數學建模思想在工業領域中的應用

【摘 要】本文在數學建模思想進行分析的基礎上，對國內外工業領域中數學建模思想應用的現狀進行了研究，發現了應用過程中存在缺少人才和管理理念的缺失等問題，最后結合實際應用中存在的問題，對其在工業領域中應用的措施進行了研究，希望能給數學建模思想的應用，提供一定的參考。

【關鍵詞】數學建模；思想；工業領域；應用

隨著我國經濟和工業水平的提高，在實際的工業生產中，越來越多的使用現代信息技術，但是受到特殊的歷史因素影響，我國工業起步的時間較晚，在西方國家進行工業革命時，我過還處于自然經濟階段，甚至在建國后的很長一段時間，一直采用封閉的發展模式，導致了我國經濟和科技水平較低，工業水平要落后西方國家很多。在實行改革開放之后，我國的工業得到了快速的發展，通過學習先進的現代技術，改善了整體的工業生產情況，但是與發達國家相比，工業領域依然具有較差的差距，因此如何提高工業生產的效率，成為了我國專家和學者研究的問題，而數學建模思想作為先進解決問題的方式，如果能夠應用在工業領域中，就能夠在很大程度上提高生產的效率。

1數學建模思想簡述

1.1數學建模出現的背景

數學作為一門歷史悠久的學科，從有人類文明開始，就已經使用數學來解決實際問題，但是受到當時技術水平的限制，通常是使用數學來進行計算，解決一些簡單的問題，隨著自然科學的發展，數學自身理論得到快速的發展，甚至超過了實踐很多，在這種背景下，如何利用數學理論來解決實際問題，成為了很多專家和學者研究的問題。經歷了兩次工業革命和一次科技革命之后，現在已經進入到了信息時代，計算機作為信息時代的基礎，其所能夠解決實際問題，就是采用了數學二進制的原理，通過電路的兩種狀態與二進制相結合，在通電以后，計算機就能夠自行的進行計算，但是計算機如何能解決實際問題，就是通過數學模型的方式，從某種意義上來說，計算機本身就是一個數學模型。但是在計算機出現的早期，人們并沒有將計算機與數學進行過多的聯系，而計算機軟件技術的出現，才讓人們意識到數學建模的重要性，軟件作為其應用的主要方式，是計算機能夠解決實際問題的基礎，而計算機程序開發的過程，就是建立數學模型的過程，通過實際的調查可以知道，首先出現的軟件是出于工業領域的需要，數學建模正是在計算機應用的促進下，逐漸形成的一門學科。

1.2數學建模思想的發展

數學建模思想是近些年隨著自然科學的發展，逐漸形成的一門應用學科，其主要的作用就是利用數學知識來解決實際問題，受到特殊的歷史因素影響，與西方發達國家相比，我國的科技起步較晚，對于數學建模思想等先進理念研究的也比較少，雖然在改革開放以后，我國的經濟水平得到了極大的提高，為了培養我國的數學建模人才，從1992年開始，每年都會舉辦一屆全國大學生數學建模大賽，通過這樣的方式，提高學生們數學建模的能力。對于數學建模思想的研究，我國一直處于落后的水平，尤其是受到工業等領域的影響，實際的生產中，還沒有完成信息化的改造，生產的效率比較低，使用的大多還是傳統的設備，雖然機械化的水平較高，但與日韓等發達國家相比，自動化的程度較低，依然需要大量的人力，這在一定程度上限制了數學建模等先進思想的發展，理論的進步離不開實際應用的需求。正是缺少了實際應用的需求，導致我國先進理論的研究較差，要想從根本上改變這種現象，除了加強理論的研究外，還要提高實踐的水平，只有實踐與理論的相互促進，才能夠在最大程度上提高經濟和科技能力。

