[发明专利]一种基于人机结合的机舱设备布置优化设计方法

权利要求书

1.一种基于人机结合的机舱设备布置优化设计方法，其特征在于：具体的实现步骤为：

步骤1.建立人员活动空间模型、设备空间模型，构建机舱环境约束状态；

步骤2.构建机舱设备布置方案评估模型，设计针对机舱设备布置的模糊综合评价方法；

步骤3.对机舱设备布置进行指导；

所述步骤1的具体内容为：

步骤1.1.从高度空间、宽度空间和管道空间三个方面分析机舱中的人员活动状态，并构建人员活动空间模型；

步骤1.2.分析并构建包括单元空间、管道覆盖空间、自由空间和通道空间在内的设备空间模型；

步骤1.3.按照设备重要性程度将机舱设备划分为N级，级别越低，则设备重要性越高；

步骤1.4.根据设备自身必须满足的布置要求，构建机舱环境约束状态；

所述步骤2的具体内容为：

步骤2.1.针对机舱的特殊环境，构建由3级评价指标构成的机舱设备布置方案评估模型，并设计相应的子因素集评价指标；

步骤2.2.构建因素集U^a和子因素集U^b的因素两两比较判断矩阵，获得重要性指标权重矩阵，分别解得其特征根，归一化后获得各指标在单一准则下的相对权重ω_i；

定义U^a中第i类因素的权值为则U^a加权集A为：式中m为因素集的评价指标总数；

定义U^b中第j项因素的权值为则U^b加权集为：式中i表示第i个U^a下的子因素集，g为该子因素集的评价指标总数；

步骤2.3.组建专家团队，从每个因素出发，每位评价者对其作出一种评价结论，然后统计出各种评价结论的百分比，获得隶属度S_i；由标签值S_a构成单因素评价集R：R＝[S₁,S₂,S₃,...,S_f]^T，式中f表示共有f个标签值；

每一个因素集构成一个单因素评价矩阵R_i：R_i＝[R₁,R₂,R₃,…,R_n]^T，式中n为某一子因素集的评价指标总数；

步骤2.4.引入i类子因素加权集B_i，计算第i类因素的一级综合评价集C_i：C_i＝B_i×R_i，由于C_i只反映了单方面的评价值，故引入因素集加权集A，计算二级综合评价集D：D＝A×[C_i]^T，D的值越大，表明该方案的效果越好；

所述步骤3的具体内容为：

步骤3.1.按照机舱设计要求布置第n级设备，从1级设备开始布置，对设备做基于人员设计经验因素的位置调整，形成3至4个备选方案；

步骤3.2.分别验证各个方案从1至n级别的机舱环境约束状态，获得满足条件的可行布置方案；如果n＝1，则只验证当前级别的机舱环境约束状态条件；

步骤3.3.利用模糊综合评价算法对可行布置方案进行评价，获得二级综合评价集D，保留最佳方案，即最大D的方案；

步骤3.4.重复步骤3.1至步骤3.3，直到n＝N，结束循环；此时所有设备均布置完毕，保留拥有最大D值的方案，即最佳方案；

步骤2.1的机舱设备布置方案评估模型分为三级：一级为目标层，评价指标为机舱设备布置总目标；二级为因素集U^a，评价指标为主要设备、空间余量；三级为子因素集U^b，主要设备下的子评价指标为重心平衡性、活动安全性，空间余量下的自评价指标为有效活动空间、有效管道覆盖空间、有效自由空间、有效人员通道高空间；

所述的各子因素集U^b的评价指标依次如下所示：

指标1.不平衡力矩M最小，式中m_i为设备i的重量；y_i为设备i的质心横向坐标，n为设备总数；

指标2.干扰距离f₁最大，式中q为对干扰距离有要求的设备总数，X_i,X_j为对干扰距离有要求的设备位置参数；

指标3.有效空间利用率E最大，式中为设备所占机舱空间面积；为因布置设备而无法利用的机舱角落面积；i为设备，E取值在0到1之间，值越大表明有效活动空间利用率越高；

指标4.有效管道覆盖空间面积S₁最小，式中为某一管道覆盖空间面积；为两个管道覆盖空间重叠面积；

指标5.有效自由空间面积S₂最大,式中为某一设备的自由空间面积；为两个设备的自由空间重叠面积；

指标6.有效通道空间面积S₃最大,式中为某一设备的通道空间面积；为两个设备的通道空间重叠面积。