CN108416121B - 一种航天器电缆网三维设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航天器电缆网三维设计方法，包括：a.针对构成航天器电缆网的一个线束，按照最短路径准则完成线束中一根缆线的布线；b.按照消除多边形封闭环准则和最短路径准则完成线束中其余缆线的布线，由此构成线束的第一种布线方案；c.在线束中选择除步骤a中缆线以外的一根缆线，重复步骤a和步骤b，由此构成线束的其他布线方案；d.比较步骤a至c获得的各布线方案的缆线总长，确定总长度最短的布线方案，据此创建缆线网三维实体模型；e.识别并消除缆线网三维实体模型中的三角形封闭环；f.将电缆网中的其余线束按照步骤a‑e设计确定航天器电缆网三维设计方案。本发明的能够自动消除航天器电缆网三维设计中的封闭环路。

Description

一种航天器电缆网三维设计方法

技术领域

本发明涉及航天器电缆网数字化设计领域，尤其涉及一种航天器电缆网三维设计方法。

背景技术

目前，随着三维辅助设计软件技术的发展，航天器电缆网布线设计已经初步实现由二维设计向三维设计转变，设计效率和质量明显提升。然而，对于航天器复杂电缆网，电缆线束一般为由多根缆线组成的网状结构，当采用人工操作布线或按照最短路径原则自动布线设计时，往往导致布线结果存在封闭环现象。由于该封闭环会对电缆制造总装产生歧义，原则上应予以避免，一般需要人工检查布线结果并通过修改三维模型或分支长度消除闭环。该操作较为繁琐易出错，同时也难以保证最终布线结果的最优性，影响航天器电缆网设计效率和质量。因此，迫切需要一种能够自动消除电缆网三维设计结果中封闭环的电缆布线设计方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种航天器电缆网三维设计方法，消除电缆网中的封闭环路，提高电缆网设计效率，保证缆线布线的最优性。

为实现上述发明目的，本发明提供一种航天器电缆网三维设计方法，包括：

(a)针对构成航天器电缆网的一个线束，按照最短路径准则完成所述线束中一根缆线的布线；

(b)按照消除多边形封闭环准则和最短路径准则完成所述线束中其余缆线的布线，由此构成所述线束的第一种布线方案；

(c)在所述线束中选择除步骤(a)中所述缆线以外的一根缆线，重复步骤(a)和步骤(b)，由此构成其他布线方案；

(d)比较步骤(a)至(c)所获得的各布线方案的缆线总长，确定所述线束缆线总长度最短的布线方案，并据此创建缆线网三维实体模型；

(e)识别并消除所述缆线网三维实体模型中的三角形封闭环；

(f)将所述电缆网中的其余线束按照所述步骤(a)-(e)设计确定所述航天器电缆网三维设计方案。

根据本发明的一个方面，步骤(b)中的所述多边形封闭环为：在构成航天器电缆网的一个线束中3根及3根以上缆线中位置邻近的2根缆线中存在重合段，各分叉点之间、长度大于200毫米的缆线段所构成的多边形封闭环路；

步骤(e)中的所述三角形封闭环为：在构成航天器电缆网的一个线束中3根缆线存在重合段，3个分叉点之间、长度等于或小于200毫米的缆线段所构成三角形封闭环路。

根据本发明的一个方面，所述步骤(a)中按照最短路径准则完成所述线束中一根缆线的布线包括：

根据航天器电缆网确定网络路径；

根据所述网络路径建立无向图数据结构；

根据待布线缆线的连接关系确定缆线在网络路径中的接入点和接出点；

确定所述无向图中全部可行路径；

以所述路径中缆线的长度为权值，以一条路径上所有缆线段的权值之和作为该路径的代价函数值；

以所述代价函数值最小的路径作为最优路径，按所述最优路径布线。

根据本发明的一个方面，在所述步骤(b)中按照消除多边形封闭环准则完成所述线束中其余缆线的布线包括：

根据航天器电缆网确定网络路径；

根据所述网络路径建立无向图数据结构；

根据待布线缆线的连接关系确定缆线的接入点和接出点；

确定所述无向图中全部可行路径；

判断所有可行路径是否与已布缆线形成多边形封闭环路；

舍弃与已布线线缆路径形成多边形封闭环的路径；

在所述步骤(b)中按照最短路径准则完成所述线束中其余各缆线的布线包括：

针对按照消除多边形封闭环准则获得的路径，以所述路径中缆线长度为权值，以一条路径上所有缆线段的权值之和作为该路径的代价函数值；

以所述代价函数值最小的路径作为最优路径，按所述最优路径布线。

根据本发明的一个方面，在所述步骤(e)中识别所述缆线网三维实体模型中三角形封闭环包括：

当网络路径中3个分叉点(M1，M2，M3)之间存在两两顺序相连的连接关系(M1-M2，M2-M3，M3-M1)，且两个分叉点之间的距离小于等于200毫米时，构成三角形封闭环；

