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关键词:嵌入式系统嵌入式处理器实时操作系统仿真器调试器
引言
在计算机、互联网和通信技术高速发展的同时,嵌入式系统开发技术也取得迅速发展。这不仅表现在从事嵌入式系统开发研究的人员队伍日益壮大,嵌入式处理器和实时操作系统的性能增强和产品升级换代,更重要的体现在嵌入式技术应用范围的急剧扩大。
嵌入式系统拥有巨大的市场空间,我国应该抓住机遇,与时俱进,奋起直追,在嵌入式系统领域赶超世界先进水平。要达到这个目标,具有一定的现实可行性,这是因为同PC机系统相比,嵌入式系统更有自身的特征。在PC领域,虽有AMD系列处理器和Linux操作系统的市场冲击,但是Win_Tel(Windows+Intel)体系架构仍占主导地位;可是,嵌入式系统本身是一个相当分散的工业,典型特征是面向用户、面向产品、面向应用的,市场应用才是嵌入式系统开发的导向和前提,在当前的嵌入式市场中不存在垄断的局面。
嵌入式系统包含硬件和软件两部分:硬件架构上以嵌入式处理器为中心,配置存储器、I/O设备、通信模块等必要的外设;软件部分以软件开发平台为核心,向上提供应用编程接口(API),向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包BSP。嵌入式系统中,软件和硬件紧密配合,协调工作,共同完成系统预定的功能。
对于不同的市场应用类型,嵌入式系统开发中的嵌入式处理器、实时操作系统、仿真器、调试器以及开发队伍的技术水平和结构比例等要素的选择是至关重要的。本文参考一些嵌入式系统开发的资料,结合具体的工程实践经验,系统总结了进行嵌入式系统开发时,如何全面考虑各开发要素并进行选择,最后结合一个具体实例进行详细阐述。
1嵌入式处理器
嵌入式系统的功能软件集成于硬件系统之中,系统的应用软件与硬件一体化。在嵌入式系统的硬件设备中,嵌入处理器是整个系统的核心部件,其性能的好坏直接决定整个系统的运行效果。
PC机销售市场中,随着通用CPU技术的突破和工作频率的倍增,旧款低档CPU早已经不见踪迹。嵌入式系统开发面向具体应用,不同领域的应用市场需要不同款式和性能指标的处理器来开发,于是在嵌入式处理器市场中,中低端的4位、8位和16位处理器依然存在,高性能的32位处理器也有很多产品。随着超大规模集成电路技术和微电子技术发展,包含嵌入式处理器以及部分电路的微控制器产品也进入市场,片上系统SoC(SystemonChip)产品也开始出现。这些产品的上市,不仅丰富了嵌入式处理器产品,而且也更加方便了工程技术人员进行嵌入式系统的技术开发和扩大嵌入式产品的应用领域。
由于嵌入式系统应用需求的多样性,市场上基于RISC结构的嵌入式处理器提供商也日渐增多。统计数字表明,1999年底市场销售额排在前三位的公司分别是ARM、Motorola和MIPS,其中ARM公司的芯片销售量达1.5亿个,市场份额超过50%。
面对这样的嵌入式处理器市场,开发设计人员应该如何选择呢?这里有两个前提条件。
一是深入研究具体的嵌入式系统应用需求,充分的应用需求分析后获取应用系统的性能指标。面向应用是嵌入式系统的特色,具体的应用需求决定着嵌入式处理器的性能选型。在工业控制等特殊领域,系统需求分析员不仅需要和工作人员、上级主管亲自面谈,而且要到工作现场获取第一手信息,收集充分的资料。应用需求分析后,需要定义产品具备的基本功能和性能指标,如系统处理的数据量大小和处理实时性要求、系统正常运行时的工作环境、系统运行过程中可能遇到的突发事件、系统的尺寸大小和功耗指标等。
第二个前提条件是,分析研究市场上各大厂商提供的各款嵌入式处理器的性能指标,如功耗、体积、成本、可靠性、速度、处理能力、电磁兼容性等。这些参数也是各个半导体芯片厂商之间竞争的热点。
开发人员通过应用需求分析获取了产品的功能性和非功能性指标,研究了市场上嵌入式处理器的性能参数后,能够对嵌入式处理器作出较好的选择。嵌入式处理器选择的基本原则是满足具体功能性和非功能性指标需求的、市场应用反应良好的、硬件配置最少的嵌入式处理器。如简单的智能仪器仪表设计考虑使用4位或者8位低档单片机8051;和数字信号处理密切相关的选用TI公司的TMX320x系列的DSP(数字信号处理)芯片;如果产品偏重于通信功能,考虑Motorola公司的嵌入式处理器68K系列;如果产品功能比较齐全,可选用嵌入式处理器领域的后起之秀ARM公司的高性能嵌入式处理器ARM芯片系列等。
