DE102021213650A1

DE102021213650A1 - Verfahren zum Verarbeiten von Geometriedaten, Computerprogrammprodukt sowie System zum Verarbeiten von Geometriedaten

Info

Publication number: DE102021213650A1
Application number: DE102021213650.8A
Authority: DE
Inventors: Marcus Danielz; Maximilian Gowarzewski; Andreas Müller; Andrii Kleshchonok; Andre BREITENFELD
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-12-01
Filing date: 2021-12-01
Publication date: 2023-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Verarbeiten von Geometriedaten (20) zumindest einer zu analysierenden Baugruppe (1), insbesondere in Form eines Fahrzeuges, umfassend: Bereitstellen (101) zumindest einer abstrahierten Geometrierepräsentation (10) zur Repräsentation von mehreren unterschiedlichen Referenzbaugruppen, die mehrere vordefinierte Funktionszonen (11) aufweist, denen zur Repräsentation von gemeinsamen Eigenschaften der Referenzbaugruppen Funktionsdaten zugeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung einen Computerprogrammprodukt, sowie ein System (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von Geometriedaten einer zu analysierenden Baugruppe, insbesondere in Form eines Fahrzeuges, ein Computerprogrammprodukt, sowie ein System zum Verarbeiten von Geometriedaten.
Insbesondere zur Simulation von Baugruppen, wie Fahrzeugen oder Teilen von Fahrzeugen, ist es bekannt, Finite-Elemente-Analysen einzusetzen, um ein mechanisches oder thermodynamisches Verhalten zu untersuchen. Dazu ist es regelmäßig erforderlich, die Form der Baugruppe zu erfassen und numerisch abzubilden.
Dazu ist es beispielsweise aus der US 2014/0375636 A1 bekannt, eine sog. Shrinkwrap-Methode zu nutzen, bei welcher eine geschlossene Fläche über die Form einer zu analysierenden Baugruppe gelegt wird. Dabei wird das Netz der geschlossenen Fläche in Abhängigkeit von den geometrischen Eigenschaften der zugrundeliegenden Form angepasst.
Insbesondere bei Fahrzeugen unterscheiden sich jedoch häufig unmittelbar nebeneinander liegende funktionale Bereiche einer Baugruppe, wie z. B. eine Windschutzscheibe und eine Motorhaube in ihren mechanischen Eigenschaften. Wird nun ein Netz über die Baugruppe gelegt, werden die Knoten des Netzes, die im Grenzbereich liegen, in Abhängigkeit von der Gesamtgeometrie einer der angrenzenden funktionalen Bereiche zugeordnet. Somit steht zuvor nicht fest, welchen mechanischen Eigenschaften ein bestimmter Knoten schlussendlich zugeordnet wird.
Beispielsweise in der Schwingungsanalyse zur Identifikation von Eigenmoden ist es jedoch oft erforderlich, eine Unterscheidung treffen zu können, ob die Moden als global oder lokal zu klassifizieren sind, wozu die Kenntnis der Zuordnung der Knoten erforderlich ist. Daher erfolgt diese Klassifizierung meist von Hand. Insbesondere, wenn eine große Anzahl von Baugruppen, beispielsweise eine große Anzahl von Varianten, analysiert werden soll, ist es jedoch wünschenswert, die Verarbeitung der Geometriedaten möglichst über die große Anzahl von Varianten zumindest teilweise zu automatisieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, voranstehende, aus dem Stand der Technik bekannte Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verarbeiten von Geometriedaten einer zu analysierenden Baugruppe, vorzugsweise zumindest teilweise oder vollständig automatisiert, zu ermöglichen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 9, sowie ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt und/oder dem erfindungsgemäßen System und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Verarbeiten von Geometriedaten zumindest einer zu analysierenden Baugruppe, insbesondere in Form eines Fahrzeuges, vorgesehen. Das Verfahren umfasst, insbesondere in Form von Verfahrensschritten:

- Bereitstellen zumindest einer, vorzugsweise abstrahierten, Geometrierepräsentation zur Repräsentation von mehreren unterschiedlichen Referenzbaugruppen, wobei die Geometrierepräsentation mehrere vordefinierte Funktionszonen aufweist, denen zur Repräsentation von gemeinsamen Eigenschaften der Referenzbaugruppen Funktionsdaten zugeordnet sind, insbesondere durch eine Speichereinheit eines Systems zum Verarbeiten der Geometriedaten,
- Unterteilen der Geometriedaten der zu analysierenden Baugruppe in funktionale Bereiche, die jeweils zu einer der Funktionszonen korrespondieren, insbesondere durch eine Recheneinheit des Systems,
- Erstellen von Modelldaten durch Anpassen der, insbesondere abstrahierten, Geometrierepräsentation an die Geometriedaten der zu analysierenden Baugruppe, wobei zumindest eine der Funktionszonen dem, insbesondere jeweils, korrespondierend funktionalen Bereichen zugeordnet wird, insbesondere durch die Recheneinheit.

