吊具拓扑优化方法、装置、电子设备及可读存储介质与流程

1.本技术涉及计算机技术领域，具体而言，涉及一种吊具拓扑优化方法、装置、电子设备及可读存储介质。


背景技术：

2.在汽车生产线中，车身吊具是一种非常典型的加工设备，其可以将汽车车身移动到对应的工装位置，完成涂装、焊接、装配等工艺流程。汽车车身吊具形式多样，种类繁多。当前的车身吊具设计方案，是通过不断地初始设计、初始优化、制造、测试、再优化等这样反复迭代来完成车身吊具设计，这种设计方法耗时长、成本高，无法满足汽车生产线对车身吊具的高生产节拍要求。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供了一种吊具拓扑优化方法、装置、电子设备及可读存储介质，其能够通过一次拓扑优化设计就得到满足强度和刚度要求的车身吊具，可有效缩短车身吊具的设计过程，提升设计效率。
4.本技术的实施例可以这样实现：
5.第一方面，本技术实施例提供一种吊具拓扑优化方法，所述方法包括：
6.获得车身吊具的初始模型；
7.确定所述初始模型中的可设计区域及不可设计区域；
8.将所述可设计区域的密度作为设计变量，根据预设刚度要求及预设强度要求，采用变密度法，对所述初始模型中的所述可设计区域进行拓扑优化，得到目标拓扑。
9.在可选的实施方式中，所述将所述可设计区域的密度作为设计变量，根据预设刚度要求及强度要求，采用变密度法，对所述初始模型中的所述可设计区域进行拓扑优化，得到目标拓扑，包括：
10.确定拓扑优化三要素，其中，所述拓扑优化三要素包括：作为优化目标的车身吊具总质量，作为设计变量的所述可设计区域的密度，作为约束条件的预设刚度要求及预设强度要求，所述预设刚度要求为与刚度相关的函数，所述预设强度要求为与强度相关的函数；
11.根据所述拓扑优化三要素，采用变密度法，对所述初始模型中的所述可设计区域进行拓扑优化，得到所述目标拓扑。
12.在可选的实施方式中，所述确定所述初始模型中的可设计区域及不可设计区域，包括：
13.根据所述车身吊具的安装形式及承载形式，确定所述可设计区域及所述不可设计区域。
14.在可选的实施方式中，所述方法还包括：
15.根据所述目标拓扑，得到所述车身吊具的目标几何数模。
16.在可选的实施方式中，所述方法还包括：
17.根据目标几何数模、可选的吊具材料类型及加工方式，生成工程图。
18.在可选的实施方式中，所述根据目标几何数模、可选的吊具材料类型及加工方式，生成工程图，包括：
19.从可选的吊具材料类型中，选出目标吊具材料类型；
20.判断所述目标几何数模在使用目标吊具材料类型时是否满足所述预设刚度要求及预设强度要求；
21.在满足的情况下，根据所述目标几何数模、目标吊具材料类型及加工方式，生成所述工程图；
22.在不满足的情况下，根据所述目标吊具材料类型、所述预设刚度要求及预设强度要求，对所述目标几何数模进行优化，并根据优化后的目标几何数模、所述目标吊具材料类型及加工方式生成所述工程图，其中，优化后的目标几何数模在使用目标吊具材料类型时满足所述预设刚度要求及预设强度要求。
23.在可选的实施方式中，所述车身吊具为h型。
24.第二方面，本技术实施例提供一种吊具拓扑优化装置，所述装置包括：
25.模型获得模块，用于获得车身吊具的初始模型；
26.区域划分模块，用于确定所述初始模型中的可设计区域及不可设计区域；
27.优化模块，用于将所述可设计区域的密度作为设计变量，根据预设刚度要求及预设强度要求，采用变密度法，对所述初始模型中的所述可设计区域进行拓扑优化，得到目标拓扑。
28.第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器可执行所述机器可执行指令以实现前述实施方式中任意一项所述的吊具拓扑优化方法。
29.第四方面，本技术实施例提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述实施方式中任意一项所述的吊具拓扑优化方法。
30.本技术实施例提供的吊具拓扑优化方法、装置、电子设备及可读存储介质，在获得车身吊具的初始模型的情况下，确定该初始模型中的可设计区域及不可设计区域，然后将可设计区域的密度作为设计变量，根据预设刚度要求及预设强度要求，采用变密度法，对初始模型中的可设计区域进行拓扑优化，得到目标拓扑。如此，通过一次拓扑优化设计就可得到满足强度和刚度要求的车身吊具，该方式可有效缩短车身吊具的设计过程，提升设计效率。
