[发明专利]船舶管路管线自动布局计算方法

说明书

本发明提供一种船舶管路管线自动布局计算方法，包括步骤：S1：对一船舶舱室进行分析和简化，提取所述船舶舱室的空间几何轮廓；S2：使用单元格表示所述空间几何轮廓；S3：使用网格图记录所述单元格的信息；S4：基于A*算法进行布管路径寻优；S5：进行多管路布管。本发明的一种船舶管路管线自动布局计算方法，根据船舱结构和布管规律，基于A*算法实现了单管布管路径求解，使用管路优先级排序和代价值修正方法实现了多管布管路径求解；设计质量稳定且设计效率高。

技术领域

本发明涉及管线自动布局技术领域，尤其涉及一种船舶管路管线自动布局计算方法。

背景技术

船舶管路系统(以下简称“管系”)是船舶为完成设定任务而专门用来输送和排除液体或气体的管路、机械设备和检测仪表的总称。管系分为动力管路和船舶系统，其中动力管路包括：燃油管路、润滑管路、冷却管路、压缩空气管路、排气管路；船舶系统包括：舱底水系统、压载水系统、消防系统、通风系统、供水系统、制冷与空调系统、货油系统等。上述管系十分复杂庞大,研究表明在轮机专业的图纸中，管系图纸占了70％以上，管系设计是船舶设计的关键之一，管系更是船舶动力系统的关键部分。高质量、高效率和低成本的管系设计对于船舶的安全性、经济性、总体布局的合理性、可操作性、维修及保证船舶各种机械的正常运转和安全航行起着不可替代的作用。

在管线自动布局算法研究方面，哈尔滨工业大学的付宜利等人先后开展了基于粒子群算法和混沌算法的管路自动布局方法的研究，并取得了一定的成果，但无论是基于粒子群算法或是混沌算法的管路自动布局方法都只关注了管路路径自动寻优问题，对于工程约束仍然缺乏考虑。Christian Vander Velden等人提出了一种融入知识工程技术(KBE)的管线智能布局方法，该方法利用改进的A*算法在三维空间网格中进行路径寻优，并在算法中嵌入了部分工程约束，这使得自动生成的管线在质量上有了很大的提高，但由于该方法考虑的工程约束较少，且工程约束知识被写入程序代码，不能实现对知识的实时编辑和管理，导致其实用性有很大局限。此外该方法未关注多管路间的相互影响。范小宁研究了基于蚁群算法的管路敷设系统，通过大量仿真试验进行了算法参数优化。引入协同进化方法，建立了多蚁群协作机制，实现了多管路的并行敷设。得到了协同效果良好的整体布局。计算仿真所使用模型未人工构建的虚拟模型，和实物模型存在差距。此外，整个计算过程完全闭环，人的智力资源无法发挥作用。路慧彪在船舶机舱管路布局的研究中使用路径模板法，并在AutoCAD平台使用VBA语言进行了实船布置的实现，然而目前主流很少使用AutoCAD作为船舶三维建模软件，且文中输入数据来自数据库，与生产实际尚存在差距。TERUAKI ITO使用遗传算法求解管路路径规划，并基于该方法开发的原型系统，在系统中设计人员可以交互和协作的方式设计管道路径。但该算法只能用于二维平面布管，且未能和三维CAD集成在一起。董宗然结合禁忌搜索与协同进化方法解决了管路敷设中重要的顺序问题，并借助A*算法优化了个体生成效率。

总的来说，目前已有许多学者针对船舶管路布局开展了研究，但目前的方法大多停留在算法层面，未涉及到应用该算法的实用工具开发。其使用的算法效率往往不够高效，尚不能和人工布管速度相比较。其试验验证大多依据简单数学模型，鲜有依据实际船舶模型进行的测试。总之，当前研究距离落地应用尚有一定距离。且长期以来，管系设计依赖设计人员经验，设计质量波动大、设计效率不高，无法有效考虑物料成本、可制造性以及可维护性等问题。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种船舶管路管线自动布局计算方法，根据船舱结构和布管规律，基于A*算法实现了单管布管路径求解，使用管路优先级排序和代价值修正方法实现了多管布管路径求解；设计质量稳定且设计效率高。

为了实现上述目的，本发明提供一种船舶管路管线自动布局计算方法，包括步骤：

S1：对一船舶舱室进行分析和简化，提取所述船舶舱室的空间几何轮廓；

S2：使用单元格表示所述空间几何轮廓；

S3：使用网格图记录所述单元格的信息；