CN112771461A - 自动化生产建筑木制品 - Google Patents

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CN112771461A CN201980063850.7A CN201980063850A CN112771461A CN 112771461 A CN112771461 A CN 112771461A CN 201980063850 A CN201980063850 A CN 201980063850A CN 112771461 A CN112771461 A CN 112771461A
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Abstract

本发明公开了一种制作按订单生产的定制尺寸的建筑木制品的系统和方法，包括：木接头的设计，在单个建筑木制品单元的整体结构设计中部署所述木接头的系统，以及在线设计和订购，自动编写机器代码，自动化零件准备以及简化现场安装的方法。随着制造定制建筑构件的自动化和数字代码的生成，这种方法使形成分布式制造中心成为可能。与传统的定制木工车间相比，通过所述方法，所述中心能够以最小的重新组装和/或培训量更高效且更有效的生产定制木制品。

Description

自动化生产建筑木制品
背景技术
当今，对于建筑木制品的生产有两种基本市场解决方案。这些方案主要包括制造预先确定尺寸的单元或采用自动化程度较低的方法生产定制单元。尽管第一种方法可能更经济实惠，但当安装场地的总体尺寸无法容纳固定尺寸的单元时，实际的施工情况往往至少需要将这两种方法相结合，这将导致在单元的购买和基本安装以外，还需要设计和协调的额外费用。针对复杂的对象和空间问题的解决方案，如针对在空间内设计和协调定制的建筑木制品，可能需要使用草图和建模软件。当前的软件解决方案可能需要相当多的绘图专业知识并需要熟悉设计问题。考虑现有技术，生成初始有效解决方案所需的时间和技能可能会成为获得定制建筑木制品的重要障碍。非自动化方法比自动化方法的定制单元的设计和生产的成本更高，但质量可能更高。因此，有必要开发一种自动化的设计和制造工艺流程，以创造高质量、按订单生产的建筑木制品，且所述建筑木制品可定制，成本合理。
发明内容
本发明公开一种构造单元的方法，一种设计单元的方法及一种计算机程序产品，具体地公开了一种制作按订单生产的定制尺寸的建筑木制品的系统和方法，包括：木接头的设计，在单个建筑木制品单元的整体结构设计中部署所述木接头的系统，以及在线设计(包括自动化设计辅助)和订购的方法，自动编写机器代码的方法，机器零件准备方法以及简化现场安装的方法。随着自动化并生成制造定制建筑构件的数字代码，这种方法使形成分布式制造中心成为可能。与传统的定制木工车间相比，通过所述方法，所述中心能够以最小的重新组装和/或培训量更高效且更有效的生产定制木制品。
附图说明
通过以下对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的实施例的优点将变得显而易见，该描述应结合附图进行考虑，在附图中，相同的标号表示相同的元件，其中：
图1为制作按订单生产的定制尺寸的建筑木制品工艺流程示意图；
图2为工艺流程中的单元的示例性实施例示意图；
图3为工艺流程中的带有搁板的单元的示例性实施例示意图；
图4为工艺流程中的集合的示例性实施例示意图；
图5为工艺流程中的设计辅助的示例性实施例示意图；
图6为工艺流程中的边缘类型的示例性示意图；
图7为工艺流程中的接头类型的示意图；
图8为工艺流程中的数控机床(CNC Machine)的示意图；
图9为工艺流程中的装配单元的示意图；
图10为工艺流程中的安装的示意图；
图11A为工艺流程的示例性项目和参数示意图；
图11B为工艺流程的示例性项目和参数示意图；
图12A为工艺流程的编码边缘类型示意图；
图12B为工艺流程的编码边缘类型示意图；
图12C为工艺流程的编码边缘类型示意图；
图13为使用工艺流程的分布式制造的示意图；
图14为工艺流程的示例性连接类型示意图；
图15为工艺流程的另一示例性连接类型示意图；
图16为工艺流程的另一示例性连接类型示意图；
图17为工艺流程的另一示例性连接类型示意图；
图18为工艺流程中示例性机器代码生成示意图；
图19为工艺流程中制作预编程和参数化单元对象的示意图；
图20为工艺流程中的示例性参数化零件数控几何结构(CNC geometry)计算示意图；
图21为工艺流程中的相对于点对象间距的每个边缘的示例性接头示意图；
图22为工艺过程的另一示例性接头类型示意图；
图23为工艺过程中具有一种边缘类型和两种接头类型的示例性面板示意图；
图24为工艺过程中的示例性室内设计产品示意图；
图25A为示例性建筑系统产品示意图；
图25B为示例性建筑系统产品示意图；
图25C为示例性建筑系统产品示意图；
图25D为示例性建筑系统产品示意图；
图25E为示例性建筑系统产品示意图；
图25F为示例性建筑系统产品示意图；
图25G为示例性建筑系统产品示意图；
图25H为示例性建筑系统产品示意图；
图25I为示例性建筑系统产品示意图；
图25J为示例性建筑系统产品示意图；
图25K为示例性建筑系统产品示意图；
图25L为示例性建筑系统产品示意图；
图25M为示例性建筑系统产品示意图；
图26为接头类型的示例性实施例示意图；
图27A为具有2层的集合的示例性实施例示意图；
图27B为具有3层的集合的示例性实施例示意图；
图27C为具有4层的集合的示例性实施例示意图；
图28为不同集合的示例性实施例示意图；
图29为划分为最大和最小数量的子集合的集合的示例性实施例示意图；
图30为集合插入功能的示例性实施例示意图；
图31为集合删除功能的示例性实施例示意图；
图32为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图33为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图34为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图35为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图36为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图37为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图38为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图39为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图40为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图41为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图42为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图43为集合编辑功能的示例性实施例示意图；
图44为房间布局的示例性实施例示意图；
图45为生成房间布局的示例性方法示意图；
图46为预编程布局类型的示例性实施例示意图；
图47为墙布局的示例性实施例示意图；
图48A为生成墙设计布局的方法的示例性实施例示意图；
图48B为生成墙设计布局的方法的示例性实施例示意图；
图49为生成集合的方法的示例性实施例示意图；
图50为生成墙设计布局的方法的示例性实施例示意图；
图51为自动生成集合设计的方法的示例性实施例示意图；
图52为具有个体的适合度分数的不同集合的示例性示意图；
图53A为集合生成器功能的示例性实施例示意图；
图53B为集合生成器功能的示例性实施例示意图；
图54为集合编辑功能的输入和输出的示例性实施例示意图；
图55为用于解决设计问题的方法的示例性实施例示意图。
具体实施方式
本发明的各个方面在以下针对本发明具体实施例的描述和相关附图中公开。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以设计出替代实施例。另外，将不详细描述或将省略本发明的示例性实施例的众所周知的元件，以免模糊本发明的相关细节。此外，为了促进对描述的理解，下面对本文使用的几个术语进行讨论。
如本文所使用的，“示例性”一词意指“用作示例、实例或说明”。本文所描述的实施例不限于此，而是仅为示例性的。应当理解，所描述的实施例不一定被解释为优选于或优于其他实施例。此外，术语“本发明的实施例”、“实施例”或“发明”并不要求本发明的所有实施例包括所讨论的特征、优点或操作模式。
