工程科學學報

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期刊信息

月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

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單　　價：40元/期，全年480元

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2009年第31卷第5期

欄目

礦業與環境
冶金與材料
設備與能源
控制與決策

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礦業與環境

黃金礦山低品位資源技術經濟評價與應用

陳玉民, 胡乃聯, 鄭小禮, 潘貴豪

2009, 31(5): 533-536,556. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.024

[摘要](138)

[PDF 264KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
基于盈虧平衡理論,建立了焦家金礦低品位資源的技術經濟評價模型.根據待投入成本的不同,對處在不同工程控制之下的低品位資源進行了評價和分級;計算了級差品位,研究其是否具有回收價值.結合Surpac軟件建立的三維礦床模型對焦家金礦的低品位礦化體進行了估算和評價.在黃金價格180元·g^-1情況下,級差品位的應用可使礦山增加2.73 t金屬量,并可產生7 500萬元的新增利潤.

高應力破裂巖體地壓顯現及其控制技術

于言平

2009, 31(5): 537-541. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.011

[摘要](138)

[PDF 545KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
小官莊鐵礦進路開挖以后支護巷道破壞嚴重,其圍巖變形為無收斂變形的情況.為掌握其地壓活動規律,應用巖石破裂過程分析系統,并考慮巖石本身的蠕變特性,模擬其采用無底柱分段崩落法進路開挖過程,對進路開挖過程巷道圍巖應力變化進行數值分析.結果表明:隨著進路開挖,進路會出現片幫、底鼓和頂板下沉等現象;在礦巖接觸帶出現高應力集中,導致兩進路之間的間柱破壞嚴重,并隨著進路開挖應力逐步向新開挖兩進路之間的間柱轉移;開挖順序造成邊界礦體出現高應力集中,導致邊界礦體難采.采用錨網支護技術有效地控制了巷道圍巖的變形破壞,確保開采的順利進行.

大型露天礦運輸安全控制與預警系統

賈水庫

2009, 31(5): 542-546. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.012

[摘要](123)

[PDF 385KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
采用安全系統工程的原理,結合信息論和控制論的思想,針對當前管理模式的不足,提出了"事故發現型"超前安全管理模式.針對礦山運輸安全控制的非線性、多因素及多層次特點,建立了模糊綜合評判模型.運用"4M要素"理論分析并提出了礦山運輸事故控制及預防的措施.

冷軋乳化廢水生物破乳

李正要, 汪莉, 宋存義

2009, 31(5): 547-550. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.013

[摘要](133)

[PDF 350KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用分離的熱帶假絲酵母JM-1的培養液作破乳劑對冷軋乳化廢水進行了生物破乳研究.該培養液在常溫下8 h可使乳化廢水的破乳率達97.1%,與化學破乳劑SYM+PAC 93.1%的破乳率相比具有更強的破乳活性,且受廢水的pH值和溫度影響很小.通過對全培養液、離心上清液、菌體和空白培養基的破乳效果對比表明,代謝過程中產生的生物表面活性劑是生物破乳的主要活性成分.熱帶假絲酵母JM-1菌株發酵液用于冷軋乳化廢水破乳具有破乳率高、浮渣少及不產生二次污染等優點,可作為冷軋乳化廢水的生物破乳劑.

市政污水廠二級出水深度脫氮除磷吸附材料

林海, 江樂勇, 趙志英, 陳月芳

2009, 31(5): 551-556. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.014

[摘要](138)

[PDF 510KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對二級出水中氮、磷含量較高問題,對采用吸附法去除水中的氮、磷的天然吸附劑進行了改性和復合處理實驗.結果表明,對天然沸石進行的四種改性方法中,改性效果排序為:鹽熱改性>鹽改性>熱改性>酸改性.經過鹽熱改性后的沸石脫氮能力提高了31.58%,最佳改性條件為:質量分數5.7%的NaCl改性2 h,500℃煅燒0.5 h.經復合后,改性沸石的除磷能力提高了68.35%,復合最佳條件為:LaCl₃質量分數0.4%,復合時間1 h,200℃復焙燒失1 h.應用改性和復合后的吸附劑處理二級出水,可以有效地解決出水中氮、磷含量超標的問題.

