Brevet FR3164547A1 — publié le 20260116

La présente invention concerne un procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée, qui comprend les étapes suivantes : optimisation de disposition d'une conception initiale, identification de la disposition de modules par regroupement de données, conception de contraintes modulaires relâchées, optimisation géométrique, fabrication par impression 3D et assemblage intégral. Les effets bénéfiques de la présente invention sont les suivants : un procédé itératif est utilisé pour concevoir automatiquement une structure de ferme tridimensionnelle comprenant plusieurs types de modules ; un procédé de regroupement des données est introduite au cours du processus itératif afin d'identifier la disposition des modules ; la solution d'optimisation tend progressivement vers une structure modulaire en imposant une contrainte modulaire relâchée ; ainsi, la ferme 3D optimisée présente des caractéristiques de plusieurs types de structures modulaires et est relativement facile à fabriquer. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée La présente invention concerne le domaine de l'ingénierie structurelle et de la technologie de fabrication additive, et plus particulier un procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée. TECHNIQUE CONTEXTE Les structures modulaires sont largement utilisées dans le domaine du génie civil pour la conception structurelle et la construction de bâtiments assemblés, de ponts déployables et d'autres structures, grâce à un faible coût, une haute qualité et une rapidité de construction. Cependant, la conception des structures modulaires implique non seulement la structure modulaire locale, mais aussi l'arrangement modulaire global ; des procédés de conception numérique pertinentes sont nécessaires de toute urgence pour libérer tout le potentiel des structures modulaires. L'optimisation de la topologie du continuum représente une tendance majeure dans la conception structurelle, sur la base la théorie de la conception élastique et la discrétisation des éléments finis ; les procédés d'optimisation de la topologie du continuum comprennent le procédé des matériaux isotropes solides avec pénalisation, le procédé d'optimisation structurelle asymptotique bidirectionnelle (BESO), le procédé de l'ensemble des niveaux, le procédé des composants déformés amovibles, et le procédé des trous déformés amovibles. Le concept de structures modulaires est largement utilisé dans l'optimisation structurelle, dont la plupart sont basées sur des procédés d'optimisation de la topologie du continuum. Il se compose principalement de deux branches, l'une axée sur la conception topologique des microstructures, dans laquelle les éléments cellulaires modulaires sont considérés comme infiniment petits par rapport au domaine de conception et des procédés d'homogénéisation sont utilisées, et l'autre se concentrant sur la conception topologique des macrostructures, dans laquelle des structures optimisées sont formées par un petit nombre de blocs de construction prescrits à l'aide de la techniques pionnières. Cependant, la recherche sur l'optimisation topologique des continuums de ferme repose souvent sur des modules prédéfinis ou n'utilise qu'un seul type de module. La combinaison de plusieurs types de modules par l'optimisation simultanée de la structure et de la disposition des modules peut réduire efficacement l'augmentation du volume structurel causée par les contraintes de modularité ; cependant, étant donné la complexité du problème de conception, cette approche entraîne également un coût de calcul élevé, ce qui limite son application aux problèmes d'optimisation des fermes 3D à grande échelle. Dans le domaine de la conception structurelle, les problèmes d'optimisation complexes peuvent être résolus à l'aide d'algorithmes méta-heuristiques, notamment les algorithmes génétiques, les algorithmes heuristiques d'optimisation par essaims de particules et les algorithmes d'optimisation par colonies de fourmis, etc. La combinaison de différentes stratégies évolutives permet d'exploiter pleinement leurs avantages respectifs, et les solutions initialement réalisables peuvent être intégrées dans des algorithmes spécifiques afin d'améliorer l'efficacité des calculs. Par conséquent, la difficulté actuelle de la recherche est de savoir comment concevoir des structures modulaires multi-types à l'aide de procédés d'optimisation de disposition des fermes. En résumé, il est essentiel d'étudier un nouvel procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle afin de réduire considérablement les coûts alors que les changements de volume structurel sont très faibles, et de réaliser l'optimisation de disposition des unités modulaires, la fabrication par impression 3D et l'assemblage intégré de structures complexes de fermes 3D à grande échelle. DIVULGATION DE L'INVENTION Afin de résoudre les inconvénients de l'art antérieur, la présente invention a pour objet de proposer un procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée. Le procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée comprend les étapes suivantes consistant à : S1 : optimisation de disposition d'une conception initiale : effectuer une optimisation de disposition d'une conception initiale en prenant un volume total minimum de toutes les tiges de la ferme comme objectif de conception afin d'obtenir une solution initiale d'une optimisation de disposition, et prendre la solution initiale comme borne inférieure stricte ; S2 : optimisation de disposition d'une conception modulaire : répéter l'étape S2.1 et l'étape S2.2, et affiner la solution initiale de