基于网络图的复杂空间管路布局方法研究

摘要

管路系统是液压、船舶、航空航天、核电、化学工业等领域内复杂机电装备与流程工业过程的重要组成部分。考虑到装备结构复杂性及管路连接部件的多样性，同时必须满足可维修性、可加工性、可装配性等要求，传统的基于经验的管路敷设方法，难以保证设计质量与效率，严重制约复杂机电装备的研制速度和周期。因此，研究复杂空间管路智能设计的理论与方法，具有重要的理论意义及工程实用价值。本文系统研究了基于网络图的复杂空间管路布局设计方法，主要工作如下：
　　系统归纳总结了船舶机舱管路自动布局设计的工程规则，基于逃逸图及设备模型简化方法，提出基于最小直径生成树的简化网络图生成方法，用于描述复杂管路布局设计空间。
　　基于管路干扰度概念，给出了确定管路路径布局顺序的基本原则。提出顶点分离策略用于解决管路路径拐弯描述问题。基于顶点分离策略和空间势能值分配方法，给出了网络图的管路广义长度的计算方法。结合两点间管路路径规划的特点，提出了一种基于最短路径算法和工程规则的管路自动布局设计方法。
　　针对分支管路路径规划的特点，提出了一种基于网络图及改进遗传算法的分支管路自动布局设计方法。系统阐述了定长度编码方法，单点交叉方法和位置变异方法，并利用快速斯坦纳树算法给出了染色体适应值的评价方法。仿真试验验证了所提出算法的有效性和效力。
　　在上述工作基础上，建立了管路路径规划系统的面向对象模型，基于Visual Studio开发平台，Mablab和 SolidWorks，开发了船舶管路智能设计系统。以船舶机舱燃油管路设计为例，验证了所提出管路布局方法的可行性和有效性。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究意义

1.4 论文的研究内容和结构安排

第二章 基于网络图的管路布局问题描述与设计空间建模

2.1 管路布局问题及布局规则

2.2 模型简化

2.3 基于逃逸图的三维网络图构造方法

2.4 基于最小直径生成树的网络图简化方法

2.5 数据结构

2.6 本章小结

第三章 两点间管路自动布局设计

3.1 基于干扰度的管路布局顺序

3.2 广义长度计算方法

3.3 最短路径算法实现

3.4 仿真实验

3.5 本章小结

第四章 基于改进遗传算法的分支管路自动布局设计

4.1 基于最短斯坦纳树的管路分支点确定

4.2 遗传算法介绍

4.3 基于改进遗传算法的分支管路布局设计

4.4 仿真算例

4.5 本章小结

第五章 船舶管路智能设计系统开发与应用实例

5.1 系统概述

5.2 管路布局系统面向对象模型

5.3 管路路径设计流程

5.4 机舱内管路布局实例

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