复杂装备如航空发动机的管路系统由通过卡箍固定的上百根管路组成,这些管路和卡箍的布置对管路系统的设计周期和振动性能具有重要影响。管路与卡箍存在装配约束关系,在布局设计上还存在一定耦合关系,因此其设计过程十分复杂和耗时。本文以典型的复杂装备航空发动机为例,基于工程规则、专家经验、近似模型和智能优化等方法,对考虑振动的发动机管路布局和卡箍布置优化问题进行了探索和研究,对管路布局与卡箍布置问题进行了系统分析,分别从几何设计方面和固有频率优化方面设计了管路-卡箍布局优化算法,并通过布局算例验证可行性。在几何设计优化方面,提出了基于一种工程规则和专家经验的航空发动机管路-卡箍启发式布局算法。首先根据管路与卡箍的装配约束关系,建立“管路-卡箍路径模式”,进而保证布局方案满足管路-卡箍-机匣装配约束关系;其次,通过学习专家经验建立管路-卡箍布局方案启发式搜索算法框架,将问题分解为最短路径预规划、卡箍布置和优化调整管路路径三个子问题。再次,在优化调整管路路径时,基于所建立的“管路-卡箍路径模式”,提出“模式调整探索法”快速搜索优化解。算法在布置卡箍时,融合了专家在振动优化方面的经验考量,可初步实现考虑振动的管路-卡箍布局优化。为进一步提高所得管路的稳定性,避免管路发生共振,提出一种基于改进Kriging模型和粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)的管路-卡箍布局优化方法。该方法在在得到管路-卡箍布局初步方案基础上,在卡箍可布区域内,以卡箍位置和旋转角度为决策变量,以管路一阶固有频率与发动机频率之差为主要优化目标,应用粒子群优化算法对管路路径进行优化调整,实现固有频率优化及避过共振。其中,为了提高优化计算效率,建立反映管路-卡箍布局方案和管路固有频率关系的Kriging代理模型,应用所建立的Kriging代理模型代替耗时的有限元分析程序,同时,为了提高Kriging代理模型精度,提出应用天牛须-粒子群优化算法(Beetle Antennae Search-Particle Swarm Optimization,BAS-PSO)对Kriging代理模型相关参数进行优化。平台实现和算例验证方面,充分考虑行业惯例和软件特色,应用Siemens NX完成CAD建模,应用MATLAB平台实现算法编程和科学计算,二者之间通过TXT本文实现数据交互,并通过Siemens NX/Grip二次开发程序实现管路敷设方案的可视化。在有限元分析方面,应用ANSYS Workbench平台完成管路固有频率分析并建立样本点,为建立Kriging模型提供前期数据基础。本文所提算法通过应用上述平台编程实现,并通过布局算例验证了可行性,文中的最后给出了一些结论和下一步工作展望。