(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211040939.1 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 沈阳航空航天大 学 地址 110136 辽宁省沈阳市道义经济开发 区道义南大街37号 (72)发明人 邢宇飞　杨野光　屈力刚　苏岩　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李珉 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 113/14(2020.01) (54)发明名称 一种飞机 机舱内贴壁管路优化布局方法 (57)摘要 本发明提供一种飞机机舱内贴壁管路优化 布局方法， 涉及飞机管路布局设计技术领域。 本 发明根据飞机机舱及舱内部成品的三维模型生 成点云集， 将点云集转化为三维栅格地图， 根据 三维栅格地图以路径最短为目标生成初始路径， 根据初始路径获取贴壁管路初始路径， 根据贴壁 管路初始路径利用粒子群算法生成满足路径最 短且贴附于机舱内壁的最优路径， 最终将最优路 径作为机舱内贴壁管路路径布局的最佳路径方 案。 本方法能够高效处理敷设空间较大情况下的 贴壁管路自动敷设问题， 在考虑管路贴壁约束、 管路路径的几何可行性的同时兼顾 敷设效率， 更 符合工程实际的需要， 极大的提高了飞机机舱内 贴壁管路敷设的管路路径规划效率与优化解质 量。 权利要求书3页 说明书6页 附图4页 CN 115391920 A 2022.11.25 CN 115391920 A 1.一种飞机 机舱内贴壁管路优化布局方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 基于飞机机舱内部结构三维数模生成点云集A， 基于飞机机舱内部所有成品、 部 件三维数模生成点云集B， 设置待敷设管路的端点坐标、 端点方向向量以及预设管路贴壁最 小间隙和贴壁方向 向量d； 步骤2： 根据生成的点云集A和B内的坐标转化为用于路径规划的三维栅格地图M1， 根据 生成的点云集A内的坐标转 化为用于计算管路支撑位置的三维栅格地图M2； 步骤3： 根据三维栅格地图M1按路径最短为目标生成初始路径P0， 根据跨距约束计算路 径P0上的预选点ri并形成预选点 坐标点集Ri； 步骤4： 针对预选点Ri根据预设管路贴壁最小间隙和贴壁方向向量计算初始贴壁点si并 形成初始贴壁 点集Si； 步骤5： 重复步骤3和步骤4生成一组贴壁点集， 直到所有初始路径解都生成一组贴壁点 集； 步骤6： 针对每个贴壁点集Si与管路端点组成管路贴壁路径初始解Pi， 将全部初始解合 并为一个初始种群； 步骤7： 根据优化目标f(x)对初始种群进行排序， 对不符合管路约束的个体对应的适应 度施加惩罚值； 根据种群排序结果对种群进 行速度匹配、 更新、 排序获得新种群， 通过κ 次迭 代获得最优管路路径Pbest， T为预设的最大迭代次数； 根据最优管 路路径Pbest， 生成管路贴壁 敷设的最优布局方案 。 2.根据权利要求1所述的一种飞机机舱内贴壁管路优化布局方法， 其特征在于， 所述步 骤2具体包括以下步骤： 步骤2.1： 根据公式(1)分别获取三维栅格地图M1， M2在X、 Y、 Z轴三个方向上的网格数量 k： k＝round(max{Pm1,Pm2}‑min{Pm1,Pm2})/ ψ+c             (1) 式中， ψ为单个网格的大小与实际尺寸 之间的比例， Pm1为点云集A中的任意一点， Pm2为点 云集B中的任意一点， c为调整系数， round()为四舍五入运算函数； 其中X、 Y、 Z分别为沿三 维栅格地图长、 宽、 高方向设置的坐标轴； 步骤2.2： 利用公式(2)依次计算点云集A中每个点在三维栅格地图M1中的三维栅格坐 标 利用公式(3)计算 点云集B中每 个点在三维栅格地图M2中的三维栅格坐标 步骤2.3： 若点云集A中的点坐标经比例转换后属于栅格地图M1或M2的某一单元格则将 该单元格设置为 1， 否则设置为0； 若点云集B中的点坐标经比例转换后属于栅格地图M1的某 一单元格则将该 单元格设置为2， 否则设置为0 。 3.根据权利要求1所述的一种飞机机舱内贴壁管路优化布局方法， 其特征在于， 所述步 骤3具体包括以下步骤： 步骤3.1： 根据三维栅格地图M1按路径最 短为目标生成初 始路径P0， 求解初始路径解时， 采用蚁群算法获取路径最短初始解， 具体表述 为： 针对三维栅格地图， 采用蚁群算 法获取初始路径P0， 所述蚁群算法中以管路路径的总长权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115391920 A 2作为适应度函数如下式所示： 式中， Di为第i段管路的长度， n 为管路的段 数； 步骤3.2： 针对步骤3.1获得的路径初始解P0进行简化， 只保留路径中转折位置的节点， 获得简化路径； 步骤3.3： 针对 步骤3.2获得的简化路径， 随机从简化后的初始路径P0上选取点作为预选 点ri， 步骤3.4： 计算相邻预选点的间距Li， 若所有相邻预选点的间距均小于管路贴壁点间距 Lspan， 则转到步骤3.5； 否则， 将预选点ri存储至集预选点集Ri中并在大于预设管路贴壁点间 距的区间内再次选择 预选点ri+1； 直至所有相邻预选点的间距均小于管路贴壁 点间距Lspan； 步骤3.5： 输出 预选点集Ri。 4.根据权利要求1所述的一种飞机机舱内贴壁管路优化布局方法， 其特征在于， 所述步 骤4具体包括以下步骤： 步骤4.1： 根据步骤3预选点集Ri和贴壁方向向量d， 依次从Ri中取点ri为起点， 以步长l 延贴壁方向向量d做的射线， 设经过m个步长， 所述射线顶点与栅格地图M1的距离小于等于 预设管路贴壁 最小间隙， 则停止步进并记当前点ri到射线顶点的距离为Ei； 步骤4.2： 根据公式(5)计算贴壁 点si的坐标； si＝ri+d*Ei                           (5) 步骤4.3： 针对点集Ri中所有点重复步骤4.1和4.2计算全部贴壁点， 将全部贴壁点组成 形成初始贴壁 点集Si。 5.根据权利要求1所述的一种飞机机舱内贴壁管路优化布局方法， 其特征在于， 所述步 骤6具体包括以下步骤： 步骤6.1： 针对一组贴壁点集中的每个贴壁点集Si中的全部节点与管路端 点组成贴壁管 路初始路径， 将全部贴壁管路初始路径合并为 一组初始种群； 步骤6.2： 建立管路总长度及管路所有约束的惩罚值Mk组成优化目标f(x)： f(x)＝ω1*f1(x)+ω2*f2(x)                           (6) 其中， ω1,ω1为权重， f1(x)是管路路径总长按公式(4)计算， f2(x)是针对 不符合约束的 管路施加的惩罚因子， 根据公式(7)计算， 所述 惩罚因子f2(x)表示为： 式中， gi(x)为每条管路路径对应个体所包含的第i个节点到机舱内壁最短距离Jj超出 预设管路贴壁最大或小间隙的长度， ui(x)是每条管路的几何可行度， 即贴壁管路路径所包 含的任一 点与M1或M2发生干涉的次数的总和， m为节点总数。 6.根据权利要求1所述的一种飞机机舱内贴壁管路优化布局方法， 其特征在于， 所述步 骤7具体包括以下步骤： 步骤7.1： 根据公式(6)计算初始种群中每个个体的适应度f(x)， 并对适应度值由低到 高进行排序； 步骤7.2： 根据步骤7.1的排序结果找 到当前个体极值和全局最优 解， 即当前最优 解Gbest权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115391920 A 3