制造运动物品的至少一部分的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造运动物品的至少一部分的方法，包括以下步骤：(a.)确定所述运动物品的一组物理参数，所述组包括第一组和第二组；(b.)确定用于所述第一组的物理参数的一组约束，其中所述一组约束用于实现至少一个目标函数；(c.)确定所述至少一个目标函数的最优值，其中，通过优化所述第二组的物理参数确定所述最优值；以及(d.)根据所述一组约束和所述第二组的最优物理参数制造所述运动物品的所述部分。

Method of manufacturing at least a part of sports goods

【技术实现步骤摘要】
制造运动物品的至少一部分的方法
本专利技术涉及一种制造运动物品的至少一部分的方法。
技术介绍
通常，现代运动物品的设计过程包含关于它们的期望的物理性能的广泛模拟。用于这种模拟的可用工具包括例如有限元法(FEM)。在这种模拟中分析的物理性能通常反映了运动物品对施加一些力或扭矩的反应。实例包括弹性、刚度、剪切阻力以及弯曲刚度。即使在现代计算机上，现代技术水平的模拟技术如FEM也需要相当长的运行时间，通常大约为几个小时，这使得其非常昂贵。现代生产技术，例如增材制造(例如3D打印)和通过机器人组装(可能许多)部件，由于自由度的数量的显著增加而增加了设计过程的复杂性。3D打印的运动物品可以设置有梁结构以节省材料和重量。原则上，每个梁具有多个参数，如位置、长度、方向、直径、与其它梁的连接度等，这些参数乘以梁的数量以得到必须固定的大量参数。此外，由于非线性性能、弹性、弯曲、与支撑平台的接触等，难以模拟在增材制造过程中使用的材料的性能。这增加了所需模拟的复杂性和运行时间。这给设计者提出了挑战，因为他必须处理大量的参数。另外，考虑模拟的运行时间，它需要非常长的时间来达到所有参数的最优配置。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种制造运动物品的至少一部分的方法，所述方法是快速的，所述方法利用现代生产技术的可能性，以及即使运动物品的所述部分由许多单独的部件形成，所述方法也支持设计者或工程师。这个目的通过一种制造运动物品的至少一部分的方法来实现，所述方法包括以下步骤：(a.)确定运动物品的一组物理参数，所述组包括第一组和第二组；(b.)确定用于第一组物理参数的一组约束，其中所述组约束用于实现至少一个目标函数；(c.)确定所述至少一个目标函数的最优值，其中，通过优化第二组的物理参数确定所述最优值；以及(d.)根据所述组约束和第二组的最优物理参数制造运动物品的所述部分。运动物品的物理参数是在设计或工程化运动物品时可以考虑的所有变量。根据本专利技术，将可用的物理参数分成两组。第一组参数涉及运动物品的基本性能。第一组中的参数通常由设计者或工程师在开始时设置。当通过3D打印制造运动物品时，其将在本文中更详细地描述，第一组中的参数可例如包括要使用的格子族。它们也可以包括中底体积要分成的体素的数量。选择第一组参数的目的是为了获得运动物品的所需性能，即获得目标函数。第二组参数是在随后的方法步骤中被优化以满足某些目标的那些参数。参考将要更详细讨论的3D打印示例，这些参数包括用于离散运动物品体积的单元的数量和位置。通过将运动物品的物理参数分成可由设计者或工程师设置的第一组和优化的第二组，根据本专利技术的方法已经显著地降低了设计者或工程师的负担。与如果设计者对所有参数具有完全控制相比，减少了设计者或工程师可用来指定的变量的数量。从设计者或工程师的观点来看，他可控制的变量的减少降低了设计过程的复杂性，这是因为有更少的值的组合供他从中选择。这个减少的问题还使得为设计者、运动科学家和工程师提供直观的和容易使用的界面以表达他们的要求成为可能。留给设计者或工程师的是确定以实现至少一个目标函数的选择的值。广义地说，这些要求例如选择成使得运动物品从设计角度看在视觉上是令人愉悦的，实现由运动科学设定的某些功能的性能，以及是以合理的成本可生产的和耐用的。相关目标函数的函数值通常是运动物品的物理性能，例如刚度、剪切阻力、重量等。然后优化至少一个目标函数，即通过改变第二组的物理参数来搜索最优值。这样，在设计者或工程师初始设置的约束下，获得了最优的运动物品。由于所述优化步骤所考虑的第二组参数的数量小于(所有)物理参数的初始数量，因此所述优化步骤包括要评估的少得多的变化，并且因此需要更少的运行时间以及更便宜。应当理解，根据本专利技术的方法可以应用于运动物品的至少一部分或整个运动物品，即应用所述方法的结果可以是运动物品的一部分或整个运动物品。确定所述至少一个目标函数的最优值的步骤可以包括使用迭代过程的步骤，所述迭代过程通过至少一个目标函数的一组连续函数评估来估计第二组的最优物理参数。如果不能分析地导出目标函数(这通常是这种情况)，这种迭代过程是特别有用的。在这种情况下，迭代过程通过在不同点“探测”目标函数来靠近最优值。通过分析给定性能的起始点或起始几何形状，迭代过程开始，然后针对相同性能分析第二点/几何形状，以及所述过程识别这些点/几何形状中的较好的点/几何形状。如果第二点是优选的，则所述过程将从第一点沿相同方向挑选新的点，以查看改进是否继续。重复这一过程，直到对于给定的性能认为是最佳点，所述点可以是局部或全局最优值。换句话说，在给定当前的参数组(例如，作为参数向量)情况下，必须导出目标函数。使用所述导出函数，所述过程知道如何更新参数(即，在哪个方向上更新参数向量)，使得误差减小。对于当前问题，大多数目标函数不能分析地导出，这意味着必须使用数值衍生数据(derivative)，这归结为利用稍微变化的参数向量来两次评估所述函数。这意味着每次迭代每个参数进行两个函数评估。在一般的设计过程中，必须对函数进行数百万次评估。例如，如果这些迭代中的每一个都需要数小时的FEM模拟(也称为有限元分析，FEA)，这是不可行的。因此，利用功能(function)试探法的内部优化循环被使用，这将在如下描述。在混合的实数和整数目标函数的情况下，可以利用混合的整数优化技术。或者，可以使用其它混合方法，其使用试探法来确定整数部分，以及依赖于对连续变量的标准优化。为了找到最优解，所有约束必须以给出误差量的度量的残差函数的形式来表达。为了在不同的误差度量尺度之间进行折衷，可以使用加权和鲁棒核函数这两者。连续的函数评估可以是执行多次的相同评估。或者，在本专利技术中，连续的函数评估可以包括多个评估步骤。作为第一步，连续函数评估集合的第一子集可以基于提供对函数评估的估计的至少一个试探法。尤其是那些涉及昂贵模拟如FEM的函数评估可具有非常长的评估时间(从几个小时到几天)。考虑到这些操作不是可区分的，每个参数和迭代需要至少两次评估，这将导致不可接受的长运行时间。因此，两阶段优化方法是有益的。具有不同精度的试探法在作为“内循环”的一部分的第一子集(例如，大多数)评估期间提供快速评估。然后，作为第二步，可以使用更精细和更精确的高保真度模拟如FEM可作为“外循环”的一部分，以获得更好的结果。这为设计者或工程师提供了快速反馈，同时仍然达到所述过程所需的总体精度。试探法可以基于运动物品的所述部分的数字模型，其中数字模型基于所述组结构参数。数字模型表示要制造的运动物品，其可以由计算机在给定适当的算法下来处理。所述方法可进一步包括创建数字模型的步骤，其中创建数字模型的步骤包括：提供包括网格单元的网格结构。这些网格单元可以以重复的图案形成，以形成代表要制造的运动物品的部分的框架。网格结构可以变形，使得其外边界与要制造的运动物品的部分的形状一致。构成数字模型的单元被认为每个都包含构成要制造的运动物品的部分的多个实际单元。例如，当用大量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造运动物品的至少一部分的方法，所述方法包括以下步骤：/na.确定所述运动物品的一组物理参数，所述组包括第一组和第二组；/nb.确定用于所述第一组的物理参数的一组约束，其中所述一组约束用于实现至少一个目标函数；/nc.确定所述至少一个目标函数的最优值，其中，通过优化所述第二组的物理参数确定所述最优值；以及/nd.根据所述一组约束和所述第二组的最优物理参数制造所述运动物品的所述部分。/n

