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Dokumentenidentifikation DE102005022388B4 12.04.2007
Titel Elektronische Konstruktionsvorrichtung
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Arndt, Hauke, 70195 Stuttgart, DE;
Benz, Eberhard, 71116 Gärtringen, DE;
Bernhard, Rainer, Dr.-Ing., 71083 Herrenberg, DE;
Frank, Dietmar, Dipl.-Ing. (FH), 89134 Blaustein, DE;
Hans, Bertram, 89275 Elchingen, DE;
Hipp, Werner, Dipl.-Ing., 73760 Ostfildern, DE;
Krumenaker, Thomas, Dipl.-Ing., 73650 Winterbach, DE;
Leypoldt, Dirk, Dipl.-Ing., 70736 Fellbach, DE;
Sama, Achille Mbang, Dipl.-Ing., 89275 Elchingen, DE;
Mohring, Jonathan, Dipl.-Ing., 70569 Stuttgart, DE;
Nowottny, Dietrich, Dr., 72584 Hülben, DE;
Rehner, Hans-Peter, Dr., 71065 Sindelfingen, DE;
Rolinger, Alexander, 71063 Sindelfingen, DE
DE-Anmeldedatum 14.05.2005
DE-Aktenzeichen 102005022388
Offenlegungstag 21.09.2006
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G06F 17/50(2006.01)A, F, I, 20060704, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung zum Konstruieren eines technischen Systems, das mindestens zwei Bestandteile umfaßt.

Gewünscht wird eine Konstruktionsvorrichtung, die das Konstruieren eines technischen Systems insbesondere dann vereinfacht, wenn das zu konstruierende System einem bereits konstruierten System ähnlich ist und die Ähnlichkeiten ausgenutzt werden sollen, um Zeit zu sparen und um die Gefahr von Fehlern zu reduzieren.

Aus DE 203 17 681 U1 ist eine Konstruktionsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt. Diese Konstruktionsvorrichtung besitzt eine elektronische Bibliothek mit verschiedenen Typen von Gestaltungselementen („features"). Außerdem weist die Konstruktionsvorrichtung Mittel zum Auswählen eines Typs und zum Erzeugen eines Gestaltungselements eines zuvor ausgewählten Typs auf. Ein Bearbeiter verwendet dieses Gestaltungselement und kann es verändern. Beispielsweise kann er Abmessungen eines Bohrlochs ändern. Durch Anwendung einer automatisch auswertbaren Rechenvorschrift wird ein zweites Attribut eines geometrischen Objekts in Abhängigkeit von einem ersten Attribut eines geometrischen Objekts berechnet.

Aus EP 0 869 450 A2 sind ein System und ein Verfahren bekannt, um ein technisches System mit Bestandteilen auszulegen. Das technische System ist ein Kühlsystem mit Komponenten und Leitungen zwischen diesen Komponenten. Weiterhin sind Regeln für diese Auslegung („design") von Leitungen hinterlegt. Nach Eingabe von Anforderungen und Randbedingungen werden Komponenten ausgewählt und überlagerungsfrei positioniert. Anschließend werden die Leitungen zwischen den positionierten Komponenten verlegt.

In EP 1 251 444 A1 wird ein Verfahren zur Konfigurierung eines Produkts mittels eines PCs beschrieben. Vorgegeben ist eine elektronische Bibliothek mit Beschreibungen von Komponenten. Man wählt ein Systemkonzept für das Produkt aus. Anschließend werden mögliche Komponenten dieses Systemkonzepts zur Auswahl angeboten. Der Benutzer wählt aus den angebotenen Komponenten welche aus.

Aus WO 2005/001721 A1 sind ein Verfahren und ein Software-Werkzeug bekannt, um „design knowledge information" zu erfassen, abzuspeichern und darzustellen. Diese Informationen über das Konstruieren werden in einem ersten Projekt gewonnen. Zu ihnen gehören kausale Abhängigkeiten. Die Informationen lassen sich in einem zweiten Projekt wiederverwenden.

Aus US 2003/0144758 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, um in einem Konstruktionsmodell

  • – die Geometrie eines Produkts,
  • – rechnerauswertbare Abhängigkeiten („knowledge"),
  • – Bearbeitungsvorschriften („operations") zur Veränderung der Geometrie sowie
  • – Auswerteregeln
zu integrieren. Die Geometrie und die Abhängigkeiten werden verändert, und die resultierenden Änderungen werden durch „Propagierung" der Veränderungen ermittelt.

Aus WO 02/25502 A1 ist bekannt, Konstruktionsmodelle zu parametrieren. Ein parametrisiertes Grundmodell fungiert als Ausgangsbasis für Konstruktionsmodelle weiterer Varianten. Ein Anwender verändert ein Geometriemodell über sogenannte Stützstellen und verändert hierbei Parameter.

In EP 0 558 006 B1 werden ein CAD-System und ein CAD-Verfahren zum gemeinsamen Entwerfen beschrieben. Mehrere Konstrukteure entwerfen parallel Konstruktionsmodelle verschiedener Bestandteile. Nachrichten über Änderungen an einem Konstruktionsmodell werden an andere Konstruktionsmodelle übermittelt.

In EP 1 320 003 A2 wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der ein Bearbeiter ein Produkt mit funktionalen Bestandteilen entwirft. Die Vorrichtung umfaßt eine Speichereinheit für beispielhafte Geometrien der Funktionsblöcke sowie eine Komponente zum Suchen von Geometrien. Die Vorrichtung ermöglicht es, beim Konstruieren eines neuen Bestandteils bereits vorhandene Konstruktionsmodelle wiederzuverwenden. In einer Ausführungsform werden beispielhafte bereits vorhandene Konstruktionsmodelle ermittelt und für das Entwerfen eines groben Materialaussehens berücksichtigt.