此外，根据将由例如计算设备的元件执行的动作序列来描述许多实施例。应当认识到，本文所描述的各种动作可以由特定电路(例如，应用特定集成电路(ASIC))、由一个或多个处理器执行的程序指令或者由两者的组合来执行。另外，本文中描述的这些动作序列可被认为完全体现在任何形式的计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质中存储了相应的计算机指令集，所述计算机指令集在执行时将使相关联的处理器执行本文中描述的功能。因此，本发明的各个方面可以以多种不同的形式来体现，所有这些形式都被设想在所要求保护的主题的范围内。另外，对于本文所描述的每个实施例，任何此类实施例的对应形式可以在本文中描述为例如“配置为”执行所描述的动作的逻辑。
根据示例性实施例，并参照附图，可以描述自动化制造建筑木制品的系统和方法。根据示例性实施例，这样的系统和方法可以以具有竞争力的价格生产具有更大存储空间和可定制尺寸的更高质量的建筑木制品。通过设计木接头和在建筑木制品单元中部署木接头的系统，可以提高产品的结构完整性。可以通过自动计算用于自动化零件准备的机床代码工艺来有效创建自定义尺寸的木单元。因此，可以以类似于批量生产标准形状和尺寸的单元的效率来生产定制建筑产品。制造业可以分布到区域中心的网络中(可与现有的第三方车间进行协调或合作)；与集中式制造中心相比，可提高运输成本的效率，并使公司能够更容易的扩展和适应市场需求的变化。此外，通过创建和实际应用自动化在线客户驱动设计工具，依据定制设计参数完全自动化定制零件制造的能力可以创造更高效率。
根据示例性实施例，制造工艺可以自动化的创建具有可定制尺寸的高质量，按订单制造的建筑木制品。这样的工艺可以适用于所需的木制品结构，包括但不限于存储柜，架子，独立式壁橱，书柜，储物箱和洗手盆。与常规工业批量生产方法相比，自动化制造工艺可能具有很多好处。例如，可以免于尺寸可变的木制品创建工艺中的手动切割和测量，并且可以集成高效的客户驱动设计和安装技术。
另外，与常规解决方案相比，该产品可以具有结构效益。重复制造用于连接零件的拟议设计可能很耗时，需要熟练的木工，并且使用常规的定制方法可能会导致成本过高。这些连接的设计以及将它们集成到具有机器精度的大规模生产工艺中的方法可以提供更高强度(更耐用)的产品，同时使用更少的材料(更多的存储空间)。
现在转到示例性的图1、2、3、4和5，图1为用于制作按订单生产的定制尺寸的建筑木制品的工艺流程100的示例图。根据示例性实施例，该工艺流程可以包括五个主要阶段：设计阶段110、审查阶段120、订购阶段130、制造阶段140和安装阶段160。在示例性实施例中，木制品的开发可以从客户发起的项目开始，并以交付协调的定制木制品单元集合以供安装结束。而且，在示例性实施例中，所述工艺流程可以提供基于网络的界面，并且可以允许客户来驱动设计工艺流程，并且软件可以生成用于订购，制造，运输和安装木制品的数据和文档。与传统做法相比，这种工艺流程可以提供减少总体人工，时间，失误和成本的机会。
所述工艺流程100可以以开启所述设计阶段110或修复界面102的选项开始。设计界面112可以呈现直观的用户界面。用户随后可以使用所述用户界面来设计项目114，所述用户界面可以向所述用户提供设计辅助。在下一示例性步骤中，所述用户可以输入项目参数116(关于项目参数的示例，参见图11)，例如期望尺寸。
接下来，可以开启所述审查阶段120。在所述审查阶段120的第一示例性步骤中，软件可以对用户项目建模122。随后，可以查看项目124。客户可以基于网络的二维和/或三维表示形式查看项目。实施例还可以允许客户查看虚拟现实和增强现实格式。一些客户可能会对一件家具在网上的外观持谨慎态度，而可能会试图亲自查看产品。虚拟现实和增强现实可以让客户像在自己的房间里或就在他们面前一样查看所述项目。所述客户可以完整的查看包括所有集合和单元的所述项目，以及在一个框架内单独查看每个单元。通过隔离这些集合或单元，软件可以方便的使用设计辅助工具来调整参数，例如尺寸和对齐。客户随后可以将所述项目的自定义数字模型下载为2D和3D格式的计算机辅助设计(CAD)文件。这可以有助于协调较大的项目，所述较大项目可与所述单元或集合相结合。在另一示例性实施例中，可以以3D打印的格式下载缩放的3D模型。在所述审查阶段120的另一示例性步骤中，所述客户可以查看项目数据126。所述项目数据可以包括订购前最终审查和批准的信息，例如每个单元和项目成本的说明。
在下一示例性阶段中，可以订购产品(订购132)以开启所述订购阶段130。当客户下订单订购132，软件就可以处理订单134。在处理订单134时，软件可以将所述订单保存到在线账户，并且还可以生成装配数据，安装数据，订单运送数据，订单跟踪数据，图纸，模型和参考说明以方便装配156和安装阶段160。
在完成所述订购阶段130后，可以开启所述制造阶段140。在所述制造阶段140的第一示例性步骤中，可以计算制造数据142。所述制造数据可以在图18中进一步示出。所述制造数据可以生成材料列表144，生成用于指导切削，铣削，蚀刻，铣削，锯切，弯曲，成型，焊接，钉扎，粘合，胶合，攻丝，打磨，喷漆，精加工，托举，输送，拣选和切割的机床代码146和/或实现机床操作(例如，用于数控机床CNC machine)，可以提供装配数据148，并且可以提供数据以促进安装过程。示例性装配数据可包括用于跟踪零件、定向零件、按顺序装配零件、拾取零件、托举零件、传送零件、连接零件、编目单元硬件、识别单元硬件位置、安装单元硬件、拾取单元、托举单元、传送单元、精加工单元、包装单元，和编目单元邻接体的数据。用于促进安装过程的数据的示例可包括用于在总设计空间内识别单元位置的数据，(例如一个厨房，将其中物理单元与自动生成的物理图形或与在个人计算机或增强现实设备上自动生成的可视化图形和模型的单元进行比较)。现场组装，并提供现场安装说明(例如单元安装顺序)。可以通过各种方法将装配数据以静态文本或交互式文本、图形以及建模插图的形式传递给制造中心。
示例性可视化格式可以包括自动生成的用于零件标识、定向、装配顺序和零件邻接索引的标签。这些标签可以自动打印，并可以手动或使用机器设备自动地临时粘贴到所述零件上。更复杂的数据和指令可以作为增强现实设备或任何其他类型的图形用户界面的程序传送到所述制造中心。增强现实模型(或在如个人计算机或移动设备的其他计算设备上观看的模型)和可视化可以提供对装配数据的访问，且可以向制造商提供在为一个或多个单元的装配而设计的单个程序内完成任务所需的信息。这可以允许公司去创建程序，自动设计并向制造商交付定制单元的模型，而不需考虑制造商装配类似单元的经验水平。一些制造商可以使用该模型来访问有限信息，同时其他制造商可以使用相同的模型来访问更多信息，进而增加了他们组装单元的信心。各种经验的培训手册都可以嵌入到任何给定单元的装配数据中。随着新制造商对制造过程的熟悉，可以使组装过程中的错误最小化。
装配数据也可以电子方式传送到制造中心的可编程设备(例如带有电子显示器的推车)，以协助零件和单元的成型，装配，运输，分类和运输。由于项目订单的每个零件都是唯一的，识别、分类和跟踪零件对于定制单元可能是相当大的挑战。可以为所述推车创建程序，其中显示面板可以与所述推车的槽或容器相连，且可以指示用于放置具有独特识别标记的零件的位置，所述独特识别标记与所述推车的显示面板上的标识相对应。从数控机床或装配站的固定装置上取下零件后，可以将所述零件快速放置在所述推车的容器或槽中。当将所述零件从数控机床或装配站的托举装置上取下时，可以将所述零件快速放置在所述推车的容器或槽中。所述程序可以指示所述推车中每个零件的位置，以便可以将所述零件从所述推车中快速且有序的拾取以放置在另一个数控机床的托举装置上或按顺序组装。例如，推车可以包含一个项目的两个单元的零件。
可以排列所述推车中的零件，以便制造商可以按照组装顺序快速选择第一单元的零件，随后按照装配顺序快速挑选第二单元的零件。随后可以对所述推车进行重新编程以用于其他单元的零件，或用于将已装配单元分类并运送到另一个制造站，如精加工站。所述软件随后可以使用所述材料列表为所述项目订购材料150(即先前计算制造数据142中的所述材料)。一个工艺流程中使用的材料示例为预先加工成行业标准尺寸的原料，例如薄木板，木板，薄泡沫板，薄金属板，薄塑料板，薄玻璃板，管道，管子以及其他金属和塑料挤压件。
在下一步骤中，可以将所述材料从供应商运送到成型位置(递送材料152)。在所述成型位置处，可以使用例如数控机床或通过其他方式使所述材料成型(切割材料154)。零件成型的示例可以包括切削，铣削，铣削，成型，弯曲和锯切。在成型之后，可以装配所述成型材料(装配156)。随后可以对所述成型材料进行精加工158，例如打磨，染色和喷涂已组装单元。所述材料可以在成型之前，成型之后精加工，或者完全不精加工。
最后阶段可以是所述安装阶段160。可以将产品从切割位置和装配位置运送到安装位置(运送162)。或者可以将产品存储在区域制造中心或另一个存储中心以方便提货。在最后的步骤中，客户可以安装所述单元(安装164)。
现在参考图2、图3、图4和图5，图2可以为设计工艺流程中的单元的示例性实施例。图2中“w”，“d”和“h”可以表示所需对象的宽度(width)，深度(depth)和高度(height)。客户可以输入参数来指定所述宽度，所诉深度和所述高度，或者可以使用推荐规格集合。在示例性图3中，示出了在设计过程中具有可选隔板的单元的示例性实施例。除了图2所示的全局参数外，每个单元还可以具有用于添加隔板，抽屉，门等的内部参数。现在参考图3，可以选择，移动或移除所述隔板。此外，可以复制所述隔板，且可以在设计中放置其他相同的隔板。图4示出了设计过程中的集合的示例性实施例。可以对齐图4中所述集合，使得它们具有相同的高度和深度。如果所述单元配置为组合成互联集合，则内壁202可以是未精加工的且可以装配有用于连接两个壁的接头或其他装置。
根据示例性实施例，所述工艺流程可以从所述设计阶段开始，所述设计阶段可以包括使用预编程元件的客户驱动设计。在示例性实施例中，所述客户可以发起一个项目，所述项目定义为在基于网络的三维图形用户界面中呈现的一个或多个单元和/或一组或多组单元集合(如图11A所示)。图5示出了设计过程中的设计辅助的示例性实施例。每个单元都可以在默认放样位置添加到基于网络的三维模型中，所述的默认放样位置为相对于模型中已定位的原点或对象客户所定义的一组坐标(x，y，z)，或者通过将添加的单元的一侧与已经定位在模型中的单元的选定侧相关联，以形成如图4和图5所示的集合。根据示例性实施例，集合的形成可以允许软件对相邻单元进行分类。一个集合中存在多少个相邻单元没有限制。此信息可用于生成自定义文档和简化安装过程的链接。
根据示例性实施例，如图5所示，图形用户界面的其他设计辅助特征可以包括用于对齐和设置等尺寸单元的功能。在示例性实施例中，所述对齐功能可通过识别目标平面来促进两个或多个侧面与平行平面对齐。对于每个受操纵单元，所述功能可以计算数值，所述数值可以增加或减少其垂直于所述目标平面的整体尺寸。此外，在示例性实施例中，另一功能可以重新计算所选单元的等值矢量参数，以使得参数的方向平行，并且其和值由客户端定义。
根据一个示例性实施例，在所述设计阶段结束时，可以开启所述审查阶段。系统可以计算并呈现二维和三维计算机生成的可视化效果，项目参数列表(例如，单元的类型，尺寸，门/抽屉/搁板的数量)以及项目成本。可选地，客户可以将这些内容下载为可由计算机辅助设计软件可读取的文件，以集成到需要更好协作的更大项目的设计中。项目参数可以保存为建造者的封闭专有规范。如果客户接受，则可以开启订单处理阶段。在示例性实施例中，订单处理可以由软件来执行，所述软件将每个单元的设计参数作为输入并输出机器指令的列表，所述机器指令用于零件的自动切割，从而为制造阶段做准备的。所述机械指令可能包括详细信息，例如每个构件的高度和宽度，构件的数量以及每个构件的形状。可以将这些构件切割成矩形。可以切割所述构件的边缘以形成突起或孔以连接在一起，以使一个构件的边缘可以与另一个构件的边缘连接。
现在参考示例性图6和图7，示出了不同的示例性接头类型和边缘。每个单元可以是表面和边缘类型的编程集合。如图6和7所示，每个边缘类型可以是接头集合。可以考虑任何类型的接头或任何类型的接头组合。图6示出了各种接头的应用，锤头榫卯接头602，榫卯接头604，拼接接头606和机械紧固件608。一个或多个榫眼和锤头榫卯接头602可用于以90°角将两个构件的边缘或角连接在一起。一个或多个榫卯接头604可以将一个构件的边缘或角连接到另一构件的内部。一个或多个拼接接头606可以将一个构件的角或边缘连接到另一构件的角或边缘，使得两个构件沿着同一平面延伸以形成一个平面构件。此外，一个或多个机械紧固件可以连接两个构件，两个所述构件可以堆叠在彼此的顶部或相邻，使得两个所述构件的表面平行并连接。
图7示出了用于接合两个木材平面零件的各种方法。通过使用一个类似于燕尾细木工的工艺可以形成一个90度的角702，所述90度的角中两零件的边缘互锁。通过在一构件的内部制作孔和在另一构件的边缘上制作相应尺寸的突起可以形成T型对接704，所述T型对接704为一构件的边缘与另一构件的中心或内部连接。此外，拼接接头706可以连接两个不同厚度的木材平面零件，使得两个构件以一个构件从另一个构件末端延伸的形式沿着同一平面延伸以形成一个平面构件。此外，图7也示出了一种连接两个平行平面零件的方法，其中一个零件可以有嵌入的插入螺母708，并且可以连接到另一个有与所述螺母708啮合的螺钉710的零件。其他各种类型的接头可实施到构件中，例如燕尾榫或榫槽接头。
接头数量和每个接头之间的间距(如图21所示)可根据所述设计阶段定义的参数公式化计算。软件可以计算由非金属材料(例如胶合板和实心硬木)的薄平板和/或板构成每个单元所需的所有接头和零件的机器代码。零件可以在算法上在二维平面上排列进行机械切割(这个功能可以称为嵌套)，所述零件在二维平面的x方向和y方向的长度相当于物理材料的尺寸。如图8所示，软件随后可以为计算机数字控制(数控，CNC)打槽机输出机器可读的数字文件。
现在参考示例性图8，示出了CNC打槽机。数控机床可以具有槽刨802，所述槽刨802可以是主切削元件。所述槽刨802可以旋转并且可以装配切割表面。所述槽刨802可以连接到多个导轨，所述导轨可以允许所述槽刨沿所述数控机床的平台804移动到任何地方。将待切割的片状材料806放置在所述平台804的顶部，以使所述槽刨可以切割所述材料806的任何部分。可以将单个片状材料806切割成多个零件807。固定的x轴导轨808可以固定到所述数控机床的侧面。y轴轨道810可以与所述x轴导轨808垂直连接，从而允许所述y轴导轨810沿着所述x轴导轨808移动。z轴电枢812与所述y轴导轨810可移动连接，以使所述z轴电枢812可以沿所述y轴导轨810在任何方向上滑动。由于所述y轴导轨810还可以沿所述x轴导轨808滑动，因此所述z轴电枢812可以沿所述数控机床的平台的平面在x和y方向上移动到任何地方。此外，所述z轴电枢812可在垂直方向上朝着所述平台804和待切割的所述材料806向下移动。在本示例中，用于支撑材料的设备可以是真空平台804。其他数控车床的示例包括具有用于支撑材料并数字控制工具运动以使各种材料类型的零件(例如图25中所示零件)成型的设备的机床，所述工具包括增材和减材制造工具头。所述材料支撑装置也可以是数字控制的，且能够在处理或成型材料时在x轴、y轴、z轴或三者的任意组合中移动所支撑的材料。
切削后，可以从机床上卸下零件并进行装配。每个零件都可以具有一个识别标签，所述识别标签指示单元类型以及如图9所示的位置和组装顺序。相邻的零件可以通过胶水和摩擦力固定在一起。缺乏刚性是人造木的普遍缺点，通常可以通过使用重型机械紧固件和较厚、较高质量的材料来克服这一缺点。本发明所提出方法中的互锁细木工可以用最小厚度的材料产生优异的刚性，从而减少了在寄回损坏的单元时潜在的时间消耗，同时增加了客户的可用存储区域。可以使用单个工具(例如槌)和简单的技术(例如锤击)装配零件。因为复杂的切削可以由软件计算并由数控车床执行，所以用于装配质量和刚度优异的定制尺寸木制品所需的劳动技能就更少了。
现在参考示例性图10，图11A和图11B，示出了集合的组装过程。如图10所示，集合1000可以是多个产品的组合(例如，给定的集合1000可以包括具有门的单元1002，所述门本身构成单元1004，或可以包括将单元1002定义在单元1004内而形成的存储柜，例如作为存储柜的行或列)。在设计阶段，可以将单元1002和单元1004的尺寸设计为相似，以使它们可以彼此相邻放置形成一个单元。机械紧固件可用于连接所述单元1002和所述单元1004。如图10和图7所示，所述机械紧固件可以是单元1002中的螺钉710，所述螺钉710与单元1004中对应的螺母708啮合。根据所述单元的尺寸或结构，可使用多个机械紧固件。在示例性实施例中，所述单元1002和所述单元1004可以具有相等的高度和深度。
图11A示出了壁装式存储柜1100的示例性实施例。所述存储柜可以是多个单元的组合。在本示例性实施例中，双柜单元1102与单柜单元1104连接。它们可以通过粘合剂，螺钉和螺母或任意其他技术来连接。此外，调平平台1106可以置放在所述双柜单元1102和所述单柜单元1104的下方。所述调平平台1106可以固定附接到单元上，也可以固定到墙壁上。
图11B可以是与图11A中的示例性存储柜单元有关的单元参数的示例性实施例。设计软件可以根据用户的规格记录这些参数，或者其中一些参数可以由所述软件自动填充。可以记录的潜在参数包括单元的类型，宽度，高度，深度，外围设备的数量和邻接体。所述单元的类型可以是特定样式，也可以指其要安装的位置或地点。所述外围设备的数量可以包括门，架子，窗户或其他可以安装或连接到家具上的固定装置。进一步的，可以包括每个外围设备的宽度，深度和/或高度。邻接体的参数可以包括关于哪些单元可以与所描述的单元直接相邻或附接到所描述的单元的信息。
