第一篇：多元統(tǒng)計(jì)典型相關(guān)分析實(shí)例
1、對(duì)體力測(cè)試（共7項(xiàng)指標(biāo)）及運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試（共5項(xiàng)指標(biāo)）兩組指標(biāo)進(jìn)行典型相關(guān)分析
Run MATRIX procedure:
Correlations for Set-1 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X1 1.0000.2701.1643-.0286.2463.0722-.1664 X2.2701 1.0000.2694.0406-.0670.3463.2709 X3.1643.2694 1.0000.3190-.2427.1931-.0176 X4-.0286.0406.3190 1.0000-.0370.0524.2035 X5.2463-.0670-.2427-.0370 1.0000.0517.3231 X6.0722.3463.1931.0524.0517 1.0000.2813 X7-.1664.2709-.0176.2035.3231.2813 1.0000
Correlations for Set-2 X8 X9 X10 X11 X12 X8 1.0000-.4429-.2647-.4629.0777 X9-.4429 1.0000.4989.6067-.4744 X10-.2647.4989 1.0000.3562-.5285 X11-.4629.6067.3562 1.0000-.4369 X12.0777-.4744-.5285-.4369 1.0000
兩組變量的相關(guān)矩陣說明，體力測(cè)試指標(biāo)與運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試指標(biāo)是有相關(guān)性的。
Correlations Between Set-1 and Set-2 X8 X9 X10 X11 X12 X1-.4005.3609.4116.2797-.4709 X2-.3900.5584.3977.4511-.0488 X3-.3026.5590.5538.3215-.4802 X4-.2834.2711-.0414.2470-.1007 X5-.4295-.1843-.0116.1415-.0132 X6-.0800.2596.3310.2359-.2939 X7-.2568.1501.0388.0841.1923
上面給出的是兩組變量間各變量的兩兩相關(guān)矩陣，可見體力測(cè)試指標(biāo)與運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試指標(biāo)間確實(shí)存在相關(guān)性，這里需要做的就是提取出綜合指標(biāo)代表這種相關(guān)性。
Canonical Correlations 1.848 2.707 3.648 4.351 5.290
上面是提取出的5個(gè)典型相關(guān)系數(shù)的大小，可見第一典型相關(guān)系數(shù)為0.848，第二典型相關(guān)系數(shù)為0.707，第三典型相關(guān)系數(shù)為0.648，第四典型相關(guān)系數(shù)為0.351，第五典型相關(guān)系數(shù)為0.290。
Test that remaining correlations are zero: Wilk's Chi-SQ DF Sig.1.065 83.194 35.000.000 2.233 44.440 24.000.007 3.466 23.302 15.000.078 4.803 6.682 8.000.571 5.916 2.673 3.000.445
上表為檢驗(yàn)各典型相關(guān)系數(shù)有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可見第一、第二典型相關(guān)系數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而其余典型相關(guān)系數(shù)則沒有。
Standardized Canonical Coefficients for Set-1 1 2 3 4 5 X1.475.115.391-.452-.462 X2.190-.565-.774.307.489 X3.634.048.288.321-.276 X4.040.080-.400-.906.422 X5.233.773-.681.459.233 X6.117.148.425.141.649 X7.038-.394.025-.103-1.029
Raw Canonical Coefficients for Set-1 1 2 3 4 5 X1.141.034.116-.134-.137 X2.026-.076-.104.041.066 X3.040.003.018.020-.018 X4.008.015-.075-.169.079 X5.016.054-.047.032.016 X6.020.025.071.024.109 X7.005-.048.003-.013-.126
上面為各典型變量與變量組1中各變量間標(biāo)化與未標(biāo)化的系數(shù)列表，由此我們可以寫出典型變量的轉(zhuǎn)換公式(標(biāo)化的)為：L1=0.475X1+0.19X2+0.634X3+0.04X4+0.233X5+0.117X6+0.038X7余下同理。
Standardized Canonical Coefficients for Set-2 1 2 3 4 5 X8-.505-.659.577.186.631 X9.209-1.115.207-.775-.292 X10.365-.262.188 1.153-.154 X11-.068-.034-.579.340 1.181 X12-.372-.896-.649.569-.124
Raw Canonical Coefficients for Set-2 1 2 3 4 5 X8-1.441-1.879 1.647.531 1.798 X9.005-.026.005-.018-.007 X10.133-.095.069.419-.056 X11-.018-.009-.153.090.312 X12-.012-.029-.021.018-.004
Canonical Loadings for Set-1 1 2 3 4 5 X1.689.235.099-.150-.112 X2.526-.625-.408.225.237 X3.741-.212.263-.042.001 X4.242-.032-.298-.809.182 X5.200.705-.558.257-.161 X6.364-.096.191.224.476 X7.115-.259-.437.053-.471
Cross Loadings for Set-1 1 2 3 4 5 X1.584.166.064-.053-.032 X2.446-.442-.265.079.069 X3.629-.150.170-.015.000 X4.205-.023-.193-.284.053 X5.170.498-.362.090-.047 X6.309-.068.124.079.138 X7.098-.183-.283.019-.136
上表為第一變量組中各變量分別與自身、相對(duì)的典型變量的相關(guān)系數(shù)，可見它們主要和第一對(duì)典型變量的關(guān)系比較密切。
Canonical Loadings for Set-2 1 2 3 4 5 X8-.692-.149.654.111.244 X9.750-.550.001-.346.127 X10.776-.183.275.538.020 X11.585-.108-.371-.054.711 X12-.674-.265-.548.193-.371
Cross Loadings for Set-2 1 2 3 4 5 X8-.587-.106.424.039.071 X9.636-.389.001-.121.037 X10.658-.129.178.189.006 X11.496-.076-.240-.019.206 X12-.571-.187-.355.068-.108
上表為第二變量組中各變量分別與自身、相對(duì)的典型變量的相關(guān)系數(shù)，結(jié)論與前相同。
下面即將輸出的是冗余度(Redundancy)分析結(jié)果，它列出各典型相關(guān)系數(shù)所能解釋原變量變異的比例，可以用來輔助判斷需要保留多少個(gè)典型相關(guān)系數(shù)。
Redundancy Analysis:
Proportion of Variance of Set-1 Explained by Its Own Can.Var.Prop Var CV1-1.221 CV1-2.152 CV1-3.125 CV1-4.121 CV1-5.082
首先輸出的是第一組變量的變化可被自身的典型變量所解釋的比例，可見第一典型變量解釋了總變化的22.1％，第二典型變量能解釋15.2％，第三典型變量只能解釋12.5％，第四典型變量只能解釋12.1％，第五典型變量只能解釋8.2％。
Proportion of Variance of Set-1 Explained by Opposite Can.Var.Prop Var CV2-1.159 CV2-2.076 CV2-3.052 CV2-4.015 CV2-5.007
上表為第一組變量的變化能被它們相對(duì)的典型變量所解釋的比例，可見第五典型變量的解釋度非常小。
Proportion of Variance of Set-2 Explained by Its Own Can.Var.Prop Var CV2-1.488 CV2-2.088 CV2-3.188 CV2-4.092 CV2-5.144
Proportion of Variance of Set-2 Explained by Opposite Can.Var.Prop Var CV1-1.351 CV1-2.044 CV1-3.079 CV1-4.011 CV1-5.012
------END MATRIX-----
2、Run MATRIX procedure:
Correlations for Set-1 X1 X2 X3 X4 X1 1.0000.3588.7417.5694 X2.3588 1.0000.4301.3673 X3.7417.4301 1.0000.4828 X4.5694.3673.4828 1.0000
Correlations for Set-2 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X5 1.0000.7147.8489.8827.6935.8956.9004.8727 X6.7147 1.0000.7273.8328.7864.8144.6825.7846 X7.8489.7273 1.0000.8980.6447.9150.7766.9073 X8.8827.8328.8980 1.0000.6838.9553.8446.9080 X9.6935.7864.6447.6838 1.0000.7071.7530.7475 X10.8956.8144.9150.9553.7071 1.0000.8739.9307 X11.9004.6825.7766.8446.7530.8739 1.0000.7981 X12.8727.7846.9073.9080.7475.9307.7981 1.0000
以上，兩組變量的相關(guān)矩陣說明，農(nóng)村居民收入與農(nóng)村居民生活費(fèi)支出是有相關(guān)性的。
Correlations Between Set-1 and Set-2 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X1.8368.8523.8645.9453.6702.9195.7682.8736 X2.6060.3903.4852.4397.5548.4567.5096.5262 X3.8135.5256.6417.8239.5093.8138.8242.7513 X4.6166.7269.5385.6062.5615.6602.6027.6543
上面給出的是兩組變量間各變量的兩兩相關(guān)矩陣，可見體力測(cè)試指標(biāo)與運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試指標(biāo)間確實(shí)存在相關(guān)性，這里需要做的就是提取出綜合指標(biāo)代表這種相關(guān)性。
Canonical Correlations 1.981 2.906 3.631 4.571
