估计物理产品质量分布的计算机实现方法技术

一种估计包含多个产品部件(PP1，PP2，PP3)的物理产品(PR)质量分布的计算机实现方法，包含：a)创建数据结构(DS)，对于每个部件，该数据结构(DS)包含表示部件的位置和方向的数据(PP1_PO，PP2_PO，PP3_PO)，部件的质量(PP1_m，PP2_m，PP3_m)，优选地与每个部件质量相关的公差和体素格式的几何结构(PP1_g，PP2_g，PP3_g)；b)将物理产品的数字模型分解为多个平行切片(SL1)；c)对于每个切片，使用数据结构来标识与切片重叠的数据结构的一组产品部件，并确定各自的重叠率；并且d)赋予每个切片一个质量值，该值对应于与切片重叠的所有产品部件的质量之和，并由各自的重叠率加权。

【技术实现步骤摘要】
估计物理产品质量分布的计算机实现方法本专利技术属于计算机辅助工程(CAE)领域，更确切地说，属于计算机辅助设计(CAD)领域。本专利技术涉及一种估计由多个产品部件构成的物理产品例如船或艇、飞机、地面车辆、建筑物、机床等的质量分布的计算机实现方法。质量-因此也是重量的分布，以及总质量/重量，强烈地影响物理产品的机械性能和阻力，并且通常是至关重要的。航运业提供了一个特别令人印象深刻的例子，船的总重量强烈地影响其稳定性，并且不适当的重量分布甚至可能导致船体在恶劣的海况下在中间断裂。在汽车工业中，质量分布可能需要在车轴附近达到峰值，并且在车轴之间达到最小。飞机制造者对沿机翼的质量分布并且因此是惯性分布感兴趣。诸如此类。然而，令人惊讶的是，没有现有的工具可以精确估计复杂物理产品的质量分布，这样的复杂物理产品包括成千上万甚至数百万的单个产品部件例如梁，板，螺栓，齿轮等。甚至在实际制造之前，估计这样的产品的总质量是一个挑战-对其计算通常使用一个简单的电子表格进行，需要大量的工作并且导致不准确的结果。沿轴线(经常是纵轴，例如在船的情况下)计算物理产品的质量分布的更复杂的任务只能依靠非常强的近似来开展。例如，可以通过船进行简单的几何建模来获得该船的质量分布的非常粗略的近似-例如一个矩形侧面接两个梯形。可以通过所谓的“分组方法”获得稍微更准确的估计，分组方法中考虑了代表整个子系统的有限数量(几十个)的宏部件，其中最简单的“桶法”，一排隐喻性的“桶”沿着船的纵线布置。如果宏部件的重心落在桶内，则将其所有质量都“放入”桶内。显然，这种方法会导致非常严重的误差。例如，一个宏部件可以代表油漆，该油漆散布在船的所有表面上，但是却利用单个质量值被建模在朝向船纵轴中心的桶中。据专利技术人所知，用于计算船的纵向质量分布的最准确的商用可用软件工具是“shipweight”(http://shipweight.com)，该软件工具使用梯形对宏部件进行建模。鉴于该方法依赖于对包含少量宏部件的船的粗略建模，该方法的准确度仍然很低，而完整的数字模仿(mock-up)可能包含多达数百万个单独部件。戴维·劳伦斯·汉施在联合重量工程师国际学会、2008年美国西雅图联合重量工程师学会第67届年会上发表的论文《确定船纵向重量分布的方法》中对上述方法进行了更详细的描述。本专利技术旨在克服现有技术的这些缺点。更准确地，本专利技术旨在提供一种计算机实现的方法，该方法估计由大量部件构成的物理产品的质量分布，该方法比现有技术更准确，同时将其计算复杂度保持在可接受的水平(“可扩展性”)。辅助地，本专利技术还旨在处理一些或所有产品部件的不完整信息(例如，可能无法充分地定义由第三方提供的部件的几何结构)，量化估计质量的公差和质量分布和/或促进协同设计。根据本专利技术，这些目标中的至少一些是由于数据结构(“索引”)而实现的，对于产品的详细数字模仿的每个产品部件，该数据结构包含代表产品中的部件的位置和方向的数据，部件的质量，并且对于至少一些产品部件，以体素格式最好为n树(通常，八叉树)体素格式的部件几何结构。体素格式的使用对于建模部件的几何结构是重要的，因为它允许对每个产品部件与产品从概念上切成的多个切片中的每一个切片的重叠率(即与切片重叠的部件的体积的占比)进行简单和快速的计算。这继而可以为每个切片分配每个部件的质量的正确份额。因此，本专利技术的目标是一种估计包含多个产品部件的物理产品的质量分布的计算机实现的方法，该方法包含以下步骤：a)对于每个产品部件，创建数据结构，包含表示产品内部件的位置和方向的数据，表示部件的质量的数据，以及对于至少一些产品部件，表示体素格式的部件几何结构的数据；b)将物理产品的数字模型分解成垂直于同一轴线的多个切片，每个切片通过其沿轴线的位置来识别；c)对于每个切片，使用该数据结构来识别与切片完全或部分重叠的数据结构中的一组产品部件，并且对于该组中的每个产品部件，确定该部件和切片的重叠率；以及d)赋予每个切片一个质量值，该质量值对应于与切片重叠的所有产品部件的质量之和，并由各自的重叠率加权。根据本专利技术方法的具体实施例：在步骤c)中，数据结构不包含几何结构数据的至少一个产品部件可以被认为与单个切片完全重叠，该至少一个产品部件由数据结构中的产品部件的位置和方向数据确定。对于不包含几何结构数据的至少一个产品部件，数据结构可以含有：识别所述产品部件所属的产品的子集的数据，以及表示n-树体素格式的产品的所述子集的几何结构的数据；并且步骤c)可包含基于所述产品部件所属的产品的子集的几何结构，识别与产品部件完全或部分重叠的切片以及各自的重叠率。步骤a)可包含将表示产品部件几何结构的数据转换为体素格式。所述体素格式有利地是n-树，并且优选地是八叉树体素格式。该方法还可包含以下步骤：e)通过对被赋予沿轴线识别每个切片的位置的质量值进行插值和平滑处理，来估计产品沿所述轴线的质量分布。对于至少一个产品部件，数据结构还可以包含表示质量公差的数据，并且其中步骤d)还包含计算被赋予沿轴线识别与所述产品部件重叠的每个切片的位置的质量值的公差。步骤a)还可以包含在物理产品设计过程中通过从一个或多个物理产品设计文件中提取产品部件数据来递增地创建数据结构。本专利技术的另一个目标是一种存储在非暂时性计算机可读数据存储介质上的计算机程序产品，包含计算机可执行指令以使计算机系统去实施这样的方法。本专利技术的另一个目的是一种非暂时性计算机可读数据存储介质，其含有计算机可执行指令，使计算机(CPT)系统实施这样的方法。本专利技术的另一个目的是计算机辅助设计系统，其包含耦合到非暂时性存储器的处理器和图形用户界面，非暂时性存储器存储有计算机可执行指令来使得计算机辅助设计系统执行这样的方法。从随后的描述结合附图中，本专利技术的附加特征和优点将变得显而易见，附图中：图1是根据本专利技术的一个实施例的方法的流程图；图2是所述方法的第一步a)的示意图，包含创建数据结构；图3示出了镶嵌式几何结构的体素化；图4示出在本专利技术的优选实施例中使用的八叉树体素格式；图5是在本专利技术方法的步骤a)中创建的数据结构的示意图；图6示出本专利技术方法的第二步骤b)，包含将物理产品的数字模型分解为多个切片；图7示出本专利技术方法的第三步骤c)和第四步骤d)，包含将物理产品的数字模型分解为多个切片；图8示出对步骤d)中计算出的离散质量分布进行插值和平滑的本专利技术方法的第五可选步骤；图9示出图形用户界面，该图形用户界面显示了使用本专利技术方法估计的重量分布；并且图10是适合于实施根据本专利技术的实施例的方法的计算机系统的框图。在下文中，“质量”和“重量”将被视为同义词。事实上，“重量分布”是工业上常用的表述，但从物理角度来看，“质量分布”更为精确。本专利技术依赖于两个共存的软件基础构造(infrastructure)，并且这两个软件基础构造将被称为“构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种估计物理产品(PR)的质量分布的计算机实现方法，该物理产品(PR)包含多个产品部件(PP1，PP2，PP3)，所述方法包含以下步骤：/na)创建数据结构(DS)，对于每个产品部件，该数据结构(DS)包含表示所述产品内所述部件的位置和方向的数据(PP1_PO、PP2_PO、PP3_PO)、表示所述部件的质量的数据(PP1_m、PP2_m、PP3_m)，以及对于至少一些产品部件，该数据结构(DS)包含以体素格式表示部件几何结构的数据(PP1_g、PP2_g、PP3_g)；/nb)将所述物理产品的数字模型分解成垂直于同一轴线(x)的多个切片(SL1)，每个切片通过其沿轴线的位置(x