例如，在图11A中，所述双柜单元1102与所述单柜单元1104相邻且附接，因此所述双柜单元1102的示例性邻接体的参数可以包含定义所述单柜单元1104连接到的侧边(例如左侧)和连接方法(在本示例性情况下可以是螺钉和螺母)的信息。所述双柜单元1102的另一邻接体的参数可定义所述双柜单元1102底部的调平平台1106，并可实施螺钉/螺母连接方法。在另一个示例性实施例中，附接方法可以是粘合剂，或者可以是所需的任何其他附接方法。此外，可以以邻接图1110的形式存储或查看邻接信息。所述邻接图1110示出了哪些物品彼此附接以及它们的附接位置。另外，所述邻接图1110可以存储边缘类型信息。
在示例性实施例中，边缘类型信息可以存储在单元的3D模型中，如图12A中所示，其中边缘由边缘类型符号表示。在示例性图12A中，边缘可以用“e”表示，边缘的类型可以用e下面的下标表示。例如，e2B可以表示榫形边缘，所述榫形边缘可以配置为接合到相应卯形边缘，所述卯形边缘以e2A表示的。如图12B所示，在示例性实施例中，可以用预期边缘的实际图形来替代表示边缘。组装单元1200可以是三维模型，其示出了所创建的所有边缘和相应的接头。
现在参考示例性图12C，可以用插图示出单元的边缘类型。软件可以自动计算每个构件边缘的位置和类型。随后可以以数控车床可读的格式保存边缘信息。数控车床可以切削和钻孔零件。因此，可以减少如切削、钻孔或测量所述零件的人力劳动。另外，例如图12C中的水平件1202，某些零件的边缘轮廓可以参考门1204的内表面，以及可以沿着所述门1204的一部分延伸，以使所述门1204的一部分变薄以便容纳所述水平件1202，从而使存储空间最大化。除了结构刚度外，边缘细节还可以产生镶嵌外观，例如两个边缘由不同的材料组成。
定制木制品的客户定义参数的制造数据(数控车床代码、装配指令和相关项目元数据)的自动化可以实现如图13所示的分布式制造网络的实际实施方法。客户1302可以通过设计界面1304来下订单。如先前所讨论的，所述设计界面1304可以接收客户输入，随后可以计算制造数据1306。所述计算制造数据1306可以是可由数控机床读取的代码的形式。随后可以将所述制造数据1306发送到制造中心1308。另外，所述软件还可以订购所需材料，或将列表发送给所述制造中心，以指定所需材料。或者，所述软件可以将物料清单发送给中心。在另一示例性实施例中，可以在一个制造中心1308处切削材料，然后将其作为扁平包装的零件发送到更靠近客户的中心以进行组装和精加工。可以基于所述客户的位置来选择所述制造中心1308。
通过选择靠近下订单的客户1302的制造中心1308，可以降低运输和能源成本，并且制造中心的代表可以更容易的在预定和交付后的阶段提供现场协助。此外，公司可以与已经拥有执行订单所需的熟练劳动力和/或机械的现有区域车间签订合同。或者，公司可以与第三方车间签订装配合同，并从有独立的一个或多个机械切割设备处向所述车间提供扁平包装零件。通过最少的重新组装和/或制造方法和技术方面的培训，这些车间可以进入更大的定制木制品市场，并且可以在没有绘图、测量、切割定制零件或向客户描述设计限制等挑战的情况下完成工作。作为回报，企业可以获得快速的可扩展性和对市场需求变化的适应力。公司可以通过设计新的预编程单元和使用其他类型的数控设备(如可编程激光切割机、喷水切割机和带有定制刀头的五轴机床)来开发各种材料的其他类型建筑产品的单元和集合。
如果需要，客户1302还可以选择优选的区域性制造中心1308。所述制造中心1308的代表可以在所述设计阶段或所述安装阶段期间提供如直接协助之类的服务。例如，所述制造中心的代表可以提供一个本地安装团队来安装这些单元，或者所述制造中心本身可以雇用一个或多个专家来安装这些单元或者集合。所述代表可协助客户进行现场测量、设计选择和配置。此外，所述制造中心1308可以具有已经制造的单元或集合的显示模型，客户可以在购买或设计自己的单元之前选择查看这些模型或集合。
将按订购用于安装阶段的单元集合作为所述项目运送给客户。单元标识标签对应于所述项目的基于网络的设计模型中显示的单元，安装人员可以以此模型为安装辅助工具。例如，如图6中的“e4”所示，使用预制的螺纹嵌件和用于机械螺钉的预钻孔，安装人员可以快速而准确的将如图10所示的一套或多套的单元对齐。用常规的定制木工方法来使用这些类型的紧固件是相对耗时的，并且对于不参考特定的相邻单元而设计和建造的标准制造单元是不切实际的。另一方面，在示例性实施例中，软件的功能可以在单元集合内映射邻接体，并将该信息转换为能够精确定位紧固件的机器代码，从而可以有效地使用该紧固件。
而且，在示例性实施例中，项目数据可以保存在在线账户中，用于重新订购用以维修的零件。例如，如图7中“j4”所示，机械紧固件解决方案可简化新零件的更换过程，而不会因使用典型的现场单元对齐解决方案(钉子和木螺钉)而对相邻零件造成残留损伤。
现在参考图14中的示例性实施例，示出了榫眼和锤头榫卯接头。当两构件以90°角连接时，可以实施这种类型的接头。图14的A部分上的字母与图14的B部分上的字母相对应，因此相同的字母表示两零件的长度相同。锤头榫1400可以在零件A上示为具有颈部1402和较粗的头1404的榫。所述头1404的尺寸使其可以被槽口1410的上部1414容纳。所述槽口1410的下部1412可以比所述上部1414厚，使得所述下部1412可以与所述榫的所述颈部1402接触。注意，在本示例性实施例中，所述锤头榫1400配置为必须与水平榫眼(槽口1410)垂直连接，但也可以构想其他配置。
现在参考图15中的接头的示例性实施例，示出了榫卯接头。第一零件1500上的矩形榫1502的尺寸使其可以进入第二零件1510中的矩形孔或榫眼1504。榫卯结构的优点是，榫眼可以沿第二零件设置在任何地方，例如在中间部分。榫卯结构可用于将架子，壁或任何其他固定装置与单元固定。
现在参考图16中接头的示例性实施例，示出了拼接接头。零件1600上的小的矩形卯眼1602可容纳零件1610上相应尺寸的零件榫1612。另外，所述零件1600上的锤头榫1604可以容纳零件1610上的相应形状的榫眼1614。此外，所述零件1600上的零件凹槽1606可以容纳所述零件1610上的凸块1616。可以将两个所述零件连接在一起，使得它们沿着相同的平面延伸。通过应用多种类型的连接，例如锤头榫，凹槽和矩形榫，所述接头可能比仅使用一种类型连接的传统接头更稳定。可以将两个零件连接在一起，使得它们沿着相同的平面延伸并且彼此延伸。通过应用多种类型的连接，例如锤头榫，凹槽和矩形榫，这些接头可能比仅使用一种类型连接的传统接头更稳定。
现在参考示例性图17，示出了机械紧固件。现在参考示例性图17，示出了机械紧固件。第一零件可以安装嵌件螺母1702。所述螺母可插入数控钻孔1704中。第二零件可以包含位置相应的数控钻孔1706。螺钉贯穿第二零件中的所述钻孔1706，直到螺钉与所述钻孔1704中的所述嵌件螺母1702螺纹连接。
现在参考示例性图18，示出了机器代码生成图。生成数控机床代码的工艺过程始于默认单元参数1802。客户可以选择一个单元，软件可以提供样本单元参数1802。客户随后可以根据需要将参数分配给单元(分配参数1804)。一旦确定了参数，则软件可以定义单元对象1806，所述单元对象可以是单个单元或产品。本节中描述的对象可以是二维或三维计算机辅助设计对象。在下一步骤中，可以进一步分析单元对象以创建或计算一个或多个零件对象1808。所述零件对象可以对应于单元的不同构件，例如壁，面板或架子。当计算零件对象1808时，可以产生每个零件的零件数控几何结构1810，包括它们的边缘和尺寸。图20可以进一步描述所述数控几何结构的计算。在下一步中，软件可以应用嵌套算法1812来嵌套零件数控对象，从而生成嵌套的数控几何结构1814。所述嵌套算法可以优化所述数控几何结构，使得从板材上切割零件时浪费的材料最少。然后可以将嵌套的数控几何结构写入或保存为数控文件(编写数控文件1816)。随后将所述数控文件发送到所需的制造商(数控文件1818)。所述制造商可以在数控床上放置材料(数控车床上材料1820)，例如木板。最后，在数控机床运行前面写入的所述数控文件(运行数控文件1822)，按照所述零件对象几何结构计算和建模来切割木板。
现在参考示例性图19，图19示出了如何计算单元对象。首先，用户(例如客户或公司)可以通过设计界面来设计或绘制新单元1902。所述设计界面可以呈现直观的界面，并且可以基于网络。在下一步中，软件可以确定要使用的边缘类型1904以及哪些对象包含边缘(边缘对象1906)。所述软件可以确定每个零件的边缘的长度(如从诸如高度，深度和宽度之类的单元参数所确定的，单元参数1908)。每个零件的边缘的长度和方向可以存储为矢量1910。随后可以使用所述矢量来对二维或三维尺寸的参数点(点对象1912)进行建模，以便生成每个零件的刀具路径数据，以使用数控机床进行成型加工(切割，蚀刻，铣削，铣削，锯切，折弯或成型)。可以编译来自矢量、点对象、单元参数、边类型和边对象的数据，以便计算单个单元对象1914。可以将单元参数定义为范围值，而不是离散值，并且可以将所述单元对象存储在计算机内存中，以最少的输入(即简单的声明具有预编程值范围的单元参数)，即可生成具有相似类型的多个自定义单元。
