[發(fā)明專(zhuān)利]一種飛機(jī)油箱內(nèi)單管路多目標(biāo)優(yōu)化布局方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110762608.8
• 申請(qǐng)日: 2021-07-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113486446A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢宇飛;蘇巖;楊野光;屈力剛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 沈陽(yáng)航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/15
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/15;G06F30/18;G06N3/00;G06T17/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發(fā)明提供一種飛機(jī)油箱內(nèi)單管路多目標(biāo)優(yōu)化布局方法，根據(jù)飛機(jī)油箱的三維模型生成點(diǎn)云集，將點(diǎn)云集轉(zhuǎn)化為三維柵格地圖，根據(jù)三維柵格地圖利用蟻群算法分別生成滿(mǎn)足固定約束與路徑最短的兩組初始解集，接著根據(jù)初始解集運(yùn)用遺傳算法迭代優(yōu)化最終獲取最優(yōu)解，用于指導(dǎo)油箱內(nèi)管路路徑的布局。本發(fā)明與傳統(tǒng)的管路布局方法有著本質(zhì)的區(qū)別，該方法能夠同時(shí)考慮管路支撐約束和管路路徑的幾何可行性，更符合工程實(shí)際的需要，采用多種啟發(fā)式算法分組計(jì)算初始可行路徑和符合支撐約束的可行管路路徑，之后運(yùn)用多目標(biāo)遺傳進(jìn)化算法獲取路徑的優(yōu)化解，該方法大大提高了考慮管路支撐約束的管路敷設(shè)對(duì)管路路徑規(guī)劃的效率與優(yōu)化解的質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛機(jī)管路布局設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛機(jī)油箱內(nèi)單管路多目標(biāo)優(yōu)化布局方法。

背景技術(shù)

管路的布局設(shè)計(jì)和裝配工作在復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)中占有相當(dāng)大的比重，是一項(xiàng)繁雜而耗時(shí)的工作。管路的布局設(shè)計(jì)通常是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中不僅要考慮管路功能性的連接，還需要根據(jù)管路所依附的結(jié)構(gòu)件及布局空間確定合理的走向，同時(shí)需滿(mǎn)足工藝、流阻、可靠性等方面的要求。任何一處不合理的管路設(shè)計(jì)都可能造成產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，還可能引發(fā)一系列其他零部件的設(shè)計(jì)更改。在完成了管路布局設(shè)計(jì)后，管路的裝配方案通常需經(jīng)過(guò)反復(fù)試裝和修改后確定。

計(jì)算機(jī)輔助管路布局設(shè)計(jì)軟件通常以產(chǎn)品的三維模型為基礎(chǔ)，通過(guò)人機(jī)交互方式完成管路的布局設(shè)計(jì)。然而，對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品中數(shù)量龐大的管路的布局設(shè)計(jì)工作而言，布局設(shè)計(jì)效率仍比較低，影響著產(chǎn)品的研發(fā)周期。同時(shí)，由于現(xiàn)有的管路布局輔助工具缺乏管路支撐約束的考慮，在管路裝配過(guò)程中的許多問(wèn)題很難在裝配設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致管路的裝配返工多、可靠性差等問(wèn)題。

目前，處理管路支撐(固定)約束的方法主要是通過(guò)建立某種約束處理機(jī)制或規(guī)則在最短路徑的基礎(chǔ)上加以修正，讓管路路徑盡可能貼附與管路敷設(shè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)內(nèi)壁或外表面。然而，飛機(jī)油箱內(nèi)的管路一般要求在管路特定長(zhǎng)度上施加固定的同時(shí)，保證路徑最短(例如，油箱內(nèi)某型管路需要每間隔一個(gè)特定長(zhǎng)度需要施加一組固定)，而非始終貼附于油箱內(nèi)表面。并且由于飛機(jī)油箱結(jié)構(gòu)尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致傳統(tǒng)管路布局算法所需求解時(shí)間較長(zhǎng)。綜上可以看出，目前對(duì)于考慮管路支撐約束的飛機(jī)油箱管路布局這一問(wèn)題并未形成一套完善的理論與方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種飛機(jī)油箱內(nèi)單管路多目標(biāo)優(yōu)化布局方法，根據(jù)飛機(jī)油箱的三維模型生成點(diǎn)云集，將點(diǎn)云集轉(zhuǎn)化為三維柵格地圖，根據(jù)三維柵格地圖利用遺傳算法生成滿(mǎn)足固定約束且路徑最短的最優(yōu)解，用于指導(dǎo)油箱內(nèi)管路路徑的布局，包括：

步驟1：建立飛機(jī)油箱的三維模型生成點(diǎn)云集，并設(shè)置待敷設(shè)管路的端點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟2：將生成的點(diǎn)云集內(nèi)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為三維柵格地圖；

步驟3：根據(jù)三維柵格地圖生成包含最短路徑初始解、滿(mǎn)足固定約束路徑初始解的M組路徑初始解；

步驟4：對(duì)獲取的M組路徑初始解集進(jìn)行簡(jiǎn)化；

步驟5：將全部簡(jiǎn)化后的初始路徑合并為一組初始種群，根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)對(duì)初始種群進(jìn)行排序，對(duì)不符合管路固定約束的個(gè)體對(duì)應(yīng)的適應(yīng)度施加懲罰值；

步驟6：根據(jù)種群排序結(jié)果對(duì)種群進(jìn)行交叉、變異、排序獲得新種群，通過(guò)κ次迭代獲得最優(yōu)管路路徑，κ為預(yù)設(shè)的最大迭代次數(shù)；

步驟7：根據(jù)最優(yōu)管路路徑在飛機(jī)油箱內(nèi)布局管路生成三維模型，作為油箱內(nèi)管路路徑布局的最佳路徑方案。

所述步驟2包括：

步驟2.1：根據(jù)公式(1)獲取三維柵格地圖在X、Y、Z軸三個(gè)方向上的網(wǎng)格數(shù)量s：

s＝round(max(P_d)-min(P_d))/ψ+1 (1)