复杂产品中的管路自动布局与优化技术研究

发布时间：2017-11-02 23:21

  本文关键词：复杂产品中的管路自动布局与优化技术研究

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【摘要】：管路在航空、航天、汽车和船舶等领域大量存在,管路的布局设计是机电产品研发工作中的重要环节之一。针对当前工程中管路布局设计主要采用人机交互式布局的方法导致的布局效率低下、过于依赖经验等问题,本论文以航空航天等复杂管路系统为具体对象,对面向复杂产品的管路自动布局与优化的相关理论、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管路布局的特点与难点,介绍了国内外相关领域的研究现状,并总结分析了现有的管路自动布局与优化方法的优缺点,最后指出了本论文的研究意义。(2)根据工程中管路系统的数字化表达需求,阐述了管路数字化模型的组成和建模方法。在此基础上分析了管路自动布局与优化的技术体系,并对管路布局设计中的工程约束进行了总结,最后指出了管路自动布局与优化的总体业务流程。(3)研究了单管路自动布局与路径优化技术。综述了路径搜索算法,分析了各类算法的优缺点,在此基础上提出了基于改进A*算法的单管路自动布局与优化方法,包括基于方向引导的启发式函数和多约束条件下的改进策略进行路径搜索,以及基于二分思想和面向可制造约束的优化方法实现路径的优化,最后通过算例验证了该算法可行性。(4)研究了多管路组成的管路系统布局序列优化技术。分析了管路系统布局序列的优化目标和约束条件,建立了管路系统布局序列的优化模型,在此基础上提出了基于萤火虫算法的管路系统布局序列优化算法,通过对算法的离散化使之适用于序列优化问题的求解,同时通过对算法寻优机制的改进,有效地提高了算法的求解效率,最后通过实例验证了该算法的可行性和高效性。(5)基于以上成果,设计并开发了管路自动布局与优化原型系统,介绍了软件系统的开发背景、体系结构、功能模块、设计框架、实现方法和运行实例,并结合实例对对论文提出的相关理论与方法进行了实例验证。最后,对全文进行了总结,并对相关研究工作和技术发展方向进行了展望。
【关键词】：管路布局设计 路径规划 管路序列优化 A~*算法 萤火虫算法
【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4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-19
• 1.2.1 人机交互式管路布局11-12
• 1.2.2 管路自动布局技术12-16
• 1.2.3 多根管路布局优化技术16-18
• 1.2.4 存在的问题18-19
• 1.3 课题来源与研究意义19
• 1.3.1 课题来源19
• 1.3.2 研究意义19
• 1.4 主要研究内容及论文结构19-21
• 1.5 本章小结21-22
• 第2章 管路数字化建模与自动布局优化技术22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 管路数字化模型22-26
• 2.2.1 管路数字化模型组成23-25
• 2.2.2 管路数字化建模过程25-26
• 2.3 管路自动布局与优化技术系统框架26-31
• 2.3.1 管路自动布局与优化技术体系27
• 2.3.2 管路自动布局与优化关键技术27-30
• 2.3.3 管路自动布局与优化业务流程30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 基于改进A~*算法的单管路自动布局与路径优化32-50
• 3.1 引言32
• 3.2 路径搜索算法32-38
• 3.2.1 基于自由空间几何构造的搜索算法33-36
• 3.2.2 基于采样的路径搜索算法36-37
• 3.2.3 智能算法37-38
• 3.3 管路自动布局中的改进A~*算法38-44
• 3.3.1 管路布局空间栅格化模型38-39
• 3.3.2 基于方向引导的启发式函数39-41
• 3.3.3 多约束条件下的改进方法41-44
• 3.4 路径优化方法44-47
• 3.4.1 路径节点的筛选44-45
• 3.4.2 面向可制造约束的路径优化45-47
• 3.5 算例与分析47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第4章 基于MFA算法的管路系统布局序列优化50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 管路系统布局序列优化数学模型50-52
• 4.2.1 优化目标50-51
• 4.2.2 约束条件51-52
• 4.3 萤火虫算法52-54
• 4.3.1 基本萤火虫算法52-53
• 4.3.2 萤火虫算法的离散化53-54
• 4.4 管路系统布局序列优化中的离散萤火虫算法54-59
• 4.4.1 种群的初始化与适应度评估54-55
• 4.4.2 含免疫记忆的路径规划算法55-56
• 4.4.3 混合种群的迭代更新策略56-57
• 4.4.4 精英解集的更新57-59
• 4.5 算法性能分析59-63
• 4.5.1 效率分析59-62
• 4.5.2 仿真分析62-63
• 4.6 本章小结63-64
• 第5章 系统开发与实例验证64-78
• 5.1 引言64
• 5.2 系统概述64-65
• 5.2.1 系统开发的总体目标64
• 5.2.2 系统开发和运行环境64-65
• 5.3 系统设计65-69
• 5.3.1 系统体系结构65-66
• 5.3.2 系统功能模块66-67
• 5.3.3 整体框架设计67-68
• 5.3.4 面向对象的分析与设计68-69
• 5.4 系统实现与实例验证69-76
• 5.4.1 系统基本界面70
• 5.4.2 管路自动布局与优化70-76
• 5.5 本章小结76-78
• 第6章 总结与展望78-80
• 6.1 全文总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-86
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单86-87
• 致谢87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曾冰;李明富;张翼;;基于改进萤火虫算法的装配序列规划方法[J];计算机集成制造系统;2014年04期

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9 李志建;郑新奇;王淑晴;杨鑫;;改进A~*算法及其在GIS路径搜索中的应用[J];系统仿真学报;2009年10期

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本文编号：1133626