[發(fā)明專利]一種基于多目標優(yōu)化的機電產(chǎn)品多分支線纜組件自動布局的實現(xiàn)方法

在審

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• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111274757A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張丹;劉召朝;周琛;劉成;左敦穩(wěn)
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/392
• 分類號: G06F30/392
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

一種基于多目標優(yōu)化的機電產(chǎn)品多分支線纜組件自動布局的實現(xiàn)方法，其特征是：根據(jù)需要確定線纜組件多目標布局的若干優(yōu)化目標和約束條件。對線纜敷設(shè)空間進行離散化預處理。使用基于分解的多目標粒子群優(yōu)化算法對線纜多目標布局問題進行求解，可獲得滿足多個目標的線纜組件布局方案解集，并能完成線纜組件幾何模型的構(gòu)建和裝配。本發(fā)明經(jīng)過一次運算就可提供一組滿足Pareto準則的最優(yōu)布線方案，可供設(shè)計人員的不同需求進行決策選擇，本發(fā)明具有算法結(jié)構(gòu)簡單，求解效率高，推薦方案極具工程價值的優(yōu)點。本發(fā)明的實施將有效提高機電產(chǎn)品的布線設(shè)計效率和質(zhì)量，并減輕設(shè)計人員工作強度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種計算機輔助設(shè)計和人工智能技術(shù)，尤其是一種機電產(chǎn)品電纜布線技術(shù)，具體地說是一種基于多目標優(yōu)化的機電產(chǎn)品多分支線纜組件自動布局的實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

線纜是機電一體化設(shè)備的“血管神經(jīng)”，用于電氣元件的能量輸送與信號控制，并在航空航天、車輛、電子、船舶等復雜機電產(chǎn)品中被大量使用，不合理的線纜布局不僅破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性還會損壞電器元件，導致產(chǎn)品故障率上升，例如美國通用公司總結(jié)出發(fā)動機空中停車事件有50％的故障是由于管路、線纜和傳感器損壞導致的。復雜機電產(chǎn)品的線纜大都是經(jīng)過捆扎的線纜組件，線纜布局設(shè)計涉及多個優(yōu)化目標和多個工程約束，存在多種不同的布局方案，但大多智能優(yōu)化算法針對的是雙端單根線纜單目標布局優(yōu)化問題，單一的將線纜的長度作為優(yōu)化目標，采用傳統(tǒng)的工程經(jīng)驗和路徑搜索相結(jié)合的方式，獲得方案唯一的線纜布局，缺少線纜組件可制造性和裝配難易程度等因素的考慮，合理的考慮線纜組件的總重量、可制造性和裝配難易程度等多個目標對縮短機電產(chǎn)品的生產(chǎn)研發(fā)周期具有重大意義和必要性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對機電產(chǎn)品線纜組件多目標布局困難的問題，發(fā)明一種基于多目標優(yōu)化的機電產(chǎn)品多分支線纜組件自動布局的實現(xiàn)方法，以解決機電產(chǎn)品線纜組件多目標布局問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于多目標優(yōu)化的機電產(chǎn)品多分支線纜組件自動布局的實現(xiàn)方法，其特征是它包括以下步驟：

(1)輸入待設(shè)計的線纜組件進行電氣連接的各端口信息、接線關(guān)系及各芯線物理屬性；

(2)根據(jù)布線設(shè)計的工程需求確定線纜組件布局設(shè)計的若干優(yōu)化目標和約束條件，記優(yōu)化目標的數(shù)量為M，并設(shè)置布局方案的優(yōu)化函數(shù)f_m(x)，m＝1,2,…,M，x為線纜組件布局方案，其中各個優(yōu)化目標函數(shù)值越小，布局方案越好；

(3)基于機電產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計三維幾何模型，進行線纜可敷設(shè)空間的離散預處理，生成離散空間模型表達的線纜敷設(shè)空間；

(4)使用基于分解的多目標粒子群優(yōu)化算法(簡稱MOPSO/D)對線纜組件布局進行優(yōu)化求解，利用步驟(2)生成的離散線纜敷設(shè)空間初始化初始解，并處理優(yōu)化約束，生成一系列非支配的線纜布局方案，并分別使用XML格式進行存儲；

(5)選擇滿足需求的線纜布局，在CAD環(huán)境中讀取對應的XML文件，利用二次開發(fā)接口自動生成線纜組件幾何模型，并裝配到機電產(chǎn)品幾何模型中。

所述的步驟(1)中，各端口信息包括空間位置和插接矢量方向；接線關(guān)系為電氣連接的接線表或者接線圖；各芯線物理屬性包括芯線截面形狀、尺寸和線密度。

所述的步驟(2)中，選擇線纜組件總重量、捆扎段主干道占比和線纜組件敷設(shè)路徑上的開敞空間作為優(yōu)化目標，目標函數(shù)分別為f₁(x)、f₂(x)和f₃(x)，根據(jù)以下公式計算：

f₁(x)＝G_B+G_S

其中，G_B、G_S為捆扎段總重量、非捆扎段總重量；