DE68917125T2

DE68917125T2 - Verfahren zur Erzeugung von graphischen Modellen und rechnergestütztes Entwurfssystem.

Info

Publication number: DE68917125T2
Application number: DE1989617125
Authority: DE
Inventors: Dieter Prof Dr Roller
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: CoCreate Software GmbH and Co KG
Priority date: 1989-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2009-05-20
Also published as: JPH0311468A; EP0397904A1; DE68917125D1; EP0397904B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen graphischer Modelle von 2- und 3-dimensionalen Gegenständen mit wenigstens teilweise variablen Dimensionen, insbesondere mechanischen Teilen, in einem rechnergestützten Entwurfssystem, das einen Satz von Entwurfsbefehlen umfaßt.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein rechnergestütztes Entwurfssystem mit wenigstens einer Benutzer-Eingabeschnittstelle, vorzugsweise einer Tastatur und/oder einem Graphiktablett, das weiterhin wenigstens eine Benutzer-Ausgabeschnittstelle umfaßt vorzugsweise einen Sichtschirm mit graphischen Fähigkeiten und/oder einen Plotter, und das weiterhin einen digitalen Prozessor umfaßt, der mit der genannten Benutzer- Eingabeschnittstelle und der genannten Benutzer-Ausgabeschnittstelle und mit einem Programmspeicher, der Instruktionen zum Betrieb des genannten digitalen Prozessors enthält, in Verbindung steht, wobei die genannte Benutzer-Eingabeschnittstelle einen Satz von Entwurfsbefehl-Eingabemitteln umfaßt, vorzugsweise Tasten des genannten Graphiktabletts.
Ein Verfahren und ein System der oben genannten Art sind in der europäischen Patentanmeldung EP-A-346 517 beschrieben, die Stand der Technik im Sinne des Artikels 54 (3) EPÜ ist.
Die oben erwähnte europäische Patentanmeldung EP-A-346 517 derselben Anmelderin offenbart verschiedene Einzelheiten von Verfahren zum rechnergestützten Entwurf und von entsprechenden Systemen, und die Offenbarung dieser Anmeldung wird in die vorliegenden Unterlagen durch Verweis aufgenommen.
Ein rechnergestütztes Entwurfssystem wird dazu verwendete, um graphische Modelle und graphische Zeichnungen mechanischer Teile interaktiv zu erstellen, d.h. eine Geometrie und ihre Dimensionen mittels bekannter Eingabemittel wie Tastaturen, Graphiktabletts, Mäuse usw. einzugeben, diese Teile auf einer Kathodenstrahlröhre von hoher Auflösung darzustellen und sie schließlich auszuplotten. Eine bekannte Technik besteht darin, für die Dimensionen des zu zeichnenden mechanischen Teils feste Werte einzugeben. Diese Technik hat jedoch den Nachteil, daß es sehr unbequem ist, die Dimensionen in einer späteren Stufe des Entwurfsprozesses zu ändern.
Man hat daher bereits versucht, rechnergestützte Entwurfssysteme zu konstruieren, die es erlauben, variable Dimensionen einzugeben, d.h. während des Entwurfsprozesses symbolische Werte oder Symbole für verschiedene Dimensionen einzugeben und sie - in einem zweiten Schritt - durch eine tatsächliche Dimension zu ersetzten, um ein tatsächliches Teil zu erzeugen.
Rechnergestützte Entwurfssysteme, die die Eingabe symbolischer Dimensionen erlauben, sind für die Erzeugung von Teilefamilien, d.h. Teilen mit der grundsätzlich gleichen Form, aber abweichenden Dimensionen, besonders wichtig. Sie werden ferner für den Entwurf von Teilen eingesetzt, deren Dimensionen noch nicht endgültig definiert sind.
Die oben erwähnte europäische Patentanmeldung EP-A-346 517 diskutiert verschiedene Verfahren und Systeme nach dem Stand der Technik, beispielsweise das Verfahren der Variantenprogrammierung, den interaktiven Variantenentwurf mit aufeinanderfolgender Berechnung der geometrischen Punkte einer Variante und den interaktiven Variantenentwurf mit gleichzeitiger Berechnung der geometrischen Punkte.
Diese bekannten Techniken sind beispielsweise in "HP-DESIGN, HP 798355A, Technical Description, November 1984", in dem Buch von Light, R. und Gossard, D.: MODIFICATION OF GEOMETRIC MODELS THROUGH VARIATIONAL GEOMETRY, Computer Aided Design, Volume 14, July 4, 1982, Butterworth & Co. Ltd., und weiterhin in einer Diplomarbeit von Chyz, G.W. "CONSTRAINT MANAGEMENT FOR CONSTRUCTIVE GEOMETRY, Department of Mechanical Engineering, MIT, 1985" beschrieben. Weitere Verfahren und Systeme zum rechnergestützten Entwurf nach dem Stand der Technik sind in einem Artikel von Gossard, D.C., R.P. Zuffante und H. Sakurai mit dem Titel "REPRESENTING DIMENSIONS, TOLERANCES, AND FEATURES IN MCAE SYSTEMS", der in der US-Z-IEEE Computer Graphics and Applications vom März 1988 veröffentlicht wurde, beschrieben.
Angesichts der Offenbarung der europäischen Patentanmeldung EP-A-346 517 könnte man zu dem Schluß kommen, daß das Problem des interaktiven Entwurfs mit dimensionalen Parametern angemessen gelöst sei.
Kürzliche Fortschritte in Entwurfstechniken für rechnergestützte Entwurfssysteme werfen jedoch ein neues Licht auf das Problem des parametrischen Entwurfs. Um genauer zu sein, besteht ein Bedarf an zukünftigen rechnergestützten Entwurfssystemen, die den Entwurfsprozess mit Formmerkmalen auf hoher Ebene wie Lochmuster, Gelenke, komplexe Durchbohrungen usw. unterstützen, im Gegensatz zu einfachen geometrischen Elementen wie Punkten, Linien, Oberflächen und grundlegenden Körpern. Eine Untersuchung des Entwurfs mit Formmerkmalen auf hoher Ebene wird in einem Bericht von J.Shah mit dem Titel "CURRENT STATUS OF FEATURES TECHNOLOGY", Report No. R-88-GM-04.1, CAD-I Computer-Aided Manufacturing International, Arlington, TX, 1988, gegeben.
