于 濤

（航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，西安 710089）

在飛機(jī)線束EWIS設(shè)計(jì)中，線束綜合是線束設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵內(nèi)容。線束綜合程度越高，越有助于敷設(shè)安裝與生產(chǎn)，可為后續(xù)維護(hù)升級(jí)提供更多便利。線束作為全機(jī)整體系統(tǒng)與成品協(xié)調(diào)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在各個(gè)區(qū)域均有所設(shè)計(jì)，其敷設(shè)質(zhì)量對(duì)飛行系統(tǒng)功能、安全與改造升級(jí)具有重要影響。因此，技術(shù)人員應(yīng)借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)象線束最短和最佳敷設(shè)路徑進(jìn)行探索，并對(duì)線束裝配順序規(guī)劃模塊進(jìn)行開發(fā)和利用。

1 線束敷設(shè)最短路徑自動(dòng)規(guī)劃

1.1 算法思路

利用數(shù)組D記錄每對(duì)頂點(diǎn)距離，再按照順序?yàn)g覽各個(gè)節(jié)點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上識(shí)別各個(gè)對(duì)定點(diǎn)Dij的數(shù)值，確定是否經(jīng)過本節(jié)點(diǎn)，使節(jié)點(diǎn)間的距離達(dá)到最小值。在算法實(shí)現(xiàn)方面，起初單純?cè)试S經(jīng)過1號(hào)節(jié)點(diǎn)后中轉(zhuǎn)，再允許1號(hào)和2號(hào)逐漸向下擴(kuò)展，直至允許1到n節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)，使任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最短距離不斷更新。先創(chuàng)建鄰接矩陣ArrEE的節(jié)點(diǎn)數(shù)值，將NetWork中的全部節(jié)點(diǎn)導(dǎo)出后，利用代碼自動(dòng)獲取節(jié)點(diǎn)數(shù)量。然后對(duì)單純?cè)试S經(jīng)過1號(hào)和2號(hào)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)下的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間最短距離求解，使i到j(luò)號(hào)節(jié)點(diǎn)均只能經(jīng)過前1號(hào)點(diǎn)為最短路徑。此時(shí)，將2號(hào)節(jié)點(diǎn)加入其中，與先前最短距離對(duì)比[1]。

1.2 創(chuàng)建通道資源

首先，設(shè)計(jì)者應(yīng)制作出全機(jī)在整體環(huán)境模型中可敷設(shè)線束通道空間資源，在CATIA中層創(chuàng)建點(diǎn)、線幾何圖形集，由此獲取的通道資源與DMU實(shí)際敷設(shè)環(huán)境需求相符合。為避免敷設(shè)路徑相互交叉，主通路區(qū)域模只需開辟一條通路即可。設(shè)備之間可敷設(shè)的通道可利用1根線段替代。需要注意，在創(chuàng)建點(diǎn)、線幾何圖形時(shí)，應(yīng)事先將點(diǎn)和線相連，以免在最短路徑規(guī)劃中使規(guī)劃模塊認(rèn)為該線路無法連通而產(chǎn)生誤差。在可敷設(shè)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(dǎo)出的方式，繪制全機(jī)通道幾何圖形，包括點(diǎn)與線關(guān)系表。最短路徑規(guī)劃是在該表基礎(chǔ)上計(jì)算而成的，但全機(jī)敷設(shè)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(jī)可敷設(shè)資源的增減，可在自動(dòng)規(guī)劃模塊中增設(shè)可靈活控制導(dǎo)出點(diǎn)線關(guān)系的功能，以隨時(shí)掌握通道變化情況。

1.3 線路規(guī)劃與顯示

實(shí)際操作中，在界面的目標(biāo)點(diǎn)下方利用“/”將所需規(guī)劃的全部目標(biāo)點(diǎn)隔離開，便可在某根線束中圍繞核心設(shè)備規(guī)劃敷設(shè)路徑。利用切換功能分析起始點(diǎn)與不同目標(biāo)點(diǎn)間的最短距離，并將其存儲(chǔ)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(shè)備節(jié)點(diǎn)間的最短路徑顯示在NetWork中。在設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生的影響更大，因此如何快速精準(zhǔn)地在各部門間傳遞信息受到了廣泛關(guān)注。在本文研究系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)者查看線路敷設(shè)路徑。此外，系統(tǒng)還可采用敷設(shè)路徑的方式抽取Part文件，再將其轉(zhuǎn)移給設(shè)計(jì)者。實(shí)際工作中，設(shè)計(jì)者打開Part文件后，可采取兩種方式分析信息傳輸速度與準(zhǔn)確性[2]。設(shè)備A到B的最短敷設(shè)路徑如圖1所示。

2 線束敷設(shè)路徑規(guī)劃模塊開發(fā)與應(yīng)用

2.1 軟件開發(fā)

