留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于谓词逻辑的飞机线束工装图版设计

乔晓利 李林 刘贡平 高洁 程佳敏 田春林

乔晓利, 李林, 刘贡平, 等 . 基于谓词逻辑的飞机线束工装图版设计[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(9): 1756-1764. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0343
引用本文: 乔晓利, 李林, 刘贡平, 等 . 基于谓词逻辑的飞机线束工装图版设计[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(9): 1756-1764. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0343
QIAO Xiaoli, LI Lin, LIU Gongping, et al. Predicate logic based tooling drawing design of aircraft harness[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(9): 1756-1764. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0343(in Chinese)
Citation: QIAO Xiaoli, LI Lin, LIU Gongping, et al. Predicate logic based tooling drawing design of aircraft harness[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(9): 1756-1764. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0343(in Chinese)

基于谓词逻辑的飞机线束工装图版设计

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0343
基金项目: 

国家重点研发计划 2019YFB1707505

吉林省科技发展计划 20190802006ZG

吉林省科技发展计划 20200401128GX

详细信息
    通讯作者:

    田春林, E-mail: tcl@cust.edu.cn

  • 中图分类号: TP391.7

Predicate logic based tooling drawing design of aircraft harness

Funds: 

National Key R & D Program of China 2019YFB1707505

Jilin Scientific and Technological Development Program 20190802006ZG

Jilin Scientific and Technological Development Program 20200401128GX

More Information
  • 摘要:

    针对飞机线束工装图版设计效率低、出错率高的问题,研究了各设计阶段的核心内容和谓词逻辑,提出了具备无向图和多叉树双重特征的干枝树(TBT)模型,取代了传统的无向无环图建模方法。基于模拟布线的统计结果,利用大体积优先(LVF)策略实现了1阶主干的辅助决策。基于谓词逻辑,设计了高阶主干推理、基本构型推理和最优空间推理方法,实现了高阶主干的自动决策、线束构型的自动设计和布局空间的自动优化。搭建了线束智能工艺辅助设计系统,并开展了12组实物实验,对于边数大于200的超大型图纸,能够在30 s内完成自动设计过程,设计总时长不超过30 min,未出现1阶主干选择不合理和边长度错误的问题。实验结果表明,所提方法大幅度提高了设计效率和可靠性。

     

  • 图 1  拓扑图 1∶1展开示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of topology 1∶1 expansion

    图 2  工装图版设计流程

    Figure 2.  Flowchart of tooling drawing design

    图 3  干枝树结构示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of TBT structure

    图 4  干枝树阶的定义示意图

    Figure 4.  Schematic diagram of TBT order definition

    图 5  构型设计原理

    ①—i阶主干旋直;②—i+1阶干枝树位置角寻优;③—i阶干枝树位置角寻优。

    Figure 5.  Schematic diagram of structure design

    图 8  工装图版设计过程与结果

    Figure 8.  Design process and results of harness tooling drawings

    表  1  高阶主干推理逻辑谓词

    Table  1.   Logic predicates of higher-order trunk reasoning

    逻辑谓词 符号 释义 参数
    NodeContains(ns, v) NC 结点包含在结点集中 ns为结点集合,n为结点
    TreeNodes(t, ns) TN 结点集合属于树 t为树,ns为结点集合
    TreeTrunk(t, es) TT 边集是树的主干 t为树,es为边集
    TreeBranch(t, b) TB 分枝属于干枝树 t为干枝树,b为分枝
    TreeRoot(t, n) TR 结点是树的根 t为树,n为结点
    TreeLeaf(t, f) TL 结点是树的叶子 t为树,f为叶子结点
    TreeRoute(rt, r, f) TRT 路径是由两结点确定的 rt为路径,r为根结点,f为叶子结点
    TreeTrunkNodes(t, ns) TTN 结点集合是树的主干结点集 t为树,ns为结点集合
    TreeTrunkCandidate(t, R) TTC 路径是候选主干 t为树,R为路径
    TreeTrunkCandidateSet(t, RS) TTCS 属于候选主干集合 t为树,RS为候选主干集合
    MaxProbability(rt, RS) MP 决策概率最高 rt为候选主干,RS为候选主干集合
    下载: 导出CSV

    表  2  基本构型推理逻辑谓词

    Table  2.   Logic predicates of basic structure reasoning

    逻辑谓词 符号 释义 参数
    Own(t, x) O 归属于 t为树,x可以是段、边、主干或子树
    Cross(x, y) C 处于交叠状态 xy可以是段、边、主干或树
    FixedShapeState(t) FSS 定形态 t为树
    FactState(t) FS 事实态 t为树
    LocationAngle(t, α) LA 是树的位置角 t为树,α为位置角
    Between(α, min, max) B 位置角范围 α为位置角,min为最小容许角度,max为最大容许角度
    LegalLA(t, α) LLA 位置角合法 t为树,α为位置角
    下载: 导出CSV

