发布时间：2023-03-20 16:16:04
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论文摘要 随着液压伺服控制技术的飞速发展，液压伺服系统的应用越来越广泛，随之液压伺服控制也出现了一些新的特点，基于此对于液压伺服系统的工作原理进行研究，并进一步探讨液压传动的优点和缺点和改造方向，以期能够对于相关工作人员提供参考。
一、引言
液压控制技术是以流体力学、液压传动和液力传动为基础，应用现代控制理论、模糊控制理论，将计算机技术、集成传感器技术应用到液压技术和电子技术中，为实现机械工程自动化或生产现代化而发展起来的一门技术，它广泛的应用于国民经济的各行各业，在农业、化工、轻纺、交通运输、机械制造中都有广泛的应用，尤其在高、新、尖装备中更为突出。随着机电一体化的进程不断加快，技术装各的工作精度、响应速度和自动化程度的要求不断提高，对液压控制技术的要求也越来越高，文章基于此，首先分析了液压伺服控制系统的工作特点，并进一步探讨了液压传动的优点和缺点和改造方向。
二、液压伺服控制系统原理
目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。
液压伺服控制系统的工作特点： (1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。 (3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。
综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。
在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。
三、液压传动帕优点和缺点
液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：
1 液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。
2 液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。
3 传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。
液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。
总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。
四、机床数控改造方向
(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。
(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。
(三)提高可靠性。数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。
目前以高压液体作为驱动源的伺服系统在各行各业应用十分的广泛，液压伺服控制具有以下优点：易于实现直线运动的速度位移及力控制，驱动力、力矩和功率大，尺寸小重量轻，加速性能好，响应速度快，控制精度高，稳定性容易保证等。
液压伺服控制系统的工作特点：(1)在系统的输出和输入之间存在反馈连接，从而组成闭环控制系统。反馈介质可以是机械的，电气的、气动的、液压的或它们的组合形式。(2)系统的主反馈是负反馈，即反馈信号与输入信号相反，两者相比较得偏差信号控制液压能源，输入到液压元件的能量，使其向减小偏差的方向移动，既以偏差来减小偏差。(3)系统的输入信号的功率很小，而系统的输出功率可以达到很大。因此它是一个功率放大装置，功率放大所需的能量由液压能源供给，供给能量的控制是根据伺服系统偏差大小自动进行的。
综上所述，液压伺服控制系统的工作原理就是流体动力的反馈控制。即利用反馈连接得到偏差信号，再利用偏差信号去控制液压能源输入到系统的能量，使系统向着减小偏差的方向变化，从而使系统的实际输出与希望值相符。
在液压伺服控制系统中，控制信号的形式有机液伺服系统、电液伺服系统和气液伺服系统。机液伺服系统中系统的给定、反馈和比较环节采用机械构件，常用机舵面操纵系统、汽车转向装置和液压仿形机床及工程机械。但反馈机构中的摩擦、间隙和惯性会对系统精度产生不利影响。电液伺服系统中误差信号的检测、校正和初始放大采用电气和电子元件或计算机，形成模拟伺服系统、数字伺服系统或数字模拟混合伺服系统。电液伺服系统具有控制精度高、响应速度高、信号处理灵活和应用广泛等优点，可以组成位置、速度和力等方面的伺服系统。
2、液压传动帕优点和缺点
液压传动系统的主要优点液压传动之所以能得到广泛的应用，是因为它与机械传动、电气传动相比，具有以下主要优点：
1液压传动是由油路连接，借助油管的连接可以方便灵活的布置传动机构，这是比机械传动优越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液压传动来驱动，以克服长驱动轴效率低的缺点。由于液压缸的推力很大，且容易布置。在挖掘机等重型工程机械上已基本取代了老式的机械传动，不仅操作方便，而且外形美观大方。
2液压传动装置的重量轻、结构紧凑、惯性小。例如相同功率液压马达的体积为电动机的12％～13％。液压泵和液压马达单位功率的体积目前是发电机和电动机的1／10，可在大范围内实现无级调速。借助阀或变量泵、变量马达可实现无级调速，调速范围可达1：2000，并可在液压装置运行的过程中进行调速。
3传递运动均匀平稳，负载变化时速度较稳定。因此，金属切削机床中磨床的传动现在几乎都采用液压传动。液压装置易于实现过载保护，使用安全、可靠，不会因过载而造成主件损坏：各液压元件能同时自行，因此使用寿命长。液压传动容易实现自动化。借助于各种控制阀，特别是采用液压控制和电气控制结合使用时，能很容易的实现复杂的自动工作循环，而且可以实现遥控。液压元件己实现了标准化、系列化、和通用化，便于设计、制造和推广使用。
液压传动系统的主要缺点：1液压系统的漏油等因素，影响运动的平稳性和正确性，使液压传动不能保证严格的传动比：2液压传动对油温的变化比较敏感，温度变化时，液体勃性变化引起运动特性变化，使工作稳定性受到影响，所以不宜在温度变化很大的环境条件下工作：3为了减少泄漏以及满足某些性能上的要求，液压元件制造和装配精度要求比较高，加工工艺比较复杂。液压传动要求有单独的能源，不像电源那样使用方便。液压系统发生的故障不易检查和排除。
总之，液压传动的优点是主要的，随着设计制造和使用水平的不断提高，有些缺点正在逐步加以克服。
3、机床数控改造方向
(一)加工精度。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。在设计数控机床、尤其是高精度或太中型数控机床时，必须精心选用检测元件。所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量，一般要求比加工精度高一个数量级。总之，高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。