冶金與材料

拉伸與低周疲勞載荷作用下夾雜物特征參數對航空用超高強度鋼中裂紋萌生與擴展的影響

王沖, 曾燕屏, 謝錫善

2009, 31(5): 557-562. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.017

[摘要](121)

[PDF 703KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了研究非金屬夾雜物對航空用超高強度鋼性能的影響,采用掃描電鏡原位觀測的方法,跟蹤觀察了拉伸和低周疲勞載荷作用下兩種航空用超高強度鋼中不同種類、形態和尺寸的夾雜物導致裂紋萌生與擴展的微觀行為.結果表明,對于單個TiN和AlN夾雜,在拉伸載荷作用下,裂紋均首先在夾雜內部萌生.夾雜面積越大,夾雜內萌生的裂紋條數越多,第1條裂紋萌生所需的應力越小.在疲勞載荷作用下,對于單個TiN夾雜,裂紋也首先萌生于夾雜內部.但對于以點鏈狀形式存在的AlN夾雜,無論是在拉伸還是疲勞載荷作用下,裂紋均首先在點鏈狀夾雜內部兩夾雜之間的母材中萌生,然后沿點鏈狀夾雜向兩側擴展.以點鏈狀形式存在的夾雜對材料疲勞性能的危害比單個夾雜嚴重得多,夾雜物對材料疲勞性能的危害遠大于對拉伸性能的危害.

高含H₂S/CO₂介質中X60鋼腐蝕產物膜分析

張雷, 丁睿明, 楊建煒, 路民旭

2009, 31(5): 563-567. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.010

[摘要](169)

[PDF 1175KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
利用高溫高壓H₂S反應釜進行腐蝕模擬實驗,研究X60鋼在高壓H₂S/CO₂共存條件下的腐蝕規律,并利用掃描電子顯微鏡和X射線衍射等方法觀察用分析了腐蝕產物膜的形貌和組成.在H₂S/CO₂分壓比為1.74、H₂S分壓0.15~2.0 MPa條件下,腐蝕產物以硫鐵化合物為主,未見碳酸亞鐵,X60鋼腐蝕過程由H₂S控制.H₂S分壓較低時腐蝕產物以四方FeS_1-x為主,H₂S分壓2.0 MPa時則出現六方FeS、六方Fe_1-xS和立方FeS₂.疏松的富S腐蝕產物及腐蝕產物膜局部剝落促使高H₂S分壓時X60鋼出現明顯局部腐蝕,并使全面腐蝕速率隨H₂S分壓升高先升后降.

Cu-P-RE耐候鋼的耐蝕性能

岳麗杰, 陳為公, 王龍妹

2009, 31(5): 568-572,601. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.016

[摘要](175)

[PDF 742KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
通過干濕周浸加速腐蝕實驗研究了不同稀土含量的耐候鋼和對比普碳鋼的腐蝕行為及其耐蝕性能.采用失重法測得了各試樣的腐蝕率;結果發現,稀土耐候鋼的腐蝕率遠遠低于普碳鋼的,不同稀土含量的耐候鋼的耐腐蝕性不盡相同.采用電化學交流阻抗技術對帶銹鋼樣的表面銹層結構及電化學反應過程進行了研究,提出在本實驗條件下鋼電化學腐蝕的等效電路模型,計算出銹層電阻、極化阻抗等表征銹層性能的電化學元件參數值.稀土耐候鋼銹層中存在半無限擴散和有限厚度擴散兩種過程,有限厚度擴散極化阻抗反映了耐候鋼內銹層的保護性能.

45鋼/25Cr5MoA/Q235鋼固-固復合軸界面特性

佟建國, 高曉丹, 曲海濤, 鄒士文, 李殊霞, 任學平

2009, 31(5): 573-578. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.015

[摘要](111)

[PDF 1976KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱擠壓方法制成45鋼/25Cr5 MoA/Q235鋼三層結構的復合軸,研究了結合界面的組織、Cr元素擴散和結合性能.結果表明:采用熱裝方式制成的25Cr5 MoA/Q235鋼固-固復合坯料,在界面形成一定厚度的氧化皮,即使經過擠壓和熱處理后,也無法徹底消除結合界面氧化皮對結合性能的影響;采用間隙配合的25Cr5 MoA/45鋼固-固復合界面,由于在擠壓前經過良好的表面處理,擠壓后的界面幾乎沒有氧化物存在,形成了較為完整的過渡區,經過高溫保溫過程,在結合界面會形成Cr的碳化物,對Cr和C的擴散起到阻礙作用;經過擠壓后,25Cr5 MoA/Q235鋼、25Cr5 MoA/45鋼結合界面的結合強度均比較低.與復合板相比,復合軸結構上所具有的特點,使其即使初期結合強度較低,也不易產生剝離;經過后續熱處理,通過元素的擴散過程,可以提高復合軸的結合強度.