Aus DE 102 54 317 A1 sind ein Konstruktionsverfahren und ein CAD-System bekannt. Für mindestens einen zu konstruierenden Gegenstand wird ein Ersatz-Gestaltungselement festgelegt. Dieses beschreibt den Gegenstand vereinfacht, ihm werden Informationen über die Geometrie des zu konstruierenden Gegenstandes zugeordnet. Ein weiterer Gegenstand wird abhängig vom Ersatz-Gestaltungselement und den zugeordneten Informationen konstruiert.

Aus DE 101 47 558 A1 ist ein Verfahren zum Entwickeln eines komplexen Produkts bekannt. Ein Konstruktionsmodell des Produkts wird parametrisiert. Änderungen von vorgegebenen Randbedingungen werden durch Änderungen an den Parametern im Konstruktionsmodell berücksichtigt.

In US 6 721 614 B2 wird vorgeschlagen, mehrere miteinander verbundene Konstruktionssysteme sowie eine universelle elektronische Bibliothek mit Konstruktionsmodellen z. B. für Schaltkreise zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Konstruktionsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bereitzustellen, die die Anzahl erforderlicher Benutzereingaben und Eingriffspunkte beim Konstruieren verringert und die die Qualität eines erzeugten Konstruktionsmodells dadurch erhöht, daß sie die Gefahr von fehlerverursachenden Benutzereingaben reduziert.

Die Aufgabe wird durch eine Konstruktionsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Konstruktionsvorrichtung umfaßt eine elektronische Bibliothek. In dieser Bibliothek ist jeweils ein Ausgangs-Konstruktionsmodell jedes Bestandteils abgespeichert. Ein Konstruktionsmodell eines Gegenstandes beschreibt in rechnerverfügbarer Weise die Geometrie dieses Gegenstandes, insbesondere die Geometrie von dessen Oberfläche.

Jedes Ausgangs-Konstruktionsmodell umfaßt mindestens ein geometrisches Objekt mit mindestens einem Attribut. In der Bibliothek ist die Festlegung abgespeichert, daß ein erstes Attribut eines geometrischen Objekts von einem Benutzer veränderbar ist. Weiterhin ist abgespeichert, daß ein zweites Attribut eines geometrischen Objekts automatisch berechenbar ist. In der Bibliothek ist weiterhin eine automatisch auswertbare Abhängigkeitsvorschrift abgespeichert, die festlegt, wie das zweite Attribut vom ersten Attribut abhängt.

Die Konstruktionsvorrichtung ist zum Erzeugen jeweils eines Konstruktionsmodells jedes Bestandteils ausgestaltet. Sie ist so ausgestaltet, daß beim Erzeugen eines Bestandteil-Konstruktionsmodells das Ausgangs-Konstruktionsmodell dieses Bestandteils kopiert wird. Das Kopieren wird so durchgeführt, daß das erzeugte Bestandteil-Konstruktionsmodell eine Kopie jedes vom Ausgangs-Konstruktionsmodell des Bestandteils umfaßten geometrischen Objekts mitsamt den Kopien der Attribute jedes dieser geometrischen Objekte umfaßt. Die Konstruktionsvorrichtung umfaßt Mittel zum Verändern der Kopie jedes vom Benutzer veränderbaren Attributs. Sie ist weiterhin so ausgelegt, daß sie mindestens einmal nach einer Veränderung der Kopie des ersten Attributs mittels der Veränderungsmittel die Kopie des zweiten Attributs durch Anwenden der mindestens einen Abhängigkeitsvorschrift abwandelt.

Die Konstruktionsvorrichtung erspart es einem Konstrukteur, das Konstruieren „von Null an" zu beginnen. Vielmehr stellt die Bibliothek einem Benutzer Ausgangs-Konstruktionsmodelle gerade derjenigen Bestandteile bereit, aus denen das zu konstruierende technische System besteht. Die durch Kopieren erzeugen Konstruktionsmodelle dieser Bestandteile sind so aufgebaut, daß sie abhängig von Attributen veränderbar sind. Diese Attribute fungieren als definierte Eingriffspunkte zur Anpassung der Konstruktionsmodelle. Ein Konstruktionsmodell des technischen Systems wird dadurch erzeugt, daß die Ausgangs-Konstruktionsmodelle mitsamt ihren geometrischen Objekten und Attributen kopiert werden und ein Benutzer kopierte Attribute verändert. Nicht erforderlich ist es, daß der Benutzer neue Konstruktionsmodelle erzeugt. Dies spart Zeit und reduziert die Gefahr von Fehlern.

Um die erforderlichen Benutzereingaben zu reduzieren, ist festgelegt und abgespeichert, welche Attribute der Benutzer ändern kann und welche nicht. Mindestens eines der Attribute ist vom Benutzer veränderbar, mindestens eines nicht. Dadurch wird die Anzahl von definierten Eingriffspunkten weiter verringert. Auch das nicht vom Benutzer veränderbare Attribut läßt sich ebenfalls abwandeln, nämlich indem eine Abhängigkeitsvorschrift automatisch angewendet wird. Dadurch wird der Konstruktionsvorgang weiter automatisiert, und die Gefahr von Fehlern wird verringert.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:

1. eine beispielhafte Architektur des erfindungsgemäßen Konstruktionssystems;

2. den Bestandteil „Verteilerkasten-Gehäuse" und seine geometrischen Objekte und deren Attribute;

3. den Bestandteil „Mitteldüse" und seine Attribute.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Konstruktion von Varianten eines Teilsystems eines Personenkraftwagens. Das technische System ist in diesem Beispiel also ein Teilsystem eines Pkw. In verschiedenen Baureihen des Pkw werden unterschiedliche Varianten des Teilsystems verwendet. Diese Varianten unterscheiden sich durch Attribute voneinander. Die erfindungsgemäße Konstruktionsvorrichtung stellt einem Varianten-Konstrukteur eine elektronische Bibliothek mit Ausgangs-Konstruktionsmodellen für die Bestandteile dieses Teilsystems bereit und ermöglicht es ihm, mit Hilfe dieser Bibliothek ein Konstruktionsmodell einer Variante zu konstruieren.