现在参考示例性图20，图20可以说明如图19中所解释的数控几何结构计算的顺序。V1-3可以说明表示零件单个边缘的长度和方向的矢量。P1-6可以是不同的点对象，所述点对象可以定义边缘的起点，终点和邻接体。例如，具有起点P1和终点P3的第一条边缘可以与具有起点P3和终点P4的第二条边缘相邻(所述第一条边缘的所述终点与所述第二条边缘的所述起点相同)。在定义了所述零件的参数后，根据起始点P1计算P2-6的坐标。在本示例中，V3的长度可以等于单元的宽度，V1的长度可以等于单元的高度。根据边缘类型目录，可以生成零件的刀具路径数据并将其编译到数控文件中，所述边缘类型目录中的边缘类型具有本身的矢量，点，边缘和接头类型集合。随后，数控机床可以根据给定的数控文件来成型期望的边缘和接头。
现在参考示例性图21，示出了相对于点对象之间的距离的每个边缘的接头的数量。较长边缘2102与较短边缘2104相比边缘的平均接头数量更多。所述软件可以基于点对象之间的距离来计算每个边缘的接头数量。
现在参考示例性图22，图23和图24，示出了角接头类型。对象2200上的斜榫眼2202可以容纳对象2210上的斜榫2212。图23和图24示出了具有角接头的面板的示例。如图24所示，所述角接头可以在具有任意数量的边以及相邻边之间的角度可变的单元中实现。使用先前在图1中描述和概述的相同过程，可以创建如图24所示的相框。客户可以为所述相框选择任意数量的边，任意形状或任意尺寸。此外，数控技术可以将定制雕刻集成到相框材料的表面。
通过如图1、18和19所示的工艺大纲，客户可以使用基于网络的用户界面，通过在三维图形用户界面中定位点对象和声明边缘对象来设计数字表面。客户可以使用界面功能将一组或多组表面连接起来。软件可以计算这些表面的交点，并在所述三维图形用户界面中呈现结果。其他客户输入参数可以包括建筑系统类型。所述输入可称为设计输入。各种设计输入允许软件计算来自于预编程和参数化单元对象的制造数据。单元对象可以包括例如图25B中的结构单元，例如图25H中的罩单元和如图25I中的模板单元。这些工艺流程和预编程单元的优点可以在图25(A-M)中示出。这些工艺流程和预编程的单元使客户能够构建复杂的几何建筑形式，同时将所需的手动测量，切割或组装的工作量减至最少，从而减少了完成此类任务所需的时间和劳动力。
术语“结构单元集合”可以指结构单元的定制集合。例如，图25B示出了结构单元集合。本图中的结构单元形成复杂的双曲面。所述表面(双曲面)可以具有与平设计面的x坐标和y坐标相对应的u坐标和v坐标。所述平设计面可以是类似于图27中所示的集合网络。例如，图25B中所述网络内低级别集合可以为区域e1和e2的组合，其中这些区域的组合具有宽度和高度参数。类似地，图25B中的区域c1和c2可以代表一个集合，区域a1和a2可以代表另一个集合。这三个集合可以分组在另一个集合中以形成一列。在为单元生成数控制造数据之前，通过将坐标从平设计面的x和y坐标系映射到三维设计面的u和v坐标系，计算单元和零件边缘点位置以及矢量的长度和方向。图25C示出了单个结构单元。示例性图25C中的结构单元可以为装配零件集合。在本示例性实施例中，所述单元是由圆管，平板和机械紧固件形成的三角形。可以由数控焊接机进行焊接连接替代所述机械紧固件。结构单元可以由各种材料组成，例如可以使用数控机床从原料上切割下来的圆管或平板。图25D示出了角连接结构单元的截面。图25E示出了两个结构单元连接而成的集合。图25F示出了两个结构单元的连接处的横截面。两个单元之间的角度可变化，并且可根据客户定义的输入进行计算。图25G示出了结构单元集合和其他建筑构件之间的连接。
示例性图25H示出了一组罩单元。罩单元是可以由双曲面成型的板材，并且可以由一套定制的零件组成，这些零件具有通过软件从设计输入计算出的形状、尺寸和制造数据。制造数据可以包括罩单元的零件上的切口、孔和标记，以及将罩单元连接到其他零件、装置或建筑构件的位置。罩装置的零件可以用数控机床切割。
示例性图25I，图25J，图25K示出了多套模板单元。模板单元可以是由数控机床从厚板(如硬泡沫)或层压材料复合材料厚板上切割而成的零件。可使用数控机床切割模板单元零件的一侧，以使切割面平行于砖墙的一个表面，并且每个砖墙单元可相对于相邻砖墙单元以不同角度定位。所述模板单元上的参考图形标记可用作定位标准尺寸砖墙单元的指南，并可用于传达砖墙单元切割的尺寸数据，或可用于校准自动砖墙铺设机在物理三维环境中的位置。这可以减少因墙构件的设计虚拟模型之间的差异而产生的累积误差和冲突，以及为满足不同精度的其他施工方法的其他物理建筑构件所需的调整。类似于图25B中所示的结构单元，图25J中所示的硬质泡沫单元可以设计为网络集合中的低级集合，例如图25K中所示的硬质泡沫单元的完整组装。包括外缘复合锯切，每个带有砖块标记的接头类型的路线都可以是软件建模的单元设计中使用的边缘类型。可以在将平设计面中单元对象的x坐标和y坐标映射到三维设计面的u坐标和v坐标后，计算复合数控锯切角度，以及成型硬泡沫单元的数控铣床走线深度。泡沫单元的零件可以用数控胶合机胶合在一起。
图25L示出了建筑系统的组件的横截面。所述建筑系统可以是通过设计输入定义的多组单元的组合。建筑系统可以包含一组结构单元，所述结构单元连接到一组或多组结构单元，罩单元和/或模板单元。
现在参考示例性图25M，图25M示出了非平行建筑构件之间的连接细节。结构单元的圆管可以连接到第二零件，例如罩单元，模板单元或任何建筑组件。与所述第二单元的连接点处的表面法向量可以不垂直于圆管的中心轴。
现在参考示例性图26，图26示出了拼接接头的替代实施例。图26中的接头可以连接两个不同材料的构件。零件2600可以包含零件凹槽2602和突出部2604。所述零件凹槽2602可以容纳构件2610上的榫2612，且所述突出部2604可以插入到对应的突出部凹槽2614中。当需要隐藏零件2600的材料时，可使用这个接头。
下面的例子可以说明一种为解决二维和三维设计问题而构造数据的方法。问题空间可以通过直观的图形用户界面(所述界面可基于网络)人工探索，也可以通过生成的设计算法自动探索。所述问题空间可以构造为集合的分层网络，其中集合可以表示设计元素，例如单元，单元的外围设备，其他设计元素，例如空白空间(空间规划所需)，以及设计元素的分组。这些特征可以显示操纵所述单元或集合的不同维度的各种方法或方式。为了简单和说明，以下示例可以集中于仅改变一个维度，例如宽度，尽管可以考虑将它们根据需要应用于对象的任何其他维度，例如长度、高度或深度。以这种方式构造所述问题空间可以在生成和编辑集合网络的同时，允许建模设计解决方案的内聚性和一致性。因此，用于生成和编辑集合的函数编程可以由用户通过设计界面手动调用，或者由生成设计算法(例如遗传算法)自动调用。下面描述的集合分割、集合编辑和集合生成特征和函数中的一个或多个可以在集合生成中用作集合生成器功能。与设计专业人员向客户提供推荐的设计解决方案以及替代方案的方式大致相同，生成性设计算法可以向客户(软件用户)提供建议的设计以供考虑。因为问题空间的底层结构对于手动和自动生成和编辑设计解决方案可以是相同的，所以对于问题空间具有有限设计经验的客户可以直接参与创造性的设计过程。
现在参考示例性图27A，27B和27C，图27A可以将集合和子集合图示为尺寸图和分层图。尺寸图2702示出了集合的相对尺寸变量，例如高度和宽度。分层图2704示出了用于每个集合网络的分层数据结构。在本示例性实施例中，集合A可以具有两个自由维度，例如高度和宽度。此外，在集合A之下的层上可以存在子集合，其可以共享从父集合继承的一个或多个维度。所述子集合也可以有一个或多个自由维度，这些维度可以是所述子集合的共享父集合的相应维度的一部分。在示例性实施例中，自由维度之和可以等于共享的父维度。在图27A所示的示例性实施例中，集合B、集合C和集合D的高度都是集合A的高度的一部分，并且它们的组合高度可以等于集合A的高度。集合B，集合C和集合D的宽度可以等于集合A的宽度。图27A示出了两层定制集合，其中集合B，集合C和集合D是集合A的子集合。图27B示出了替代实施例，其中集合D和集合E是集合A的子集合，并且集合B和集合C是集合E的子集合，集合E是集合A的子集合。集合B和集合C的高度分别是集合E的高度的一部分，它们的组合高度可以等于集合E的高度。集合B和集合C可以被描述为第三层，因为它们是集合E的子集合，且所述集合E是集合A的子集合。示例性图27C示出了具有四层的配置。在本示例性实施例中，集合F和集合G是集合C的子集合，所述集合C是集合E的子集合，所述集合E是集合A的子集合。集合F和集合G的宽度可以是自由维度；但是，它们可以继承集合C的高度。
现在参考示例性图28，图28可以以三个维度中示出集合和子集合。所述集合和子集合可以用高度、宽度和深度来建模。集合2802可包含集合A，所述集合A可具有3个自由维度。集合A还可包括子集合集合B和集合C，如由分层图2804建模。三维子集合可以具有一个自由维度和两个继承纬度。集合2802的集合B和集合C可以共享集合A的宽度和深度，同时具有自由高度。在本示例性实施例中，子集合集合B和集合C的组合高度等于集合A的高度。
集合2806可包含第三层，其中子集合集合D和集合E可为集合B的子集合，如分层图2808所建模。子集合集合D和集合E与集合B共享一个高度和深度，并且它们的组合宽度可以等于集合B的宽度。如分层图2812所建模，集合2810可以包含第四层，其中子集合集合F和集合G是集合D的子集合，所述集合D是所述集合B的子集合，所述集合B是集合A的子集合。
现在参考示例性图29，图29示出了算法如何计算集合变量的范围值的示例。例如，所述算法可以确定集合的维度的最大和最小高度，宽度或深度。在示例性实施例中，所述算法可以使用总设置宽度2902来计算最大子集合宽度2904。此外，所述算法可以计算最小子集合宽度2906。最大和最小子集合宽度的确定可允许算法确定每个子集合可容纳的最大或最小子集合数目。
现在参考示例性图30，可以说明集合编辑功能的实施方式。在本示例性说明中，集合A可以具有三个子集合，并且用户可以添加第四个子集合。应当理解，在本示例以及集合编辑功能和集合生成功能的所有后续示例中，自动化算法可以代替用户，其中参数和决策是概率的或启发式的确定的。用户可以点击插入位置3002以选择要插入附加集合的位置。在本示例性情况下，用户选择位于集合C和集合D之间的插入位置3002，并且添加了附加的集合E。可以设想，用户可以选择任意数量的可能插入位置中的一个，例如集合B和集合C之间的位置。如果用户试图在已达到最大集合数的维度中插入集合，则可能会出现一条向用户解释为什么不能添加其他集合的示错消息。如果集合B、集合C、集合E和集合D的最小宽度之和超过集合A的宽度，则所述算法不能添加附加集合。
现在参考示例性图31，示出了示例性从集合中移除子集合的集合编辑功能。算法可以将要删除的子集合作为输入。用户可以选择要删除的子集合。在本示例性实施例中，用户选择要移除的子集合集合C。作为结果，所述算法删除了子集合集合C，并增加了子集合集合B和集合D的宽度，以使它们的宽度等于父集集合A的宽度。在删除集合C之前，算法可以检查其余集合B和集合D的最大宽度是否等于或大于集合A的宽度。如果其余集合的最大宽度小于父集合的最大宽度，则所选子集合不能被删除。此外，当无法删除子集合时，算法可以显示一条错误消息，以告知用户异常情况。
现在参考示例性图32，图32示出了可以改变子集合的一个自由维度的集合编辑功能的示例。用户可以选择要更改的子集合并输入新的子集合维度。在本示例性实施例中，集合B、集合C、集合D和集合E可以是集合A的子集合。用户可以为集合B输入新的宽度，集合C的宽度可以是固定的，集合D和集合E的宽度是可变的。随后，算法可以计算集合D和集合E的新宽度，同时改变对应于用户输入的集合B的宽度。集合B的宽度的旧值和集合B的宽度的新值间的差值可以在变量集合(本例子是集合D和集合E)之间按比例分配。
现在参考示例性图33，图33示出了示例性可以同时改变多个子集合的自由维度的集合编辑功能。用户可以选择集合和要改变的所述子集合的维度。在本示例性实施例中，集合B，集合C和集合D的宽度表示为集合A的宽度的分数，其中它们的组合比例等于1.0。如本示例所示，任何新宽度值实数要么分配给集合，要么如本例所示通过将这些新宽度值与先前的宽度值相加来计算。然后通过算法对预定的数组进行归一化，以生成与集合A的比例对应的集合B，集合C和集合D的值。在本示例性实施例中，集合B的宽度减小0.2，集合C的宽度不变，集合D的宽度增大0.4。因此而产生的集合B，集合C和集合D的预定数组为0.3，0.3和0.6。如示例性实施例中所示，数值数组的归一化值是0.25(集合B的宽度)、0.25(集合C的宽度)和0.5(集合D的宽度)。在另一种情况下，用户可以依次更改多个子集合的自由维度。在本示例性实施例中，用户选择集合B和集合D，然后选择将集合B的宽度减小0.25，将集合D的宽度增大0.3。随后，该算法可以将所有剩余空间分配给未被选择的可变宽度，在这种情况下，集合C的宽度减少了0.05。用户可以选择减少比率或比例，例如通过将集合B的宽度减小总宽度的0.25或25％。可替代的，用户可以直接减小尺寸，例如通过选择将集合B的宽度减小0.25英尺的选项。
现在参考示例性图34，图34示出了示例性使集合网络内的多个集合的宽度相等的集合编辑功能。用户可以选择多个集合，且算法可以自动将集合网络设置为相等的宽度。在图34所示的示例性实施例中，用户可以选择集合D、集合E和集合C，且算法可以为每一个所选集合分配相等的宽度。
现在参考示例性图35，图35示出了示例性集合编辑功能，所述集合编辑功能可以在同一集合的另一子集合的位置和宽度固定的情况下改变一个子集合的自由维度。所述功能可以将要更改的集合和所述集合的新值作为输入信息。在本示例性实施例中，集合B、集合C、集合D和集合E是集合A的子集合，且集合C的位置和宽度是固定的。当改变集合D的宽度时，由于改变集合B的宽度可能改变集合C的位置，所以集合B的宽度可能保持不变。因此，集合E的宽度是唯一的通过减小自身尺寸以补偿集合D的扩展宽度的尺寸。
现在参考示例性图36，图36可示出可改变集合的无尺寸变量的示例性集合编辑功能。用户可以选择要更改的集合，然后可以选择要更改的变量以及变量的新类型或值。在该示例性实施例中，改变集合C的材料类型。
现在参考示例性图37，图37示出了示例性集合编辑功能，所述集合编辑功能可以用从另一集合复制的参数来代替集合的尺寸和/或无尺寸参数。在图37所示的示例性实施例中，将由子集合集合E和集合F组成的集合C的尺寸复制到集合D上。结果为集合D可以具有与集合C相同的子集合，且还可以包括相同的材料，宽度和高度。算法不能将所有参数和子集合从参考集复制到目标集。所述算法可以复制尽可能多的子集合和参数。例如，如果集合D的宽度是固定的，则所述算法可以复制子集合及其材料和高度，而不是宽度。
现在参考示例性图38，图38可示出示例性集合编辑功能，所述集合编辑功能可改变或交换网络内集合的位置。用户可以选择一个或多个集合，并为这些集合选择一个或多个新位置。在图38所示的示例性实施例中，用户选择集合C和集合D并切换它们的位置，使得集合C位于集合D的先前所处的位置，反之亦然。
现在参考示例性图39，图39示出了可以对相邻集合进行分组的示例性集合编辑功能。用户可以选择彼此靠近的多个集合，并且可以将它们分组以成为可以共享尺寸的一个集合。在本具体示例性实施例中，集合C包含子集合集合E和集合F，且集合D包含子集合集合G和集合H。选择集合F和集合H并将它们分组在一起，以便它们可以共享相同的高度。此外，可以选择集合E和集合G并将其分组在一起，使得它们共享相同的高度。
现在参考示例性图40，图40示出了另一示例性集合编辑功能，所述集合编辑功能可以对齐集合或子集合之间的分界线。用户可以在两个集合之间选择一条分界线，并且可以选择另一条分界线来与之对齐。在图40所示的示例性实施例中，选择集合D和集合E之间的分界线，并与集合F和集合G之间的分界线对齐。
现在参考示例性图41，图41示出了图形优化功能。在这个例子中，从集合C中删除子集合集合D。结果，集合C只有一个子集合，集合E。随后，图形优化功能可以移除子集合集合E，因为它可以是集合C的唯一剩余子集合，且其尺寸可以等于集合C的尺寸。
现在参考示例性图42，图42可示出示例性集合编辑功能(遗传算法的一点交叉集合生成器功能)，所述集合编辑功能可通过分割两个输入集合并将第一输入集合的一部分与第二输入集合的一部分组合来生成新集合。所述功能可以将一个输入集合、来自所述第一输入集合的交叉点、第二输入集合和来自所述第二输入集合的交叉点作为输入信息。在本具体示例性实施例中，第一输入集合(集合A)可以具有两个定制子集合(集合B和集合C)。集合C可以有三个定制子集合(集合D、集合E和集合F)。第二个输入集合(集合G)可以有两个定制子集合(集合H和集合I)。集合H和集合I可以各有两个定制子集合。第一交叉点可以在相邻的集合D和集合E之间。第二交叉点可以在相邻的集合集合J和集合K之间。子集合输出可以是一个新集合，即集合A的副本，所述新集合包含定制子集合(集合B的副本和集合C的副本)，所述集合C的副本具有两个定制子集合(集合D的副本和集合K的副本)。