Bei den Geometriedaten handelt es sich vorzugsweise um digitale und/oder virtuelle Daten. Die Geometriedaten können bei dem Verfahren, insbesondere als Eingangsdaten, bereitgestellt werden. Insbesondere können die Geometriedaten ein, vorzugsweise dreidimensionales, virtuelles Modell, wie z. B. ein numerisches Modell, der Baugruppe umfassen. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass die Geometriedaten Bilddaten der Baugruppe umfassen. Das Verarbeiten der Geometriedaten kann insbesondere zur Vorbereitung und/oder Durchführung einer Vibrationsanalyse der Baugruppe erfolgen.
Die Geometrierepräsentation kann ein numerisches Modell umfassen, insbesondere welches die Funktionszonen der Referenzbaugruppen zumindest angenähert oder exakt abbildet. Dabei kann eine Abstraktion der Geometrierepräsentation dadurch bereitgestellt werden, dass beispielsweise Details der tatsächlichen Geometrie vereinfacht sind. Beispielsweise kann die Geometrierepräsentation eine gemittelte Geometrie der unterschiedlichen Referenzbaugruppen umfassen. Vorzugsweise umfasst die Geometrierepräsentation ferner ein Netz mit mehreren Knoten zur Repräsentation der Referenzbaugruppen. Ferner kann die Geometrierepräsentation Finite Elemente umfassen. Die Referenzbaugruppen können z. B. unterschiedliche Fahrzeugmodelle eines gleichen Fahrzeugtyps umfassen.
Die Funktionszonen können geometrische Bereiche der Geometrierepräsentation umfassen, welche eine gemeinsame Bezeichnung und/oder gemeinsame physikalische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können die Funktionszonen in Abhängigkeit von der tatsächlichen Geometrie der Referenzbaugruppen und der angestrebten Analyseform der zu analysierenden Baugruppe bestimmt werden.
Die Funktionsdaten können insbesondere semantische Informationen zu den gemeinsamen Eigenschaften der unterschiedlichen Referenzbaugruppen umfassen. Beispielsweise können die Funktionsdaten die Bezeichnung, physikalische Eigenschaften, wie mechanische und/oder thermodynamische Eigenschaften, und/oder zumindest eine Identifikationsinformation, beispielsweise in Form von Identifikationsnummern, umfassen. Insbesondere sind allen Funktionszonen jeweils zumindest teilweise unterschiedliche Funktionsdaten zugeordnet.
Beim Unterteilen der Geometriedaten kann die Baugruppe insbesondere seitenweise gerastert werden, um die funktionalen Bereiche zu identifizieren. Vorzugsweise können die funktionalen Bereiche durch Voxel, Punktwolken und/oder Netzdaten, insbesondere Mesh-Data, gebildet werden.
Die Modelldaten können vorzugsweise ein Netz umfassen, welches auf dem Netz der Geometrierepräsentation basiert. Dabei können insbesondere alle Knoten der zumindest einen vordefinierten Funktionszone dem korrespondierenden funktionalen Bereich zugeordnet werden. Beim Erstellen der Modelldaten werden vorzugsweise alle vordefinierten Funktionszonen jeweils einem korrespondierenden funktionalen Bereich zugeordnet. Beim Anpassen der abstrahierten Geometrierepräsentation kann die Form der Geometrierepräsentation an die Form der Baugruppe und/oder der Geometriedaten angepasst werden.