1 zeigt eine beispielhafte Architektur des erfindungsgemäßen Konstruktionssystems. Die Pfeile in 1 bezeichnen Datenflüsse.

In diesem Ausführungsbeispiel wird das Konstruktionssystem mit Hilfe einer ersten und einer zweiten Datenverarbeitungsanlage realisiert. Die erste Datenverarbeitungsanlage DVA-1 wird dazu verwendet, um Ausgangs-Konstruktionsmodelle der Bestandteile des zu konstruierenden technischen Systems zu konstruieren und bereitzustellen. Die zweite Datenverarbeitungsanlage DVA-2 wird dazu verwendet, um mit Hilfe dieser Ausgangs-Konstruktionsmodelle ein Konstruktionsmodell einer Variante des Pkw-Teilsystems zu konstruieren.

Die erste Datenverarbeitungsanlage DVA-1 umfaßt in diesem Beispiel folgende Bestandteile:

  • – eine Recheneinheit 1.1 zur Durchführung von Berechnungen,
  • – ein Bildschirmgerät 2.1 mit einem Kathodenstrahl-Bildschirm oder Flüssigkristall-Bildschirm,
  • – ein erstes Eingabegerät in Form einer DV-Maus 4.1, die drei Tasten aufweist,
  • – ein zweites Eingabegerät in Form einer Tastatur 5.1 mit Tasten und
  • – eine Graphikkarte 6.1, die die Eingangssignale für das Bildschirmgerät 2.1 erzeugt.

Die erste Datenverarbeitungsanlage DVA-1 hat über eine Informationsweiterleitungsschnittstelle Lese- und Schreibzugriff auf einen Datenspeicher, in dem die elektronische Bibliothek 3.1 mit den Ausgangs-Konstruktionsmodellen der Bestandteile abgespeichert ist. Beispielhaft sind zwei Ausgangs-Konstruktionsmodelle 10.1 und 11.1 angedeutet. Außerdem ist in der elektronischen Bibliothek 3.1 ein grobes Ausgangs-Konstruktionsmodell 20.1 des Teilsystems abgespeichert. Dieses grobe Konstruktionsmodell beschreibt nicht die Details der Bestandteile.

Die zweite Datenverarbeitungsanlage DVA-2 umfaßt in diesem Beispiel folgende Bestandteile:

  • – eine Recheneinheit 1.2 zur Durchführung von Berechnungen,
  • – ein Bildschirmgerät 2.2 mit einem Kathodenstrahl-Bildschirm oder Flüssigkristall-Bildschirm,
  • – ein erstes Eingabegerät in Form einer DV-Maus 4.2, die drei Tasten aufweist,
  • – ein zweites Eingabegerät in Form einer Tastatur 5.2 mit Tasten und
  • – eine Graphikkarte 6.2, die die Eingangssignale für das Bildschirmgerät 2.2 erzeugt.

Die zweite Datenverarbeitungsanlage DVA-2 hat über eine Informationsweiterleitungsschnittstelle Lesezugriff auf den Datenspeicher mit der elektronischen Bibliothek 3.1. Weiterhin hat die zweite Datenverarbeitungsanlage DVA-2 über eine Informationsweiterleitungsschnittstelle Lese- und Schreibzugriff auf einen Datenspeicher 3.2, in dem die Konstruktionsmodelle der Bestandteile der Variante sowie ein grobes Konstruktionsmodell der Variante abgespeichert werden. Diese Konstruktionsmodelle im Datenspeicher 3.2 wurden durch Kopieren erzeugt und sind vom Benutzer veränderbar. Beispielhaft sind zwei Bestandteil-Konstruktionsmodelle 10.2 und 11.2 sowie das Varianten-Konstruktionsmodell 20.2 angedeutet.

Anstelle einer DV-Maus kann als erstes Eingabegerät z. B. auch eine „space mouse" vorgesehen sein.

Das Teilsystem ist z. B. ein Klimakasten oder ein Unterflur-Tank. In der Bibliothek 3.1 ist ein grobes Ausgangs-Konstruktionsmodell 20.1 für den Klimakasten als Ganzes abgespeichert. Dieses Ausgangs-Konstruktionsmodell 20.1 weist mehrere geometrische Objekte auf, die die Positionierung des Klimakastens relativ zu anderen Teilsystemen des Pkw festlegen. Diese relative Positionierung wird dadurch vorgenommen, dass der Klimakasten sowie die weiteren Teilsysteme in einem vorgegebenen dreidimensionalen Koordinatensystem mit einer x-Achse, einer y-Achse und einer z-Achse positioniert und orientiert werden.

Daher weist das Ausgangs-Konstruktionsmodell 20.1 folgende geometrische Objekte auf:

  • – einen Referenzpunkt,
  • – eine den Klimakasten begrenzende Fläche in der y-z-Ebene,
  • – eine den Klimakasten begrenzende Fläche in der x-y-Ebene,
  • – eine den Klimakasten begrenzende Fläche in der x-z-Ebene.

Der Referenzpunkt weist als Attribut seine x-, y- und z-Koordinate im Koordinatensystem auf. Die Fläche in der y-z-Ebene steht senkrecht auf der x-Achse und weist als Attribut die x-Koordinate, also den Schnittpunkt der Fläche mit der x-Achse, auf. Die Fläche in der x-y-Ebene steht senkrecht auf der z-Achse und weist als Attribut die z-Koordinate auf. Die Fläche in der x-z-Ebene steht senkrecht auf der y-Achse und weist als Attribut die y-Koordinate auf. Alle diese Attribute lassen sich vom Benutzer verändern.