现在参考示例性图43，图43示出了集合编辑功能(遗传算法的两点交叉集合生成器功能)的示例，所述集合编辑功能可以通过分割两个输入集合并将第一输入集合的部分与第二输入集合的部分相结合来生成新集合。在本示例性实施例中，所述功能可以将一个输入集合、来自第一输入集合的多个交叉点、第二输入集合和来自第二输入集合的多个交叉点作为输入信息。在本例中，第一个输入集合(集合A)有四个定制子集合(集合B、集合C、集合D和集合E)，第二个输入集合(集合F)有三个定制子集合(集合G、集合H和集合I)。第一集合的交叉点在集合B与集合C之间和集合D与集合E之间。第二集合的交叉点在集合H与集合I之间和集合I之后。输出可以是具有定制子集合(集合B的副本、集合I的副本和集合E的副本)的新集合(集合A的副本)。可以考虑具有两个以上交叉点的其他示例性集合生成器功能。其他示例性集合生成器功能可以考虑为具有两个以上交叉点。
现在参考示例性图44，图44示出了示例性厨房平面布局。用于厨房设计的房间可以具有整体尺寸，例如长度4402和宽度4404(x，y)、开放侧4406、三面墙以及其中一面墙中的一个窗4408。厨房设计可以包括沿带窗的墙壁设置的底座柜单元4410、壁柜单元4412、器具4414和水槽4416。所述厨房设计还可以包括厨房岛柜4418、厨房墙和厨房岛之间的过道4420以及厨房岛和侧墙之间的过道。
现在参考示例性图45，图45示出了用于生成图44所示的厨房平面布置设计的示例性方法。所述方法可以生成和编辑集合网络，这里显示为尺寸图。首先，步骤4502中整个房间可以显示为集合A，其中宽度可以等于空间的x尺寸，高度可以等于空间的y尺寸。接下来，步骤4504中将空间(集合A)划分为三个区域(集合B、集合C和集合D作为集合A的定制子集合)。在下一步中，步骤4506中集合B(带窗的沿墙区域)的类型参数可以更改，例如改为“厨房墙”。在下一示例性步骤中，步骤4508中集合D(靠近房间边缘的区域向另一空间开放)可被划分为三个区域作为定制子集合(集合E、集合F和集合G)。此外，步骤4510中可以改变集合F的类型参数，例如在本示例性实施例中改变为“厨房岛”。在下一示例性步骤中，步骤4512中可为集合设置新宽度参数。在本示例性实施例中，改变集合E、集合F和集合G的宽度。可替换的，可以跳过前面的步骤，通过从标准预编程厨房平面布局列表中选择标准厨房平面布局类型。
现在参考示例性图46，图46示出了示例性预编程子集合。这些子集合可以允许完全预先编程的厨房平面布局类型。通过使用预先编程的厨房平面布局或集合，用户可以通过减少生成厨房平面布局设计所需步骤的数量来节省时间。另外，预先编程的集合可以是房间设计的示例，房间设计可以是表示建筑物的楼层平面配置的集合网络的子集合。预编程的厨房平面布置图可能具有相对的和标准的自由尺寸参数，使其能够符合单元的房间总体尺寸。
现在参考示例性图47，图47示出了厨房墙壁布局的示例。所述墙壁可以具有整体尺寸，例如宽度和高度(x，z)。所述墙壁可以有一个用户定义尺寸的窗。所述墙壁可包括器具、柜单元、底座单元、带门的水槽底座柜单元、带门和抽屉的两个底座柜单元以及底座柜单元上方的工作区。
现在参考示例性图48A和48B，图48A和48B可以说明用于手动生成图47所示的厨房墙壁设计的示例性方法。图48A可以说明使用尺寸图的方法，图48B可以说明使用分层图的方法。在示例性第一步骤4802中，算法可创建宽度等于空间的x尺寸且高度等于空间的z尺寸的新的集合A。集合A可以划分为定制子集合，例如这里所示的示例中的子集合集合B、集合C和集合D。集合C可以是具有固定位置和宽度参数的列，且可以分为两个子集合集合E和集合F。集合E可以表示具有固定高度参数的窗口区域。在下一示例性步骤4804中，可添加附加装置和储藏单元。在另一示例性步骤4806中，列可以添加墙单元和基底单元。这些可以添加到集合网络中。在下一示例性步骤4808中，可以分组墙单元工作区域和基底单元。在下一示例性步骤4810中，可以将门、抽屉和固定面板添加到集合网络中。在最后的示例性步骤中，由集合b、集合c和集合P表示门，且这些门的宽度可以相等。算法为集合b、集合c、集合P和集合K(集合b和c的父集合)计算新的宽度值，使得集合b、集合c和集合P的宽度相等，集合P和K的宽度之和等于它们的父集合，即集合J的宽度。
现在参考示例性图49，图49示出了用于通过调用集合编辑功能来自动生成集合的示例性方法。在此示例中，构件、单元、列和厨房墙可以是这些集合类型具有特定的尺寸和非尺寸参数范围的集合。组件可以是单元的子集合，单元可以是列的子集合。这些集合的参数可以从可能值的范围中随机选择。可以对可能值范围内的任何一个值进行选择概率加权，以增加某些值可以比其他值更高的被选择的几率。最佳权重可以由算法的程序员选择，从用户输入的变量值计算得出，或者可以使用机器学习算法确定。在本示例性实施例中，可以使用预定的整体尺寸来生成厨房墙集合。厨房墙的分层图可以进行归一化和优化，以进行有效的分析和将来的单元编辑。集合网络可以使用启发式算法，元启发式算法和/或优化算法自动生成。
现在参考示例性图50，图50可以说明通过图49中描述的方法系统地生成的示例性厨房墙设计。在本示例中，可以通过用户定义的值(例如墙的整体尺寸和所需的设备数量)来确定在单元类型的随机选择中使用的一些权重和其他参数。可以集成启发式方法，以有效地生成可接受的设计解决方案。例如，在此示例中，集合G可能是唯一被允许的必要设备。在迭代集合A的子集合时，设备将被添加到任何给定子集合的概率是集合数组中的子集合的索引值除以子集合的数目，从而保证设备包含在集合网络中。算法可以在整个生成过程中调整选择权重。例如，当将一个设备添加到集合网络中时，可以将另一个设备添加的概率调整为零，从而保证排除具有多个设备的解决方案。
现在参考示例性图51，图51可以说明用于自动生成和选择集合设计的遗传算法的应用。在此过程之后，可以使用初始集生成功能自动创建单个集合的初始总体。可以计算所述总体中每个个体的适合度分数。可根据由用户输入加权的多个因素(例如设计美学和功能要求)来计算适合度分数。设计美学的一个示例可能是选择垂直外观，从而产生具有狭窄集合比例的集合网络。在图50所示的示例中，对于具有更高计算的连续工作区长度的解决方案，功能适合度分数可以更高。当选定的集合类型表示具有可变数量的材料和构造复杂性的物理产品时，可能需要另一个适合度功能。
现在参考示例性图52，图52示出了具有适合度分数的个体群体的示例。计算总体的适合度分数后，算法可以结束该过程并从当前总体返回一个或多个个体，或者创建新的总体。做出决定的因素包括计算资源的限制，生产数量的限制，存在最低限度可视化设计解决方案，或最小化当前总体与之前的总体间的分数差。为了生成新的总体，遗传算法需要依照受自然选择启发的处理过程，即集合网络或网络中集合的参数代表了个体的基因类型，然后收集的单元以及所述单元与集合网络中的集合相关的参数代表了表型，通过从之前一代中选择集合网络，生成新的集合网络的总体。各项选择是基于表型的适合度分数由概率决定的。通过交叉算子和变异算子修改选中的集合网络及其参数，以生成新一代。在本实施例中，所述遗传算法的交叉算子和变异算子为集合生成器和集合编辑功能。
现在参考示例性图53A和53B，示出了通过遗传算法的集合生成器功能的实施方法。厨房墙壁集合的生成可以来自一个或多个输入集合。在本示例性实施例中，可以从集合的总体中选择输入集合。厨房墙集合的生成可以来自一个或多个输入集合。在本示例性实施例中，可以从集合的总体中选择输入集合。在本示例性实施例中，集合生成器功能是单点交叉功能，类似于图42所示的集合生成器功能，其中第一输入集合的交叉点在定制的集合D和集合E之间，第二输入集合的交叉点在定制的集合f和集合g之间。
现在参考示例性图54，图54示出了示例性输出集合作为输入集合的变异。可以使用由遗传算法选择的集合编辑功能来实现变异版本。在本实施例中，通过使用图39中所示的集合编辑功能将输入的壁柜门(集合M，集合N，集合U，集合V，集合d和集合e)组合来编辑输入集合，使这些门的宽度等于图34中所示的集合编辑功能，通过图31中所示的集合编辑功能更改底柜中的抽屉数量(集合L)，更改水槽柜门的宽度(集合X)，使用图33所示的集合编辑功能，并将柜子(集合C)的类型从水槽柜(固定面板和两扇门)更改为具有图36所示的带有一扇门的底柜。
现在参考示例性图55是用于创建和使用界面的方法，所述界面用于在构造为集合网络的二维或三维问题空间中查找问题的解决方案。一个典型的问题空间可以是空间(例如厨房)内协调和设计定制橱柜。虽然橱柜是一个三维产品，厨房是一个三维空间，但一整套橱柜的设计可以分为协调二维设计问题空间(一个平面和一个或多个立面)。一个单独的橱柜可能是另一个二维问题空间的设计问题的例子，所述单独的出轨需要设计和协调外围设备，如门和抽屉。
