学体系。长期的高教实践证明，系统、完整和高质量的实践性教学对于培养学生的综合应用能力和实践创新能力有着举足轻重的作用。要搞好实践性教学，一个关键的问题就是要建设与实践教学内容、目标和要求相符的实践教学环境，尤其是高端工程实践教学环境。简单地讲，实践环境就是进行实验、实训或实习等实践性教学活动的设施、平台和场所。所谓高端实践性教学环境，就是技术、设备和基础设施装备一流的实验场所或实践基地。不难想象，只有在高端实践环境下实施的实践性教学，才有可能培养出信息社会需求的高端专业创新人才。事实上，为了克服“应试教育”模式和国家投资不足高校实验基础设施建设较为薄弱所带来的学生实践创新能力培养质量不高等问题，在《国家中长期教育改革和发展规划纲要》(2010~2020年)和《国家教育事业发展“十三五”规划》(2017-01-20)以及今年的政协、人大两会报告中，多次明确提出：“建立健全政府主导、行业指导、企业参与的办学机制，制定促进校企合作办学法规，促进校企合作制度化。制定优惠政策，鼓励企业接收学生实习实训和教师实践。加强实验室、校内外实习基地、课程教材等教学基本建设。支持学生参与科学研究，强化实践教学环节，创立高校与科研院所、行业企业联合培养人才的新机制。强化课堂教学、实习、实训的融合，普及推广项目教学、案例教学、情境教学等教学模式。引导行业企业深度参与专业教学、顶岗实习、岗位资格认证等方面的标准制定和教学评价。支持一批地方应用型本科高校建设，重点加强实验实训实习环境、平台和基地建设，鼓励吸引行业企业参与，建设产教融合、校企合作、产学研一体的实验实训实习设施，推动技术技能人才培养和应用技术创新等 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。” 由此可见，推动校企合作办学，建立高端实践环境，培养社会需求的具备工程应用和实践创新能力的专业人才已是高校专业人才培养的一种新模式和新常态。本文将以本科软件工程专业校外工程实训基地建设和工程实训为例，重点讨论如何破解当前高校工程实训和实践创新能力培养所面临的诸多问题和缺陷，进而给出新时期创新实践教学体系建设和提升实践教学质量的新思路和新举措。
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user: 2. 本科专业实践创新能力培养现状与问题 当前高校特别是省属高校本科专业应用型人才培养质量难以适应社会应用和发展的需要，原因是多种多样的，但制约专业创新人才培养的主要瓶颈有两个：一是“应试教育机制”和“授受型的教学”方法；二是缺少与社会科技发展相适应的，涵盖本科专业核心技术和产业主流发展方向的工程实践环境和优质实践教学资源的建设和支撑。前者是一个教育立场、观点、思想和方法问题，社会各界已经认识到“应试教育”的缺陷和弊病，并逐步得到了改革和转变。后者是制约和限制高校专业创新人才培养，特别是省属高校应用型创新人才培养的根本所在。由于高校不断扩招和政府教育投入的暂时不足，本科专业实践环境建设规模和技术层次与社会科技发展相对比较滞后。因此，目前专业人才培养的工程实践教学和创新能力培养只能在一个较低层次的实践环境中进行，其培养质量就可想而知。鉴于此种情况，政府虽然已加大了高端实践环境的建设，如国家重点试验室，中央与地方共建试验室、省级试验示范中心和重点实验室等，但由于受资金限制和专业招生规模扩大，一时还难以全面解决和满足高校实践教学需求。对此，一些企事业单位和职业技能培养机构看到了目前高校教育的缺陷及其高端实验资源的严重不足，在政府的鼓励和引导下，独立投资创办具有社会服务机制和商业性质的，旨在提高本科专业学生综合应用能力和实践创新能力的各类培训中心、实训基地应运而生。与此同时，高校借助校外实训基地提高创新人才培养质量已形成了一种新的理念和教育模式，并运行了多年。然而，事实证明，这种借助校外工程实践环境实施学生实践创新能力和个性化创新创业能力的培养模式并没有达到人们预期那样的理想结果，同时还给当前高校办学和创新人才培养模式带来了诸多严重问题 [ 4 ] [ 5 ] 。 实际上，我们在先后承担《校外高端实训环境建设与软件创新人才培养模式的研究与实践》(江苏省教改课题，编号2009-168)，《省属高校软件本科专业高端实践环境建设与创新实践教学体系研究》(国家高教学会专项课题，2010YHE009)，《本科计算机专业校外全工程过程实践基地建设与个性化创新创业能力培养机制的研究与实践》(学校教改课题，XJG2015-1-8)等课题的研究和实践过程中，针对与我院计算机工程类(淮海工学院)合作分布在无锡、苏州、南京、昆山、上海、连云港等地区的十多个实践基地进行了实地考察和调研，发现了诸多严重问题。如目前社会上实训单位和机构名目繁多、良莠不齐，有些甚至是“皮包”培训机构，随便在企业挖上几个项目开发人员(一般都不具备高教教师资格)，简单租用一些场地和设施，就仓促上马招生。有些实训机构，打着国际知名企业和高校的幌子，在质量没有任何保证的情况下，受利益驱使，仍在大量招生。有些实训单位，虽拥有较好的培训设施和人力资源，但培训规模越来越大，动辄每年招生数万人，而受资源限制，工程实训过程大大缩减，将全过程的工程化实训简缩为简单的补强培训(编程和语言培训)，尤其是在本科工程项目实训过程中，毫无工程过程可言，根本达不到工程实训目标，这个问题最为突出。我们在2010、2014年先后多次对苏南、上海等地十多个实训单位的调研和质量检查过程中，要求各实训单位现场出具学生全工程过程培训案例和作品时，没有一个单位能拿得出；有些实训单位甚至不分培训对象的学历层次和基本需求，将大专生、本科生混合编班集中一起，大一统的语言和基本编程技能培训，毫无本科工程专业实训和质量意识。还有，实训机构的实训(培训)费用高得惊人，学习一门语言或技术，学期3至5个月左右，少则万八千元，多则数万元，加之学生需交的学校学费，这种双重支付搞得学生和家庭可谓不堪重负。另外，大四外出实训和毕业设计学生的管理，校内专业教学计划的校外延伸和实施，校外实践教学质量的监控、考核和评定，校内外实训课程的相互衔接和成绩互换，校外实训基地资质认定、考评和管理等诸多问题和乱象都浮出水面。这是当前校外实训基地(机构)的基本现状，这些问题只能通过深化高等教学改革，创建适应新时期我国高校与企业联合办学的新机制，制定与之相适应的管理措施、标准和规范，才能从根本上解决本科专业应用型创新人才培养的质量问题。