Es ist in der Technik bereits bekannt, sogenannte Replikationsbefehle zu verwenden. Bei der Ausführung eines solchen Replikationsbefehls wurde ein Replikationsvorgang durchgeführt, d.h. ein bestimmter Gegenstand oder eine bestimmte geometrische Form wurden in Längsrichtung oder in Form einer Rotation dupliziert. Natürlich war es auch möglich, mehr als ein Duplikat zu erzeugen, beispielsweise den Gegenstand vier- oder fünfmal zu wiederholen.
Solche Replikationsbefehle sind in "AUTOCAD Release 10 Reference Manual, September 1988", Seite 121 bis 124, und in der PCT-Veröffentlichung WO 88/03290, Seite 43 und 58, beschrieben.
Solche bekannten Replikationsbefehle hatten jedoch die Wirkung, daß die Replikation unmittelbar ausgeführt wurde. D.h. wenn eine tatsächliche Variante erzeugt wurde, konnten die Dimensionen der replizierten Gegenstände immer noch geändert werden, aber nicht die Topologie der gesamten Konstruktion. Mit anderen Worten, die Zahl der durchzuführenden Replikationen und ihr Verhältnis zueinander war "eingefroren".
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten rechnergestützten Entwurfssysteme im Hinblick auf die Unterstützung von Entwurfsentscheidungen intelligenter zu machen, insbesondere durch die Möglichkeit der interaktiven Erzeugung von parametrischen Entwürfen mit strukturellen Parametern, zusätzlich zu den dimensionalen Parametern.
Gemäß dem oben erläuterten Verfahren wird diese Aufgabe durch folgende Schritte gelöst:
- Das Auswählen eines Untersatzes von geometrischen Elementen oder von Entwurfsbefehlen hierfür, die einem strukturellen Element des genannten Modells entsprechen;
- das Eingeben eines Replikationsbefehls in einer Variablen ersten Betriebsart, in der die Zahl der durchzuführenden Replikationen und/oder ihre Orte als variable Größen definiert sind;
- das Replizieren der genannten Entwurfsbefehle in einer zweiten Betriebsart, um ein Modell zu erzeugen, das mit einer Mehrzahl der genannten replizierten strukturellen Elemente ausgestattet ist, wobei die genannten variablen Größen durch tatsächliche Größen ersetzt werden.
Gemäß dem eingangs erklärten System wird die Aufgabe durch folgende Merkmale gelöst:
- Der genannte Satz von Entwurfsbefehl-Eingabemitteln ist logisch in wenigstens zwei Untergruppen aufgeteilt, wobei
-- in der ersten Untergruppe jeder Befehl einem hauptsächlichen Entwurfsmerkmal zugeordnet ist;
-- in der zweiten Untergruppe jeder Befehl einem Replikationsmerkmal zugeordnet ist;
- der genannte Programmspeicher enthält Instruktionen, um
-- eine Untergruppe von geometrischen Elementen oder von Entwurfsbefehlen hierfür, die einem strukturellen Element des genannten Modells entsprechen, auszuwählen;
-- die genannten geometrischen Elemente oder die Entwurfsbefehle hierfür in einer variablen ersten Betriebsart zu replizieren, in der die Zahl der durchzuführenden Replikationen und/oder ihre Orte als variable Größen definiert sind; und
-- in einer zweiten Betriebsart ein Modell zu erzeugen, das mit einer vorbestimmten Mehrzahl der genannten replizierten strukturellen Elemente ausgestattet ist.
Die Tatsache, daß die Replikationen ebenfalls in einer variablen Betriebsart erzeugt werden können - so daß die Anzahl der Replikationen, wie auch ihre Positionsparameter, von Variante zu Variante unterschiedlich sein können - bedeutet eine enorme Erhöhung der Effektivität beim interaktiven Entwurf mit rechnergestützten Entwurfssystemen, da wesentlich mehr Entwürfe aus einem grundlegenden Entwurf automatisch erzeugt werden können.
Ein Beispiel, wie unbequem es für den Benutzer war, einen Entwurf mit einer variablen Anzahl von Replikationen zu erstellen, wird in "Computer Graphics 1981", Seite 290, gegeben. Das "Makrobeispiel", das dort gezeigt ist, zeigt, daß der Benutzer zu diesem Zweck einer Programmiersprache erlernen und anwenden mußte. Dies war nicht nur ein sehr teures und zeitaufwendiges Verfahren, sondern die Maschinenbauingenieure weigerten sich auch oft, eine spezielle Programmiersprache nur zu dem Zweck, eine Zeichnung zu erzeugen, zu erlernen.
Unter Erhaltung der Eingabe von variablen Replikationsbefehlen besteht ein bevorzugtes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, auch Replikationsbefehle anzubieten, die alternativ in einer festen Betriebsart eingegeben werden können, in der die Zahl der durchzuführenden Replikationen und/oder ihre Orte fest sind. Dies gibt dem Verfahren volle Flexibilität, da der Benutzer in Abhängigkeit von seinen Bedürfnissen entweder eine feste Replikation oder eine variable Replikation wählen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt der genannte Replikationsbefehl einen Rotationsbefehl, um die genannte Mehrzahl von strukturellen Elementen in einer Rotationsverteilung um einen vorbestimmten Mittelpunkt in vorbestimmten Winkelschritten anzuordnen.
