机电产品管路自动敷设的粒子群算法

基于粒子群优化算法提出一种机电产品三维管路自动敷设算法,该算法以预处理和优化搜索为基本框架。在预处理阶段,利用混沌技术,建立混沌栅格预处理模型。三维管路敷设空间经过混沌栅格预处理模型处理,可有效地降低管路自动敷设算法的求解复杂度。在优化搜索阶段,通过分析粒子群算法和人口迁移的特点,提出改进粒子群算法。改进粒子群算法针对粒子群算法收敛速度慢、容易陷入局部极小的缺点,提出子空间局部搜索、解空间全局搜索和补空间开拓搜索。基于混沌栅格预处理模型和改进粒子群算法,给出高效的管路自动敷设算法流程图。对比试验和改进粒子群算法的理论分析,表明该优化搜索算法具有较好的性能,并证明改进粒子群算法的收敛性。实例验证表明该算法的有效性和实用性。     

基于Kriging模型的复杂产品管线敷设顺序粒子群优化

复杂产品的管线布局问题十分复杂,除管路路径规划算法外,敷设顺序对管线整体敷设有着十分重要的影响.以往的研究大多将重点集中在管线路径规划方面,而对敷设顺序的研究还比较少.以航空发动机为例,提出一种基于Kriging模型的管线敷设顺序的规划方法.针对敷设顺序规划这一离散优化问题,通过论域连续化处理,建立粒子群算法优化相关函数参数的Kriging近似模型.在Kriging模型的基础上,应用离散粒子群算法搜索最优顺序,避免在优化过程中反复应用管线路径规划算法进行计算,显著提高规划效率.对离散粒子群算法的改进进一步提升算法的搜索性能.所提规划方法具有很好的通用性,仿真试验验证了方法的有效性与高效性.     

基于改进粒子群算法的多分支电缆自动布线技术

以多分支电缆的总质量作为优化目标,考虑电缆敷设相关的工艺约束,基于Steiner最小树建立多分支电缆自动布线的优化数学模型.提出了电缆布局优化的改进粒子群优化算法,采用一维定长度数组对多分支电缆布局进行粒子编码,在电缆分支点处引入引力算子,指导粒子的运动方向,并通过飞机舱段布线实例验证了所提方法的有效性.     

航空发动机复杂约束空间内管路敷设技术

手工敷设复杂产品的管路及线缆,会造成反复改动而导致无法避免的浪费,为解决这一问题,综合考虑管路敷设工程规则,基于计算几何、微分几何和智能优化等思想,系统介绍了提出的若干航空发动机管路敷设算法,对管系的敷设顺序与管路路径进行自动求解.算法针对复杂回转空间,不局限于柱面,更具一般性;管路贴近机匣表面并沿测地线敷设,获得了更优的管路轨迹;而对敷设顺序的排序求解,进一步优化了管系的整体敷设.通过若干敷设算例,验证了该方法的有效性.     

基于SHO-NSGA混合算法的飞机油舱管路自动布局方法

针对飞机油舱内部管路路径规划问题,提出一种基于改进斑鬣狗算法的飞机油舱管路自动布局方法。为了提高斑鬣狗算法的全局搜索能力以及收敛速度,在种群进化过程中引入扩散搜索机制对迭代过程中最优解进行扩散,以达到提高全局搜索能力的目的;在算法迭代后期引入深度包围机制,使其在最优解中随机搜索以提高算法的收敛速度。采用栅格法构建敷设空间数学模型,以管路路径最短为优化目标,以管路路径不与障碍物发生干涉、管路折弯角度及管路折弯半径为约束,建立管路布局优化数学模型。进一步,考虑管路的支臂布局问题,以支臂总长和支臂姿态作为支臂布局双目标优化函数,运用遗传算法NSGA-Ⅱ对管路支臂布局方案进行编码生成初始个体,设计交叉、变异规则,求解管路支臂布局的Pareto解集,进而获得管路支臂布局方案。最后,通过数值算例及管路敷设仿真验证所提方法的有效性。     

一种集成工程规则和卡箍调整的启发式布管算法

针对航空发动机外部管路布局规则多且效率低的问题，提出一种集成工程规则和卡箍调整的启发式布管算法。首先，在敷设层面内建立管路端口间的测地线方程，基于测地线建立路径的基准节点；其次，基于工程规则设计启发式搜索策略，快速求解符合工程规则的可行路径；在此基础上，为了使多管敷设方案满足双联卡箍约束，通过空间几何方法建立卡箍位姿变换方程，对多管敷设方案进行优化调整，实现基于双联卡箍约束的成束敷设。最后，通过多个敷设算例验证了该算法的可行性和高效性。     

列车调度问题模型与基于混合粒子群优化的求解算法

针对复线列车调度问题,建立了描述问题解空间的阻塞限制混合流水车间模型,并提出一种混合粒子群优化算法进行求解。该算法以最小化最长完工时间为目标,设计了释放-回推算法来安排列车运行顺序并计算最小化最长完工时间,利用改进的粒子群优化算法解决轨道分配问题并进行全局优化。此外,通过基于迭代邻域的搜索算法来提高种群的局部搜索能力。实验结果表明,所提出的方法能够有效地求解复线列车调度问题。     

面向订单的混流装配线多目标调度研究

针对面向订单的混流装配线车间组装过程中出现堆叠的问题,对该类生产线特点进行了分析,提出了一种理论调度优化模型及其算法.建立了以车间交货时间的准时度和组件完工的同时度为目标函数的车间多目标调度优化模型;对粒子群算法进行了改进,设计了基于吸引子与自然选择的社会粒子群算法来求解多目标优化模型;研究了粒子群的信息描述方法,提出...     

基于群体智能的农产品供应链网络多目标优化设计

针对产出单一产品的多级农产品供应链网络优化设计问题,同时考虑最小化总成本和最大化客户需求满足率两个目标,建立了集成生产设施选址、产能决策和物流网络运输模式选择的农产品供应链网络优化设计的多目标混合整数规划数学模型。基于一种新型的改进二元粒子群算法并融合拥挤距离计算和外部Pareto档案构建等技术,提出一种Pareto多目标粒子群优化算法求解农产品供应链网络设计问题。通过将该算法与基础二元粒子群优化扩展而来的多目标粒子群优化,以及非支配排序遗传算法应用于三个案例的计算对比,验证了算法的有效性和优越性。     

火箭贮箱管路自动布局及优化设计方法

针对火箭贮箱管路设计效率低且依赖人工经验的问题，提出一种基于改进快速扩展随机树(RRT)算法和粒子群(PSO)算法的管路自动布局及优化设计方法。利用RRT算法进行管路路径规划，并建立管路的初始控制点模型；由于规划过程中无法考虑流阻和制造能力等工程要求，在此基础上，考虑管路的折弯角度、折弯半径及长度等几何参数对流阻的影响，以最小流阻作为优化目标，建立管路的优化模型，采用PSO算法对管路进行优化；最后以火箭贮箱的箱间段管路为对象，通过仿真验证所提方法的有效性。     

Branch-pipe-routing approach for ships using improved genetic algorithm

Branch-pipe routing plays fundamental and critical roles in ship-pipe design. The branch-pipe-routing problem is a complex combinatorial optimization problem and is thus difficult to solve when depending only on human experts. A modified genetic-algorithm-based approach is proposed in this paper to solve this problem. The simplified layout space is first divided into threedimensional (3D) grids to build its mathematical model. Branch pipes in layout space are regarded as a combination of several two-point pipes, and the pipe route between two connection points is generated using an improved maze algorithm. The coding of branch pipes is then defined, and the genetic operators are devised, especially the complete crossover strategy that greatly accelerates the convergence speed. Finally, simulation tests demonstrate the performance of proposed method.     

Group-based multiple pipe routing method for aero-engine focusing on parallel layout

External pipe routing for aero-engine in limited three-dimensional space is a typical nondeterministic polynomial hard problem, where the parallel layout of pipes plays an important role in improving the utilization of layout space, facilitating pipe assembly, and maintenance. This paper presents an automatic multiple pipe routing method for aero-engine that focuses on parallel layout. The compressed visibility graph construction algorithm is proposed first to determine rapidly the rough path and interference relationship of the pipes to be routed. Based on these rough paths, the information of pipe grouping and sequencing are obtained according to the difference degree and interference degree, respectively. Subsequently, a coevolutionary improved differential evolution algorithm, which adopts the coevolutionary strategy, is used to solve multiple pipe layout optimization problem. By using this algorithm, pipes in the same group share the layout space information with one another, and the optimal layout solution of pipes in this group can be obtained in the same evolutionary progress. Furthermore, to eliminate the minor angle deviation of parallel pipes that would cause assembly stress in actual assembly, an accurate parallelization processing method based on the simulated annealing algorithm is proposed. Finally, the simulation results on an aero-engine demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed method.     

