[发明专利]一种基于碰撞检测的设施布局方法

权利要求书

1.一种基于碰撞检测的设施布局方法，其特征在于以下步骤：

第一步，确定输入量，根据点之间作用力进行移动，并进行迭代

1.1)采用关系矩阵R＝(relations_i，j)表示设施之间的相互关系，并设定碰撞所产生的作用力的强度等级、作用力阈值、边界阈值；所述的关系矩阵为对称矩阵，关系矩阵中元素的值是实数；所述的设施由矩形表示，矩形的长和宽表示设施的尺寸，矩形的形心位置表示设施的位置；

1.2)在长度为1的正方形中随机生成n点，每个点都是相对应矩阵的形心；每两个点之间产生作用力的计算公式如(1)和(2)所示：

force(point_i，points_j)＝((x_j-x_i)×relations_i，j×distance_i，j，(y_j-y_i)relations_i，j×distance_i，j)，i≠j (1)

${\mathrm{distance}}_{i,j}=\frac{-(\sqrt{{(x_j-x_i)}^2+{(y_j-y_i)}^2}-5)}{{(x_j-x_i)}^2+{(y_j-y_i)}^2+1}---\left(2\right)$

其中，i，j∈(1，2，...，n)，n表示设施的总数；x、y为二维平面中的点的坐标；

1.3)作用在目标点上的合力驱使点进行移动，所述的目标点为步骤1.2)正方形中的任意点，开始运行迭代过程，所述的迭代过程具体为：

设定最大迭代次数N，在步骤1.2)中随机生成的n点中，根据公式(1)计算每一个目标点与其它点的作用力，分别将点沿着受力方向移动0.001个单位，采用最大迭代次数作为终止迭代条件，得到n点的分布；每一个目标点对应一个目标矩形；

多次运行此迭代过程，即使每一次初始随机生成的点位置不同，但是最终得到的n点的分布结果近似，迭代所产生点的分布具有稳定性；

第二步，将步骤1.2)中随机生成n点扩展成面，进行后验碰撞检测

采用边界表示设施布局中的墙体，边界的形状也为矩形；所有的设施均分布在工厂内，设施矩形也均在边界内；

将步骤1.2)中随机生成n点扩展成面，所述的面为表示矩形的设施；当两个设施矩形重叠时，即发生碰撞，产生碰撞的矩形之间产生相互排斥的作用力；将所有的两两矩形之间的碰撞考虑在内，进行后验碰撞检测，后验碰撞检测通过比较设施矩形的边界，确定碰撞类型；

第三步，消除碰撞设施间的碰撞

其它任何矩形对目标矩形产生的作用力的合力作用在目标矩形上，推动矩形向合力的方向上移动，目标矩形的碰撞区域逐渐减小，作用在目标矩形上的力也减小；当目标矩形上的作用力减小到给定的作用力阈值时，作用力乘以加强系数后推动矩形移动，目标矩形的碰撞区域继续减小，直至消除碰撞设施间的碰撞；所述的矩形向合力的方向上的移动距离与作用在目标矩形上的合力成正比；采用比例系数表示碰撞产生作用力的强度等级；

第四步，计算边界对矩形产生的作用力

当矩形至少一个边在边界外时，需要检测边界与矩形之间的碰撞，边界对矩形产生的作用力推动矩形向边界矩形的中心移动；落在边界外的矩形区域视作矩形与边界的重叠区域，边界对矩形产生的作用力与重叠区域的面积成正比；

第五步，根据边界对矩形产生的作用力，边界收缩或扩张

所有的设施均分布在边界内，边界约束设施移动；初始时，相对于所有矩形的面积之和，边界矩形的面积足够大；每一次进行第三步所述的碰撞消除的同时，边界从初始状态开始逐渐缩小，进行多次碰撞消除后，边界缩小至设定的边界阈值，此时再进行碰撞消除时，边界开始扩张；当边界大于边界阈值时，进行碰撞消除的同时边界缩小；

第六步，随着迭代进行，边界对设施矩形产生的作用力过大，抑制设施的移动，边界对墙产生的作用力需要进行标准化；重复第三步至第五步，进行第一轮迭代，边界收缩，至边界内的空闲空间小于阈值，结束第一轮迭代，得到设施的布局结果；

第七步，如果第六步得到的布局结果中，设施间的碰撞或者设施与边界的碰撞存在，继续进行第二轮迭代，边界扩张；第二轮迭代终止的条件是碰撞完全消除，迭代结束后得到设施的布局结果。