Diese Merkmale haben den Vorteil, daß Rotationsteile wie Räder usw. auf interaktive Weise leicht verändert werden können, indem die Zahl etwa der exzentrischen Zwischenräume, Befestigungslöcher usw. erhöht wird, indem einfach eine vorbestimmte Mehrzahl der genannten Elemente entlang der inneren oder äußeren Peripherie des Rades verteilt wird, ohne die Notwendigkeit, eine dieser Varianten vollständig neu zu entwerfen.
ln einer anderen, ähnlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt der genannte Replikationsbefehl einen Verschiebebefehl, um die genannte Mehrzahl von strukturellen Elementen in einer linearen Verteilung entlang einer vorbestimmten Achse in vorbestimmten Abständen anzuordnen. Vorzugsweise ist die genannte Achse eine horizontale oder vertikale Achse.
Diese Merkmale bieten wiederum den Vorteil, daß ein Modell, das entweder in horizontaler oder vertikaler Richtung größere Abmessungen hat, leicht verändert werden kann, indem die Zahl etwa der Durchbohrungen oder Zwischenräume erhöht wird, möglicherweise entsprechend bestimmten Entwurfsregeln auf automatische Art und Weise.
Gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der genannte Replikationsbefehl einen Skalierbefehl, um die genannte Mehrzahl von strukturellen Elementen in einer vorbestimmten Verteilung an vorbestimmten Orten in vorbestimmten Maßstäben anzuordnen.
Diese Merkmale bieten ebenfalls den Vorteil, daß gegebenes Modell leicht verändert werden kann, indem die oben genannten strukturellen Elemente in verschiedenen Maßstäben an beliebigen Orten verteilt werden.
Im ganzen gesehen bieten das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System dem Benutzer grundlegende Vorteile durch den Zeitgewinn bei komplexen Konstruktionsgegenständen. Dies geht sowohl auf das erfinderische Prinzip der interaktiven Erzeugung eines generischen Entwurfs mit einer unbegrenzten (variablen) Anzahl von strukturellen Elementen, als auch auf die variablen Positionen solcher Elemente, zurück.
Am Beispiel eines Rades mit einer vorbestimmten Anzahl von Aussparungen, wie es weiter unten in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert werden wird, wurde ein Vergleich mit dem Stand der Technik durchgeführt. Um das soeben erwähnte Beispiel in einer Hochsprache zu programmieren, würde ein Benutzer mit mittlerer Erfahrung typischerweise etwa 4 Stunden benötigen. Mit einem interaktiven, dimensionsgetriebenen rechnergestützten Entwurfssystem nach dem Stand der Technik kann dieses Beispiel überhaupt nicht ausgeführt werden, da die Höchstzahl der exzentrischen Aussparungen, die in der Praxis später auftreten könnten, zum Zeitpunkt der Erstellung des Meisterentwurfes nicht bekannt ist. Wenn wir jedoch beispielhaft annehmen, daß die Höchstzahl der Löcher 36 beträgt, müßten die 36 exzentrischen Löcher mit unterscheidenden Dimensionsvariablen explizit entworfen werden. Dies würde dann erlauben, die Parameter für eine beliebige Anzahl der entworfenen exzentrischen Aussparungen auf Null zu setzen und damit Varianten mit einer verschiedenen Anzahl von Aussparungen zu generieren. In Anbetracht der begrenzten Flexibilität der Anzahl von Aussparungen ist die Entwurfszeit in diesem Fall immer noch ungefähr 3 Stunden. Mit dem Verfahren und dem System gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt der komplette Entwurf nur ungefähr 10 Minuten. Wie man sehen kann, erhöht das Verfahren und das System gemäß der Erfindung die Effektivität des parametrischen Entwurfssystems um Größenordnungen und spart daher in der Entwurfsphase gewaltige Kosten.
Es versteht sich, daß alle bisher oder im folgenden diskutierten Merkmale nicht nur in der beschriebenen speziellen Kombination verwendet werden können, sondern auch in anderen Kombinationen, oder für sich alleine, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere können sich aus dieser Einzelbeschreibung weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben. In den Zeichnungen:
Die Figuren 1 bis 3 veranschaulichen, wie Dimensionsänderungen mit der topologischen Struktur in bekannten Systemen zusammenhängen;
Die Figuren 4 bis 6 erläutern verschiedene Beispiele von strukturellen Entwurfsänderungen;
Figur 7 zeigt ein Blockdiagramm, das die Architektur eines erfindungsgemäßen Systems erläutert;
Figur 8 zeigt ein Flußdiagramm für einen Replikations-Entwurfsbefehl;
Figur 9 zeigt ein Entwurfsbeispiel eines Rades mit exzentrischen Ausnehmungen;
Die Figuren 10 und 11 zeigen generische Varianten des Beispiels nach Figur 9.
Die Figur 1A zeigt einen ersten ebenen Entwurf 10 von im wesentlichen rechteckiger Form mit einer Aussparung 11, die am oberen Rand angeordnet ist und ebenfalls rechteckige Form hat. Die entsprechenden Bemaßungen sind als A, B und C angegeben. Wenn die Bemaßung B nun, wie in dem veränderten ebenen Entwurf 10' in Figur 1B gezeigt ist, in B' geändert wird, kann die Anordnung unrealistisch werden, wenn B' gleich oder größer wie die Summe von B und C wird, wie man klar aus der Figur 1B bei 12 erkennt.
Ein anderes Beispiel topologischer Konsequenzen als ein Ergebnis von Bemaßungsänderungen ist in Figur 2A gezeigt mittels eines zweiten ebenen Entwurfs 13 von rechteckiger Form, der ein kreisförmiges Loch 14 im Abstand A von der linken Kante aufweist. Wenn das Maß A, wie in Figur 2B mittels des veränderten ebenen Entwurfes 13' gezeigt, geändert wird, kann es vorkommen, daß bewirkt wird, daß sich das Loch 14' außerhalb des Entwurfs 13 befindet.
