面向船舶动力装置维修性设计的人因势场建立理论与优化方法

船舶动力装置结构异常复杂、运行环境恶劣，导致故障率相对较高，通过良好的维修性设计可使其具备好维修的先天特性，降低维修工时和全寿命周期费用。项目针对当前维修性设计与人因分析互相割裂，且结构设计和优化过程缺乏自动化驱动能力的问题，创造性地提出了人因势场的概念，通过构建人体对设计元的引力势函数以及环境障碍对设计元的斥力势函数模型，探索人因势场的基础理论和建立方法，试图创建一种新的人机一体化集成设计环境，在此基础上模拟势场能量对产品外形和布局的影响机理，重点突破基于势场环境的维修性形状优化和布局优化关键技术，深入研究基于混沌粒子群的全局优化方法，为提高船舶动力装置的维修性设计水平提供理论和技术支撑，进而推进我国装备维修性设计向集成化、同步化和自动化方向发展。

针对船舶等装备由于运行环境恶劣导致故障时有发生、舰员级维修较为困难的问题，传统的维修性设计采用先进行维修性设计再进行维修性分析的串行工作模式，设计过程需要往往需要多次迭代，设计效率和质量通常存在不足。.为此，本项目重点研究了人因势场的基础理论和构建方法，以建立一种新的人机一体化集成设计基础环境，分别针对部件结构外形和配置布局两种尺度上的设计问题开展研究，取得主要创新点和主要结论为：.（1）分析了人因势场应用于维修性设计的必要性和优势，借助人工势场的基本思想，构建了人因势场的基本理论体系，并定义了人因场强等基本概念和保守性、叠加性等基本属性。.（2）研究了人因势场的建立理论和复合方法，基于可视锥理论建立了人眼可视性势场模型，基于人体手臂舒适度评价建立了人体可达性势场模型，在此基础上以人体腰部为基准点，构建了可视性和可达性复合场势能函数，可进行人因势场的综合应用。.（3）提出了两种基于人因势场的维修性形状优化方法，一种是从一般性角度进行研究，以设备维修性相关的外缘为优化对象，提出了满足应力上限的基于无网格EFG方法的优化技术，并进行了过渡段的仿真验证；另一种是针对飞机口盖/观察孔的形状优化问题，以孔内被观察对象可视性的最优化为目标，研究了基于粒子群优化的观察孔形状尺寸计算方法。.（4）提出了基于人因势场的维修性布局优化方法，突破了基于自然选择的粒子群布局优化算法，并分别进行了基于复合人因势场的舰船舱室设备可视化布局应用验证。.项目完成了申请书规定的全部研究内容。在该项目资助下，共发表论文12篇（其中SCI源刊3篇，EI检索4篇），获得软件著作权2项，申请国家发明专利2项。本研究成果为提高产品维修性设计水平提供理论和技术支撑，在飞机观察口以及船舶舱室的设备布置设计中进行了应用验证，可为船舶装备的维修性设计提供一种全新的实现架构，实现产品维修性设计的集成化和自动化，同时有望突破维修性CAD软件研制的核心技术和瓶颈问题。