(二)先局部后整体。确定改造步骤时，应把整个电气设备部分改造先分成若干个子系统进行，如数控系统、测量系统、主轴、进给系统、面板控制与强电部分等，待各系统基本成型后再互联完成全系统工作。这样可使改造工作减少遗漏和差错。在每个子系统工作中，应先做技术性较低的、工作量较大的工作，然后做技术性高的、要求精细的工作，做到先易后难、先局部后整体，有条不紊、循序渐进。
(三)提高可靠性。数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，如果发生故障其损失就更大，所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，它的规定条件是指其环境条件、工作条件及工作方式等，例如温度、湿度、振动、电源、干扰强度和操作规程等。这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。
4、结语
[关键词]污水处理 监控系统 人机界面
中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0378-01
1 国外发展状况
国外一些发达国家，如英美日等国，这些国家经济发达，在研究水处理新理论和工艺的同时，也重视污水处理自动控制系统的研究。先后投资研究高效型、智能型、集约型污水处理设备和自动化控制仪表，一些发达国家经过多年的努力，污水处理率已经达到80%～90%，成功地解决了来自城市和工业的点源污染问题。
发达国家在二级处理基本普及以后，投人大量资金和科研力量加强污水处理设施的监测运行管理。实现计算机控制、报警、计算和瞬时记录。美国在70年代中期开始实现污水处理厂的自动控制。目前主要污水处理厂已实现了污水处理工艺流程中主要参数的自动测试和控制。80年代以来在美国召开了两次水处理仪器化和自动化的国际学术会议，会上发表的数百篇论文反应了水处理自动化已发展到实用水平。
由于控制技术、网络通信技术以及现场总线技术的飞速发展，国外的污水厂很早便实现了污水厂的网络控制。国外同时注重水处理中的PLC的开发，相继研制出了一些功能稳定、小巧的控制单元，如AB公司的SLC系列、Siemens的S7系列；同时国外也很重视在线仪表的研制，如德国E+H公司，美国的哈希公司相继研制了溶解氧DO（Dissolved Oxygen）、化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）分析仪。
2 国内发展状况
解放初期由于工农业生产刚刚起步，当初的污水污染程度很低，并且提倡利用污水进行农业灌溉，特别是北方缺水地区将污水灌溉利用作为实验进行推广，所以全国仅有几个城市建设了近十座污水处理厂，在线工艺有的还是一级处理，处理的规模也很小，每天有几千立方米，最大的只有每天5万立方米左右，致使污水处理技术和管理水平处于落后的状态。
我国第一座大型城市污水处理厂――天津市纪庄子污水处理厂于1982年破土动工，1984年竣工投产运行，处理规模为26万立方米/天。纪庄子污水处理厂投产运行后多年来达到设计出水水质标准，使黑臭的污水变为清泉，它的诞生填补了我国大型污水处理厂建设的空白。在此成功经验的带动下，北京、上海等省市根据各自的具体情况分别建设了不同规模的污水处理厂。
近年来，国内外均有学者对污水处理自动控制工艺进行研究，寻求更精确、更可靠的方法实施自动控制。Zipper等研发了适用于小型污水处理厂的自动控制系统，该系统采用基于氧化还原电位（ORP）的控制器。这个控制器自动工作，并可以在硝化和反硝化之间进行优化，从而减少能耗。在验试中，他们发现，污水处理厂的实际负荷与ORP曲线变化具有很强的相关性。采用两点ORP控制保证了在增加负荷时硝化时间占运行时间的比率也随着增加。这些都为开发小型污水处理厂控制规则奠定了基础。随着改革开放，我国在开展经济建设的同时，也开始重视加强环境保护，修建了许多城市污水处理厂和工业废水处理厂，进入90年代以后，修建的污水处理厂开始引入自动控制系统，但很多污水处理厂是直接引进国外成套自控设备，国产自动控制系统在污水处理厂应用很少，如山东济宁市污水处理厂全套引进德国的机电、自控工艺和设备。因此，研究开发适合我国国情的污水处理自动化设备是摆在我国水处理专家的一项重要课题，同时也是以后发展的必然趋势。
与国外相比，我国污水处理自动控制起步较晚，七十年代开始采用热工仪表，实行集体巡检；八十年代应用分析仪表和DCS系统；至九十年代，随着一大批利用国际贷款的大型污水处理厂的建成投产，我国污水处理控制系统的自动化水平有了很大提高。从国外引进污水厂的自动控制系统已广泛采用集散式计算机监控系统，应用了自动化程度较高的检测仪表，各种新工艺、新设备大量出现并得到应用。可以说我国污水处理自动化的现状是：手动和自动皆备，自制和引用并举。可以看出我国的污水处理自动控制系统存在以下问题：
（1）传统污水处理自动控制系统要求建立精确的数学模型。并且提出必须遵循一些比较苛刻的线性化假设，然而实际污水处理系统由于存在复杂性、非线性、不确定性和不完全性等，一般无法获得精确的数学模型和与实际相符合的假设。因此，采用传统控制理论建立的污水处理自动控制系统在实际工程应用上存在出水水质波动较大等问题。
（2）污水处理自动控制系统中所采用的一些自动化检测设备、仪表的功能目前还很不完善，在实际检测中达不到预期效果，误差很大。因此.依靠这些检测设备判断污水处理情况，并实施自动控制。往往很难达到处理水质达标排放和节约能源的目的。
（3）国内外许多学者为提高污水处理厂的处理效率和降低能耗。开展了许多实时控制研究，如采用氧化还原电位（ORP）、溶解氧（DO）和PH值作为控制参数来控制出水水质和减小曝气量。但这些方法也存在一些问题，例如，控制污水处理厂硝化-反硝化过程所使用的ORP就很难判定，因此，绝大多数基于ORP控制的污水处理厂也执行时间控制，作为当控制器无法找到ORP特征点时的应急控制，这样就导致许多污水处理系统实际上仍然采用的是按时间控制整个处理过程。
（4）污水处理自动控制有别于其它控制系统，它需要对大量阀门、泵、鼓风机和吸、刮泥机、曝气池和污泥消化池内的搅拌器等机械设备及沉淀池和清化池进、排泥量进行控制，因此，污水处理厂需要自动控制的开关量多。它们常常要根据一定时间或逻辑顺序定时开关。但是，目前我国生产的开关质量存在一些问题，使用寿命较短。如果购买国外进口的，价格又很昂贵，一般污水处理厂又很难承受。因此，笔者认为制约我国污水处理自动控制发展的主要原因不是生产工艺问题，而是设备问题。
不难看出，整体上和国外相比，我国污水的自动控制系统仍然存在很大的差距，但是我国的应用前景却非常广泛、潜力很大。
3 结论
本文通过对国内外污水处理技术的回顾和研究，发现国内与国外技术存在的差距，不仅仅是硬件和软件控制系统的不足，还有工艺技术和控制方案的差距，希望研制控制系统不仅可以实现对污水厂水处理中各种设备的控制，还能完成对重要的工艺参数的监视，从而使整个水处理工艺流程工作在最佳状态。
参考文献
[1] 葛宝明.城市污水处理技术及工艺流程 [J].《赤子》，2012年，12（11）：16-20.