上面是提取出的5個(gè)典型相關(guān)系數(shù)的大小，可見第一典型相關(guān)系數(shù)為0.981，第二典型相關(guān)系數(shù)為0.906，第三典型相關(guān)系數(shù)為0.631，第四典型相關(guān)系數(shù)為0.571。
Test that remaining correlations are zero: Wilk's Chi-SQ DF Sig.1.003 132.620 32.000.000 2.072 59.110 21.000.000 3.405 20.310 12.000.061 4.674 8.871 5.000.114
上表為檢驗(yàn)各典型相關(guān)系數(shù)有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可見第一、第二典型相關(guān)系數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而其余典型相關(guān)系數(shù)則沒有。
Standardized Canonical Coefficients for Set-1 1 2 3 4 X1-.536-1.056-.468.965 X2-.059-.293-.809-.732 X3-.399 1.480.154-.142 X4-.158-.284 1.023-.635
Raw Canonical Coefficients for Set-1 1 2 3 4 X1-.001-.002-.001.002 X2.000-.001-.002-.002 X3-.009.033.003-.003 X4-.004-.007.026-.016
上面為各典型變量與變量組1中各變量間標(biāo)化與未標(biāo)化的系數(shù)列表，由此我們可以寫出典型變量的轉(zhuǎn)換公式(標(biāo)化的)為：L1=-0.536X1-0.059X2-0.399X3-0.158X4余下同理。
Standardized Canonical Coefficients for Set-2 1 2 3 4 X5-.233-.151-1.215-1.177 X6-.020-1.459 1.647-.413 X7.414-1.577-1.050.472 X8-.576 1.319-1.618 2.259 X9.070-.071-1.516-.028 X10-.388.683.797.562 X11-.034.521 1.527-.667 X12-.218.346 1.283-1.210
Raw Canonical Coefficients for Set-2 1 2 3 4 X5-.001-.001-.005-.005 X6.000-.030.034-.009 X7.003-.012-.008.003 X8-.011.024-.030.042 X9.003-.003-.068-.001 X10-.012.022.026.018 X11-.001.009.025-.011 X12-.009.015.055-.052
Canonical Loadings for Set-1 1 2 3 4 X1-.943-.225-.062.235 X2-.481-.139-.535-.680 X3-.898.434-.048-.048 X4-.678-.279.533-.423
Cross Loadings for Set-1 1 2 3 4 X1-.925-.204-.039.134 X2-.472-.126-.338-.388 X3-.881.393-.030-.027 X4-.665-.253.337-.241
上表為第一變量組中各變量分別與自身、相對(duì)的典型變量的相關(guān)系數(shù)，可見它們主要和第一對(duì)典型變量的關(guān)系比較密切。
Canonical Loadings for Set-2 1 2 3 4 X5-.924-.036-.200-.251 X6-.821-.489.173.001 X7-.850-.285-.234.080 X8-.976-.088-.082.155 X9-.698-.304-.174-.330 X10-.968-.097.000.032 X11-.883.097-.046-.231 X12-.921-.166-.079-.113
Cross Loadings for Set-2 1 2 3 4 X5-.907-.032-.126-.143 X6-.805-.443.109.000 X7-.833-.258-.148.046
X8-.957-.080-.052.088 X9-.684-.276-.110-.188 X10-.949-.088.000.018 X11-.866.088-.029-.132 X12-.903-.151-.050-.064
上表為第二變量組中各變量分別與自身、相對(duì)的典型變量的相關(guān)系數(shù)，結(jié)論與前相同。
下面即將輸出的是冗余度(Redundancy)分析結(jié)果，它列出各典型相關(guān)系數(shù)所能解釋原變量變異的比例，可以用來輔助判斷需要保留多少個(gè)典型相關(guān)系數(shù)。
Redundancy Analysis:
Proportion of Variance of Set-1 Explained by Its Own Can.Var.Prop Var CV1-1.597 CV1-2.084 CV1-3.144 CV1-4.175
首先輸出的是第一組變量的變化可被自身的典型變量所解釋的比例，可見第一典型變量解釋了總變化的59.7％，第二典型變量能解釋8.4％，第三典型變量只能解釋14.4％，第四典型變量只能解釋17.5％。
Proportion of Variance of Set-1 Explained by Opposite Can.Var.Prop Var CV2-1.574 CV2-2.069 CV2-3.057 CV2-4.057
上表為第一組變量的變化能被它們相對(duì)的典型變量所解釋的比例，可見第一典型變量的解釋度較大，其余相差不大。
Proportion of Variance of Set-2 Explained by Its Own Can.Var.Prop Var CV2-1.782 CV2-2.059 CV2-3.021 CV2-4.034
Proportion of Variance of Set-2 Explained by Opposite Can.Var.Prop Var CV1-1.752 CV1-2.048 CV1-3.008 CV1-4.011------END MATRIX-----習(xí)題10.3、Run MATRIX procedure:
Correlations for Set-1 x1 x2 x1 1.0000.7346 x2.7346 1.0000
Correlations for Set-2 y1 y2 y1 1.0000.8393 y2.8393 1.0000
從這里開始進(jìn)行分析，首先給出的是兩組變量?jī)?nèi)部各自的相關(guān)矩陣，可見頭寬和頭長(zhǎng)是有相關(guān)性的。
Correlations Between Set-1 and Set-2 y1 y2 x1.7108.7040 x2.6932.7086
上面給出的是兩組變量間各變量的兩兩相關(guān)矩陣，可見兄弟的頭型指標(biāo)間確實(shí)存在相關(guān)性，這里需要做的就是提取出綜合指標(biāo)代表這種相關(guān)性。
Canonical Correlations 1.789 2.054
上面是提取出的兩個(gè)典型相關(guān)系數(shù)的大小，可見第一典型相關(guān)系數(shù)為0.789，第二典型相關(guān)系數(shù)為0.054。
Test that remaining correlations are zero: Wilk's Chi-SQ DF Sig.1.377 20.964 4.000.000 2.997.062 1.000.803
上表為檢驗(yàn)各典型相關(guān)系數(shù)有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可見第一典型相關(guān)系數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而第二典型相關(guān)系數(shù)則沒有。
Standardized Canonical Coefficients for Set-1 1 2 x1-.552-1.366 x2-.522 1.378
Raw Canonical Coefficients for Set-1 1 2 x1-.057-.140 x2-.071.187 上面為各典型變量與變量組1中各變量間標(biāo)化與未標(biāo)化的系數(shù)列表，由此我們可以寫出典型變量的轉(zhuǎn)換公式(標(biāo)化的)為： L1=0.552*xl+0.522*x2 L2=1.366*xl-1.378*x2
Standardized Canonical Coefficients for Set-2 1 2 y1-.504-1.769 y2-.538 1.759
Raw Canonical Coefficients for Set-2 1 2 y1-.050-.176 y2-.080.262
Canonical Loadings for Set-1 1 2 x1-.935-.354 x2-.927.375
Cross Loadings for Set-1 1 2 x1-.737-.019 x2-.731.020
上表為第一變量組中各變量分別與自身、相對(duì)的典型變量的相關(guān)系數(shù)，可見它們主要和第一對(duì)典型變量的關(guān)系比較密切。
Canonical Loadings for Set-2 1 2 y1-.956-.293 y2-.962.274
Cross Loadings for Set-2 1 2 y1-.754-.016 y2-.758.015
上表為第二變量組中各變量分別與自身、相對(duì)的典型變量的相關(guān)系數(shù)，結(jié)論與前相同。
下面即將輸出的是冗余度(Redundancy)分析結(jié)果，它列出各典型相關(guān)系數(shù)所能解釋原變量變異的比例，可以用來輔助判斷需要保留多少個(gè)典型相關(guān)系數(shù)。
Redundancy Analysis:
Proportion of Variance of Set-1 Explained by Its Own Can.Var.Prop Var CV1-1.867 CV1-2.133
首先輸出的是第一組變量的變異可被自身的典型變量所解釋的比例，可見第一典型變量解釋了總變異的86.7％，而第二典型變量只能解釋13.3％。
Proportion of Variance of Set-1 Explained by Opposite Can.Var.Prop Var CV2-1.539 CV2-2.000
上表為第一組變量的變異能被它們相對(duì)的典型變量所解釋的比例，可見第二典型變量的解釋度非常小。
Proportion of Variance of Set-2 Explained by Its Own Can.Var.Prop Var CV2-1.920 CV2-2.080
Proportion of Variance of Set-2 Explained by Opposite Can.Var.Prop Var CV1-1.572 CV1-2.000
------END MATRIX-----
第二篇：使用ZEMAX設(shè)計(jì)的典型實(shí)例分析
使用ZEMAX于設(shè)計(jì)、優(yōu)化、公差和分析
武漢光迅科技股份有限公司 宋家軍（QQ：41258981）轉(zhuǎn)載并修改
摘要
光學(xué)設(shè)計(jì)軟件ZEMAX的功能討論可藉由使用ZEMAX去設(shè)計(jì)和分析一個(gè)投影系統(tǒng)來討論，包括使用透鏡數(shù)組(lenslet arrays)來建構(gòu)聚光鏡(condenser)。簡(jiǎn)介
ZEMAX以非序列性(non-sequential)分析工具來結(jié)合序列性(sequential)描光程序的傳統(tǒng)功能，且為一套能夠研究所有表面的光學(xué)設(shè)計(jì)和分析的整合性軟件包，并具有研究成像和非成像系統(tǒng)中的雜散光(stray light)和鬼影(ghosting)的能力，從簡(jiǎn)單的繪圖(Layout)一直到優(yōu)化（optimization）和公差分析（tolerance analysis）皆可達(dá)成。
根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)的端對(duì)端（end to end）分析往往是需要兩種不同的設(shè)計(jì)和分析工具。一套序列性描光軟件，可用于設(shè)計(jì)、優(yōu)化和公差分析，而一套非序列性或未受限制的(unconstrained)描光軟件，可用來分析雜散光、鬼影和一般的非成像系統(tǒng)，包括照明系統(tǒng)。