Dadurch, dass die Funktionszonen den funktionalen Bereichen zugeordnet werden, ist es reproduzierbar und insbesondere vorhersagbar, welche Knoten des Netzes der Geometrierepräsentation welchem funktionalen Bereich in den Modelldaten zugeordnet werden. Insbesondere werden beim Zuordnen der Funktionszone zu dem jeweils korrespondierenden funktionalen Bereich auch die Funktionsdaten den funktionalen Bereichen zugeordnet. Somit kann erreicht werden, dass die Eigenschaften der Baugruppe und/oder der Referenzbaugruppen, die für die Funktionszonen spezifisch sind, auch beim Erstellen der Modelldaten erhalten bleiben und geometrisch korrekt zugeordnet werden. Dadurch können Modelldaten einer Vielzahl ähnlicher Baugruppen, d.h. insbesondere von Baugruppen, welche unter der abstrahierten Geometrierepräsentation subsumierbar sind, automatisiert erstellt werden, ohne beispielsweise die semantischen Informationen der Funktionszonen zu verlieren oder zumindest teilweise geometrisch irrtümlich zuzuordnen. Vorzugsweise können die Modelldaten somit für eine Weiterverarbeitung normalisiert und/oder standardisiert sein und/oder werden, insbesondere wobei ein Informationsverlust der Funktionsdaten vermieden werden kann.
Weiterhin ist es bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass mehrere, insbesondere abstrahierte, Geometrierepräsentationen unterschiedlicher Geometrietypen bereitgestellt werden, wobei die zu analysierende Baugruppe einen Geometrietyp aufweist, anhand dessen eine der Geometrierepräsentationen zum Aufbereiten der Geometriedaten der zu analysierenden Baugruppe bestimmt wird. Die unterschiedlichen Geometrierepräsentationen können verallgemeinerte Geometrien umfassen, die jeweils einem Geometrietyp zugeordnet werden können. Ferner können die Geometrietypen jeweils einer Baugruppenart zugeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils ein Geometrietyp für Sportwagen, Geländefahrzeuge, Limousinen und/oder oder dergleichen bereitgestellt werden. Vorzugsweise werden die Geometrierepräsentationen durch einen Vorbereitungsvorgang zum Bereitstellen der Geometrierepräsentationen erstellt. Bei dem Vorbereitungsvorgang können vorhandene Referenzbaugruppen in die Geometrietypen unterteilt und/oder klassifiziert werden. Ferner kann bei dem Vorbereitungsvorgang eine Mittelung von Geometriedaten vorhandener Referenzbaugruppen jedes Geometrietyps erfolgen. Durch die Vielzahl der Geometrierepräsentationen können die Modelldaten für eine große Anzahl unterschiedlicher Referenzbaugruppen erstellt werden. Dabei kann durch die Geometrietypen eine Geometrierepräsentation bestimmt werden, welche bereits nah an der zu analysierenden Baugruppe ist.
Im Rahmen der Erfindung ist es weiterhin denkbar, dass die abstrahierte Geometrierepräsentation durch eine Shrinkwrap-Methode an die zu analysierende Baugruppe angepasst wird. Durch die Anpassung mittels der Shrinkwrap-Methode können die Geometriedaten vorzugsweise anhand der Geometrierepräsentation vereinfacht werden. Beispielsweise können die Modelldaten nach der Anpassung frei von geometrischen Details sein, die zur Analyse der gesamten Baugruppe oder der funktionalen Bereiche vernachlässigbar sind. So sind häufig Bohrungen, Verrundungen oder Fasen insbesondere zur Vibrationsanalyse vernachlässigbar. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Geometriedaten aus mehreren Einzelgeometriedaten von Einzelkomponenten der Baugruppe zusammengesetzt sind. Beim Anpassen der Geometrierepräsentation durch die Shrinkwrap-Methode können die Modelldaten in Form eines zusammenhängenden Einzelteils erstellt werden. Durch die Shrinkwrap-Methode kann somit eine Reproduzierbarkeit der Modelldaten bei gleichzeitiger Automatisierung ermöglicht werden.
