基于路径搜索算法的压铸充型路径分析方法及装置

本技术属于压铸工艺设计与智能分析，更具体地，涉及基于路径搜索算法的压铸充型路径分析方法及装置。

背景技术：

1、随着高性能压铸件在新能源汽车、航空航天及高端装备制造等领域中的广泛应用，压铸工艺设计对充型过程分析的精度与效率提出了更高要求。压铸充型过程直接影响铸件内部缺陷、组织均匀性以及最终力学性能。其中，金属液在型腔中的流动路径、汇流行为及远端充型能力，是决定卷气、冷隔、欠铸等缺陷形成的重要因素。

2、目前，用于压铸充型分析的常用方式主要依赖经验设计与人工判断，辅以工艺手册查询以及简单的流动距离计算方法，通常根据浇口位置、铸件壁厚及经验流动方向，对金属液流动趋势进行定性分析。然而，对于结构复杂、薄壁、多分支的大型压铸件，仅依靠经验规则难以准确反映金属液在复杂型腔中的真实流动路径与汇流过程，因此，上述方式分析压铸充型路径的精度与普适性较低。

3、计算流体力学数值模拟技术已经被广泛应用于压铸充型过程分析。该技术通常基于navier-stokes方程，对金属液流动过程进行数值求解，并结合流体体积法（volume offluid，vof）等方法对流动前沿进行追踪，从而获得较高精度的充型结果。然而，计算流体力学方法存在计算周期长、计算资源消耗大以及前处理复杂等问题。在大型复杂压铸件中，完整的充型数值模拟往往需要较长时间，难以满足工艺方案快速迭代与早期预研阶段对高效率分析的需求。且现有数值模拟技术主要用于对已有浇注系统方案进行验证，而难以在工艺设计初期快速指导浇口布局、充型流程及流动路径的优化分析。因此，上述方式分析充型路径的效率和准确性较低。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种基于路径搜索算法的压铸充型路径分析方法及装置，旨在解决现有技术因依靠经验规则难以准确反映金属液在复杂型腔中的真实流动路径与汇流过程、完整的充型数值模拟往往需要较长时间，难以满足工艺方案快速迭代与早期预研阶段对高效率分析的需求导致分析充型路径的效率和准确性较低的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本技术提供了一种基于路径搜索算法的压铸充型路径分析方法，包括：

3、将大型压铸件的三维模型剖分为三维体素网格，并获取与各个所述三维体素网格的网格单元相对应的空间材料信息；

4、根据所述空间材料信息构建铸件-铸型-浇注系统的空间分布模型，并根据所述空间分布模型和所述三维体素网格确定候选内浇口集合；

5、分别计算所述三维体素网格至所述候选内浇口集合中的各个内浇口之间的目标曼哈顿距离，并基于距离与空间分布特征的评价函数，根据所述目标曼哈顿距离对所述候选内浇口集合进行优化，根据优化后的候选内浇口集合确定关键区域点集；

