[發明專利]一種仿真船舶管路布局環境建模方法

有效

• 申請號: 201510362355.X
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104881560B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發明（設計）人: 牛文鐵;隋海騰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種仿真船舶管路布局環境建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據布局空間每一個船舶設備模型的特點，分別建立三維實體模型，并依據船舶設備工作過程，確定船舶設備維護性和操作性空間的特點，收集經驗知識，完成數據儲備；

2)基于每一個船舶設備維護性和操作性分別構建設備的虛擬空間，并以所述的虛擬空間為依據對所述的三維實體模型進行布爾運算，分別得到每一個船舶設備的新的設備模型；

所述的基于船舶設備維護性和操作性構建設備的虛擬空間包括線性運動虛擬空間和旋轉運動虛擬空間：

(1)對于線性運動虛擬空間，具體的幾何尺寸計算方法如下：利用軸平行包圍盒簡化三維實體模型中線性運動部件并建立所述線性運動部件的簡化模型，或利用軸平行包圍盒簡化維修工具，并建立所述維修工具的簡化模型，取線性運動部件或維修工具在與線性運動方向相垂直的平面上的投影輪廓為掃描體，以所述投影輪廓沿線性運動方向掃描，得到線性運動虛擬空間，即，掃描體的初始位置外輪廓、直線掃描路徑輪廓和終止位置外輪廓就構成了線性運動的虛擬空間，利用Q1，Q2，Q3分別對應表示線性運動虛擬空間初始位置外輪廓、直線掃描路徑輪廓和終止位置外輪廓，則最終形成的虛擬空間SV_l表示為：

SV_l＝Q₁∪Q₂∪Q₃；

(2)對于旋轉運動虛擬空間，具體的幾何尺寸計算方法如下：首先，利用軸平行包圍盒簡化三維實體模型中旋轉運動部件并建立所述旋轉運動部件的簡化模型，或利用軸平行包圍盒簡化維修工具，并建立所述維修工具的簡化模型，取旋轉運動部件或維修工具在與旋轉運動方向相垂直的平面上的投影輪廓為掃描體，并利用平行于所述掃描體上下表面、并且穿過旋轉運動部件旋轉軸的平面將包圍盒劃分為兩個部分part1，part2；旋轉運動虛擬空間的構建方法：以旋轉運動部件的旋轉軸和上表面中平行于旋轉軸并且靠近起始位置的邊線構造平面，將所述平面與part1或part2的相交輪廓作為掃描輪廓；以所述掃描輪廓沿著掃描曲線進行掃描，得到掃描空間，標記為Q₆，同時將部件模型中掃描輪廓左邊的區域標記為Q₄，右邊的區域標記為Q₅；則part1或part2的虛擬空間被表示為：

SV₁＝Q₄∪Q₅∪Q₆；

3)對每一個新的設備模型進行簡化，得到每一個原始設備的簡化模型；

4)基于原始設備的簡化模型的布局空間，構建空間的數學模型，對布局空間進行表達；所述的構建空間的數學模型包括：

(1)空間離散化：利用軸平行包圍盒對整個布局空間進行包絡，并將整個布局空間分解為m×n×l個均等的網格細胞；選定包圍盒任一頂點作為坐標源點，并設定坐標源點的坐標值為(1,1,1)，則其他各個網格細胞的坐標由所述的各個網格細胞與源點網格的相對位置關系決定；同時，各個網格細胞也被賦予了一個默認的標定值0，代表了布局環境中的可行布局空間，工作空間中的船體外側空間、船體結構、設備及已生成的管路都是管路布局過程中的障礙，所述障礙占據的網格被賦予一個標定值#，代表工作環境中的不可行空間；鑒于網格劃分的精度和各障礙在工作空間中的位置差異性，每個網格細胞存在三種狀態：空、完全被占據和部分被占據；將部分被占據的網格細胞視為完全占據，賦予被占據的網格細胞標定值#；

(2)能量值分布：根據網格所包絡空間的布局環境，各個網格也被賦予了特定的能量值，以表示管路通過各個網格區域的難易程度，能量值越低表示管路通過所述各個網格區域越容易，應當優先考慮；具體的能量值賦值方法如下：對布局空間中不可行空間中網格的能量值設定為∞，對于可行空間中的能量值設定為默認值E；根據實際工程經驗，在管路布局過程中應當使得管路靠近船體壁、遠離熱源設備并考慮管路支架的共用性，因此，對于船體壁和已生成管路附近的網格賦予小于默認值E的能量值E_i，并按距離的增加依次增大到默認的能量值E；而對于熱源設備，則需要對熱源設備周圍的網格賦予大于默認值E的能量值E_j，并按距離的增加依次減小到默認的能量值E；至此，完成布局空間的數學表達；

5)基于每一個原始設備的簡化模型，依據每一個原始設備的簡化模型實際的裝配位置關系進行放置，構建出布局空間的仿真模型。