一种打捆机设计方法、装置、存储介质及电子设备与流程

1.本技术涉及仿真设计领域，具体而言，涉及一种打捆机设计方法、装置、存储介质及电子设备。


背景技术：

2.随着社会的发展和科学的进步，农业机械被广泛使用，为进一步提升生产力作出了巨大的贡献。农业机械的合理设计会有助于降低生产成本、提升产品质量以及提升农业机械的作业效率。以农业机械中的打捆机作为示例，打捆机作用是将散落在地面上的干草压紧、捆实，做成具有规则几何形状的草堆，目的是为了方便运输。打捆机中的一个重要组成部分为活塞组件，活塞组件是打捆机的执行机构，通过不断的往复锤击，使干草压紧，压实，形成草堆。因此，如何合理的设计完成打捆机或打捆机中的活塞组件，一直是该领域技术人员关注的难题。
3.目前，打捆机或活塞组件设计方法主要有试错法、实验法、经验法等低效率的设计方法。试错法和实验法需要人工不断生产零部件并进行试验，根据试验结果判断修改设计方案。试错法和实验法的具体流程如下：确定设计思路及方向；可行性分析；结构设计；建模，力学分析设计；零件设计；产品明细表、安装说明书草案；购置清单及外协加工清单；采购；物料验证；样品制作；调试与功能试验；优化改进；二次调试及功能试验；验收评审；安装说明书，检验标准，bom清单等安装资料指定及审核；资料归档；受控下发。以上步骤均需要人工参与，导致该方法设计周期长，投入资金量大。如何克服以上问题，成为了困扰本领域技术人员的难题。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种打捆机设计方法、装置、存储介质及电子设备，以至少部分改善设计周期长和投入资金量大的问题。
5.为了实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
6.第一方面，本技术实施例提供一种打捆机设计方法，所述方法包括：
7.将草捆仿真数据作为联合仿真模型的输入，输出目标仿真硬点的当前载荷；
8.其中，所述目标仿真硬点为打捆机的活塞组件的仿真的安装硬点；
9.判断所述当前载荷是否大于预设的载荷阈值；
10.若是，对活塞组件的仿真的安装硬点进行优化，以确定新的目标仿真硬点；
11.其中，新的目标仿真硬点处于预设的硬点设置范围内；
12.重复判断所述当前载荷是否大于预设的载荷阈值，直至所述当前载荷小于或等于预设的载荷阈值。
13.第二方面，本技术实施例提供一种打捆机设计装置，所述装置包括：
14.仿真单元，用于将草捆仿真数据作为联合仿真模型的输入，输出目标仿真硬点的当前载荷；
15.其中，所述目标仿真硬点为打捆机的活塞组件的仿真的安装硬点；
16.处理单元，用于判断所述当前载荷是否大于预设的载荷阈值；若是，对活塞组件的仿真的安装硬点进行优化，以确定新的目标仿真硬点；
17.其中，新的目标仿真硬点处于预设的硬点设置范围内；
18.所述仿真单元还用于重复判断所述当前载荷是否大于预设的载荷阈值，直至所述当前载荷小于或等于预设的载荷阈值。
19.第三方面，本技术实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的方法。
20.第四方面，本技术实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，实现上述的方法。
21.相对于现有技术，本技术实施例所提供的一种打捆机设计方法、装置、存储介质及电子设备，包括：将草捆仿真数据作为联合仿真模型的输入，输出目标仿真硬点的当前载荷；其中，目标仿真硬点为打捆机的活塞组件的仿真的安装硬点；判断当前载荷是否大于预设的载荷阈值；若是，对活塞组件的仿真的安装硬点进行优化，以确定新的目标仿真硬点；其中，新的目标仿真硬点处于预设的硬点设置范围内；重复判断当前载荷是否大于预设的载荷阈值，直至当前载荷小于或等于预设的载荷阈值。摒弃了人工的试错和实验步骤，直接通过联合仿真模型对活塞组件的仿真的安装硬点进行优化，快速确定目标仿真硬点，从而完成打捆机设计，达到降低设计周期与设计成本目的。为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
22.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
23.图1为本技术实施例提供的电子设备的连接示意图；
24.图2为本技术实施例提供的打捆机设计方法的流程示意图；
25.图3为本技术实施例提供的打捆机设计方法的流程示意图之一；
26.图4为本技术实施例提供的s105的子步骤示意图；
27.图5为本技术实施例提供的s105的子步骤示意图之一；
28.图6为本技术实施例提供的s105的又一子步骤示意图；
29.图7为本技术实施例提供的s106的子步骤示意图；
30.图8为本技术实施例提供的结构优化示意图；
31.图9为本技术实施例提供的s103的子步骤示意图；
32.图10为本技术实施例提供的打捆机设计装置的单元示意图。
33.图中：10
‑
处理器；11
‑
存储器；12
‑
总线；13
‑
通信接口；201
‑
仿真单元；202
‑
处理单元。
具体实施方式
34.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
38.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
39.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
40.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
41.目前，农业机械设计方法主要有试错法、实验法、经验法等低效率的设计方法。试错法与实验法需要不断生产零部件并进行试验，根据试验结果判断修改设计方案，该方法设计周期长，投入资金量大。如何克服以上问题，成为了困扰本领域技术人员的难题。发明人提出，使用cae有限元仿真技术可以代替试错法和试验法，但由于打捆机活塞组件在工作过程中喂入的杂草量不同，其受力情况无法准确量化，故对于仿真计算结果的准确性以及轻量化造成极大的困扰，这就是目前难以使用传统cae有限元技术代替试错法、实验法的主要原因。
42.本技术实施例提供了一种电子设备，可以是电脑或服务器设备。请参照图1，电子设备的结构示意图。电子设备包括处理器10、存储器11、总线12。处理器10、存储器11通过总
线12连接，处理器10用于执行存储器11中存储的可执行模块，例如计算机程序。
43.处理器10可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，打捆机设计方法的各步骤可以通过处理器10中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器10可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processor，简称dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
44.存储器11可能包含高速随机存取存储器(ram：random access memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non
‑
volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
45.总线12可以是isa(industry standard architecture)总线、pci(peripheral component interconnect)总线或eisa(extended industry standard architecture)总线等。图1中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线12或一种类型的总线12。
46.存储器11用于存储程序，例如打捆机设计装置对应的程序。打捆机设计装置包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器11中或固化在电子设备的操作系统(operating system，os)中的软件功能模块。处理器10在接收到执行指令后，执行所述程序以实现打捆机设计方法。
47.可能地，本技术实施例提供的电子设备还包括通信接口13。通信接口13通过总线与处理器10连接。
48.应当理解的是，图1所示的结构仅为电子设备的部分的结构示意图，电子设备还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
49.本技术实施例提供的一种打捆机设计方法，可以但不限于应用于图1所示的电子设备，具体的流程，请参考图2：
50.s101，将草捆仿真数据作为联合仿真模型的输入，输出目标仿真硬点的当前载荷。
51.其中，目标仿真硬点为打捆机的活塞组件的仿真的安装硬点。
52.在一种可能的实现方式中，将草料属性作为多个草料模型的输入，多个草料模型分别输出草料仿真数据，将多个草料仿真数据结合组成草捆仿真数据。草料属性包括弹性模量、密度固有属性、碰撞系数取(100～500，根据设计标的湿度确定)以及摩擦系数(取0.1)等。通过多个草料模型分别输出草料仿真数据，即对草料仿真数据进行了离散化操作。
53.联合仿真模型可以为mbd联合仿真模型，mbd联合仿真利用多个模块相互之间的耦合提供准确且量化的活塞组件受力情况，输出目标仿真硬点的当前载荷。在该步骤中，不需要对打捆机进行详细模型的设计，只需要零部件(活塞组件)所在大致位置，即安装硬点。
54.s102，判断当前载荷是否大于预设的载荷阈值。若是，则执行s103，若否，则执行s120。
55.可选地，在当前载荷大于预设的载荷阈值情况下，说明当前的目标仿真硬点还有很大的优化空间，此时执行s103；反之，则可以执行s120。
56.s103，对活塞组件的仿真的安装硬点进行优化，以确定新的目标仿真硬点。
57.其中，新的目标仿真硬点处于预设的硬点设置范围内。
58.需要说明的是，硬点设置范围可以用户通过配置文件或配置指令预先输入的。
59.需要说明的是，在s103之后，重复判断当前载荷是否大于预设的载荷阈值，直至当前载荷小于或等于预设的载荷阈值。
60.s120，依据目标仿真硬点确定硬件仿真结构，完成打捆机设计。
61.相对于其他的仿真方法中，需要初始cad模型，初始cad模型受到设计人员主观因素太多，导致后期优化结果也存在很大的差距。本技术实施例中，不需要初始cad模型，通过mbd联合仿真模型输出准确的目标仿真硬点，进一步可以结合拓扑优化输出cad模型，避免经验法带来的不确定因素。
62.如果通过试错法、实验法、经验法等低效率的设计方法进行设计，通常情况在一次项目中往往需要长达1年的反复修改，并伴随多次试验验证，故设计周期长，投入资金量大。本技术实施例提供的打捆机设计方法，摒弃了人工的试错和实验步骤，直接通过联合仿真模型对活塞组件的仿真的安装硬点进行优化，快速确定目标仿真硬点，从而完成打捆机设计，达到降低设计周期与设计成本目的。
63.综上所述，本技术实施例提供了一种打捆机设计方法，包括：将草捆仿真数据作为联合仿真模型的输入，输出目标仿真硬点的当前载荷；其中，目标仿真硬点为打捆机的活塞组件的仿真的安装硬点；判断当前载荷是否大于预设的载荷阈值；若是，对活塞组件的仿真的安装硬点进行优化，以确定新的目标仿真硬点；其中，新的目标仿真硬点处于预设的硬点设置范围内；重复判断当前载荷是否大于预设的载荷阈值，直至当前载荷小于或等于预设的载荷阈值。摒弃了人工的试错和实验步骤，直接通过联合仿真模型对活塞组件的仿真的安装硬点进行优化，快速确定目标仿真硬点，从而完成打捆机设计，达到降低设计周期与设计成本目的。相对于其他的仿真方法中，需要初始cad模型，初始cad模型受到设计人员主观因素太多，导致后期优化结果也存在很大的差距。本技术实施例中，不需要初始cad模型，通过mbd联合仿真模型输出准确的目标仿真硬点，进一步可以结合拓扑优化输出cad模型，避免经验法带来的不确定因素。
64.在当前载荷小于或等于预设的载荷阈值的情况下，关于s120中的内容，即如何进一步确定硬件仿真结构，本技术实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图3，s120包括：
65.s104，在目标仿真硬点对应的仿真架构中进行仿真物料填充，得到硬件仿真结构。
66.可选地，在确定目标仿真硬点之后，在目标仿真硬点对应的仿真架构中进行仿真物料填充，得到硬件仿真结构。与传统静力学分析类似，确定硬件仿真结构是否存在优化空间，并用来校核优化后的硬件仿真结构是否满足设计要求。
67.s105，依据预先配置的优化条件判断硬件仿真结构是否存在优化空间。若是，则执行s106；若否，则执行s107。
68.具体地，若存在优化空间，则对硬件仿真结构进一步优化，执行s106；反之，则执行s107。
69.s106，对硬件仿真结构进行优化，得到新的硬件仿真结构。
70.s107，结束。
71.可选地，结束之后即可以对外输出硬件仿真结构。
72.在图3的基础上，在优化条件为强度分析条件的情况下，对于s105中的内容，本申
请实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图4，s105包括：
73.s105
‑
1，判断硬件仿真结构的最大应力是否小于仿真物料的屈服极限的第一倍数。若是，则执行s106；若否，则执行s107。
74.可选地，通过强度分析或者非线性强度分析可以获得硬件仿真结构的最大应力。若硬件仿真结构的最大应力小于仿真物料的屈服极限的第一倍数，则表示存在优化空间，反之，则表示不存在优化空间。第一倍数的取值可以为2.5倍。
75.在图3的基础上，在优化条件为随机振动条件的情况下，对于s105中的内容，本技术实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图5，s105包括：
76.s105
‑
2，判断硬件仿真结构的振动rms应力是否小于仿真物料的屈服极限的第二倍数。若是，则执行s106；若否，则执行s107。
77.可选地，通过随机振动分析可以确定硬件仿真结构的振动rms应力。在硬件仿真结构的振动rms应力小于仿真物料的屈服极限的第二倍数的情况下，说明存在优化空间，反之，则不存在优化空间。第二倍数的取值可以为4倍。
78.在图3的基础上，在优化条件为频率响应条件的情况下，对于s105中的内容，本技术实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图6，s105包括：
79.s105
‑
3，判断硬件仿真结构的响应峰值与激励频率的差是否大于频率阈值。若是，则执行s106；若否，则执行s107。
80.可选地，通过频率响应分析可以确定硬件仿真结构的响应峰值。在硬件仿真结构的响应峰值与激励频率的差大于频率阈值的情况下，说明存在优化空间，反之，则不存在优化空间。其中，频率阈值为激励频率的指定倍数。可选地，频率阈值的取值可以为激励频率的1.5倍。
81.在一种可能的实现方式，可以同时执行s105
‑
1至105
‑
3，在满足：
82.s105
‑
1，硬件仿真结构的最大应力小于仿真物料的屈服极限的第一倍数；
83.或
84.s105
‑
2，硬件仿真结构的振动rms应力小于仿真物料的屈服极限的第二倍数；
