将生成式设计应用于机械组件的配置的方法技术

设计引擎使机械组件设计过程的部分自动化。设计引擎生成用户界面，所述用户界面呈现用于捕获与设计问题相关的输入数据的工具。基于输入数据，设计引擎执行各种操作以生成形式化的问题定义，该形式化的问题定义可以由目标驱动的优化算法进行处理。目标驱动优化算法生成一系列潜在的设计选项。每个设计选项描述代表了设计问题的潜在解决方案的机械组件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将生成式设计应用于机械组件的配置的方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年12月26日提交的美国专利申请序列号15/854,234的权益，在此其通过引用并入本文。专利技术的背景专利
本专利技术的实施例总体上涉及计算机辅助设计，并且更具体地涉及用于将生成式设计应用于机械组件的配置的技术。相关技术的描述在机械设计和工程的情景中，“组件(assembly)”是以实现特定函数以解决特定设计问题的方式耦合在一起的机械零件(parts)的集合。组件的一个示例是汽车变速器，其包括耦连在一起以提供扭矩转换的齿轮的集合。在该示例中解决的设计问题是将扭矩从汽车曲轴传递到汽车车轮的需求。设计机械组件通常是手动执行的多步骤过程。最初，设计人员通过确定组件应满足的一组目标来制定(formulate)机械组件要解决的设计问题。例如，当制定了上述汽车变速器设计问题时，设计人员可以确定变速器应该实现特定的转换比，以便将从汽车曲轴接收到的输入扭矩转换成施加到汽车车轮的输出扭矩。结合确定目标集，设计人员可以通过确定组件不应违反的设计约束集来进一步定义设计问题。例如，在上面讨论的变速器设计问题中，设计人员可以确定变速器的质量不应超过特定值。一旦设计人员确定了各种目标和约束，设计人员便选择要包括在组件中的机械零件。例如，变速器的设计人员可以选择齿轮的集合以包括在变速器中。最后，设计人员确定所选零件之间的特定物理耦合，以实现不同的目标而又不违反各种约束。例如，变速器设计人员可以确定所选齿轮的特定布置，以实现输入扭矩和输出扭矩之间的期望的转换。通过类似于上述过程的设计过程，设计人员为各种机械组件生成设计。一旦使用这样的设计过程创建了特定设计，设计人员通常会经由计算机仿真来测试设计，以确定是否满足目标而又不违反约束。该总体过程可以反复试验(trial-and-error)的方式无限地重复，直到找到成功的设计为止。常规的计算机辅助设计(CAD)应用程序不提供辅助上述设计过程的所有方面的工具。因此，设计人员必须基于个人的直觉和经验来手动地和/或在头脑中执行部分或全部上述步骤。尤其是，设计人员通常会在头脑中制定设计问题，然后直接进行零件的选择和布置以创建相关的机械组件。然而，问题是，设计人员的这种常规方法不允许在生成机械组件设计时应用编程技术。更具体地，用于解决设计问题的编程技术通常需要描述设计目标和设计约束的结构化输入。但是，如上所述，由于设计人员经常在头脑中制定设计问题，所以没有这样的输入产生，这排除了在设计机械组件时使用编程技术的可能性。因此，设计人员被迫依赖上述冗长的反复试验设计过程。如前所述，本领域需要的是用于设计机械组件的更有效的技术。
技术实现思路
本专利技术的各个实施例阐述了一种用于为机械组件生成设计选项的计算机实现的方法，包括：基于经由用户界面接收的第一数据来生成定义机械组件的一部分的部分设计，基于经由用户界面接收的第二数据确定与部分设计相关联的设计标准集，基于部分设计和标准集经由一个或更多个处理器执行的一个或更多个操作生成问题定义，以及基于问题定义使得经由一个或更多个处理器基于优化算法执行的一个或更多个附加操作生成设计选项集，其中，设计选项集中包括的每个设计选项包括从部分设计派生的并满足设计标准集的不同的机械组件。本文描述的技术的至少一个优点是，可以基于经由用户界面生成的问题定义，将编程技术应用于生成设计选项。因此，用于机械组件的常规手动设计过程可以很大地自动化。附图的简要说明为了可以详细地理解本专利技术的上述特征的方式，可以通过参考实施例来对本专利技术进行更详细的描述，该实施例在上面简要地概述了，其中一些实施例在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出了本专利技术的典型实施例，因此不应视为对其范围的限制，因为本专利技术可以允许其他等效实施例。图1示出了被配置为实现本专利技术的一个或更多个方面的系统；图2是根据本专利技术的各个实施例的图1的设计引擎的更详细的图示；图3是根据本专利技术的各个实施例的图1的用户界面的更详细的图示；图4是根据本专利技术的各个实施例的图1的设计选项之一的示例性图示；以及图5A-图5B阐述了根据本专利技术的各个实施例的用于自动地生成机械组件的设计选项的方法步骤的流程图。具体实施方式在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本专利技术的更透彻的理解。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节中的一个或更多个的情况下实践本专利技术。如上所述，采用设计机械组件的常规方法，设计人员基于直觉和经验以即席(adhoc)方式制定设计问题。由于此常规设计过程不会产生任何定义设计问题的结构化数据，因此一般而言，编程技术(尤其是生成式设计算法)无法应用于生成机械组件的设计。为了解决这些问题，本专利技术的实施例包括设计引擎，该设计引擎被配置为生成用于捕获与设计问题有关的输入数据的用户界面。基于此输入数据，设计引擎然后生成形式化的问题定义，其可以由目标驱动的优化算法进行处理，以生成一系列潜在的设计选项。每个设计选项都描述了一机械组件，其代表了设计问题的潜在解决方案。这种方法的优势在于，可以基于经由用户界面生成的问题定义，应用编程技术来生成设计选项。因此，用于机械组件的常规手动设计过程可以很大地自动化。系统总览图1示出了被配置为实现本专利技术的一个或更多个方面的系统。如图所示，系统100包括耦连至云计算平台160的计算设备110。计算设备110包括处理器120、输入/输出(I/O)设备130和存储器140。处理器120包括被配置为处理数据和执行软件应用程序的任何技术上可行的硬件单元集。处理器120可以包括例如一个或更多个中央处理单元(CPU)，一个或更多个图形处理单元(GPU)，一个或更多个应用程序专用集成电路(ASIC)及其任意组合。I/O设备130包括被配置为执行输入和/或输出操作的任何技术上可行的设备集，包括显示用户界面(UI)134的显示设备132、键盘136和鼠标138。I/O设备130可以进一步包括本文未示出的其他类型的输入和/或输出设备。存储器140包括被配置成存储数据和软件应用程序的任何技术上可行的存储介质集。存储器140可以是例如硬盘、随机存取存储器(RAM)模块、只读存储器(ROM)及其任意组合。存储器140包括设计引擎142和数据存储144。设计引擎142是软件应用程序，其当由处理器120执行时，执行一系列操作以自动生成解决特定设计问题的机械组件设计。在这样做时，设计引擎142首先生成然后渲染UI134以经由显示设备132显示。UI134向最终用户呈现(expose)一组图形工具。最终用户可以经由显示设备132与这些图形工具交互，与键盘136、鼠标138和/或其他I/O设备130交互。基于经由这些交互捕获的数据，设计引擎142生成问题定义150。问题定义150是形式上(formally)描述上述设计问题的数据结构。给定的问题定义150可以指示机械组件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于为机械组件生成设计选项的计算机实现的方法，所述方法包括：/n基于经由用户界面接收的第一数据，生成定义机械组件的一部分的部分设计；/n基于经由所述用户界面接收的第二数据，确定与所述部分设计相关联的设计标准集；/n基于所述部分设计和所述标准集，经由一个或更多个处理器执行的一个或更多个操作生成问题定义；以及/n基于所述问题定义，使得经由所述一个或更多个处理器基于优化算法执行的一个或更多个附加操作生成设计选项集，其中，包括在所述设计选项集中的每个设计选项均包括从所述部分设计派生的并满足所述设计标准集的不同的机械组件。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171226 US 15/854,2341.一种用于为机械组件生成设计选项的计算机实现的方法，所述方法包括：
基于经由用户界面接收的第一数据，生成定义机械组件的一部分的部分设计；
基于经由所述用户界面接收的第二数据，确定与所述部分设计相关联的设计标准集；
基于所述部分设计和所述标准集，经由一个或更多个处理器执行的一个或更多个操作生成问题定义；以及
基于所述问题定义，使得经由所述一个或更多个处理器基于优化算法执行的一个或更多个附加操作生成设计选项集，其中，包括在所述设计选项集中的每个设计选项均包括从所述部分设计派生的并满足所述设计标准集的不同的机械组件。