“序列性描光程序”這個(gè)名詞是與定義一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)為一連串表面的工具有關(guān)。所有的光線打到光學(xué)系統(tǒng)之后，會(huì)依序的從一個(gè)表面到另一個(gè)表面穿過這個(gè)系統(tǒng)。在定義的順序上，所有的光線一定會(huì)相交到所有的表面，否則光路將終止。光線不會(huì)跳過任何中間的表面，且光線只能打在每一個(gè)已定義的表面一次。若實(shí)際光線路徑交到一個(gè)表面上超過一次，如使用在二次描光(double pass)中的組件，必須在序列性列表中，再定義超過一次的表面參數(shù)。
大部份成像光學(xué)系統(tǒng)，如照相機(jī)鏡頭、望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡，可在序列性模式中完整定義。對(duì)于這些系統(tǒng)，序列性描光具有許多優(yōu)點(diǎn)：非常快、非常彈性和非常普遍。幾乎任何形狀的光學(xué)表面和材質(zhì)特性皆可建構(gòu)。在成像系統(tǒng)中，序列性描光最重要的優(yōu)點(diǎn)為使用簡(jiǎn)單且高精確的方法來做優(yōu)化和分析。序列性描光的缺點(diǎn)，包括無(wú)法追跡所有可能的光路徑(即鬼影反射)和許多無(wú)法以序列性方式來描述的光學(xué)系統(tǒng)或組件。
非序列性描光最常用來分析成像系統(tǒng)中的雜散光和鬼影，甚致分析照明和其它非成像系統(tǒng)。在非序列性描光中，光線入射到光學(xué)系統(tǒng)后，是自由的沿著實(shí)際光學(xué)路徑追跡；一條光線可能打到一個(gè)對(duì)象(object)許多次，而且可能完全未打到其它對(duì)象。此外，非序列性方法可用來分析從光學(xué)或機(jī)構(gòu)組件產(chǎn)生的表面散射(scatter)，以及從場(chǎng)內(nèi)(in-field)和場(chǎng)外(out-of-field)的光源所產(chǎn)生的表面反射而形成的鬼影成像。ZEMAX的功能
ZEMAX可以用于一個(gè)完全序列性模式中、一個(gè)完全非序性模式中和一個(gè)混合模式中，混合模式對(duì)分析具有大部分序列性而卻有一些組件是作用在非序列性方式的系統(tǒng)，是相當(dāng)有用的，如導(dǎo)光管(light pipes)和屋頂棱鏡(roof prisms)等。
序列性系統(tǒng)需定義視場(chǎng)角(field of view)、波長(zhǎng)范圍（wavelength range）和表面數(shù)據(jù)（surface date）。序列性設(shè)計(jì)的最重要參數(shù)之一，為系統(tǒng)孔徑(system aperture)。系統(tǒng)孔徑，常指入瞳(entrance pupil)或孔徑光欄（STO），它限制可從已定義視場(chǎng)入射光學(xué)系統(tǒng)的光線。光學(xué)表面可以是折射、反射或繞射。透鏡可以是由均勻或漸變折射率材質(zhì)所制成。表面的下彎(sag)可以是球面、圓錐面(conic)、非球面(aspheric)或藉由多項(xiàng)式或其它參數(shù)函數(shù)來定義。也包含了許多繞射光學(xué)組件模型。此外，一個(gè)使用者自定表面的功能，允許設(shè)計(jì)者以撰寫程序的方式來建構(gòu)任何實(shí)際的表面下彎或相位分布。
一些功能可以用來分析系統(tǒng)，包括數(shù)個(gè)系統(tǒng)繪圖(layouts)類型、匯出CAD格式的表面信息功能、光點(diǎn)圖(spot diagrams)、光扇圖(ray fan)和光程差圖、光學(xué)調(diào)制傳遞函數(shù)(modulation transfer function，MTF)和點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(point spread function，PSF)圖、包圍圓(encircled)和包圍矩形(ensquared)的能量信息、像差計(jì)算(塞德(Seidel)和澤尼克(Zernike))、理想或偏斜(skew)高斯光束參數(shù)計(jì)算、極化描光和波前傳播工具。優(yōu)化
序列性描光軟件的關(guān)鍵功能即是可以快速且精確的優(yōu)化一個(gè)光學(xué)設(shè)計(jì)。主要的優(yōu)化技巧是以減幅最小均方根(damped least squares，DLS)的算法為基礎(chǔ)，并使用主動(dòng)減幅(active damping)。此外，ZEMAX包括全域性優(yōu)化功能，其以結(jié)合減幅最小均方根過程的優(yōu)化算法為基礎(chǔ)。優(yōu)化是以使系統(tǒng)績(jī)效函數(shù)(merit function)的總值達(dá)到最小為基礎(chǔ)。簡(jiǎn)單的說，績(jī)效函數(shù)為一種對(duì)一個(gè)理想光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值描述。重要的是，績(jī)效函數(shù)代表光學(xué)系統(tǒng)的要求性能。對(duì)于既定的設(shè)計(jì)，可以適當(dāng)?shù)倪x用好幾個(gè)預(yù)設(shè)的績(jī)效函數(shù)。對(duì)于成像系統(tǒng)，績(jī)效函數(shù)可用來特別地針對(duì)減小光學(xué)像差，藉由限制光線在成像面上的延伸，或使從理想球面的系統(tǒng)波前偏差減至最小。許多其它的優(yōu)化參數(shù)也用來修改標(biāo)準(zhǔn)績(jī)效函數(shù)或建立一個(gè)使用者自定的績(jī)效函數(shù)。
當(dāng)執(zhí)行優(yōu)化時(shí)，ZEMAX對(duì)任何使用者建構(gòu)的系統(tǒng)或表面參數(shù)，決定最理想的值。幾乎任何參數(shù)，包括曲率、厚度、玻璃特性、非球面系數(shù)和視場(chǎng)或波長(zhǎng)資料，皆可設(shè)為變數(shù)。可以對(duì)可接受的參數(shù)值范圍內(nèi)下限制，以確保可以輕易的建構(gòu)一個(gè)合理的系統(tǒng)。公差分析
在完成光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之后，執(zhí)行公差分析是重要的。公差分析為一種統(tǒng)計(jì)的過程，用來有系統(tǒng)地引入缺陷到光學(xué)設(shè)計(jì)中，以決定任何系統(tǒng)參數(shù)的誤差對(duì)整體而言，如何影響系統(tǒng)性能。公差分析是必須的，因?yàn)闆]光學(xué)組件是光滑的，或者當(dāng)設(shè)計(jì)好時(shí)，可以精確地組裝系統(tǒng)。公差分析可用來決定每個(gè)系統(tǒng)參數(shù)的可接受值范圍。這個(gè)信息之后可以用來決定任何系統(tǒng)的可能性、以公差范圍內(nèi)來制造、在指定的性能水平之上工作。ZEMAX包括一個(gè)廣泛的、完整的公差分析算法，允許設(shè)計(jì)者自由完成任何光學(xué)設(shè)計(jì)的公差。可以決定出相對(duì)于任何性能尺寸的公差，且可以包括任何補(bǔ)償因子的影響，甚至機(jī)構(gòu)的部分或光學(xué)的部分將被用來組裝，或系統(tǒng)的使用。波前傳播
幾何光線追跡為一般用來描述光的傳播通過一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的方法。如同先前所描述的，光線追跡對(duì)于分析許多光學(xué)系統(tǒng)來說，為一種非常精確的方法，然而這個(gè)模型的實(shí)用性有一 些限制。光線模型的限制是因?yàn)楣饩€追跡而產(chǎn)生，每條光線是獨(dú)立的，即：一條光線傳播的路徑是可以完全決定的，而不受其它光線的影響。光線之間不會(huì)發(fā)生干涉（interference）。若光線與一個(gè)限制孔徑或遮擋物的表面相交，光線不是被擋住就是通過，但在其它方面，光線路徑是不受影響的，光線不會(huì)發(fā)生繞射現(xiàn)象。ZEMAX包含了數(shù)個(gè)光線為基礎(chǔ)的繞射計(jì)算，包括PSF和MTF，為包括單階的夫瑯和費(fèi)（Fraunhofer）計(jì)算，波前從近場(chǎng)(出瞳)傳播到遠(yuǎn)場(chǎng)(成像面)。這些計(jì)算只可以在成像系統(tǒng)中執(zhí)行，且在非常接近成像的表面。
當(dāng)以光線為基礎(chǔ)的方法不適用時(shí)，ZEMAX中的物理光學(xué)傳播(Physical Optics Propagation，POP)工具可用來分析系統(tǒng)，包括表面非常接近焦點(diǎn)、表面遠(yuǎn)離焦點(diǎn)但接近繞射孔徑（diffracting apertures）和平行光的傳播，或行經(jīng)長(zhǎng)距離后的近似平面波前。
使用POP，任何波前，包括高斯和混合的高階模態(tài)光束、帽蓋形(top hat)分布或任意的使用者自定波前，皆可以傳播通過任何ZEMAX的設(shè)計(jì)檔案。幾乎支持所有表面型態(tài)。從任何場(chǎng)點(diǎn)來的波前可插入光學(xué)系統(tǒng)中的任何位臵（不會(huì)僅能在已定義的物面位臵）。波前傳播通過每個(gè)表面，且相位強(qiáng)度的信息可以在每個(gè)表面被計(jì)算。POP功能非常有用地被用于空間濾波(spatial filters)、分析光束成形的光學(xué)系統(tǒng)或任何其它與干涉和繞射有關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)，如繞射菲涅耳區(qū)域平板(Fresnel Zone Plates)。極化光線追跡
光可以用光線來模擬，并以位臵、方向、相位和振幅來表示之。然而，光也與電場(chǎng)有關(guān)。電場(chǎng)的方向與傳播方向互相垂直，且隨著時(shí)間的改變，其方向和大小亦會(huì)有所變化。當(dāng)光線傳播通過一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，其極化狀態(tài)一般并無(wú)需有守恒的關(guān)系存在。
當(dāng)極化光線傳播通過一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，極化光線追跡可追蹤光線極化的狀態(tài)。介質(zhì)間的界面，包括空氣、玻璃和金屬，會(huì)導(dǎo)致衰減(attenuation)和延緩（retardance）的變化產(chǎn)生，和改變極化橢圓(polarization ellipse)的形狀。而入射角和波長(zhǎng)的關(guān)系則會(huì)減少表面的傳輸。這些在傳輸相位上的變化，稱為極化像差(polarization aberrations)。這些像差會(huì)導(dǎo)致MTF和斯奈爾比（Strehl ratio）值變小，此外亦會(huì)使得系統(tǒng)性能降低。實(shí)際上，這些像差并沒有不同于任何其它成像的像差。ZEMAX可以在任何類型的光學(xué)表面上，完整建構(gòu)出任何薄膜干涉的鍍膜層。極化光線追跡的計(jì)算，包括薄膜鍍膜層、體積吸收(volumetric absorption)和波長(zhǎng)與入射角的影響，能更精確地預(yù)測(cè)真實(shí)系統(tǒng)的性能。非序列性分析
使用非序列性分析，光學(xué)組件必須以真實(shí)對(duì)象來表示，而不是以表面來表示。并允許以光線追跡的方法來決定對(duì)象被光線打到的順序。這不僅包括對(duì)象的順序，也包括對(duì)象上的特殊表面或小刻面(facet)的順序。控制雜散光、分析成像系統(tǒng)中的鬼影、設(shè)計(jì)照明和其它非成像光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，這樣的功能是重要的。