[2] 荆淑萍.Freelance2000控制系统在高炉电动鼓风机的应用 [J].本溪冶金高等专科学校学报， 2004年，12（6）：5-9.
【关键词】油气储运管道问题防腐问题研究分析
中图分类号： P641.4+62 文献标识码： A
一．引言
近年来国内外在管道防腐层材料和技术应用方面都取得了快速发展，防腐蚀新材料、新工艺和新设备不断出现并得到广泛应用。防腐层技术是新建钢质管道和在役管道安全运行的保障技术，防腐层的生产制造质量决定着钢质管道的使用寿命，了解国内外解钢质管道防腐层技术应用现状及发展趋势，抓住钢质管道建设快速增长的发展机遇，进一步提高防腐蚀技术应用水平是非常必要的。
二．对腐蚀的理解。
腐蚀金属在周围介质的化学、电化学作用下所引起的一种破坏现象。按管道被腐蚀部位，可分为内壁腐蚀和外壁腐蚀；按管道腐蚀形态，可分为全面腐蚀和局部腐蚀；按管道腐蚀机理，可分为化学腐蚀和电化学腐蚀等。
管道腐蚀一般是指避免管道遭受土壤、空气和输送介质（石油、天然气等）腐蚀的防护技术。
三．管道腐蚀的原因。
管道内壁腐蚀金属管道内壁因输送介质的作用而产生的腐蚀。主要有水腐蚀和介质腐蚀。水腐蚀指输送介质中的游离水，在管壁上生成亲水膜，由此形成原电池条件而产生的电化学腐蚀。介质腐蚀指游离水以外的其他有害杂质（如二氧化碳、硫化氢等）直接与管道金属作用产生的化学腐蚀。
长输管道内壁一般同时存在着上述两种腐蚀过程。特别是在管道弯头、低洼积水处和气液交界面，由于电化学腐蚀异常强烈，管壁大面积减薄或形成一系列腐蚀深坑。这些深坑是管道易于内腐蚀穿孔的地方。
管道外壁腐蚀视管道所处环境而异。架空管道易受大气腐蚀；土壤或水环境中的管道，则易受土壤腐蚀、细菌腐蚀和杂散电流腐蚀。
（1）. 大气腐蚀。大气中含有水蒸气会在金属表面冷凝形成水膜，这种水膜由于溶解了空气中的气体及其他杂质，可起到电解液的作用，使金属表面发生电化学腐蚀。影响大气腐蚀的自然因素除污染物外，还有气候条件。在非潮湿环境中，很多污染物几乎没有腐蚀效应。如果相对湿度超过80％，腐蚀速度会迅速上升。因此，敷设在地沟中的管道或潮湿环境的架空管道表面极易锈蚀。
（2）. 土壤腐蚀。土壤颗粒间充满空气、水和各种盐类，使它具有电解质的特征。管道金属在土壤电解质溶液中构成多种腐蚀电池。
（3）. 细菌腐蚀。也称微生物腐蚀。参与管道土壤腐蚀过程的细菌通常有硫酸盐还原菌、氧化菌、铁细菌、硝酸盐还原菌等。
（4）. 杂散电流腐蚀。流散于大地中的电流对管道产生的腐蚀，又名干扰腐蚀，是一种外界因素引起的电化学腐蚀。管道腐蚀部位由外部电流的极性和大小决定，其作用类似电解。杂散电流从管道防腐层破损处流入，在另一破损处流出，在流出处形成阳极区而产生腐蚀。杂散电流源有电气化铁路、阴极保护设施、高压输电系统等。
四．管道的主要防腐方法。
我国钢质管道外防腐层材料和制造应用技术主要经历了石油沥青、煤焦油沥青、煤焦油瓷漆、胶带、夹克、液体环氧涂料、挤压聚乙烯（2PE）、熔结环氧粉末(FBE)、三层聚乙烯(3PE)等发展过程。目前，我国管道防腐层材料生产制造基本实现了标准化，并不断有新品出现，近年来新建的埋地油气输送管道的外防腐层结构根据输送介质温度和施工条件的不同，主要采用熔结环氧粉末(FBE)、（3PP）、(DPS)和三层聚乙烯(3PE)防腐技术，并使用阴极保护技术。
3PE的底层为熔结环氧粉末防腐蚀层，中间层为聚乙烯共聚物热熔胶粘剂，面层为聚乙烯专用料保护层。上述三种材料构成的钢管防腐蚀结构层称为3PE防腐，压力管道元件行业称之为“聚烯烃防腐蚀（3PE）管道”。
3PE防腐是目前世界范围内广泛采用的钢质管道涂层体系，是我国输油、输气、输水大型管道工程和市政工程的首选防腐蚀结构，西气东输、西南成品油等重大工程全部使用了3PE防腐。
涂层防腐用涂料均匀致密地涂敷在经除锈的金属管道表面上，使其与各种腐蚀性介质隔绝，是管道防腐最基本的方法之一。70年代以来，在极地、海洋等严酷环境中敷设管道，以及油品加热输送而使管道温度升高等，对涂层性能提出了更多的要求。因此，管道防腐涂层越来越多地采用复合材料或复合结构。这些材料和结构要具有良好的介电性能、物理性能、稳定的化学性能和较宽的温度适应范围等。
内壁防腐涂层：为了防止管内腐蚀、降低摩擦阻力、提高输量而涂于管子内壁的薄膜。常用的涂料有胺固化环氧树脂和聚酰胺环氧树脂，涂层厚度为 0.038～0.2毫米。为保证涂层与管壁粘结牢固,必须对管内壁进行表面处理。70年代以来趋向于管内、外壁涂层选用相同的材料，以便管内、外壁的涂敷同时进行。
防腐保温涂层：在中、小口径的热输原油或燃料油的管道上，为了减少管道向土壤散热，在管道外部加上保温和防腐的复合层。常用的保温材料是硬质聚氨脂泡沫塑料,适用温度为－185～95℃。这种材料质地松软，为提高其强度，在隔热层外面加敷一层高密度聚乙烯层，形成复合材料结构，以防止地下水渗入保温层内。
外加电流法是利用直流电源，负极接于被保护管道上，正极接于阳极地床。电路连通后，管道被阴极极化。当管道对地电位达到最小保护电位时，即获得完全的阴极保护。
