【技术实现步骤摘要】
基于多目标优化算法的民航客机客舱布局方案确定通用系统和方法
本专利技术涉及一种民航客机客舱布局快速选型通用系统和方法。
技术介绍
民航客机客舱布局选型设计，既是设计部门的重要工作，也是市场营销和战略竞争的一个重要方面，是决定民机运营及维护成本高低的关键要素之一，同时也与适航安全密切相关。飞机客舱布局及设备选型是一项涉及技术性、经济性、安全性等多项因素的复杂工作，决策过程中应充分考虑市场定位、战略发展需求、航线网络布局、旅客服务定位及市场竞争环境等经济性要求，并紧密结合适航性等安全要求，尽可能使所选用的产品设备及其布局方案能够为乘员提供舒适的飞行体验，为航空公司带来良好的竞争优势和市场收益。目前舱室布局优化设计问题多集中在卫星、船舶、汽车和飞机驾驶舱等领域，关于民机客舱布局的研究较为有限，在已有的客舱布局研究中，又多是对客舱设施设备布局展开研究，较少有从整体布局的角度出发，紧密结合舒适、经济、安全等人机工效学要求展开客舱布局研究。此外，很多客舱优化布局研究多是侧重优化算法研究，关于优化布局模型的研究则较少，特别...
【技术保护点】
1.基于多目标优化模型的民航客机客舱布局确定通用系统，其特征在于包括：/n初始条件输入模块，用于设置初始条件，包括机型、市场定位、设计常量等，/n多目标优化计算模块，用于执行自动计算求解，包括设计变量、约束条件、目标函数及最优可行解，/n三维可视化模块，用于将最优可行解自动转化为三维可视化模型，提供可视化最优选型方案，/n其中：/n所述初始条件输入模块包括市场条件输入子模块和设计常量输入子模块，其中：/n市场条件输入子模块用于选择机型类型、选择市场类型、输入市场要求设置参数，市场要求设置参数包含客舱分级、总客座数、应急出口布置数量、厨房布置数量、盥洗室布置数量，/n设计常量...
【技术特征摘要】
1.基于多目标优化模型的民航客机客舱布局确定通用系统，其特征在于包括：
初始条件输入模块，用于设置初始条件，包括机型、市场定位、设计常量等，
多目标优化计算模块，用于执行自动计算求解，包括设计变量、约束条件、目标函数及最优可行解，
三维可视化模块，用于将最优可行解自动转化为三维可视化模型，提供可视化最优选型方案，
其中：
所述初始条件输入模块包括市场条件输入子模块和设计常量输入子模块，其中：
市场条件输入子模块用于选择机型类型、选择市场类型、输入市场要求设置参数，市场要求设置参数包含客舱分级、总客座数、应急出口布置数量、厨房布置数量、盥洗室布置数量，
设计常量输入子模块用于输入包括客舱尺寸、人体尺寸、座椅尺寸、经济性参数、截面布置的常量数据，
所述多目标优化计算模块包括：设计变量输入子模块、约束条件子模块、目标函数子模块，其中：
设计变量输入子模块用于定义客舱布局优化模型的相关变量，包括定义各类设计变量的变量名称、变量符号、变量上下限、变量步长及变量单位，设计变量包括舱段长度、座椅排距、座椅排数、座椅椅盆长度、椅背长度、座椅宽度、平局客座率、平均票价，
约束条件子模块用于设定舱段长度变化范围、座椅排距与人体尺寸适配关系以及设定舱段长度与座椅排距的耦合关系，包括设定边界约束条件的边界约束条件设定部分、设定舒适性约束条件的舒适性约束条件设定部分、设定经济性约束条件的经济性约束条件设定部分和设定安全性约束条件的安全性约束条件设定部分，
边界约束条件包括舱段总和约束条件、活动区长度约束条件和舱段座椅布置约束条件，
舒适性约束条件包括座椅排距约束条件和舱段长度与座椅排距适配关系约束条件，
经济性约束条件对客舱横向布置策略和纵向布置策略进行约束，其中客舱横向布置策略对各级客舱每排座椅数进行选择，客舱纵向布置策略对客舱分级布置方案进行选择，
纵向布置选型策略用于在进行客舱布局选型时，当目标机型、市场定位等市场输入条件发生变化时，灵活调整客舱横纵向布置，
安全性约束条件包括横向安全约束条件和纵向安全约束条件，
目标函数子模块用于设定客舱布局优化求解方向，以确定客舱布局方案，即在满足客舱布局设计要求的前提下求解得到最优可行方案，目标函数子模块目标函数子模块包括设定舒适性目标函数的舒适性目标函数设定部分、设定经济性目标函数的经济性目标函数设定部分和设定安全性目标函数的安全性目标函数设定部分，
其中：
舒适性目标函数的内容是舒适性系数，其优化方向是最大化，
经济性目标函数的内容为单次航班收入，安全性目标的内容为客舱总逃生距离，即为各级客舱所有乘客逃生距离的总和，乘客逃生距离为乘客座位沿航向至其最近出口的距离，客舱总逃生距离的优化方向为最小化，
三维可视化模块用于通过调用三维模型软件，将多目标优化计算模块获得的最优可行解转化为三维数字模型，从而对各最优布局方案进行比较和进一步的分析评价。
2.根据权利要求1所述的基于多目标优化模型的民航客机客舱布局确定通用系统，其中：
机型类型包括支线客机、单通道窄体干线客机、双通道宽体干线客机，
市场类型包括大众型市场、兼顾型市场、高端型市场，其中大众型市场侧重于客流量即要求总客座数尽可能大，客舱一般最多分为商务舱和经济舱两级，高端型市场侧重于强化舒适性，客舱可能会分为头等舱、商务舱、高级经济舱以及经济舱，并会要求经济舱以外的其它各级客舱座椅排距尽可能大，兼顾型市场则居于大众型市场和高端型市场之间，