    表  3  最优空间推理逻辑谓词

    Table  3.   Logic predicates of the best space reasoning

    逻辑谓词 符号 释义 参数
    OnTrackState(t) OTS 是在轨态 t为树
    CompressState(t) CS 是压缩态 t为树
    KneePoint(t, p) KP 是拐点 t为树,p为拐点
    LegalKP(t, p) LKP 拐点合法 t为树,p为拐点
    下载: 导出CSV

    表  4  实验结果

    Table  4.   Experimental results

    实验编号 设计图纸 主干设计 构型设计 空间优化 自动过程总时长/s 累计交叠失效次数 手工优化时间/min 总时长/s
    图纸规模 边数 模拟布线耗时/s 高阶主干耗时/s 耗时/s 交叠失效次数 耗时/s 交叠失效次数
    1 19 2.062 0.722 0.989 0 1.069 0 4.842 0 4 245
    2 小型 33 2.494 1.371 2.353 0 2.668 0 8.886 0 2 129
    3 42 2.757 1.269 2.675 0 2.545 0 9.246 0 5 309
    4 67 3.192 1.583 2.698 1 2.984 1 10.457 2 11 670
    5 中型 80 3.217 1.663 2.825 1 3.204 2 10.909 3 12 731
    6 83 3.173 1.934 2.833 0 3.197 1 11.137 1 18 1 091
    7 114 3.334 1.964 2.986 1 3.277 4 11.561 5 25 1 512
    8 大型 121 3.940 1.895 3.673 0 3.384 4 12.892 4 17 1 033
    9 123 3.698 2.053 2.748 0 2.976 2 11.475 2 12 731
    10 203 4.378 3.629 3.474 0 5.107 0 16.588 0 19 1 157
    11 超大型 204 4.407 2.983 4.996 0 6.854 3 19.240 3 24 1 459
    12 242 6.260 3.112 6.026 1 7.341 4 22.739 5 21 1 283
    下载: 导出CSV

    表  5  使用Auto CAD设计的工时统计

    Table  5.   Hours statistics of tooling drawing design by Auto CAD software

    图纸规模 消耗工时/h
    小型 1~3
    中型 3~8
    大型 8~16
    超大型 16~30
    下载: 导出CSV

    表  6  设计可靠性对比分析

    Table  6.   Comparative analysis of design reliability

    实验编号 图纸规模 1阶主干选择 边的长度错误/次
    手工 系统 手工 系统
    1 0 0
    2 小型 0 0
    3 0 0
    4 0 0
    5 中型 × 0 0
    6 0 0
    7 × 1 0
    8 大型 0 0
    9 × 0 0
    10 3 0
    11 超大型 × 0 0
    12 × 2 0
    下载: 导出CSV
  • [1] NG F M, RITCHIE J M, SIMMONS J. Cable harness design and planning using immersive virtual reality-A novel concurrent engineering approach[J]. Journal of Computing in Civil Engineering, 1999, 9(1): 91-92.
    [2] 章文. 基于CHS的航空线束工艺设计系统[J]. 航空精密制造技术, 2018, 54(6): 55-58. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJZJ201806014.htm

    ZHANG W. Harness process design system based on CHS[J]. Aviation Precision Manufacturing Technology, 2018, 54(6): 55-58(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HJZJ201806014.htm
    [3] 刘睿, 范秀敏, 尹旭悦, 等. 面向手工装配的线缆目标图像分割方法[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 2018, 30(4): 666-672. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSJF201804015.htm

    LIU R, FAN X M, YIN X Y, et al. Cable target image segmentation method for manual cable laying process[J]. Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics, 2018, 30(4): 666-672(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSJF201804015.htm
    [4] GAO P, WEN J Q. Process optimization for wiring technology of aircraft harness based on ECRS principle[C]//Proceedings of the 21st International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management 2014. Paris: Atlantis Press, 2015: 349-353.
    [5] 孔瑞莲. 航空发动机可靠性工程[M]. 北京: 航空工业出版社, 1996: 493-496.