除了上述的产品性能需求因素,选择嵌入式处理器时也需要考虑开发人员对此系列处理器的熟悉程度。因为不同公司开发的嵌入式处理器差别较大,从一类处理器转移到另一类处理器的难度比同一系列不同处理器间的转移难度大得多,风险多得多。
应用实例解析
在详细讨论了嵌入式系统开发中的几个关键因素后,下面具体阐述这些因素在工作中的具体体现。图2是个人数字助理PDA和寻呼机二合一的手持式电子产品结构图。
该产品的基本功能包括:
①个人数字助理--科学计算器、英汉互译辞典、电话号码簿、记事日程表等;
②交通信息--列车时刻表的车次查询和车站查询、民航时刻表的航班查询等;
③寻呼信息--接收个人和公共寻呼信息,个人寻呼内容实时语音合成并播放,寻呼方式更新列车和民航时刻表数据等。
松涛灌区位于海南岛北部及西北部,总土地面积5866km2。灌区地处热带与亚热带,多年平均气温23~24℃,日照时间长,全年太阳辐射量113~124kcal/cm2,常年无霜,四季宜农。
灌区多年平均降雨量为1483mm。降雨量年际变化大,丰、枯悬殊。降雨量年内分配也不均匀,5~10月份的降雨量占全年的80%以上,主要集中在几次台风暴雨期间,干、湿季节明显。灌区多年平均蒸发量在1220~1320mm之间,相对湿度约为82%~85%。
据1989年土地调查资料,灌区现有耕地面积21.37万hm2,(1hm2=15亩),设计灌溉面积13.67万hm2,自1989年至今实际灌溉面积一直在8.2万hm2左右徘徊。
灌区土壤种类繁多,土地资源丰富,有发展农、林、牧业的优势。松涛灌区建成40多年来,各项主要农产品的产量占全省总量的比重大,单位产量也较本省其他地区高,历年分别是海南省粮食、糖蔗、油料的26.6%、53.9%、25.3%左右。
2松涛灌区水资源开发利用现状
自1958年开始,灌区内陆续兴建水利工程,至今已基本形成了以松涛水库为主,联结灌区内3市3县的中小型水利工程,实现了大中小、蓄引提相结合的大型水利灌溉系统。
松涛水库位于南渡江上游,始建于1958年7月,至1969年基本建成,是一宗跨流域引水,以灌溉为主,结合城乡供水、防洪、发电、养殖等的大型水利枢纽工程。通过骨干渠道,与灌区内的儋州、临高、澄迈、琼山、海口、白沙等市县中小型水库及塘坝相联结。
松涛水库集雨面积1496km2,多年平均径流量14.99亿m3,总库容33.45亿m3,正常库容25.95亿m3,死库容5.12亿m3,兴利库容20.83亿m3,年均供水12.87亿m3,水量利用系数86%。水库枢纽工程由大坝、导流洞、溢洪道、输水枢纽和10座副坝组成。
灌区内各市县利用当地水资源建有中型水库12宗,小(一)型水库32宗,小(二)型水库及塘堰537宗,总灌溉库容3.85亿m3。另有中型引水工程4宗,小型引水工程124宗,其中与松涛连成结瓜水库的有中型10宗,小(一)型15宗,中型引水工程3宗。
松涛灌区骨干渠道有总干、东干、西干、9条分干和2条补水渠,统称上三级渠道,共长443.93km。由松涛直灌的支、斗、农渠与中小型水库的渠道统称为下三级渠道,总长3912km。
在松涛灌区范围内,小江河集雨面积4027.99km2,年平均径流深540.0mm,集雨面积在100km2以上的河流有11条,其中大塘河、春江、北门江和文澜江等4条河流的集雨面积都在500km2以上。由于灌区内河流源短流急、水量不大,故旱灾频繁,严重制约农业生产和国民经济的发展。中小型水利工程可控制的集雨面积2532km2,占灌区土地总面积的43%,多年平均径流量14.47亿m3,能开发利用的总兴利库容为5.83亿m3,据2000年水利部批准的《松涛灌区续建配套与节水改造规划》中远期年供水4.92亿m3,水量利用系数为34%,利用率很低,是海南省严重缺水地区之一。
3松涛灌区水资源开发利用中存在的问题
松涛水利系统的主要工程——松涛水库,其施工导流洞因年久失修未改建成战备的水库放空洞而漏水,年损失水量达1420万m3。
中小型水库设计标准偏低,或溢洪道、放水涵、护坡等存在不同程度问题;灌溉渠系防渗不力,漏水仍较严重,渠系输水损失率达55%;下三级渠道、田间灌排系统、建筑物等不配套。
灌区渠系水利用系数现达0.4、田间水利用系数为0.9、灌溉水利用系数为0.36,与《规划》中远期分别达到0.68、0.95、0.65的目标相距甚远。
40年来灌区水工程边运行边续建配套,因缺乏整体除险加固的资金来源,使工程老化失修严重,效益有所下降,且带来水土流失与水污染日趋加剧。
灌区内渠道跌水及结瓜水库上建成小水电站53宗,由于小水电效益好,收效快,是水管单位的经济支柱,故水资源利用往往会先发电后灌溉,与灌溉为主的开发目标背道而驰。
421世纪松涛灌区水资源开发利用的对策
首先,应根据国家21世纪水资源开发利用的总体部署,开展“水可持续利用”、“节水型社会”、“从工程水利转向资源水利”等工作,结合海南省国民经济发展和松涛灌区的实际情况,制定出本灌区21世纪水资源开发利用的中、长期供需计划。既充分体现发挥已建水利设施的效益和资源水利的科学管理,又要充分体现对灌区水资源实现可持续利用的基本原则。全省的水资源开发利用规划、计划报上级主管部门审批后,向全社会颁布,共同努力实现海南水资源可持续利用的目标。
松涛灌区水资源综合开发、合理利用必须建立一个科学的管理系统,制定一套结合当地实际,行之有效的法规。对此,本文不多赘述。笔者现就在21世纪松涛灌区水资源开发利用中应注意的几个突出问题及其对策进行论述。
4.1稳步搞好灌区工程除险加固、续建配套与节水改造工作
海南省是我国最年青,陆地面积最少、海洋面积最大、淡水资源难以从外地调入的海岛省,松涛灌区是海南省水利条件最好、稳产高产的粮食生产基地。国家计委和水利部历来十分重视松涛灌区续建配套建设和工程除险加固,1995年将其列为全国20个重点灌区之一,连续几年安排专项资金用于灌区续建配套。海南省及灌区各市县一直在多方筹集资金,除增加水利基建投资和农田水利事业费外,还使用了农业综合开发资金、商品粮基地建设资金、扶贫资金和以工代赈等专项资金,同时积极发动当地群众投工、投劳、入资,用于灌区续建配套工程建设,部分用于已运行40多年的松涛水利工程除险加固工作。
1999年,水利部要求各大型灌区抓好制定灌区续建配套与节水改造规划的工作。省水勘院与松涛局根据实际情况,在1989年珠江水利委员会设计院编制的《松涛灌区续建配套工程总体规划》的基础上,结合亚洲开发银行《海南北部地区水资源开发项目》报告,编制出《松涛灌区续建配套与节水改造规划》报告。该报告的总目标要求尽快全面完成松涛灌区的续建配套和抓好节水改造工作,以充分发挥松涛灌区的经济效益、社会效益和生态效益。
4.2依靠科技进步,实施科技兴水
科学技术是第一生产力。实现松涛灌区水资源可持续利用的目标同样离不开科学技术。
根据松涛灌区的实际情况,21世纪应围绕实现水资源可持续开发利用的目标,首先着重解决好计划用水、节约用水、改善水环境、保护水资源等重大课题。要积极开展科技攻关研究和应用开发研究,重视抓好科技成果的推广应用工作。近期内可就①加快推广省水高效农业灌溉技术,节约水资源,满足日益增长的城镇用水需要;②积极开展以松涛水库为龙头的灌区大中小、蓄引提相结合的大型灌溉系统水资源利用的优化调度研究,抓好灌溉用水和小水电用水的优化配置,逐步使松涛灌区真正做到依靠科技进步解决实际问题,依靠科技进步振兴灌区水利事业,实现松涛灌区21世纪用水管理现代化的伟大目标。
4.3以市场为导向,全面推行水费改革
松涛水利水价过低,目前农业供水价为0.0357元/m3(省物价局批准),而其成本价应为0.0793元/m3。以每年向用户供水6.0亿m3计,应收农业水费2142万元,成本价水费达4758万元。以现有的3:7(松涛局3,市县7)分成,应收水费分别为642.6万元、1427.4万元。松涛工管局在水价低、分配比例严重失调的情况下,所应收水费还被层层截留,目前实际收到的农业年水费仅约200万元。水费收不上来,管水人员工资低,队伍不稳定,工程长期老化失修,效益下降。因此,加快以建立适应市场经济规律的水费经营体系为中心的水费改革已势在必行,迫在眉睫。
要根据市场经济规律,按照年运行费,适当考虑移民补偿费,核算农业水价。工业、城镇供水要加收合理的利润、税金、保险费、水资源费等。采用形式多样的水费收交方式,实行谁用水谁交费、谁供水谁收费的政策,供水单位直接向用户收费,避免中间管理单位截留和回扣,确保水费的回收,收取的水费用来以水养水、以库养库,部分水费还可用于工程的维修及配套,逐步使松涛水利经济走上良性循环的轨道。
4.4抓好水资源的可持续利用工作
实现我国21世纪水资源可持续利用目标的途径一是靠节水,二是靠经济结构调整。海南同样如此。水资源的需求主要指工业、农业、生活用水和环境(保持水环境自净能力的需要)、生态(保持生态平衡)用水。水资源的来供范围包括可以利用的大气水、地表水、地下水、污水回收及海水淡化。
保证水资源供需平衡在于开源、节流。节约用水是保障供需平衡的主线,而水价是必不可少的经济杠杆。通过水价调节来提高水资源的利用效率,目前松涛灌区灌溉用水是节水的大户;工农业和生活也要节约用水,并要努力削减排污总量,节约环境用水;还要注重水土保持,节约生态用水。开源要以经济与生态效益为核心,力求科学合理;充分利用大气水,合理利用地表水,科学利用地下水,努力开拓污水处理回收,开发淡化海水。
结合松涛灌区的实际情况,我们应抓紧抓好以下三方面工作:
⑴水资源开发、利用、保护、管理的法规体系必须尽快健全。尽可能使这些法律内容具体化并定量化,增加可操作性,增补完善罚则条款,以使在实际工作中真正能做到“有法可依,有法必依,有法能依;执法必严,违法必究,究办必力。”
⑵水资源统一管理体制必须适应市场经济要求,管理要规范化、现代化。
⑶尽快建立健全水资源开发利用工作机制,使松涛灌区水资源可持续利用得到有力保障。
4.5加快水利人才队伍建设
NUM数控系统以其功能的强大性,开放性、灵活性、高速和高精度而著称,尤其是开放性的人机界面功能深受用户的欢迎。利用系统提供的MMITOOL软件,可以开发出适合机床特点的专用中文人机界面。在齿轮机床行业得到了广泛的应用,其数控系统销售量一直处于领先地位。
蜗杆砂轮磨齿机是一种高效、高精度的齿轮精加工机床,用于磨削标准或者修形的圆柱渐开线齿轮,适用于大批量小模数齿轮的加工。由于其数控系统采用的是法国NUM1060HG数控系统,在操作习惯和用户界面上和我国有很大的不同,增加了用户在安装、调试、编程、操作和维护等方面的难度。在工件的加工过程以及系统的调试和维护过程中,用户通过人机界面与系统存在着大量的交互过程,因此,基于NUM的磨齿机数控系统的二次开发对于简化用户操作,提高生产率具有重要的意义。
二、系统结构与功能
数控磨齿机采用展成原理,砂轮为蜗杆状,相当于齿条的砂轮与被磨齿轮相啮合,在连续展成运动中实现展成磨削。该磨齿机共有6个轴,分别为径向X轴、切向Y轴、轴向Z轴、修整进给U轴、砂轮旋转B轴和工件旋转C轴,可实现多轴联动。依据机床结构和加工的要求,利用NUM数控系统提供的软件工具,采用VB语言,开发了蜗杆砂轮磨齿机的人机界面系统,该系统主要由参数设置模块、齿向修形模块、显示模块、机床调整模块组成。总体结构。
1、系统平台和开发工具
该系统运行于NUM数控系统上,经编译后通过PLCTOOL加载到数控。其开发工具有PLCTOOL,MMITOOL和MicrotecMcc68K编译器或VisualC++编译器。PLCTOOL可以方便地编写PLC梯形图或进行高级语言C的编程,将用户定义的参数传递到数控,它是后台处理程序必不可少的工具。MMITOOL主要用于创建NUM数控的人机界面,它可以通过内部图形库或自定义的图形库进行链接,编制自己个性化的中文界面。MMITOOL和MicrotecMcc68K编译器或者VisualC++编译器用于编译程序,使之生成代码,从而下载到数控系统中去。
2、系统功能
依据总体结构图,系统各模块的功能如下:
(1)参数设置该模块分为齿轮参数和砂轮参数设置界面,用于设定待加工零件的尺寸参数和齿坯类型,如齿数,模数,齿宽和砂轮参数等。参数设置界面。
(2)齿向修形该模块包括鼓形齿和锥形齿修形,可以补偿齿轮的弯曲和扭转变形,改善载荷沿齿向分布的状况,在砂轮修整时可根据需要设定其数据。
(3)显示模块该模块包括工作方式和状态显示。工作方式模块用于选择不同的工作方式,如自动、手动和MDI方式,以执行该方式下的相应命令。状态显示模块用于显示正在加工零件的尺寸、加工程序名和当前加工的程序行等信息,实时反映加工状态,方便用户对加工过程进行监控。
(4)机床调整该模块主要显示机床的相关信息,如速度、数控系统报警信息等,可以为用户维护机床提供帮助。
