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3-4 一类装填布局问题的半自动求解方案 魏发远 装填布局问题在航空、航天、机械、船舶等工程中广泛存在，是相关部门进行产品总体方案设计的关键技术。最典型的装填布局问题是在一个旋转舱内，将N个待布组件放置到各安装板上，要求各组件之间、组件与旋转舱之间互不干涉，且整个系统的质心尽量靠近旋转舱的小端、质心横偏dc尽量小，系统绕Z轴的转动惯量尽量小。 文中将知识推理、人机交互和优化技术应用于装填布局问题，提出一种如图1所示的半自动布局方案，即：首先，基于知识推理和人机交互技术，对旋转舱进行初步的空间规划，将各待布组件分配到安装面上，从而将旋转舱装填布局问题化为l个圆盘装填布局问题(l为安装面的数量)；其次，利用遗传算法对圆盘装填布局问题进行优化，确定每个安装面上各组件的相对位置及安装面上所有组件组成的子系统的质心；最后，将每个安装面上的所有组件绕z轴旋转一定角度qk以使整个系统的质心横偏最小。
性能评估是图1中进行性能优化的基础，对于本文的装填布局问题，性能评估的关键是目标函数和约束函数的计算，当待布组件或旋转舱形状不规则时，很难得到这些函数的解析表达式。文中利用UG知识工程模块中提供的相关函数，通过编写相应的求解规则进行求解，对组件和旋转舱形状没有限制。 基于上述思路，在MS VC6.0平台上用UG/OPEN++开发一个UG与ISIGHT之间的接口程序，用ISIGHT的过程集成功能将UGNX2.0和ISIGHT集成，得到解决装填布局问题的原型系统(图2)。用该系统，旋转舱装填布局的第一步是进行空间规划。设计人员在UG环境下建立旋转舱及待布组件的模型，然后用UG/KF对知识工程的支持建立相应的知识库和规则库，用以计算装填顺序、目标函数和约束函数，利用UG的人机交互功能和知识推理的结果对模型进行调整，将组件分配到相应的安装面上，最后将模型、知识库、规则库存入UG主模型文件(*.prt文件)中，同时，将优化过程中需要的参数(设计变量、目标函数和约束函数)输出到UG表达式文件(*.exp)中。空间规划完毕后，设计人员在ISIGHT环境下，将UG与ISIGHT之间的接口程序集成到ISIGHT中，然后选择适当的优化算法进行性能优化，优化过程中，ISIGHT通过接口程序访问、更新、修改UG主模型，从中获得各设计点的目标函数和约束函数值，为优化过程提供决策依据。 在一个锥-柱组合舱内，利用上述方法装填11个待布组件得到了较优的布局结果，证明该方法可行。 |
