三维管路自动敷设算法及干涉校验方法研究

摘要

管路敷设是指在具有约束的环境中，规划一条从起点位置到终点位置满足约束的最优或较优路径。随着工业化的高速发展，管路在许多领域得到广泛应用。但是由于三维管路敷设空间复杂，约束条件严格，早期敷设主要依靠经验丰富的工程师手工完成，效率低下。随着 CAD技术的发展，三维管路自动敷设成为可能，出现了许多高效算法，提高了敷设效率。但各种算法在实用性、复杂度或优化结果等方面都有一定的局限性，还没有形成一套完整的理论体系。本文提出一种适于三维管路敷设的改进的人工鱼群算法，该算法可有效降低复杂度，提高实用性。
　　在单管路敷设阶段，首先根据约束条件建立单管路敷设优化模型；为简化敷设空间，建立栅格空间预处理模型。之后提出改进的人工鱼群算法，该算法将优化过程分为初步优化和深度优化两个阶段。在初步优化过程中为避免人工鱼盲目搜索，设置主方向作为启发信息；为避免陷入局部最优解，针对栅格预处理模型的特点，对人工鱼群算法的基本参数和基本行为进行改进。在深度优化过程中提出人工鱼的繁殖行为和吞食行为，来进一步优化结果。
　　在多管路敷设阶段，针对多管路敷设的特点，首先建立多管路敷设的优化模型。然后对单管路敷设算法的启发信息进行改进；并将单管路敷设算法与小生境技术相结合，实现多管路协同敷设。
　　为使敷设结果更适用于实际工程，需对三维管路进行干涉校验。文中提出了一种向量法来求解干涉问题，总结了各类判别标准来判断管路间的干涉情况。该方法既避免了复杂的投影变换又易于程序实现，可快速实现管路的干涉校验。
　　最后利用UG/Open API功能设计三维管路自动敷设系统，验证所研究算法的实用性。

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绪论第1章

1.1课题来源

1.2课题的背景和意义

1.3国内相关算法的研究现状

1.4本文的主要研究内容

第2章 三维单管路自动敷设算法研究

2.1单管路敷设模型

2.2基本人工鱼群算法

2.3三维管路敷设的人工鱼群算法

2.4算法的实例验证

2.5本章小结

第3章 三维多条管路协同敷设算法研究

3.1多管路敷设的优化模型

3.2基于小生境技术的人工鱼群算法

3.3多管路协同敷设的搜索策略

3.4算法的实例验证

3.5本章小结

第4章 三维管路敷设干涉校验研究

4.1管路干涉校验的优化模型

4.2优化模型的求解

4.3管路间干涉校验规则

4.4算法的数值计算实例验证

4.5本章小节

第5章 三维管路自动敷设系统开发

5.1凝汽器抽汽管组敷设要求

5.2系统总体设计

5.3系统工作流程

5.4凝汽器抽汽管组敷设实例

5.5本章小结

结论

参考文献

声明

致谢