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支持动力舱布局设计的布局模式粒子群算法研究及应用

王龙  
【摘要】: 本文在国家自然科学基金(No.50975039)的资助下,研究一种基于布局模式的粒子群算法,应用到特种车辆的动力舱布局设计中。动力舱的布局设计是特种车辆总体设计的主要内容,对其进行合理的优化,有利于提高特种车辆的性能,降低特种车辆重量和体积。但动力舱的布局优化问题属于NP-hard问题,即涉及数学上的组合爆炸问题,又涉及工程复杂性问题,求解困难,要达到工程实用要求更难。针对这些问题,本文开展的研究内容如下: (1)以动力舱的布局设计为背景,从布局模式变换的角度出发,提出了一种基于布局模式的粒子群算法(Layout Pattern based Particle Swarm Optimization, LPPSO),用于求解该类问题。该算法是在初始化和寻优过程中每经过给定代数之后,自动构造若干与种群中现有个体的布局模式非同构的个体,并以此取代种群中适应度较差的个体,形成新种群。非同构布局模式的构造采用基于完全关联图的准边界直线法,用以缓解算法的早熟和提高计算质量。以卫星舱和印刷电路板布局设计为背景的两个算例验证了该算法的可行性和有效性,并研究了将LPPSO用于特种车辆动力舱的布局优化。 (2)针对将LPPSO应用到特种车辆动力舱布局设计的实际问题,给出CAD软件开发的若干关键技术,包括软件的总体设计,装配体环境下待布物的标识,均质与非均质待布物质量属性获取及待布物的质心描述。从工程实用的角度出发,开发了动力舱的布局优化辅助平台,已在用户中得到应用。


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