航天器电缆三维布线方法与流程

本发明涉及航天器设计领域，尤其涉及一种航天器电缆三维布线方法。

背景技术：

随着我国航天技术日益发展、航天器的规模和设备数量的增加，新型号电缆网的体系和规模达到前所未有的复杂庞大。同时，随着信息技术的不断发展，工程设计手段也正逐步发生改变，逐渐从机械化重复设计转变为自动化设计，从传统的二维平面设计转变为三维数字化平台设计。电缆作为现代工业产品的重要组成部分，借助于现有三维建模软件，设计效率和正确性可得到显著提高。然而，现有工程三维建模软件系统在电缆设计方面的功能尚未完全成熟，难以满足各企业具有针对性的设计需求，导致电缆三维设计过程仍需要较大工作量，甚至成为生产周期的短板。目前，电缆三维设计的主要问题在于设计过程依赖人工操作过多，缺少布线的顶层设计和规划，且智能布线算法需要二次开发等，所以，亟待开发一种适用于复杂航天器电缆三维布线的自动化技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种航天器电缆三维布线方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器电缆三维布线方法，包括以下步骤：

a.依据航天器上的单机产品形状结构，布设布线系统主通道；

b.提取主通道特征位置，创建线缆路径；

c.基于无向图，创建布线最优路径算法，获取线缆网络路径的最优路径进行布线。

根据本发明的一个方面，在布设所述主通道的同时，在航天器舱内与舱外单机产品密集区域集中建立网状的通道结构，单机产品密度相对较低的区域设置辅路径配合走线，同时在建立通道结构时留有充分空间。

根据本发明的一个方面，在所述c步骤中，通过网络接入点转换算法，寻找距离线缆路径起始端和终止端最近的主通道网络路径点作为网络接入点，从而将线缆最优路径问题转化为线缆网络最优路径问题。

根据本发明的一个方面，将线缆网络路径转化为无向图，进而将线缆网络最优路径问题转化为无向图的最优路径问题。

根据本发明的一个方面，遍历无向图的所有路径，以路径长度作为边的权值，以一条路径上所有边的权值之和作为该路径的代价函数值，比较所有连通起始顶点与终止顶点的路径代价函数值，进而获得代价函数值最小的最优路径。

根据本发明的一个方面，在遍历无向图寻找最优路径的过程中，需要判断每条从起始顶点到终止顶点的路径是否与已布线完成线缆的路径之间形成封闭环路，如果存在封闭环路，则舍弃该条路径。

根据本发明的一个方面，无向图的最优路径算法采用路径舍弃算法对自身进行优化，若当前已走过的路径，代价函数值大于当前已知的最优路径代价函数值，则无需遍历后续顶点，直接将此路径舍弃，后退至上一个顶点继续遍历其他未遍历的路径。

根据本发明的一个方面，无向图最优路径算法采用目标方向快速寻路算法对自身进行优化，若当前顶点存在多条可遍历的后续路径，则优先遍历与终止顶点方向一致的后续路径，通过无向图最优路径算法获取到最优路径后，根据无向图与线缆网络之间的关系，进行布线。

根据本发明的航天器电缆三维布线方法，能够实现最短路径的电缆布线，提高设计效率的同时节省航天器电缆的重量。针对电缆网布线设计过程中影响设计质量和效率的关键环节，形成一套基于智能算法的载人航天器电缆网三维布线设计新方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示意性表示根据本发明的航天器电缆三维布线方法的流程图；

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的最优路径算法原理图；

图3为线缆路径图；

图4为将线缆网络最优路径转换为无向图最优路径的原理图；

图5和图6为深度遍历过程示意图；

图7为具有封闭环路路径的无向图；

图8为消除封闭环路路径的无向图；

图9为最优路径的无向图；

图10为舍弃路径的无向图；

图11为电缆网三维辅助设计软件模块组成图；

图12～14为电缆网自动布线设计模块界面图；

图15为电缆分支长度表；

图16为电缆分支长度图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

图1示意性表示根据本发明的航天器电缆三维布线方法的流程图。如图1所示，根据本发明的航天器电缆三维布线方法包括以下步骤：

a.依据航天器上的单机产品形状结构，布设布线系统主通道；

b.提取主通道特征位置，创建线缆路径；

c.基于无向图，创建布线最优路径算法，获取线缆网络路径的最优路径进行布线。

根据本发明的一种实施方式，在上述a步骤中，依据航天器上的单机产品形状结构，布设布线系统主通道。

因为主通道是综合布线系统的基础，其路径依托于航天器上单机产品形状结构。主通道结构尺寸和敷设条件需要同航天器整体规划相结合。

在本实施方式中，在航天器舱内与舱外设备密集区域集中建立网状的通道结构，提高通道的贯通性，线缆敷设也具有灵活性。设备密度相对较低的区域设置辅路径配合走线。考虑到后续更改和优化，在通道建设上留有充分空间。

根据本发明的一种实施方式，主通道设计完成后，可提取特征位置信息并创建线缆路径。

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的最优路径算法原理图。以下结合图2进一步说明上述c步骤：

如图2所示，通过网络接入点转换算法，寻找距离线缆路径起始端和终止端最近的主通道网络路径点作为网络接入点，从而将线缆最优路径问题转化为线缆网络最优路径问题。线缆路径由端点和中间点组成，如图3所示。

在本实施方式中，线缆网络路径与无向图十分相似，将线缆网络转换为无向图，进而将网络最优路径问题转化为无向图的最优路径问题，如图4所示。

之后以深度优先遍历无向图的所有路径，以路径长度作为边的权值，以一条路径上所有边的权值之和作为该路径的代价函数值，比较所有连通起始顶点与终止顶点的路径代价函数值，进而获得代价函数值最小的最优路径，如图5和图6所示。首先，从起点访问最近的a并将其标记为已访问，然后依次搜索每个相邻的a的b，如果b没有被访问，则将b作为一个新的起点，继续进行深度优先搜索，直到地图和连接到顶点的所有源a路径到目前为止已被访问。

由于线缆布线的实际需要，新线缆在布线过程中不允许与已布线完成的线缆之间形成封闭环路。因此，在遍历无向图寻找最优路径的过程中，需要判断每条从起始顶点到终止顶点的路径是否与已布线完成线缆的路径之间形成封闭环路。如果存在封闭环路，则舍弃该条路径。如图7所示，1号路径与图7中已经存在的2号路径形成闭合环，所以必须用图8中的1号路径代替。

为了提高布线效率，无向图的最优路径算法采用路径舍弃算法对自身进行优化，若当前已走过的路径(未达终点)代价函数值大于当前已知的最优路径(已达终点)代价函数值，则无需遍历后续顶点，直接将此路径舍弃，后退至上一个顶点继续遍历其他未遍历的路径。路径舍弃算法可以避免无向图最优路径算法深入到明显不合理的路径分支中，从而减少了算法需要遍历的路径数量，缩短了遍历所需的时间。如图9和10所示，当前最优路径权重为图9，而图10中的最后路径权重过大，需要丢弃。

为了在深度遍历时快速的找到一个连通起始顶点和终止顶点的较优路径，无向图最优路径算法采用目标方向快速寻路算法对自身进行优化：若当前顶点存在多条可遍历的后续路径，则优先遍历与终止顶点方向一致的后续路径。通过无向图最优路径算法获取到最优路径后，根据无向图与线缆网络之间的关系，即可进行布线。

以下以一个具体实施例来说明如何实现本发明的上述方法。

图11为电缆网三维辅助设计软件模块组成图；图12～14为电缆网自动布线设计模块界面图；图15为电缆分支长度表；图16为电缆分支长度图。

结合图11至16所示，软件核心为智能布线算法。该算法采用多种算法综合计算最优路径，并借助二次开发函数完成电缆智能布线。软件设计基于pro/e构建三维布线操作平台，利用pro/toolkit二次开发技术，通过visualc++开发环境，生成可供pro/e执行的动态链接库文件，通过快速生成pro/e线缆接线关系文件(*.nwf)实现电缆模型自动创建。软件基本模块包括：电缆连接关系表导入模块、电连接器插头自动装配模块、电缆快速布线设计模块、分支长度导出模块。

软件可实现以下功能：

1.电缆连接关系表(excel格式表格)导入pro/e软件；

2.基于自动装配技术实现插头自动装配和指定功能；

3.利用数据表自动创建生成连接关系正确，颜色符合规范要求，直径、质量特性与实物一致的电缆网三维模型；

4.电缆网三维辅助设计软件软件界面通过mfc开发并集成到pro/e中，形成与pro/e风格统一的软件交互界面。

5.实现利用graphviz软件进行电缆分支图绘制的方法，可直接用于下厂。

根据本发明的上述航天器电缆三维布线方法，能够实现最短路径的电缆布线，提高设计效率的同时节省航天器电缆的重量。针对电缆网布线设计过程中影响设计质量和效率的关键环节，形成一套基于智能算法的载人航天器电缆网三维布线设计新方法。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。