【摘要】：嚴(yán)重的自然災(zāi)害(如地震、海嘯、洪水、暴風(fēng)雪)會給人民的生命、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境造成巨大損失及隱患,有些災(zāi)害具有突發(fā)性、未料性和嚴(yán)重危害性特點(diǎn),往往超出事先的防災(zāi)預(yù)案,本文稱之為未料災(zāi)變。為了應(yīng)對這類未料的災(zāi)害,需要緊急搶險(xiǎn)抗災(zāi),將災(zāi)害造成的損失減少到最低,這需要及時(shí)(在數(shù)日或數(shù)周內(nèi))提供所需數(shù)量的應(yīng)急裝備或裝置,如何快速設(shè)計(jì)／制造應(yīng)急裝備(產(chǎn)品)成為當(dāng)務(wù)之急。然而,目前的應(yīng)急研究側(cè)重對非常規(guī)突發(fā)事件(或?yàn)?zāi)變)的應(yīng)急決策和管理,對實(shí)施抗災(zāi)救災(zāi)應(yīng)急裝備設(shè)計(jì)的研究尚少。 在國家自然科學(xué)基金的資助下,本文研究應(yīng)對一類未料災(zāi)變的機(jī)械裝備的快速響應(yīng)設(shè)計(jì),簡稱為應(yīng)急設(shè)計(jì)。重點(diǎn)研究應(yīng)對一類未料災(zāi)變的實(shí)存裝備局部再設(shè)計(jì)方法,希望有助于為抗災(zāi)救災(zāi)及時(shí)提供應(yīng)急機(jī)械裝備,將災(zāi)害帶來的損失降至最低。 論文的主要工作如下： (1)提出一種應(yīng)對一類未料災(zāi)變的實(shí)存裝備局部再設(shè)計(jì)過程模型。針對一類災(zāi)害,提煉出應(yīng)對一類未料災(zāi)變的5項(xiàng)設(shè)計(jì)需求原則(Emergency Requirements 5,ER5)。為實(shí)現(xiàn)抗災(zāi)救災(zāi)的超常規(guī)快響應(yīng)設(shè)計(jì),采取在實(shí)存裝備(主模塊)上附加一個(gè)(或若干)功構(gòu)組件(副模塊)的組合設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造統(tǒng)籌的超常規(guī)快速響應(yīng)。由于應(yīng)對未料災(zāi)變多屬非預(yù)案設(shè)計(jì),主副模塊可能是異構(gòu)的,因此需進(jìn)行耦合分析和沖突消解,以及優(yōu)化設(shè)計(jì)。 (2)給出針對實(shí)存裝備主副模塊組合的耦合分析方法。給出一種新的完全關(guān)聯(lián)矩陣(CDM)同時(shí)表達(dá)直接關(guān)聯(lián)和間接關(guān)聯(lián)(變更傳播)信息。在構(gòu)建CDM的過程中進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更傳播分析,通過對CDM進(jìn)行聚類(耦合)分析,識別設(shè)計(jì)中參數(shù)和功能的耦合關(guān)聯(lián)關(guān)系,并識別出聚類模塊之間具有較復(fù)雜耦合關(guān)系的功能和參數(shù),為主副模塊耦合分析和沖突消解提供支持。經(jīng)除冰雪車的汽車底盤與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)耦合分析案例驗(yàn)證。 (3)提出一種人機(jī)結(jié)合雙系統(tǒng)協(xié)同進(jìn)化方法(DCCEA-HC),以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參數(shù)沖突消解和優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先給出一種改進(jìn)的設(shè)計(jì)變量變粒度雙系統(tǒng)協(xié)同進(jìn)化算法,進(jìn)而在進(jìn)化過程中加入人工方案(個(gè)體),與計(jì)算方案(個(gè)體)組成種群,基于協(xié)同進(jìn)化算法框架實(shí)現(xiàn)人工個(gè)體和計(jì)算個(gè)體在基因?qū)哟蔚娜藱C(jī)結(jié)合,并論述了實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合的若干技術(shù),構(gòu)成人機(jī)結(jié)合雙系統(tǒng)協(xié)同進(jìn)化方法(DCCEA-HC)。通過一個(gè)衛(wèi)星布局設(shè)計(jì)實(shí)例的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)和一個(gè)多學(xué)科優(yōu)化(MDO)標(biāo)準(zhǔn)算例,對本文DCCEA-HC進(jìn)行驗(yàn)證。 (4)最后通過除冰雪車的實(shí)存裝備局部再設(shè)計(jì)案例,驗(yàn)證本文實(shí)存裝備局部再設(shè)計(jì)方法的可行性和有效性。 本文研究應(yīng)急實(shí)存裝備的局部再設(shè)計(jì)方法,期望為應(yīng)對一類未料災(zāi)變的機(jī)械裝備局部再設(shè)計(jì)提供方法支持,期望有助于應(yīng)對未料災(zāi)變應(yīng)急設(shè)計(jì)理論研究的進(jìn)展。
【圖文】：

(a)2004年印尼海嘯后偽)2011年3.H日本地震海嘯圖1.1印尼和日本的地震海嘯(來自新華網(wǎng))Fig.1.1Earthquakeandtsuna而haPPenedinIndonesiaandJapan年來自然災(zāi)害的發(fā)生愈加頻繁，我國更是自然災(zāi)難頻發(fā)的國家。這些未料災(zāi)害給生命財(cái)產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失和嚴(yán)重破壞，災(zāi)后隱患更是難以估量(如圖防災(zāi)救災(zāi)己經(jīng)成為了一個(gè)函待解決的問題。過去抗災(zāi)救災(zāi)的應(yīng)急研究存在兩個(gè)顯點(diǎn):

盡管應(yīng)對未料災(zāi)變的機(jī)械裝備快速響應(yīng)設(shè)計(jì)面臨如此多的困難，理論和方法上都缺乏深入研究，但在應(yīng)急裝備快速響應(yīng)設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐中已有一些的成功案例，令人鼓舞。.在俄羅斯，工程師采用廢舊的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)充當(dāng)“吹雪機(jī)”來清除積雪。圖1.3是一種老式的渦噴除雪車，它將米格發(fā)動(dòng)機(jī)通過特殊的支架安裝在汽車底盤上，并有專門控制室，顯得較為笨重。.美國阿波羅13號登月飛船在執(zhí)行第3次探月任務(wù)時(shí)，服務(wù)艙的二號氧氣罐發(fā)生了爆炸，服務(wù)艙的兩個(gè)氧氣罐的氧氣全部損失，三位宇航員不得不把登月艙當(dāng)作返回地球的“救生艇”。然而，，登月艙生命保障系統(tǒng)中的二氧化碳過濾和排放系統(tǒng)無法支持足夠長的時(shí)間，保證航天員返回地球。在地面系統(tǒng)的支持和幫助下，航天員采用航天器上可獲得的組件(包括塑料袋，薄紙板，登月宇航服上的部分組件以及很多的磁帶)在一個(gè)小時(shí)之內(nèi)組裝好了一個(gè)臨時(shí)二氧化碳去除裝置(見圖1.4)。該裝置通過一個(gè)軟管從指令艙存放的方形活性炭吸氣
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH122

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本文編號：2683637