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船舶舱室智能虚拟布置设计方法与关键技术研究

作　者: 冯军
导　师: 陈宾康；应文烨
学　校: 武汉理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 船舶布置设计人工智能虚拟设计优化设计模式搜索法虚拟层次模型管路布置设计遗传算法
分类号: U663.8
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

船舶舱室布置设计是一个不断反复、螺旋上升的过程,传统的设计方法是借助于CAD系统提供的鼠标、键盘等交互方式,反复设计,逐步求精,使得船舶舱室设计过程繁琐冗长,自动化程度低。目前在提高船舶设计生产的效率方面,已经展开了许多工作。CAD/CAM的应用,代替了费时的体力工作,提高了设计精度,对提高船舶的设计和建造效率做出了贡献。但对于设计中存在的问题,有的在后续设计过程中暴露出来,而有的则在产品实物建造出来后才暴露出来,不仅延长设计建造周期,而且造成巨大损失。关于船舶布置设计的研究尤其是三维空间虚拟布置设计的研究在国内的研究还不多见,这与船舶设计其它方面的研究与发展水平形成了强烈的反差,制约了船舶设计速度和质量的提高。因此,在船舶舱室布置设计方面寻求新的设计方法和设计手段以改变传统的设计状态已成为亟待解决的问题。本文结合三维布局领域研究成果,运用虚拟设计技术现代设计方法,结合AI技术,突破了传统船舶舱室布置设计工作中的局限性。为寻求新的船舶舱室布置设计方法奠定了一定的理论和技术基础。全文主要做了以下工作: (1) 在分析国内外大量文献的基础上,将现代设计方法、虚拟现实技术、人工智能技术引入船舶舱室布置设计中,提出了一种新的有效的基于知识的船舶舱室布置虚拟设计方法。 (2) 采用IDEF0方法分析了船舶舱室布置设计活动,并以机舱为例,根据船舶舱室布置对象的不同特点,将舱室布置设计对象分为物理对象、空间对象和设计约束,明细化了船舶舱室布置设计中所处理的对象。在分析船舶舱室布置设计对象和设计知识构成的基础上,将船舶舱室布置设计知识模型分为知识库、船舶计算应用程序、实例库和CAD数据库四个部分,其中知识库包括4个规则库和两个方法库,采用面向对象表达方法建立集框架、规则、方法一体的混合知识描述体系,并介绍了相应推理机制。 (3) 在船舶舱室虚拟布置模型中,提出船舶舱室虚拟布置中设备信息的层次模型,将设备/零件信息分别存储在设备层、特征层、几何层以及显示层,通过数据映射与约束映射实现设备信息模型中各层次信息的关联。采用更适合工程师习惯的语义表达形式来描述船舶舱室设备空间位置关系,给

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第1章绪论  12-37
  1.1 引言  12-13
  1.2 船舶CAD国内外发展概况  13-15
  1.3 虚拟设计技术研究状况  15-25
    1.3.1 虚拟造型  15-17
    1.3.2 虚拟样机  17-25
  1.4 布局问题国内外研究现状  25-33
    1.4.1 布局建模方法  26-28
    1.4.2 布局求解算法  28-33
  1.5 船舶工程领域AI的发展现状  33
  1.6 论文的意义及主要研究内容  33-37
    1.6.1 论文的意义  33-34
    1.6.2 主要研究内容  34-37
第2章船舶舱室布置智能支持系统  37-54
  2.1 引言  37-39
  2.2 基于活动的船舶舱室布置设计流程分析  39-41
  2.3 船舶舱室布置设计对象分类  41-43
    2.3.1 舱室物理对象  41-42
    2.3.2 舱室空间对象  42-43
    2.3.3 设计约束  43
  2.4 面向对象的船舶舱室布置设计知识模型结构  43-48
    2.4.1 面向对象的船舶舱室布置设计知识库表达  45-48
  2.5 面向对象船舶舱室布置设计知识推理  48-52
    2.5.1 继承推理  48-49
    2.5.2 框架推理  49
    2.5.3 方法推理  49-50
    2.5.4 规则及推理  50-51
    2.5.5 非单调推理  51-52
  2.6 智能支持系统模块流程  52-53
  2.7 本章小结  53-54
第3章船舶舱室虚拟布置层次模型  54-73
  3.1 引言  54-55
  3.2 船舶舱室虚拟布置模型的主要内容  55-56
  3.3 船舶舱室虚拟布置设备信息的层次模型  56-62
  3.4 基于语义的舱室布置关系表达  62-69
    3.4.1 船舶舱室布置三维空间位置约束类型  62-65
    3.4.2 基于语义的船舶舱室布置关系表达模型  65-69
  3.5 船舶舱室布置多层次模型结构  69-71
  3.6 小结  71-73
第4章船舶舱室虚拟布置操作与约束求解  73-86
  4.1 引言  73-74
  4.2 船舶舱室布置设备运动自由度分析与归约  74-79
    4.2.1 自由度的矩阵表达  74
    4.2.2 设备运动自由度分析  74-76
    4.2.3 运动自由度归约  76-79
  4.3 船舶舱室虚拟布置设备的定位求解  79-84
    4.3.1 基于自由度归约的设备定位求解  80-81
    4.3.2 基于最优化方法的几何约束求解  81-84
  4.4 小结  84-86
第5章船舶舱室优化布置设计及优化方法  86-105
  5.1 引言  86-87
  5.2 船舶舱室布置设计优化数学模型  87-95
    5.2.1 多目标优化问题的数学描述  87-88
    5.2.2 加权和法的数学描述  88
    5.2.3 设计变量  88-89
    5.2.4 约束集描述  89-91
    5.2.5 舱室优化布置目标函数评价指标体系  91-95
  5.3 船舶舱室布置设计优化算法  95-104
    5.3.1 模式搜索算法  96-98
    5.3.2 特定模式搜索方法  98-101
    5.3.3 基于PS的舱室布置优化算法  101-104
  5.4 小结  104-105
第6章船舶舱室三维管路布置设计及优化方法  105-128
  6.1 引言  105-106
  6.2 管路布置设计自动化研究概况  106-107
  6.3 船舶舱室三维正交管路布置设计  107-116
    6.3.1 船舶舱室三维管路空间描述  107-110
    6.3.2 船舶舱室三维管路布置碰撞检测方法  110-113
    6.3.3 三维管路布置干涉回避方法  113-116
  6.4 基于遗传算法的船舶舱室三维管路优化布置方法  116-127
    6.4.1 遗传算法及Evolver简介  116-117
    6.4.2 三维管路优化布置目标函数  117-118
    6.4.3 碰撞检测  118-119
    6.4.4 编码  119-120
    6.4.5 算法实例  120-127
  6.5 小结  127-128
第7章全文总结与展望  128-131
  7.1 全文总结  128-129
  7.2 进一步的研究工作  129-131
致谢  131-132
参考文献  132-140
攻读博士学位期间发表的学术论文  140

船舶舱室智能虚拟布置设计方法与关键技术研究

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