基于遺傳算法的機(jī)艙管路自動(dòng)布置研究

1、基于遺傳算法的機(jī)艙管路自動(dòng)布置研究基于遺傳算法的機(jī)艙管路自動(dòng)布置研究船舶機(jī)艙是典型的復(fù)雜室內(nèi)場(chǎng)景，艙內(nèi)管路縱橫交錯(cuò)，設(shè)備繁多，高效地管路布置是實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)制造和虛擬船舶機(jī)艙視景仿真的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。機(jī)艙管路的布置是船舶制作設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，但由于機(jī)艙管路較為復(fù)雜，目前還主要依靠管路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員來完成，自動(dòng)化程度較低，并且使船舶整體的設(shè)計(jì)周期延長(zhǎng)。因此，在整個(gè)機(jī)艙管路設(shè)計(jì)中，自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用對(duì)于提高船舶設(shè)計(jì)效率、降低設(shè)計(jì)成本具有重要的

2、意義。在實(shí)船中，對(duì)管路的布置和敷設(shè)必須要滿足很多約束條件。在本研究中，認(rèn)為對(duì)以下的幾個(gè)條件是必不可少的：（1）空間方面：所布置管路要能夠自動(dòng)避開機(jī)艙設(shè)備、管路及艙壁等。（2）成本方面：所設(shè)計(jì)出的管路要求在經(jīng)濟(jì)方面達(dá)到最優(yōu)，即在管路能夠避開機(jī)艙設(shè)備的前提下，其總長(zhǎng)度最短（耗費(fèi)材料最少），管路的彎折次數(shù)即法蘭數(shù)量最少。（3）安裝方面：管路應(yīng)盡量貼艙壁或艙頂布置，不能離艙壁太遠(yuǎn)，同時(shí)應(yīng)不出現(xiàn)斜管。大部分文獻(xiàn)在判斷障礙物時(shí)采用在目標(biāo)函數(shù)中加入罰

3、函數(shù)法，這種一貫的做法表面上看能夠剔除種群中適應(yīng)度值較低的個(gè)體，但實(shí)際上在初始化種群時(shí)產(chǎn)生了很多非法個(gè)體；文獻(xiàn)[3]的選擇算子在利用最優(yōu)保存策略時(shí)替換個(gè)體數(shù)量略少，算法參數(shù)選取所得結(jié)果并3），（1，1，3），（1，2，3）就是滿足條件的種群中的一個(gè)個(gè)體（染色體），路徑上的坐標(biāo)點(diǎn)即為其基因。由于管路可能存在反復(fù)、回折等現(xiàn)象，因此對(duì)于符合條件的管路其長(zhǎng)度是不確定的，這就導(dǎo)致每條染色體上的編碼長(zhǎng)度不一定，因此必須采用變長(zhǎng)度的編碼方式進(jìn)行編碼。

4、在實(shí)際編碼中，管路節(jié)點(diǎn)從起始點(diǎn)出發(fā)，每次前進(jìn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)終點(diǎn)，為了避免產(chǎn)生斜線，下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)只能與上一個(gè)坐標(biāo)在某一個(gè)坐標(biāo)軸上相差1，比如前一個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為（i，j，k），那么后一個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)就必須為（i1，j，k），（i1，j，k），（i，j1，k），（i，j1，k），（i，j，k1）和（i，j，k1）中的一個(gè)，使用這種策略得出的管路可使其路徑任意一段始終平行于長(zhǎng)方體空間的棱。2.2種群的初始化所布置管路構(gòu)成的種群初始化就是指在整

5、個(gè)算法的起始隨機(jī)生成多條滿足條件的路徑，這些路徑都能夠從起始點(diǎn)到達(dá)終止點(diǎn)。但如果缺乏導(dǎo)向，管路在機(jī)艙三維空間的移動(dòng)就具有相當(dāng)大的隨機(jī)性，這會(huì)導(dǎo)致管路在空間中出現(xiàn)折返、交叉等現(xiàn)象，與實(shí)際不相符合，為避免這種情況發(fā)生，在使用算法搜索路徑時(shí)，若管路是向終點(diǎn)方向移動(dòng)，那么規(guī)定此時(shí)向這個(gè)方向移動(dòng)的概率將大大超過向其他方向移動(dòng)的概率，使用這種方式可使種群中優(yōu)良個(gè)體的比例大大提升。管路按照概率大小由起始點(diǎn)向終止點(diǎn)移動(dòng)，每相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離為1，此時(shí)初