[发明专利]一种仿真船舶管路布局环境建模方法

摘要

一种仿真船舶管路布局环境建模方法分别建立三维实体模型，并依据船舶设备工作过程，确定船舶设备维护性和操作性空间的特点，收集经验知识，完成数据储备；分别构建设备的虚拟空间，并以虚拟空间为依据对三维实体模型进行布尔运算，分别得到每一个船舶设备的新的设备模型；对每一个新的设备模型进行简化，得到每一个原始设备的简化模型；基于原始设备的简化模型的布局空间，构建空间的数学模型，对布局空间进行表达；基于每一个原始设备的简化模型，依据每一个原始设备的简化模型实际的装配位置关系进行放置，构建出布局空间的仿真模型。本发明基于操作性和维护性，在简化布局环境的同时也保证了布局环境仿真的精确性和合理性，为管路布局奠定了良好的基础。

主权项

一种仿真船舶管路布局环境建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据布局空间每一个船舶设备模型的特点，分别建立三维实体模型，并依据船舶设备工作过程，确定船舶设备维护性和操作性空间的特点，收集经验知识，完成数据储备；2)基于每一个船舶设备维护性和操作性分别构建设备的虚拟空间，并以所述的虚拟空间为依据对所述的三维实体模型进行布尔运算，分别得到每一个船舶设备的新的设备模型；所述的基于船舶设备维护性和操作性构建设备的虚拟空间包括线性运动虚拟空间和旋转运动虚拟空间：(1)对于线性运动虚拟空间，具体的几何尺寸计算方法如下：利用轴平行包围盒简化三维实体模型中线性运动部件并建立所述线性运动部件的简化模型，或利用轴平行包围盒简化维修工具，并建立所述维修工具的简化模型，取线性运动部件或维修工具在与线性运动方向相垂直的平面上的投影轮廓为扫描体，以所述投影轮廓沿线性运动方向扫描，得到线性运动虚拟空间，即，扫描体的初始位置外轮廓、直线扫描路径轮廓和终止位置外轮廓就构成了线性运动的虚拟空间，利用Q1，Q2，Q3分别对应表示线性运动虚拟空间初始位置外轮廓、直线扫描路径轮廓和终止位置外轮廓，则最终形成的虚拟空间SVl表示为：SVl＝Q1∪Q2∪Q3；(2)对于旋转运动虚拟空间，具体的几何尺寸计算方法如下：首先，利用轴平行包围盒简化三维实体模型中旋转运动部件并建立所述旋转运动部件的简化模型，或利用轴平行包围盒简化维修工具，并建立所述维修工具的简化模型，取旋转运动部件或维修工具在与旋转运动方向相垂直的平面上的投影轮廓为扫描体，并利用平行于所述扫描体上下表面、并且穿过旋转运动部件旋转轴的平面将包围盒划分为两个部分part1，part2；旋转运动虚拟空间的构建方法：以旋转运动部件的旋转轴和上表面中平行于旋转轴并且靠近起始位置的边线构造平面，将所述平面与part1或part2的相交轮廓作为扫描轮廓；以所述扫描轮廓沿着扫描曲线进行扫描，得到扫描空间，标记为Q6，同时将部件模型中扫描轮廓左边的区域标记为Q4，右边的区域标记为Q5；则part1或part2的虚拟空间被表示为：SV1＝Q4∪Q5∪Q6；3)对每一个新的设备模型进行简化，得到每一个原始设备的简化模型；4)基于原始设备的简化模型的布局空间，构建空间的数学模型，对布局空间进行表达；所述的构建空间的数学模型包括：(1)空间离散化：利用轴平行包围盒对整个布局空间进行包络，并将整个布局空间分解为m×n×l个均等的网格细胞；选定包围盒任一顶点作为坐标源点，并设定坐标源点的坐标值为(1,1,1)，则其他各个网格细胞的坐标由所述的各个网格细胞与源点网格的相对位置关系决定；同时，各个网格细胞也被赋予了一个默认的标定值0，代表了布局环境中的可行布局空间，工作空间中的船体外侧空间、船体结构、设备及已生成的管路都是管路布局过程中的障碍，所述障碍占据的网格被赋予一个标定值#，代表工作环境中的不可行空间；鉴于网格划分的精度和各障碍在工作空间中的位置差异性，每个网格细胞存在三种状态：空、完全被占据和部分被占据；将部分被占据的网格细胞视为完全占据，赋予被占据的网格细胞标定值#；(2)能量值分布：根据网格所包络空间的布局环境，各个网格也被赋予了特定的能量值，以表示管路通过各个网格区域的难易程度，能量值越低表示管路通过所述各个网格区域越容易，应当优先考虑；具体的能量值赋值方法如下：对布局空间中不可行空间中网格的能量值设定为∞，对于可行空间中的能量值设定为默认值E；根据实际工程经验，在管路布局过程中应当使得管路靠近船体壁、远离热源设备并考虑管路支架的共用性，因此，对于船体壁和已生成管路附近的网格赋予小于默认值E的能量值Ei，并按距离的增加依次增大到默认的能量值E；而对于热源设备，则需要对热源设备周围的网格赋予大于默认值E的能量值Ej，并按距离的增加依次减小到默认的能量值E；至此，完成布局空间的数学表达；5)基于每一个原始设备的简化模型，依据每一个原始设备的简化模型实际的装配位置关系进行放置，构建出布局空间的仿真模型。