[发明专利]一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法

权利要求书

1.一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据船体结构及机舱布置空间特点及参数，建立管路布局三维空间模型；

步骤2：参考设备的空间位置、属性特征等必要参数，简化设备模型，利用轴平行包围盒法和自由空间建模法的结合，实现设备模型的重构；

步骤3：收集并整理船舶管系设计规范及工程规则等，以一阶谓词的形式表示为计算机可识别的语言，构建管路工程知识库；

步骤4：分析管系二维原理图，确定设备与管路间的连接关系；

步骤5：分析空间布置图，确定管路设备位置参数，在工程知识的作用下放置设备模型；

步骤6：结合管路工程规则知识库，利用优化算法进行管路布局规划，利用二次穿越算法、吊桥算法和蚁群算法的结合的管路布局优化设计方法，确定管路是否与设备发生干涉，并将干涉点转化为连接点，规划管路路径得出最优解；

步骤7：依据布局空间参数、设备位置参数、设计规范及工程规则，优化船舶管路布局，构建管系三维模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法，其特征在于，步骤1中是利用智能工程设计软件平台Smart 3D建立船舶管系布局空间的三维模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法，其特征在于，步骤2所述的对设备模型重构具体步骤如下：

(1)依据是否可以拆卸及维修时需进行的操作状态，将设备分解为若干部件；

(2)分析设备各部件在运行及检修时的运动状态，通过轴平行包围盒法将部件建立成规则几何体；

(3)依据步骤(2)中各部件的结构及其运动特点，建立各部件的自由空间；

(4)将步骤(3)中得到的各部件重新组合，实现设备模型的重构，并建立设备整体的自由空间。

4.根据权利要求1所述的一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法，其特征在于，步骤3所述的以一阶谓词的形式表示为计算机可识别的语言，构建管路工程知识库，过程如下：

(1)确定论域：抽象分解以自然语言形式存在的管路布局约束知识，确定研究对象；

(2)定义谓词：根据研究对象定义谓词符号集，并赋予集合中每个谓词符号确切的含义；

(3)连接谓词：根据管路布局知识的定义，用恰当的谓词连接词将(2)中独立的谓词连接为谓词公式。

5.根据权利要求1所述的一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法，其特征在于，步骤5所述的放置设备模型是，根据机舱空间布置是一个多目标优化问题，利用加权和法将多目标优化问题转化为单目标优化问题，并建立数学模型，确定目标函数，在工程知识库的作用下求得设备最优解。

6.根据权利要求4所述的一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法，其特征在于，步骤6所述结合管路工程规则知识库，利用优化算法进行管路布局规划有如下过程：

(1)利用一阶谓词的形式将设备约束规则转化为计算机语言，在优化算法初始阶段完成检测与优化，确定基于工程规则的管系设备最优位置，完成设备模型在三维CAD系统中的放样。

(2)利用适用于自由空间建模的二次穿越算法确定管路与设备是否发生干涉，将管路分为两种结构：L型管路和I型管路，将L型管路转化为I型管路；

(3)通过判断管路穿越设备模型的自由空间的次数来确定二者是否发生干涉，假设穿越次数为N，当N≥2时，则存在干涉现象，从而确定干涉点；

(4)利用吊桥算法通过矩阵转化将干涉点转换为代换点，使得N≤1，开始管路的敷设；

(5)利用管路工程知识库中管路相关工程规则，结合蚁群优化算法对管路布局进行优化；

(6)重复过程(2)、(3)、(4)的操作，直至完成整个管路的敷设。