Das Teilsystem „Klimakasten" besteht u. a. aus folgenden Bestandteilen:

  • – dem Verteilerkasten-Gehäuse,
  • – dem Verdampfer,
  • – dem Wärmetauscher,
  • – der Mitteldüse,
  • – der Fußraumquerdüse,
  • – der Fußraumfonddüse.

Der Bestandteil „Verteilerkasten-Gehäuse" besitzt u. a. folgende Komponenten, die durch 2 veranschaulicht und durch geometrische Objekte modelliert werden:

  • – eine Stirnfläche S1,
  • – eine aus mehreren Teilflächen zusammengesetzte Seitenfläche SF,
  • – eine weitere Stirnfläche S2, die in der Darstellung von 2 von der Stirnfläche S1 und der Seitenfläche SF verdeckt ist,
  • – eine Tasche T1 in der Stirnfläche S1, die die Form einer annähernd rechteckigen Vertiefung hat,
  • – eine weitere Tasche T2 in der Stirnfläche S2, die die gleiche Form wie T1 hat und in 2 verdeckt ist.

Die Taschen T1 und T2 dienen dazu, dass ein Roboter das Gehäuse während der Fertigung des Klimakastens greifen kann.

Die Stirnfläche S1 weist folgende Attribute auf:

  • – die Gesamt-Breite b in [mm],
  • – die Teil-Breiten b1 und b2 in [mm],
  • – die Gesamt-Höhe h in [mm],
  • – die Teil-Höhen h1 und h2 in [mm]
  • – den Winkel &agr; in [Grad],
  • – die Wandstärke w der Stirnfläche in [mm].

In diesem Beispiel sind die drei Attribute b, h und &agr; numerische Parameter, die frei von einem Benutzer veränderbar sind. Die übrigen Attribute sind nicht vom Benutzer veränderbar und werden automatisch berechnet. In der Bibliothek 3.1 sind folgende Festlegungen und Rechenvorschriften abgelegt:

h1 = 10 [mm]

b1 = 10 [mm]

b2 = b1 + (b – b1)/2

h2 = h – (b – b2)·tan(180 – &agr;)

In der Bibliothek 3.1 sind weiterhin Standardwerte („default values") für die vier Attribute b, h, w und &agr; abgespeichert. Der Benutzer kann diese Standardwerte überschreiben.

Die Attribute der weiteren Stirnfläche S2 sind nicht vom Benutzer veränderbar. In der Bibliothek 3.1 sind vielmehr Rechenvorschriften abgelegt, die festlegen, wie die Parameter von S2 von den Parametern von S1 abhängen.

Alle oben genannten Festlegungen für den Bestandteil Verteilerkasten-Gehäuse gehören zum Ausgangs-Konstruktionsmodell 10.1, welches das Verteilerkasten-Gehäuse beschreibt.

Entsprechend ist in der elektronischen Bibliothek 3.1 ein Ausgangs-Konstruktionsmodell 10.2 für den Bestandteil Mitteldüse und für die weiteren Bestandteile des Teilsystems Klimakasten abgespeichert. Die Mitteldüse als ganzes wird durch ein einziges geometrisches Objekt modelliert. Die Attribute der Mitteldüse werden diesem einen geometrischen Objekt zugeordnet. Welche Attribute dieses geometrische Objekt hat, veranschaulicht 3. Links ist die Mitteldüse perspektivisch gezeigt, rechts ist eine Draufsicht auf die Stirnfläche gezeigt.

In diesem Beispiel ist die Position der Mitteldüse in der x-y-Ebene durch die Position des Verteilerkasten-Gehäuses bestimmt. Dies wird durch entsprechende Abhängigkeitsvorschriften festgelegt. Variabel ist nur die Position auf der z-Achse.

Zu den Attributen der Mitteldüse gehören die folgenden veränderbaren:

  • – die Tiefe s der Mitteldüse,
  • – die Höhe h der Mitteldüse,
  • – die Breite b der Mitteldüse,
  • – die Position der vorderen Stirnfläche auf der z-Achse,
  • – die Innenradien r1 und r4,
  • – der Neigungswinkel &agr; der Mitteldüse gegen die Horizontale,
  • – die Wandstärke der Mitteldüse.

Rechenvorschriften legen fest, dass r2 = r1 und r3 = r4 gilt und dass die hintere Stirnfläche dieselbe Form aufweist wie die vordere.

Außerdem ist in der Bibliothek 3.1 ein Ausgangs-Konstruktionsmodell 20.1 für den Klimakasten als ganzes abgespeichert. Dieses Ausgangs-Konstruktionsmodell 20.1 umfaßt die oben genannten Festlegungen für den Referenzpunkt und die drei begrenzenden Ebenen.

Das Ausgangs-Konstruktionsmodell für das Teilsystem sowie die Ausgangs-Konstruktionsmodelle der Bestandteile umfassen geometrische Objekte. Diese geometrischen Objekte sind allgemein

  • – Körper, z. B. Taschen, Bohrungen, Löcher,
  • – ebene Flächen,
  • – gekrümmte Flächen,
  • – Linien,
  • – gekrümmte Kurven oder
  • – Punkte.

Ein Beispiel für ein geometrisches Objekt ist eine Kurve im Raum, die z. B. die Geometrie einer Seitenwand oder einer Mantelfläche eines geometrischen Objekts festlegt.