非序列性分析不會(huì)被已定義的系統(tǒng)孔徑所限制。任何光分布種類的光源可以放臵在光學(xué)空間中的任何位臵。從任何光源發(fā)射出的光線可以朝任何有實(shí)際意義的方向傳播。打到光學(xué)或機(jī)構(gòu)組件上的一條特定光線的順序，可藉由光線的位臵、目前傳播的方向和其它組件的位臵來決定。被光打到的對(duì)象將是沿光線傳播方向上最接近光源的對(duì)象。此外，在非序列性空間中，在每個(gè)光線表面交點(diǎn)上，任何光線可以分裂(split)成任何數(shù)目的子光線。每條子光 線將與父段中的一些能量有關(guān)。這樣一來，便允許追跡所有的折射、反射、散射和繞射能量路徑。建構(gòu)諸如菲涅耳反射的影響來分析成像系統(tǒng)的鬼影，和在粗糙的或光滑的機(jī)構(gòu)或光學(xué)組件上建構(gòu)散射面來研究雜散光影響皆是必須的。每一條子光線的能量可以藉由極化光線追跡來決定，這對(duì)研究鬼影的相對(duì)強(qiáng)度和建構(gòu)諸如干涉儀(interferometers)的系統(tǒng)，包括整形平板(shearing plates)，是很重要的。對(duì)于散射特性，使用者可自由的指定任何表面粗糙的種類，然后分裂子光線的散射分布模型。
檢測(cè)面裝臵是用在非序列性分析中。檢測(cè)面為奇特的表面，不是平的就是彎曲的，是用來量測(cè)入射在檢測(cè)面位臵上的能量。可以賦予檢測(cè)面表面性質(zhì)來模仿真實(shí)檢測(cè)器的效果，包括用于Narcissus分析的反饋(self-reflection)。可量測(cè)包括非同調(diào)或同調(diào)發(fā)光、同調(diào)相位和發(fā)光強(qiáng)度。并提供幅射度(Radiometric)或光度(photometric)信息。復(fù)雜的篩選功能可用于從指定的光源而來所截取的能量信息，包括僅觀看鬼影、折射、反射、散射或繞射能量，并在所指定的對(duì)象上做限制。在追蹤雜散光和鬼影問題上，這些篩選功能(filters)是很重要的。所篩選的光線信息也可以用來產(chǎn)生以通過篩選功能為基礎(chǔ)的光源光線數(shù)據(jù)。這個(gè)功能可以用于反向光線追跡的分析。
以上所述為ZEMAX的概述。有許多其它的功能還沒有提到。我們現(xiàn)在將應(yīng)用ZEMAX于特定問題：一個(gè)投影系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析，包括聚光鏡(condenser)和投影機(jī)的設(shè)計(jì)。投影系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析
我們將看到使用ZEMAX來設(shè)計(jì)和分析由一聚光鏡配件所組成的投影系統(tǒng)，其能在投影鏡頭的輸入端提供均勻的照明。一個(gè)8 mm長(zhǎng)的燈絲光源所發(fā)出的光在經(jīng)過聚光鏡后，將在底片閘(film gate)上形成均勻的能量分布。投影機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)640 ×480 mm的影像到距輸出端2000 mm遠(yuǎn)的屏幕上。兩個(gè)次要配件中的每一個(gè)次要配件將可序列性的設(shè)計(jì)(優(yōu)化)，然后將這個(gè)系統(tǒng)組合起來，所以能計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)的照明和成像性質(zhì)。聚光鏡的設(shè)計(jì)
聚光鏡必須收集從光源發(fā)出來的光，并在底片閘(film gate)上形成均勻分布的光。此處考慮的聚光鏡將由一準(zhǔn)直鏡配件所組成，用來使沿著兩個(gè)透鏡數(shù)組中的第一個(gè)透鏡數(shù)組傳播的初始光源能量平行。第一透鏡數(shù)組，為場(chǎng)透鏡數(shù)組(field array)，用于收集從延伸光源（此處是線光源）對(duì)象來的能量，和在第二或成像透鏡數(shù)組(imaging array)中的每一個(gè)透鏡上的光源之重新成像(reimage)。在遠(yuǎn)距離的時(shí)候，成像透鏡數(shù)組會(huì)將所有分開的光源影像，形成一部分重迭的影像；然而聚光鏡取而代之的將這些重迭的光源影像重新成像在底片閘(film gate)位臵上。對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)直鏡和聚光鏡組件將完全相同于兩透鏡配件。這并非必要的，但對(duì)于控制成本來說是相當(dāng)有用的。透鏡數(shù)組
透鏡數(shù)組通常用在照明系統(tǒng)。每一數(shù)組會(huì)形成一個(gè)最終影像，其影像是所有獨(dú)立影像的迭加。每一個(gè)透鏡的形狀大小將會(huì)影響最后的能量分布。對(duì)于已知孔徑大小的透鏡，具有較短焦距（較大的F/#）的系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生較廣的光分布。
投影系統(tǒng)通常需要兩個(gè)透鏡數(shù)組（也就是常用的復(fù)眼透鏡）。單一透鏡數(shù)組只能使用在小的光源分布。對(duì)于單一透鏡數(shù)組，從延伸光源出來的離軸能量將成像在底片閘(film gate)上的不同位臵。藉由使用一額外的場(chǎng)透鏡數(shù)組，全部的光源影像會(huì)在底片閘(film gate)上均勻的重新組合。系統(tǒng)的視場(chǎng)角(光源大小)會(huì)被透鏡數(shù)組的F/#所限制。相當(dāng)重要的是，從場(chǎng)透鏡數(shù)組中的任何透鏡出來的所有能量，需落在成像透鏡數(shù)組中的相同透鏡上，否則將會(huì)在底片閘(film gate)上變模糊(blurring)，降低均勻度(uniformity)。這可由圖1和圖2中來看到，顯示對(duì)于一延伸光源的對(duì)象，單一透鏡數(shù)組和雙透鏡數(shù)組的照明會(huì)有所不同。
圖1.在單一透鏡數(shù)組設(shè)計(jì)中的照明
圖 2.雙透鏡數(shù)組的照明設(shè)計(jì)（第一個(gè)是場(chǎng)透鏡數(shù)組，第二個(gè)是成像透鏡數(shù)組）數(shù)組必要條件
在設(shè)計(jì)此類的系統(tǒng)時(shí)需要考察數(shù)個(gè)參數(shù)，包括： 1)在底片閘(film gate)上所需的照明大小
2)場(chǎng)透鏡數(shù)組的透鏡大小和位臵：
假如數(shù)組大小固定的話，較多的透鏡通常會(huì)產(chǎn)生較好的均勻度但限制了F/#。數(shù)組的位臵通常由機(jī)構(gòu)的限制來決定。3)成像透鏡數(shù)組的大小和位臵： 數(shù)組必須在場(chǎng)透鏡數(shù)組的焦點(diǎn)上。
基于成本和裝配的理由，數(shù)組通常是完全相同的。4)場(chǎng)透鏡數(shù)組的焦距：
必須在第二透鏡數(shù)組上成像，但沒有打滿光線(overfilling)。以ZEMAX來做設(shè)計(jì)
將藉由使用ZEMAX來決定聚光鏡的參數(shù)來序列性地分析這個(gè)設(shè)計(jì)。聚光鏡的要求，整體來說相當(dāng)復(fù)雜，且照明系統(tǒng)并不會(huì)形成一真實(shí)的像，故可能使得優(yōu)化過程復(fù)雜化。然而，這個(gè)設(shè)計(jì)可劃分成兩個(gè)不同的工作，每一個(gè)都是簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)工作。第一個(gè)問題僅是準(zhǔn)直鏡和聚光鏡的設(shè)計(jì)。從光源發(fā)出的光將會(huì)被準(zhǔn)直，然后重新成像在底片閘(film gate)位臵上，猶如透鏡數(shù)組不存在般。將光場(chǎng)透鏡數(shù)組成像到底片閘(film gate)位臵上是第二個(gè)設(shè)計(jì)上的議題。合并這兩個(gè)設(shè)計(jì)的結(jié)果就是最后的聚光鏡裝配。這種型態(tài)的設(shè)計(jì)要求可很快地以ZEMAX的多重組態(tài)功能來建構(gòu)。多重組態(tài)的設(shè)計(jì)
一個(gè)多重組態(tài)的設(shè)計(jì)是參照一光學(xué)系統(tǒng)，其系統(tǒng)是經(jīng)由多于一種的模式或結(jié)構(gòu)來分析。對(duì)于多重結(jié)構(gòu)的分析，最普遍的應(yīng)用之一就是變焦鏡頭(zoom lens)，其可允許光學(xué)組件的位臵以焦距或放大率為函數(shù)做改變。其它普遍的系統(tǒng)，包括消溫差設(shè)計(jì)(athermalized designs)、多重光路系統(tǒng)(multi-path systems)和掃描系統(tǒng)(scanning systems)。
多重組態(tài)系統(tǒng)的設(shè)定與單組態(tài)系統(tǒng)設(shè)定非常類似。多重組態(tài)編輯器是用來表示那些在不同組態(tài)間變化的設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)，我們將需要三種組態(tài)：第一個(gè)組態(tài)將建構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)，以致于能在底片閘(film gate)上決定均勻度。第二個(gè)組態(tài)將用來優(yōu)化相匹配的準(zhǔn)直鏡和聚光鏡的光學(xué)組件。第三個(gè)組態(tài)將用來決定焦距和透鏡數(shù)組的間隔。系統(tǒng)參數(shù)
對(duì)于準(zhǔn)直鏡和聚光鏡，選擇準(zhǔn)直鏡的焦距為60 mm。光源為8 mm長(zhǎng)的燈絲，透鏡數(shù)組為84 mm的正方形，有7 x 7的透鏡結(jié)構(gòu)。照明斑點(diǎn)的要求大小為16 mm。從這些我們可以決定出數(shù)組的焦距：
重要的是，在第二透鏡數(shù)組上的光源成像大小不能超出透鏡組件的大小：
透鏡的大小需合適于初始光源的大小。初始系統(tǒng)設(shè)定
最終的透鏡參數(shù)、厚度、間距、曲率等，將藉由使用ZEMAX的優(yōu)化功能來決定。一個(gè)初始系統(tǒng)，包括基本數(shù)據(jù)，如光學(xué)表面的數(shù)目、初始材質(zhì)的選定和系統(tǒng)孔徑，必須在執(zhí)行優(yōu)化前提供。
準(zhǔn)直鏡和聚光鏡皆是由兩個(gè)透鏡組件所組成。也將有兩個(gè)數(shù)組式單透鏡(lenslet arrays)，其上共有六個(gè)光學(xué)組件。整個(gè)系統(tǒng)將首先定義(結(jié)構(gòu)1)，然后將提供多重組態(tài)(configuration 1)數(shù)據(jù)。表1列出初始透鏡參數(shù)。
表 1.初始透鏡參數(shù) 多重組態(tài)編輯欄可用來定義出準(zhǔn)直鏡、聚光鏡和透鏡數(shù)組間的不同優(yōu)化參數(shù)。顯示在表2中。數(shù)個(gè)列出來的多重組態(tài)參數(shù)可用來維持系統(tǒng)的設(shè)定對(duì)稱。
表2.多重組態(tài)參數(shù)
圖3顯示三種組態(tài)的初始設(shè)計(jì)。組態(tài)1在最下方，組態(tài)3在最上方。
圖3.使用三重組態(tài)的Layout圖來優(yōu)化聚光鏡
績(jī)效函數(shù)將使用標(biāo)準(zhǔn)的成像要求，以均方根光點(diǎn)大小(RMS spot size)法，來個(gè)別對(duì)光源經(jīng)過準(zhǔn)直鏡和聚光鏡對(duì)成像，然后光源同時(shí)成像于場(chǎng)數(shù)組和底片閘的位臵。光源是藉由沿著8 mm直性范圍的數(shù)個(gè)點(diǎn)（常取有限個(gè)間隔相同的點(diǎn)）光源來定義。準(zhǔn)直鏡和數(shù)組的焦距要求也將在績(jī)效函數(shù)中控制。優(yōu)化設(shè)計(jì)很容易符合設(shè)計(jì)要求。圖4顯示聚光鏡的最后設(shè)計(jì)結(jié)果。圖5顯示在底片閘位臵的照明分布。結(jié)果的分布顯示出在要求的16 mm正方形范圍上有高的均勻度(uniformity)，而在這個(gè)范圍之外能量較低。
圖 4.優(yōu)化后的聚光鏡Layout
圖5.在底片閘上的照明分布
投影光學(xué)
投影光學(xué)的設(shè)計(jì)是以雙高斯(double Gauss)系統(tǒng)為基礎(chǔ)。系統(tǒng)的孔徑應(yīng)該與離開聚光鏡后的最大輸出分布相匹配。雖然系統(tǒng)在此已考察過特定放大率和成像位臵，但多重組態(tài)在此設(shè)計(jì)中也可以用來優(yōu)化放大率和聚焦長(zhǎng)度在某范圍內(nèi)的性能。此設(shè)計(jì)的聚焦長(zhǎng)為52 mm、物空間數(shù)值孔徑(object space NA)為0.35、物高為16 mm。在全視場(chǎng)范圍內(nèi)，優(yōu)化是以使均方根光點(diǎn)大小減到最小為基礎(chǔ)。從長(zhǎng)共軛系統(tǒng)(long conjugate)來優(yōu)化設(shè)計(jì)。在結(jié)合聚光鏡到投影機(jī)設(shè)計(jì)之前，將反向做最后的計(jì)算。圖6顯示投影機(jī)光學(xué)的設(shè)計(jì)。放臵于距離最后一個(gè)透鏡表面2000 mm的成像面將不顯示。