阴极保护：将被保护金属极化成阴极来防止金属腐蚀的方法。这种方法用于船舶防腐已有 150多年的历史;1928年第一次用于管道,是将金属腐蚀电池中阴极不受腐蚀而阳极受腐蚀的原理应用于金属防腐技术上。利用外施电流迫使电解液中被保护金属表面全部阴极极化，则腐蚀就不会发生。判断管道是否达到阴极保护的指标有两项。一是最小保护电位，它是金属在电解液中阴极极化到腐蚀过程停止时的电位；其值与环境等因素有关，常用的数值为- 850毫伏（相对于铜-硫酸铜参比电极测定，下同）。二是最大保护电位，即被保护金属表面容许达到的最高电位值。当阴极极化过强，管道表面与涂层间会析出氢气，而使涂层产生阴极剥离，所以必须控制汇流点电位在容许范围内，以使涂层免遭破坏。此值与涂层性质有关,一般取－1.20至－2.0伏间。实现地下管道阴极保护有外加电流法和牺牲阳极法两种。
五．结束语
当今世界经济迅猛发展，石油和天然气作为我国的经济发展命脉及现代工业的主要能源得到了广泛运用，防腐蚀行业已成为国民经济中一个不可或缺的新兴产业，防腐涂层技术的应用，对于钢质管道建设工程的安全运行起到了很好的保障作用，在几十年的实践中，防腐涂层技术不断的提高和发展，材料方面朝着环保、高性能、适合流水作业施工的方向发展，施工方面朝着自动化生产线发展，正是上述技术的发展进步使得管道的高效建设及投产得到支持。因此，我们应该大力研发防腐技术并且进行推广，从而促进我国油气储运的发展。
参考文献：
[1] 石磊 油气储运过程中的管道防腐问题研究与分析 [期刊论文] 《科技创新导报》 -2011年12期
[2] 张宗前 油气储运管道防腐问题研究与分析 [期刊论文] 《中国石油和化工标准与质量》 -2013年9期
[3] 沈乾坤 论油气储运中的管道防腐问题 [期刊论文] 《中国石油和化工标准与质量》 -2012年10期
[4] 张旭魏子昂 浅谈油气储运中管道的防腐问题 [期刊论文] 《中国石油和化工标准与质量》 -2011年10期
[5] 芦彬 针对油气储运中管道防腐技术进行探究 [期刊论文] 《化工管理》 -2013年2期
谈到自己的科研方向，陈皓勇略显兴奋，声音也变得洪亮起来。长期以来，他以复杂系统（大规模、随机性、分布式、网络化系统）建模、优化与控制理论方法及其在电力系统中的应用研究为核心学术思想，致力于电力系统规划、运行与控制，新能源并网与智能电网技术，电力技术经济与管理等方向的基础前沿研究和教学工作。
偶遇机缘，踏入电力之门
1990年9月，陈皓勇考入西安交通大学少年班，成为当时西安交通大学通过自主命题、独立招生在全国范围内选拔的29名学生之一，当时的他仅仅15岁。也就是从那时起，他开始深深地喜欢上这个学校，在此学习、工作长达十几年。1992年9月，两年的少年班学习完成后，陈皓勇以优异成绩自主选择了本校电力系统及其自动化专业，从此也正式踏入了电力之门，更找到了开启人生理想的钥匙。
对于陈皓勇来说，1994年看起来和往年一样平凡，却是改变他人生的一年。因为正是在这一年，通过班主任老师的介绍，他结识了刚从日本归国的著名电力系统学者、IEEE Fellow、中国科学院院士王锡凡，从此跟随王锡凡院士学习、工作长达12年。他时常被王院士那严谨治学、低调为人的精神所深深感染着，王锡凡院士不仅是他的学术导师，更是他的人生导师，正是在王锡凡院士的引领之下，才跨入了电力科学的大门。1995年，陈皓勇以优异成绩保送为王锡凡院士的研究生，并硕博连读，从事电力系统优化调度、优化规划和电力市场等领域的研究，最终高质量地完成了博士学位论文，也奠定了日后科研工作的基础。在2000年6月博士毕业后，由于陈皓勇在学生时代的优秀表现和王锡凡院士的鼓励，他顺利留校任教，开始了教学科研的生涯。在西安交通大学从教期间，他除了担任专业主干课《电力系统分析》等的教学工作外，还作为主要研究人员参加了王锡凡院士所主持的国家自然科学基金重点项目、国家重点基础研究发展计划（973计划）等一系列国家重点项目，并且自己也主持了国家自然科学基金青年基金项目、国家社会科学基金青年基金项目等国家级项目，参编了《电力市场基础》新教材，取得了丰硕的成果。
2006年12月，陈皓勇带着出去闯一闯的想法，作为“百人计划”杰出青年教师受聘到华南理工大学。也正是在这里，他得到了又一次地腾飞。在这里，他除了继续前沿理论研究外，更找到了科研成果的良好应用平台；在这里，他开始完全独立工作并形成了自己的学术特色；在这里，他能够与港澳的大学密切合作并进一步放眼海外。不仅这些，陈皓勇还承担了国家自然科学基金项目等一系列国家和省部级重点项目，获得了教育部“新世纪优秀人才”称号，承担了南方电网有限责任公司、广东电网公司等重点企业的多个合作项目，促进了科研成果的实际应用。近期，国家自然科学基金委公布了2013年度国家自然科学基金资助项目名单，陈皓勇又成为华南理工大学新增的4位国家优秀青年科学基金获得者之一。