Allgemein sind einige der Attribute der geometrischen Objekte numerische Parameter, z. B.:

  • – Abmessungen eines geometrischen Objekts, beispielsweise Länge, Breite, Höhe oder Innenradius,
  • – Radien von Verrundungen des geometrischen Objekts,
  • – Wandstärken,
  • – Winkel, die die Form des geometrischen Objekts beschreiben, z. B. Winkel von Fasen,

    Position und Orientierung des geometrischen Objekts in einem vorgegebenen dreidimensionalen Koordinatensystem und/oder
  • – die Koordinaten von Stützpunkten, die den Verlauf eines geometrischen Objekts in Form einer gekrümmten Linie, z. B. eines Streckenzuges oder eines Splines, festlegen.

Möglich ist auch, dem technischen System und/oder einem Bestandteil direkt ein Attribut zuzuordnen, z. B. das Gewicht oder der Werkstoff, aus dem ein Bestandteil gefertigt wird, oder Parameter der Oberfläche des Bestandteils.

In der elektronischen Bibliothek 3.1 sind automatisch auswertbare Abhängigkeitsvorschriften abgespeichert. Eine solche Abhängigkeitsvorschrift legt fest, wie ein Attribut von einem oder mehreren anderen Attributen abhängt. Die Abhängigkeitsvorschrift hat also die Form Att = f(Att – 1, ..., Att – n), wobei n > = 1, Att, Att – 1, ..., Att – n Attribute und f eine Rechenvorschrift sind. Möglich ist, dass alle diese Attribute zu demselben geometrischen Objekt gehören. Möglich ist, dass alle diese Attribute zu geometrischen Objekten desselben Konstruktionsmodells gehören. Möglich ist aber auch, dass die Attribute zu geometrischen Objekten verschiedener Konstruktionsmodelle gehören.

Die Abhängigkeitsvorschriften definieren ein Referenznetz von Abhängigkeiten zwischen den Attributen der geometrischen Objekte des technischen Systems und seiner Bestandteile. In diesem Referenznetz treten Attribute als Referenzgeber und als Referenznehmer auf. Referenzgeber beeinflussen andere Attribute. Referenznehmer werden durch andere Attribute beeinflußt. In der Abhängigkeitsvorschrift mit der Form Att = f(Att – 1, ..., Att – n) ist Att ein Referenznehmer, und Att – 1, ..., Att – n sind n Referenzgeber.

Die vom Benutzer veränderbaren Attribute sind stets Referenzgeber. Ein nicht vom Benutzer veränderbares Attribut ist – wenn sein Wert überhaupt veränderlich ist – Referenznehmer. Es kann aber zugleich auch Referenzgeber sein. In einer Abhängigkeitsvorschrift tritt auf der linken Seite stets ein nicht vom Benutzer veränderbares Attribut auf. Möglich ist, dass in einer Abhängigkeitsvorschrift auf der rechten Seite vom Benutzer veränderbare und/oder automatisch berechenbare Attribute auftreten.

Das Referenznetz unter den Attributen legt ein Referenznetz unter den Bestandteilen des technischen Systems fest. Falls ein Referenzgeber Att – 1 eines Bestandteils A auf einen Referenznehmer Att – 2 eines Bestandteils B wirkt, so ist A Referenzgeber für B.

Im Folgenden wird zunächst eine bevorzugte Ausführungsform für das Verfahren beschrieben, durch welches die elektronische Bibliothek 3.1 befüllt wird.

  • – Mehrere bereits konstruierte Varianten des technischen Systems, also z. B. mehrere bereits konstruierte Varianten des Klimakastens, werden ermittelt.
  • – Vorzugsweise wird eine generische Stückliste für das technische System erzeugt. Diese Stückliste legt fest, aus welchen Bestandteilen jede Variante des technischen Systems besteht und welche Komponenten diese Bestandteile jeweils umfassen. Diese Stückliste ist also für jede Variante gültig. In dieser Stückliste können einzelne Bestandteile als optional gekennzeichnet sein. Ein optionaler Bestandteil tritt nicht notwendigerweise in jeder Variante des technischen Systems auf. Die anderen Bestandteile sind obligatorische Bestandteile.
  • – Ein Referenznetz unter den Bestandteilen wird definiert, z. B. in Form einer Tabelle. Jede Spalte legt fest, für welche anderen Bestandteile ein Bestandteil Referenzgeber ist. Jede Zeile legt fest, für welche anderen Bestandteile ein Bestandteil Referenznehmer ist.
  • – Für jeden Bestandteil wird jeweils ein Anfangs-Konstruktionsmodell erzeugt. Hierfür wird die erste Datenverarbeitungsanlage DVA-1 verwendet, auf der ein Software-Werkzeug zum rechnerunterstützten Konstruieren, z. B. ein CAD-Werkzeug, installiert ist. Komponenten der Bestandteile werden als geometrische Objekte modelliert, z. B. als Gestaltungselemente („features").
  • – Attribute dieser Bestandteile und geometrischen Objekte werden definiert. Vorzugsweise werden für Attribute, die numerische Parameter sind, Wertebereiche und Standardwerte („default values") festgelegt.
  • – Festgelegt wird, welche dieser Attribute vom Benutzer veränderbar sind und welche automatisch berechnet werden.
  • – Ausgehend vom Referenznetz zwischen den Bestandteilen wird ein Referenznetz unter den Attributen aufgestellt. Dieses Referenznetz legt fest, welches Attribut Referenzgeber für welche anderen Attribute ist.
  • – Geprüft wird, ob das Referenznetz zyklenfrei ist. Dadurch wird sichergestellt, dass folgendes nicht passieren kann: Att – 1 ist sowohl Referenzgeber als auch Referenznehmer für Att – 2.
  • – Abhängigkeitsvorschriften zwischen den Attributen werden aufgestellt. Diese Abhängigkeitsvorschriften sind automatisch auswertbar und kompatibel mit dem Referenznetz unter den Attributen.
  • – Die Ausgangs-Konstruktionsmodelle mitsamt ihren geometrischen Objekten, Attributen und Abhängigkeitsvorschriften werden in der Bibliothek 3.1 abgespeichert.