圖6.投影鏡頭
系統(tǒng)組裝
使用ZEMAX的非序列性功能來分析全部配件的要求。這將允許復(fù)雜光源分布的建構(gòu)，和建構(gòu)照明與幻燈片對(duì)象的投影。大部分所使用的組件可以使用ZEMAX主選單的選項(xiàng)，來直接轉(zhuǎn)成非序列性設(shè)計(jì)。聚光鏡配件將首先轉(zhuǎn)換。使用序列性建構(gòu)的透鏡數(shù)組，其設(shè)計(jì)參數(shù)是不同于非序列性模型，所以將需要個(gè)別定義。
使用適當(dāng)?shù)墓ぞ撸赊D(zhuǎn)換聚光鏡設(shè)計(jì)為非序列性形式。兩個(gè)個(gè)別的透鏡也定義為非序列性的，表示兩個(gè)數(shù)組的中心組件。“復(fù)制工具(Replicator Tool)”可用來產(chǎn)生每個(gè)數(shù)組的重復(fù)性組件。圖7顯示透鏡數(shù)組的形狀。每個(gè)小透鏡是12 mm的正方形。
圖7.透鏡數(shù)組
投影鏡頭現(xiàn)在也轉(zhuǎn)換成非序列性系統(tǒng)。所有表面可直接轉(zhuǎn)換成ZEMAX的非序性對(duì)象。新的對(duì)象可輕易的復(fù)制到非序列性組件編輯欄(Non-Sequential Component Editor)中，并已包含了聚光鏡的信息。使用放臵投影機(jī)組件相對(duì)于底片閘位臵的功能以確保所有的組件能正確的擺放。圖8顯示相結(jié)合的光學(xué)系統(tǒng)。箭頭表示光源的位臵。
圖8.聚光鏡和投影配件
在非序列性分析中，檢測(cè)面可以放到光學(xué)系統(tǒng)中來分析感興趣位臵上的能量分布。在這個(gè)系統(tǒng)中，感興趣的位臵是在底片閘、成像面和成像的數(shù)組。這個(gè)信息對(duì)確保光源能量沒有充滿數(shù)組是很重要的。理想上，光源的成像應(yīng)該是在每一個(gè)透鏡上所成的像。
除了考察系統(tǒng)的成像性質(zhì)外，非序列性分析對(duì)于雜散光和散射光分析也是有用的。機(jī)構(gòu)組件，如擋板(baffles)、鏡頭套桶(lens barrels)和星形輪(spiders)，可以加入設(shè)計(jì)中。表面散射信息也可以更精確的使用于建構(gòu)雜散光效應(yīng)。
以分析系統(tǒng)的成像品質(zhì)開始。將需要在準(zhǔn)直鏡的焦點(diǎn)建構(gòu)一個(gè)延伸光源(extended source)和在底片閘位臵放臵幻燈片模型。從光源發(fā)出的光將傳播通過準(zhǔn)直鏡；打到底片閘，光傳播通過投影機(jī)到成像面。任何JPG或BMP檔案可以放在底片閘上，這將允許投影系統(tǒng)性能的真實(shí)表現(xiàn)。圖9顯示被照明的對(duì)象，而圖10顯示在屏幕位臵上的放大成像。為了實(shí)際示范，將使用一個(gè)延伸的高斯分布光源。
圖9.幻燈片對(duì)象（圖片大小18mm×14mm）
圖 10.投影系統(tǒng)所形成的放大成像（圖片大小640mm×480mm）
對(duì)于燈絲光源(filament source)，離開光源的大部分能量是朝向離開準(zhǔn)直鏡。為了增加系統(tǒng)的效率，一個(gè)反射組件常放在光源之后來截取這些能量的部分，并改變方向反向朝準(zhǔn)直鏡。對(duì)于這一類的照明具，從光軸補(bǔ)償光源是很重要的。這將防止重新成像的光源能量造成過熱(heating)和損壞燈絲的可能性。落在相同的成像陣組件上的燈絲成像仍然是必須的。這個(gè)系統(tǒng)顯示在圖11中。
圖11.補(bǔ)償燈絲光源在第二個(gè)數(shù)組上的成像
下一步的設(shè)計(jì)將包括加入鏡頭夾具(mounts)、擋板(baffles)和其它機(jī)構(gòu)組件，并使雜散光和鬼影減到最小。可以使用ZEMAX本身的對(duì)象或匯入CAD軟件所設(shè)計(jì)的對(duì)象來建構(gòu)這些組件，以便做更進(jìn)一步的分析。結(jié)論
ZEMAX這套軟件有很強(qiáng)大的功能，對(duì)于成像系統(tǒng)和分析照明系統(tǒng)的整體表現(xiàn)，包括雜散光和散射光，可當(dāng)作設(shè)計(jì)和優(yōu)化的工具。投影系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可用來驗(yàn)證這些功能如何讓光學(xué)工程師能幾乎毫無(wú)隔閡的在不同的分析模式下使用。
第三篇：機(jī)電一體化典型實(shí)例
8機(jī)電一體化系統(tǒng)典型實(shí)例
8.1 機(jī)器人
8.1.1概述
機(jī)器人是能夠自動(dòng)識(shí)別對(duì)象或其動(dòng)作，根據(jù)識(shí)別，自動(dòng)決定應(yīng)采取動(dòng)作的自動(dòng)化裝置。
它能模擬人的手、臂的部分動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)工件或操縱工具等。它綜合了精密機(jī)械技
術(shù)、微電子技術(shù)、檢測(cè)傳感技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域的最新成果，是具有發(fā)展前途的機(jī)電
一體化典型產(chǎn)品。機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用會(huì)越來越廣，將對(duì)人類的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生巨大的影響。
可以說，任何一個(gè)國(guó)家如不擁有一定數(shù)量和質(zhì)量的機(jī)器人，就不具備進(jìn)行國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)所必需的工業(yè)基礎(chǔ)。
機(jī)器人的發(fā)展大致經(jīng)過了三個(gè)階段。第一代機(jī)器人為示教再現(xiàn)型機(jī)器人，為了讓機(jī)器人
完成某項(xiàng)作業(yè)，首先由操作者將完成該作業(yè)所需的各種知識(shí)（如運(yùn)動(dòng)軌跡、作業(yè)條件、作業(yè)
順序、作業(yè)時(shí)間等）通過直接或間接的手段，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，機(jī)器人將這些知識(shí)記憶下
來，然后根據(jù)再現(xiàn)指令，在一定的精度范圍內(nèi)，忠實(shí)地重復(fù)再現(xiàn)各種被示教的動(dòng)作。第二代
機(jī)器人通常是指具有某種智能（如觸覺、力覺、視覺等）的機(jī)器人，即由傳感器得到的觸覺、聽覺、視覺等信息經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，控制機(jī)器人完成相應(yīng)的操作。第三代機(jī)器人通常是指具
有高級(jí)智能的機(jī)器人，其特點(diǎn)是具有自學(xué)習(xí)和邏輯判斷能力，可以通過各類傳感器獲取信息，經(jīng)過思考做出決策，以完成更復(fù)雜的操作。
信息處理機(jī)
圖8-1機(jī)器人三要素 圖8-2生物空間
一般認(rèn)為機(jī)器人具備以下要素：思維系統(tǒng)（相當(dāng)于腦），工作系統(tǒng)（相當(dāng)于手），移動(dòng)系
統(tǒng)（相當(dāng)于腳），非接觸傳感器（相當(dāng)于耳、鼻、目）和接觸傳感器（相當(dāng)于皮膚）（圖8-1）。
如果對(duì)機(jī)器人的能力評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與對(duì)生物能力的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一樣，即從智能、機(jī)能和物理能三個(gè)
方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，機(jī)器人能力與生物能力具有一定的相似性。圖8-2是以智能度、機(jī)能度和物
理能度三座標(biāo)表示的“生物空間”，這里，機(jī)能度是指變通性或通用性以及空間占有性等；物
理能度包括力、速度、連續(xù)運(yùn)行能力、均一性、可靠性等；智能度則指感覺、知覺、記憶、運(yùn)算邏輯、學(xué)習(xí)、鑒定、綜合判斷等。把這些概括起來可以說，機(jī)器人是具有生物空間三座
標(biāo)的三元機(jī)械。某些工程機(jī)械有移動(dòng)性，占有空間不固定性，因而是二元機(jī)械。計(jì)算機(jī)等信
息處理機(jī)，除物理能之外，還有若干智能，因而也屬于二元機(jī)械。而一般機(jī)械都只有物理能，所以都是一元機(jī)械。
8.1.2機(jī)器人的組成及基本機(jī)能
機(jī)器人一般由執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，檢測(cè)傳感系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組成，各系統(tǒng)功能如下所述。① 執(zhí)行系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)是完成抓取工件（或工具）實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)的機(jī)械部件，包括手部、119
腕部、臂部、機(jī)身以及行走機(jī)構(gòu)。
② 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。隨驅(qū)動(dòng)目標(biāo)的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式有液動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)和機(jī)械式四種。
③ 控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)是機(jī)器人的指揮中心，它控制機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)。控制系統(tǒng)可記憶各種指令信息（如動(dòng)作順序，運(yùn)動(dòng)軌跡，運(yùn)動(dòng)速度及時(shí)間等），同時(shí)按指令信息向各執(zhí)行元件發(fā)出指令。必要時(shí)還可對(duì)機(jī)器人動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有誤或發(fā)生故障時(shí)即發(fā)出警報(bào)信號(hào)。
④ 檢測(cè)傳感系統(tǒng)。它主要檢測(cè)機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)位置、狀態(tài)，并隨時(shí)將執(zhí)行系統(tǒng)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行系統(tǒng)以一定的精度達(dá)到設(shè)定的位置狀態(tài)。
⑤ 人工智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要賦予機(jī)器人自動(dòng)識(shí)別、判斷和適應(yīng)性操作。8.1.4BJDP-1型機(jī)器人
該機(jī)器人是全電動(dòng)式、五自由度、具有連續(xù)軌跡控制等功能的多關(guān)節(jié)型示教再現(xiàn)機(jī)器人，用于高噪聲，高粉塵等惡環(huán)境的噴砂作業(yè)。
該機(jī)器人的五個(gè)自由度，分別是立柱回轉(zhuǎn)（L）、大臂回轉(zhuǎn)（D）小臂回轉(zhuǎn)（X）、腕部俯仰（W1）和腕部轉(zhuǎn)動(dòng)（W2），其機(jī)構(gòu)原理如圖8-3所示，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)關(guān)系如圖8-4所示。R
2小臂
M2