以往線束敷設(shè)仿真系統(tǒng)由MFC、WTK以及Pro/E這3項(xiàng)內(nèi)容構(gòu)成，其中Pro/E的作用在于完成機(jī)電產(chǎn)品中零部件的設(shè)計(jì)，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(shè)規(guī)劃與大量信息相關(guān)，因此應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行查詢、處理與存儲(chǔ)。Matlab軟件具有較強(qiáng)的可視性與數(shù)值計(jì)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(shè)路徑模塊開發(fā)將數(shù)據(jù)庫(kù)、Matlab引入其中，由此豐富功能，使界面更加友好。

圖1 設(shè)備A與B間的最短路徑

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

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(gè)方面。一是將系統(tǒng)中的文件傳入AtdAfx.h，對(duì)ADO庫(kù)文件進(jìn)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(duì)話框中加入一個(gè)控件，屬性為Style設(shè)置。在數(shù)據(jù)處理方面，將MFC應(yīng)用程序中遺傳算法獲取的最佳路徑記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。首先，創(chuàng)建BOM數(shù)據(jù)庫(kù)，表格命名為sequence，主要記錄敷設(shè)路徑的順序與相應(yīng)線束。其次，因數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)類型與MFC不同，需要先轉(zhuǎn)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(shí)時(shí)更新，再采用SQL中的insert語句將轉(zhuǎn)變后的數(shù)據(jù)插入表中。最后，啟動(dòng)程序，將最佳敷設(shè)路徑與相應(yīng)線束以數(shù)據(jù)庫(kù)形式展示出來[3]。

2.3 實(shí)例應(yīng)用

在虛擬環(huán)境下，線束規(guī)劃研究對(duì)飛行安全、飛行系統(tǒng)功能以及安全與改造升級(jí)具有重要影響。在線束虛擬裝配系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)例演示，主要分為虛擬環(huán)境中的線束設(shè)計(jì)和線束裝配順序規(guī)劃兩項(xiàng)內(nèi)容。

2.3.1 線束設(shè)計(jì)

以電氣柜線束設(shè)計(jì)為例，通過建模信息轉(zhuǎn)換和虛擬敷設(shè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)，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(tái)面上進(jìn)行路徑敷設(shè)，利用鼠標(biāo)操作，從多個(gè)視角觀察路徑敷設(shè)情況。在模型導(dǎo)入方面，通過程序展示CAD環(huán)境中剛性部件的拓?fù)湫畔ⅲ⑷谌敕笤O(shè)系統(tǒng)。此外，在虛擬系統(tǒng)中對(duì)內(nèi)部線束路徑進(jìn)行規(guī)劃和建模。

2.3.2 線束路徑繪畫

路徑規(guī)劃應(yīng)確保線束不會(huì)發(fā)生干涉與碰撞，并與相鄰對(duì)象間保留一定的縫隙，同時(shí)要符合最小彎曲半徑的要求，關(guān)鍵在于線束精確幾何建模。在虛擬樣機(jī)中，先獲得連接關(guān)系表并計(jì)算兩點(diǎn)間最短距離對(duì)線束進(jìn)行綜合判斷，判斷其是否與敷設(shè)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(shí)現(xiàn)

首先，程序開啟后點(diǎn)擊“查詢”按鍵將MFC與數(shù)據(jù)庫(kù)相連，再點(diǎn)擊“讀寫”按鍵，使MFC讀取數(shù)據(jù)庫(kù)。其次，點(diǎn)擊“生成敷設(shè)最短路徑矩陣”菜單，便會(huì)顯示出AUPM矩陣與初始規(guī)劃順序。再次，點(diǎn)擊“遺傳算法參數(shù)設(shè)置”菜單，顯示遺傳算法中幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置界面。用戶可根據(jù)需求進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。最后，點(diǎn)擊“開始計(jì)算”的按鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)利用遺傳算法進(jìn)行計(jì)算，并顯示出最佳敷設(shè)路徑，并將所需信息錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)。需要注意，輸出信息文檔由迭代期間每代平均適應(yīng)度、最大適應(yīng)度以及最佳裝配順序3項(xiàng)內(nèi)容構(gòu)成。結(jié)合算法中不同參數(shù)，需及時(shí)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(guān)鍵信息，可點(diǎn)擊“查看結(jié)果”按鍵，將Matlab與數(shù)據(jù)庫(kù)相連，利用MAC與Matlab進(jìn)行編程。

3 結(jié)語

大量實(shí)踐研究表明，多設(shè)備線束規(guī)劃需要分批開展，難以直接將本線束所用設(shè)備投入某個(gè)線束敷設(shè)路徑。因此，技術(shù)人員應(yīng)創(chuàng)建供全機(jī)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(shè)路徑。在最短路徑規(guī)劃中，所需計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，雖節(jié)點(diǎn)通道數(shù)量較多，但可自動(dòng)剔除無用節(jié)點(diǎn)，為技術(shù)人員節(jié)約更多時(shí)間和精力投入，從而更快更準(zhǔn)地獲取EWIS線束敷設(shè)的最佳路徑。