附图说明
31.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他相关的附图。
32.图1为本技术实施例提供的电子设备的方框示意图；
33.图2为本技术实施例提供的吊具拓扑优化方法的流程示意图之一；
34.图3为图2中步骤s130包括的子步骤的流程示意图；
35.图4为本技术实施例提供的吊具拓扑优化方法的流程示意图之二；
36.图5为本技术实施例提供的h型车身吊具的拓扑优化示意图；
37.图6为本技术实施例提供的吊具拓扑优化装置的方框示意图。
38.图标：100-电子设备；110-存储器；120-处理器；130-通信单元；200-吊具拓扑优化装置；210-模型获得模块；220-区域划分模块；230-优化模块。
具体实施方式
39.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。
40.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。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
41.需要说明的是，术语“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。
42.请参照图1，图1为本技术实施例提供的电子设备100的方框示意图。所述电子设备100可以是，但不限于，电脑、服务器等。所述电子设备100可以包括存储器110、处理器120及通信单元130。所述存储器110、处理器120以及通信单元130各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。
43.其中，存储器110用于存储程序或者数据。所述存储器110可以是，但不限于，随机存取存储器(random access memory，ram)，只读存储器(read only memory，rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)，电可擦除只读存储器(electric erasable programmable read-only memory，eeprom)等。
44.处理器120用于读/写存储器110中存储的数据或程序，并执行相应地功能。比如，存储器110中存储有吊具拓扑优化装置200，所述吊具拓扑优化装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器110中的软件功能模块。所述处理器120通过运行存储在存储器110内的软件程序以及模块，如本技术实施例中的吊具拓扑优化装置200，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本技术实施例中的吊具拓扑优化方法。
45.通信单元130用于通过网络建立所述电子设备100与其它通信终端之间的通信连接，并用于通过所述网络收发数据。
46.应当理解的是，图1所示的结构仅为电子设备100的结构示意图，所述电子设备100
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。
47.请参照图2，图2为本技术实施例提供的吊具拓扑优化方法的流程示意图之一。所述方法可应用于上述电子设备100。下面对吊具拓扑优化方法的具体流程进行详细阐述。在本实施例中，所述吊具拓扑优化方法可以包括步骤s110～步骤s130。
48.步骤s110，获得车身吊具的初始模型。
49.在本实施例中，可根据车身吊具对应的设计空间要求，生成所述车身吊具的初始模型。其中，所述设计空间要求可以为用于描述所述车身吊具尺寸的要求。所述初始模型的形状符合所述车身吊具的大致形状要求，并且包括安装区域及承载区域。比如，所述初始模型具有h型吊具的大致形状，包括用于安装吊具的安装区域及钩吊汽车车身的承载区域。可以理解的是，所述车身吊具可以为各类形状的车身吊具，上述h型车身吊具仅为举例说明。
