機械設(shè)備管路自動敷設(shè)設(shè)計方法的研究.pdf

1、隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，各種管路在汽車、艦船、化工、航天、航空等機械設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，但同時由于這些機械設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件繁多、集成性高和內(nèi)部裝配空間小等特點，管路敷設(shè)嚴(yán)重地制約著這些機械設(shè)備的研制速度和生產(chǎn)周期。長期以來，機械設(shè)備中的管路敷設(shè)設(shè)計（PLD）主要是由人工完成，這使管路敷設(shè)設(shè)計很大程度上依賴人的實踐經(jīng)驗。雖然管路人工敷設(shè)設(shè)計過程簡單，但是隨著機械設(shè)備多樣性的增加，管路敷設(shè)設(shè)計呈現(xiàn)出隨機性、模糊性以及動態(tài)性特點，管路人

2、工敷設(shè)設(shè)計已經(jīng)不能適應(yīng)設(shè)計周期短、優(yōu)化程度高、易于實施等要求。
　　隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化設(shè)計方法為機械設(shè)備管路敷設(shè)提供了有力的支持和新的手段，如計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、敏捷制造（AM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）和計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）等。依靠這些數(shù)字化虛擬技術(shù)，機械設(shè)備管路敷設(shè)設(shè)計進入到了數(shù)字化時代。通過在數(shù)字化技術(shù)中引入人工智能技術(shù)，機械設(shè)備管路敷設(shè)設(shè)計不僅可以避開人工敷設(shè)管路的復(fù)雜

3、勞動，而且縮短了管路敷設(shè)周期，減少了開發(fā)成本，同時還能提高管路敷設(shè)質(zhì)量。
　　目前管路敷設(shè)設(shè)計在如下方面存在缺陷：可實施性，優(yōu)化性和復(fù)雜性。針對可實施性的不足，本文提出混沌柵格預(yù)處理模型。根據(jù)預(yù)處理模型的目的，給出預(yù)處理模型的性質(zhì)。基于混沌過程理論構(gòu)造混沌柵格預(yù)處理模型。針對工程應(yīng)用的需要，分別提出規(guī)則體預(yù)處理模型，規(guī)則面預(yù)處理模型，非規(guī)則體預(yù)處理模型和非規(guī)則面預(yù)處理模型，并給出應(yīng)用示例。
　　在管路敷設(shè)設(shè)計中，管路敷設(shè)設(shè)計

4、的約束條件和優(yōu)化評價標(biāo)準(zhǔn)是不容忽略的，尤其對于管路優(yōu)化性要求。在優(yōu)化評價標(biāo)準(zhǔn)中，本文基于管路在實際工程中的敷設(shè)要求，分別給出簡單管路成本評價標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)雜管路成本評價標(biāo)準(zhǔn)，簡單管路運行評價標(biāo)準(zhǔn)和復(fù)雜管路運行評價標(biāo)準(zhǔn)?；诨煦鐤鸥耦A(yù)處理模型和管路自動敷設(shè)問題的定義，提出管路敷設(shè)設(shè)計解空間的表達方法。針對管路敷設(shè)約束條件，本文給出基于預(yù)處理模型的約束實現(xiàn)。
　　然后，本文對粒子群算法（PSO）進行深入的研究。針對粒子群算法優(yōu)化速度慢、早熟

5、現(xiàn)象明顯等問題，對粒子群算法進行改進，提出改進粒子群算法（modified particle swarm optimization，M-PSO）。通過引入人口遷移的思想，在保證算法收斂性的同時，使M-PSO算法具有良好的優(yōu)化速度和優(yōu)化效果。通過理論分析，證明算法具有良好的收斂性。并利用試驗方法確定M-PSO算法中的參數(shù)設(shè)置。
　　基于M-PSO算法，針對復(fù)雜管路運行代價問題，本文提出基于流動阻力損失的管路自動敷設(shè)算法；針對分支管路