复杂产品中的管路自动布局与优化技术研究

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1、中图分类号：TP391.9UDC分类号：复杂产品中的管路自动布局与优化技术研究作者姓名吴宏超学院名称机械与车辆学院指导教师唐承统教授答辩委员会主席刘检华教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月ResearchonPipeAutomaticRoutingandOptimizationTechnologyforComplexProductsCandidateName：WuHongchaoSchoolorDepartment:MechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.TangCh

2、engtongChair,ThesisCommittee：Prof.LiuJianhuaDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：December，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育

3、机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要管路在航空、航天、汽车和船舶等领域大量存在，管路的布局设计是机电产品研发工作中的重要环节之一。针对当前工程中管路布局设计主要采用人机交互式布局的方法导致的布局效率低下、过于依赖经验等问题，本论文以航空航天等复杂管路系统为具体对象，对面向复杂产品的管路自动布局与优化的相关理论、关键技术和实现方法进行了研究。论文的主要研究工作概括如下：（1）分析了复杂机电产品管路布局的特点与难点，介绍了国内外

4、相关领域的研究现状，并总结分析了现有的管路自动布局与优化方法的优缺点，最后指出了本论文的研究意义。（2）根据工程中管路系统的数字化表达需求，阐述了管路数字化模型的组成和建模方法。在此基础上分析了管路自动布局与优化的技术体系，并对管路布局设计中的工程约束进行了总结，最后指出了管路自动布局与优化的总体业务流程。（3）研究了单管路自动布局与路径优化技术。综述了路径搜索算法，分析了各类算法的优缺点，在此基础上提出了基于改进A*算法的单管路自动布局与优化方法，包括基于方向引导的启发式函数和多约束条件下的改进策略进行路径搜索，以及基于二分思想和面向可制造约束的优化方法实

5、现路径的优化，最后通过算例验证了该算法可行性。（4）研究了多管路组成的管路系统布局序列优化技术。分析了管路系统布局序列的优化目标和约束条件，建立了管路系统布局序列的优化模型，在此基础上提出了基于萤火虫算法的管路系统布局序列优化算法，通过对算法的离散化使之适用于序列优化问题的求解，同时通过对算法寻优机制的改进，有效地提高了算法的求解效率，最后通过实例验证了该算法的可行性和高效性。（5）基于以上成果，设计并开发了管路自动布局与优化原型系统，介绍了软件系统的开发背景、体系结构、功能模块、设计框架、实现方法和运行实例，并结合实例对对论文提出的相关理论与方法进行了实例

6、验证。最后，对全文进行了总结，并对相关研究工作和技术发展方向进行了展望。关键词：管路布局设计，路径规划，管路序列优化，A*算法，萤火虫算法I北京理工大学硕士学位论文AbstractPipesarewidelyusedincomplexelectromechanicalproductssuchasaviation,aerospace,automobileandships.Piperoutingisanimportantpartofthedevelopmentofmechanicalandelectricalproducts.Currently,thecompl

7、exproductpiperoutingmainlyusesinteractivemethods,relyingheavilyonworkers’experienceandwithlowefficient.Thispapertakestheastronauticscomplexpipesystemasthespecificobjects,conductstheresearchonthetheories,keytechnicsandimplementationmethodsofpipeautomaticroutingandoptimization.Thestu

8、diesofthisdissertationfocu