50.步骤s120，确定所述初始模型中的可设计区域及不可设计区域。
51.在获得所述初始模型的情况下，可结合实际需求，将所述初始模型的区域划分为可设计区域及不可设计区域。其中，所述可设计区域为可以更改的区域，所述不可设计区域为不可以改变的区域。
52.作为一种可选的实施方式，可根据所述车身吊具的安装形式及承载形式，确定所述可设计区域及所述不可设计区域。比如，将所述车身吊具的安装区域及承载区域确定为所述不可设计区域，将其余区域确定为所述可设计区域。
53.步骤s130，将所述可设计区域的密度作为设计变量，根据预设刚度要求及预设强度要求，采用变密度法，对所述初始模型中的所述可设计区域进行拓扑优化，得到目标拓扑。
54.请参照图3，图3为图2中步骤s130包括的子步骤的流程示意图。在本实施例中，步骤s130可以包括子步骤s131及子步骤s132。
55.子步骤s131，确定拓扑优化三要素。
56.子步骤s132，根据所述拓扑优化三要素，采用变密度法，对所述初始模型中的所述可设计区域进行拓扑优化，得到所述目标拓扑。
57.在本实施例中，所述拓扑优化三要素可以包括：作为优化目标的车身吊具总质量，作为设计变量的所述可设计区域的密度，作为约束条件的预设刚度要求及预设强度要求。其中，所述预设刚度要求为与刚度相关的函数，所述预设强度要求为与强度相关的函数。
58.也即，可以车身吊具总质量为优化目标函数，以车身吊具的可设计区域的密度为设计变量，以车身吊具在极端载荷作用下的mises应力(强度)和位移(刚度)为约束函数，采用变密度法进行拓扑优化，完成汽车车身吊具的概念设计，从而得到所述目标拓扑。其中，当可设计区域的密度为0时，表示该处没有材料；当可设计区域的密度为1时，表示该处材料完全保留。如此，在满足结构强度和刚度的前提下，可有效缩短车身吊具的设计过程，并实现吊具结构轻量化，以达到整个汽车生产线的轻便、节能。
59.请参照图4，图4为本技术实施例提供的吊具拓扑优化方法的流程示意图之二。在本实施例中，在步骤s130之后，所述方法还可以包括步骤s140。
60.步骤s140，根据所述目标拓扑，得到所述车身吊具的目标几何数模。
61.在本实施例中，在获得所述目标拓扑之后，可通过几何模型重构，得到所述目标几
何数模。
62.请再次参照图4，所述方法还可以包括步骤s150。
63.步骤s150，根据目标几何数模、可选的吊具材料类型及加工方式，生成工程图。
64.在本实施例，为便于后续制造该车身吊具，还可以根据目标几何数模、可选的吊具材料类型及加工方式，生成工程图。其中，不同的吊具材料类型可以对应不同的尺寸及厚度，即对应不同的密度。
65.可选地，可结合实际需求从可选的吊具材料类型中，选出目标吊具材料类型。然后根据该目标吊具材料类型对应的密度，判断所述目标几何数模在使用目标吊具材料类型时是否满足所述预设刚度要求及预设强度要求。在满足的情况下，根据所述目标几何数模、目标吊具材料类型及加工方式，生成所述工程图。
66.在不满足的情况下，根据所述目标吊具材料类型、所述预设刚度要求及预设强度要求，对所述目标几何数模进行优化，并根据优化后的目标几何数模、所述目标吊具材料类型及加工方式生成所述工程图。其中，优化后的目标几何数模在使用目标吊具材料类型时满足所述预设刚度要求及预设强度要求。
67.下面结合图5以车身吊具为h型车身吊具为例，对上述吊具拓扑优化方法进行举例说明。
68.首先基于设计空间，建立h型车身吊具的初始模型。该初始模型具有h型吊具的大致形状，并且有吊具的安装区域和汽车车身钩吊的区域。然后，将该初始模型中的吊具安装区域及汽车车身钩吊区域划分为不可设计区域，其余区域划分为可设计区域。比如，将初始模型的上侧的两端、以及底部的四个角确定为可设计区域。
69.接着，确定拓扑优化三要素：以总质量最小为目标函数，以可设计区域密度为设计变量，以吊具结构在极端载荷下的应力和变形为约束条件(使优化后的结构满足强度和刚度要求)。进而进行拓扑优化，得到初步几何数模(即目标拓扑)。
70.对初步几何数模进行重构，得到目标几何数模。进而根据材料类型和加工工艺进行详细设计，得到最后的车身吊具cad模型，并出具工程图。如此，可达到出具加工工程图纸，实现快速设计的目的。
71.本技术实施例提供的吊具拓扑优化方法，可有效解决车身吊具种类多、设计任务重、强度刚度难以保证、吊具结构笨重等技术难点，达到整个汽车生产线的轻便、节能。