Weiterhin ist es bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass die vordefinierten Funktionszonen Stützstellen aufweisen, wobei die Funktionsdaten den Stützstellen zugeordnet sind, und insbesondere Identifikationsdaten zur eindeutigen Identifikation der Stützstellen umfassen. Die Stützstellen können beispielsweise Knoten eines Netzes der Geometrierepräsentation umfassen. Es kann vorgesehen sein, dass die Identifikationsdaten eine Identifikationsnummer und/oder ID für jede der Stützstellen umfassen. Dadurch können semantische Informationen, beispielsweise über eine Datenbank, den einzelnen Stützstellen über die Identifikationsdaten zugeordnet sein. Es ist denkbar, dass jeder Funktionszone und/oder jedem funktionalen Bereich ein eindeutiger Zahlenraum zugeordnet ist, in welchem die Identifikationsnummern vergeben werden. Die Stützstellen können somit als numerische Ankerpunkte dienen, durch welche eine Verknüpfung der Funktionsdaten und der jeweiligen geometrischen Form ermöglicht ist.
Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass die jeweiligen Stützstellen einer Funktionszone oder aller Funktionszonen, insbesondere beim Anpassen an die abstrahierte Geometrierepräsentation, in den jeweils korrespondierenden funktionalen Bereich übertragen werden. Somit kann vorgesehen sein, dass eine erste Stützstelle, die einer ersten Funktionszone der Geometrierepräsentation zugeordnet ist, in einen zu der ersten Funktionszone korrespondierenden ersten funktionalen Bereich übertragen wird, während eine zweite Stützstelle, die einer zweiten Funktionszone der Geometrierepräsentation zugeordnet ist, in einen zu der zweiten Funktionszone korrespondierenden zweiten funktionalen Bereich übertragen wird. Weiterhin ist es denkbar, dass die Identifikationsdaten mit der Anzahl der Stützstellen skalierbar sind. Wird beispielsweise durch eine größere Anzahl an Stützstellen eine Verfeinerung des Netzes erzeugt, kann vorgesehen sein, dass die Identifikationsdaten der Stützstellen des verfeinerten Netzes zu den ursprünglichen Stützstellen korrespondieren. Durch die Verknüpfung der Stützstellen mit den Funktionsdaten und/oder den Identifikationsdaten und den anschließenden Übertrag in die funktionalen Bereiche kann somit die Zuordnung der Funktionsdaten zu den funktionalen Bereichen in einfacher Art und Weise erfolgen.
Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass das Anpassen der abstrahierten Geometrierepräsentation in Abhängigkeit von einer Verlustfunktion erfolgt, die vorzugsweise aus mehreren unterschiedlichen Funktionstypen von Verlustfunktionen zusammengesetzt ist. Insbesondere kann das Anpassen der abstrahierten Geometrierepräsentation in Abhängigkeit von der Verlustfunktion iterativ erfolgen. Die Verlustfunktion kann insbesondere auch als Loss-Function bezeichnet werden. Insbesondere kann es sich bei der Verlustfunktion um eine statistische Funktion zur Übertragung der Stützstellen von den Funktionszonen in den jeweils korrespondierenden funktionalen Bereich handeln. Vorzugsweise kann die Verlustfunktion aus einer Normal-Loss-Function, einer Chamfer-Loss-Function, insbesondere in Form einer Chamfer-Distance-Loss-Function, einer Edge-Loss-Function und/oder einer Laplacian-Loss-Function zusammengesetzt sein. Durch die Zusammensetzung der Verlustfunktion aus mehreren unterschiedlichen Funktionstypen kann eine Abweichung von der tatsächlichen Geometrie der Geometriedaten beim Erstellen der Modelldaten reduziert oder vermieden werden. Bei der iterativen Durchführung des Anpassens der Geometrierepräsentation kann eine Anpassung einer Gewichtung erfolgen, welche eine Geometrie der jeweiligen Funktionszone und/oder eine Geometrie zur jeweiligen Funktionszone benachbarter Funktionszonen berücksichtigt. Durch die Gewichtung kann sichergestellt werden, dass die Stützstellen einer Funktionszone beim Anpassen an die Geometriedaten dem jeweils korrespondierenden funktionalen Bereich, d.h. beispielsweise einem vorbestimmten Voxel, zugeordnet werden. Vorzugsweise ist die Gewichtung in die Verlustfunktion integriert. Dadurch kann eine fehlerhafte Übertragung einer Stützstelle in einen zu dem eigentlich korrespondierenden funktionalen Bereich benachbarten Bereich verhindert werden.
Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass beim Anpassen der abstrahierten Geometrierepräsentation eine Flächennormale der Funktionszone(n) und/oder des korrespondierenden funktionalen Bereiches berücksichtigt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Flächennormalen vor und nach dem Übertragen der Stützstellen die gleiche oder im Wesentlichen gleiche Orientierung aufweisen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine zusammenhängende Fläche einer Funktionszone in der Geometrierepräsentation auch nach der Übertragung noch eine zusammenhängende Fläche des korrespondierenden funktionalen Bereiches in den Modelldaten bildet. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass eine Änderung eines Winkels zweier, insbesondere benachbarter, Flächennormalen beim Anpassen der Geometrierepräsentation, insbesondere beim Übertragen der Stützstellen, minimiert wird. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass eine Zuordnung von Stützstellen zu einem inkorrekten funktionalen Bereich, z. B. durch eine Chamfer-Loss-Function, erfolgt, wenn in dem inkorrekten funktionalen Bereich ein nächstgelegener Punkt liegt.
Es ist ferner bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass Folgendes ausgeführt wird:

- Trainieren eines künstlichen, neuronalen Netzes anhand von Trainingsdaten, die die Modelldaten umfassen, insbesondere durch die Recheneinheit.

Weiterhin können die Trainingsdaten beispielsweise Ergebnisdaten einer Analyseberechnung zur Analyse von dynamischen Eigenschaften der Baugruppe und/oder der Modelldaten umfassen. Vorzugsweise können die Trainingsdaten Modelldaten mehrerer unterschiedlicher Baugruppen und/oder Referenzbaugruppen umfassen. Durch die hohe Reproduzierbarkeit der Modelldaten und durch die jeweils verknüpften Funktionsdaten können die Trainingsdaten dabei miteinander vergleichbar sein. Dadurch kann das künstliche neuronale Netz vorteilhaft angelernt werden, um eine Analyse von Eigenmoden automatisiert durchzuführen und/oder Netzte für Modelldaten anhand von Geometriedaten automatisiert zu erstellen. Alternativ können die Modelldaten als Eingangsdaten in ein trainiertes künstliches, neuronales Netz eingespeist werden, um beispielsweise eine Analyse von Eigenmoden der Baugruppe durchzuführen. Insbesondere ist es ferner denkbar, dass das neuronale Netz als Autoencoder ausgeführt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen. Das Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bei einer Ausführung, insbesondere des Programms und/oder der Befehle, durch eine Recheneinheit die Recheneinheit veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Somit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Bei dem Verfahren kann es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren handeln. Das Computerprogrammprodukt kann als computerlesbarer Anweisungscode implementiert sein. Ferner kann das Computerprogrammprodukt auf einem computerlesbaren Speichermedium wie einer Datendisk, einem Wechsellaufwerk, einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher, oder einem eingebauten Speicher/Prozessor abgespeichert sein. Ferner kann das Computerprogrammprodukt in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitstellbar oder bereitgestellt sein, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen oder online ausgeführt werden kann. Das Computerprogrammprodukt kann sowohl mittels einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein System zum Verarbeiten von Geometriedaten zumindest einer zu analysierenden Baugruppe vorgesehen. Das System weist eine Speichereinheit zum Bereitstellen zumindest einer abstrahierten Geometrierepräsentation zur Repräsentation von mehreren unterschiedlichen Referenzbaugruppen auf. Ferner umfasst das System eine Recheneinheit zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Somit bringt ein erfindungsgemäßes System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt beschrieben worden sind. Die Recheneinheit kann vorzugsweise einen Prozessor und/oder Mikroprozessor umfassen. Die Speichereinheit kann z. B. einen flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher umfassen. Weiterhin kann das System ein künstliches, neuronales Netz aufweisen, welches durch die Modelldaten trainierbar ist oder durch welches die Modelldaten als Eingangsdaten auswertbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:

1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verarbeiten von Geometriedaten beim Erstellen von Modelldaten,
2 ein Anpassen einer abstrahierten Geometrierepräsentation an die Geometriedaten zum Erstellen der Modelldaten,
3 mehrere abstrahierte Geometrierepräsentationen unterschiedlicher Geometrietypen, und
4 ein erfindungsgemäßes System zum Verarbeiten der Geometriedaten und das Verfahren beim Trainieren eines künstlichen, neuronalen Netzes.