l'optimisation de disposition en une solution d'optimisation d'une conception modulaire de l'optimisation de disposition ; S2.1 : identification de la disposition de modules par regroupement de données : adopter le regroupement des données pour vérifier la disposition structurelle et identifier la disposition de modules, afin de résoudre le problème d'optimisation de contraintes modulaires strictes ; S2.2 : conception de contraintes modulaires relâchées : utiliser la disposition des modules pour réoptimiser la structure grâce aux contraintes modulaires relâchées ; S3 : optimisation géométrique : effectuer un post-traitement d'optimisation géométrique sur un résultat de l'optimisation de disposition afin d'obtenir un résultat d'optimisation raisonnable et efficace ; S4 : fabrication par impression 3D et assemblage intégral : réaliser la fabrication par impression 3D d'une pluralité d'unités modulaires optimisées, et assembler intégralement les unités modulaires afin de fabriquer une structure optimisée. De préférence, à l'étape S1, une fonction objective correspondant à l'objectif de conception consistant à minimiser le volume total de toutes les tiges de la ferme est la suivante : une équation d'équilibre de forces, une contrainte d'effort de tige et une contrainte non négative de surface de tige sont introduites en tant que conditions de contrainte de la formule (1), dans lequel l'expression des conditions de contrainte est la suivante : où : V est un volume total de toutes les tiges de la ferme, est un vecteur longueur de la tige, est un vecteur surface de la tige, est une matrice d'équilibre, est un vecteur force interne de la tige, est un vecteur charge d'un nœud, et sont des résistances à la compression et à la traction admissibles de la tige, respectivement ; et sont un vecteur coordonnée du nœud et un vecteur coordonnée du nœud, respectivement, et est le nombre de nœuds. De préférence, à l'étape S1, d'abord, la définition d'un domaine de conception et de conditions limites, ensuite, la discrétisation du domaine de conception en un grille de nœuds et la construction d'une structure de base contenant toutes les connexions éventuelles entre les nœuds ; l'identification d'une structure de sous-ensemble optimisé à partir de la structure de base ; et la réalisation d'une optimisation géométrique sur la base de variables de conception de coordonnées des nœuds. De préférence, à l'étape S2.1, le regroupement des données divise des objets d'un ensemble de données en différents groupes sur la base d'une similarité, la similarité étant quantifiée par une distance euclidienne, l'expression étant la suivante : où : est un ensemble de données regroupées, est le ième regroupement de données, est le nombre total de regroupements de données, à savoir le nombre de types de modules dans le problème d'optimisation ; est un point de données appartenant à ; est un centre de masse de , et est le nombre de points de données correspondants ; extraire une disposition modulaire à partir de la structure existante en fonction du regroupement obtenu et à l'aide d'un algorithme de regroupement des données : d'abord, définir un domaine de conception et des conditions limites, et prendre un volume d'une région pour données à regrouper, à savoir dans la formule (3), afin d'obtenir la disposition modulaire optimale, étant un volume de la région ; et enfin, résoudre le problème de programmation linéaire afin d'obtenir une structure d'optimisation modulaire correspondante après réoptimisation, et résoudre le problème d'optimisation modulaire stricte, à savoir une solution de borne inférieure nominale. De préférence, à l'étape S2.1, l'expression du problème d'optimisation de contraintes modulaires strictes est résolue, et la fonction objective est la suivante : l'expression des contraintes est la suivante : où : est une constante binaire représentant le numéro du ème type de module dans chaque espace modulaire, qui reflète si le type de module correspondant est dans un état activé ; est le nombre de types de modules, est le nombre d'unités ; est une région optionnelle de l'unité de tige dans le ème module. De préférence, à l'étape S2.2, la définition de structures données de différents types de modules ; la définition des contraintes modulaires basée sur des unités, et garantir que des structures internes des espaces de modules du même type de module soient les mêmes ; la division de l'espace de modules en d×d sous-régions, chaque sous-région ayant une structure correspondante, et limiter un volume de la sous-région, les expressions étant les suivantes : où : est un volume structurel de la ième sous-région dans le ième espace modulaire, est un volume total de la ième région modulaire du ième type de module ; est un ensemble d'indices de l'espace modulaire lorsque le ième type de module est adopté ; est la ième sous-région dans le ième espace modulaire ; et sont une section transversale et une longueur de l'unité de tige dans la ième sous-région, respectivement, et est le numéro de tige ; pour une valeur suffisamment grande, les contraintes modulaires basées sur des régions convergent également vers les contraintes modulaires basées sur les unités ; pour une valeur relativement petite, les contraintes modulaires basées sur les régions sont également équivalentes aux contraintes modulaires relâchées, selon lequel la quatrième formule de l'expression (5) est remplacée par l'expression (6) et l'expression (7), afin d'obtenir l'expression de conception des contraintes modulaires relâchées. De préférence, à l'étape S2.2, les contraintes modulaires peuvent être renforcées en augmentant systématiquement la valeur ; pour résoudre le problème de convergence causé par un saut discret de la sous-région dû à l'augmentation de la valeur , l'expression (6) est modifiée en l'expression (8) comme suit : où : r est un facteur d'influence, 0 ≤ r ≤ 1, lorsque r = 1, cela signifie que l'expression de contrainte (6) est complètement éliminée, et lorsque r = 0, cela signifie que l'expression de contrainte (6) est complètement appliquée, à savoir les contraintes modulaires plus strictes ; tout au long de l'itération, la valeur r diminue progressivement d'environ 1 à 0. De préférence, à l'étape S2.2, l'expression du problème d'optimisation de contraintes modulaires relâchées est résolue, et la fonction objective est la suivante : l'expression des contraintes est la suivante : dans lequel l'expression des contraintes (10) est composée des 3 premières formules de l'expression (5), de l'expression (7) et de l'expression (8). De préférence, à l'étape S2, l'adoption d'une stratégie de mise en œuvre itérative améliorée entre l'étape S2.1 et l'étape S2.2, afin d'améliorer le résultat final de l'optimisation, précisément à savoir : à la fin de l'étape S2.1, lorsque , la mise à jour de la disposition des modules, puis la mise en œuvre de l'étape S2. 2 afin de résoudre le problème d'optimisation des contraintes modulaires relâchées ; lorsque , la mise en œuvre directe de l'étape S2.2 afin de résoudre le problème d'optimisation des contraintes modulaires relâchées ; où : est un volume de la structure optimisée modulaire, et qui est résolu à l'aide de l'expression (5) ; est le nombre d'itérations, et max est le nombre maximum d'itérations défini. Les effets bénéfiques de la présente invention sont les suivants : 1) dans le procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la présente invention, un procédé itératif est utilisé pour concevoir automatiquement une structure de ferme tridimensionnelle comprenant plusieurs types de modules ; un procédé de regroupement des données est introduite au cours du processus itératif afin d'identifier la disposition des modules ; la solution d'optimisation tend progressivement vers une structure modulaire en imposant une contrainte modulaire relâchée ; ainsi, la ferme 3D optimisée présente des caractéristiques de plusieurs types de structures modulaires et est relativement facile à fabriquer. 2) dans le procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la présente invention, sur la base de l'optimisation de disposition de la ferme initialement conçue et en réponse au problème que le volume de calcul est trop important lors de la résolution de problèmes d'optimisation de la ferme tridimensionnelle à grande échelle, la solution itérative comportant l'identification de la disposition de modules par regroupement de données et la conception de contraintes modulaires relâchées est proposée de sorte que le trajet de contrainte de la structure est plus claire et que l'efficacité du calcul est remarquablement améliorée sous réserve d'une faible influence sur la structure optimisée finale. 3) dans le procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la présente invention, sur la base du modèle mathématique d'optimisation de disposition de la ferme, une solution rapide et efficace sur la base des contraintes modulaires relâchées est réalisée grâce à la solution itérative comportant le regroupement de données pour identifier la disposition de modules ; la répétitivité modulaire et la régularité structurelle des résultats d'optimisation sont réalisées en définissant des contraintes modulaires relâchées de plusieurs types de modules ; et la conception de l'optimisation par impression 3D et la fabrication d'assemblages intégrés de la structure de ferme tridimensionnelle optimisée sont réalisées grâce à la modélisation 3D, au découpage modulaire de la structure modulaire, à la génération de chemin d'impression et à la production d'assemblage intégré. DESCRIPTION DES FIGURES La FIG. 1 est un schéma de processus d'optimisation global aux étapes S2 et S3 selon la présente invention ; La FIG. 2 est un schéma du processus d'optimisation de disposition pour la conception initiale à l'étape S1 (la FIG. 2 est un schéma de la définition du domaine de conception et des conditions limites, la FIG. 2 est un schéma de la construction d'une structure de base, la FIG. 2 est un schéma l'identification d'une structure de sous-ensemble optimisé, et la FIG. 2 est un schéma d'une optimisation géométrique) ; La FIG. 3 est un schéma du processus de l’identification de la disposition de modules par regroupement de données à l'étape S2.1 (la FIG. 3 est un schéma de la définition du domaine de conception et de conditions limites, la FIG. 3 est un schéma de l’identification de la disposition de modules par regroupement de données, et la FIG. 3 est un schéma de la réoptimisation de structure à l’aide des contraintes modulaires strictes) ; La FIG. 4 est un schéma du processus de la conception de contraintes modulaires relâchées à l'étape S2.2 (la FIG. 4 est un schéma de la disposition des différents types de modules, la FIG. 4 est un schéma de la disposition de contraintes modulaires basées sur les unités, la FIG. 4 est un schéma de contraintes modulaires relâchées, et la FIG. 4 est un schéma de contraintes modulaires relâchées basées sur les régions) ; La FIG. 5 est un schéma d'un modèle semi-structurel d'un mode de réalisation d'un pont à poutres à appui simple ; La FIG. 6 est un schéma du processus itératif d'un mode de réalisation d'un pont à poutres à appui simple ; La FIG. 7 est un schéma des variations du volume de la structure, de la variable d, et de la variable r pendant le processus