Fe-Cu合金體系中Cu析出規律

李巖, 宋波, 毛璟紅, 閆麗

2009, 31(5): 579-584. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.009

[摘要](256)

[PDF 1300KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡及能譜分析研究了Fe-7.8%Cu和Fe-2.1%Cu兩種合金不同溫度下銅的析出分布規律,以及合金中MnS夾雜物對銅析出的影響.部分試樣加熱到1600℃保溫20 min后直接淬火得到;其他試樣1 600℃保溫20 min,爐冷到特定溫度再保溫20 min后淬火得到.結果表明:Fe-7.8%Cu合金在1600℃下淬火,含銅相在晶界、晶內均有析出;在1200℃下淬火,含銅相沿晶界析出;而1000℃淬火則有較大尺寸的ε-Cu相沿晶界析出.Fe-2.1%Cu合金在1 600℃和1 000℃下淬火,含銅相都沿晶界析出;而800℃淬火ε-Cu相在晶內析出.合金中MnS夾雜可以作為銅析出的有效形核核心.

SEM原位觀察ZK60(0.9Y)鎂合金板材的斷裂行為

王斌, 易丹青, 羅文海, 吳春萍, 劉會群

2009, 31(5): 585-590. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.008

[摘要](269)

[PDF 1949KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
利用原位拉伸掃描電鏡觀察,研究ZK60合金及含稀土Y的ZK60(0.9Y)合金熱軋板材動態拉伸過程中裂紋萌生和擴展情況,討論合金的顯微組織與斷裂行為的相互關系.實驗表明:在拉伸過程中,合金軋制態試樣裂紋以撕裂的形式進行擴展,斷口區域有解理、準解理斷裂痕跡,ZK60(0.9Y)合金裂紋萌生所需載荷大于ZK60合金,且在拉伸過程中發生第2相的破碎,主裂紋沿第2相擴展,基體中的二次裂紋多萌生于第2相周圍.

Al₂O₃,Al₃Zr顆粒增強Al-12%Si基原位復合材料的高溫熱膨脹性

李桂榮, 王宏明, 趙玉濤, 陳剛, 戴起勛, 程曉農

2009, 31(5): 591-596. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.001

[摘要](242)

[PDF 765KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
以Al-12%Si和Zr(CO₃)₂作為反應組元,通過原位反應法制備出Al₂O₃,Al₃Zr顆粒增強鋁硅基復合材料,通過快速凝固成型得到鑄態試樣.用熱膨脹儀測試了材料在50~500℃范圍內的膨脹位移與溫度的關系,進而得出平均線膨脹系數.結果表明:在同一溫度條件下,隨顆粒理論體積分數增加,復合材料的平均線膨脹系數減小.溫度是影響平均線膨脹系數的重要因素.當試樣溫度在50~300℃時,隨溫度增加,平均線膨脹系數逐漸增加;當試樣溫度在300~500℃時,隨溫度增加,平均線膨脹系數逐漸減小;300℃時平均線膨脹系數最大.用Rom、Turner和Kerner模型計算了理論熱膨脹系數.比較發現,實測值更接近Turner模型理論預測值.最后通過界面殘余熱應力分析指出具有高溫低膨脹性的(Al₂O₃+Al₃Zr)_p/Al-12%Si顆粒增強鋁基復合材料能有效防止材料高溫時的塑性變形.

閃速燃燒合成的Fe-Si₃N₄中Fe_xSi粒子的形成機理

陳俊紅, 宋文, 劉曉光, 孫加林

2009, 31(5): 597-601. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.007

[摘要](235)

[PDF 914KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
采用SEM、EDS等手段研究了閃速燃燒合成的氮化硅鐵及其原料FeSi75的組成、結構,并結合閃速燃燒合成工藝和熱力學分析,揭示氮化硅鐵中Fe_xSi粒子的形成機理.結果表明:在以74μm的FeSi75氮化制備氮化硅鐵過程中,金屬硅和ξ(FeSi2.3)相中部分硅氮化為氮化硅,而氮化硅鐵中Fe_xSi粒子則來源于ξ相的氮化;當ξ相被氮化到其中的[Si]摩爾分數降低近25%時,[Si]的活度aSi趨于0,氮化趨于平衡,ξ相中不能被繼續氮化的部分即為Fe_xSi粒子,其Fe:Si原子比例大約為3:1;Fe_xSi粒子的大小、均勻分布狀況與ξ相顆粒粒徑大小及分布狀況有關.