Vorzugsweise wird diese elektronische Bibliothek 3.1 benutzt, um jede weitere Variante des technischen Systems, also z. B. jede neue Variante des Klimakastens, zu konstruieren. Ein Varianten-Konstrukteur ist der Benutzer der zweiten Datenverarbeitungsanlage DVA-2. Auf dieser zweiten Datenverarbeitungsanlage DVA-2 ist ebenfalls ein CAD-Werkzeug installiert. Ein Konstruktionsmodell für eine neue Variante wird vorzugsweise durch folgende Schritte erzeugt:

Festgelegt wird, welche optionalen Bestandteile der generischen Stückliste in der zu konstruierenden Variante auftreten.

  • – Eine Kopie 20.1 des groben Ausgangs-Konstruktionsmodell 20.1 für das technische System wird erzeugt.
  • – Jeweils eine Kopie 10.2, 11.2 jedes Ausgangs-Konstruktionsmodells 10.1, 10.2 eines in der Variante auftretenden Bestandteils wird erzeugt. Hierbei werden Kopien der geometrischen Objekte und der Attribute erzeugt.
  • – Die Kopien werden im Datenspeicher 3.2 abgespeichert.
  • – Ein Benutzer verwendet die Eingabegeräte 4.2 und 5.2, um veränderbare Attribute tatsächlich zu verändern. Falls er ein veränderbares Attribut nicht verändert, wird dessen Standardwert verwendet.
  • – Vorzugsweise sind die nicht veränderbaren Attribute gegen Veränderungen durch den Bearbeiter gesperrt.
  • – Die Abhängigkeitsvorschriften werden angewendet, um aus den veränderbaren Attributen automatisch weitere Attribute zu berechnen. Durch erneute Anwendung der Abhängigkeitsvorschriften werden aus bereits berechneten Attributen weitere Attribute hergeleitet.
  • – Die veränderte Kopie 20.2 sowie die veränderten Kopien 10.2, 11.2 bilden zusammen das Konstruktionsmodell der Variante.
  • – Der Benutzer läßt sich das so erzeugte Konstruktionsmodell der Variante visualisieren. Bei Bedarf ändert er weitere Attribute ab und paßt bei Bedarf dessen Geometrie an.

Eine Ausgestaltung sieht vor, beim Kopieren der Ausgangs-Konstruktionsmodelle die Abhängigkeitsvorschriften mit zu kopieren und im Datenspeicher 3.2 abzuspeichern. In diesem Falle lassen sich die Ausgangs-Konstruktionsmodelle in der Bibliothek 3.1 und die erzeugten Konstruktionsmodelle für die Variante im Datenspeicher 3.2 unabhängig voneinander verändern.

Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass dann, wenn ein Ausgangs-Konstruktionsmodell mitsamt seinen geometrischen Objekten und Attributen jede Kopie eines geometrischen Objekts und jede Kopie eines Attributs einen Verweis auf das jeweilige Original in der Bibliothek 3.1 erhält. Bei dieser Ausgestaltung brauchen die Abhängigkeitsvorschriften nicht mit kopiert zu werden. Um die Abhängigkeitsvorschriften anzuwenden, werden vielmehr die Verweise von den Attribut-Kopien auf die Originale sowie die Abhängigkeitsvorschriften in der Bibliothek 3.1 angewendet.

Der Benutzer verändert beispielsweise die Position und/oder Orientierung von Bestandteilen oder geometrischen Objekte. Oder er paßt die Geometrie geometrischer Objekte an. Er kann auch geometrische Objekte oder Attribute ergänzen, die für die Variante spezifisch sind.

Manche vom Bearbeiter veränderbare Attribute verändert der Bearbeiter vorzugsweise graphisch mit dem CAD-Werkzeug auf DVA-2. Dieses CAD-Werkzeug visualisiert die Konstruktionsmodelle mitsamt ihren geometrischen Objekten auf dem Bildschirmgerät 2.2. Das CAD-Werkzeug zeigt mit Hilfe einer baumartigen Stückliste an, welche geometrischen Objekte und Attribute ein zu bearbeitendes Konstruktionsmodell aufweist. Wählt ein Benutzer einen Knoten dieser Stückliste aus, visualisiert das CAD-Werkzeug im Konstruktionsmodell das geometrische Objekt, für das der ausgewählte Knoten steht.

Falls beispielsweise ein Attribut die Position oder Orientierung eines geometrischen Objekts festlegt, verändert der Benutzer das Attribut, indem er die Darstellung des geometrischen Objekts verschiebt oder dreht. Oder er verändert den Verlauf eines geometrischen Objekts in Form einer gekrümmten Linie, z. B. eines Streckenzuges oder eines Splines, graphisch. Dadurch verändert der Benutzer die Koordinaten der Stützpunkte dieser Linie, also Attribute des geometrischen Objekts.

Vorzugsweise verändert der Benutzer die veränderbaren Attribute, die numerische Parameter sind, mit Hilfe einer Tabelle, die das CAD-Werkzeug darstellt. Diese Tabelle umfaßt eine Zeile pro veränderbares Attribut. In der ersten Spalte wird beispielsweise eine Bezeichnung des jeweiligen Bestandteiles gezeigt, in der zweiten Spalte eine Bezeichnung des jeweiligen geometrischen Objekts und in der dritten Spalte eine Bezeichnung des jeweiligen Attributs. In der vierten Spalte wird der aktuell verwendete Wert des Attributs angezeigt. Der Benutzer kann diesen Wert durch Eingaben mit der Tastatur überschreiben. In der fünften Spalte wird die jeweilige Maßeinheit des Attributs, z. B. [mm], angegeben.