Wenn wir uns jetzt der Figur 3 zuwenden, so zeigt die Figur 3A einen dritten ebenen Entwurf 15 mit einer der Ausnehmung 11 der Figur 1A ähnlichen Ausnehmung 16 und mit denselben Maßen A, B und C.
Wenn das Maß B', wie in Figur 3B anhand des veränderten ebenen Entwufs 15' gezeigt ist, verändert wird, befinden sich die impliziten Restriktionen und Maße jetzt im Widerspruch zur Topologie, wie bei 17 in Figur 3B gezeigt, wenn die Grundlinie entweder des dritten ebenen Entwurfs 15 oder 15' als von fester Länge aufgestellt wird, anstatt zwei gegebene Punkte zu verbinden.
Die funktionellen Anforderungen an einen Entwurf bestimmen häufig nicht nur die Maße eines geometrischen Entwurfs, sondern auch die Struktur eines Entwurfs. ln diesen Fällen werden sowohl strukturelle als auch dimensionale Parameter benötigt, um den Entwurf zu beschreiben.
Die Figuren. 4A und 4B zeigen jeweils ein erstes Beispiel eines vierten ebenen Entwurfs 20 und 20', wobei der unveränderte ebene Entwurf 20 vier Löcher 21 aufweist, die entlang eines Vierecks verteilt sind.
Der veränderte ebene Entwurf 20' der Figur 4B zeigt stattdessen sechs Löcher 21', wie es der Fall sein kann, wenn Durchbohrlöcher in einer Platte (zur Befestigung) von der Größe der Platte abhängen.
Ein zweites Beispiel ist jeweils in den Figuren 5A und 5B gezeigt, mit einer Feder 22 der Länge L in Figur 5A, die in die Feder 22' der Figur 5B mit veränderter Länge L' geändert wird, wenn die Anzahl der Windungen der Feder 22, 22' von den speziellen Belastungsanforderungen abhängt.
Ein drittes Beispiel ist jeweils in den Figuren 6A und 6B gezeigt, mit einem fünften ebenen Entwurf, der einen kreisförmigen Satz von Gewindelöchern aufweist, wie es beispielsweise bei einem Getriebegehäuse in Abhängigkeit von der Befestigungsanordnung in der Baugruppe der Fall ist.
Während in dem ebenen Entwurf 23 der Figur 6A drei kreisförmig verteilte Löcher 24 verwendet werden, werden in dem veränderten ebenen Entwurf 23' der Figur 6B sechs solche kreisförmig verteilten Löcher 24' verwendet.
Mit Systemen nach dem Stand der Technik müßten in den Fällen der Figuren 4 - 6 alle speziellen Entwürfe entweder explizit entworfen werden, oder vom Benutzer müßte ein Programm geschrieben werden, das den generischen Entwurf umfaßt und den speziellen Entwurf gemäß den Eingabeparametern generiert.
Die Verwendung von interaktiven dimensionsgetriebenen rechnergestützten Entwurfssystemen, die nur den Entwurf mit dimensionalen Parametern unterstützen, ist ziemlich schwierig und nur in einigen speziellen Fällen möglich. Sie würde erfordern, daß ein Meistermodell die komplizierteste strukturelle Konfiguration abdeckt. Für die Generierung von Varianten müßten die Maße nicht gewünschter struktureller Elemente zu Null gesetzt werden. Es ist offensichtlich, daß der explizite Entwurf der komplexesten Situation ziemlich zeitaufwendig ist. Ein noch größeres Problem ist jedoch die Tatsache, daß oft die Maximalstruktur im voraus überhaupt nicht bekannt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein neues Verfahren und ein neues System verwendet, das den Entwurf sowohl von dimensionalen als auch strukturellen Varianten in einem graphischen interaktiven Betrieb unterstützt. Die Architektur eines auf diesem Verfahren basierenden Systems ist in der Figur 7 gezeigt.
Das Verfahren und das System gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen zwei Hauptsätze von Entwurfsbefehlen. Wie in der Figur 7 durch die Bezugszeichen 30 und 31 gezeigt, umfaßt die Erfindung sowohl hauptsächliche Entwurfsbefehle als auch Replikations-Entwurfsbefehle. Beide Befehle können mittels einer Benutzer-Eingabeschnittstelle, beispielsweise einer konventionellen Tastatur und/oder eines Graphiktabletts, in ein rechnergestütztes Entwurfssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eingegeben werden. Für die Zwecke des vorliegenden Beispiels kann angenommen werden, daß es sich um ein Graphiktablett handelt.
Das Graphiktablett umfaßt einen Satz von Tasten, die verwendet werden, um Entwurfsbefehle einzugeben, indem beispielsweise ein geeigneter Stift auf vordefinierte Flächen des Graphiktabletts gedrückt wird. Andere Tasten können für weitere Funktionen, beispielsweise HILFE, PLOT usw., verwendet werden, wie in der ebenfalls anhängigen europäischen Patentanmeldung 88 109 628.3 in weiteren Einzelheiten beschrieben ist.
In der vorliegenden Erfindung unterstützen die hauptsächlichen Entwurfsbefehle den ursprünglichen Entwurf geometrischer Elemente. Diese Befehle sind vergleichbar mit den Entwurfsbefehlen, wie sie in weiteren Einzelheiten in der ebenfalls anhängigen europäischen Patentanmeldung 88 109 628.3 beschrieben sind. Sie können in zwei Unterklassen aufgeteilt werden, eine die implizite dimensionale Restriktionen mit dem Befehl verbindet (beispielsweise LINE_HORIZONTAL, LINE_VERTICAL, Line_PARALLEL usw.) und eine andere, die mit der Verwendung des Befehls keine impliziten dimensionalen Restriktionen verknüpft (beispielsweise LINE_BETWEEN_TWO _-POINTS). Alle Befehle in beiden Unterklassen können, wie durch die Bezugszeichen 32 und 33 in Figur 7 gezeigt, in den Betriebsarten FIX, FLEXIBLE oder VARIABLE ausgeführt werden. In der Betriebsart FIX wird der Befehl ein geometrisches Element mit festen Maßen erzeugen. Die Betriebsart VARIABLE weist den Maßen der erzeugten Elemente Variablen zu. Variablen mit aufeinanderfolgenden lndizes können zur Zeit der Ausführung eines hauptsächlichen Entwurfsbefehls in der Betriebsart VARIABLE automatisch erzeugt werden. Schließlich erzeugt die Betriebsart FLEXIBLE Elemente, die zwischen zwei existierende Punkte passen (wie es beispielsweise in der Darstellung der Figur 3B nicht der Fall war). In diesem Fall werden die Maße implizit bestimmt.