諧波減速器R圖8-3機(jī)器人的結(jié)構(gòu)原理
圖8-4機(jī)器人機(jī)構(gòu)傳動(dòng)關(guān)系
8.2視覺傳感式變量噴藥系統(tǒng)簡(jiǎn)介
在農(nóng)業(yè)方面，近年來發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)、英國(guó)）都投入大量資金進(jìn)行現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的開發(fā)。
先后開發(fā)出了精確變量播種機(jī)、精確變量施肥機(jī)以及精確變量噴藥機(jī)等。它們都是與機(jī)器人極為相似的自動(dòng)化系統(tǒng)，是高新技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。
視覺傳感變量噴藥系統(tǒng)，是以較少藥劑而有效控制雜草、提高產(chǎn)量、減少成本的一種自動(dòng)化藥物噴撒機(jī)械。近年來，隨著雜草識(shí)別的視覺感知技術(shù)與變量噴藥控制等技術(shù)的成熟，這種視覺傳感式變量噴藥機(jī)械也趨于成熟。下面就以這種系統(tǒng)為例，對(duì)它的組成及工作原理作一簡(jiǎn)要介紹。
（1）系統(tǒng)的組成一般地說，這種機(jī)器由圖像信息獲取系統(tǒng)、圖像信息處理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、變量噴撒系統(tǒng)等組成（圖8-5）。各子系統(tǒng)的主要功能如下所述。
① 圖像信息獲取系統(tǒng)。主要由彩色數(shù)碼像機(jī)（如PULNIX，TMC-7ZX等）和高速圖像數(shù)據(jù)采集卡（如CX100，IMAGENATION，INC等）組成。采集卡一般置于機(jī)載計(jì)算機(jī)中。
120
② 圖像信息處理系統(tǒng)。是一種基于影像信息的提取算法，由計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言（如C++等）開發(fā)出的一種軟件系統(tǒng)。它能夠快速準(zhǔn)確地提取出影像數(shù)據(jù)中包含的人們所需的信息（如雜草密度，草葉數(shù)量，無(wú)作物間距區(qū)域面積等）。
③ 決策支持系統(tǒng)。也是由高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)出的一種軟件系統(tǒng)。它能夠基于信息處理系統(tǒng)，把得到的有用信息與人們的決策要求作綜合判斷，最后作出所需的決策。
④ 變量噴撒系統(tǒng)。是基于視覺信息的控制器，由若干可調(diào)節(jié)噴藥流量與霧滴大小的變量噴頭組成。
⑤ 機(jī)器行走系統(tǒng)。有發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)身、車輪等組成（圖中省略）。
（2）工作原理
當(dāng)機(jī)器在田間行走時(shí)，置于機(jī)器上離地面具有一定高度的彩色數(shù)碼像機(jī)就會(huì)掃描一定大小的地面。一般彩色數(shù)碼像機(jī)可覆蓋2.44m ? 3.05m范圍分辨率可達(dá)到0.005m?0.005m。與此同時(shí)，高速圖像數(shù)據(jù)采集卡將彩色數(shù)碼像機(jī)獲取的信息存入計(jì)算機(jī)中。然后，由圖像信息處理系統(tǒng)快速地將地面雜草的密度、草葉數(shù)量、作物密度以及無(wú)植被區(qū)域面積等信息提取出來，并由決策支持系統(tǒng)調(diào)用這些信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到所需的行走速度、藥液流量和霧滴大小等的決策。這些決策被傳輸給藥滴大小控制器以及流量控制器，隨之它們就控制管路中的壓力和PWM脈寬調(diào)制變量噴頭。從而實(shí)現(xiàn)了精確變量噴藥。這樣一方面減少了藥量、降低了成本，另一方面保護(hù)作物、減少對(duì)環(huán)境的污染。據(jù)報(bào)道，與傳統(tǒng)的噴撒方法比較，變量噴藥系統(tǒng)在雜草高密區(qū)可節(jié)約藥液18 %，在雜草低密區(qū)可節(jié)約藥液17 %。
圖8-5精確變量噴藥系統(tǒng)
8.3數(shù)控機(jī)床
數(shù)控機(jī)床是由計(jì)算機(jī)控制的高效率自動(dòng)化機(jī)床。它綜合應(yīng)用了電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、精密測(cè)量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。隨著數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工中的地位將越來越重要。8.3.1 數(shù)控機(jī)床的工作原理和組成(1)數(shù)控機(jī)床的工作原理
數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，是將被加工零件的工藝過程、工藝參數(shù)等用數(shù)控語(yǔ)言編制成加工程序，這些程序是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序輸入到數(shù)控裝置，再由數(shù)控裝置控制機(jī)
21床主運(yùn)動(dòng)的變速、起停，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向、速度和位移量，以及其它輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作，從而加工出符合要求的零件。為了提高加工精度，一般還裝有位置檢測(cè)反饋回路，這樣就構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)，其加工過程原理如圖8-6所示。
（2）數(shù)控機(jī)床的組成從工作原理可以看出，數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服檢測(cè)系統(tǒng)和機(jī)床本體等四部分組成，其組成框圖如圖8-7所示。
① 控制介質(zhì)。用于記載各種加工信息（如零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和位移數(shù)據(jù)等），以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)零件的機(jī)械加工。常用的控制介質(zhì)有磁帶、磁盤和光盤等。控制介質(zhì)上記載的加工
信息經(jīng)輸入裝置輸送
給數(shù)控裝置。常用的輸入裝置有磁盤驅(qū)動(dòng)器和光盤驅(qū)動(dòng)器等，對(duì)于用微處理機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床，也用操作面板上的按鈕和鍵盤將加工程序直接用鍵盤輸入，并在CRT
顯示器顯示。② 數(shù)控裝置。數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心，它的功能是接受輸入裝置輸送給的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系圖8-7 數(shù)控機(jī)床的組成 統(tǒng)軟件或電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算和邏輯處理后，發(fā)出相應(yīng)的脈沖指令送給伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)床的各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件按規(guī)定要求動(dòng)作。
③ 伺服系統(tǒng)及位置檢測(cè)裝置。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。由機(jī)床的執(zhí)行部件和機(jī)械傳動(dòng)部件組成數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移量。每個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行部件都配有一套伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)之分，在閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)中，還需配有位置測(cè)量裝置，直接或間接測(cè)量執(zhí)行部件的實(shí)際位移量，④ 機(jī)床本體及機(jī)械部件。數(shù)控機(jī)床的本體及機(jī)械部件包括：主動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件（如工作臺(tái)、刀架）、傳動(dòng)部件和床身立柱等支承部件，此外還有冷卻，潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置，對(duì)于加工中心類的數(shù)控機(jī)床，還有存放刀具的刀庫(kù)，交換刀具的機(jī)械手等部件。
8.4計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)
近年來世界各國(guó)都在大力開展計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（ComputerIntergratedManufacturingSystem）方面的研究工作。CIMS是計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械制造業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)械制造業(yè)的一次技術(shù)革命。
(1)CIMS的結(jié)構(gòu)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化已逐步從過去的大批量生產(chǎn)方式向高效率、低成本的多品種、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變。CIMS就是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)械工廠的全盤自動(dòng)化和無(wú)人化而提出來的。其基本思想就是按系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)將整個(gè)工廠組成一個(gè)系統(tǒng)，用計(jì)算機(jī)對(duì)
2產(chǎn)品的初始構(gòu)思和設(shè)計(jì)直至最終的裝配和檢驗(yàn)的全過程實(shí)現(xiàn)管理和控制。對(duì)于CIMS，只需輸入所需產(chǎn)品的有關(guān)市場(chǎng)及設(shè)計(jì)的信息和原材料，就可以輸出經(jīng)過檢驗(yàn)的合格產(chǎn)品。它是一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，將企業(yè)全部生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)與各種自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系起來，借以獲得最佳經(jīng)濟(jì)效果的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)。它利用計(jì)算機(jī)將獨(dú)立發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS），管理信息系統(tǒng)（MIS）以及決策支持系統(tǒng)（DSS）綜合為一個(gè)有機(jī)的整體，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品訂貨、設(shè)計(jì)、制造、管理和銷售過程的自動(dòng)化。它是一種把工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、市場(chǎng)分析以及其它支持功能合理地組織起來的計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)。CIMS是在柔性制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)上，將制造工廠經(jīng)營(yíng)活動(dòng)所需的各種自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)地集成起來，使其能適應(yīng)市場(chǎng)變化和多品種、小批量生產(chǎn)要求的高效益、高柔性的智能生產(chǎn)系統(tǒng)。