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user: 3. 软件工程专业实践创新能力教学培养方案建设 大学生创新能力培养，尤其是工科院校实践创新能力的培养是一个系统工程，难以一蹴而就，软件工程专业人才的培养更是如此。就目前中国高校创新人才培养，首先应该强调培养方案的科学性、系统性和前瞻性。否则，则会出现欲速则不达或不应有的偏差和失误。图1是我们在长期的教学实践和改革过程中凝炼而成的本科软件工程专业实践创新人才培养的基本方案和规划 [ 6 ] [ 7 ] 。 本科专业应用型复合新人才，特别是实践创新能力培养必须强调“厚基础、重能力、上手快、后劲足”的基本原则，即在强调打牢学生专业理论基础的同时，强化学生专业综合应用技能和实践创新能力的培养。在实际的本科软件工程专业培养方案制定和实施中，有些一味强调理论知识的系统性而轻视实践教学，特别是全工程过程实践教学；有些一味强调实践能力培养而忽视或降低专业理论学习的现象，更严重者甚至将本科专业人才培养等同于职业技术教育，这种教育思想和培养方案将会全面导致中国高校本科专业教育质量的下降，乃至高等教育的混乱和失败。其原因就是：综合应用和实践创新能力的培养必须是以雄厚的专业理论为基础的，没有扎实的专业理论做基础的实践创新能力培养将是空中楼阁，充其量也不过是浅层次的简单应用而已，让其创新是不现实的；另一方面，再雄厚的理论知识必须在实践中验证、巩固和发展，不经过较大型复杂工程实践都不会形成工程应用能力，更谈不上创新能力。不要使用空格、制表符设置段落缩进，不要通过连续的回车符(换行符)调整段间距。 本科专业实践创新能力培养是一项系统工程，必须制定和建设科学可行，与社会、科技发展相适应的培养方案。在此，我们将本科软件工程专业能力培养按照本科知识和课程体系以及社会对专业人才素质需求划分为4个阶段：专业基础操作技能，专业基本应用能力，专业综合应用能力，实践创新和创业就业能力。按照在校四年的学习时间，依次从基础能力到综合应用和实践创新能力的培养，图1给出了详细培养方案建设过程和思想。 方案强调以当前社会急需的复合型应用人才培养为目标和教育部提出的“卓越软件工程师培养计划”为指南，推行校企联合共建实践基地和产学研一体化的培养模式，实施全工程过程、高质量的工程实践创新能力培养。在我们承担的教改课题(江苏省教改课题2009-168，高教学会课题2010YHE009)研究和实践过程中，发现不少校外实践基地缺乏按照软件工程全工程过程培养实践创新能力和软件工程师的理念，没有工程案例或研发项目，没有完整的实践教学过程，没有明确的能力培养目标，而一味做补强性的编程能力培训，这种培养方式是难以达到工程能力培养要求的。 因此，我们在培养方案中特别强调软件工程能力的全过程、全方位培养，有利于实现社会需求的高素质工程创新人才培养目标。
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user: 4. 工程实训基地建设与全工程过程实践创新能力培养 就高校常规的实践性教学而言，实践性教学体系建立应重点包括实践教学方案、实践环境(实验、实训和实习等设施)和管理体系。实践教学方案一般在专业人才培养方案中都有系统明确的计划和描述，包括课程实验、课程设计、专业实训、社会实习和毕业设计等。对于每一门实践教学课程，其课程名称、大纲、内容、考核方式、成绩评定等都应有明确的规划，并以文件的形式归档和签发执行，成为实施实 图1. 软件工程专业实践创新能力培养方案 践性教学及其管理的基本依据。实践环境主要包括与专业人才培养方案相适应的实验、实训、实习等场所和设施，包括校内和校外两类。一般而言，校内实践环境建设以专业基础实验室为主，校外则以实习、实训基地建设为主。实践教学管理体系是实施实践教学任务的制度和标准，包括教学资源管理、师资配备、教学过程、教学效果、教学质量、考核评定、合作协议等规章制度。就当前高校教育现状而言，教育管理体系相当成熟和规范，不必多述。这里我们重点论述适应软件工程专业创新人才培养的实践环境建设和全工程过程个性化创新能力培养问题。 4.1. 实践课程体系与实践环境建设 要实施软件工程专业教学体系，特别是实践教学体系的创新，首先依据专业人才培养和社会需求目标进行专业知识体系和课程体系的调整和规划。必须打破原来计算机类不同专业都采用大一统的，没有明显专业特色的知识和课程体系的办学模式。对此，我们结合国内外软件工程专业基本理论和实践能力培养的需求，对原来的专业培养方案进行了调整，增加了软件测试技术、软件工程项目管理、软件质量保证与管理、集成化软件工程环境、大型软件构造技术、软件工程综合设计、.net环境与新技术、J2EE环境与新技术等理论和实践课程。可以看出，这些课程的调整既突出了专业知识体系和课程体系的特色，也拓宽了专业理论和工程实践教学内容范围，对于学生学习软件专业前沿知识，掌握专业先进技术，提高工程应用能力和实践创新能力奠基了坚实的基础。 随着本专业知识体系和课程体系的更新，与之相适应的实践教学环境建设也必须得到保证。对此，我们在校内中央与地方共建实验室的建设过程中，先后建成了软件测试、集成化软件工程环境、嵌入式系统和计算机应用技术等高端实训室，并且引进和配置了如Loadrunner、Rational、ARM、.net、J2EE环境与工具等主流先进软硬件设施。在校外高端实践环境建设中，先后在南京、苏州、无锡、连云港、上海等地建成了一批拥有先进技术装备和工程案例驱动的全工程过程实践教学资源及其研发平台，目标是就是按照学生工程研发兴趣和创新创业发展需求培养社会广泛需要的高素质个性化专业人才。图2为我校计算机工程学院校内外高端实践环境建设体系示意图 [ 8 ] [ 9 ] 。 4.2. 工程案例驱动与全工程过程个性化实践创新能力培养 在校企合作实践教育基地和中心的建设过程中，除常规基础设施、课程体系和师资队伍建设外，更重要的是优质工程化实践教学资源建设，特别是优质软件工程项目案例及其相应研发平台建设。