众所周知，广东省既是能源消费大省，也是能源技术产业大省，其能源产业在我国能源产业中占有举足轻重的地位。广东省的能源消耗量位居全国前列，但能源资源贫乏，对外依存度高，面临经济发展和环境保护的双重压力，能源安全与有效利用已成为制约广东经济社会可持续发展的瓶颈。立足于这种现实，陈皓勇拓展学科领域，融合华南理工大学电力和能源相关学科的优势，先后参与了“能源研究院”、“新能源与环境协同创新中心”等的筹建。
身处改革开放的前沿，陈皓勇却从来没有忘记过母校，他和西安交通大学电力工程系保持着长期和紧密的科研合作关系。近年来，两校联合申请了国家重大项目，并和王锡凡院士等因“电力系统运行与规划的最优决策模型及方法研究”共同获得2008年教育部高等学校科学研究自然科学一等奖，还即将进一步拓展海上风电等领域的科研合作。
千锤百炼，终显学术锋芒
在为电力领域教学和科研事业奋斗的将近20年里，陈皓勇始终刻苦钻研，默默奉献。在课堂上，他是一个优秀的老师，传道授业解惑，激情澎湃；在实验室，他是一个勤奋的科研工作者，编程序，做仿真，认真耐心。人们看得见的是他的荣誉和成果，但看不见的是他背后付出的辛勤和汗水。他忘记了，有多少个周末在实验室里度过，有多少个节假日没有和自己的亲人在一起，有多少次科研走入困境时焦虑不堪地冥思苦想。但天道酬勤，他的付出也得到了应有的回报。
除完成一系列国家和省部级重点项目外，陈皓勇近年来发表SCI、EI论文近100篇，所被国内外电力系统、人工智能、经济管理和量子物理等不同领域的科研人员引用1500余次。他的英文专著Power System Optimization：Microeconomics-inspired Approaches近期将由国际权威出版社John wiley&Sons-IEEE Press出版。他的研究成果在我国电力行业得到广泛应用，并取得了良好的经济和社会效益。除了学校的工作，他还兼任了很多社会职务。他是国际电气和电子工程师协会高级会员（IEEE Senior Member）、教育部学科评估专家、国家科学技术奖励评审专家、国家自然科学基金和中英联合基金评审专家、中国博士后科学基金评审专家、广东省职称评审专家、浙江省自然科学基金评审专家，还担任着在香港召开的IEEE亚太电力与能源工程国际会议（IEEEAPPEEC）技术委员会主席。
在国际上，陈皓勇首次提出电力系统机组组合的协同进化算法等人工智能算法，并将其推广于电力系统规划、运行和电力市场决策等多个领域。协同进化算法借鉴自然界中的协同进化机制，引入生态系统的概念，生态系统中多个物种相互作用，共同进化，从而使整个系统不断演进。将工程应用领域待求解的问题映射为生态系统，以生态系统的进化来达到优化问题求解的目的。协同进化算法为电力系统优化提供了新途径，也为解决一般复杂工程系统优化问题提供了一种基础算法。他将“协同进化算法”拓展应用于电力系统的无功优化问题，已获国家发明专利。将协同进化算法应用于寡头垄断电力市场的模拟和分析，开辟了基于协同进化计算的电力市场建模的新方向，在国际权威期刊上发表了系列论文。陈皓勇的研究成果得到国际上电力系统、人工智能、经济管理等不同领域科研人员的广泛引用，直接跟进研究的包括：美国阿贡国家实验室，美国伊利诺理工大学、美国北卡罗莱纳州立大学、约旦科技大学、雅典国家技术大学、澳大利亚悉尼大学、伊朗德黑兰大学，香港理工大学和国内华中科技大学等重点大学。
陈皓勇十分重视交叉学科研究，他系统地研究了博弈论方法在电力市场和电力系统中的应用问题，电力系统是一个复杂的工程一经济系统，从经济的角度，陈皓勇在基于博弈理论的电力市场建模、分析与仿真方面取得一系列研究成果；从工程的角度，国际上首次将微分博弈理论应用于电力系统频率/电压协调控制领域，开拓了基于博弈论的电力系统协同控制新方向。在现阶段不断开放的市场环境下，电力系统中存在不同的利益主体，在规划和运行决策中通常以自身利益最大化为目标，传统的统一优化模型难以适用。作为一类先进的数学工具，博弈论通过建立电力系统中多方优化决策模型并求解均衡策略，使得各方均能获得最佳收益。在这个背景下，陈皓勇长期从事基于博弈理论的电力市场建模、分析与仿真研究：提出了运用多项式方程系统求解电力市场均衡的方法，首次形成了基于实验经济学的电力市场博弈分析系统理论和方法，首次结合基于协同进化计算的智能模拟和实验经济学方法研究了电力市场主体的交易策略和市场均衡问题。这些研究工作得到国际同行的一致认可，被意大利都灵理工大学、西班牙卡斯蒂利亚・拉曼查大学和美国惠普实验室的多个权威学者所引用。另一方面，从工程角度来看，电力系统包含大量分布式控制器，在智能电网的发展过程中，更多的新型控制器将被引入。这些控制器作用于不同层面，控制目标相互独立，甚至存在冲突。制定控制策略时若不进行协调，则可能导致各方相互牵制、抵消，背离控制目标。基于这种考虑，陈皓勇首次提出基于博弈理论的电力系统协同控制思想。在国际上首次将微分博弈理论应用于电力系统频率/电压协调控制，以解决多个控制器动态协调的难题，基于微分博弈理论的电力系统最优协调电压控制研究已获国家自然科学基金资助。