Möglich ist, dass ein numerischer Parameter sowohl in der Tabelle angezeigt ist und über die Tabelle veränderbar ist als auch graphisch mit dem CAD-Werkzeug veränderbar ist. Beispielsweise lassen sich Positionen und Orientierungen von graphischen Objekten oder Verläufe von gekrümmten Kurven sowohl textlich als auch graphisch verändern.

Zu den Mitteln der Konstruktionsvorrichtung zur Veränderung der veränderbaren Attribute gehören demnach die Eingabegeräte 4.2 und 5.2 der zweiten Datenverarbeitungsanlage DVA-2, die Interaktionsmittel des CAD-Werkzeugs auf der zweiten Datenverarbeitungsanlage DVA-2 und die gerade beschriebene Tabelle.

Nachdem der Benutzer Attribute verändert hat, wendet die Konstruktionsvorrichtung Abhängigkeitsvorschriften an, um Attribute, die Referenznehmer sind, neu zu berechnen. Ein neu berechnetes Attribut, das Referenznehmer ist, kann seinerseits Referenzgeber sein. In diesem Fall werden erneut Abhängigkeitsvorschriften angewendet. Vorzugsweise werden jeweils diejenigen Abhängigkeitsvorschriften angewendet, die auf der rechten Seite mindestens ein Attribut aufweisen, das vom Benutzer verändert oder zuvor neu berechnet wurde.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Abhängigkeitsvorschriften auf Wunsch des Benutzers angewendet werden. Falls der Benutzer nach der letzten Anwendung der Abhängigkeitsvorschrift von Abhängigkeitsvorschriften ein Attribut verändert hat, so markiert die Konstruktionsvorrichtung vorzugsweise das aktuelle Konstruktionsmodell der Variante als nicht konsistent, bis der Benutzer erneut die Anwendung der Abhängigkeitsvorschriften veranlaßt.

Der Benutzer kann z. B. dasselbe Attribut mehrmals verändern und dadurch alternative Konstruktionsmodelle der Variante erzeugen. Die Abhängigkeitsvorschriften werden für jede Alternative angewendet, was das Erzeugen der Alternativen erheblich beschleunigt.

Das gerade beschriebene Vorgehen liefert ein parametrisiertes Konstruktionsmodell der Variante. Für nachfolgende Bearbeitungsschritte wird vorzugsweise aus diesem parametrisierten Konstruktionsmodell ein nicht parametrisiertes Konstruktionsmodell generiert. Vorzugsweise beschreibt das generierte Konstruktionsmodell die Oberfläche der Variante des technischen Systems näherungsweise durch Geometrieelemente, z. B. dreieckige und/oder viereckige Flächenelemente. Das generierte Konstruktionsmodell wird vorzugsweise in einem standardisierten Datenformat abgespeichert, z. B. in „Standard Transformation Language" (STL) oder „Virtual Reality Modeling Language" (VRML).

Dieses erzeugte Konstruktionsmodell läßt sich z. B. an einen Entwicklungspartner oder Zulieferer für das technische System geben. Es fungiert als Spezifikation für das zu bauende technische System. Möglich ist, aus dem parametrisierten Konstruktionsmodell bestimmte geheimzuhaltende Informationen zu sperren, auszublenden oder zu „verstecken", so dass sie bei der Generierung nicht verwendet werden und das generierte Konstruktionssystem diese Informationen nicht aufweist.


Anspruch[de]
Elektronische Vorrichtung zum Konstruieren eines technischen Systems, das mindestens zwei Bestandteile umfaßt,

wobei die Konstruktionsvorrichtung eine elektronische Bibliothek (3.1) umfaßt,

wobei in der Bibliothek (3.1)

– jeweils ein Ausgangs-Konstruktionsmodell (10.1, 11.1) jedes Bestandteils abgespeichert ist,

– jedes Ausgangs-Konstruktionsmodell (10.1, 11.1) eines Bestandteils jeweils ein geometrisches Objekt, z. B. Bohrlöcher oder Taschen (T1, T2) als Greifhilfe für einen Roboter,

mit mindestens einem Attribut, z. B. Gewicht, Werkstoff oder Parameter der Oberfläche, umfaßt,

– wobei jedes geometrische Objekt die Geometrie eines Bestandteils oder einer Komponente eines Bestandteils beschreibt,

– mindestens eine automatisch auswertbare Abhängigkeitsvorschrift abgespeichert ist, die festlegt, wie ein zweites Attribut eines geometrischen Objekts von einem ersten Attribut eines geometrischen Objekts abhängt,

und wobei

– die Konstruktionsvorrichtung so ausgestaltet ist,

daß sie jeweils ein Konstruktionsmodell (10.2, 11.2) jedes Bestandteils durch Kopieren des Ausgangs-Konstruktionsmodells (10.1, 11.1) des Bestandteils dergestalt,

daß das durch Kopieren erzeugte Bestandteil-Konstruktionsmodell (10.2, 11.2) eine Kopie jedes vom Ausgangs-Konstruktionsmodell (10.1, 11.1) des Bestandteils umfaßten geometrischen Objekts mitsamt seiner Attribute umfaßt,

erzeugt,

– die Konstruktionsvorrichtung Mittel (4.2, 5.2) zum Verändern der Kopie des ersten Attributs aufweist und

– die Konstruktionsvorrichtung zum Anwenden der mindestens einen Abhängigkeitsvorschrift ausgestaltet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

in der Bibliothek (3.1)

– die Festlegung abgespeichert ist, daß das erste Attribut von einem Benutzer der Konstruktionsvorrichtung veränderbar ist, und

– die Festlegung abgespeichert ist, daß das zweite Attribut automatisch berechenbar ist

und die Konstruktionsvorrichtung

– so ausgestaltet ist, daß sie mindestens einmal nach einer Veränderung der Kopie des ersten Attributs mittels der Veränderungsmittel (4.2, 5.2) die Kopie des zweiten Attributs durch Anwenden der mindestens einen Abhängigkeitsvorschrift automatisch abwandelt und

