船舶艙室智能虛擬布置設計方法與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、船舶艙室布置設計是一個不斷反復、螺旋上升的過程，傳統(tǒng)的設計方法是借助于CAD系統(tǒng)提供的鼠標、鍵盤等交互方式，反復設計，逐步求精，使得船舶艙室設計過程繁瑣冗長，自動化程度低。目前在提高船舶設計生產(chǎn)的效率方面，已經(jīng)展開了許多工作。CAD/CAM的應用，代替了費時的體力工作，提高了設計精度，對提高船舶的設計和建造效率做出了貢獻。但對于設計中存在的問題，有的在后續(xù)設計過程中暴露出來，而有的則在產(chǎn)品實物建造出來后才暴露出來，不僅延長設計建造周期，

2、而且造成巨大損失。關(guān)于船舶布置設計的研究尤其是三維空間虛擬布置設計的研究在國內(nèi)的研究還不多見，這與船舶設計其它方面的研究與發(fā)展水平形成了強烈的反差，制約了船舶設計速度和質(zhì)量的提高。因此，在船舶艙室布置設計方面尋求新的設計方法和設計手段以改變傳統(tǒng)的設計狀態(tài)已成為亟待解決的問題。本文結(jié)合三維布局領(lǐng)域研究成果，運用虛擬設計技術(shù)現(xiàn)代設計方法，結(jié)合AI技術(shù)，突破了傳統(tǒng)船舶艙室布置設計工作中的局限性。為尋求新的船舶艙室布置設計方法奠定了一定的理論和

3、技術(shù)基礎。全文主要做了以下工作： (1)在分析國內(nèi)外大量文獻的基礎上，將現(xiàn)代設計方法、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人工智能技術(shù)引入船舶艙室布置設計中，提出了一種新的有效的基于知識的船舶艙室布置虛擬設計方法。 (2)采用IDEF0方法分析了船舶艙室布置設計活動，并以機艙為例，根據(jù)船舶艙室布置對象的不同特點，將艙室布置設計對象分為物理對象、空間對象和設計約束，明細化了船舶艙室布置設計中所處理的對象。在分析船舶艙室布置設計對象和設計知識構(gòu)成

4、的基礎上，將船舶艙室布置設計知識模型分為知識庫、船舶計算應用程序、實例庫和CAD數(shù)據(jù)庫四個部分，其中知識庫包括4個規(guī)則庫和兩個方法庫，采用面向?qū)ο蟊磉_方法建立集框架、規(guī)則、方法一體的混合知識描述體系，并介紹了相應推理機制。 (3)在船舶艙室虛擬布置模型中，提出船舶艙室虛擬布置中設備信息的層次模型，將設備/零件信息分別存儲在設備層、特征層、幾何層以及顯示層，通過數(shù)據(jù)映射與約束映射實現(xiàn)設備信息模型中各層次信息的關(guān)聯(lián)。采用更適合工程師

5、習慣的語義表達形式來描述船舶艙室設備空間位置關(guān)系，給出了布置約束的描述方法。提出基于約束的多層次結(jié)構(gòu)的船舶艙室虛擬布置模型表達方法，在整個模型中，布置語義與布置約束信息成為信息傳遞、轉(zhuǎn)換的中樞，其它信息被嵌入到實體模型中以反映整個模型的布置活動。 (4)提出了基于運動自由度分析的艙室虛擬布置操作方法。根據(jù)設備之間的約束關(guān)系，通過設備定位求解調(diào)整設備的空間位置，使之滿足布置幾何約束，并通過對設備自由度矩陣運動信息的調(diào)整與修正，確保

6、設備在可自由運動空間中運動。對設備定位求解，提出了基于最優(yōu)化方法對約束方程組的數(shù)值求解算法，有效地處理欠約束和過約束狀態(tài)。 (5)研究了建立船舶艙室三維布置設計的數(shù)學優(yōu)化模型的原理和方法，采用能量法對不等式約束進行處理，建立了艙室優(yōu)化布置目標函數(shù)，采用模糊函數(shù)方法，引入操作維護方便度評價指標。模糊函數(shù)的引入，能更好的描述專家模糊知識，并具有光滑連續(xù)的函數(shù)響應曲面；將模式搜索(PS)用于船舶艙室優(yōu)化布置設計中，提出了基于PS的船舶

7、艙室布置優(yōu)化算法。 (6)采用圖表示方法描述管路空間，提出船舶艙室三維管路空間距離矩陣表示方法，利用距離矩陣不僅可以描述正交管路圖，而且可以利用距離矩陣建立管路圖結(jié)點之間的正交距離；以管路長度和彎管數(shù)為主要目標，建立了管路布置優(yōu)化目標函數(shù)；以Evolver為算法平臺，提出了基于遺傳算法的船舶艙室管路布置優(yōu)化設計方法。 總之，在查閱了大量國內(nèi)外相關(guān)文獻資料的基礎上，本文將AI技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及船舶CAD技術(shù)相結(jié)合，探索