而且，软件工程项目案例及其研发平台建设必须涵盖当前软件工程核心技术和软件产业主流发展方向。在软件工程核心技术方面应包括：结构化软件工程、面向对象软件工程、软件产品线工程、软件体系结构与中间件、智能化网构软件、软件测试工程、软件体系结构与架构、云计算与云服务、数据库管理系统、分布式与移动计算，Web、GPS导航、大数据分析和挖掘、人工智能、现代物流、物联与传感网、信息安全、图形处理与虚拟仿真、软件外包等技术；在软件产业主流方向上应包括如下工程项目开发案例及其研发平台(校企联合建设的重点，但不局限这些)：电子政务软件工程项目开发案例及其研发平台；电子商务软件工程项目开发案例与研发按平台；OA软件工程项目案例与研发平台；ERP软件工程项目案例与研发平台； 医院业务与医疗信息管理软件工程项目开发案例与研发按平台；专业数据库应用系统(如海洋资源数据库、森林资源数据库)工程项目开发案例与研发平台；软件测试工程项目开发案例与研发平台；现代企业大数据智能分析软件工程项目开发案例与研发平台；金融管理软件工程项目开发案例与研发平台；银行业务(含网上支付)管理软件工程项目开发案例与研发平台；股票投资和分析软件工程项目开发案例与研发平台；GPS公路导航系统(北斗导航系统)工程项目开发案例与研发平台；地理信息系统软件工程项目开发案例与研发平台；图形图像处理软件工程项目开发案例与研发平台；虚拟仿真软件工程项目 图2. 软件工程高端实践环境(基地)建设体系 开发案例与研发平台；网络与手机应用软件系统工程项目开发案例与研发平台(基于安卓)；网络与手机游戏软件工程项目开发案例与研发平台(基于安卓)；网络协议和网络安全工程项目开发案例与研发平台；云计算与云服务模式下软件工程项目开发案例与研发平台；物联与传感网架构与应用软件工程项目开发案例与研发平台；现代物流管理系统软件工程项目研发案例与研发平台；港口泊位与仓储管理系统软件工程项目开发案例与研发平台；网络视频会议管理软件工程项目开发案例与研发平台；操作系统研发软件工程项目开发案例与研发平台；社会基金(扶贫、救助等基金)管理软件工程项目开发案例与研发平台；嵌入式系统应用软件工程项目开发案例与研发平台；可穿戴计算软件工程项目案例与研发平台；游戏软件工程项目及其研发按平台；物业管理系统及其研发平台；手机APP等等。 上述涵盖软件工程核心技术和软件产业主流方向的工程案例和研发平台建设，对实施学生个性化工程研发能力和实践创新能力以及创业就业能力奠定了坚实的基础。实践表明，这种在工程案例的驱动下，学生将根据自己的知识兴趣、创新创业方向和未来事业发展目标选择合适的工程案例，并全工程过程实施实际工程项目研发和实践，工程应用能力和实践创新能力的培养才能落到实处，而且工程实践教学效果和质量提升十分显著。与此同时，工程案例的建设也促进了企事业单位实训基地与实践教学资源建设质量，并自然而然也增强了本科专业学生高素质和实践能力的创新培养意识和体系 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] 。
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user: 5. 结论 作为高等教育，我们应该清醒的看到，社会化的校内外实践环境的建设和发展，虽然弥补了国家高校本科专业创新人才培养的实践环境和教学资源不足，但也给高校的日常管教学理工作，特别是校外实训学生的工程实践教学管理和质量监控等都带来诸多冲击，使得原本按部就班、有条不紊的教学管理、实施计划、课程安排、组织方式、教学方法和考试形式等诸多方面面临新的挑战。因此，如何适应社会经济科技发展和高等教育的多元化，将高校常规规范的教学过程与社会化前端工程实践和创新创业培训有机结合起来，创建优势互补和互利共赢校企联合办学机制，对于探索新形势下的高校教育规律和创新人才培养方法，不断提高专业创新人才的培养质量具有十分重要的价值和深远的影响，应该成为当前以及今后高校创新人才培养研究和实践的一个主要方向。本文给出的校外实践基地建设体系与在工程案例驱动下全工程过程的学生个性化工程研发能力和创新创业能力培养方法和实践，目的就是在不断深化的实践教学改革中强化校企合作创新体制，进而提升创新人才培养质量。希望与兄弟院校在实践基地建设和创新人才培养模式研究上共勉，为促进我国高等教育和专业创新人才培养做出应有的贡献 [ 13 ] [ 14 ] 。
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user: 摘 要 跨流域调水工程运营中往往缺乏有效的合作运营机制，导致参与主体与工程整体的运营目标相偏离。论文从非合作博弈视角和合作博弈视角，分别构建了不同联盟组合下跨流域调水供应链非合作博弈模型、基于核仁、弱核仁、比例核仁方法和Shapley值方法的跨流域调水供应链合作博弈模型，并进行了对比数值分析，在此基础上，探讨了跨流域调水供应链合作运营机制。研究结果表明：(1) 基于核仁、弱核仁、比例核仁方法和Shapley值方法的合作博弈下跨流域调水供应链及其成员的运营绩效均不低于非合作博弈情形，实现了参与各方利益的帕累托改进。(2) 由于非合作博弈下系统供应商的“先动优势”，基于核仁、弱核仁、比例核仁方法和Shapley值方法的利益分配方案下，系统供应商获得的利润高于本地分销商和外地分销商。(3) 基于比例核仁方法的供应链利益分配方案下本地分销商的利润并没有改善，该方案下的合作联盟不稳定。(4) 基于核仁方法和弱核仁方法的供应链利益分配方案体现的是更加平均主义的思想，为跨流域调水工程提供了一种更为公平的合作运营机制；而基于Shapley值方法的供应链利益分配方案体现的是功利主义原则，为跨流域调水工程提供了一种更为高效的合作运营机制。 关键词 :跨流域调水工程，供应链，核仁，沙普利值，合作博弈 Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 在全球气候变化背景下，世界各国为应对水资源日趋短缺问题，建设和运营了多个跨流域调水工程，比如南水北调工程就是致力于解决我国北方地区水资源严重短缺的重大跨流域调水工程 [ 1 ] [ 2 ] 。