玻璃包覆FeCoSiB微絲包覆層化學去除方法

王成鐸, 張志豪, 王宇, 劉雪峰, 謝建新

2009, 31(5): 602-607. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.006

[摘要](278)

[PDF 1021KB](8) [施引文獻] ()

摘要:

以玻璃包覆FeCoSiB合金微絲為對象,研究了氫氟酸含量和反應溫度對包覆層去除過程的影響,以及緩蝕劑對Fe-CoSiB芯絲的保護效果.結果表明:在反應溫度為25℃的條件下,當所采用的HF質量分數從10%增加到40%時,玻璃包覆層去除速度從0.005μm·s^-1提高至0.076μm·s^-1;在HF質量分數為40%的條件下,當反應溫度從10℃升高到45℃時,玻璃包覆層去除速度從0.033μm·s^-1提高到0.234μm·s^-1;反應溫度為20~25℃時,用質量分數40%的氫氟酸溶液去除厚度范圍為7.5~9.0μm高硼硅玻璃包覆層的最佳時間為150s;硫氰酸鈉及硫氰酸鈉+烏洛托品作為緩蝕劑均可顯著抑制氫氟酸溶液對芯絲的腐蝕,硫氰酸鈉+烏洛托品還可有效減少金屬吸氫,有利于防止芯絲力學性能的劣化.

單晶硅片化學機械拋光材料去除特性

杜家熙, 蘇建修, 萬秀穎, 寧欣

2009, 31(5): 608-611,617. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.019

[摘要](166)

[PDF 307KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
根據化學機械拋光(CMP)過程中硅片表面材料的磨損行為,建立了硅片CMP時的材料去除率模型,設計了不同成分的拋光液并進行了材料去除率實驗,得出了機械、化學及其交互作用所引起的材料去除率.結果表明,磨粒的機械作用是化學機械拋光中的主要機械作用,磨粒的機械作用與拋光液的化學作用交互引起的材料去除率是主要的材料去除率.

丙烯酸酯系互穿網絡聚合物乳液的微觀形貌

曾曉翹, 范慧俐, 楊敏, 鄭延軍, 張奇, 翟陳富

2009, 31(5): 612-617. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.005

[摘要](258)

[PDF 576KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
采用乳液聚合法,合成了聚甲基丙烯酸甲酯(MMA)-苯乙烯(St)/聚丙烯酸乙酯(EA)-丙烯酸丁酯(BA)的丙烯酸酯系互穿網絡聚合物(IPNs)系列乳液,使用磷鎢酸(PTA)負染技術將乳液粒子染色,使用透射電子顯微鏡(TEM)觀察乳液粒子的微觀形貌,對乳液微粒微觀互穿網絡殼-核結構的形成過程進行了研究.結果表明,網絡質量配比、溶脹時間以及溶脹方式等因素均對乳液粒子微觀形貌的形成產生顯著影響;網絡質量配比是決定乳液粒子大小的重要因素之一,溶脹時間影響互穿網絡殼結構的厚度,溶脹方式影響乳液的成膜性能.

設備與能源

不銹鋼板坯連鑄結晶器內鋼/渣界面行為模擬及卷渣分析

金友林, 包燕平, 劉建華, 安航航

2009, 31(5): 618-624. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.004

[摘要](250)

[PDF 575KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
基于湍流模型與多相流模型的耦合,應用液面追蹤技術(VOF),實現了對不銹鋼板坯連鑄結晶器內流體流動及鋼/渣界面行為的模擬計算,并用水模擬結果進行了對比驗證,在此基礎上計算出實際的鋼/渣界面特征及界面上鋼/渣行為.通過分析水口的側孔形狀、出口傾角、水口浸入深度、結晶器寬度以及拉速對鋼/渣界面特征及界面上鋼/渣行為影響規律,指出了鋼/渣界面行為與卷渣是密切相關的,進而探討了鋼/渣界面及卷渣形成的機理.

電磁凈化中間包傳輸特性的水模擬

王保軍, 鐘云波, 王赟, 雷作勝, 任維麗, 任忠鳴

2009, 31(5): 625-632. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.003

[摘要](295)

[PDF 958KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
為了得到電磁凈化中間包中流體的流動及傳輸特性,以及旋轉運動在中間包凈化鋼液中所起的作用,采用中間包物理模擬方法,對電磁凈化中間包中不同控流裝置配置和旋轉速度下的停留時間分布曲線進行了測試,并對流場進行了顯示實驗.結果表明:電磁凈化中間包圓形腔中的旋轉運動能夠減小中間包中滯留區分數,增加活塞區比例,同時增長平均停留時間,有利于中間包內夾雜物的去除;但旋轉速度不是越高越好,存在一個最佳值.