Andererseits werden die Replikations-Entwurfsbefehle, wie sie durch das Bezugszeichen 31 in der Figur 7 dargestellt sind, benutzt, um geometrische Elemente oder Gruppen von Elementen zu entwerfen, die in dem Entwurf mehrfach vorkommen. Beispiele von Replikations-Entwurfskommandos sind:
ROTATE: Dieser Befehl erzeugt vielfache Kopien eines Satzes ausgewählter geometrischer Elemente und ordnet sie in einer kreisförmigen Verteilung mit spezifizierten Winkeln und Abständen von einem Mittelpunkt an.
COPY_HORIZONTAL: Dieser Befehl erzeugt vielfache Kopien eines ausgewählten Satzes geometrischer und/oder von Kommentarelementen in spezifizierten Entfernungen entlang einer horizontalen Richtung.
COPY_VERTICAL: In analoger Weise erzeugt dieser Befehl vielfache Kopien in einer vertikalen Richtung. Es versteht sich allerdings, daß die Richtung der Verschiebung der mehrfachen Kopien des ausgewählten Satzes von Elementen auch eine andere als jeweils 90 Grad, oder 0 Grad im Hinblick auf die horizontale oder vertikale Achse sein kann.
SCALE: Führt die Erzeugung mehrfacher skalierter Kopien ausgewählter geometrischer Elemente an spezifischen Orten durch.
Die Replikations-Entwurfsbefehle können entweder in einer Betriebsart FIX, oder einer Betriebsart VARIABLE ausgeführt werden, wie man anhand des Bezugszeichens 33 in Figur 7 erkennt, und ähnlich zu den hauptsächlichen Entwurfskommandos bei 32 in Figur 7. In der Betriebsart FIX ist die Anzahl der von dem Befehl durchzuführenden Replikationen fest, ebenso wie die Orte der erzeugten Replikationen. ln der Betriebsart VARIABLE werden Variablen erzeugt und sowohl der Anzahl der Replikationen, als auch den Positionsparametern zugeordnet. Natürlich könnten auch gemischte Betriebsarten unterstützt werden.
Während einer Entwurfssitzung werden alle verwendeten Entwurfsbefehle als Eingabe an den Konstruktionsplan-Erzeuger 34 gesandt. Der Konstruktionsplan-Erzeuger 34 ist ein Programm, das als Ausgabe einen generischen Entwurf erzeugt. Dieser generische Entwurf besteht aus einer Abfolge von Entwurfsbefehlen, wobei Wiederholungsfaktoren und alle geometrischen Punkte mittels Variablen gespeichert werden. Dies schließt auch die Punkte geometrischer Elemente, die in der Betriebsart FIX erzeugt worden sind, ein, da die Betriebsart FIX den Elementen nur feste Maße zuordnet, aber keine festen Orte.
Aus dem generischen Entwurf können mittels eines Variantenprozessors 35 gemäß speziellen Parameterwerten Varianten generiert werden. Der Variantenprozessor 35 besteht im wesentlichen aus Routinen, die in konventionellen rechnergestützten Entwurfssystemen bereits vorhanden sind. Er ersetzt die Variablen durch tatsächliche Werte, wie sie bei 36 eingegeben werden, und führt eine Abfolge von grundlegenden Entwurfsbefehlen durch. Die Erstellung von Varianten ist sehr schnell, da der Konstruktionsplan den vollständigen Satz notwendiger Arbeitsgänge in der richtigen Reihenfolge enthält. In der Tat wird die Erzeugung einer Variante ungefähr in der Zeit ausgeführt, die ein unendlich schneller Benutzer für die Eingabe des Entwurfs benötigen würde.
Der gesamte Satz von erzeugten Daten wird nun als Modelldaten 37 in Figur 7 gespeichert und parallel dazu an eine Schnittstelle 38 weitergegeben, um den erzeugten Entwurf auf einen Display 39 anzuzeigen, beispielsweise einer graphischen Kathodenstrahlröhre, oder er kann auf einem konventionellen Plotter 40 ausgedruckt werden.
Die Figur 8 ist eine vereinfachte Wiedergabe eines Flußdiagramms für einen Replikations-Entwurfsbefehl anhand des Beispiels ROTATE. Nach der Eingabe des Replikationsbefehls, der eine oder mehrere Replikationsfunktionen umfassen kann, und nach der Auswahl der Betriebsart VARIABLE oder FIX, können die verschiedenen Replikations-Entwurfsfunktionen wie MOVE_HOR, MOVE_VER, SCALE, oder, unter anderem, ROTATE, ausgewählt werden. In dem letzteren Fall muß ein REPEAT_FACTOR ausgewählt werden, der die Zahl der Kopien bestimmt, die um einen gemeinsamen CENTER POINT angeordnet werden müssen, jede in einem vorherbestimmten ANGLE, wobei die letzteren ebenfalls Befehle sind, die eingegeben werden müssen, um den Replikations- Entwurfsbefehl ROTATE durchzuführen.
Natürlich könnte die Auswahl der Betriebsart FIX oder VARIABLE auch für jeden Replikations-Entwurfsbefehl einzeln bewirkt werden. Befehle, die ähnliche Operationen wie die oben beschriebenen Replikations-Entwurfsbefehle in der Betriebsart FIX durchführen, sind bereits in konventionellen rechnergestützten Entwurfssystemen vorhanden. Sie verbinden jedoch mit den generierten Daten keine impliziten Restriktionen und eröffnen nicht die Möglichkeit, irgendwelche Parameter nach der Benutzung zu ändern. Daher sind sie für den interaktiven strukturellen und dimensionalen parametrischen Entwurf nicht von Nutzen. Die Ähnlichkeit der existierenden Befehle für feste Entwürfe macht es sehr leicht, ein auf dem vorgeschlagenen Verfahren basierendes parametrisches System zu benutzen und zu erlernen, insbesondere für Benutzer, die bereits mit einem konventionellen rechnergestützten Entwurfssystem vertraut sind.
Die Figur 9 zeigt ein Beispiel, um den Entwurf gemäß dem Verfahren und dem System nach der vorliegenden Erfindung Schritt für Schritt am Beispiel eines Rades 45 zu demonstrieren.
Zunächst werden ein zentrales Loch 50 und ein äußerer Umriß 51 des Rades 45 erzeugt, indem hauptsächliche Entwurfsbefehle in der Betriebsart VARIABLE verwendet werden. Die entsprechenden variablen Radien sind R&sub1; und R&sub2;.
Im nächsten Schritt wird eine exzentrische Aussparung 52/1 in dem Rad 45 entworfen. Der komplette Entwurf wird eine willkürliche Anzahl solch exzentrischer Aussparungen 52 enthalten, die an Orten mit einem gegebenen, aber variablen Offset zum Mittelpunkt angeordnet sind. Man entwirft jedoch explizit nur die erste Aussparung 52/1 und benutzt dann den Replikations- Entwurfsbefehl ROTATE, um eine variable Anzahl von beispielsweise zwei Replikationen 52/2 und 52/3 an Orten zu erzeugen, die von einem Ortsparameter bestimmt werden.
Als Vorbereitung für die Erze9gung der geometrischen Elemente für die erste Aussparung 52/1 erzeugt man einen Konstruktionskreis 53 mit einem Radius R&sub3;, der konzentrisch zu dem äußeren Umriß 51 mit dem Radius R&sub1; ist.
Geometrische Konstruktionselemente sind ungebundene Linien und werden durch die Verwendung hauptsächlicher Entwurfsbefehle erzeugt. Sie sind in Figur 9 als gestrichelte Linien gezeichnet. Dann werden zwei gerade Konstruktionslinien 54, 55 mit den Winkeln A&sub1; und A&sub1; + A_DEL im Verhältnis zu einer horizontalen Fläche 56 erzeugt.
Nun werden die Konstruktionskreise 56, 57 und 58 gezeichnet, um die variablen Ausrundungsradien R&sub4; und R&sub5; zu definieren. Diese Konstruktionskreise 56 bis 58 werden tangential zu den schon erzeugten Konstruktionselementen 53, 54 und 55 angeordnet. Nach der Anordnung der Konstruktionselemente 53 bis 58 wird der OVERDRAW-Befehl verwendet, um den Umriß der exzentrischen Aussparung 52 basierend auf den Konstruktionslinien der Elemente 53 bis 59 zu zeichnen. Die mit dem OVEREDRAW-Befehl erzeugten Linien werden durch die Schnittpunkte der Konstruktionslinien der Elemente 53 bis 58 bestimmt. Daher werden sie als flexible Linien abgespeichert.
Im nächsten Schritt wird der Replikations-Entwurfsbefehl ROTATE durchgeführt. Genauer wird dieser Befehl mit den folgenden Eingaben durchgeführt (siehe Figur 8):
- REPLICATION
- VARIABLE
- ROTATE, Wiederholungsfaktor
- CENTER, fester Punkt, Winkel
- SELECT, Elemente
Die hier in Großbuchstaben wiedergegebenen Ausdrücke bezeichnen Befehls- Tastenfolgen, während die beigefügten und durch Kommata abgetrennten Attribute zusätzliche Eingaben sind, die notwendig sind, um die Aktion zu spezifizieren. Der Wert für die Wiederholfaktor-Variable ist in dem generischen Entwurf als 3 gewählt worden. Als Ergebnis haben wir nun den kompletten Entwurf, wie er in Figur 9 gezeigt ist. Die Parameter, die während der oben beschriebenen interaktiven Entwurfssitzung erzeugt wurden, sind:
- Maßparameter: R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;, R&sub4;, A&sub1;, A_DEL
- strukturelle Parameter: N&sub1;, RA&sub1;
wobei N&sub1; die Zahl der Replikationen (einschließlich des ersten generischen Entwurfs) ist und RA&sub1; der Rotationswinkel zwischen dem ersten erzeugten Entwurf und dem zweiten, kopierten Entwurf, und nachfolgend beliebigen weiteren kopierten Entwürfen.
Die Figur 9 zeigt weiterhin interaktive graphische Elemente, nämlich Restriktionssymbole zur Anzeige von Restriktionen, wie zum Beispiel, um anzuzeigen, daß der äußere Umriß 51 und der Konstruktionskreis 53 konzentrisch sind und daß der Umriß der exzentrischen Aussparungen 52 zwischen Verbindungspunkte (der Konstruktionselemente 53 bis 58) passen muß. Diese Symbole werden automatisch als eine graphische Rückkopplung für den Benutzer über die aufgestellten Restriktionen angeordnet.
Die Figuren 10 und 11 zeigen zwei Varianten des Entwurfs für gegebene Parametersätze.
In der Figur 10 ist ein Rad 60 mit jeweils zwei exzentrischen Aussparungen 61/1 und 61/2 ausgestattet, wobei die Parameter am rechten Rand der Figur 10 angegeben sind.
Im Gegensatz hierzu ist ein Rad 65 mit acht exzentrischen Aussparungen 70/1 bis 70/8 ausgestattet, wobei die dimensionalen und strukturalen Parameter ebenfalls am rechten Rand der Figur 11 angegeben sind.
Es versteht sich von selbst, daß die Begriffe "geometrisch" oder "geometrisches Element" im Sinn dieser Anmeldung grundlegende geometrische Elemente wie Punkte, Linien, Kreise usw. ebenso wie Annotation wie Schraffuren, alphanumerische Symbole, Worte, Oberflächen- Qualitätssymbole usw. umfaßt.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen graphischer Modelle von 2- oder 3-dimensionalen Gegenständen mit wenigstens teilweise variablen Maßen, insbesondere mechanischen Teilen, in einem rechnergestützten Entwurfssystem, das einen Satz von Entwurfsbefehlen umfaßt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