由于跨流域调水工程是一个多流域、多水源、多工程、多主体、多目标的复杂水资源大系统，兼具有供水、蓄水、防洪、发电、航运等综合性功能，涉及多个省市和众多用水部门的利益，其工程运营与水资源配置具有极强的计划性和协同性，而供应链理念则体现了整体的协同性和利益最大化，因此，将供应链管理理念引入到跨流域调水工程运营管理中具有很强的可行性和适用性 [ 3 ] [ 4 ] 。 有不少学者把供应链管理理念引入到跨流域调水工程(主要是南水北调工程)运行管理中，对南水北调供应链管理、水资源定价、库存管理、长鞭效应、水资源配置以及供应链协调等若干问题进行了研究。① 关于南水北调东线供应链管理理论基础研究。王慧敏等(2004， 2005)早先论证了供应链管理理论与方法用于南水北调运营管理的可行性，并分析了南水北调东线供应链的概念模型和运作模式 [ 3 ] [ 4 ] 。陈志松等(2010)对社会责任与经济效益双重目标下南水北调工程运营管理的演化博弈及策略进行了研究 [ 5 ] 。② 关于南水北调东线供应链定价研究。王慧敏等(2008)研究了南水北调东线水资源供应链的联合定价模型 [ 6 ] 。张莉等(2008)建立了内外部市场价格歧视的南水北调东线水资源供应链定价模型 [ 7 ] 。Chen等(2013)研究了南水北调两部制定价机制及水资源优化配置方案 [ 8 ] 。③ 关于南水北调东线供应链库存研究。朱九龙等(2006， 2008)分别建立了南水北调水资源供应链VMI决策模型、非对称信息条件下的库存集中控制决策模型 [ 9 ] [ 10 ] 。侯艳红等(2008)构建了基于VMI契约的南水北调水资源供应链SRSS模型 [ 11 ] 。④ 关于南水北调东线供应链长鞭效应研究。朱九龙等(2005)分析了南水北调东线水资源供应链牛鞭效应的成因并提出了相应的控制对策 [ 12 ] 。⑤ 关于南水北调东线供应链配置研究。朱九龙(2007)建立了南水北调东线供应链水资源配置的多目标模型 [ 13 ] 。陈志松等(2010， 2011)分别建立了两次订购机会下的南水北调Newsvendor优化配置模型 [ 14 ] [ 15 ] 。⑥ 关于南水北调东线供应链协调与合作研究。侯艳红等(2009)建立了南水北调东线供应链灵活订货量契约的动态规划模型 [ 16 ] 。Chen等(2012)研究了战略顾客行为下南水北调供应链优化与协调 [ 17 ] 。Chen等(2012)建立了南水北调供应链合作运营的非对称Nash讨价还价模型 [ 18 ] 。Wang和Chen等(2012)研究了南水北调供应链优化定价与协调方案 [ 19 ] 。显然，现有文献较少有从合作博弈视角进行跨流域调水供应链合作利益分配的相关研究。 学者们对水资源合作配置也进行了不少研究，比如Young等(1982)将核与核仁解运用于水资源开发中的成本分摊 [ 20 ] ；Tisdell等(1992)运用了不同的合作博弈方法分析水权合作配置，从而试图找出最公平的分配方案 [ 21 ] ；Lejano等(1995)运用规范化的核仁解分析了南加州的水循环利用工程运营，并于传统的核仁解与Shapley值方法进行了对比分析 [ 22 ] ；Teasley等(2007)运用合作博弈的方法分析了跨界湖泊的水资源合作配置 [ 23 ] ；Wang等(2003， 2007， 2008)运用核仁解和Shapley值方法分析了流域水资源合作配置 [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] 。但现有的研究缺乏对跨流域调水供应链合作运营机制的探讨，尚未从合作博弈视角对跨流域调水供应链优化定价和配置及合作利益分配进行过深入研究。 跨流域调水供应链运作过程中，往往缺乏有效的参与主体合作运营机制，上、下游参与主体倾向于追求自身利益最大化，从而导致参与主体与工程整体的运营目标相偏离。如何兼顾个体理性与集体理性、构建有效的供应链合作机制、提高工程运营绩效、实现参与主体利益的帕累托改进，成为跨流域调水供应链运营管理中亟需解决的科学问题。本文尝试分别从非合作博弈视角和合作博弈视角，构建不同联盟组合下跨流域调水供应链的非合作博弈模型以及基于三种核仁方法和Shapley值方法的合作博弈模型，并进行对比数值分析。
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user: 2. 模型假设 跨流域调水工程是一个多水源、多目标和多工程，抽、蓄、供水并举的大型跨流域复杂大系统，从供应链视角，可以概化为由系统供应商、本地分销商和外地分销商构成的水资源供应链系统。为建模需要，用1标记本地分销商，2标记外地分销商。本文假设系统供应商、本地和外地分销商单位平均调水成本分别为c、 c 1 和 c 2 ，系统供应商本地和外地水资源批发价分别为 w 1 和 w 2 ，本地和外地分销商终端水价分别为 和 p 2 ，本地和外地水市场规模分别为 α 1 和 α 2 ，本地和外地多年平均降水量分别为 r 1 和 r 2 ，本地和外地分销商水资源订购量分别为 q 1 和 q 2 ，本地和外地水资源需求关于价格变动的敏感程度分别为 γ 1 和 γ 2 ，本地和外地用户对降水量的利用比率分别为 β 1 和 β 2 ，且 0 ≤ β 1 ， β 2 < 1 ，供应商和外地分销商对降水量的利用比率分别为 φ 1 和 φ 2 ，且 0 ≤ φ 1 ， φ 2 < 1 ，且 β 1 + φ 1 ， β 2 + φ 2 < 1 。终端水资源需求受降水和水价的影响，降水量越大，用户可用的免费水资源越多，则水资源需求越小；水价越高，则水资源需求越小。因此，本地和外地终端水资源需求函数分别为 d 1 ( p 1 ) = α 1 − β 1 r 1 − γ 1 p 1 ， d 2 ( p 2 ) = α 2 − β 2 r 2 − γ 2 p 2 。则有 q 1 ( p 1 ) = d 1 ( p 1 ) ， q 2 ( p 2 ) = d 2 ( p 2 ) − φ 2 r 2 。本文的决策变量为：本地和外地分销商终端水价 p 1 和 p 2 ，供应商本地和外地水资源批发价 w 1 和 w 2 。 