In der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden für die gleichen technischen Merkmale auch in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 zum Verarbeiten von Geometriedaten 20 zumindest einer zu analysierenden Baugruppe 1, beim Erstellen 103 von Modelldaten 30 in einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 100 wird vorzugsweise durch eine Recheneinheit 3 eines Systems 2 zum Verarbeiten der Geometriedaten 20 ausgeführt, wie in 4 dargestellt. Dazu kann beispielsweise ein Computerprogrammprodukt vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei einer Ausführung durch die Recheneinheit 3 die Recheneinheit 3 veranlassen, das Verfahren 100 auszuführen.
Bei der zu analysierenden Baugruppe 1 handelt es sich vorzugsweise um ein Fahrzeugteil oder ein Fahrzeug, wie in 1 gezeigt. Die Geometriedaten 20 können ein, vorzugsweise dreidimensionales, virtuelles Modell, wie z.B. ein numerisches Modell, der Baugruppe 1 umfassen. Das Verarbeiten der Geometriedaten 20 kann insbesondere zur Vorbereitung und/oder Durchführung einer Vibrationsanalyse der Baugruppe 1 erfolgen. Beispielsweise kann es ein Ziel sein, Eigenmoden zu identifizieren und/oder in lokale und globale Moden zu klassifizieren.
Bei dem Verfahren 100 erfolgt, vorzugsweise vorbereitend, ein Bereitstellen 101 zumindest einer abstrahierten Geometrierepräsentation 10 zur Repräsentation von mehreren unterschiedlichen Referenzbaugruppen, die mehrere vordefinierte Funktionszonen 11 aufweist, denen zur Repräsentation von gemeinsamen Eigenschaften der Referenzbaugruppen Funktionsdaten zugeordnet sind. Die unterschiedlichen Referenzbaugruppen können in der Geometrierepräsentation 10 durch eine gemeinsame, gemittelte und/oder angenäherte Form repräsentiert sein. Vorzugsweise umfasst die Geometrierepräsentation 10 ein Netz, insbesondere aus finiten Elementen, mit Knoten zur numerischen Repräsentation der Form. Die Funktionszonen 11 können beispielsweise durch funktional unterscheidbare Fahrzeugbereiche gebildet werden, wie eine Windschutzscheibe, eine Fahrertür und/oder eine Fahrzeugfront. Vorzugsweise werden, wie in 3 dargestellt, mehrere abstrahierte Geometrierepräsentationen 10 unterschiedlicher Geometrietypen bereitgestellt. Beispielsweise können die Geometrierepräsentationen 10 vorbereitet sein und durch eine Speichereinheit 4 des Systems 2 bereitgestellt werden. Es ist jedoch ebenso denkbar, dass die Geometrierepräsentationen 10 beim Verfahren 100 automatisch erzeugt werden. Beispielsweise können die Geometrietypen nach Fahrzeugart, wie z. B. Sportwagen, Geländefahrzeuge und dergleichen, und/oder nach anderen Charakteristika, wie z. B. einer Fahrzeuglänge und/oder einer Fahrzeughöhe, unterteilt sein. Die zu analysierende Baugruppe 1 weist dabei einen spezifischen Geometrietyp der Geometrietypen auf. Anhand des spezifischen Geometrietyps der zu analysierenden Baugruppe 1 wird daraufhin eine der Geometrierepräsentationen 10 zum Aufbereiten der Geometriedaten 20 der zu analysierenden Baugruppe 1 bestimmt, insbesondere ausgewählt. Dadurch kann eine Grundform für die verwendete Geometrierepräsentation 10 gewählt werden, welche der zu analysierenden Baugruppe 1 bereits nahe kommt, so dass zum Erstellen 103 der Modelldaten 30 weniger Anpassungsoperationen erforderlich sind.