1.1 Das Auswählen eines Untersatzes von geometrischen Elementen oder von Entwurfsbefehlen hierfür, die einem strukturellen Element des genannten Modells entsprechen;

1.2 das Eingeben eines Replikationsbefehls in einer variablen ersten Betriebsart, in der die Zahl der durchzuführenden Replikationen und/oder ihre Orte als variable Größen definiert sind;

1.3 das Replizieren der Entwurfsbefehle in einer zweiten Betriebsart, um ein Modell zu erzeugen, das mit einer Mehrzahl der genannten replizierten strukturellen Elemente ausgestattet ist, wobei die genannten variablen Größen durch tatsächliche Größen ersetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Replikationsbefehl einen Rotationsbefehl umfaßt, um die genannte Mehrzahl von strukturellen Elementen in einer Rotationsverteilung um einen vorbestimmten Mittelpunkt in vorbestimmten Winkelschritten anzuordnen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Replikationsbefehl einen Verschiebebefehl umfaßt, um die genannte Mehrzahl von strukturellen Elementen in einer linearen Verteilung entlang einer vorbestimmten Achse in vorbestimmten Abständen anzuordnen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Achse eine horizontale oder vertikale Achse ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Replikationsbefehl einen Skalierbefehl umfaßt, um die genannte Mehrzahl von strukturellen Elementen in einer vorbestimmten Verteilung an vorbestimmten Orten in vorbestimmten Maßstäben anzuordnen.