新型高爐噴煤模擬燃燒實驗裝置設計

張建良, 黃冬華, 張曦東, 常健

2009, 31(5): 633-637. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.002

[摘要](247)

[PDF 368KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
設計了一種適合模擬高爐噴煤燃燒的實驗裝置,滿足熱風既高溫又高速的煤粉噴吹條件,可以模擬氧氣高爐條件下的煤粉噴吹.噴吹瞬間流場的數值模擬結果表明,當噴吹氣體速度達到最大值時,直吹管氣體平均速度為162.35 m·s^-1.利用該裝置研究了氧氣高爐條件下煤粉的燃燒規律.結果表明:煤粉的燃燒率隨O/C原子比的增加而增加;在低O/C原子比條件下,煤粉的燃燒率較低,但其增幅比較明顯;無煙煤的燃燒率低于煙煤.

縫隙沖擊射流淬火對流換熱的影響因素

劉國勇, 朱冬梅, 張少軍, 李謀渭

2009, 31(5): 638-642. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.018

[摘要](121)

[PDF 389KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
采用有限元方法對非淹沒縫隙射流沖擊區單相對流換熱進行數值模擬.結合輥式淬火冷卻的特點,分析了縫隙射流沖擊區對流換熱的影響因素如射流速度、射流出口距沖擊板的距離(高度)、噴嘴寬度、射流出口速度方向與沖擊板之間的夾角、水溫等.結果表明:在淬火100 mm厚鋼板時,經濟實用的工藝參數為射流速度40~45 m·s^-1,射流出口距沖擊板的距離(高度)20 mm,噴嘴寬度2 mm,射流出口速度方向與沖擊板之間夾角45°,水溫10~35℃.

控制與決策

基于改進廣義預測算法的精軋寬度控制方法

彭開香, 徐品

2009, 31(5): 643-647. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.023

[摘要](129)

[PDF 497KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
為了提高熱連軋帶鋼成材率和寬度精度,在精軋末機架后一般配置了測寬儀,利用機架間張力對寬度動態控制,達到調整帶鋼寬度目的;由于精軋末機架中心線到測寬儀的距離較遠,使得系統具有大滯后性及時變性等特點,很難建立精確的數學模型.采用對模型要求寬松的廣義預測控制方法,基于廣義誤差估計值對控制器參數進行自適應調整,直接辨識控制律參數,省略Diophantine方程的求解、矩陣的求逆,縮短在線計算的時間,適用于快速的軋鋼過程.仿真結果表明,該方法對精軋寬度這一大時滯、不確定性系統有較好的控制效果.

基于LMI的魯棒H_∞容錯動態輸出反饋控制設計

陳明, 童朝南

2009, 31(5): 648-654. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.022

[摘要](152)

[PDF 2555KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
針對線性不確定系統,研究了其執行器失效情況下魯棒容錯H_∞動態輸出反饋控制設計問題.基于連續型執行器故障模型,利用線性矩陣不等式(LMI)方法提出了線性不確定系統動態輸出反饋H_∞容錯控制器存在的充分條件,給出了動態輸出反饋H_∞控制器的設計方法.所獲得的控制器不僅能使故障系統魯棒穩定,并且能達到給定的H_∞性能指標.仿真實例證明了所提出設計方法的有效性.

一種非接觸式實時視線追蹤系統的設計

張鵬翼, 王志良, 遲健男, 張闖

2009, 31(5): 655-659. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.021

[摘要](115)

[PDF 644KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
為方便殘疾人和老年人使用計算機進行信息交互,設計了一種非接觸式低成本視線追蹤系統.系統設計了一種雙環形紅外光源,通過交替照射用戶臉部,用單CCD攝像機得到"亮瞳"和"暗瞳"的相鄰兩幀圖像.將這兩幀圖像做差得到瞳孔的位置,使用橢圓擬合方式求得瞳孔中心,加之在"暗瞳"圖像上得到的普洱欽斑中心,從而確定了局部視線的盯視方向.基于人類視線移動的特點,提出了使用神經網絡和卡爾曼濾波相結合的方法進行瞳孔跟蹤,最后給出了視線映射模型和校準方式.

協同服務模型及其在電子商務中的應用

曾明, 楊揚, 王元卓, 張靜樂

2009, 31(5): 660-666. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2009.05.020

[摘要](136)

[PDF 743KB](3) [施引文獻] ()

摘要:
針對協同服務的結構關系和特點,研究了協同服務模型,將協同服務模型分為內部服務模型和外部服務模型,此方法中可以較好地保護協同服務的內部信息.給出了基于隨機Petri網的電子商務背景下企業協同服務中幾種最具有代表性的內部服務模型到外部服務模型之間的轉化定理及相應的證明.將該模型分析方法應用于電子商務下單流程分析之中,數值計算結果說明了該方法的有效性.