在识别多维设计问题之后，可以将问题空间的用户界面构建为集合网络以及用于生成和编辑集合网络的功能。通过所述界面，具有不同程度的界面使用经验和对问题空间的了解的不同程度的用户可以决定使用界面提供的设计帮助以手动生成问题解决方案，或者指示软件以最少的输入自动生成解决方案。由最少的输入自动生成的示例性解决方案可以是橱柜设计，其柜门和抽屉由用户输入生成，例如尺寸和体积或其他尺寸以及非尺寸要求。软件可以根据用户提供的最少输入自动确定更详细的设计要求，这些输入可以是提问形式或口头指示。示范性的口头指令可以是“我需要一个能装3个大锅、10个小盘子和刀的橱柜”或“我想要一个有水平线的厨房。”使用自然语言处理算法以及启发式和/或机器学习算法，软件可以根据这些输入自动确定或估算单元比例以及体积和面积要求，并将这些要求用作自动生成整体厨房和/或橱柜设计解决方案的适用性标准。
如果用户对解决方案不满意，用户可以决定使用界面提供的设计辅助工具手动编辑解决方案，或指示软件使用附加输入自动编辑解决方案。可以训练机器学习算法(例如对象识别算法)来识别整体厨房风格，并帮助生成一些类型的定量和定性输入的解决方案。例如，用户可以指示软件自动生成符合其定量要求的厨房设计，并且具有类似于另一个或多个其他厨房的定性外观。
具有上述用于二维设计问题空间的特征的其他示例性界面可以包括具有有组织的设计元素的虚拟媒介和物理媒介，例如促销传单、文具和网页布局。这些示例性界面比当前技术更理想，在当前技术中，用户只能从经过策划的标准模板集合中进行选择。
一个示例性的三维设计问题是具有多个级别的整个建筑设计，需要在各个级别之间进行设计协调。设计问题的问题空间可以构造为三维集合网络。在自动生成整个建筑物设计中，软件可以在确定适合度时执行整个建筑物分析。对建筑物的示例性分析包括建筑物相对于其他站点元素(道路，其他建筑物，阴影元素，例如树木和视图)的相对大小和位置，生命安全分析，法规遵从性和能源分析。
前面的描述和附图示出了本发明的原理，优选实施例和操作模式。然而，本发明不应被解释为限于以上讨论的特定实施例。本领域技术人员将理解上述实施例的其他变型(例如，根据需要，与本发明的某些配置相关联的特征可以代之以与本发明的任何其他配置相关联)。
因此，上述实施例应被认为是说明性的而不是限制性的。因此，应当理解，本领域技术人员可以对那些实施例进行变型而不脱离由所附权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种构造单元的方法，其特征在于，包括：
向用户提供用户界面，所述用户界面包括设计界面；
从所述设计界面接收所述单元的多个设计参数，所述多个所述设计参数包括以下设计参数中的至少两组设计参数：所述单元的类型、所述单元的长度、所述单元的高度、所述单元的宽度、所述单元的深度、所述单元的门的数量、所述单元的其他外围设备的数量和所述单元的邻接体的数量；
根据指定的多个所述设计参数自动构造满足所述指定的多个所述设计参数的所述单元的虚拟模型；
根据所述指定的多个参数自动构造满足所述指定的多个参数的所述单元的虚拟模型；
基于所述单元的所述虚拟模型，计算所述单元的对象数据，所述对象数据与用于构造所述单元的多个零件相关联，存储所述对象数据和多个所述零件到数字账户中；
从所述用户界面生成并发送包括所述对象数据的供应商订单；
根据所述对象数据生成制造数据，所述制造数据包括与多个所述零件相关联的数控机床指令集、材料列表和单元装配数据；
向数控机床提供所述材料列表上的材料，并执行所述数控机床指令以将所述材料加工为多个所述零件。
2.根据权利要求1所述的构造单元的方法，其特征在于，包括：从所述用户界面生成并发送所述供应商订单的步骤包括从多个制造商中选择一个制造商，所述从多个制造商中选择一个制造商基于：所述制造商与所述用户的距离、预计交货时间和产品价格中的至少一项。
3.根据权利要求1所述的构造单元的方法，其特征在于，所述设计界面是基于网络的界面。
4.根据权利要求1所述的构造单元的方法，其特征在于，向所述数控机床提供所述材料列表上的材料的步骤包括基于所述材料列表和所述数控机床指令生成材料订单，并将所述材料订单提供给材料供应商。
5.根据权利要求1所述的构造单元的方法，其特征在于，所述材料为库存材料。
6.根据权利要求1所述的构造单元的方法，其特征在于，还包括装配所述单元的步骤，装配所述单元包括基于所述单元装配数据装配多个所述零件，并将所述单元提供给所述用户。
7.根据权利要求1所述的构造单元的方法，其特征在于，还包括：
包装多个所述零件；
自动生成多个所述零件的标签；和
将多个所述零件供应给制造商和所述用户中的一方。
8.根据权利要求1所述的构造单元的方法，其特征在于，所述单元是相互附接的多个单元。
9.根据权利要求1所述的构造单元的方法，其特征在于，执行所述数控机床指令的步骤包括塑造所述零件的边缘以形成互锁接头，并且装配所述单元的步骤包括互锁所述零件的所述边缘。
10.根据权利要求9所述的构造单元的方法，其特征在于，所述互锁接头包括：锤头榫卯接头、拼接接头以及榫卯接头中的至少一种。
11.根据权利要求1所述的构造单元的方法，其特征在于，将所述单元建模为网络集合中的集合，所述网络集合包括至少一个父集合和多个子集合，其中第一父集合对应总空间，且其中每个父集合具有至少两个对应的子集合，其中，每个子集合具有一个对应的父集合。
12.根据权利要求11所述的构造单元的方法，其特征在于，所述第一父集合具有多个自由维度，且其中一或多个所述子集合中每一子集合具有一个自由维度和至少一个继承维度，其中所述继承维度是从所述子集合对应的所述父集合继承的。
13.根据权利要求11所述的构造单元的方法，其特征在于，每一个所述父集合在第一维度中具有第一维度度量，其中所述父集合具有与所述父集合相关联的多个子集合，所述子集合在所述第一维度中具有多个第二维度度量，其中，多个所述第二维度度量的总和为所述第一维度度量。
14.根据权利要求11所述的构造单元的方法，其特征在于，所述方法还包括为所述总空间自动生成空间设计，所述空间设计由多个单元组成，每个所述单元在一个或多个子集合中定义。
15.根据权利要求14所述的构造单元的方法，其特征在于，自动生成所述空间设计的步骤包括：
在一个或多个所述集合中识别两个或两个以上的子集合；
将至少一个权重分配给两个或两个以上的所述子集合；和
基于至少一个所述权重为两个或两个以上的所述子集合的每个子集合生成所述自由维度、所述继承维度和位置。
16.根据权利要求11所述的构造单元的方法，其特征在于，还包括：
构造所述总空间的空间设计；
接收编辑所述空间设计的指令；
接受所述空间设计或者拒绝所述空间设计；
其中，所述方法还包括在拒绝所述空间设计时启动集合编辑功能，其中所述集合编辑功能是迭代的，并且其中所述集合编辑功能的任何迭代是从所述用户接收的，或者自动生成的；以及
其中，功能在接受所述空间设计之后不启动所述设置编辑功能。
17.根据权利要求14所述的构造单元的方法，其特征在于，自动生成所述空间设计的步骤包括使用启发式算法、元启发式算法和优化算法中的至少一种。
18.根据权利要求14所述的构造单元的方法，其特征在于，自动生成所述空间设计的步骤包括：
基于所述空间设计的一个或多个集合的最小划分尺寸和最大划分尺寸随机确定划分区的数目；
基于所述划分区的数目将各集合划分成多个划分区，各划分区的尺寸在所述最小划分尺寸和所述最大划分尺寸范围内。
19.一种用于设计单元的方法，其特征在于，包括：
通过用户界面定义单元参数集合；
基于所述单元参数集合定义单元对象；
基于所述单元对象计算多个零件对象，多个所述零件对象中的各零件对象包括整体装配单元的组件；
计算多个所述零件对象中的各零件对象的数控几何结构；
在至少一个维度内自动从算法上排列多个所述零件对象的所述数控几何结构，所述维度包括：线、面和体；
基于嵌套的所述数控几何结构自动生成数控文件；
用数控机床的设备保存材料；
在所述数控机床上运行所述数控文件，且使用所述数控机床将所述材料成型塑造为多个所述零件对象。
20.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品用于设计包括在非暂时性计算机可读介质上的单元，其特征在于，所述非暂时性计算机可读介质包括程序代码，在执行所述程序代码时计算机执行以下步骤：
从用户界面接收规范集合；
基于所述规范集合计算所述单元的尺寸集合；
对对应装配单元的多个构件进行建模，其中各构件具有多个边缘；
创建对应于多个所述边缘的多个矢量，其中各边缘对应于单个矢量，且其中各矢量存储对应所述边缘的方向信息和长度信息；
创建对应于各矢量的多个点对象；
根据各矢量的所述长度信息和所述方向信息确定各点对象的位置；
基于所述装配单元多个所述构件中各构件的期望位置，确定用于连接多个所述构件的多个接头；
确定要应用于各矢量上以及各点对象之间的边缘的类型；
确定多个所述边缘中彼此连接或接触的边缘；
修改多个所述边缘中确定为要连接的多个连接边缘，其中，修改多个所述连接边缘包括添加多个接头；
基于所建模的多个所述构件生成数控数据；和
基于所建模的多个所述构件，操作数控机床以生成多个零件。
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