在所述步骤(e)中消除所述缆线网三维实体模型中三角形封闭环包括：

在依据步骤(d)所获得的三维模型计算网络中分支长度时，以一个替代点(T0)替代所述三角形封闭环的3个分叉点(M1，M2，M3)，同时删除3个分叉点的连接关系并缩小相应的各分叉点之间的连接长度为零。

根据本发明的一个方面，与所述3个分支点(M1，M2，M3)分别相连接的缆线的长度分别增加所述三角形封闭环的边长之合的0.15-0.3倍。

采用本发明的航天器电缆网三维设计方法，可以消除电缆网中的封闭环，避免了由于封闭环的存在导致后续无法安装和铺设的情况，同时也规避了在分支长度计算中对电缆计算存在歧义的情况，相较于现有技术中人工检查布线结果消除封闭环的方法而言，本发明的方法能够自动消除封闭环，效率更高，同时避免了人工操作方法繁琐容易出错的情况。同时，本发明的方法了缆线在无封闭环的前提下以最短的路径进行布线设计，保证了缆线布线的最优性，有利于电缆产品的长度和重量。

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是示意性表示根据本发明的航天器电缆网三维设计方法的流程图；

图2是示意性表示根据本发明的多边形封闭环的示意图；

图3是示意性表示本发明的将多边形封闭环消除为三角形封闭环的示图；

图4是示意表示本发明消除三角形封闭环的示图；

图5是示意性表示根据本发明消除三角形封闭环的方法示图；

图6是示意表示未消除三角形封闭环的电缆网结构；

图7是示意性表示消除三角形封闭环后的电缆网结构。

具体实施方式

此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

图1是示意性表示根据本发明的航天器电缆网三维设计方法的流程图。参照图1所示，本发明的航天器电缆网三维设计方法包括以下步骤：a.针对构成航天器电缆网的一个线束，按照最短路径准则完成线束中一根缆线的布线；b.按照消除多边形封闭环准则和最短路径准则完成线束中其余缆线的布线，由此构成本线束的第一种布线方案；c.在线束中选择除步骤a中缆线以外的一根缆线，重复步骤a和步骤b，由此构成其他布线方案；d.比较步骤a至c所获得的各布线方案的缆线总长，确定线束缆线总长度最短的布线方案，并据此创建缆线网三维实体模型；e.识别并消除所述缆线网三维实体模型中的三角形封闭环；f.将所述电缆网中的其余线束按照所述步骤a-e设计确定所述航天器电缆网三维设计方案。

具体来说，航天器电缆网包括多个电缆线束，每个线束中又包括多根缆线。一个线束中的多根缆线之间成网状结构，也就是中，航天器电缆网中包括多个线束的缆线网。在本发明的航天器电缆网三维设计方法中，在步骤a中，首先选择航天器电缆网中的一个线束进行设计，在对一个线束进行设计的时，首先选择线束中的一根缆线进行布线，布线时遵循最短路径准则。然后进行步骤b，对步骤a中所选线束中的其余所有缆线进行布线，布线时应遵循消除多边形原则和最短路径准则，按照此顺序对所选线束中所有缆线的布线方案作为第一布线方案。然后可以调整所选线束的布线顺序，即可以选定除了步骤a中缆线之外的一根缆线布线，在重复上述步骤，形成其他布线方案。即由于线束中存在多根缆线，每根缆线均可作为第一根缆线进行布线，就会形成多种布线方案。然后对比各个布线方案，选出最优方案并据此建立此线束的缆线网三维实体模型，并消除其中的三角形封闭环，航天器电缆网中包括多个线束，其余线束的设计和上述步骤相同，如此就能最终形成航天器电缆网的三维设计，然后可以交付下厂进行生产制造。

以下对本发明的各个步骤进行详细说明：

在步骤a中对线束中一根缆线布线时遵循的最短路径准则如下：根据航天器电缆网对网络路径进行定义，确定电缆网的网络路径，然后据此网络路径建立相应的无向图数据结构，根据待布线缆线在网络路径中的连接关系得到待布线缆线在网络路径中的接入点和接出点，接入点是指待布线缆线从此点接入网络路径，接出点是指待布线缆线从此点接出网络路径。然后遍历接入点和接出点之间的全部可行路径，将每条路径中缆线的长度定义为权值，将每条路径上所有缆线段的权值之和定义为相应路径的代价函数值，将所有可行路径的代价函数值进行比较，确定代价函数值最小的路径为最优路径，将缆线按照此最优路径进行布线。