跨流域调水工程中，系统供应商、本地和外地分销商在不同联盟{WS}，{LD}，{ED}，{LD， ED}，{WS， LD}，{WS， ED}，{WS， LD， ED}的目标函数分别为： Π { W S } = w 1 q 1 ( p 1 ) + w 2 q 2 ( p 2 ) − c [ q 1 ( p 1 ) + q 2 ( p 2 ) − φ 1 r 1 ] (1) Π { L D } = ( p 1 − w 1 − c 1 ) q 1 ( p 1 ) (2) Π { E D } = ( p 2 − w 2 − c 2 ) q 2 ( p 2 ) + p 2 φ 2 r 2 (3) Π { W S ， L D } = Π { W S } + Π { L D } (4) Π { W S ， E D } = Π { W S } + Π { E D } (5) Π { L D ， E D } = Π { L D } + Π { E D } (6) Π { W S ， L D ， E D } = Π { W S } + Π { L D } + Π { E D } (7) 从非合作博弈视角和合作博弈视角，本文拟分别构建不同联盟组合下跨流域调水供应链的非合作博弈模型以及基于核仁方法和Shapley值方法的跨流域调水供应链合作博弈模型，并进行对比数值分析。
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user: 4. 跨流域调水供应链合作博弈模型 在前述非合作博弈与优化模型构建与分析基础上，分别构建基于核仁、弱核仁、比例核仁方法以及Shapley值法的跨流域调水供应链合作博弈模型。其中，核仁、弱核仁和比例核仁方法衡量的是不同联盟组合所能带来的福利，体现的是同情与保护弱势群体的平均主义。Shapley值法强调边际贡献，是将收益按照参与人的边际贡献率进行分摊，参与人分配所得收益为该参与人对他所参与的所有联盟组合边际贡献的平均值，体现的是功利主义的公平思想。 4.1. 基于核仁方法的合作博弈模型 定义跨流域调水供应链中的主体集合 N = { W S ， L D ， E D } ， j = W S ， L D ， E D ∈ N ，主体集合 S ⊆ N 是一个联盟， N 被称为大联盟。 S 1 ， S 2 ， ⋯ ， S m 为对大联盟 N 的一个分割，且对于任意的 k ≠ l ，满足 ∪ k = 1 m S k = N ， S k ∩ S l = ϕ 。 v ( S ) 代表联盟 S 的特征函数，表示联盟 S 参与人相互合作所能得到的总效用，而联盟若以个体形式存在，则每个主体的效用分别为 v ( { W S } ) 、 v ( { L D } ) 和 v ( { E D } ) 。定义 y j = x j + Π j * ，相应的配置分别为 y W S 、 y L D 和 y E D ，则配置向量可表达为 y = ( y W S ， y L D ， y E D ) ，每个主体在合作中获得的得益(payoff)分别为 x W S 、 x L D 和 ，则得益向量可表达为 x = ( x W S ， x L D ， x E D ) ，该得益向量被看成是合作博弈的分配集(imputation)，且满足个体理性、集体理性和共同效率 [ 20 ] [ 21 ] 。令 x ( S ) ≡ ∑ j ∈ S x j ，则有如下约束条件：i) 个体理性， x j ≥ v ( { j } ) ；ii) 集体理性， x ( S ) ≥ v ( S ) ；iii) 共同效率， x ( N ) = v ( N ) 。 根据合作博弈的相关理论，我们设定如下参数： v ( { W S } ) = v ( { L D } ) = v ( { E D } ) = 0 ， v ( { L D ， E D } ) = Π { L D ， E D } * − Π L D * − Π E D * ， v ( { W S ， L D } ) = Π { W S ， L D } * − Π W S * − Π L D * ， v ( { W S ， E D } ) = Π { W S ， E D } * − Π W S * − Π E D * ， v ( { W S ， L D ， E D } ) = Π { W S ， L D ， E D } * − Π W S * − Π L D * − Π E D * (1) 核仁模型 定义净福利剩余 ε = v ( S ) − x ( S ) ，若 ε ≥ 0 ，可理解为对参与主体的补贴，若 ε < 0 ，可理解为对参与主体的税收 [ 20 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] 。通过这样的设定，使得所有的子联盟(但不包括大联盟)获得补贴或支付税收，则存在一个核配置 x ，使得 ε 最小，则有如下计算核仁(Nucleolus)的线性规划问题： min x j     ε s . t .         { x j + ε ≥ v ( { j } ) x ( S ) + ε ≥ v ( S ) x ( N ) = v ( N ) (33) (2) 弱核仁模型 定义净福利剩余 ε w = ( v ( S ) − x ( S ) ) / | S | ，则有如下计算弱核仁的线性规划问题： min x j     ε w s . t .         { x j + | S | ε w ≥ v ( { j } ) x ( S ) + | S | ε w ≥ v ( S ) x ( N ) = v ( N ) (34) (3) 比例核仁模型 定义净福利剩余 ε p = ( v ( S ) − x ( S ) ) / v ( S ) ，则有如下计算比例核仁的线性规划问题： min x j     ε p s . t .         { x j ≥ ( 1 − ε p ) v ( { j } ) x ( S ) ≥ ( 1 − ε p ) v ( S ) x ( N ) = v ( N ) (35) 4.2. 基于Shapley值方法的合作博弈模型 1953年，Shapley提出了合作博弈中合理分配的Shapley-Value理论 [ 27 ] ，该理论是合作博弈理论中的一种解的概念，它实现了联盟总体利益在各成员之间的公平和有效的分配。在Shapley值法中，联盟 S 中每个成员得益分配称为Shapley值，计算公式如下： x j = ∑ | S | = 1 3 ( 3 − | S | ) ! ( | S | − 1 ) ! 3 ! ∑ S ⊂ N [ v ( S ) − v ( S \ { j } ) ] ， j = W S ， L D ， E D (36) 其中， | S | 是联盟 S 中的成员数， v ( S \ { j } ) 为联盟 S 中除去成员 j 后的得益。