除此之外，陈皓勇还系统地研究了基于大系统随机与离散优化理论的电力系统规划、运行的模型及算法并在电力行业得到广泛应用。电力系统作为典型的分布式大系统，其规划和运行中的很多优化问题都是大规模、离散、非线性和随机的，用常规的方法很难求解，需要寻求新的解决途径。在电力系统规划方面，他提出了基于改进Lagrangian松弛法和随机生产模拟的电源规划模型和算法，发展了基于多目标（协同）进化算法的输/配电网规划；在电力系统优化调度方面，除提出机组组合问题的协同进化算法外，在国际上较早地开展了基于鲁棒优化思想的含风电的电力系统安全约束机组组合问题，研究了基于退火选择遗传算法和内点法的含整数变量最优潮流，建立了基于协同进化计算的配电网重构算法；在电力系统无功优化方面，提出了基于退火选择遗传算法的大电网无功优化，研究了基于退火选择遗传算法的配电网多时段无功/电压控制等问题。特别他在国内率先研究了多风电场并网条件下的电力系统安全约束机组组合问题，提出了描述间歇性能源功率不确定性的极限场景法，在保证预测场景最优的情况下，也能保证误差场景下调度方案的可行，奠定了鲁棒调度的基础。作为国际上鲁棒调度思想的首先提出者之一，陈皓勇在2012年IEEEPower&Energy Society年会上宣读了相关论文，引起与会者的热烈讨论。
长期以来，这些研究相继获得了国家自然科学基金（重点）项目、国家社会科学基金项目、国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展（863）计划重大项目、教育部科学技术研究重点项目、新世纪优秀人才支持计划和国家优秀青年科学基金等的支持。
大胆创新，探路未来发展
创新是科研的生命力所在，没有大胆创新，就不可能有新的突破。陈皓勇深切地明白这一点，因此在做研究时，他始终不怕困难，敢于超越，力求走在电力领域发展的前端。
进入21世纪以来，发展低碳经济，建设生态文明、实现可持续发展，已成为人类社会的普遍共识，因此可再生能源开潮席卷全球。我国已经制定和实施了《中国应对气候变化国家方案》，要求到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低40-45%，非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右。风力、太阳能等间歇性可再生能源并网给电力系统运行带来很大的冲击，引起系统电压、频率的大幅波动，恶化了电能质量，降低了电网安全稳定运行的水平，使得传统的电力系统理论方法和技术体系受到挑战。而另一方面，电力系统科研也因此面临着难得的机遇。
当前世界各国电力系统都在朝智能电网（smart Grids）的方向发展。作为支撑可再生能源发展的重要平台，智能电网已成为全球各国政府、企业和学术界所共同关注的热点，被认为是电力系统、可再生能源与信息通信技术的融合。陈皓勇认为，能源问题的解决需要多学科协同攻关。在华南理工大学，他联合电力系统，电力电子、信息通信和经济管理等多学科的研究力量，形成了智能电网与可再生能源领域的一支强大的研究团队，目前已有基础包括风电控制与并网技术国家地方联合工程实验室、广东省绿色能源技术重点实验室和广东省风电控制与并网工程实验室3个国家和省部级重点实验室，囊括10余名教授、副教授与近100名博士、硕士研究生。同时，陈皓勇的团队积极与清华大学、西安交通大学、华北电力大学、南方电网科学研究院和海南电网公司等单位紧密合作，努力攻克多类型新能源发电综合消纳的关键技术，即将于2014年在海南建成全国第一个间歇性能源渗透率不小于15%的省级示范电网，并努力将海南电网打造成为世界一流的智能电网技术集成应用和示范展示平台。
关键词：计算；计算学科；计算机科学思维；计算思维；计算机思维
随着计算机科学技术的发展，计算领域已成为一个极其活跃的领域，计算学科也成为一门范围极为宽广的学科[1]。在此发展过程中产生的种种现象，在很大程度上改变了人们对世界的认识，有力地刺激了人文科学的发展，人们对认知科学的研究就是“以电子计算机的产生发展为物质、技术基础，以计算机与人脑相类比为前提的[2]”。我国著名科学家钱学森院士从近三十年电子计算机发展引起的新技术革命，两千多年逻辑学发展的经验教训，作为符号处理系统的计算机在智能方面存在的严重缺陷，尤其是人们在高级抽象思维领域，如辩证思维、形象思维、创造性思维尚缺乏研究等方面，对认知科学的发展进行了科学的分析。同时结合我国科学技术发展的现状和特点，提出了“思维学”的理念，给出了“思维科学”的研究框架、研究方向与基本道路，并在随后的一系列工作中进一步充实和完善了思维科学的理论与思想体系[3]。他指出：“现代科学技术的实践，正预示着更重大的变革――思维科学的出现。”“引出这项变革的是电子计算机”。而“推动思维科学研究的是计算机技术革命的需要[4]”。在钱学森的倡导下，自上世纪80年代起，面向新技术革命的思维科学研究愈来愈受到国内有关专家学者的关注与重视。