72.为了执行上述实施例及各个可能的方式中的相应步骤，下面给出一种吊具拓扑优化装置200的实现方式，可选地，该吊具拓扑优化装置200可以采用上述图1所示的电子设备100的器件结构。进一步地，请参照图6，图6为本技术实施例提供的吊具拓扑优化装置200的方框示意图。需要说明的是，本实施例所提供的吊具拓扑优化装置200，其基本原理及产生的技术效果和上述实施例相同，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。所述吊具拓扑优化装置200可以包括：模型获得模块210、区域划分模块220及优化模块230。
73.所述模型获得模块210，用于获得车身吊具的初始模型。
74.所述区域划分模块220，用于确定所述初始模型中的可设计区域及不可设计区域。
75.所述优化模块230，用于将所述可设计区域的密度作为设计变量，根据预设刚度要求及预设强度要求，采用变密度法，对所述初始模型中的所述可设计区域进行拓扑优化，得
到目标拓扑。
76.可选地，在本实施例中，所述优化模块230具体用于：确定拓扑优化三要素，其中，所述拓扑优化三要素包括：作为优化目标的车身吊具总质量，作为设计变量的所述可设计区域的密度，作为约束条件的预设刚度要求及预设强度要求，所述预设刚度要求为与刚度相关的函数，所述预设强度要求为与强度相关的函数；根据所述拓扑优化三要素，采用变密度法，对所述初始模型中的所述可设计区域进行拓扑优化，得到所述目标拓扑。
77.可选地，在本实施例中，所述区域划分模块220具体用于：根据所述车身吊具的安装形式及承载形式，确定所述可设计区域及所述不可设计区域。
78.可选地，在本实施例中，所述优化模块230还用于：根据所述目标拓扑，得到所述车身吊具的目标几何数模。
79.可选地，在本实施例中，所述优化模块230还用于：根据目标几何数模、可选的吊具材料类型及加工方式，生成工程图。
80.可选地，在本实施例中，所述优化模块230还具体用于：从可选的吊具材料类型中，选出目标吊具材料类型；判断所述目标几何数模在使用目标吊具材料类型时是否满足所述预设刚度要求及预设强度要求；在满足的情况下，根据所述目标几何数模、目标吊具材料类型及加工方式，生成所述工程图；在不满足的情况下，根据所述目标吊具材料类型、所述预设刚度要求及预设强度要求，对所述目标几何数模进行优化，并根据优化后的目标几何数模、所述目标吊具材料类型及加工方式生成所述工程图，其中，优化后的目标几何数模在使用目标吊具材料类型时满足所述预设刚度要求及预设强度要求。
81.可选地，在本实施例中，所述车身吊具为h型。
82.可选地，上述模块可以软件或固件(firmware)的形式存储于图1所示的存储器110中或固化于的电子设备100的操作系统(operating system，os)中，并可由图1中的处理器120执行。同时，执行上述模块所需的数据、程序的代码等可以存储在存储器110中。
83.本技术实施例还提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的吊具拓扑优化方法。
84.综上所述，本技术实施例提供一种吊具拓扑优化方法、装置、电子设备及可读存储介质，在获得车身吊具的初始模型的情况下，确定该初始模型中的可设计区域及不可设计区域，然后将可设计区域的密度作为设计变量，根据预设刚度要求及预设强度要求，采用变密度法，对初始模型中的可设计区域进行拓扑优化，得到目标拓扑。如此，通过一次拓扑优化设计就可得到满足强度和刚度要求的车身吊具，该方式可有效缩短车身吊具的设计过程，提升设计效率。
85.在本技术所提供的几个实施例中，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。
86.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。
87.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。
88.以上所述仅为本技术的可选实施例而已，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。