[发明专利]一种船舶管路路径优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶管路设计方法。特别是涉及一种针对不同管径规格、考虑设备自由空间的基于管路分级的船舶管路路径优化设计方法。

背景技术

现代工业技术的发展深刻影响到船舶及其相关产业的产品设计及制造。当前船舶设计与建造技术的研究重点在于：研究、开发并运用现代船舶CAD/CAE技术，同时结合人工智能领域的研究成果，在对现有的领域专家的知识进行收集、汇总、分析、总结和归纳的基础上，开发适用于船舶行业的专家系统或其他智能设计工具，逐渐形成成熟的、标准的、基于数字仿真的设计方法，尽快实现船舶面向三维的自动化、智能化设计及柔性制造，并将之推广到整个船厂管理情境中，这也将是现在及今后较长一段时期内船舶设计和制造的发展趋势。其中，船舶管路集成设计是船舶设计、生产和验收等各个环节的中心性工作，对船舶建造质量和建造工期，船舶管路综合布局有举足轻重的作用。但其布局空间范围大、管路系统复杂，设计过程需要考虑多种约束条件，获得满意布局效果的周期长、难度大，并且需要设计人员丰富的设计经验知识。

管路路径规划的实质是在对设计空间进行有效描述的基础上，利用工程规则、连通和优化算法，规划出一条从起始位置到目标位置与障碍物无碰撞的路径。近年来，现代优化算法的发展推动了管路路径规划算法研究的进行，采用的优化算法主要包括遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等。

因此，提出一种高效的船舶管路路径优化设计方法，为设计人员提供有效的参考，对缩短船舶管路设计周期、改善管路设计效果具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够生成一个良好的管路布局结果的船舶管路路径优化设计方法。

本发明所采用的技术方案是：一种船舶管路路径优化设计方法，包括如下步骤：

1)依据船体结构、设备布局参数，建立管路布局空间三维实体模型；

2)设备模型重构，对设备模型进行简化、建立设备模型的自由空间和生成设备模型的.STL格式文件；

3)处理模型的.STL文件，获取文件中各三角片顶点的坐标以及顶点的向量坐标，确定各设备所占据的布局空间范围；

4)设置管路布局空间参数，构建布局空间数学模型；

5)分析管路系统原理图，确定各设备连接点间的相互联通关系，结合连接点的网格坐标值，建立船舶设备联通关系及管径信息列表；

6)利用优化算法进行管路路径规划，依据管路管径的大小、连接点的数目，利用将迷宫算法、改进非支配排序算法及协同进化算法相结合的管路路径优化设计方法，规划管路路径得出优选解，并根据输出的路径编码及管径信息，更新空间参数的设置；

7)依据环境建模参数、管路编码信息，构建船舶管路系统三维实体模型。

步骤1)是利用三维设计软件建立管路布局空间三维实体模型。

步骤2)所述的对设备模型进行简化包括：

对设备模型几何性质进行简化；简化的具体步骤如下：

(1)构建设备模型的轴平行包围盒；

(2)根据设备特点，采用非均等网格对轴平行包围盒进行划分；

(3)对每一个网格，找到包含于当前网格或与当前网格相交的设备部分；

(4)对步骤(3)中的相交部分用轴平行包围盒进行包络；

(5)用步骤(4)得到的轴平行包围盒对网格进行修裁；

(6)循环跳回步骤(3)直到所有的网格修裁完毕。

步骤2)所述的建立设备模型的自由空间，包括有可操作性空间、可维护性空间、部件的运动空间及安全性空间，其中，所述的可操作性空间和可维护性空间用于在设备的日常使用中有操作和维护需要的设备；所述的部件的运动空间用于在设备的日常使用中含有运动部件的设备；所述的安全性空间用于在设备的日常使用中有底面和安装表面的空间不允许管路通过的设备。

步骤2)所述的生成设备模型的.STL格式文件，是在对设备模型进行几何性质的简化以及建立设备模型相应的自由空间的基础之上，利用三维设计软件SolidWorks将设备模型转换成.STL格式的文件，为布局空间参数自动设置奠定基础。