itératif ; La FIG. 8 est un schéma de modules de la structure de toit carrée (la FIG. 8 est la vue de dessus de la structure de toit carrée, la FIG. 8 est la vue de face de la structure de toit carrée) ; La FIG. 9 est un schéma 3D de la charge verticale sur toute la portée de la structure de toit carrée ; La FIG. 10 est le résultat de l'optimisation de la structure de toit carrée composée de 6 types de modules différents (la FIG. 10 est la vue de dessus des résultats de l'optimisation, la FIG. 10 est la vue axonométrique des résultats de l'optimisation, et la FIG. 10 est le schéma des 6 types de modules différents). EXPOSÉ D ÉTAILLÉ DE MODE DE RÉALISATION La présente invention est décrite en détail ci-dessous en liaison avec les modes de réalisation. La description suivante des modes de réalisation a pour seul but de faciliter la compréhension de la présente invention. Il est entendu que, un homme du métier peut apporter des modifications sans s'écarter du principe technique de la présente invention, qui sont incluses dans la portée de la présente invention. Mode de réalisation I Dans un mode de réalisation, le procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée comprend les étapes suivantes consistant à : S1 : optimisation de la disposition de la conception initiale : comme le montrent les FIG. 2 à FIG. 2 , à l'étape S1, les principales étapes comprennent S1.1 la définition du domaine de conception et des conditions aux limites comme le montre la FIG. 2 , S1.2 la discrétisation du domaine de conception sous la forme d'un grille de nœuds et la construction d'un grille de nœuds comprenant entre les nœuds toutes les connexions possibles, comme le montre la FIG. 2 ; S1.3 identifier la structure optimisée du sous-ensemble à partir de la structure de base, comme le montre la FIG. 2 ; S1.4 concevoir des variables basées sur les coordonnées des nœuds et utiliser l'optimisation géométrique pour obtenir des résultats d'optimisation raisonnables, comme le montre la FIG. 2 . À l'étape S1, sans tenir compte de l'exigence de modularité, les expressions (1) à (2) sont utilisées pour effectuer l'optimisation de disposition de la conception initiale afin d'obtenir la solution initiale de l'optimisation de disposition, et la solution initiale est utilisée comme borne inférieure stricte ; la fonction objective correspondant à l'objectif de conception consistant à minimiser le volume total de toutes les tiges de la ferme est la suivante : l'expression des contraintes est la suivante : où : V est un volume total de toutes les tiges de la ferme, est un vecteur longueur de la tige, est un vecteur surface de la tige, est une matrice d'équilibre, est un vecteur force interne de la tige, est un vecteur charge d'un nœud, et sont des résistances à la compression et à la traction admissibles de la tige, respectivement ; et sont un vecteur coordonnée du nœud et un vecteur coordonnée du nœud, respectivement, et est le nombre de nœuds. Les trois contraintes de l'expression (2) représentent une expression d'équilibre de forces, une contrainte d'effort de tige et une contrainte non négative de surface de tige, respectivement ; les variables de conception sont le vecteur de surface de la tige , le vecteur de force interne de la tige et les coordonnées , et sont les matrices et les vecteurs générés en fonction de la topologie de la tige, respectivement, et sont les vecteurs constants correspondant aux conditions de travail réelles, et sont toutes les constantes correspondant aux conditions de travail réelles. S2 : optimisation de disposition d'une conception modulaire : tenir compte des exigences modulaires, et effectuer des itérations dont chacune comportant deux étapes principales, afin d'affiner la solution initiale de l'optimisation de disposition obtenue à l'étape S1 en une solution d'optimisation d'une conception modulaire de l'optimisation de disposition ; S2.1 : identification de la disposition de modules par regroupement de données : résolution de la disposition des modules identifiée dans le regroupement de données dans le l'expression (3) ; utilisation du regroupement de données pour examiner la disposition structurel pour identifier les dispositions de modules pertinentes ; le regroupement de données est un algorithme d'apprentissage non supervisé qui divise les objets d'un ensemble de données en sous-groupes sur la base de leur similarité, quantifiée par la distance euclidienne, et s'exprime comme suit : où : est un ensemble de données regroupées, est le ième regroupement de données, est le nombre total de regroupements de données, à savoir le nombre de types de modules dans le problème d'optimisation ; est un point de données appartenant à ; est un centre de masse de , et est le nombre de points de données correspondants ; S2.2 : conception de contraintes modulaires relâchées : faire évoluer la solution initiale vers une conception plus modulaire en utilisant une disposition définie de modules et en réoptimisant la structure en appliquant des contraintes modulaires relâchées ; S3 : optimisation géométrique : effectuer un post-traitement d'optimisation géométrique sur un résultat de l'optimisation de disposition afin d'obtenir un résultat d'optimisation raisonnable et efficace ; S4 : fabrication par impression 3D et assemblage intégral : procéder à la modélisation 3D, découper et générer des chemins d'impression pour chacune des multiples unités modulaires du modèle optimisé, procéder à la fabrication par impression 3D et réaliser l'assemblage intégré entre les unités modulaires pour fabriquer la structure optimisée. Mode de réalisation II Dans un autre mode de réalisation, le mode de réalisation II propose, sur la base du mode de réalisation I, un procédé plus spécifique d'optimisation de la conception et de la fabrication de fermes en 3D sur la base des contraintes de modularité relâchées, à l'étape S2: comme le montrent les FIG. 3a à 3c., à l’étape S2.1, extraire une disposition modulaire à partir de la structure existante à l'aide d'un algorithme de regroupement des données, consistant principalement à : S2.1.1 : définir un domaine de conception et des conditions limites, comme le montrent la FIG. 3a ; S2.1.1 : prendre un volume d'une région pour données à regrouper, à savoir dans la formule (3), afin d'obtenir la disposition modulaire optimale, étant un volume de la région, comme le montrent la FIG. 3 ; S2.1.3 : résoudre le problème de programmation linéaire afin d'obtenir une structure d'optimisation modulaire correspondante après réoptimisation, comme le montrent la FIG. 3 , et résoudre l'expression du problème d'optimisation de contraintes modulaires strictes, comme indiqué dans les expressions (4) à (5), à savoir une solution de borne inférieure nominale ; dans le mode de réalisation, une poutre cantilever est prise pour exemple pour la description ; la fonction objective est la suivante : l'expression des contraintes est la suivante : où : est une constante binaire représentant le numéro du ème type de module dans chaque espace modulaire, qui reflète si le type de module correspondant est dans un état activé ; est le nombre de types de modules, est le nombre d'unités ; est une région optionnelle de l'unité de tige dans le ème module ; L'algorithme de regroupement des données peut conduire à des solutions sous-optimales et est donc défini dans l'expression (3), dans le but de déterminer la disposition optimale des modules avec une solution nominalement inférieure. S2.2 : L'étape principale d'assouplissement des contraintes modulaires, comme indiqué dans les FIG. 4a à 4d, comprend : S2.2.1 : l'établissement des structures données des différents types de modules, comme indiqué dans la FIG. 4a ; S2.2.2 : l'établissement des contraintes modulaires basées sur les unités pour garantir que les structures internes des espaces de modules appartenant au même type de module sont toutes identiques, par exemple, les mêmes structures de I, II et III dans la FIG. 4a, dont la structure de l'espace de module est identique à celle de l'espace de module de la FIG. 4a. Le schéma spécifique de cette structure de module est illustré à la FIG. 4b ; S2.2.3 : diviser l'espace du module en d×d sous-régions, et contraindre le volume des sous-régions, comme illustré à la FIG. 4c ; S2.2.4 : Lorsque la valeur est suffisamment grande, les contraintes de modularité basées sur la région tendent à converger vers les résultats des contraintes de modularité basées sur l'unité ; ainsi, choisir une valeur relativement petite est équivalent aux contraintes de modularité relâchées pour les contraintes de modularité basées sur la région ( FIG. 4 ) ; les expressions de la contraintes modulaires relâchée sont présentées dans les expressions (6) à (7) pour remplacer la quatrième expression de l'expression (5). où : est un volume structurel de la ième sous-région dans le ième espace modulaire, est un volume total de la ième région modulaire du ième type de module ; est un ensemble d'indices de l'espace modulaire lorsque le ième type de module est adopté ; est la ième sous-région dans le ième espace modulaire ; et sont une section transversale et une longueur de l'unité de tige dans la ième sous-région, respectivement, et est le numéro de tige ; Au cours du processus d'optimisation, la contraintes modulaires peut être efficacement renforcée en augmentant systématiquement la valeur ; cependant, l'augmentation de la valeur peut également entraîner des sauts discrets dans la sous-région ; ces sauts soudains entraînent des changements importants entre les itérations, ce qui peut entraîner un problème de convergence ; afin de résoudre ce problème de convergence et d'assurer une transition en douceur entre les itérations, les contraintes dans l'expression (6) sont modifiées au moyen de la contrainte plus graduelle dans l'expression (8). où : est un facteur d'influence, 0 ≤ ≤ 1, lorsque = 1, cela signifie que l'expression de contrainte (6) est complètement éliminée, et lorsque = 0, cela signifie que l'expression de contrainte (6) est complètement appliquée, à savoir les contraintes modulaires plus strictes ; tout au long de l'itération, la valeur diminue progressivement d'environ 1 à 0, ce qui permet d'appliquer des contraintes modulaires plus strictes. À l'étape S2.2, l'expression du problème d'optimisation de contraintes modulaires relâchées est résolue, et la fonction objective est la suivante : l'expression des contraintes est la suivante : dans lequel l'expression des contraintes (10) est composée des 3 premières formules de l'expression (5), de l'expression (7) et de l'expression (8). En outre, l'adoption d'une stratégie de mise en œuvre itérative améliorée entre l'étape S2.1 et l'étape S2.2, afin d'améliorer le résultat final de l'optimisation, précisément à savoir : à la fin de l'étape S2.1, lorsque , la mise à jour de la disposition des modules, puis la mise en œuvre de l'étape S2. 2 afin de résoudre le problème d'optimisation des contraintes modulaires relâchées ; lorsque , la mise en œuvre directe de l'étape S2.2 afin de résoudre le problème d'optimisation des contraintes modulaires relâchées ; où : est un volume de la structure optimisée modulaire, et qui est résolu à l'aide de l'expression (5) ; est le nombre d'itérations, et max est le nombre maximum d'itérations défini. L'étape S3 consiste à : effectuer un post-traitement d'optimisation géométrique sur un résultat de l'optimisation de disposition afin d'obtenir un résultat d'optimisation raisonnable et efficace ; l'étape S4 consiste spécifiquement à extraire les informations structurelles de l'unité modulaire en fonction des résultats de l'optimisation, les informations structurelles comprenant le mode de l'unité modulaire, la position de l'unité modulaire, la connexion de l'unité modulaire et les dimensions de la section transversale de la tige de l'unité modulaire ; après l'assemblage de la tige et le traitement de la génération de nœuds de l'unité modulaire, l'établissement d'un modèle solide 3D puis les multiples unités modulaires du modèle solide sont découpées et des chemins d'impression sont générés respectivement pour l'impression 3D et la fabrication ; enfin, des connexions sont établies entre les unités modulaires pour l'assemblage intégré afin de fabriquer la structure optimisée. Il convient de noter que les parties de ce mode de réalisation qui sont identiques ou similaires au premier mode de réalisation peuvent faire l'objet de références croisées et ne seront pas répétées dans la présente demande. Mode de réalisation III Dans un autre mode de réalisation, le mode de réalisation III est proposé sur la base des modes de réalisation I et II. Il consiste à optimiser la conception et la fabrication d'un pont simplement supporté à l'aide des résultats de l'optimisation de disposition de la conception initiale de l'étape S1 et de l'optimisation de disposition de la conception modulaire de l'étape S2 de ce procédé d'optimisation de la conception et de la fabrication d'un ferme 3D sur la base le relâchement des contraintes modulaires. Comme le montre la FIG. 5, la semi-structure de ce pont à appui simple est prise selon la symétrie pour la conception optimale, c'est-à-dire que le domaine de conception 5 m×2 m est pris, la charge verticale =0,5 N est appliquée dans le coin inférieur droit du domaine de conception, la taille du module est 0,5 m×0,5 m, le nombre de types de modules =4, et la complexité du module est 4×4 ; les résultats de l'optimisation à chaque étape sont dépliés à la taille réelle selon la symétrie ; les changements de la structure dans le processus d'optimisation sont montrés dans la FIG. 6 ; et la FIG. 7 montre les modifications du volume de la structure, de la variable et de la variable au cours du processus d'itération. Tout d'abord, l'optimisation de disposition de la conception initiale à l'étape S1 est effectuée conformément aux expressions (1) à (2), et les résultats de l'optimisation sont indiqués dans le coin supérieur gauche de la FIG. 6 ; Ensuite, dans le regroupement des données pour identifier l'arrangement modulaire à l'étape S2.1, les données de la région unitaire optimisée par la disposition de la conception initiale à la FIG. 6 sont utilisées pour effectuer le regroupement des données conformément à l'expression (3), ce qui jette les bases du développement de la structure modulaire préliminaire ; Ensuite, en résolvant les expressions d'optimisation de la contrainte modulaires stricte (les expressions (4) à (5), obtenir les résultats de l'optimisation de disposition des modules, comme indiqué dans le coin supérieur droit de la FIG. 6 ; À chaque itération, appliquer les expressions d'optimisation (9) à (10) de la conception des contraintes du module mou S2.2, et obtenir les résultats de l'optimisation intermédiaire, comme indiqué dans le côté gauche des rangées 2 à 4 de la FIG. 6 ; au fur et à mesure que l'optimisation progresse, la relaxation diminue, et les résultats de l'optimisation intermédiaire tendent vers la structure modulaire ; En conséquence, mettre à jour la disposition des modules, comme indiqué dans le côté droit des lignes 2-4 à la FIG. 6, ce qui conduit à une réduction du volume de la structure modulaire correspondante, comme le montre la FIG. 7 ; dans le mode de réalisation, le processus itératif se termine à la 11e itération, à laquelle = 3, = 0,4 et le volume optimisé est de 25,04 × 10-6 m3 ; Enfin, la structure est rationalisée par optimisation géométrique, ce qui donne les résultats du coin inférieur gauche de la FIG. 6 ; en simplifiant la structure interne de chaque type de module et en supprimant les modules sans contraintes, le volume de la structure a encore été réduit à 23,00 × 10-6 m3. Les résultats de l'optimisation en deux étapes sont indiqués dans le coin inférieur droit de la FIG. 6 . En comparaison, les résultats de l'optimisation de le procédé brevetée correspondent à une réduction du volume de la structure d'environ 2,2 %, et seulement 53 s de temps de calcul CPU sont nécessaires, alors que le procédé d'optimisation en deux étapes prend 10 951 s. Par conséquent, le temps de calcul CPU du procédé breveté a été réduit de 99,50 %, et l'efficacité de calcul a été améliorée de manière significative. La FIG. 7 montre les changements dans le volume de la structure modulaire tout au long du processus de sélection ; à l'exception de la quatrième itération, la plupart des itérations produisent un volume de structure identique ou amélioré par rapport aux résultats des étapes précédentes ; après six itérations, la disposition des modules et le volume de la structure changent moins, ce qui indique que l'algorithme a convergé. Mode de réalisation IV Dans un autre mode de réalisation, le mode de réalisation IV propose, sur la base des modes de réalisation I et II, l'application du procédé d'optimisation de la conception et de la fabrication d'une ferme tridimensionnelle sur la base des contraintes modulaires relâchées à un modèle de