Die Funktionsdaten umfassen insbesondere semantische Informationen zu den Funktionszonen 11. Um die Verknüpfung der Funktionsdaten mit den Funktionszonen 11 zu ermöglichen, weisen die vordefinierten Funktionszonen 11 Stützstellen 12 auf, denen die Funktionsdaten den Stützstellen 12 zugeordnet sind. Beispielsweise können die Stützstellen 12 durch die Knoten des Netzes der Geometrierepräsentation 10 gebildet sein. Zur eindeutigen Identifikation der Stützstellen 12 umfassen die Funktionsdaten insbesondere Identifikationsdaten, wie beispielsweise eine eindeutige 10.
Insbesondere anhand von Voxeln, Punktwolken und/oder Netzdaten, erfolgt bei dem Verfahren 100 ferner ein Unterteilen 102 der Geometriedaten 20 der zu analysierenden Baugruppe 1 in funktionale Bereiche 21, die jeweils zu einer der Funktionszonen 11 der Geometrierepräsentation 10 korrespondieren. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass in einem der Voxel die Windschutzscheibe und in einem anderen das Fahrzeugheck zu verorten ist.
Daraufhin erfolgt das Erstellen 103 der Modelldaten 30 durch Anpassen der abstrahierten Geometrierepräsentation 10 an die Geometriedaten 20 der zu analysierende Baugruppe 1. Dabei wird zumindest eine der vordefinierten Funktionszonen 11 dem korrespondierenden funktionalen Bereich 21 zugeordnet. Dazu kann die abstrahierte Geometrierepräsentation 10 durch eine Shrinkwrap-Methode an die zu analysierende Baugruppe 1 angepasst werden. Dabei kann eine Verlustfunktion 32 eingesetzt werden, die aus mehreren unterschiedlichen Funktionstypen von Verlustfunktionen 32 zusammengesetzt ist, um die Anpassung geometriegerecht für die zu analysierende Baugruppe 1 auszugestalten. Weiterhin kann eine Gewichtung 31 in die Verlustfunktion 32 integriert sein, bei welcher eine Geometrie der jeweiligen Funktionszone 11 berücksichtigt wird und/oder eine Geometrie benachbarter Funktionszonen 11 berücksichtigt werden. Dadurch können die jeweiligen Stützstellen 12 einer Funktionszone 11 beim Anpassen an die abstrahierte Geometrierepräsentation 10 in den jeweils korrespondierenden funktionalen Bereich 21 übertragen und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit bei der Annäherung der Modelldaten 30 an die tatsächliche Geometrie der zu analysierenden Baugruppe 1 erzielt werden.
Wie in 2 dargestellt, wird durch die Verlustfunktion 32 beim Anpassen der abstrahierten Geometrierepräsentation 10 zumindest eine Flächennormale 14 zumindest einer der Funktionszonen 11 und/oder des korrespondierenden funktionalen Bereiches 21 berücksichtigt. Insbesondere wird durch die Verlustfunktion 32 iterativ eine Änderung eines Winkels 15 zumindest zweier, insbesondere benachbarter, Flächennormalen 14 und/oder zumindest zweier benachbarter Funktionsbereiche 11 beim Anpassen der Geometrierepräsentation 10, insbesondere beim Übertragen der Stützstellen 12, minimiert.
Anschließend erfolgt vorzugsweise ein Trainieren 104 eines künstlichen, neuronalen Netzes 40 des Systems 2 anhand von Trainingsdaten 41, die die Modelldaten 30 umfassen. Dadurch kann eine automatische Auswertung und/oder Replikation der Erstellung 103 der Modelldaten 30 durch das neuronale Netz 40 ermöglicht werden.