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user: 5. 数值分析 某跨流域调水工程，本地和外地多年平均降水量 r 1 和 r 2 分别为1020.6亿m 3 和1067.5亿m 3 ，设定本地和外地终端用户降水利用率 β 1 和 β 2 均为0.001，系统供应商和外地分销商降水利用率 φ 1 和 均为0.001；另据调水 Table 1 Numerical analysis of non-cooperative game and cooperative game of IBWT supply chai 情形 p 1 * p 2 * q 1 * q 2 * Π W S * Π L D * Π E D * Π S C * 非合作博弈 2.972 4.383 4.120 5.949 21.151 3.395 13.028 37.574 合作博弈 核仁 2.148 3.193 8.240 11.899 24.546 5.092 18.410 48.048 弱核仁 2.148 3.193 8.240 11.899 24.546 5.092 18.410 48.048 比例核仁 2.148 3.193 8.240 11.899 26.174 3.395 18.479 48.048 Shapley值 2.148 3.193 8.240 11.899 26.388 5.092 16.568 48.048 表1. 跨流域调水供应链非合作博弈与合作博弈对比数值分析 注：价格单位：元/m 3 ，水量单位：亿m 3 ，利润单位：亿元。 工程的经验数据及相关成本核算研究，抽水成本一般介于0.2~0.5元/m 3 之间 [ 28 ] ，假设系统供应商抽水成本 c 为0.2元/m 3 ，本地分销商和外地分销商的调水成本 和 c 2 分别为0.3和0.4元/m 3 ；设定本地和外地水市场规模 α 1 和 α 2 分别为20亿m 3 和30亿m 3 ，本地和外地水资源需求关于价格变动的敏感程度 γ 1 和 分别为5。本文分别从非合作博弈及合作博弈两个视角对跨流域调水供应链进行数值分析，计算结果如表1所示。 数值分析结果表明：(1) 基于核仁、弱核仁、比例核仁方法和Shapley值方法的合作博弈情形下终端水价低于非合作博弈情形，水资源订购量高于非合作博弈情形。(2) 基于核仁、弱核仁、比例核仁方法和Shapley值方法的合作博弈下跨流域调水供应链及其成员的运营绩效均不低于非合作博弈情形。(3) 非合作博弈下，系统供应商获得的均衡利润高于本地分销商和外地分销商；基于核仁、弱核仁、比例核仁方法和Shapley值方法的利益分配方案下，系统供应商获得的利润同样高于本地分销商和外地分销商。(4) 合作博弈情形中，基于核仁方法和弱核仁方法的供应链利益分配方案完全一致，Shapley值方法与核仁、弱核仁方法相比，系统供应商分配到较多的利润，而外地分销商分配到相对少一些的利润。(5) 基于比例核仁方法的跨流域调水供应链利益分配方案下本地分销商的利润与非合作博弈情形相等，本地分销商处于加入联盟和离开联盟的临界点。
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user: 6. 结论 跨流域调水工程运营中往往缺乏有效的合作运营机制，导致参与主体与工程整体的运营目标相偏离。论文从非合作博弈视角和合作博弈视角，分别构建了不同联盟组合下跨流域调水供应链非合作博弈模型、基于核仁方法和Shapley值方法的跨流域调水供应链合作博弈模型，并进行了对比数值分析，在此基础上，探讨了跨流域调水供应链合作运营机制。研究结果表明：(1) 基于核仁、弱核仁、比例核仁方法和Shapley值方法的合作博弈情形下终端水价低于非合作博弈情形，水资源订购量高于非合作博弈情形。(2) 基于核仁、弱核仁、比例核仁方法和Shapley值方法的合作博弈下跨流域调水供应链及其成员的运营绩效均不低于非合作博弈情形，实现了参与各方利益的帕累托改进。(3) 非合作博弈下，系统供应商先决策，具有“先动优势”，获得的均衡利润高于本地分销商和外地分销商；而合作博弈进行利润分配时，是以非合作博弈情形下的利润作为参考点，因此，基于核仁、弱核仁、比例核仁方法和Shapley值方法的利益分配方案下，系统供应商获得的利润同样要高于本地分销商和外地分销商。(4) 相比于非合作博弈情形，基于比例核仁方法的供应链利益分配方案下本地分销商的利润并没有改善，且系统供应商与外地分销商结成联盟对本地分销商不构成威胁，本地分销商有可能会离开联盟，故基于比例核仁方法的跨流域调水供应链利益分配方案下的合作联盟不稳定。(5) 合作博弈情形中，基于核仁方法和弱核仁方法的供应链利益分配方案完全一致；Shapley值方法与核仁和弱核仁方法相比，系统供应商分配到较多的利润，而外地分销商分配到相对少一些的利润。显然，基于核仁方法和弱核仁方法的供应链利益分配方案体现的是更加平均主义的思想，为跨流域调水工程提供了一种更为公平的合作运营机制；而基于Shapley值方法的供应链利益分配方案体现的是功利主义原则，为跨流域调水工程提供了一种更为高效的合作运营机制。总之，基于核仁方法、弱核仁方法和Shapley值方法的合作博弈相比于非合作博弈来说，一方面使得跨流域调水供应链成员有经济动因加入大联盟并稳定地留在联盟内，实现合作水资源定价和定量，另一方面又使得供应链成员合作后获得的剩余利润能够公平地进行配置，有助于提高跨流域调水供应链及其成员的运作绩效，实现帕累托改进。该研究对跨流域调水工程优化运营管理的理论和实践有一定的理论意义和应用价值。