85.或
86.s105
‑
3，硬件仿真结构的响应峰值与激励频率的差大于频率阈值；
87.以上任意一者情况下，均可认定为具有优化空间。
88.在图3的基础上，对于s106中的内容，本技术实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图7，s106包括：
89.s106
‑
1，在硬件仿真结构为壳类型仿真结构的情况下，对硬件仿真结构进行拓扑优化、形貌优化、形状优化以及尺寸优化。
90.s106
‑
2，在硬件仿真结构为实体类型仿真结构的情况下，对硬件仿真结构进行拓扑优化和形状优化。
91.需要说明的是，s106
‑
1和s106
‑
2之间没有执行顺序的限定，可以同步执行，也可以选择其中之一执行。
92.可选地，首先判断硬件仿真结构的单元类型。单元类型包括实体类型仿真结构和壳类型仿真结构。由于大多数实体类型仿真结构上下表面形状并不相等，无法记性网格移动，故实体类型仿真结构无法进行形貌优化。结构优化的目的主要用来详细设计结构各项
尺寸，该阶段会存在大量反复、尝试性工作。通过拓扑优化、形貌优化保证满足设计要求的前提下达到最优设计，并几何形状优化在应力集中点进行消除。将优化完成的模型进行网格修复，将网格需要调整的形状建立边界线，再将节点投影至边界线即可完成形状调整，具体如图8所示。将网格修复后的模型再次进行强度仿真验证，满足设计要求后即可输出设计方案，正向设计流程结束。
93.需要说明的是，实体类型仿真结构对应为铸造件，不能改变尺寸和形貌；壳类型仿真结构对应为冲压件，可以适当改变；形貌是指产品各段的弯曲幅度。
94.在图2的基础上关于，关于s103中的内容，本技术实施例还提供了一种可能的实现方式，请参考图9，s103包括：
95.s103
‑
1，依据目标仿真硬点在六自由度方向上的调整对受力载荷的影响，获取最适应点布置区域，作为新的目标仿真硬点。
96.可选地，可利用doe(灵敏度调节)方法确定零部件最佳布置硬点，doe方法通过迭代的方式计算出硬点六自由度方向上的调整对受力载荷的影响，从而判断最适应点布置区域，以此确定零部件大致轮廓，解决传统cae仿真分析前端问题。
97.本技术实施例提供的打捆机设计方法相对于试错法、实验法等耗时耗力的工作，使设计周期由200个工作日减少至15个工作日。本技术实施例提供的打捆机设计方法中的仿真流程贯彻整个正向开发设计过程，将cae仿真提前到了概念设计阶段，仿真与结构设计高度结合，在无cad数据时便可开始仿真，完美的实现了结构设计方案标准化，从而避免设计人员在设计初期由于设计经验不足而造成的不确定因素，同时也避免了企业人才流失而导致的技术断层，以此代替传统设计的经验法。
98.请参阅图10，图10为本技术实施例提供的一种打捆机设计装置，可选的，该打捆机设计装置被应用于上文所述的电子设备。
99.打捆机设计装置包括：仿真单元201和处理单元202。
100.仿真单元201，用于将草捆仿真数据作为联合仿真模型的输入，输出目标仿真硬点的当前载荷。
101.其中，目标仿真硬点为打捆机的活塞组件的仿真的安装硬点。
102.可选地，仿真单元201可以执行上述的s101。
103.处理单元202，用于判断当前载荷是否大于预设的载荷阈值；若是，对活塞组件的仿真的安装硬点进行优化，以确定新的目标仿真硬点；
104.其中，新的目标仿真硬点处于预设的硬点设置范围内。
105.可选地，处理单元202可以执行上述的s102和s103。
106.仿真单元201用于重复判断当前载荷是否大于预设的载荷阈值，直至当前载荷小于或等于预设的载荷阈值，依据目标仿真硬点确定硬件仿真结构，完成打捆机设计。
107.需要说明的是，本实施例所提供的打捆机设计装置，其可以执行上述方法流程实施例所示的方法流程，以实现对应的技术效果。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中相应内容。
108.本技术实施例还提供了一种存储介质，该存储介质存储有计算机指令、程序，该计算机指令、程序在被读取并运行时执行上述实施例的打捆机设计方法。该存储介质可以包括内存、闪存、寄存器或者其结合等。
109.下面提供一种电子设备，可以是电脑或服务器设备，该电子设备如图1所示，可以实现上述的打捆机设计方法；具体的，该电子设备包括：处理器10，存储器11、总线12。处理器10可以是cpu。存储器11用于存储一个或多个程序，当一个或多个程序被处理器10执行时，执行上述实施例的打捆机设计方法。
110.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
111.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
112.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
113.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
114.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。