2數學建模思想在工業領域中應用的現狀

2.1國外數學建模思想在工業領域應用的現狀

由于自然科學的起源和發展都在西方，而在工業革命時期，是自然科學發展最快的一個階段，但是當時我國處于半封建半殖民地統治，經濟和科技幾乎處于停滯狀態，在經過了兩次工業革命之后，機械化水平已經發展到了一個頂峰，在這種背景下，出現了一次科技革命，將人們帶入到了信息時代，而計算機作為信息時代的標志，非常受到人們的重視。進入到信息時代后，對于工業領域來說，可以說又經歷了一次革命，機械時代用機械設備取代了人力，極大的提高了生產的效率，但是還需要人來操作設備，隨著經濟的發展，對工業產品需求量越來越大，為了滿足市場的需要，同時提高企業的效益，很多工廠都進行二十四小時不間斷的生產，雖然機器設備不需要休息，但是人員卻需要。而信息時代最大的產物計算機，卻可以實現工業生產的自動化，利用智能化的軟件，使得機械設備可以自動運行，只需要少量的維護人員即可這就滿足了目前工業生產的需要，而無論是自動化技術還是軟件技術，其根本都是建立數學模型，如在實際的工業生產中，根據生產的需要，將生產線用數學符號描述出來，然后建立一個模型，編寫出相應的控制程序，就可以操控整條生產線的運行。

2.2我國數學建模思想在工業領域中應用現狀

通過實際的調查發現，我國對于數學建模思想的應用還比較少，雖然隨著計算機軟件技術的普及應用，人們已經認識到了數學建模思想的重要性，并在理論上對其進行研究，國家每年都會舉辦相應的建模大賽，以此來促進人們對于相關知識的學習，并通過比賽的方式，提高應用數學建模的能力，同時比賽的題目就是實際問題，如果參數的隊伍中，能夠有好的數學模型，企業就可以直接作為參考，由此可以看出，競賽題目是目前我國數學建模思想應用的主要方式。對于工業領域的日常生產中，很少會直接應用到數學建模的思想來解決問題，首先受到企業自身生產條件的限制，目前我國使用的生產設備比較落后，還處于傳統的機械設備水平，信息化的水平很低，要想在這種基礎設施的條件下，采用數學建模思想解決問題，顯然不夠現實，其次就是數學建模理論自身的限制，現在對于數學建模思想的研究比較少，尤其是實踐的機會少，管理者對數學建模的了解有限，這些都在很大程度上限制了我國數學建模思想應用的發展。

3數學建模思想在工業領域應用存在的問題

3.1缺少相應的人才

應用數學建模最好的方式就是通過計算機軟件，在工業領域中，使用的輔助設計和生產等軟件，都是由軟件公司開發的，很少有生產企業會直接設計相關的軟件，主要就是受到開發成本的限制，同時缺少相應的人才，通過實際的調查發現，在計算機出現的早期，由于其性能比較低，只能處理簡單的任務，因此程序編寫也比較簡單，人們要想利用計算機來解決實際問題，每次都需要進行程序的編寫，當時工業領域出于實際應用的需要，會編寫一些應用軟件。但是隨著晶體管和集成電路等出現，計算機的性能得到了極大的提高，軟件具有的功能也越來越多，在很大程度上提高了程序編寫的難度，在這種背景下，企業要想在自身的基礎上開發軟件，需要雇傭大量的人才，與直接購買軟件相比，顯然會提高很多成本，除了計算機軟件的方式外，在工業領域中還有些地方可以利用數學思想來解決問題，但是由于缺少了相應的人才，使得企業在遇到問題時，沒有專業的人員對問題進行分析，也無法建立數學模型。正是這種人才上的缺失，限制了數學建模思想在工業領域中的應用，從整體上來看，雖然西方國家的理論研究較好，但是在實踐的過程中，主要是通過軟件等服務型企業來進行應用，生產企業自身，并沒有相應的人才隊伍，這樣提供的服務，通常是根據企業的普遍情況，沒有足夠的針對性，在很大程度上限制了數學建模思想的應用。