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user: 摘 要 结合当前油田数字化建设、抽油机研究技术进展及信息技术的发展方向，归纳了数字化抽油机的主要功能，介绍了目前数字化抽油机的技术现状与存在问题，提出了数字化抽油机的发展方向，认为高性能集成电路的开发和利用是发展数字化抽油机的关键，需要研究开发新的控制与机械机构有机结合调参的装置。数字化抽油机是信息技术与采油技术紧密结合的产物，是对传统抽油机的重大变革和创新，也是未来抽油机发展的主要方向。 关键词 :数字化抽油机，智能控制柜，技术进展，发展趋势 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 抽油机是油田开发生产中非常重要的组成部分，为了适应油田快速上产和不断发展的需要，同时也是抽油机自身性能提高的要求，发展“数字化抽油机”已经成为当前油田采油装备发展的一种趋势。近几年，国内在抽油机的研究中，不断利用数字信息技术开发智能型抽油机，提高抽油机自动化水平，长庆油田在抽油机与数字化技术结合方面开展了卓有成效的工作，抽油机智能控制柜及平衡自动调节功能的提出和研究发展更充实了数字化抽油机的技术。但是，关于数字化抽油机的特征与功能以及涉及的关键理论与技术仍不是很明确。本文结合当前油田数字化建设、抽油机研究技术进展及信息技术的发展方向，提出数字化抽油机的完整的特征与功能，介绍了数字化抽油机的技术现状与存在问题，同时对数字化抽油机发展应用的前景进行了展望。
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user: 2. 数字化抽油机的基本功能 数字化抽油机应当满足数字化油田建设与发展的基本需要，这就是能够以数字方式全面提供抽油机及油井生产中的各种信息、状态，也能够以数字化的方式被加以有效调节和控制。从抽油机自身技术指标的改进与提高而言，数字化抽油机应当具有强大的自我诊断能力和自适应的控制能力，能够根据油井工况及时自动调整相关参数，使得抽油机运行在最佳工作状态，同时所有信息可以高度共享。从这些需求和发展趋势出发，应当更加充分地利用信息技术的各种最新成果，从根本上对抽油机的功能和实现功能的方式加以改进。 数字化抽油机就是在传统的抽油机上，融合了信息技术，嵌入了传感器、集成电路、软件和其它信息元器件，集成了油井参数采集、传输、调整和控制，实现了关键参数随工况自动调节，从而形成了机械技术与信息技术、抽油机与电子信息深度融合的系统 [ 1 ] 。 数字化抽油机应当具备以下四方面的特征： 1) 参量获取和处理数字化。数字化抽油机主要功能的实现基于数字化的信息，因此数字化抽油机必须能够实时获取各种参量，这其中包括采油系统运行和控制中需要获取的各种电参量，反映抽油机的载荷、温度、压力、冲程、冲次、平衡等特征参量。另外，各种参量都以数字化形式提供，信息的后续传输与发布、控制指令的传达、也都以数字化形式进行。 2) 自我监测与诊断能力。数字化抽油机具有自我监测与诊断能力，它可以实时监测各种涉及抽油机及油井状况和安全保护所必须的参量，同时通过预制的模型程序进行计算和分析，掌握抽油机及油井的运行状况、故障点与发生原因。 3) 自适应控制能力。传统抽油机一旦安装就位，其功能参数要依靠人工完成，参数判断相对滞后，参数调整很难达到最优工况的效果，造成一定的能量消耗。数字化抽油机依靠数字技术，能够根据实际工作的环境与工况对操作过程进行自适应调节，使得所实现的控制过程和状态是最优的，这不但可以进一步提高抽油机自身的指标和性能，还可以在很大程度上节约运行所消耗的能源，这类抽油机也可以称之为智能化抽油机。 4) 信息交互能力。数字化抽油机的重要特征之一在于它的信息能够以数字化的方式广泛而便利地进行传播与交互。数字化信息传播的重要方式是网络传输，数字化抽油机具备这样的能力，任何一台抽油机都可以通过网络或通信获取任何控制指令或者将状态参数传输给其它指定的网络平台，这样就为拓展抽油机的功能提供了广阔的空间。目前数字网络技术正在飞速发展，传播的媒介有光纤、电缆、红外和无线方式等等，网络的规模不断更新，传播速度不断提升，这些发展与进步也必将不断影响数字化抽油机的发展，甚至包括运行模式、操作方式和管理理念的根本改变。 数字化抽油机的主要任务是通过监测、分析、调整、控制实现连续、合理、高效、安全的采油作业，达到节能降耗、减少工作量、延长寿命、无人值守、减员增效的目的。具体实现的基本功能如下： 1) 参数采集和传输。抽油机电流、电压、功率、频率、功率因数等电参数的测量和采集，可以采集油井示功图的数据，采集抽油机的冲次、冲程、平衡度等参数，并对采集的参数数据实现本地和远程传输。 2) 参数分析和调整。根据测量和采集的各项参数数据，抽油机进行分析和计算，按照给定的标准参数值和时间间隔，定时进行抽油机参数自动调整，使得抽油机保持最佳工况、安全平稳运行。 3) 本地和远程启停。具有本地和远程冲次、平衡等调整操作，本地实现工频、变频和自动功能的转换。通过控制柜操作面板可以控制抽油机的启停和操作控制，即本地操作；通过站控软件启停和操作控制抽油机，即远程操作。 4) 超载和超限保护。具有电机过载、缺相、过流、短路、超速等超限保护措施，抽油机具有超载、失载、卡泵、雷击等保护，确保抽油机安全运行。 5) 信息记录和管理。记录相应的抽油机基本数据、油井数据、运行数据、状态数据、标准数据等，记录抽油机运行的各项参数的历史数据和定时测试数据，方便抽油机的优化调参、故障分析、基础管理等工作。同时进行电能的自动计量和系统效率的分析计算，可以对历史数据进行综合查询、自动生成报表。 6) 故障提示和报警。根据测试电参数、油井参数、辅助的振动、润滑监测等参数，判断抽油机运行状态，分析判断抽油机及油井的故障情况，进行语音和显示提示和报警，进行故障处理和历史统计记录，提示油井清蜡、检泵等维修作业，提示抽油机例行保养工作。
