复杂产品中的分支线缆自动布局设计技术研究

发布时间：2017-10-19 07:16

  本文关键词：复杂产品中的分支线缆自动布局设计技术研究

  更多相关文章： 分支线缆 自动布局设计 路径规划 最小斯坦纳生成树 随机路径图算法 协同进化算法 快速扩展随机树算法

【摘要】：线缆布局设计是复杂机电产品研发中一项繁杂而耗时的工作。随着航天、航空等复杂产品向信息化、小型化、轻量化、精密化和光、机、电一体化方向的发展,采用计算机辅助线缆自动布局设计已成为当前研究热点和发展趋势。相比于单根线缆的自动布局设计,分支线缆布局设计更加复杂,本论文以航天复杂产品为具体对象,对分支线缆自动布局设计的相关理论、关键技术和实现方法进行了研究。论文的主要研究工作概括如下:(1)分析了复杂机电产品中线缆布局设计的特点以及国内外相关领域的研究现状,总结了现有研究成果中分支管线自动布局设计方法的优缺点,分析了存在的问题,最后指出了论文的项目来源和研究意义。(2)对分支线缆自动布局设计问题进行了分析,介绍了分支线缆线束模型,总结了分支线缆布局设计中的约束,并提出了虚拟环境下分支线缆自动布局设计的总体技术流程,最后介绍了两种常用的路径规划算法。(3)针对分支线缆路径规划的特点,提出了一种基于最小斯坦纳生成树和改进的随机路径图算法的分支线缆自动布局设计方法。该方法首先采用最小斯坦纳生成树算法求解带有约束的斯坦纳点确定分支线缆分支点的位置;然后以基本PRM算法为基础,采用低离散度以及基于障碍物的混合采样策略构建一幅覆盖全空间障碍物表面的路径图,再利用A*算法搜索各线缆段的最短路径;最后通实例验证了算法可行性。(4)针对分支线缆的结构特点,提出了一种基于协同进化算法的分支线缆自动布局设计方法。该方法首先基于线缆的线束模型信息将分支线缆分解为多个一对一的单根线缆,每个单独的线缆代表一个种群;在此基础上采用改进的快速扩展随机树算法求解单根线缆的路径,然后基于协同进化的思想对分支线缆的分支点进行寻优,通过种群间相互影响适应度的评价使得分支线缆的布局结果达到最优;最后通过实例验证了算法可行性。(5)作为上述各项研究成果的工程实践和验证,自主设计并开发了分支线缆自动布局设计系统。介绍了软件系统的开发背景、体系结构、功能模块、接口规范、实现方法和运行实例,并结合实例对提出的方法和技术进行了验证。最后,对全文进行总结,并对相关研究工作的后续发展进行了展望。
【关键词】：分支线缆 自动布局设计 路径规划 最小斯坦纳生成树 随机路径图算法 协同进化算法 快速扩展随机树算法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-20
• 1.2.1 线缆布局设计技术12-16
• 1.2.2 分支线缆布局设计技术16-19
• 1.2.3 线缆布局设计的商品化软件分析19
• 1.2.4 存在的问题19-20
• 1.3 项目来源及研究意义20-21
• 1.3.1 项目来源20
• 1.3.2 研究意义20-21
• 1.4 论文的研究内容与结构安排21-23
• 第二章 分支线缆自动布局设计问题分析23-40
• 2.1 引言23
• 2.2 分支线缆自动布局设计问题描述23-27
• 2.2.1 分支线缆路径规划数学描述23-24
• 2.2.2 分支线缆线束模型24-26
• 2.2.3 分支线缆布局约束26
• 2.2.4 总体技术流程26-27
• 2.3 基于采样的路径规划算法27-39
• 2.3.1 快速扩展随机树算法27-34
• 2.3.2 随机路径图算法34-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 基于SMT和LDOB-PRM算法的分支线缆自动布局设计40-54
• 3.1 引言40
• 3.2 基于SMT算法的分支线缆分支点确定40-43
• 3.2.1 最小斯坦纳生成树简介40-41
• 3.2.2 分支点位置确定41-43
• 3.3 基于LDOB-PRM算法的分支线缆布局路径求解43-52
• 3.3.1 LDOB-PRM的路径图构建44-49
• 3.3.2 路径搜索49
• 3.3.3 LDOB-PRM算法分析49-52
• 3.4 算例分析与验证52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 基于协同进化算法的分支线缆自动布局设计54-67
• 4.1 引言54
• 4.2 协同进化算法概述54-56
• 4.3 基于协同进化算法的分支线缆自动布局设计方法56-63
• 4.3.1 基于线束模型信息的分支线缆分解57
• 4.3.2 基于改进RRT算法的单根线缆路径求解57-59
• 4.3.3 基于协同进化算法的分支点寻优59-63
• 4.4 算例分析与验证63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 系统开发及实例验证67-81
• 5.1 引言67
• 5.2 系统概述67-68
• 5.2.1 系统的开发和运行环境67-68
• 5.2.2 系统开发的总体目标68
• 5.3 系统分析68-71
• 5.3.1 系统业务分析68-69
• 5.3.2 系统功能模块69-70
• 5.3.3 系统体系架构70-71
• 5.4 系统设计71-73
• 5.4.1 整体框架设计71-72
• 5.4.2 算法模块设计72-73
• 5.5 系统实现及实例验证73-80
• 5.5.1 系统基本界面73-74
• 5.5.2 分支线缆自动布局设计74-80
• 5.6 本章小结80-81
• 总结与展望81-83
• 总结81-82
• 展望82-83
• 参考文献83-88
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单88-89
• 致谢89

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王成山,王赛一;基于空间GIS的城市中压配电网络智能规划 (二)多分段多联络接线模式的自动布局[J];电力系统自动化;2004年06期

2 奚纪龙，，沈志广;基于等位线的自动布局系统[J];计算机辅助设计与图形学学报;1995年01期

3 凌玲;王晓博;李成刚;;基于内部可行域的住区建筑物自动布局算法[J];计算机技术与发展;2013年08期

4 邢佳磊;杨洪耕;何亚平;;地区电网运行单线图的智能自动布局[J];电力系统自动化;2010年04期

5 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 姜航;Diagram图形自动布局应用研究[D];北京理工大学;2015年

2 徐联杰;机电产品中的管路自动布局设计技术研究[D];北京理工大学;2016年

3 徐金宝;复杂产品中的分支线缆自动布局设计技术研究[D];北京理工大学;2015年

4 高媛;网络管理平台——拓扑自动布局算法的研究与实现[D];东北大学　;2009年

5 张奇峰;基于CIM的复杂配电网单线图自动布局[D];东华大学;2013年

6 蔡瑾;三维自动布局系统的研究与应用[D];河北工业大学;2003年

7 刘潇;复杂产品中的线缆自动布局设计技术研究[D];北京理工大学;2015年

本文编号：1059747