3.2管理觀念落后

雖然近些年數學理論得到了很大的發展，數學建模思想也逐漸被人們所接受，但是如何利用數學建模來解決實際問題，很多人并不清楚這個過程，尤其是在工業領域中，管理者的觀念比較落后，對于近幾年興起的數學建模思想，沒有足夠的認識，在遇到實際的問題時，首先想到的是采用傳統的方法來解決，雖然處理問題的效率比較低，但是對于這些管理者來說，能夠解決問題就可以，只會在傳統的方法中，找到一種效率較高的方式。正是這種管理觀念上的落后，限制了數學建模思想的使用，也有一些企業，抱著試一試的態度，將一些實際問題拿出來，作為數學建模比賽的題目，以此來觀察解決問題的效率，而在大賽舉辦之初，受到賽制和參賽隊員自身水平的限制，建立的模型較差，無法在最大程度上解決問題，使得企業認為建模思想與傳統解決問題的方式相比，在效率上并沒有天多的提升。

4數學建模思想在工業領域中應用的措施

4.1成立相應的數學建模部門

要想在工業領域中應用數學建模思想，首先應該確保企業擁有相關的人才，雖然通過服務型公司，可以購買到相應的服務，對于小型的企業來說，這樣的方式比較好，由于需要解決的問題比較少，而且相對簡單，因此服務的成本低，但是大型企業在實際生產的過程中，經常會遇到各種問題，如果選擇購買服務的方式，顯然需要很高的成本，如果能夠招收足夠的人才，然后成立一個數學建模的部門，就可以從根本上解決這個問題。在這個部門成立之后，不僅可以解決出現的問題，也可以對現有的生產方式進行優化，調整生產使用的資源，從而最大程度上提高企業的效益，對于工業領域來說，生產效率是企業關注的主要問題，而數學建模的部門中的人員，可以通過顧問的方式存在，日常的運營中，能夠直接處理簡單的問題，遇到嚴重的問題時，需要具有足夠專業知識的人來進行解決。通過這樣的方式，能夠確保提供的服務具有足夠的針對性，由于數學建模是計算機軟件的基礎，因此工業領域中使用的軟件，都可以交給這個部門來進行設計，如果向軟件公司來定制軟件，在需求分析階段中，這個部門可以直接提供一個數學模型，在這個基礎上開發出來的軟件，將比直接提出需要的功能更加直接，由此可以看出，對于大型的企業來說，成立相應的數學建模部門，對于解決企業遇到的實際問題，具有非常重要的作用。

4.2重視數學建模思想

從根本上來說，數學建模思想在工業領域中，應用的情況較差，主要就是因為沒有受到足夠的重視，管理人員沒有足夠的觀念，要想解決這個問題，首先應該提高管理者的重視，意識到數學建模的重要性，與傳統解決問題的方式相比，數學建模顯然能夠在很大程度上提高處理問題的效率，如果在實際的生產中，能夠利用數學模型，對生產資源進行優化，建立一個最佳的生產方式，就可以提高生產的效率。但是受到管理人員自身水平的限制，很難在短時間內改變對數學建模的認識，只有通過大賽這樣的方式，普及數學建模的重要性，在政府部門的扶持下，加大數學建模大賽的知名度，讓更多的人了解數學建模思想，通過實際的調查發現，近幾年我國數學建模大賽的質量有了很大的提高，其中一些模型已經被企業所實踐，在工業等領域中，得到實際應用，但是由于宣傳的力度不夠，能夠了解的人員很少，尤其是企業的管理者，如果企業的管理者有足夠認識，必然會重視數學建模的應用。

5 結語

數學建模思想經過了多年的發展，自身的理論已經比較完善，但是利用數學建模思想來解決實際問題，依然是很多專家和學者研究的問題，而工業領域中，為了提高生產的效率，基本實現了機械化的改造，通過全文的分析可以知道，目前機械設備的使用已經達到了一個極限，要想進一步提高生產的效率，只能提高自動化水平，而數學建模思想作為一種先進的理念，如果能夠應用在工業領域中，在促進軟件技術發展的同時，也能夠解決日常生產中的很多問題。

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作者簡介：

魏樹國，男（1972.12～ ），漢族，黑龍江省綏化人，北京工業職業技術學院，學士，講師。研究方向：數學教育、數學建模。

彭淑梅，女（1970.10～ ），漢族，山西省廣靈縣人，北京工業職業技術學院，碩士，講師。研究方向：數學教育、博弈、數學建模。