在步骤b中，对步骤a中所选线束中的其余缆线布线时，依次按照消除多边形封闭环准则和最短路径准则进行：在已经建立好的无向图数据结构上，根据待布线缆线的连接关系得到待布线缆线的接入点和接出点，然后遍历接入点和接出点之间的全部可行路径，判断每条路径是否与已经布线完成的缆线路径之间形成多边形封闭环，将与已经布线完成的缆线路径会形成多边形封闭环的路径舍弃掉。然后将剩余路径中缆线的长度定义为权值，将每条路径上所有缆线段的权值之和作为相应路径的代价函数值，比较所有剩余路径的代价函数值，将代价函数值最小的路径最为最优路径，将缆线按此最优路径进行布线。

其中，多边形封闭环为一个线束中由3根以及3根以上的缆线中位置邻近的2根缆线存在重合段，各分叉点之间长度大于200毫米的缆线段构成的多边形封闭环路，分叉点是两条相交路径的交点。判断待布线缆线路径是否与已经完成布线的缆线路径会形成多边形封闭环的方法就是判断待布线缆线路径是否会与已经完成布线的缆线路径存在重合段，并且和已经完成布线的缆线路径形成由长度大于200毫米的缆线段构成的多边形封闭环路。例如，如图2所示，按照消除多边形封闭环准则对缆线进行布线时，若待缆线路径为如图2上最上侧缆线路径，则当前缆线路径与已经完成布线的3根缆线路径之间存在重合段，各路径分叉点之间的缆线段构成了一个封闭环，同时构成封闭环的缆线段的长度大于200毫米时，则此封闭环即为多边形封闭环，此时应该将该缆线路径舍弃。

在完成步骤a和步骤b后，接着调整布线顺序进行其他布线方案的设计，即首先选择线束中一个除去步骤a中缆线以外的一根缆线进行设计，同样地，遵循最短路径准则对线束中所选的一根缆线进行布线，再遵循消除多边形封闭环准则和最短路径准则对线束中其余缆线进行布线，形成区别步骤b布线方案的一种布线方案。而由于线束中存在多根缆线，每一根缆线均可作为第一根缆线按照最短路径准则进行布线，即存在多种布线顺序不同的布线方案。在步骤c中就是要形成其他种布线方案，直到布线顺序不能再进行调整为止。

然后在步骤d中，比较获得所有的布线方案。具体来说，比较所有布线方案的缆线总长度，将缆线总长度最短的布线方案作为最优的布线方案，再根据软件二次开发技术，按照此最优布线方案确定的缆线布线顺序以及缆线路径进行线束缆线网三维实体模型的创建。具体建立过程为本领域的公知技术，不做赘述。

由上述可知，在步骤c中舍弃了与已经完成布线缆线路径形成多边形封闭环的待布线缆线路径，然后在步骤d中建立了线束缆线网三维实体模型，所以建立的缆线网三维实体模型中不存在多边形封闭环。但是在缆线网三维实体模型中还可能存在比多边形封闭环更小的三角形封闭环。如图4所示，三角形封闭环是指在一个线束中由3根缆线存在重合段、3个分叉点之间长度小于或等于200毫米的缆线段围成的三角形封闭环路。三角形封闭环虽然并不会对电缆制造和装配生产产生影响，但是由于对应的分支长度图中会存在两点间有多条路径可选的情况，从而会导致对电缆长度计算产生歧义，因此在电缆网三维设计中也需要将三角形封闭环消除。所以本发明的航天器电缆网三维设计方法中，在步骤d之后还要接着进行步骤e，识别并消除线束缆线网三维实体模型中的三角形封闭环。

在步骤e中，首先对线束缆线网三维实体模型中的三角形封闭环进行识别，即判断三维实体模型中是否存在三角形封闭环。判断方法是：判断三维实体模型中的线束内是否有三根缆线存在重合段，并且3个分叉点之间的缆线段的长度小于等于200毫米、两两顺序连接形成了三角形封闭环路。

识别到三维实体模型中的三角形封闭环之后，需要将三角形封闭环进行消除。如图3所示，识别到三角形封闭环之后，需要将三角形封闭环处理为一个点(参见图4)，具体消除过程参见图5。

如图5所示，缆线L1、L2和L3存在重合段，M1、M2、M3分别为三个分叉点，M1、M2和M3之间的缆线段L4、L5和L6长度小于或等于200毫米，L4、L5和L6首尾相连形成了一个三角形封闭环路。在根据获得的三维实体模型进行网络路径中分支长度时，可以将3个分叉点M1、M2、M3统一替换为一个替代点T0，然后删除分叉点M1、M2、M3之间的连接关系，并将三个分叉点之间的缆线段的长度缩小为零，即删除三个分叉点之间的缆线段L4、L5、L6。然后分别对三个分叉点之间的缆线段L1、L2和L3进行长度补偿，定义补偿长度为d，d＝k*(L4+L5+L6)，k取值范围0.15-0.3。即缆线段L1、L2和L3分别增加的长度为三角形封闭环边长之和的0.15-0.3倍。三段增加的缆线段分别位于L1与分叉点T0、L2与分叉点T0、L3与分叉点T0之间。

