应对未料灾变的实存装备局部再设计理论与方法

我国2008年两次未料特大灾害造成巨大损失和危害，急需应急装备(产品)及其设计研究。由此提炼出应对这类未料灾害5项设计原则需求(ER5),提出在实存(商品化)装备(主模块)基础上附加个别实存的功能装置或功构组件（副模块）快速局部再设计方法。基于功能-结构一体模型，建立黑箱化主副模块可拓物元模型，检索和选择主副模块进行功构组合，以及设计/制造一体统筹，基于可拓论和多学科协同进化(CMDO)的方案设计，急速生产应急装备。其中一个关键问题是冲突与耦合。属面向变化设计与快速设计/制造交叉。主要研究：(1)总体设计模式；(2)问题建模及求解，基于可拓论粗粒度和基于满足约束的CMDO细粒度两设计层次；(3)设计冲突与关联、耦合；(4)该系统原型和验证。期望提供应对一类ER5未料灾变的装备（产品）快速响应理论和方法，为我国搭建抗灾救灾应急产品或国防装备快速响应设计平台提供技术支持。

本项目按计划完成国家自然科学基金项目审批书规定的内容和预期研究成果。许多未料自然灾害(例如地震、暴风雪、海啸、洪水)造成巨大损失和灾难，这类未料灾害往往超出灾前准备的应对的预案，称之为未料灾变。为了抗灾救灾，急需在限定的时间内提供救灾的应急装备或装置。从产品设计角度，这种装备或装置设计属于应急设计。为此，本项目提出一种应对未料灾变的实存装备局部再设计理论与方法。1）理论研究成果：(1)实存装备局部再设计模式。首先给出应对未料灾变的应急设计5项原则需求(ER5)，进而根据功能-真实结构设计模型，基于实存装备模块局部设计，采用实存装备(主模块)与装置(副模块)模块组合设计。该实存模块是功构统一载体，可以实现设计与制造协同并行；(2)给出实存装备局部再设计过程模型(建模和求解)。给出实存主副模块组合方式，异构模块组合的耦合分析方法以及冲突初步消解方法，给出人机结合的双系统协同进化方法(DCCEA-HP)用于剩余冲突的消解和装备(产品)优化；(3)异构模块组合的耦合分析与冲突消解方法。给出主副模块组合的关联矩阵(DDM)组合方法，新的完全关联矩阵(CDM)构造和基于进化算法分析方法(CDM同时表示直接耦合和间接耦合)。(4)该设计方法、系统的验证：实现了该应急装备局部再设计软件系统原型，给出应对冰雪灾害的清路用的涡喷除冰雪车应急方案设计。此外，还提出了若干其他应急设计相关方法。上述工作成果可为应对未料灾变的装备或装置应急设计理论研究提供支持，为应急装备或装置设计提供技术支持。2)论著：国内外发表期刊论文15篇（含已录用1篇），国际会议论文4篇，总计19篇。其中SCI收录3篇，EI收录12篇，ISTP收录1篇。博士学位论文2篇，硕士学位论文3篇。3)软件： 编制了应对未料灾变的装备或装置局部再设计的系统原型；4) 人才培养：培养毕业博士生2名，硕士生3名，在读博士生1名，在读硕士生2名。5) 获奖：获得2010年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学一等奖一项 (主持)。