EWIS線束敷設路徑自動規(guī)劃分析

于 濤

（航空工業(yè)西安飛機工業(yè)（集團）有限責任公司，西安 710089）

在飛機線束EWIS設計中，線束綜合是線束設計中的關鍵內(nèi)容。線束綜合程度越高，越有助于敷設安裝與生產(chǎn)，可為后續(xù)維護升級提供更多便利。線束作為全機整體系統(tǒng)與成品協(xié)調(diào)的神經(jīng)網(wǎng)絡，在各個區(qū)域均有所設計，其敷設質量對飛行系統(tǒng)功能、安全與改造升級具有重要影響。因此，技術人員應借助網(wǎng)絡技術對象線束最短和最佳敷設路徑進行探索，并對線束裝配順序規(guī)劃模塊進行開發(fā)和利用。

1 線束敷設最短路徑自動規(guī)劃

1.1 算法思路

利用數(shù)組D記錄每對頂點距離，再按照順序瀏覽各個節(jié)點，并在此基礎上識別各個對定點Dij的數(shù)值，確定是否經(jīng)過本節(jié)點，使節(jié)點間的距離達到最小值。在算法實現(xiàn)方面，起初單純允許經(jīng)過1號節(jié)點后中轉，再允許1號和2號逐漸向下擴展，直至允許1到n節(jié)點中轉，使任意兩個節(jié)點間的最短距離不斷更新。先創(chuàng)建鄰接矩陣ArrEE的節(jié)點數(shù)值，將NetWork中的全部節(jié)點導出后，利用代碼自動獲取節(jié)點數(shù)量。然后對單純允許經(jīng)過1號和2號節(jié)點狀態(tài)下的任意兩個節(jié)點間最短距離求解，使i到j號節(jié)點均只能經(jīng)過前1號點為最短路徑。此時，將2號節(jié)點加入其中，與先前最短距離對比[1]。

1.2 創(chuàng)建通道資源

首先，設計者應制作出全機在整體環(huán)境模型中可敷設線束通道空間資源，在CATIA中層創(chuàng)建點、線幾何圖形集，由此獲取的通道資源與DMU實際敷設環(huán)境需求相符合。為避免敷設路徑相互交叉，主通路區(qū)域模只需開辟一條通路即可。設備之間可敷設的通道可利用1根線段替代。需要注意，在創(chuàng)建點、線幾何圖形時，應事先將點和線相連，以免在最短路徑規(guī)劃中使規(guī)劃模塊認為該線路無法連通而產(chǎn)生誤差。在可敷設通道資源創(chuàng)建后，幾何圖形集創(chuàng)建完畢，通過CATIA二次開發(fā)批量導出的方式，繪制全機通道幾何圖形，包括點與線關系表。最短路徑規(guī)劃是在該表基礎上計算而成的，但全機敷設線束資源并非固定不變，屬于不斷優(yōu)化創(chuàng)新的過程。為便于全機可敷設資源的增減，可在自動規(guī)劃模塊中增設可靈活控制導出點線關系的功能，以隨時掌握通道變化情況。

1.3 線路規(guī)劃與顯示

實際操作中，在界面的目標點下方利用“/”將所需規(guī)劃的全部目標點隔離開，便可在某根線束中圍繞核心設備規(guī)劃敷設路徑。利用切換功能分析起始點與不同目標點間的最短距離，并將其存儲到文件中，可為后續(xù)修改和查看提供便利。此外，界面可將全部設備節(jié)點間的最短路徑顯示在NetWork中。在設計分工明確的情況下，功能分配更合理。不同部門間的信息共享對設計質量產(chǎn)生的影響更大，因此如何快速精準地在各部門間傳遞信息受到了廣泛關注。在本文研究系統(tǒng)中，設計者規(guī)劃線束最佳路徑后，可將線束最短路徑的字符串通過表格的方式記錄到NetWork，以供設計者查看線路敷設路徑。此外，系統(tǒng)還可采用敷設路徑的方式抽取Part文件，再將其轉移給設計者。實際工作中，設計者打開Part文件后，可采取兩種方式分析信息傳輸速度與準確性[2]。設備A到B的最短敷設路徑如圖1所示。

2 線束敷設路徑規(guī)劃模塊開發(fā)與應用

2.1 軟件開發(fā)

以往線束敷設仿真系統(tǒng)由MFC、WTK以及Pro/E這3項內(nèi)容構成，其中Pro/E的作用在于完成機電產(chǎn)品中零部件的設計，在Pro/ToolKit中提取裝配體的信息，并將信息傳入MFC文檔類中，將WTK程序代碼集成到MFC視圖類中。線束集成和敷設規(guī)劃與大量信息相關，因此應對數(shù)據(jù)庫信息進行查詢、處理與存儲。Matlab軟件具有較強的可視性與數(shù)值計算功能，只需少量函數(shù)便可顯示出數(shù)據(jù)圖形。因此，本文研究中的線路敷設路徑模塊開發(fā)將數(shù)據(jù)庫、Matlab引入其中，由此豐富功能，使界面更加友好。