航天器电缆网中存在多个线束，其余线束的设计同样按照上述步骤进行，如此便可确定航天器电缆网三维设计的最终方案，即可进行实际的下厂生产并铺设电缆网。

图6是示意表示未消除三角形封闭环的电缆网结构。图7是示意性表示消除三角形封闭环后的电缆网结构。对比图6、图7可知，采用本发明的航天器电缆网三维设计方法，可以消除电缆网中的封闭环，避免了由于封闭环的存在导致后续无法安装和铺设的情况，同时也规避了在分支长度计算中对电缆计算存在歧义的情况，相较于现有技术中人工检查布线结果消除封闭环的方法而言，本发明的方法能够自动消除封闭环，效率更高，同时避免了人工操作方法繁琐容易出错的情况。同时，本发明的方法了缆线在无封闭环的前提下以最短的路径进行布线设计，保证了缆线布线的最优性，有利于电缆产品的长度和重量。

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。

Claims (5)

1.一种航天器电缆网三维设计方法，包括：

(a)针对构成航天器电缆网的一个线束，按照最短路径准则完成所述线束中一根缆线的布线；

(b)对所述线束中其余缆线依次按照消除多边形封闭环准则、最短路径准则完成布线，由此构成所述线束的第一种布线方案,其中按照消除多边形封闭环准则完成所述线束中其余各缆线的布线包括：

根据航天器电缆网确定网络路径；

根据所述网络路径建立无向图数据结构；

根据待布线缆线的连接关系确定缆线的接入点和接出点；

确定所述无向图中全部可行路径；

判断所有可行路径是否与已布缆线形成多边形封闭环路；

舍弃与已布线线缆路径形成多边形封闭环的路径；

按照最短路径准则完成线束中其余缆线的布线包括：

针对按照消除多边形封闭环准则获得的路径，以所述路径中缆线长度为权值，以一条路径上所有电缆段的权值之和作为该路径的代价函数值；

以所述代价函数值最小的路径作为最优路径，按所述最优路径布线；

(c)在所述线束中选择除步骤(a)中所述缆线以外的一根缆线，重复步骤(a)和步骤(b)，由此构成其他布线方案；

(d)比较步骤(a)至(c)所获得的各布线方案的缆线总长，确定所述线束缆线总长度最短的布线方案，并据此创建缆线网三维实体模型；

(e)识别并消除所述缆线网三维实体模型中的三角形封闭环；

(f)将所述电缆网中的其余线束按照所述步骤(a)-(e)设计确定所述航天器电缆网三维设计方案。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤(b)中的所述多边形封闭环为：在构成航天器电缆网的一个线束中3根及3根以上缆线中位置邻近的2根缆线中存在重合段，各分叉点之间、长度大于200毫米的缆线段所构成的多边形封闭环路；

步骤(e)中的所述三角形封闭环为：在构成航天器电缆网的一个线束中3根缆线存在重合段，3个分叉点之间、长度等于或小于200毫米的缆线段所构成三角形封闭环路。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)中按照最短路径准则完成所述线束中一根缆线的布线包括：

根据航天器电缆网确定网络路径；

根据所述网络路径建立无向图数据结构；

根据待布线缆线的连接关系确定缆线在网络路径中的接入点和接出点；

确定所述无向图中全部可行路径；

以所述路径中缆线长度为权值，以一条路径上所有电缆段的权值之和作为该路径的代价函数值；

以所述代价函数值最小的路径作为最优路径，按所述最优路径布线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述步骤(e)中识别所述缆线网三维实体模型中三角形封闭环包括：

当网络路径中3个分叉点(M1，M2，M3)之间存在两两顺序相连的连接关系(M1-M2，M2-M3，M3-M1)，且两个分叉点之间的距离小于等于200毫米时，构成三角形封闭环；

在所述步骤(e)中消除所述缆线网三维实体模型中三角形封闭环包括：

在依据步骤(d)所获得的三维模型计算网络中分支长度时，以一个替代点(T0)替代所述三角形封闭环的3个分叉点(M1，M2，M3)，同时删除3个分叉点的连接关系并缩小相应的各分叉点之间的连接长度为零。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，与所述3个分叉点(M1，M2，M3)分别相连接的缆线的长度分别增加所述三角形封闭环的边长之和的0.15-0.3倍。