(5)MMIDBNUM数据库MMIDBNUM中包含了预定义的需求和变量,有只读和可写变量之分。
用户可以定义新的只读和可写变量,以创建自己的数据库,对其进行编辑修改、添加和删除等数据库操作,并可利用数据库管理工具对其进行维护,方便地通过变量与数控系统建立联系,使得数据的交换以及加工程序的修改更为直接和简单。
三、数据通讯
输入界面中的参数,如齿轮和砂轮参数设置中的数据,必须经过后台处理,与数控系统建立相关的联系,方能对变量进行访问,对零件加工程序进行修改。否则,数控系统无法识别所输入的数值,也就无法完成用户的加工请求。后台处理必须在关系层中设定,并编写PLC程序,将其传递给数控中的变量,通过这种交换就可以将用户输入到人机界面变量的数值直接传至PLC程序的变量中,再用PLC程序将该变量值拷贝到零件加工程序相应的E参数中。使得在屏幕上输入的数值能自动地修改加工程序的变量。
E参数中的数据必须在零件加工程序中使用才能使人机界面中输入的数据有效。E参数可以在零件加工程序中直接使用,也可以将E参数传给程序变量L参数,然后就可以在零件程序中使用L参数了。而E参数必须与用户在MMI界面里定义的变量建立联系,即通过PLC将变量的数值传递给E参数的地址。
因此,通过数据交换系统,可以很方便的进行零件加工程序的修改,用户无需为不同大小的零件去改动加工程序,只需在相应的界面中输入齿数、模数、齿宽、进刀量和进刀次数等相关参数,就可以进行齿轮的自动磨削,大大提高了生产效率。
四、系统运行与工作过程
数控磨齿机各显示模块和控制模块设计后,还需经测试、编译和调试,才能在数控系统上运行。利用NUM提供的调试工具,对其进行测试,如果没有错误,可将编译好的文件下载到系统进行现场调试,否则,重新修改程序,再进行编译。现场调试,对于整个系统是至关重要的,不仅要检查数据是否能正常显示,还要对设置的参数能否修改加工程序进行检验。只有通过反复的现场调试,发现问题,及时解决问题,才能保证在实际加工过程中实现预期的目标。
利用NUM1060HG数控系统开放的环境,使用NUM工具开发软件,制作了适合于蜗杆砂轮磨齿机磨削工艺的友好人机对话界面,使得机床用户更加容易操作。可以完成对数控各种变量的访问,对加工所需的参数进行设置,选择自动、手动等不同的工作方式,并能动态显示六个轴的位置,实时反映加工信息,监控加工过程的运行状态。系统工作流程图。
一、充分认识在实验教学中开发学生智力的重要意义
1、开发学生智力是全面贯彻党的教育方针的需要
我们教育的总目标是使学生在德、智、体、美、劳诸方面都得到发展,智育即包括化学实验知识技能的传授,又包括开发学生的智力。有人认为智育就是传授知识,这显然是把“智”当作“知”来理解了,这是不全面的。人无知识不行,但光有知识没有智慧更不行,有了知识不会用,知识就是僵死的东西。有了知识又有了智慧,才能举一反三、触类旁通、灵活运用,把实验知识、技能转化为实践工作的创造性能力,因此,实验教学中须注意开发学生的智力。
2、开发学生的智力,是培养社会主义经济建设科技人才的基本措施
近几十年来,由于科学技术的飞速发展,反映科技成果的科学知识也在不断的更新换代。由于新的知识层出不穷,学生毕业后必然会遇到他们所不熟悉的新科学应用技术、新的发现、新的成果,那时,他们必须发挥自己的智慧去弄懂、掌握、应用它们。因此,只有认真重视开发学生的智力,才能使学生面向现代化、面向世界、面向未来。
3、化学实验教学对开发学生的智力有其独特的优势
化学实验这门课程是通过教学活动使学生把学到的理论知识在实践操作中进行论证,使理性认识转化为感性认识,并在感性认识过程中,通过实验技能知识的积累和独立思考,不断丰富观察力、想象力及分析问题和解决问题的能力,使其智力得到开发。例如,在乙醇制备乙醚的实验中,学生已知副产物有乙烯生成,但副产物是怎样产生的呢?学生在实验过程中观察发现得知:反应首先是乙醇与浓硫酸作用,生成硫酸二乙酯,反应伴有放热。然后乙醇进一步与硫酸二乙酯在加热条件下作用生成乙醚,但如果反应时温度过高,则硫酸二乙酯分解生成乙烯,同时伴有碳化副反应现象发生。
这是学生在掌握乙醇加热生成乙醚的基础上,在实验中通过观察得出新的理性认识,使其智力得到锻炼。
二、在实验教学中开发学生智力的方法