【技术特征摘要】
20181221 EP 18306796.61.一种估计物理产品(PR)的质量分布的计算机实现方法，该物理产品(PR)包含多个产品部件(PP1，PP2，PP3)，所述方法包含以下步骤：
a)创建数据结构(DS)，对于每个产品部件，该数据结构(DS)包含表示所述产品内所述部件的位置和方向的数据(PP1_PO、PP2_PO、PP3_PO)、表示所述部件的质量的数据(PP1_m、PP2_m、PP3_m)，以及对于至少一些产品部件，该数据结构(DS)包含以体素格式表示部件几何结构的数据(PP1_g、PP2_g、PP3_g)；
b)将所述物理产品的数字模型分解成垂直于同一轴线(x)的多个切片(SL1)，每个切片通过其沿轴线的位置(x1)识别；
c)对于每个切片，使用所述数据结构来识别与所述切片完全或部分地重叠的所述数据结构的一组产品部件，并且对于所述组中的每个产品部件，确定所述部件和所述切片的重叠率；以及
d)赋予每个切片一个质量值，该质量值对应于与所述切片重叠的所有产品部件的质量之和，并由各自的重叠率加权。


2.根据权利要求1所述的计算机实现方法，其中，在步骤c)中，所述数据结构不含有几何结构数据的至少一个产品部件被认为与单个切片完全重叠，该至少一个产品部件由所述数据结构中的所述产品部件的位置和方向数据确定。


3.根据前述权利要求中任一项所述的计算机实现的方法，其中，对于所述数据结构不含有几何结构数据的至少一个产品部件，所述数据结构包含：
-识别所述产品部件所属的产品的子集的数据，以及
-以n-树体素格式表示所述产品的所述子集的几何结构的数据：
并且，其中步骤c)包含：基于所述产品部件所属的所述产品的所述子集的几何结构来识别与所述产...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·拉卢瓦，
申请(专利权)人：达索系统公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR