复杂产品中的线缆自动布局设计技术研究

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1、复杂产品中的线缆自动布局设计技术研究刘潇2015年1月中图分类号：TP391UDC分类号：复杂产品中的线缆自动布局设计技术研究作者姓名刘潇学院名称机械与车辆学院指导教师刘检华教授答辩委员会主席王西彬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1月ResearchonCableAutomaticLayoutDesignTechnologyforComplexProductsCandidateName:LiuXiaoSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Pr

2、of.LiuJianhuaChair,ThesisCommittee:Prof.WangXibinDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor:MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，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机构的学位

3、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：摘要线缆布局设计是机电产品研发工作中的重要环节之一，也是比较繁重的工作任务之一。线缆自动布局设计采用计算机智能算法自动搜索得到线缆布局路径，相比于人机交互线缆布局设计具有更高的布线效率。本论文以航天复杂产品为具体对象，对线缆自动布局的相关理论、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中线缆布局设计的特点以及国内外相关领域的研究现状，总结了现有研究成果中线缆及管路布局路径搜索算法的优缺点，最后指出了论文的

4、项目来源和研究意义。（2）分析了航空航天产品的线缆自动布局设计的总体技术流程，在此基础上对线缆自动布局问题进行了描述，定义了线缆结构层次模型和自动布局求解空间，并总结了线缆自动布局设计中的工程约束。（3）结合基本快速扩展随机树算法及线缆布局中的工程约束，针对单根线缆自动布局路径求解，提出了基于障碍物及目标吸引的改进快速扩展随机树算法（Obs-GARRT），包括基于障碍物碰撞面片法矢量方向的扩展策略及基于历史与目标点的扩展策略等。提出了基于扩展碰撞信息的线缆布局路径优化算法，对求解得到的初始路径进行了优化，最后通过理论分析与实例验证了算法可行性。（4）结合基本随机路径图算法及线

5、缆布局中的工程约束，针对分支线缆自动布局路径求解问题，提出了基于适应性增强的随机路径图算法（AEPRM），包括基于障碍物的路径图构建及基于环境特点的路径图增强策略等。最后通过实例验证及相关算法对比验证了算法可行性。（5）作为上述各项研究成果的工程实践和验证，自主设计并开发了线缆自动布局设计原型系统。介绍了软件系统的开发背景、体系结构、功能模块、接口规范、实现方法和运行实例，并结合实例对提出的方法和技术进行了验证。最后，对全文进行总结，并对相关研究工作的后续发展进行了展望。关键词：线缆；布局设计；路径规划；分支；快速扩展随机树算法；随机路径图算法IAbstractCablela

6、youtdesignisoneoftheimportantaspectsformechanicalandelectricalproducts,andalsoisrelativelygrunt.Cableautomaticlayoutdesignhashigherefficiencyandlowercostthanhumancomputerinteractionmethodsbecauseofintelligentpathplanningalgorithm.Thispapertakestheastronauticscomplexproductsasthespecificobje

7、cts,conductstheresearchonthetheories,keytechnicsandimplementationmethodsofcableautomaticlayoutdesign.Thestudiesofthisdissertationfocusonfollowingaspects:(1)Thefeaturesofthecableautomaticlayoutdesignareanalyzed.Theresearchbackground,significanceandresearc