Somit kann erreicht werden, dass die Eigenschaften der Baugruppe 1, die für die Funktionszonen 11 spezifisch sind, auch beim Erstellen 103 der Modelldaten 30 geometrisch korrekt zugeordnet werden. Durch die Verlustfunktion 32 erfolgt bei großen Abweichungen iterativ eine Bestrafung der Gewichtung 31. Dadurch können Modelldaten 30 einer Vielzahl ähnlicher Baugruppen 1, d.h. insbesondere von Baugruppen 1 automatisiert erstellt werden, ohne die Funktionsdaten der Funktionszonen 11, beispielsweise in Form der semantischen Informationen, zu verlieren. Durch die hohe Reproduzierbarkeit der Modelldaten 30 und durch die jeweils verknüpften Funktionsdaten können die Trainingsdaten 41 ferner miteinander vergleichbar sein. Dadurch kann das künstliche neuronale Netz 40 vorteilhaft angelernt werden, um eine Analyse von Eigenmoden automatisiert durchzuführen und/oder Netzte für Modelldaten 30 anhand von Geometriedaten 20 automatisiert zu erstellen.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Baugruppe
2: System
3: Recheneinheit
4: Speichereinheit
10: Geometrierepräsentation
11: Funktionszone
12: Stützstelle
14: Flächennormale
15: Winkel
20: Geometriedaten
21: Bereiche
30: Modelldaten
31: Gewichtung
32: Verlustfunktion
40: künstliches neuronales Netz
41: Trainingsdaten
100: Verfahren
101: Bereitstellen
102: Unterteilen
103: Erstellen
104: Trainieren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/0375636 A1 [0003]

Claims

Verfahren (100) zum Verarbeiten von Geometriedaten (20) zumindest einer zu analysierenden Baugruppe (1), insbesondere in Form eines Fahrzeuges, umfassend: - Bereitstellen (101) zumindest einer abstrahierten Geometrierepräsentation (10) zur Repräsentation von mehreren unterschiedlichen Referenzbaugruppen, die mehrere vordefinierte Funktionszonen (11) aufweist, denen zur Repräsentation von gemeinsamen Eigenschaften der Referenzbaugruppen Funktionsdaten zugeordnet sind, - Unterteilen (102) der Geometriedaten (20) der zu analysierenden Baugruppe (1) in funktionale Bereiche (21), die jeweils zu einer der Funktionszonen (11) korrespondieren, - Erstellen (103) von Modelldaten (30) durch Anpassen der abstrahierten Geometrierepräsentation (10) an die Geometriedaten (20) der zu analysierenden Baugruppe (1), wobei zumindest eine der Funktionszonen (11) dem korrespondierenden funktionalen Bereich (21) zugeordnet wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere abstrahierte Geometrierepräsentationen (10) unterschiedlicher Geometrietypen bereitgestellt werden, wobei die zu analysierende Baugruppe (1) einen Geometrietyp aufweist, anhand dessen eine der Geometrierepräsentationen (10) zum Aufbereiten der Geometriedaten (20) der zu analysierenden Baugruppe (1) bestimmt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die abstrahierte Geometrierepräsentation (10) durch eine Shrinkwrap-Methode an die zu analysierende Baugruppe (1) angepasst wird.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vordefinierten Funktionszonen (11) Stützstellen (12) aufweisen, wobei die Funktionsdaten den Stützstellen (12) zugeordnet sind und Identifikationsdaten zur eindeutigen Identifikation der Stützstellen (12) umfassen.
Verfahren (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Stützstellen (12) einer Funktionszone (11) beim Anpassen an die abstrahierte Geometrierepräsentation (10) in den jeweils korrespondierenden funktionalen Bereich (21) übertragen werden.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der abstrahierten Geometrierepräsentation (10) in Abhängigkeit von einer Verlustfunktion (32) erfolgt, die aus mehreren unterschiedlichen Funktionstypen von Verlustfunktionen (32) zusammengesetzt ist.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anpassen der abstrahierten Geometrierepräsentation (10) eine Flächennormale (14) der Funktionszone (11) und/oder des korrespondierenden funktionalen Bereiches (21) berücksichtigt wird.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Folgendes ausgeführt wird: - Trainieren (104) eines künstlichen, neuronalen Netzes (40) anhand von Trainingsdaten (41), die die Modelldaten (30) umfassen.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung durch eine Recheneinheit (3) die Recheneinheit (3) veranlassen, ein Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
System (2) zum Verarbeiten von Geometriedaten (20) zumindest einer zu analysierenden Baugruppe (1) aufweisend eine Speichereinheit (4) zum Bereitstellen (101) zumindest einer abstrahierten Geometrierepräsentation (10) zur Repräsentation von mehreren unterschiedlichen Referenzbaugruppen, und eine Recheneinheit (3) zum Ausführen eines Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.