在计算机科学与技术领域，随着美国计算机学会(简称ACM)和美国电气和电子工程师学会计算机分会(简称IEEE-CS)组成的联合攻关组于1988年底提交了“作为学科的计算科学”的报告[5]，计算学科的“存在性”得以证明。随后，CC1991报告和CC2001报告等相继出台，从学科的角度诠释了计算科学的内涵与外延，为计算学科建立了现代课程体系。在计算学科课程体系的本土化进程中，我国相关领域的专家学者们付出了艰辛努力，并取得实质性成果，于2002年提出了“中国计算机科学与技术学科教程2002”(China Computing Curricula 2002，简称CCC2002)[6]。在CC2002教程的引导下，针对计算机科学与技术学科教育方面的诸多问题，国内从事计算机科学与技术学科教育的广大工作者进行了广泛而有益的探讨[7-10]，大大丰富了计算学科课程体系建设的内容。在计算学科课程教育改革的进程中，如何培养既能熟练掌握计算机科学的知识与技能，又具有计算机科学学科意识和素养的人才问题，逐步成为人们关注的主要方面。
基金项目：本文受江苏省教育厅指导性计划项目“计算机思想史研究”(03KJD520028)及江苏科技大学高教项目“计算思维与创新教育”(GJKTY2009025)资助。
作者简介：张晓如(1963-)，女，教授，学士，研究方向为计算机应用教育、数据库；张再跃(1961-)，男，教授，博士，研究方向为可计算性理论与知识工程。
一个人的实践与创新能力与思维方式密切相关，与其他学科领域的科学家和工程技术人员等相比，计算机学科的专家学者们在思考问题、分析问题和解决问题方面也应有其独特的地方。正如计算大师Dijkstra所言：“我们所使用的工具影响着我们的思维方式和思维习惯，从而也将深刻地影响我们的思维能力[11]。”因此，当计算机与人们的生活联系越来越趋密切的形势下，研究与之相关的人类思维活动与思维方式便成为现代思维学科领域中一个十分重要的课题。我们不妨称此种思维为面向计算学科的思维。显然，面向计算学科的思维除了具有一般思维的特点外，还具有其自身的特性，而后者则是从事计算机科学研究的人员和计算机教育工作者们更为关心的。究竟什么是面向计算科学的思维？它的特点是什么？对面向计算学科的思维研究对计算学科的发展会产生哪些积极作用？这种思维能力是可以培养的吗？又如何培养呢？我们现行的计算机课程教学内容结构会因此而有所改变吗？
1面向计算学科的思维
国内最早面向计算学科思维的研究文章是收集在2000年全国高等师范院校计算机教育研究会年会论文集上笔者的《谈谈计算机思维》[12]一文。当时的“计算机思维”意为“计算机科学思维”(Computer Science Thinking)，在随后关于面向计算科学的思维研究中，相继出现了“计算思维”(Computational Thinking)[13-14]与广义“计算机思维”(Computing Thinking)[21]等概念。这些概念虽然与“计算机”有关，但它们有一个共同特点，即它们都是关于人的思维。
1.1计算思维与计算机思维
“计算思维”的思考和研究在国内受到更多专家学者的关注与重视，要归功于全国高等学校计算机教育研究会于2008年10月31日至11月2日在桂林召开的一次专题学术研讨会，会议的主题是“探讨在教学过程中，如何以课程为载体讲授面向学科的思维方法，共同促进国家科学与教育事业的进步”。会议从8各方面征集论文，无不涉及“计算思维”。在会议提供的资料中，美国卡内基・梅隆大学计算机科学系主任周以真(Jeannette M.Wing)教授2006年3月发表在美国计算机权威杂志ACM会刊上的文章《计算思维》(Computational Thinking)[13-14]和王飞跃2007年3月发表在中国计算机学会通讯的文章《从计算思维到计算文化》[11]位居榜首。其中，王飞跃教授从计算机文化发展的高度对“计算思维”概念的提出和“计算思维”的研究与发展对计算科学的进步产生的深远影响给出了充分肯定。王飞跃教授在提及国内对“计算思维”研究和计算文化与计算思维联系方面的状况时指出，“在中文里，计算思维不是一个新名词，常被朦朦胧胧地使用，却一直没有被提到周教授所描述的高度广度，那样的新颖、明确、系统”。这一陈述虽然有一定的道理，但不完全正确。“计算思维”从命名的角度可以如是说，但就其作为面向计算机科学思维的概念与特征而言，无论从高度讲，还是从广度说，周以真教授的描述确有“新颖”之处，但在“明确”和“系统”方面，同本文作者在上世纪90年代末就提出的“计算机思维”的概念在主要方面是基本一致的，并可形成互补。特别指出的是，《谈谈计算机思维》在谈到计算机文化与计算机思维相互之间的联系时指出，“随着计算机科学的发展，‘计算机’已不再是一个单纯的计算工具的代名词，而是信息时代高新技术的象征。可以这样说，‘计算机’作为一种文化，已渗透到社会发展的各个领域，而使得生活在这一时期的人们的思维活动中或多或少地与‘计算机’这一概念相联系，研究与之相关的思维活动与思维方式，便成为现代思维科学领域中一个十分重要的课题[12]”。在此，我们可以把有关“计算思维”特征的陈述同有关“计算机思维”的陈述作一比较。