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user: 3. 数字化抽油机的技术现状 3.1. 数字化抽油机的技术现状 目前的数字化抽油机是在传统的游梁平衡抽油机的基础上，集成了机电一体化的内涵，平衡结构型式有三种，即移动平衡、摆动平衡和伸缩平衡，共同特点是通过抽油机后臂变矩实现平衡调节，对测量和采集的参数数据实现本地和远程传输，定时进行抽油机平衡、冲次等参数自动调整，使得抽油机保持最佳工况，具有电机过载、缺相、过流、短路、超速等超限保护措施，进行基本的故障提示和报警，本地和远程参数调整操作，实现工频、变频和自动功能的转换 [ 2 ] 。 平衡调节机构使得数字化抽油机平衡实现自调，目前油田推广使用的摆动平衡调节机构，初期配重箱为一体式人工不可调节，后来根据现场使用情况改进为配重箱可人工调节。移动平衡调节机构配重箱可人工调节和手动调节，充分继承了游梁平衡抽油机的结构特点。另外，伸缩平衡调节结构采用一体化平衡配重块在游梁箱式结构中，通过伸缩变矩自动调节平衡。三种平衡调节机构从变矩范围看，从大到小的顺序为伸缩平衡、摆动平衡、移动平衡；从调节的使用性看，人工调节结合自动变矩调节要优于一体化单纯自动变矩调节；从可靠性看，移动平衡优于伸缩平衡和摆动平衡，其中摆动平衡可靠性较差。 智能控制柜是数字化抽油机的核心，由控制面板层、器件层、隔离层三部分组成 [ 1 ] 。控制面板用于操作人员对抽油机功能的选择和操作，包括按钮、旋钮、显示屏等。器件层安装控制电气元件及接线，包括变频器、RTU模块、通讯模块、电气开关及中间辅助元件。隔离层用背板与电器层隔开。早期机械制造总厂开发的智能控制柜在隔离层安装制动电阻，安装电流互感器采集单项电机电流，用电流法判别平衡度，采用逻辑控制器取代部分中间继电器，采用地面示功图对比法进行井下抽汲工况判断，作为冲次调节依据。北京长森石油科技有限公司开发的智能控制柜采用了工业控制网络和无线通信网的“双通讯功能”，以及功率法兼顾电流法的“双平衡判别方法”，实现了数字化站控系统与机采系统监控平台的数据传输和远程监控，结合油井基础数据将地面示功图转化为井下泵功图作为冲次调节依据，采用变频器自动升频技术解决电机的再生电能。 3.2. 数字化抽油机存在的技术问题 1) 主要控制部件故障多。变频器在油区的工作环境恶劣，其使用寿命缩短，有的只有1~2年，据统计，变频器故障率占控制柜的6.44%，增加了抽油机故障率和维护工作量；浪涌保护器在第一次雷击后断开后及时复位，对系统再次保护的可靠性、稳定性不够，且被雷击穿后，失去对系统的保护能力；井口RTU电源适应现场电压不稳的能力较差，易烧坏RTU。 2) 实时监测功图数据缺乏准确性。目前在用的功图采集设备有“分体式载荷传感器+角位移传感器”和“载荷位移一体化传感器”两种，通讯方式也分为有线传输和无线传输。载荷传感器长期在承压工况下运行，造成载荷数据的飘移，通讯环境对传输信号的干扰形成错误信息，以上因素造成的示功图失真普遍存在；现场仅能采用更高精度的仪器进行对比测试，核对测试数据的准确性，控制系统不能自动进行数据的准确性判断和校正，影响对了抽油机工况、井下汲采组件工况和判断和油井产液量的计算。
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user: 4. 数字化抽油机的技术发展方向 1) 数字化抽油机的本质是将当前不断发展的信息技术全面融合到传统的抽油机中，一方面大幅度改进抽油机自身的功能和指标，另一方面使得每一台抽油机都真正工作于一个整体系统之中，设备是智能的，设备在系统中的功能是柔性的和可重构的。专用集成电路的开发和利用是发展数字化抽油机的一个关键，可以想象，当几片小小的芯片安装在一台智能控制柜上，它就具有了许多神奇的功能。在数字化抽油机为基础构成的系统中，人们可以更加科学合理地利用能源，可以使得每一台抽油机都处于最佳的工作状态。 2) 数字化抽油机具有比传统抽油机更加可靠、安全和节能的特点，它们随时监测着自身及油井的运行状态，随时报告抽油机及油井的完好程度，使得维护工作可以在最合适和最经济的时候进行。作为一个数字化油田的子系统，当局部发生故障时，它可以进行智能诊断和系统重构，提示报警，促使完成系统故障处理，恢复正常工作。 3) 由于数字化抽油机的工作环境复杂，露天安装运行，对智能控制系统的可靠性构成了威胁，从现有的数字化抽油机运行情况看，变频器调节冲次(或速度)并不是一个好的途径，需要研究开发控制与机械机构结合调参的装置，以提高数字化抽油机运行的可靠性和安全性。 4) 由于数字化抽油机的开放性，许多新的功能将被不断地开发和利用，如将来实现油井的清防蜡、油井测压测温、测试动液面、油井系统配置合理性等技术，这些发展不但能够提高普通采油系统性能，还能够对许多特种采油系统的发展起到积极的促进作用。 5) 数字化抽油机的结构并不一定局限于游梁式抽油机，从目前油田试验的智能提捞式抽油机情况看，降低生产能耗，减少修井频次，延长检泵周期，避免油井结垢、含蜡、偏磨影响生产，降低油井生产操作与维护费用，具有显著的负压解堵增产效果，系统可精确探测液面及计量产量，兼顾了油井测温、测压等工作，节省了油井参数测量设备，大大降低了生产劳动强度；同样，数控潜油泵(包括往复式、螺杆式、离心式、隔膜式等)具有一次性投资少、泵效高、能耗低、系统效率高等技术优势，而且数控潜油泵运行参数自控制技术可以实现液位实时动态显示和柱塞泵运行参数自控调整功能，系统具有过载自控保护功能。二者在低产油井具有十分重要的意义和推广应用前景，也是未来数字化抽油机发展的方向之一。
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user: 5. 结论 本文根据数字化抽油机发展的需要和抽油机自身发展的趋势，归纳了数字化抽油机的主要特征与功能，分析了数字化抽油机的技术现状与存在问题，提出了数字化抽油机的发展方向。总体来说，数字化抽油机是信息技术与采油技术紧密结合的产物，是对传统抽油机的重大变革和创新，也是未来抽油机发展的主要方向。随着数字化抽油机关键理论与技术的研究不断深入，必将产生更多新概念和新应用，将使传统的抽油机井生产与管理方式产生大的转变，也必将为采油装备产业的发展注入新的血液。