    KONG R L. Aeroengine reliability engineering[M]. Beijing: Aviation Industry Press, 1996: 493-496(in Chinese).
    [6] CONRU A B. A genetic approach to the cable harness routing problem[C]//IEEE Conference on Evolutionary Computation. Piscataway: IEEE Press, 1994: 200-205.
    [7] NG F M, RITCHIE J M, SIMMONS J, et al. Designing cable harness assemblies in virtual environments[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2000, 107(1): 37-43. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924013600007251
    [8] 刘晓平, 吴黄, 何士双, 等. 线束工艺图的建模研究[J]. 工程图学学报, 2009, 30(2): 155-161. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCTX200902029.htm

    LIU X P, WU H, HE S S, et al. The research on wire harness technological graph modeling[J]. Journal of Engineering Graphics, 2009, 30(2): 155-161(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GCTX200902029.htm
    [9] 刘检华, 万毕乐, 孙刚, 等. 线缆虚拟布线与敷设过程仿真技术[J]. 计算机集成制造系统, 2012, 18(4): 787-795. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSJJ201204018.htm

    LIU J H, WAN B L, SUN G, et al. Cable harness virtual wiring and assembly process simulation technology[J]. Computer Integrated Manufacturing Systems, 2012, 18(4): 787-795(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSJJ201204018.htm
    [10] 刘检华, 赵涛, 王春生, 等. 虚拟环境下的活动线缆物理特性建模与运动仿真技术[J]. 机械工程学报, 2011, 47(9): 117-124. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201109020.htm

    LIU J H, ZHAO T, WANG C S, et al. Motional cable harness physical characteristic oriented modeling and kinetic simulation technology in virtual environment[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2011, 47(9): 117-124(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JXXB201109020.htm
    [11] 崔伟, 王勐. 基于Pro/E电缆模块的变速器线束设计[J]. 农业技术与装备, 2015(7): 32-34. doi: 10.3969/j.issn.1673-887X.2015.07.012

    CUI W, WANG M. Design of the transmission harness based on Pro/E cable module[J]. Agricultural Technology & Equipment, 2015(7): 32-34(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-887X.2015.07.012
    [12] 吴保胜, 郭宇, 王发麟, 等. 基于改进蚁群算法的线缆路径规划技术研究[J]. 计算机工程与应用, 2018, 54(10): 236-241. doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1612-0323

    WU B S, GUO Y, WANG F L, et al. Research on path planning of cable harness based on improved ant colony optimization[J]. Computer Engineering and Applications, 2018, 54(10): 236-241(in Chinese). doi: 10.3778/j.issn.1002-8331.1612-0323
    [13] WANG H, FU X D, WANG G Q. Multi-tree coding method (MCM) for drainage networks supporting high-efficient search[J]. Computers & Geosciences, 2013, 52: 300-306. http://www.onacademic.com/detail/journal_1000036186991510_f052.html
    [14] 严蔚敏, 李冬梅, 吴伟民. 数据结构(C语言版)[M]. 北京: 清华大学出版社, 1997: 118-121.

    YAN W M, LI D M, WU W M. Data structure (C language version)[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 1997: 118-121(in Chinese).
    [15] 汪亚文, 李未. 开放逻辑及其实现技术[J]. 北京航空航天大学学报, 1992, 18(3): 122-129. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJHK199203017.htm

    WANG Y W, LI W. An open logic system and its implementation[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 1992, 18(3): 122-129(in Chinese). https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJHK199203017.htm
    [16] 何自强. 离散数学中与量词有关的推理规则[J]. 北京航空航天大学学报, 2000, 26(4): 432-434. https://bhxb.buaa.edu.cn/CN/Y2000/V26/I4/432

    HE Z Q. Rules of inference for quantifiers in discrete mathematics[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2000, 26(4): 432-434(in Chinese). https://bhxb.buaa.edu.cn/CN/Y2000/V26/I4/432
    [17] YING M S. A logic for approximate reasoning[J]. Journal of Symbolic Logic, 1994, 59(3): 830-837. http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1295971
    [18] MAGDALINOS P, KOUSARIDAS A, SPAPIS P, et al. Enhancing a fuzzy logic inference engine through machine learning for a self-managed network[J]. Mobile Networks and Applications, 2011, 16(4): 475-489. http://kandalf.di.uoa.gr/scan/images/papers/spapis/springer_fulltext.pdf
    [19] BARTOLI A, DE LORENZO A, MEDVET E, et al. Predicting the effectiveness of pattern-based entity extractor inference[J]. Applied Soft Computing, 2016, 46: 398-406. http://www.onacademic.com/detail/journal_1000039652236610_4864.html
    [20] PARNAS D L. Predicate logic for software engineering[J]. IEEE Transactions on Software Engineering, 1993, 19(9): 856-862. http://www-public.int-evry.fr/~gibson/Teaching/CSC4504/ReadingMaterial/Parnas93.pdf
    [21] PETR H, PETR C. On theories and models in fuzzy predicate logics[J]. Journal of Symbolic Logic, 2006, 71(3): 863-880.
  • 加载中
图(6) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  411
  • HTML全文浏览量:  68
  • PDF下载量:  36
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-14
  • 录用日期:  2020-10-30
  • 网络出版日期:  2021-09-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答