3维管路铺设技术研究与系统开发

设计了复杂机电产品3维管路铺设系统的体系结构。提出了利用离散小球干涉检查方式探索路径控制点的方法,继而研究了空间位置规划、路径自动搜索及路径修改等管路铺设的关键技术,实现了管路的连通性、最小弯曲半径等约束检查,完成了管路的实体拆分,并以报表方式输出铺设结果。另外,为了提高铺设效率,建立了可扩充的标准连接件库。最后,给出了3维管路铺设实例,验证了该3维管路铺设系统的实用性。     

考虑双联卡箍约束的航空发动机多管成束敷设优化方法

为解决航空发动机多管路成束敷设问题,提出了一种基于双联卡箍约束和改进NSGA-Ⅱ的管路敷设优化方法。提出一种基于混沌反向学习机制和Levy变异算子的改进NSGA-Ⅱ算法,以改善算法收敛性和非支配解分布性。为解决管路和卡箍的装配约束和设计耦合关系,建立了基于双联卡箍约束的路径模式,生成卡箍和路径控制点,综合考虑管路敷设与卡箍布置规则,基于改进NSGA-Ⅱ设计管路-双联卡箍敷设算法,对卡箍位姿参数和管路路径同时求解。根据多管端口相对位置,提出基于聚类分析的管路分组及敷设序列规划方法,调用管路-双联卡箍敷设算法完成多管成束规划。所提敷设方法在管路设计阶段即考虑卡箍布置问题,实现了双联卡箍布置和多管成束敷设的同时自动规划,最后通过测试函数和敷设算例验证了所提方法的有效性。     

基于自适应天牛须算法的航空发动机管路布局优化

针对航空发动机外部管路系统设计过程中布局效率和空间利用率较低的问题,提出一种基于自适应天牛须搜索算法的管路自动布局方法。该方法在原算法的基础上加入自适应变步长机制,使其在具有高效性的同时能搜索到更优的解。在描述复杂空间障碍物时,采用将附件和管路分开建模的方式,一方面建立机匣附件的轴向包围盒,并在包围盒内部构建小范围的附件栅格信息矩阵;另一方面,对已布局管路分段处理后采用线段求交的方式做出干涉性判断,在此基础上根据某种度量选择本条管路的避障策略,以达到充分利用敷设空间的目的。建立管路布局问题的数学模型,并以管路长度和压力损失作为优化目标完成路径的规划过程。最后,通过仿真实例证明所提方法的可行性。     

Optimal disc cutters plane layout design of the full-face rock tunnel boring machine (tbm) based on a multi-objective genetic algorithm

Improving of the quality of the disc cutters’ plane layout design of the full-face rock tunnel boring machine (TBM) is the most effective way to improve the global performance of a TBM. The plane layout design of disc cutters contains multiple complex engineering technical requirements and belongs to a multi-objective optimization problem with multiple nonlinear constraints. Based on analysis of the technical requirements of the plane layout problem, an optimizing mathematical model was built. To obtain a set of design schemes for engineers to choose from, a multi-objective genetic algorithm (MOGA) was applied to carry out the optimization of the mathematical model. A constraint-domination principle was utilized to handle the constraints, and a nondominated sorting method was adopted to obtain Pareto solutions. Simulation results showed that the proposed method was efficient and accurate in obtaining the Pareto layout solutions.     

一种基于工程规则的管路自动布局与综合优化技术

针对复杂产品中管路布局耗时长,返工率高的问题,提出一种基于工程规则的管路自动布局与综合优化方法。该方法采用运动规划算法对管路系统进行自动布局,在此基础之上通过模拟退火算法对管路布局方案进行优化。在布局完成后,综合考虑管路的可加工性,结构特性,强度特性等工程约束,采用一种基于一阶谓词的知识建模方法建立了管路布局知识库,在此基础上提出一种基于ASP推理机的管路系统自动评价技术,实现了管路布局的综合评价,并将评价结果反馈给设计人员进行布局方案的优化。以航空发动机液压管路系统为例进行了应用验证,证明了该方法的正确性。     

基于遗传算法的管路智能敷设应用研究

为提高计算机辅助管路敷设效率,本文采用遗传算法进行管路路径的寻优,以解决自动绕障且路径最短的管路智能敷设难题。文中构造了创建管路路径的适应度模型,同时融入敷管工程约束规则,解决了工程规则表达问题,探讨了三种遗传操作方式。给出了创建管路路径遗传算法的算法流程,基于平面障碍物进行了遗传算法创建管路路径的可行性测试。最后针对三维发动机数字模型样机采用空间网格划分的基础上,自动敷设了20余根典型的管路,验证了智能敷管的可行性。     

气力输送过程分支管路阻力特性的研究

在水平T型分支管道中,用压缩空气对平均粒径为0.25 mm的砂石进行气力输送试验。试验结果表明,在发送压力保持不变的情况下,输送气速和分支管路流量控制阀开度差值的变化,对分支管各自的阻力特性和相互间的压差有显著影响。当输送气速下降时,两分支管相互间的压差减小,各分支管的单位长度压差在开始时逐渐减小,但当气速下降到一定程度后,单位长度压差转而增大。当分支管流量控制阀开度差值由小变大时,两分支管各自的压差曲线逐渐远离,且两分支管相互间的压差逐渐增大。