由此可見，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是在新的生產(chǎn)組織原理和概念指導(dǎo)下形成的生產(chǎn)實(shí)體，它不僅是現(xiàn)有生產(chǎn)模式的計(jì)算機(jī)化和自動(dòng)化，而且是在更高水平上創(chuàng)造的一種新的生產(chǎn)模式。從機(jī)械加工自動(dòng)化及自動(dòng)化技術(shù)本身的發(fā)展看，智能化和綜合化是未來的主要特征，也是CIMS最主要的技術(shù)特征。智能化體現(xiàn)了自動(dòng)化深度，即不僅涉及物質(zhì)流控制的傳統(tǒng)體力勞動(dòng)自動(dòng)化，還包括了信息流控制的腦力勞動(dòng)自動(dòng)化；而綜合化反映了自動(dòng)化的廣度，它把系統(tǒng)空間擴(kuò)展到市場(chǎng)、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、銷售及用戶服務(wù)等全部過程。
CIMS系統(tǒng)構(gòu)成的原則，是按照在制造工廠形成最終產(chǎn)品所必需的功能劃分系統(tǒng)，如設(shè)計(jì)管理、制造管理等子系統(tǒng)，它們分別處理設(shè)計(jì)信息與管理信息，各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，并且具有相對(duì)的獨(dú)立性。因此，從大的結(jié)構(gòu)來講，CIMS系統(tǒng)可看成是由經(jīng)營(yíng)決策管理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)、柔性制造系統(tǒng)等組成的（圖8-8）。經(jīng)營(yíng)決策管理系統(tǒng)完成企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理，如市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)決策、長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、企業(yè)內(nèi)部信息流的協(xié)調(diào)
圖8-8 CIMS主要結(jié)構(gòu)框圖
與控制等；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成產(chǎn)品及零部件的設(shè)計(jì)、自動(dòng)編程、機(jī)器人程序設(shè)計(jì)、工程分析、輸出圖紙和材料清單等；計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)則完成工藝過程設(shè)計(jì)、自動(dòng)編程、機(jī)器人程序設(shè)計(jì)等；柔性制造系統(tǒng)完成物料加工制造的全過程，實(shí)現(xiàn)信息流和物料流的統(tǒng)一管理，如將CIMS的系統(tǒng)功能細(xì)化，可得到如圖8-9所示的框圖。
（2）CIMS的主要技術(shù)關(guān)鍵
CIMS是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它適用于多品種、中小批量的高效益、高柔性的智能化生產(chǎn)與制造。它是由很多子系統(tǒng)組成的，而這些子系統(tǒng)本身又都是具有相當(dāng)規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)。雖然世界上很多發(fā)達(dá)國(guó)家已投入大量資金和人力研究它，但仍存在不少技術(shù)問題有待進(jìn)一步探索和解決。歸納起來，大致有以下五個(gè)方面。
① CIMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。這是系統(tǒng)集成的理論基礎(chǔ)及工具。如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組織學(xué)和多級(jí)遞階決策理論、離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論、建模技術(shù)與仿真、系統(tǒng)可靠性理論與容錯(cuò)控制以及面向目標(biāo)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法等。
3② 支持集成制造系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及系統(tǒng)應(yīng)用支撐軟件。其中包括支持CAD／CAPP/CAM集成的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，支持分布式多級(jí)生產(chǎn)管理調(diào)度的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)在線遞階控制系統(tǒng)的綜合與集成。
③ 工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)。CIMS系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的互連是通過工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，因此必然要涉及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)的互連與通信、網(wǎng)絡(luò)的可靠性與安全性等問題的研究，甚至進(jìn)一步還可能需要對(duì)支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)言、圖像信息傳輸?shù)膶拵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行探討。
④ 自動(dòng)化制造技術(shù)與設(shè)備。這是實(shí)現(xiàn)CIMS的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，其中包括自動(dòng)化制造設(shè)備FMS、自動(dòng)化物料輸送系統(tǒng)、移動(dòng)機(jī)器人及裝配機(jī)器人、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)以及在線檢測(cè)及質(zhì)量保障等技術(shù)。
⑤ 軟件開發(fā)環(huán)境。良好的軟件開發(fā)環(huán)境是系統(tǒng)開發(fā)和研究的保證。這里涉及面向用戶的圖形軟件系統(tǒng)、適用于CIMS分析設(shè)計(jì)的仿真軟件系統(tǒng)、CAD直接檢查軟件系統(tǒng)以及面向制造控制與規(guī)劃開發(fā)的專家系統(tǒng)。
綜上所述，涉及CIMS的技術(shù)關(guān)鍵很多，制定和開發(fā)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)是一項(xiàng)重要而艱巨的任務(wù)。而對(duì)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的投資則更是一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略決策。一旦取得突破，CIMS技術(shù)必將深刻地影響企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)，使機(jī)械制造工業(yè)產(chǎn)生一次巨大飛躍。
圖 8-9CIMS 系統(tǒng)框圖
124
第四篇：世界典型合理化建議實(shí)例
世界典型合理化建議實(shí)例
（二）編者按：
深入開展合理化建議的持續(xù)改善與提高活動(dòng)，既是員工參與企業(yè)管理、發(fā)揮聰明才智的重要途徑，也是推進(jìn)精益化生產(chǎn)、精細(xì)化管理，提升企業(yè)基礎(chǔ)管理水平的有效載體。為進(jìn)一步將我集團(tuán)合理化建議工作引向深入，我們將對(duì)國(guó)內(nèi)外著名企業(yè)開展合理化建議的典型案例進(jìn)行摘登，希望通過學(xué)習(xí)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，精心挖掘本單位合理化建議典型案例，深入推進(jìn)集團(tuán)合理化建議工作的開展。
“他山之石，可以攻玉”。期望我們連載的典型實(shí)例能給各單位、各子公司開展合理化建議工作帶來一點(diǎn)啟發(fā)和借鑒。
海爾讓員工主動(dòng)做大
當(dāng)一個(gè)企業(yè)的戰(zhàn)略系統(tǒng)、目標(biāo)系統(tǒng)、文化系統(tǒng)不能深入員工的內(nèi)心時(shí)，任何的獎(jiǎng)懲都會(huì)失去作用，現(xiàn)在的員工早已過了那種需要靠獎(jiǎng)懲調(diào)動(dòng)積極性的階段。
海爾一直相信，讓員工做大，才能把市場(chǎng)做大。在海爾，多年來，開展合理化建議活動(dòng)是員工參與企業(yè)民主管理的一種重要途徑。
工會(huì)統(tǒng)一管理 在海爾，員工的合理化建議活動(dòng)的開展非常普及，集團(tuán)工會(huì)成立了“員工創(chuàng)新成果經(jīng)營(yíng)公司”，專門管理員工的合理化建議活動(dòng)，還利用信息化建立了合理化建議網(wǎng)上申報(bào)、網(wǎng)上確認(rèn)，讓員工提合理化建議更加便捷，建議解決更加迅速，員工參與率達(dá)100%，并且合理化建議采取提案書的制度，在一張?zhí)岚笗蠈?shí)現(xiàn)了建議提出、建議落實(shí)、建議跟蹤、建議閉環(huán)。
即時(shí)激勵(lì)
為了激發(fā)員工持續(xù)創(chuàng)新的積極性，在激勵(lì)方面，海爾工會(huì)改變了以前月底兌現(xiàn)的辦法，而是于2005年8月9日，在全集團(tuán)開始推行“即時(shí)激勵(lì)”，員工的建議被采納后，獎(jiǎng)金必須隨即發(fā)到位。電子事業(yè)部員工周鵬提出的合理化建議，能使彩電生產(chǎn)節(jié)拍提高10臺(tái)/小時(shí)，建議采用后的當(dāng)天下午，就拿到了獎(jiǎng)金。
2005年8月10～12日，洗衣機(jī)事業(yè)部檢驗(yàn)員王永紅就有三項(xiàng)創(chuàng)新合理化建議被采納，自己也得到了洗衣機(jī)事業(yè)部三次即時(shí)激勵(lì)。
每天，新被采納的合理化建議都會(huì)在信息網(wǎng)上發(fā)布、推廣。內(nèi)刊《海爾人》也會(huì)隨時(shí)刊登員工合理化建議“即時(shí)激勵(lì)獲獎(jiǎng)情況。”
一位員工說：“以前的獎(jiǎng)金到月底隨工資發(fā)放，也覺不出什么，而現(xiàn)在，當(dāng)天激勵(lì)卻讓我很有成就感！現(xiàn)在，發(fā)現(xiàn)問題沒解決，就像沒吃飯一樣。遇到一個(gè)問題，就解決一個(gè)，這樣想想，創(chuàng)新并不難。”
合理化建議成果推廣
由合理化建議產(chǎn)生的創(chuàng)新成果，到底如何能被集團(tuán)各部門所共享呢？定單推進(jìn)本部還于2004年11月，在海爾內(nèi)部網(wǎng)上開設(shè)了“創(chuàng)新推進(jìn)平臺(tái)。”在這個(gè)平臺(tái)上，有每個(gè)事業(yè)部的最新創(chuàng)新信息：質(zhì)量、生產(chǎn)效率、工藝??上面有詳細(xì)的操作資料，還有已經(jīng)使用過的部門的推薦意見。
如果有部門對(duì)自己的創(chuàng)新保密怎么辦？定單推進(jìn)本部的方法是，對(duì)各事業(yè)部的創(chuàng)新有考核，被推廣一個(gè)創(chuàng)新，按類別可以得到相應(yīng)的積分。