1、要加强“双基”教学,为开发学生的智力奠定基础
智力和知识、两者是紧密相连的。如果一个人对客观事物一无所知,就根本谈不上有什么分析问题和解决的能力。从这个意义上来说,缺乏一定的知识,就会阻碍学生智力的开发,因此,要开发学生的智力,教师就必须加强基础知识的教学和基本技能的训练。从化学实验这门学科而言,就必须通过课堂理论课的教学,把反映客观物质本质性的知识,通过实验,使学生获得的理性知识,在实验中加以检验,并对实验中的问题加以分析解决,达到智力开发的目的。要完成这个任务,教师在教学过程中就要注意讲练结合。所谓“精讲”就是画龙点睛地把实验的重点、难点和实验成败的关键讲清楚。“练”就是根据教学目的,精心安排设计各种实验内容,培养学生运用知识的能力。
2、坚持启发式教学方法,为开发学生智力创造条件
智力的开发与学习知识虽有密切的联系,但智力的开发又不能简单的归结为对理论知识和实验技能的学习,更重要的是对理论知识和实验技能的灵活运用,使理论知识渗透于实验操作之中,实验的事实结果又能升华为理论。如果教师是注入式灌输的,学生就只会死记硬背、照方抓药、机械的模仿操作,智力就难以开发。如在实验过程中,学生常会得出一些反常的实验现象,有的甚至实验失败。对此,学生往往会向教师提出许多各种各样的问题,面对这些提问,教师应该与学生一道共同分析实验操作中每一个环节,引导学生找出问题所在,并让学生自己思考解决问题的途径与方法,这样才利于学生的智力开发。启发式教学的关键在于教师要深入细致地钻研教材,结合学生实验,采取各种有效方式,充分调动学生的学习积极性,启发学生积极思考、活跃思维,激发学生的求知欲,发展观察、思维和想象等方面的能力。
本文采用多案例研究方法。通过多案例的探索性分析,验证本文所提出的协同能力通过客户知识管理过程对服务产品开发绩效作用机制的合理性。
1.1案例选择根据Eisenhardt的观点:案例不是随机选择的,一般选择4到10个案例是案例分析的理想个数[15]。本研究选择了5家企业作为案例研究的对象。选择标准如下:首先,为避免行业之间的差异以及减少外部变异,将所选案例限定在服务业;其次,为保证案例研究的代表性以及行业分散度,所选取的案例企业所在行业包括保险、银行、证券,邮电设计院以及研究院;第三,所选择的案例企业,兼顾了企业的代表性以及信息的丰满度。第四,选取的案例企业成立已有相当长的一段时间并且其中的管理者与研究者具有一定的人脉关系,保证相关数据能够获得。第五,所选取的企业在协同能力,客户知识管理过程以及服务产品开发绩效等各主要指标上表现有一定的差异性,以便更好地达到多重检验的效果。
1.2数据收集与质量控制数据的收集从2013年4月中旬-2013年9月中旬,采用一手和二手资料两种收集方法。一手资料主要通过对每个案例企业的研发部以及客户管理岗位的相关管理者进行半结构化深度访谈获得。二手资料的收集主要通过查阅相关企业的网站以及索取和查阅相关行业资料、相关企业的书籍、发表的文章、内部文档(年度报告、分析家报告等)和其他有关公司的材料而获得。
1.3数据分析方法本文采用内容分析方法对所收集的数据进行编码。首先,通过案例内分析,将所有数据按照理论预设进行归类,这些类别主要包括:企业基本信息以及企业协同能力、客户知识管理过程、服务产品开发绩效等主要变量进行分析和结构化编码,识别各个案例的变量特征,并对主要变量的子类数据进行编码;再次,对编码后的数据进行案例间对比分析和印证(三角验证的方法)以及分析性归纳方法[16],探索案例企业的协同能力、客户知识管理过程、服务产品开发绩效等变量之间的相关性与因果关系,进而提出研究命题,得出相应结论。
1.4案例企业简介本研究所选取的5个案例企业基本信息如表1所示。
2案例分析
2.1变量设定(1)协同能力水平。根据理论预设部分所述,协同能力是协同各种资源要素从而促进创新实践的一种能力,包括吸收能力,协调能力以及关系能力三个维度。本研究通过对企业的吸收能力,协调能力以及关系能力的访谈测度企业的协同能力水平。(2)客户知识管理过程。根据前人研究[17][18]以及前面的分析,本文认为客户知识管理过程就对客户需要的知识、客户拥有的知识、关于客户的知识、与客户共同创造的知识的管理,发生在客户知识的获取,共享以及应用环节。客户知识管理过程的三个环节在案例企业中的表现如表3所示。(3)服务产品开发绩效。服务产品开发属于创新活动的范畴,是对创新观点的新需求以及对原始模型的新挑战。对于服务业而言,服务产品开发绩效表现为新服务产品销售额占销售总额的比重、新服务产品数、新服务产品成功率、服务产品开发速度等方面[19]。案例企业的服务产品开发绩效如表4所示。