ferme tridimensionnelle d'une couverture de toit carrée dans des conditions de support à quatre côtés. Comme le montrent les FIG. 8 et 8b, l'optimisation est effectuée pour une structure de ferme de toit carrée d'une portée de 60 m. Une analyse simplifiée est effectuée en considérant le quart de la structure sur la base de la symétrie. La structure de toit grandeur nature consiste en une grille de 12 x 12 x 2 modules utilisant six types de modules différents, chacun ayant une complexité de 3 x 3 x 3. Des supports sont placés à des intervalles de 10 m le long des quatre limites de la structure. Des charges verticales ont été appliquées à chaque nœud sur la surface supérieure de la structure, c'est-à-dire des charges de pleine portée, pour simuler avec précision l'action de la charge de gravité G, comme le montre la FIG. 9 . Les résultats optimisés de le procédé brevetée, présentés dans les FIG. 10 à FIG. 10 , sont les suivants : le volume optimisé de la structure avec 6 types de modules différents dans la FIG. 10 est de 5 462 × 10-6m3 sous la condition de charge de pleine portée, et le temps de solution optimisé est de 1 289s. Comme exemple comparatif, 1 type de module a été utilisé pour résoudre la structure, ce qui correspond à un volume optimisé de 8 614 × 10-6m3. Les résultats montrent qu'en augmentant le nombre de types de modules de 1 à 6, une réduction maximale du volume de 36,5 % peut être obtenue. Selon les modes de réalisation III et IV, dans le procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la présente invention, sur la base du modèle mathématique d'optimisation de disposition de la ferme, une solution rapide et efficace sur la base des contraintes modulaires relâchées est réalisée grâce à la solution itérative comportant le regroupement de données pour identifier la disposition de modules ; la répétitivité modulaire et la régularité structurelle des résultats d'optimisation sont réalisées en définissant des contraintes modulaires relâchées de plusieurs types de modules, l'efficacité du calcul est remarquablement améliorée sous réserve d'une faible influence sur la structure optimisée finale ; et la conception de l'optimisation par impression 3D et la fabrication d'assemblages intégrés de la structure de ferme tridimensionnelle optimisée sont réalisées grâce à la modélisation 3D, au découpage modulaire de la structure modulaire, à la génération de chemin d'impression et à la production d'assemblage intégré. Le procédé de la présente invention est efficace après vérification pratique. Chaque mode de réalisation de la présente description est décrite de manière progressive, et chaque réalisation se concentre sur les différences avec les autres réalisations, et chaque réalisation peut se référer à l'autre pour les mêmes parties et les parties similaires. Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée, caractérisé en ce que, il comprend les étapes suivantes consistant à : S1 : optimisation de disposition d'une conception initiale : effectuer une optimisation de disposition d'une conception initiale en prenant un volume total minimum de toutes les tiges de la ferme comme objectif de conception afin d'obtenir une solution initiale d'une optimisation de disposition, et prendre la solution initiale comme borne inférieure stricte ; S2 : optimisation de disposition d'une conception modulaire : répéter l'étape S2.1 et l'étape S2.2, et affiner la solution initiale de l'optimisation de disposition en une solution d'optimisation d'une conception modulaire de l'optimisation de disposition ; S2.1 : identification de la disposition de modules par regroupement de données : adopter le regroupement des données pour vérifier la disposition structurelle et identifier la disposition de modules, afin de résoudre le problème d'optimisation de contraintes modulaires strictes ; S2.2 : conception de contraintes modulaires relâchées : utiliser la disposition des modules pour réoptimiser la structure grâce aux contraintes modulaires relâchées ; S3 : optimisation géométrique : effectuer un post-traitement d'optimisation géométrique sur un résultat de l'optimisation de disposition afin d'obtenir un résultat d'optimisation raisonnable et efficace ; S4 : fabrication par impression 3D et assemblage intégral : réaliser la fabrication par impression 3D d'une pluralité d'unités modulaires optimisées, et assembler intégralement les unités modulaires afin de fabriquer une structure optimisée. Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape S1, une fonction objective correspondant à l'objectif de conception consistant à minimiser le volume total de toutes les tiges de la ferme est la suivante: une équation d'équilibre de forces, une contrainte d'effort de tige et une contrainte non négative de surface de tige sont introduites en tant que conditions de contrainte de la formule (1), dans lequel l'expression des conditions de contrainte est la suivante: où: V est un volume total de toutes les tiges de la ferme, est un vecteur longueur de la tige, est un vecteur surface de la tige, est une matrice d'équilibre, est un vecteur force interne de la tige, est un vecteur charge d'un nœud, et sont des résistances à la compression et à la traction admissibles de la tige, respectivement; et sont un vecteur coordonnée du nœud et un vecteur coordonnée du nœud, respectivement, et est le nombre de nœuds. Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la revendication 1, caractérisé par, à l'étape S1, d'abord, la définition d'un domaine de conception et de conditions limites, ensuite, la discrétisation du domaine de conception en un grille de nœuds et la construction d'une structure de base contenant toutes les connexions éventuelles entre les nœuds ; l'identification d'une structure de sous-ensemble optimisé à partir de la structure de base ; et la réalisation d'une optimisation géométrique sur la base de variables de conception de coordonnées des nœuds. Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape S2.1, le regroupement des données divise des objets d'un ensemble de données en différents groupes sur la base d'une similarité, la similarité étant quantifiée par une distance euclidienne, l'expression étant la suivante : où : est un ensemble de données regroupées, est le ième regroupement de données, est le nombre total de regroupements de données, à savoir le nombre de types de modules dans le problème d'optimisation ; est un point de données appartenant à ; est un centre de masse de , et est le nombre de points de données correspondants ; extraire une disposition modulaire à partir de la structure existante en fonction du regroupement obtenu et à l'aide d'un algorithme de regroupement des données : d'abord, définir un domaine de conception et des conditions limites, et prendre un volume d'une région pour données à regrouper, à savoir dans la formule (3), afin d'obtenir la disposition modulaire optimale, étant un volume de la région ; et enfin, résoudre le problème de programmation linéaire afin d'obtenir une structure d'optimisation modulaire correspondante après réoptimisation, et résoudre le problème d'optimisation modulaire stricte, à savoir une solution de borne inférieure nominale. Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la revendication 4, caractérisé en ce que, à l'étape S2.1, l'expression du problème d'optimisation de contraintes modulaires strictes est résolue, et la fonction objective est la suivante : l'expression des contraintes est la suivante : où : est une constante binaire représentant le numéro du ème type de module dans chaque espace modulaire, qui reflète si le type de module correspondant est dans un état activé ; est le nombre de types de modules, est le nombre d'unités ; est une région optionnelle de l'unité de tige dans le jème module. Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la revendication 5, caractérisé par, à l'étape S2.2, la définition de structures données de différents types de modules ; la définition des contraintes modulaires basée sur des unités en tant que contraintes modulaires relâchées, et garantir que des structures internes des espaces de modules du même type de module soient les mêmes ; la division de l'espace de modules en d×d sous-régions, chaque sous-région ayant une structure correspondante, et limiter un volume de la sous-région, les expressions étant les suivantes : où : est un volume structurel de la ième sous-région dans le ième espace modulaire, est un volume total de la ième région modulaire du ième type de module ; est un ensemble d'indices de l'espace modulaire lorsque le ième type de module est adopté ; est la ième sous-région dans le ième espace modulaire ; et sont une section transversale et une longueur de l'unité de tige dans la ième sous-région, respectivement, et est le numéro de tige ; pour une valeur suffisamment grande, les contraintes modulaires basées sur des régions convergent également vers les contraintes modulaires basées sur les unités ; pour une valeur relativement petite, les contraintes modulaires basées sur les régions sont également équivalentes aux contraintes modulaires relâchées, selon lequel la quatrième formule de l'expression (5) est remplacée par l'expression (6) et l'expression (7), afin d'obtenir l'expression de conception des contraintes modulaires relâchées. Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la revendication 6, caractérisé en ce que, à l'étape S2.2, les contraintes modulaires peuvent être renforcées en augmentant systématiquement la valeur ; pour résoudre le problème de convergence causé par un saut discret de la sous-région dû à l'augmentation de la valeur , l'expression (6) est modifiée en l'expression (8) comme suit : où : est un facteur d'influence, 0 ≤ ≤ 1, lorsque = 1, cela signifie que l'expression de contrainte (6) est complètement éliminée, et lorsque = 0, cela signifie que l'expression de contrainte (6) est complètement appliquée ; tout au long de l'itération, la valeur diminue progressivement d'environ 1 à 0. Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la revendication 7, caractérisé en ce que, à l'étape S2.2, l'expression du problème d'optimisation de contraintes modulaires relâchées est résolue, et la fonction objective est la suivante : l'expression des contraintes est la suivante : dans lequel l'expression des contraintes (10) est composée des 3 premières formules de l'expression (5), de l'expression (7) et de l'expression (8). Procédé de conception et de fabrication optimisées d'une ferme tridimensionnelle sur la base d'une contrainte modulaire relâchée selon la revendication 5, caractérisé par, à l'étape S2, l'adoption d'une stratégie de mise en œuvre itérative améliorée entre l'étape S2.1 et l'étape S2.2, afin d'améliorer le résultat final de l'optimisation, précisément à savoir : à la fin de l'étape S2.1, lorsque , la mise à jour de la disposition des modules, puis la mise en œuvre de l'étape S2. 2 afin de résoudre le problème d'optimisation des contraintes modulaires relâchées ; lorsque , la mise en œuvre directe de l'étape S2.2 afin de résoudre le problème d'optimisation des contraintes modulaires relâchées ; où : est un volume de la structure optimisée modulaire, et qui est résolu à l'aide de l'expression (5) ; est le nombre d'itérations, et max est le nombre maximum d'itérations défini.