如果有的部門應(yīng)該借鑒和推廣別人的創(chuàng)新，但他們沒有做，怎么辦？定單推進(jìn)本部也有考核，可以借鑒的部門沒有借鑒，則有“負(fù)債積分”。積分與每個(gè)事業(yè)部的創(chuàng)新推進(jìn)人員報(bào)酬直接掛鉤。
合理化建議明星的成長(zhǎng)
為了鼓勵(lì)員工踴躍提出合理化建議，集團(tuán)每年還推出各種評(píng)選，并且也參加社會(huì)上的一些重要評(píng)選。2005海爾集團(tuán)十大合理化建議明星李長(zhǎng)業(yè)，針對(duì)鈑金生產(chǎn)能力不足，影響定單完成的現(xiàn)狀，他帶領(lǐng)青年骨干組成了“智慧星”QC小組開展了QC攻關(guān)活動(dòng)。活動(dòng)期間，共有8項(xiàng)成果獲得了公司的小發(fā)明命名及SBU表彰，活動(dòng)結(jié)束，鈑金生產(chǎn)能力提高了25%，達(dá)到世界先進(jìn)水平，效果顯著。2005、2006年李長(zhǎng)業(yè)就獲得集團(tuán)員工創(chuàng)新成果公司頒發(fā)的一等獎(jiǎng)三次，二等獎(jiǎng)四次，三等獎(jiǎng)四次，成為集團(tuán)內(nèi)創(chuàng)新最多的班組長(zhǎng)，并被集團(tuán)《海爾人》報(bào)進(jìn)行了重點(diǎn)報(bào)道。他們也因此被中國(guó)質(zhì)量管理協(xié)會(huì)、中華全國(guó)總工會(huì)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、共青團(tuán)中央聯(lián)合授予了“2005年全國(guó)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組”的稱號(hào)。李長(zhǎng)業(yè)認(rèn)為自已之所以成長(zhǎng)為合理化建議明星，并不是因?yàn)樽约河卸嗝绰斆鳎白约河捎诠ぷ鹘嵌群椭R(shí)局限，一些建議只是提出了一個(gè)方向和輪廓，但是，公司并沒有因?yàn)槲业慕ㄗh缺乏充分調(diào)研和詳細(xì)的可行性論證而忽視我的建議。公司對(duì)我的一些重要建議會(huì)反復(fù)找我溝通想法，再組織相關(guān)人分析研究、調(diào)查論證、完善補(bǔ)充，然后再給予很多技術(shù)上、資源上的支持”。
職能管理能破解嗎？
各個(gè)事業(yè)部還有不同的方式激勵(lì)員工提合理化建議。特冰事業(yè)部的激勵(lì)方式很有創(chuàng)意，2006年，他們給員工辦了一張“創(chuàng)新積分卡”，事業(yè)部會(huì)根據(jù)員工的積分進(jìn)行適當(dāng)?shù)莫?jiǎng)勵(lì)。邵峰，是特冰事業(yè)部總裝線的一名操作工，他注意到：在生產(chǎn)一款新產(chǎn)品時(shí)，每臺(tái)冰箱在下線前要做制冰檢測(cè)，但是做完實(shí)驗(yàn)，箱體內(nèi)的水總是清理不干凈，影響了生產(chǎn)節(jié)拍。于是邵峰自制了一個(gè)小工裝，經(jīng)工藝經(jīng)理的驗(yàn)證，解決了清理剩水的難題。這個(gè)創(chuàng)新讓邵峰的積分卡一下子漲了10分。不過，推出積分卡不久之后，特冰事業(yè)部部長(zhǎng)辛沛興卻對(duì)“積分制”做了自我批判：“創(chuàng)新積分卡”雖然在一定程度上調(diào)動(dòng)了員工的積極性，但什么樣的創(chuàng)新、能得多少分，這些“積分”能體現(xiàn)出員工增值是多少，仍是“領(lǐng)導(dǎo)”說了算。員工仍是被管理被考核的對(duì)象，而不是通過自主經(jīng)營(yíng)，在為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值的同時(shí)，清晰地自己算出自己的投入產(chǎn)出。說到底，“創(chuàng)新積分制”仍是一種職能式考評(píng)。
在海爾集團(tuán)新聞發(fā)言人汲廣強(qiáng)看來，職能式的合理化建議管理中，員工是有底線的，他們的底線就是：“我可以不提建議，我可以不要獎(jiǎng)勵(lì)。當(dāng)一個(gè)企業(yè)的戰(zhàn)略系統(tǒng)、目標(biāo)系統(tǒng)、文化系統(tǒng)不能深入員工的內(nèi)心時(shí)，任何的獎(jiǎng)懲都會(huì)失去作用，現(xiàn)在的員工早已過了那種需要靠獎(jiǎng)懲調(diào)動(dòng)積極性的階段。”
另外，汲廣強(qiáng)也分析了員工很看重的“身份感、歸屬感”給合理化建議帶來的障礙：“在相當(dāng)一部分私營(yíng)企業(yè)里，員工的身份感、歸屬感很差，員工的流動(dòng)性很大，導(dǎo)致員工對(duì)于那些能促進(jìn)企業(yè)整體受益、需要投入過多精力和體力的建議方案，缺乏一定的動(dòng)力基礎(chǔ)。”
如何改變合理化建議職能管理的老做法，員工在為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值的同時(shí)，清晰地算出自己的增值？如何讓員工在增加身份感和歸屬感的同時(shí)，積極提出合理化建議，這個(gè)問題似乎很難找到答案。
事實(shí)上，汲廣強(qiáng)認(rèn)為：這個(gè)答案并不一定存在于傳統(tǒng)的“合理化建議管理”中。海爾2006年提出的“人單合一信息化日清”就沖破了員工拒絕提合理化建議的心理底線。海爾員工與海爾集團(tuán)的關(guān)系，是一種自主經(jīng)營(yíng)的核算關(guān)系。每個(gè)SBU經(jīng)營(yíng)體都必須“留足企業(yè)利潤(rùn)、掙夠市場(chǎng)費(fèi)用、盈虧都?xì)w自己”。在新的市場(chǎng)法則下，每個(gè)員工都開始自覺地從經(jīng)營(yíng)者的角度，進(jìn)行創(chuàng)新、改善、改革，從而實(shí)現(xiàn)自己經(jīng)營(yíng)效益的最大化。
為了實(shí)現(xiàn)組織的進(jìn)一步扁平化，海爾還流行“無(wú)邊界團(tuán)隊(duì)”：各部門以自己的市場(chǎng)戰(zhàn)略定位成立一個(gè)個(gè)項(xiàng)目，再根據(jù)項(xiàng)目打破部門界限、簽訂合同、組建無(wú)邊界的組織。每位員工都將為項(xiàng)目貢獻(xiàn)自己的智慧，因?yàn)轫?xiàng)目的成敗及效益，直接關(guān)系到每個(gè)人的收益。在這種不斷打破和創(chuàng)立的無(wú)邊界組織中，海爾員工的智慧在流動(dòng)中被無(wú)限激發(fā)。
讓員工給自己干，自己給自己當(dāng)老板，還怕他不調(diào)動(dòng)所有的智慧提出合理化建議嗎？還怕他不積極調(diào)動(dòng)所有的平臺(tái)和資源把這些合理化建議落實(shí)到底嗎？
第五篇：多元統(tǒng)計(jì)實(shí)踐題
應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析實(shí)踐測(cè)試題
以下5題任選一題作為實(shí)踐測(cè)試題，并允許1－4個(gè)同學(xué)合作組成一小組，合作者可用同一答卷，但在答卷最后部分要注明各作者的分工。
1.（計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)分），利用此數(shù)據(jù)采用不同的方法計(jì)算各
個(gè)同學(xué)的單科成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)分及綜合成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)分，以及由標(biāo)準(zhǔn)分轉(zhuǎn)換的最終得分。并且評(píng)價(jià)各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)各種方法的可行性進(jìn)行檢驗(yàn)。
2.（回歸分析）某大型牙膏制造企業(yè)為了更好地拓展產(chǎn)品市場(chǎng)，有效地管理庫(kù)
存，公司懂事會(huì)要求銷售部門根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，找出公司生產(chǎn)的牙膏銷售量和銷售價(jià)格，廣告投入之間的關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，從而預(yù)測(cè)出在不同價(jià)格和廣告費(fèi)用下的銷售量。
為此銷售部門的研究人員收集了過去30個(gè)周期公司生產(chǎn)牙膏的銷售
量，銷售價(jià)格，投入的廣告費(fèi)用，以及周期內(nèi)其他廠家生產(chǎn)同類牙膏的市場(chǎng)平均價(jià)格，數(shù)據(jù)見DATA2牙膏銷售量（回歸）.SAV
3.（主成分回歸分析）法國(guó)1949－1959年共11年的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，考慮進(jìn)口總額Y與三個(gè)自變量國(guó)內(nèi)總產(chǎn)值X1,儲(chǔ)存量X2,總消費(fèi)量X3之間的關(guān)系，試建立其線性回歸模型，并對(duì)模型做出評(píng)價(jià)。DATA2法國(guó)經(jīng)濟(jì)分析.sav
4.（因子分析）假如你現(xiàn)在是某公司人事部經(jīng)理，要招聘5名業(yè)務(wù)員，2名產(chǎn)品研發(fā)員，文秘1名。現(xiàn)有48名應(yīng)聘者，公司根據(jù)簡(jiǎn)歷及測(cè)試得到應(yīng)聘者的15項(xiàng)指標(biāo)的得分，得分?jǐn)?shù)據(jù)見15項(xiàng)指標(biāo)分別是：求職信的形式FL,外貌APP,專業(yè)能力AA,討人喜歡LA，自信心SC,洞察力LC,誠(chéng)信度HON,推銷力SMS,經(jīng)驗(yàn)EXP,駕駛水平DRV,事業(yè)心AMB,理解力GSP,潛在能力POT,團(tuán)隊(duì)合作能力GC,適應(yīng)能力SUIT.DATA2應(yīng)聘者得分.SAV
根據(jù)因子分析的結(jié)果招聘合適的人才。
5.對(duì)美國(guó)洛杉磯12個(gè)人口調(diào)查區(qū)的5個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)變量的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和因子分析，,，1）進(jìn)行主成分分析，由主成分的方差累積比例選擇主成分個(gè)數(shù)，并由因子載荷
矩陣(ComponentMatrix)寫出選出的主成分的表達(dá)式。
2）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的因子分析，分析通過上述過程得到的因子荷載陣Rotated
Component Matrix和荷載圖，對(duì)兩因子進(jìn)行命名。
3）Score中點(diǎn)選Save as variables ：是以新變量的形式將因子得分保存在數(shù)據(jù)文件中，使用method中默認(rèn)的regression；若選擇display factor score coefficient matrix,輸出因子得分系數(shù)矩陣，旋轉(zhuǎn)后的因子得分就由此兩表達(dá)式算出。
4)畫出數(shù)據(jù)窗口中的兩旋轉(zhuǎn)后的因子得分變量FAC1，F(xiàn)AC2的散點(diǎn)圖，與旋轉(zhuǎn)后的載荷圖對(duì)照分析各個(gè)地區(qū)的人口和福利情況。
5）利用分層聚類法將12個(gè)地區(qū)按上述旋轉(zhuǎn)后的兩因子得分變量FAC1，F(xiàn)AC2分成3類，將各個(gè)地區(qū)所屬類數(shù)保存在數(shù)據(jù)窗中；用同樣的方法將12個(gè)地區(qū)按數(shù)據(jù)窗口中的5個(gè)原始變量分成3類，將各個(gè)地區(qū)所屬類數(shù)保存在數(shù)據(jù)窗中。對(duì)比兩種分類結(jié)果是否一致？并作出解釋。
6）用判別分析法上述結(jié)果（將原數(shù)據(jù)已分為3類data12-01a）進(jìn)行分析，要求得到分類散點(diǎn)圖，3個(gè)分類判別函數(shù)，并通過分類判別函數(shù)計(jì)算第13個(gè)地區(qū)屬于哪一類？（第13個(gè)地區(qū)的數(shù)據(jù)為5000，10，2000，200，15000）
點(diǎn)擊咨詢 