2.2案例数据编码本节通过案例内分析方法对本研究涉及的变量以及子类进行了分析,并根据访谈人员及专家对企业协同能力、客户知识管理过程以及服务产品开发绩效三个变量及其子类进行的评判打分,以便更清晰地反映案例分析的最终结果,也有利于归纳各变量之间的关系(表5)。所有变量评价用“很差、较差、一般、较好、很好”五个等级表示案例企业各项指标水平。
3研究命题的提出
本节通过对案例企业间各组变量的对比分析,验证协同能力,客户知识管理过程以及服务产品开发绩效之间的关系,提出探索性研究命题。
3.1协同能力与客户知识管理过程(1)吸收能力与客户知识管理过程。在理论预设中,本文认为企业协同能力中的吸收能力与客户知识管理中的知识获取、共享及应用正向相关。案例分析的数据结果较好地支持了这一观点(表5)。例如,A保险公司能够积极与客户进行沟通,从周围环境快速地吸收,识别以及利用新信息和知识,其知识吸收途径不仅包括公司客户还包括个人客户,保险公司的业务人员可以随时地根据周围环境及人员适时地推荐其产品和服务,吸收能力强,而且由此可以较好地获得、共享到客户的相关知识,并进行应用。D邮电设计院主要通过招投标以及客户对服务的反馈吸收,识别,转移和利用信息,吸收能力较强,知识的获取、共享以及应用主要是建立在已建立业务的基础上,一旦业务建立,合作双方就会获取以及共享到彼此所需知识,并且快速地进行应用,根据客户需求改动方案,满足客户需要。据此可推测,当企业具有较好地吸收能力时,往往能够从环境中快速地吸收,识别,转移和利用新知识并获取到对自己有用的知识,与客户共享,并应用于实际的业务过程中,满足客户需求的同时,能够对有用的知识和信息进行管理,并应用于新产品及新服务开发中。通过上述分析,本研究提出以下命题:命题1:企业的吸收能力对客户知识的获取有显著的正向影响;命题2:企业的吸收能力对客户知识的共享有显著的正向影响;命题3:企业的吸收能力对客户知识的应用有显著的正向影响。(2)协调能力与客户知识管理过程。在理论预设中,本文认为企业协调能力与客户知识的获取、共享及应用正相关。表5案例数据结果较好地支持了这一观点。比如,B证券公司与银行以及其他证券公司及企事业单位客户之间有相关联系,构建了相应的知识交流和沟通平台,能够较容易而且快速地通过客户的理财及投资需求和公司客户的业务需求获得以及共享到客户对产品的信息及知识需求;而且,能够较快地把客户的需求应用到具体的业务中,并可以根据客户的需求设计定制化的理财产品和流程。E研究院的协调能力主要表现在:主要与政府机构、大学及其他科研机构的知识交流较好,能够获得相关信息和知识,但是知识获取途径较为单一;其与客户知识的共享主要是在业务已经建立的情况下,在研发过程中,产生的知识是共享的,通过专利注册、技术文档资料归档等共享彼此信息和知识;另外,其对于客户知识的应用较为快速,能够快速根据客户的需求改动研发以及设计方案,满足客户需要,然而,由于其资金、技术、运营等方面的问题,知识应用效果并不理想。据此可以推测,当企业能够建立从其他公司和组织获得知识来源的接口,其客户知识获取方式以及途径就较好,同时在已建立业务情况下,彼此能够很好地共享相关知识,并把对于彼此的需求告知对方,从而快速地应用于设计方案或流程中,进一步完善方案和流程,设计出满足客户需求的服务及产品。因此,提出以下命题:命题4:企业的协调能力对客户知识的获取有显著的正向影响;命题5:企业的协调能力对客户知识的共享有显著的正向影响;命题6:企业的协调能力对客户知识的应用有显著的正向影响。(3)关系能力与客户知识管理过程。在理论预设中,本文认为企业协同能力中的关系能力与客户知识管理过程中的客户知识获取、共享及应用正向相关。.然而,案例分析的结果却有所不同(表5)。比如,对于A保险和B证券以及C银行来说,企业的关系能力对客户知识的获取、共享及应用具有显著的正向影响作用。然而,对于D邮电设计院以及E研究院来说,情况有所不同。