2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述设计标准集指示应该由包括在所述部分设计中的第一元素以及包括在所述设计选项集中的每个设计选项满足的第一目标函数。


3.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述设计标准集指示不应被包括在所述部分设计中的第一元素以及包括在所述设计选项集中的每个设计选项违反的第一约束表达式。


4.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述部分设计包括实心本体、弹簧、阻尼器和梁中的至少一个。


5.根据权利要求4所述的计算机实现的方法，其中，所述部分设计还包括至少一个端口，所述至少一个端口被配置为将力传递至包括在所述部分设计中的第一元素。


6.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述部分设计包括固定接头、球形接头和销钉接头中的至少一个。


7.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括经由所述用户界面从可用元素类型的库中接收对一种或更多种元素类型的选择，其中包括在所述设计选项集中的每个设计选项仅包括所述一种或更多种元素类型。


8.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述优化算法包括多目标求解器或生成式设计算法。


9.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：
生成所述用户界面的第一部分，其中所述第一数据经由所述第一部分接收，并且所述第一部分显示包括在所述部分设计中的元素；以及
生成所述用户界面的第二部分，其中所述第二数据经由所述第二部分接收，并且所述第二部分显示所述设计标准集。


10.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：
基于经由所述用户界面接收的第三数据，确定应用于所述部分设计的第一元素的第一输入；以及
生成所述用户界面的第三部分，其中所述第三数据经由所述第三部分接收，并且所述第三部分显示所述第一输入。


11.一种存储程序指令的非暂时性计算机可读介质，该程序指令在由处理器执行时，使所述处理器通过执行以下步骤来生成用于机械组件的设计选项：
基于经由用户界面接收的第一数据，生成定义机械组件的一部分的部分设计；
基于经由所述用户界面接收的第二数据，确定与所述部分设计相关联的设计标准集；
基于所述部分设计和所述标准集，经由一个或更多个处理器执行的一个或更多个操作生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·舍翁，M·埃布拉希米，F·约里奥，A·布切尔，
申请(专利权)人：欧特克公司，
类型：发明
国别省市：美国;US