周以真教授在对计算思维的描述中首先指出，“计算思维是每个人的基本技能，不仅仅属于计算机科学家”，这一观点与《谈谈计算机思维》一文中提出的“计算机思维具有广泛性。计算机思维已不仅仅是计算机科学家所应具有的思维，而应是全民族所必须的”的观点是完全一致的。并且文中还强调，“只有这样，计算机科学的发展才能具有广泛的社会基础，才能使计算机科学真正服务于社会”。在总结计算思维的特征时，周以真教授从6个方面，以“是”与“不是”的对立统一作了阐述。
为了更好地挖掘计算机思维的内涵，更加清楚地了解与把握计算机思维与其他学科思维方式的联系与区别，我们对计算科学发展的过程进行了初步考察，提出了“计算科学思想史”研究的基本思想，并对计算科学思想史研究的特点、研究内容、研究方法进行了分析探讨[16]。同时结合现代计算机课程教育，提出了基于知识背景的计算机课程教学改革的基本构想[19]。我们深信，无论是对计算机思维的研究，还是对计算科学思想史的研究，都会对计算机教育的实践与发展产生重要影响。
2 “计算思维”研究现状
无论叫计算思维，还是称计算机思维，关键是要解决问题，即“如何让人们学会像计算机科学家一样去思考”。从总体看，计算思维的研究应包含计算思维研究的内涵和计算思维推广与应用的外延两个方面。周以真在给出“计算思维”概念后，进一步探讨了计算思维的本质，并指出计算思维将在各种行为方面影响每个人，这一点对我们的社会教育提出挑战，特别是少儿教育。在关于计算的思考中，我们需要理解不同类型的3个方面：科学、技术与社会。飞速发展的技术进步和巨大的社会需求迫使我们重新思考计算科学最基本的问题[20]。从周以真教授多次关于计算思维的论述中可以看出，其“计算思维”的概念是面向社会、面向教育和面向大众的。这也许是一种策略，为了能让更多的人关注并思考“计算思维”的问题，并将思考的结果应用于计算科学实践，以此促进计算科学的普及和发展。在对“计算思维”的深入研究过程中，郭喜凤教授等从工程化的角度对“计算思维”的内涵进行剖析[20]，以周以真面向大众的计算思维为基础，根据计算机科学与技术中的理论、技术、工程、工具、服务和应用等几个不同层面的思维特点，阐述了计算思维的工程化思想，将计算思维的概念加以推广并提出了计算机思维(Computing Thinking)工程化的层次结构，丰富了计算思维的研究内涵。董荣胜和古天龙教授从计算机科学与技术方法论的角度对计算思维研究的外延进行分析。“计算机科学与技术方法论是对计算领域认识和实践过程中一般方法及其性质、特点、内在联系和变化发展进行系统研究的学问。计算机科学与技术方法论是认知计算学科的方法和工具，也是计算学科认知领域的理论体系[21]”。在关于计算思维和计算机科学与技术方法论之间关系的论述中，董荣胜和古天龙教授在周以真教授工作的基础上，对计算思维的特征进一步加以阐述，从抽象与自动化两个方面，以具体的实例刻画了计算思维的本质，并介绍了国外关于计算思维研究的进展情况。在谈到计算思维与计算机方法论关系时，他们指出，“尽管计算思维与计算机方法论有着各自的研究内容与特色，但是，显而易见，它们的互补性很强，可以相互促进”。“计算机方法论可以对计算思维研究方面取得的成果进行再研究和吸收，最终丰富计算机方法论的内容；反过来，计算思维能力的培养也可以通过计算机方法论的学习得到更大的提高[22]”。这不是一个一般概念的问题，我们认为是计算思维研究的一个技术路线问题，只有把计算思维的研究同计算机科学与技术方法论有机地结合起来，计算思维才具有实际的意义和价值，计算机科学与技术的方法才能够获得进步。
3 “计算思维”研究内容
不管是周教授的计算思维(Computational Thinking)，或是郭教授的计算机思维(Computing Thinking)，还是计算机科学思维(Computer Science Thinking)，它们都有一个共同面向，即都是面向计算学科的思维；都有一个共同的出发点，即研究和探索面向计算学科的思维规律；都有一个共同的目标，即引导人们在解决有关计算学科及其应用领域问题时，能够运用正确的思维方法。计算学科是关于“计算”的学问，因此，计算思维的研究势必围绕解决所谓“计算问题”而展开。
3.1计算思维研究的基本问题
何谓计算思维？《谈谈计算机思维》一文对计算机思维的内容进行了概括，即人们有意识地将计算机用于生产、生活等各个领域的认识活动以及人们解决计算机问题的认识过程。一方面，它是指一种形式，这种形式表现为人们认识具体的计算机科学，或是应用计算机科学于其他科学、技术的过程中的辩证思维；另一方面，它是由计算机科学本身的特点及计算机作为认识世界的工具所决定的，它同样受到一般思维方式的限制[12]。周教授则将计算思维归纳为运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[13]。董教授等则从方法论的角度将计算思维定义为运用计算机科学的思想与方法进行问题求解、系统设计，以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动[22]。
