[发明专利]一种机电产品线缆组件优化结构的自动生成方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机辅助设计和人工智能技术领域，本发明涉及一种机电产品设计中线缆结构的优化方法，具体地说是一种根据机电产品的机械设计三维模型结构和电气设计的接线关系，基于遗传算法的机电产品线缆优化结构的自动生成方法。

背景技术

线缆在机电产品中起到传输电能、信号、实现电磁转换等作用，因此线缆的布置是机电产品设计研发过程中的重要一环。一般来说，线缆根据布置形式分为单根线缆、扁带、线缆束等形式，其中，通过将多跟线缆捆扎，形成具有一定拓扑结构的线缆束因为具有结构清晰、便于装配等优点而被广泛使用。于是在机电产品设计过程中，对线缆束的设计本质上就是对线缆结构和路径规划的设计。

线缆结构优化问题是一个相当复杂的问题，属于典型的NP(Non-deterministic Polynominal，非确定性多项式)难题，常使用精确算法及启发式算法来解决此类问题。传统的精确算法虽然可以在理论上无限逼近问题的最优解，但其求解时间随问题规模的增大而成指数增长，因此对于约束较多的复杂问题并不适用。而启发式算法虽然出现的较晚，但伴随着现代计算机技术的飞速发展，它能够在较短的时间内，得到近似最优解，因而在实际应用中获得了巨大的成功，越来越受到人们的重视。

为此，国外学者针对布线问题进行了大量的研究。其中遗传算法因其进行线缆布线设计、路径规划等NP难题的求解上算法性能优异而得到广泛研究，例如利用遗传算法求解开放空间中的拓扑结构(详见文献：Conru,A.B.,"A genetic approach to the cable harness routing problem,"Evolutionary Computation,1994.IEEE World Congress on Computational Intelligence.,Proceedings of the First IEEE Conference on,vol.,no.,pp.200,205vol.1,27-29Jun 1994)、在有限离散的环境中进行布线路径优化的两层遗传算法(详见文献：Ma X,Iida K,Xie M,et al.A genetic algorithm for the optimization of cable routing[J].Systems and Computers in Japan,2006,37(7):61–71.)等。这样的优化方法，在遗传算法的迭代过程中致死率较高，且开放空间中计算的拓扑结构针对机电产品布线空间的适应性不强。

国内方面，机电产品的布线问题及路径优化问题也在广为研究。从已发表的论文看，目前的研究方向主要有两个，一个是利用Pro/E、CATIA、UG等工程软件或虚拟现实环境对线缆进行虚拟布置与仿真。另一个是利用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法在复杂三维空间中进行路径优化。这两个方向，一个侧重于人机交互，一个侧重于智能算法。人机交互本质上是将实体样机的布线设计转移到虚拟样机中(详见文献：杨守勇.三维线缆建模及布线设计的研究与实现[D].大连理工大学，2012.)，拓扑结构、路径关键节点等都依赖经验确定，智能化程度不高。智能算法利用优化算法，智能化程度很高，可以自动寻找线缆的最优路径(详见文献：陈世明，谢竟，陈文栋等.基于HPSO算法的三维空间路径规划[J].华中科技大学学报：自然科学版，2013，41(2).)，但是无论在求解空间还是拓扑结构上，都与线缆的实际装配情况有较大差距。

针对线缆布线中的结构设计问题，本专利提出一种用于计算线缆结构的智能优化算法，以期得到最优的线缆结构，为机电产品研发人员在布线设计过程中提供参考。

发明内容

本发明的目的是针对机电产品线缆结构优化问题，发明一种根据机电产品的机械设计三维模型结构和电气设计的接线关系，基于遗传算法的机电产品线缆优化结构的自动生成方法，以解决机电产品线缆设计过程中的结构优化问题。

本发明的技术方案是：

一种机电产品中线缆组件优化结构的自动生成方法，其特征是它主要包括以下步骤：(1)对需要布线设计的机电产品结构进行三维空间预处理：将待布线机电产品的三维结构模型中的可布线空间根据单位立方体进行离散化，离散化的布线空间用离散的立方体中心点表示；