设计变量输入子模块定义的相关变量包括以下客舱布局优化模型变量：
其中：
以上客舱布局优化模型变量均非负；
椅盆长度表示座椅椅盆沿纵向即航向方向的尺寸即座深；
座椅宽度表示座椅两侧扶手之间水平距离即椅背宽度；
椅背可调节；
舱段长度单位为米，座椅排距、椅盆长度、椅背长度、座椅宽度的单位均为英寸；
平均客座率单位取％，平均票价单位取人民币元；
A舱即头等舱，B舱即商务舱，C舱即高端经济舱，D舱即经济舱，E舱即活动区，
活动区包括厨房或盥洗室单元及其近邻出口、过道构成的空间。
3.根据权利要求2所述的基于多目标优化模型的民航客机客舱布局确定通用系统，其中：
舱段总和约束条件由下式(1)表征；
活动区长度约束条件由下式(2)～(5)表征；
舱段座椅布置约束条件由下式(6)～(9)表征，
La+Lb+Lc+Ld+Le1+Le2+Le3+Le4＝L(1)
L0+Lp，1≤Le1≤max{La，Lb，Lc，Ld}(2)
L0+Lp，2≤Le2≤Ld(3)
0≤Le3≤max{Lc，Ld}(4)
0≤le4≤max{Lb，Lc}(5)
m·Xa≤La＜(m+1)·Xa(6)
n·Xb≤Lb＜(n+1)·Xb(7)
p·Xc≤Lc＜(p+1)·Xc(8)
q·Xd≤Ld＜(q+1)·Xd(9)。
4.根据权利要求3所述的基于多目标优化模型的民航客机客舱布局确定通用系统，其中：
舒适性约束条件中，客舱分级和座椅布置方式不同，相关约束也有所区别，其中：
头等舱、高端商务舱和经济舱的座椅布置通常为传统式布置，各排座椅对齐向前布置，因此座椅排距约束和舱段长度与座椅排距适配关系约束也基本一致；
商务舱座椅布置则有三种布置方式，包括传统式布置、蛇形交错式布置和鱼骨交叉式布置，布置方式不同，座椅排距约束和舱段长度与座椅排距适配关系也需做出相应修正，
舒适性约束条件包括：
经济性约束条件包括：
其中：横向布置中，上为头等舱或商务舱布置，下为高端经济舱或经济舱布置，
横向安全约束条件要求客舱过道宽度不低于相关适航标准的最低要求，由下式(10)至(14)表征，
N·Lp，a＝W-a·Wa，其中Wa＝l0sinθ+lw，acosθ(10)
N·Lp，b＝W-b·Wb，其中Wb＝l0sinθ+lw，bcosθ(11)
N·Lp，c＝W-c·Wc，其中Wc＝l0sinθ+lw，ccosθ(12)
N·Lp，d＝W-d·Wd，其中Wd＝l0sinθ+lw，dcosθ(13)
(记客舱过道数量为N，N＝1或2)
{Lp，a，Lp，b，Lp，c，Lp，d}≥Lp，min＝15in(14)
纵向安全约束条件要求对舱段长度与座椅排距适配关系进行约束时考虑应急舱门布置数量和应急舱门处座椅排距特殊要求，对舱段长度与座椅排距适配关系约束进行修正，由下式(15)至(16)表征：
布置一对应急舱门时，有：
(lba+Lp，min+2·lch，d)+(q-2)·Xd≤Ld＜(q+1)·Xd(15)
布置两对应急舱门时，有：
(lba+2·Lp，min+3·lch，d)+(q-3)·Xd≤Ld＜(q+1)·Xd(16)
各舒适性系数由下式(17)确定：
其中：lrm，c＝Xc-lch，c，lrm，d＝Xd-lch，d，
客舱整体舒适性系数由各级客舱舒适性系数按座位数比例进行加权求和，由下式(18)表征：
C＝(a·m·Ca+b·n·Cb+c·p·Cc+d·q·Cd)/(a·m+b·n+c·p+d·q)(18)
对于客舱整体舒适性系数，要求其优化方向为最大化，
单次航班收入包含各级客舱航班收入，由下式(19)表征：
M＝a·m·ua·Pa+b·n·ub·Pb+c·p·uc·Pc+d·q·ud·Pd(19)
其中，a、b、c、d分别为A、B、C、D各级座舱每排座椅的数量，m、n、p、q分别为各级座舱座椅排数，ua～ud分别为各级座舱的平均客座率，Pa～Pd分别为各级座舱的平均票价，
对于单次航班收入，要求其优化方向为最大化，
当某型客机头等舱有一对专用出口时，则其逃生距离由下式(20)表征：
当商务舱有一对出口时，该对出口同高端经济舱前段共用，即商务舱和高端经济舱前段的逃生距离由下式(21)表征：
高端经济舱后段与经济舱前段共用一对出口，相应逃生距离由下式(22)表征：
当经济舱后段有一对专用出口时，其逃生距离由下式(23)表征：
该型宽体客机客舱总逃生距离为各舱段逃生距离之和，由下式(24)表征：
上述各式中，[x]表示不超过x的最大整数，a、b、c、d分别为A、B、C、D级座舱的每排座椅数。
5.基于多目标优化模型的民航客机客舱布局确定通用方法，其特征在于包括：
初...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，完颜笑如，方玉峰，冯传宴，刘双，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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