6、基于三维路径搜索模型，根据所述关键区域点集和障碍规避惩罚项搜索所述大型压铸件内部的充型路径，并对所述充型路径进行多维度分析。

7、在一实施例中，所述根据所述空间材料信息构建铸件-铸型-浇注系统的空间分布模型，并根据所述空间分布模型和所述三维体素网格确定候选内浇口集合的步骤，包括：

8、采用三维数组对所述空间材料信息进行存储，以及通过遍历各个三维体素网格的网格单元构建三维空间拓扑关系；

9、从所述各个三维体素网格中选取当前网格，并根据所述当前网格与周围邻域网格的材料标识进行不同区域之间的空间识别和连通判断；

10、根据所述三维空间拓扑关系、空间识别结果以及连通判断结果构建铸件-铸型-浇注系统的空间分布模型；

11、遍历所述空间分布模型中的三维体素网格，并根据所述三维体素网格搜索与铸型区域相邻的铸件表面体素；

12、根据所述与铸型区域相邻的铸件表面体素确定候选内浇口集合。

13、在一实施例中，所述根据所述与铸型区域相邻的铸件表面体素确定候选内浇口集合的步骤，包括：

14、若当前网格满足第一条件且所述与铸型区域相邻的铸件表面体素满足第二条件，则确定所述铸型区域为候选内浇口区域；

15、若所述候选内浇口区域在指定方向上的邻域范围内满足连续性条件，则根据所述候选内浇口区域的空间方向信息对不同方向的内浇口进行分类，得到多类别候选内浇口；

16、分别计算所述多类别候选内浇口中的两个候选点之间的曼哈顿距离；

17、在所述两个候选点之间的曼哈顿距离小于预设阈值时，仅保留所述两个候选点中的一个；

18、根据压铸工艺要求的方向区域对保留后的多类别候选内浇口进行剔除，以生成候选内浇口集合。

19、在一实施例中，所述分别计算所述三维体素网格至所述候选内浇口集合中的各个内浇口之间的目标曼哈顿距离，并基于距离与空间分布特征的评价函数，根据所述目标曼哈顿距离对所述候选内浇口集合进行优化，根据优化后的候选内浇口集合确定关键区域点集的步骤，包括：

20、分别计算所述三维体素网格至所述候选内浇口集合中的各个内浇口之间的目标曼哈顿距离，并根据各个所述目标曼哈顿距离计算平均距离；

21、基于距离与空间分布特征的评价函数，根据所述平均距离对所述候选内浇口集合中的内浇口进行评价，并根据评价结果对所述候选内浇口集合进行优化；

22、分别计算所述三维体素网格至优化后的候选内浇口集合中的各个内浇口之间的当前曼哈顿距离，并根据所述当前曼哈顿距离对各个所述三维体素网格进行排序；

23、从排序结果中提取最大的当前曼哈顿距离，并将与所述最大的当前曼哈顿距离相对应的部分区域作为关键区域点集。

24、在一实施例中，所述基于三维路径搜索模型，根据所述关键区域点集和障碍规避惩罚项搜索所述大型压铸件内部的充型路径，并对所述充型路径进行多维度分析的步骤，包括：

25、获取所述关键区域点集中的体素，并将所述体素作为充型关键控制点；

26、根据障碍占用比、所述障碍占用比的权重系数和单调递增惩罚函数、障碍方向分布熵、所述障碍方向分布熵的权重系数和单调递增惩罚函数、最小安全间隙、所述最小安全间隙的权重系数和单调递增惩罚函数、局部路径弯曲度惩罚、所述局部路径弯曲度惩罚的权重系数和单调递增惩罚函数计算障碍规避惩罚项；