6. Rechnergestütztes Entwurfssystem mit:

6.1 Wenigstens einer Benutzer-Eingabeschniftstelle (30, 31), vorzugsweise einer Tastatur und/oder einem Grafiktablett;

6.2 wenigstens einer Benutzer-Ausgabeschnittstelle, vorzugsweise einem Sichtschirm (31) mit graphischen Fähigkeiten und/oder einem Plotter (40);

6.3 einem digitalen Prozessor (34, 35), der mit der genannten Benutzer- Eingabeschnittstelle (30, 31) und der genannten Benutzer-Ausgabeschnittstelle (39, 40) und mit einem Programmspeicher, der Instruktionen zum Betrieb des genannten digitalen Prozessors (34, 35) enthält, in Verbindung steht;

6.4 wobei die genannte Benutzer-Eingabeschnittstelle (30, 31) einen Satz von Entwurfsbefehl-Eingabemitteln umfaßt, vorzugsweise Tasten des genannten Grafiktabletts;

dadurch gekennzeichnet, daß

6.5 der genannte Satz von Entwurfsbefehl-Eingabemitteln logisch in wenigstens zwei Untergruppen aufgeteilt ist, wobei

6.5.1 in der ersten Untergruppe jeder Befehl einem hauptsächlichen Entwurfsmerkmal zugeordnet ist;

6.5.2 in der zweiten Untergruppe jeder Befehl einem Replikationsmerkmal zugeordnet ist;

6.6 der genannte Programmspeicher Instruktionen enthält, um

6.6.1 eine Untergruppe von geometrischen Elementen oder von Entwurfsbefehlen hierfür, die einem strukturellen Element des genannten Modells entsprechen, auszuwählen;

6.6.2 die genannten geometrischen Elemente oder die Entwurfsbefehle hierfür in einer variablen ersten Betriebsart zu replizieren, in der die Zahl der durchzuführenden Replikationen und/oder ihre Orte als variable Größen definiert sind; und

6.6.3 in einer zweiten Betriebsart ein Modell zu erzeugen, das mit einer vorbestimmten Mehrzahl der genannten replizierten strukturellen Elemente ausgestattet ist, wobei die genannten variablen Größen durch tatsächliche Größen ersetzt werden.