– die Kopie des zweiten Attributs gegen Veränderungen durch den Benutzer sperrt.
Konstruktionsvorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

das geometrische Objekt, zu dem das erste Attribut gehört,

– ein Körper,

– eine ebene Fläche,

– eine gekrümmte Fläche,

– eine Linie,

– eine Kurve oder

– ein Punkt

ist,

das erste Attribut die Gestalt dieses geometrischen Objekts oder die Position oder Orientierung dieses geometrischen Objekts in einem vorgegebenen Koordinatensystem ist

und die Veränderungs-Mittel zum Verändern der Gestalt, der Position oder der Orientierung dieses geometrischen Objekts ausgestaltet sind.
Konstruktionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

das geometrische Objekt, zu dem das zweite Attribut gehört,

ein Bereich der Oberfläche desjenigen Bestandteils, zu dessen Konstruktionsmodell das geometrische Objekt gehört, ist

das zweite Attribut die Gestalt des Oberflächenbereichs oder die Position oder Orientierung des Oberflächenbereichs in einem vorgegebenen Koordinatensystem ist und

die Konstruktionsvorrichtung zum Abwandeln der Gestalt oder der Position oder der Orientierung des Oberflächenbereichs durch Anwenden der Abhängigkeitsvorschrift ausgestaltet ist.
Konstruktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Attribut ein numerischer Parameter ist und

die Veränderungs-Mittel Mittel zum Eingeben eines Werts für das Attribut umfassen.
Konstruktionsvorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

der numerische Parameter

– eine Abmessung,

– ein Radius einer Verrundung,

– ein seine Form beschreibender Winkel,

– eine Wandstärke oder

– die Positionskoordinaten in einem vorgegebenen Koordinatensystem

desjenigen geometrischen Objekts, zu dem der Parameter gehört, ist
Konstruktionsvorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Veränderungs-Mittel (4.2, 5.2) eine elektronische Tabelle umfassen,

die Tabelle jeweils eine Zeile für jeden vom Benutzer veränderbaren numerischen Parameter umfaßt

und die Veränderungs-Mittel (4.2, 5.2) ein Eingabegerät (5.2) zum Eingeben und Verändern von Werten für die veränderbaren Parameter umfaßt.
Konstruktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

für jedes Attribut jedes geometrischen Objekts mindestens eine der beiden Festlegungen abgespeichert ist,

– dass das Attribut von einem Benutzer veränderbar ist oder

– dass das Attribut automatisch berechenbar ist.
Konstruktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

das geometrische Objekt, zu dem das erste Attribut gehört, und das geometrische Objekt, zu dem das zweite Attribut gehört,

zu demselben Ausgangs-Konstruktionsmodell gehören.
Konstruktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß

das geometrische Objekt, zu dem das erste Attribut gehört, und das geometrische Objekt, zu dem das zweite Attribut gehört,

zu zwei verschiedenen Ausgangs-Konstruktionsmodellen gehören.
Konstruktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Konstruktionsvorrichtung

– Mittel zum Positionieren und Orientieren der Bestandteil-Konstruktionsmodelle in einem vorgegebenen Koordinatensystem umfaßt und

– zum Erzeugen eines Konstruktionsmodells des technischen Systems unter Verwendung der Bauteil-Konstruktionsmodelle (10.2, 11.2) und ihrer Positionen und Orientierungen ausgestaltet ist,

– wobei das erzeugte Konstruktionsmodell das technische System durch Geometrieelemente beschreibt.
Konstruktionsvorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Konstruktionsvorrichtung so ausgestaltet ist,

dass das erzeugte Konstruktionsmodell die Oberfläche des technischen Systems durch die Geometrieelemente näherungsweise beschreibt.
Konstruktionsvorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Konstruktionsvorrichtung so ausgestaltet ist,

dass das erzeugte Konstruktionsmodell das technische System in einem standardisierten Datenformat beschreibt.
Konstruktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß

– in der Bibliothek (3.1) ein Ausgangs-Konstruktionsmodell (20.1) des technischen Systems abgespeichert ist,

– das Ausgangs-Konstruktionsmodell (20.1) des technischen Systems ein geometrisches Objekt mit mindestens einem weiteren Attribut umfaßt,

– in der Bibliothek (3.1) die Festlegung abgespeichert ist, daß das weitere Attribut von einem Benutzer veränderbar ist,

– in der Bibliothek (3.1) eine weitere automatisch auswertbare Abhängigkeitsvorschrift abgespeichert ist, die festlegt, wie ein anderes Attribut von diesem weiteren Attribut abhängt, und

– die Konstruktionsvorrichtung zum Erzeugen eines Konstruktionsmodells (20.2) des technischen Systems durch Kopieren des Ausgangs-Konstruktionsmodells (20.1) des technischen Systems ausgestaltet ist,

– wobei das erzeugte Bestandteil-Konstruktionsmodell (20.2) eine Kopie jedes vom Ausgangs-Konstruktionsmodell (20.1) des technischen Systems umfaßten geometrischen Objekts mitsamt seiner Attribute umfaßt.
Konstruktionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß

in der Bibliothek (3.1) eine weitere automatisch auswertbare Abhängigkeitsvorschrift abgespeichert ist,

die festlegt, wie ein drittes Attribut eines geometrischen Objekts von mindestens einem weiteren Attribut abhängt,

wobei das zweite Attribut zu diesem mindestens einen weiteren Attribut gehört,

und die Konstruktionsvorrichtung so ausgestaltet ist,

daß sie nach der automatischen Abwandlung der Kopie des zweiten Attributs

die Kopie des dritten Attributs durch Anwenden der weiteren Abhängigkeitsvorschrift automatisch abwandelt.






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