【技术特征摘要】
20181127 DE 102018220365.21.一种制造运动物品的至少一部分的方法，所述方法包括以下步骤：
a.确定所述运动物品的一组物理参数，所述组包括第一组和第二组；
b.确定用于所述第一组的物理参数的一组约束，其中所述一组约束用于实现至少一个目标函数；
c.确定所述至少一个目标函数的最优值，其中，通过优化所述第二组的物理参数确定所述最优值；以及
d.根据所述一组约束和所述第二组的最优物理参数制造所述运动物品的所述部分。


2.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述至少一个目标函数的最优值的步骤包括使用迭代过程的步骤，所述迭代过程通过所述至少一个目标函数的一组连续函数评估估计所述第二组的所述最优物理参数。


3.如权利要求2所述的方法，其中，所述一组连续函数评估的第一子集是基于提供对所述函数评估的估计的至少一个试探法。


4.如权利要求3所述的方法，其中，所述试探法是基于所述运动物品的所述部分的数字模型，其中，所述数字模型是基于所述一组物理参数。


5.如权利要求4所述的方法，所述方法还包括创建所述数字模型的步骤，其中，创建所述数字模型的步骤包括：
提供包括网格单元的网格结构；以及
使所述网格结构变形，以使所述网格结构的外边界与所述部分的形状一致。


6.如权利要求5所述的方法，其中，所述网格包括第一多个相似网格单元。


7.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一多个相似网格单元包括六面体单元。


8.如权利要求6或7所述的方法，其中，所述网格包括第二多个相似网格单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯汀·西格尔，周臣·苏斯穆特，亚克斯·佩罗，德里克·卢瑟，安德鲁·施奈德，达斯汀·肯德里克，马克·亨德森，
申请(专利权)人：阿迪达斯股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE