【摘要】：復雜機電產(chǎn)品是涉及多學科、多領域、多因素具有復雜功能的一類產(chǎn)品。線纜作為傳輸能量和信號的介質,被大量應用于航空、航天、船舶等領域各類復雜機電產(chǎn)品中,是連接電子設備與各分機模塊的“紐帶”。線纜拓撲結構的復雜性、產(chǎn)品結構空間的約束、線纜的柔性特性以及依靠以往經(jīng)驗來保證敷設質量等因素的存在,使得線纜的敷設成為一個工藝難題。本文對復雜機電產(chǎn)品中線纜敷設的若干關鍵技術進行了研究,主要包括線纜布線路徑規(guī)劃技術、線纜碰撞干涉檢測技術、線纜物理特性建模與仿真技術以及線纜敷設質量評估技術,并在上述研究的基礎上開發(fā)了面向復雜機電產(chǎn)品的線纜敷設系統(tǒng)。本文的主要內容和研究成果如下:(1)對復雜機電產(chǎn)品三維空間線纜敷設路徑規(guī)劃技術進行了研究。針對復雜機電產(chǎn)品線纜敷設困難問題,提出了一種基于多尺度混沌變異粒子群算法的三維空間線纜敷設方法。首先分析了線纜敷設順序對布線連通結果的影響,通過三維敷設空間環(huán)境的抽象建模,完成了算法求解空間的定義。為實現(xiàn)路徑尋優(yōu)的局部解逃逸,將混沌變異思想引入到粒子群算法中;利用不同變異尺度之間的相互競爭來促使整個種群對解空間進行分散式搜索,解決了單一的變異尺度無法保證獲取最優(yōu)解的問題,提高了算法全局和精確的局部尋優(yōu)性能。最后用4種標準測試函數(shù)對所提算法進行了仿真實驗,并將該算法成功應用到某相控陣雷達的線纜敷設過程中。(2)對復雜機電產(chǎn)品線纜敷設碰撞檢測技術進行了研究。針對線纜具有柔性可變形特性而引起線纜碰撞檢測難的問題,提出了一種基于距離場和掃掠剪除算法的線纜碰撞檢測方法�；诰嚯x場的碰撞檢測方法主要用于檢測線纜與線纜、線纜與結構件之間的碰撞:首先通過建立線纜體廓包圍球,完成線纜多細節(jié)層次球面調和的表達;然后生成三維距離場映射,獲取線纜或結構件表面法向量和穿刺深度等碰撞反饋信息。基于掃掠剪除算法的碰撞檢測方法主要用于檢測線纜的自碰撞:先構建線纜分段數(shù)學模型,然后通過線纜離散點掃掠剪除完成線纜自碰撞檢測。最后對算法進行了驗證,結果表明該算法具有較好的準確性和快速性,可以滿足工程實際的要求。(3)對復雜機電產(chǎn)品線纜物理特性建模與仿真技術進行了研究。復雜機電產(chǎn)品中柔性線纜敷設時空間位姿和形態(tài)易發(fā)生變化,從而導致線纜在敷設過程中線纜取樣信息不準確,嚴重影響線纜敷設效率。為此,提出了一種基于精確Cosserat模型的柔性線纜物理特性建模與變形仿真方法。該方法針對線纜大變形特性,先建立線纜活動標架和線纜參數(shù)化模型,并分析線纜的空間演化過程;其次對線纜空間位姿和形態(tài)進行描述,綜合考慮線纜的幾何特性和物理特性建立了基于精確Cosserat模型的線纜物理特性模型,構建出柔性線纜的動力學平衡方程;最后對模型進行數(shù)值積分求解,模擬線纜在敷設過程中的變形過程。(4)對復雜機電產(chǎn)品中線纜敷設質量評估技術進行了研究。針對目前線纜敷設主要依靠現(xiàn)場裝配工人的經(jīng)驗而使得敷設質量難以得到保證的問題,提出了一種基于屬性加權相似度的線纜敷設質量評估變精度粗糙集決策方法。首先對線纜敷設質量的影響因素和構成進行了分析,通過綜合考慮評估對象的多種屬性,建立了線纜敷設質量評估模型并對屬性值進行了量化處理;其次,在質量評估模型的基礎上,結合變精度粗糙集理論形成線纜敷設質量評估規(guī)則;最后,應用屬性加權相似度方法比較當前線纜敷設狀態(tài)與決策系統(tǒng)中所有對象的相似程度,得到敷設質量決策結果,完成對線纜敷設的質量評估。實例結果表明,相較于傳統(tǒng)的敷設質量評估方法,該方法能提供更加符合實際的決策結果。(5)基于以上研究開發(fā)了面向復雜機電產(chǎn)品的線纜敷設系統(tǒng),并在某型號相控陣雷達機柜的線纜敷設中進行了應用驗證。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH-39
【圖文】：

南京航空航天大學博士學位論文如線纜的代號 顏色等）和線纜的附件信息（如接插件型，則可構成線纜幾何模型信息的數(shù)據(jù)來源ǐ無向圖對于線優(yōu)勢，如可采用圖的相關算法搜索任意 2 個關鍵節(jié)點間的立一個信息完整的線纜數(shù)字化模型，為此文獻[24, 87-89]進對線纜無向圖的建立及存儲方法有所提及，但主要停留在程沒有做詳細介紹和分析ǐ本文以圖 2.3 中某三維線纜零出的劃分算法對線纜圖像進行劃分，并在線纜劃分結果的思想[92]來表達線纜零件的拓撲結構ǐ

敷設接口abcd efghipqr敷設可行空間abcd efghipqr（a）線纜敷設三維模型 （b）線纜敷設三維可行空間abcd efghipqr易產(chǎn)生電磁干擾區(qū)域abcd efghipqr（c）敷設方案一（示意） （d）敷設方案二（示意）

圖 4. 10 線纜碰撞干涉檢測功能界面處線纜與線纜干涉放大圖II（a）線纜與線纜的碰撞干涉檢測處干涉放大圖處干涉放大圖IIIIIIIIVIV處線纜VV

【參考文獻】

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本文編號：2803283