27、根据当前搜索点至起始搜索点的路径距离、当前搜索点至目标点的曼哈顿距离以及所述障碍规避惩罚项计算当前搜索点的综合评价值；

28、基于三维路径搜索模型，根据所述充型关键控制点和所述综合评价值在内浇口区域内进行路径搜索，得到所述大型压铸件内部的充型路径；

29、对所述充型路径进行充型顺序、充型均匀性以及潜在汇流区域进行分析。

30、在一实施例中，所述对所述充型路径进行充型顺序、充型均匀性以及潜在汇流区域进行分析的步骤，包括：

31、获取所述充型路径的路径长度、路径汇聚程度以及路径覆盖范围；

32、根据所述路径长度、所述路径汇聚程度以及所述路径覆盖范围，对金属液的流动趋势进行分析；

33、根据流动趋势分析数据确定所述充型路径的充型顺序、充型均匀性的分析结果；

34、在根据所述流动趋势分析数据确定多个关键区域的路径存在明显汇聚时，确定为潜在汇流区域；

35、在根据所述流动趋势分析数据确定远端区域路径过长或搜索失败时，确定为潜在欠充型区域。

36、第二方面，本技术提供一种基于路径搜索算法的压铸充型路径分析装置，包括：

37、剖分模块，用于将大型压铸件的三维模型剖分为三维体素网格，并获取与各个所述三维体素网格的网格单元相对应的空间材料信息；

38、确定模块，用于根据所述空间材料信息构建铸件-铸型-浇注系统的空间分布模型，并根据所述空间分布模型和所述三维体素网格确定候选内浇口集合；

39、所述确定模块，还用于分别计算所述三维体素网格至所述候选内浇口集合中的各个内浇口之间的目标曼哈顿距离，并基于距离与空间分布特征的评价函数，根据所述目标曼哈顿距离对所述候选内浇口集合进行优化，根据优化后的候选内浇口集合确定关键区域点集；

40、路径分析模块，用于基于三维路径搜索模型，根据所述关键区域点集和障碍规避惩罚项搜索所述大型压铸件内部的充型路径，并对所述充型路径进行多维度分析。

41、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。

42、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。

43、第五方面，本技术提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。

44、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

45、总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

46、（1）本技术将大型压铸件的三维模型剖分均匀或非均匀的三维体素网格，在且每个三维体素网格的网格单元对应唯一的空间材料信息，在剖分的三维体素网格为非均匀网格时，分别记录x、y、z方向上的网格尺寸信息，以适应复杂结构区域的局部加密需求，此时根据空间材料信息构建铸件-铸型-浇注系统的空间分布模型，其中，铸件区域、铸型区域以及浇注系统区域采用不同的材料编号进行区分，通过材料编号实现不同区域之间的空间识别、邻域判断以及连通性分析，在根据优化后的候选内浇口集合确定关键区域点集后，引入由经过改进的搜索算法训练而成的三维路径搜索模型搜索大型压铸件内部的充型路径，并对该充型路径的充型顺序、充型均匀性以及潜在汇流区域进行分析，在多个关键区域的路径存在明显汇聚时，确定为潜在汇流区域；在根远端区域路径过长或搜索失败时，确定为潜在欠充型区域此时无需进行基于navier-stokes方程的计算流体力学数值模拟，从而能够有效提高分析充型路径的效率和准确性，进而降低资源消耗量。

47、（2）本技术在采用曼哈顿距离对候选内浇口进行去重与筛选，即分别计算多类别候选内浇口中的两个候选点之间的曼哈顿距离，在两个候选点之间的曼哈顿距离小于预设阈值时，仅保留两个候选点中的一个，以避免候选区域过于密集，从而提高后续分析效率。另外，本技术在采用三维邻域搜索方式，搜索过程中同时考虑路径长度、目标距离及障碍规避能力，有效提高分析充型路径的准确性，在前方区域存在障碍物时，增加对应方向的评价惩罚值，以降低路径靠近障碍区域的概率。

48、综上，本技术将大型压铸件的三维模型剖分为三维体素网格，并获取与各个所述三维体素网格的网格单元相对应的空间材料信息；根据所述空间材料信息构建铸件-铸型-浇注系统的空间分布模型，并根据所述空间分布模型和所述三维体素网格确定候选内浇口集合；分别计算所述三维体素网格至所述候选内浇口集合中的各个内浇口之间的目标曼哈顿距离，并基于距离与空间分布特征的评价函数，根据所述目标曼哈顿距离对所述候选内浇口集合进行优化，根据优化后的候选内浇口集合确定关键区域点集；基于三维路径搜索模型，根据所述关键区域点集和障碍规避惩罚项搜索所述大型压铸件内部的充型路径，并对所述充型路径进行多维度分析。通过上述方式，无需进行基于navier-stokes方程的计算流体力学数值模拟，仅基于三维空间拓扑关系与三维路径搜索模型即可实现对大型压铸件的充型路径的快速搜索，从而能够有效提高分析充型路径的效率和准确性，进而降低资源消耗量。