圖1 設備A與B間的最短路徑

2.2 關鍵技術

在數(shù)據(jù)提取方面，MFC程序的數(shù)據(jù)提取流程包括以下3個方面。一是將系統(tǒng)中的文件傳入AtdAfx.h，對ADO庫文件進行引入和初始化。二是在MFC窗口中明確與之相連的變量m_pConnection與變量m_pRecordset。三是在MFC對話框中加入一個控件，屬性為Style設置。在數(shù)據(jù)處理方面，將MFC應用程序中遺傳算法獲取的最佳路徑記錄到數(shù)據(jù)庫中。首先，創(chuàng)建BOM數(shù)據(jù)庫，表格命名為sequence，主要記錄敷設路徑的順序與相應線束。其次，因數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)類型與MFC不同，需要先轉變數(shù)據(jù)類型，采用delete語句刪除原本表格中的數(shù)據(jù)，保障表格實時更新，再采用SQL中的insert語句將轉變后的數(shù)據(jù)插入表中。最后，啟動程序，將最佳敷設路徑與相應線束以數(shù)據(jù)庫形式展示出來[3]。

2.3 實例應用

在虛擬環(huán)境下，線束規(guī)劃研究對飛行安全、飛行系統(tǒng)功能以及安全與改造升級具有重要影響。在線束虛擬裝配系統(tǒng)中進行實例演示，主要分為虛擬環(huán)境中的線束設計和線束裝配順序規(guī)劃兩項內(nèi)容。

2.3.1 線束設計

以電氣柜線束設計為例，通過建模信息轉換和虛擬敷設系統(tǒng)設計虛擬樣機，在系統(tǒng)內(nèi)部完成線束路徑規(guī)劃和幾何建模等工作。在該臺面上進行路徑敷設，利用鼠標操作，從多個視角觀察路徑敷設情況。在模型導入方面，通過程序展示CAD環(huán)境中剛性部件的拓撲信息，并融入敷設系統(tǒng)。此外，在虛擬系統(tǒng)中對內(nèi)部線束路徑進行規(guī)劃和建模。

2.3.2 線束路徑繪畫

路徑規(guī)劃應確保線束不會發(fā)生干涉與碰撞，并與相鄰對象間保留一定的縫隙，同時要符合最小彎曲半徑的要求，關鍵在于線束精確幾何建模。在虛擬樣機中，先獲得連接關系表并計算兩點間最短距離對線束進行綜合判斷，判斷其是否與敷設要求相符合，最后獲得最優(yōu)路徑。線束路徑繪畫如圖2所示。

圖2 線束路徑繪畫

2.3.3 路徑規(guī)劃實現(xiàn)

首先，程序開啟后點擊“查詢”按鍵將MFC與數(shù)據(jù)庫相連，再點擊“讀寫”按鍵，使MFC讀取數(shù)據(jù)庫。其次，點擊“生成敷設最短路徑矩陣”菜單，便會顯示出AUPM矩陣與初始規(guī)劃順序。再次，點擊“遺傳算法參數(shù)設置”菜單，顯示遺傳算法中幾個關鍵參數(shù)設置界面。用戶可根據(jù)需求進行參數(shù)調(diào)整。最后，點擊“開始計算”的按鍵，系統(tǒng)會自動利用遺傳算法進行計算，并顯示出最佳敷設路徑，并將所需信息錄入到數(shù)據(jù)庫。需要注意，輸出信息文檔由迭代期間每代平均適應度、最大適應度以及最佳裝配順序3項內(nèi)容構成。結合算法中不同參數(shù)，需及時更新裝配信息文檔內(nèi)的數(shù)據(jù)信息。為了更加清楚地展示遺傳算法中的關鍵信息，可點擊“查看結果”按鍵，將Matlab與數(shù)據(jù)庫相連，利用MAC與Matlab進行編程。

3 結語

大量實踐研究表明，多設備線束規(guī)劃需要分批開展，難以直接將本線束所用設備投入某個線束敷設路徑。因此，技術人員應創(chuàng)建供全機使用的資源通道，增加最短路徑的迭代次數(shù)，探索出最合理的敷設路徑。在最短路徑規(guī)劃中，所需計算時間較長，雖節(jié)點通道數(shù)量較多，但可自動剔除無用節(jié)點，為技術人員節(jié)約更多時間和精力投入，從而更快更準地獲取EWIS線束敷設的最佳路徑。