[发明专利]一种基于改良遗传算法的甲板布局计算方法

说明书

本发明是一种基于舰船特点，考虑到多人协同作业流程和甲板占用面积，对甲板布局进行优化的算法。在甲板布局优化中包含3个组成要素：甲板上的设备和障碍物，多个作业及作业先后流程，每个作业的涉及作业人员。通过对布局中的设备和障碍物的数学描述，设定相应的形心、摆放区间、作业时序和优化目标，进行含有人体作业特性的甲板布局优化计算，得到基于舰船特点的甲板优化布局。

技术领域

本发明属于人机交互领域，特别是涉及一种舰船基本工作流程，优化甲板设备布局的计算方法。

背景技术

甲板是舰船上承担多个作业的平台，不同的时间会有不同作业在甲板上进行，作业的内容和人数多种多样。但是甲板面积有限，很难满足所有任务的作业需求，如何优化舰船甲板布局，提高甲板利用率是现有舰船设计者非常关心问题。而现有甲板布局或者空间布局的方法都没有考虑到包含人的作业能力的优化。本发明的目的在于提出一种基于舰船特点，考虑多人协同作业和作业流程的甲板布局计算方法，用于优化甲板设备布局。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于舰船特点，考虑多人协同作业和作业流程的甲板布局计算方法，对舰船的甲板设备布局进行优化。

一种甲板布局计算方法，所述的甲板布局优化包含如下组成要素：甲板上的设备和障碍物，多个作业及作业先后流程，每个作业的涉及作业人员。将上述要素进行甲板布局优化计算。

所述计算步骤如下：

1)布局中设备和障碍物的数学描述:将所有设备和障碍物在给定形状的甲板平面上进行映射，由人工通过手工绘制方式将设备和障碍物绘制为封闭多边形，尽可能地采用最少的点表征完整的设备平面形状。

2)形心的计算：利用几何积分计算图形重心的原理计算出多边形的重心，以此为设备或障碍物的形心。

3)坐标设定：对每个设备和障碍物进行编号，以设备和障碍物形心为坐标原点，按顺时针将每个设备和障碍物顶点与形心的相对坐标组成数列。

4)设备摆放区间设定：根据舰船作业任务的实际需求，对每个设备在甲板上允许摆放的位置区间进行设定。

5)障碍物位置设定：根据舰船作业任务的实际要求，对影响作业人员行走路径的障碍物摆放位置进行设定。

6)时序的设定：根据作业要求，考虑到任务流程的先后顺序和涉及作业人员，以时序排列矩阵为基础，通过任务单元列表和时间刻度形象地表示出任何特定任务的活动顺序、持续时间和作业人员数目。如图1，以时序排列矩阵A为基础，通过任务单元列表和时间刻度形象地表示出任何特定任务的活动顺序与持续时间，基本是一条线段图，横坐标表示时间，纵坐标表示活动(任务单元)，它直观地表明任务单元在什么时候进行。数学模型如下：

将一个任务模块A中的任务单元A1、A2…按照时序排列为一个列向量：

其中1、2、3…为顺次任务所发生的顺序，且，每个Ai表示一个行向量，其所包含的元素表示为在发生第i个任务的时间段内，允许发生的并行任务，则对于矩阵A，其由上而下行的顺序表示顺次任务的顺次关系，每一行中的元素表示对应于该时间段内的并行任务。规定在Ai中，若有并行任务，则为Aij；若无并行任务，则以0表示。所以，A的列数由某个具有最多的并行任务的行决定。

假设，顺次任务共6个，表示为A1、A2、A3、A4、A5、A6，无并行任务，则时序排列矩阵如下所示：

7)优化目标的设计：(a)完成所有作业任务后，所有作业人员先后到达不同的设备所经过的路程之和最小；(b)所有摆放在甲板上的设备占用面积最小。