基于遺傳算法的機艙管路自動布置研究

1、基于遺傳算法的機艙管路自動布置研究基于遺傳算法的機艙管路自動布置研究船舶機艙是典型的復(fù)雜室內(nèi)場景，艙內(nèi)管路縱橫交錯，設(shè)備繁多，高效地管路布置是實現(xiàn)船舶設(shè)計制造和虛擬船舶機艙視景仿真的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。機艙管路的布置是船舶制作設(shè)計中的重要一環(huán)，但由于機艙管路較為復(fù)雜，目前還主要依靠管路設(shè)計經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員來完成，自動化程度較低，并且使船舶整體的設(shè)計周期延長。因此，在整個機艙管路設(shè)計中，自動化技術(shù)的運用對于提高船舶設(shè)計效率、降低設(shè)計成本具有重要的

2、意義。在實船中，對管路的布置和敷設(shè)必須要滿足很多約束條件。在本研究中，認(rèn)為對以下的幾個條件是必不可少的：（1）空間方面：所布置管路要能夠自動避開機艙設(shè)備、管路及艙壁等。（2）成本方面：所設(shè)計出的管路要求在經(jīng)濟(jì)方面達(dá)到最優(yōu)，即在管路能夠避開機艙設(shè)備的前提下，其總長度最短（耗費材料最少），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)，同時應(yīng)不出現(xiàn)斜管。大部分文獻(xiàn)在判斷障礙物時采用在目標(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)度值較低的個體，但實際上在初始化種群時產(chǎn)生了很多非法個體；文獻(xiàn)[3]的選擇算子在利用最優(yōu)保存策略時替換個體數(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個體（染色體），路徑上的坐標(biāo)點即為其基因。由于管路可能存在反復(fù)、回折等現(xiàn)象，因此對于符合條件的管路其長度是不確定的，這就導(dǎo)致每條染色體上的編碼長度不一定，因此必須采用變長度的編碼方式進(jìn)行編碼。

4、在實際編碼中，管路節(jié)點從起始點出發(fā)，每次前進(jìn)一個節(jié)點，直至到達(dá)終點，為了避免產(chǎn)生斜線，下一個節(jié)點的坐標(biāo)只能與上一個坐標(biāo)在某一個坐標(biāo)軸上相差1，比如前一個節(jié)點坐標(biāo)為（i，j，k），那么后一個節(jié)點坐標(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，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、個算法的起始隨機生成多條滿足條件的路徑，這些路徑都能夠從起始點到達(dá)終止點。但如果缺乏導(dǎo)向，管路在機艙三維空間的移動就具有相當(dāng)大的隨機性，這會導(dǎo)致管路在空間中出現(xiàn)折返、交叉等現(xiàn)象，與實際不相符合，為避免這種情況發(fā)生，在使用算法搜索路徑時，若管路是向終點方向移動，那么規(guī)定此時向這個方向移動的概率將大大超過向其他方向移動的概率，使用這種方式可使種群中優(yōu)良個體的比例大大提升。管路按照概率大小由起始點向終止點移動，每相鄰兩個節(jié)點的距離為1，此時初