D邮电设计院在培养,发展和管理合作伙伴上表现一般,通常都是做完一个项目,通过客户良好的反映以及推荐和公司声誉赢得客户,因此,其关系能力一般;但其对客户知识的应用较为快速。E研究院管理人员认为公司与客户知识的获取主要通过产学研合作以及政府机构的支持获取相关客户知识及信息,知识获取途径一般;客户知识的共享主要表现在业务已经建立的情况下,在研发过程中,与客户共享彼此知识,而且通过专利注册、技术文档资料归档来完成;但其客户知识的应用较为快速,能够根据客户的需求快速改动研发以及设计方案。据此可推测,当企业培养、发展和管理合作伙伴的能力较强时,可以获得较多以及共享的客户知识,但是对于客户知识应用因为行业不同而有所不同。因此,提出:命题7:企业关系能力对客户知识获取有显著的正向影响。命题8:企业关系能力对客户知识共享有显著的正向影响。
3.2客户知识管理过程与服务产品开发绩效(1)客户知识获取与服务产品开发绩效。在理论预设中,客户知识获取与服务产品开发绩效正向相关。案例分析的数据结果较好地支持了这一观点(表5)。如,能够获得大量知识的A保险以及B证券具有很好的服务产品开发绩效,而对于客户知识获取并不多的E研究院和C银行,其服务产品开发绩效并不是很理想。A保险通过宣传、拜访客户及,举办相关讲座获得客户的属性及购买意愿,性格,偏好等大量的客户信息和知识,从而逐渐推出从意外险到重疾险、保障险、少儿教育年金、养老险、分红险、万能险等服务产品,最大程度满足客户需要。而客户知识来源于政府以及科研机构的E研究院,由于无法直接得到更多的客户信息及知识,虽具有高端的人才储备,但是由于众多限制使其服务产品开发绩效则始终表现一般。由此可推测,企业能够获取越多的新知识及信息,其解决问题的思路就越宽广,拥有的理念就越新颖,发现的新机会就越多,越有利于新产品及服务的开发,其服务产品开发绩效就越好。通过上述分析,本研究提出以下命题:命题9:企业客户知识的获取对服务产品开发绩效有显著的正向影响。(2)客户知识共享与服务产品开发绩效。在服务产品开发过程中客户知识的共享对企业开发服务产品尤为重要。从表5可以看出,客户知识的共享对企业服务产品开发绩效有一定影响。比如,除了A保险以及D邮电设计院客户知识的共享对服务产品开发绩效具有显著的正向影响外,B证券、C银行以及E研究院,其客户知识共享对服务产品开发绩效的影响作用并不显著。尤其是对于D研究院来说,虽然在业务建立后,其与客户之间具有良好的知识共享,但是由于技术能力、运营能力、资金能力等较低,导致服务产品水平较低。据此推测,企业与客户之间所共享的知识越多,越能够获得客户的需求,从而改良产品及方案,但是在方案改良的过程中,其服务产品的绩效还取决于企业的技术能力、运营能力、资金能力等因素。这些因素会影响企业新产品数、新产品成功率、服务产品速度等方面。因此,提出:命题10:客户知识共享对服务产品开发绩效具有一定影响。(3)客户知识应用与服务产品开发绩效。在服务产品开发过程中企业需要把获得以及共享的客户对于服务产品的知识应用到实际工作中,这样才能促进服务开发绩效。从表5案例编码结果可知,客户知识应用与服务产品开发绩效正向相关。比如,在知识应用表现良好的A保险,B证券以及D邮电设计院,其均具有良好的服务产品开发绩效。对于C银行,虽能够较好地把客户的知识应用于日常服务中,根据客户投资或融资的需求,设计与研发相应的产品,但是知识应用效果不明显,因此,导致服务产品开发绩效不是很高;对于E研究院,其客户知识的应用较为快速,能够根据客户的需求完善研发以及设计方案,但由于研究院运营能力及技术能力较低,知识应用速度慢,导致服务产品水平较低。通过上述分析,本文提出以下命题:命题11:客户知识的应用对企业服务产品开发绩效有显著正向影响。
3.3企业协同能力与服务产品开发绩效通过对表5的数据以及案例的总结还可以发现,企业的协同能力与服务产品开发绩效之间有较为明显的正相关关系。企业的吸收能力、协调能力以及关系能力均有利于服务产品开发绩效。比如,具有较强协同能力的A保险,B证券,均具有较好的服务产品开发绩效;而E研究院的吸收能力,协调能力以及关系能力较弱,其服务产品开发绩效就处于一般水平。综合上述分析,本研究提出以下命题:命题12:企业协同能力(吸收能力、协调能力以及关系能力)对企业服务产品开发绩效具有显著的正向影响。
4结论