[发明专利]一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法

说明书

一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法：依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；根据设备各部件的结构及运动特点分解并分别建立自由空间；针对设备布置优化问题建立数学模型，确定目标函数，在工程知识的作用下确定船舶管系各设备所占据的布局空间位置；利用优化算法和工程规则相结合的方式，规划管路路径求得最优解，完成管路布局；构建船舶管路系统三维实体模型。本文能够有效提高船舶管路系统的设计效率并能较大程度地满足工程约束。

技术领域

本发明涉及一种船舶管路系统设计方法。特别是涉及一种针对不同管径规格、考虑设备自由空间的基于管路分级的船舶管路路径优化设计方法。

背景技术

管路系统在航空、航天、船舶、汽车等行业的机电产品中广泛存在，这些管路系统以气体、液体等流体作为工作介质，实现机电产品的运行、控制、操纵等功能。在管路系统的布局设计阶段需要综合考虑管路系统的可制造性、稳定性、强度和流速等一系列问题，良好的管路布局设计结果是保证机电产品可靠运行的前提之一。其中，船舶管路集成设计是船舶设计、生产和验收等各个环节的中心性工作，对船舶建造质量和建造周期有举足轻重的作用。但其布局空间范围大、管路系统复杂，布置中又要遵守大量布置规则和约束，并且需要专业人员丰富的设计经验知识，才能获得最优布局效果。随着CAD技术的不断发展，商品化三维CAD软件(如TRIBON、CATIA等)都提供了管路数字化布局功能，可在机械产品的三维数字样机基础上进行管路系统的布局设计。但是，目前CAD系统中的管路布局软件主要采用交互式的布局方法，且局限于管路系统的几何建模层面上，无法根据企业的实际加工能力和功能需求对管路布局结果进行综合优化，在布局设计的效率及优化方面存在很大不足。

管路布局设计的实质是在对布局空间进行有效描述的基础上，利用工程规则、专家经验和优化算法，规划出一条从起始位置到目标位置与障碍物无碰撞的最优管路路径。近年来，现代优化算法的发展推动了管路布局算法研究的进行，采用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等。但是，当前阶段船舶管路布置算法研究仍不能使自动布置结果完全符合工程实用而不需要人工干预，对自动布置结果的人工验证和修改仍然是必要的设计步骤。

因此，提出一种基于知识的管路布局优化设计方法，为设计人员提供有效的参考，对缩短船舶管路设计周期、提高管路敷设质量具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够构建一个良好的管路布局设计方案的船舶管路布局优化设计方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于知识的船舶管路布局优化设计方法，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2：参考设备放样时所需的必要参数，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。

优选的，步骤1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。

优选的，步骤2所述的对设备模型重构具体步骤如下：