EP1917611A2

EP1917611A2 - System für den maschinengestützten entwurf technischer vorrichtungen

Info

Publication number: EP1917611A2
Application number: EP06778219A
Authority: EP
Inventors: Martin FRÖHLICH; Frank Neumann; Armin Ortmann; Torsten Thiele
Original assignee: Pace Aerospace Engineering and Information Technology GmbH
Current assignee: Pace Aerospace Engineering and Information Technology GmbH
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-05-07
Also published as: DE102005055133A1; US20100106466A1; US8239173B2; WO2007020231A3; WO2007020231A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Computersoftwareprodukt für die Konzeptionierung, den Vorentwurf und die Konfiguration eines Maschinenobjekts, das durch ein Objektdatenmodell repräsentiert ist. In einer Objektdatenbank sind Komponentenobjekte abgelegt, wobei ein Komponentenobjekt mindestens ein Parameterobjekt enthält. Weiterhin enthält die Datenbank Funktionsobjekte. Der durch die erfindungsgemäße Trennung von Komponentenobjekten und Funktionsobjekten implementierte Modellierungsansatz ermöglicht eine Unterscheidung zwischen Randbedingungen innerhalb eines Komponentenobjektes und Randbedingungen, die zwischen Komponentenobjekten bestehen. Erstere werden durch die Komponentenobjekte selbst, letztere durch die Funktionsobjekte erfasst. Diese Kapselung hat insbesondere den Vorteil, dass der Modellierungsprozess wesentlich übersichtlicher gestaltet werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Kapselung die Wiederverwendung der Komponentenobjekte in verschiedenen Systemen.

Description

System für den maschinengestützten Entwurf technischer Vorrichtungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Konzeptionierung oder Konfiguration eines Maschinenobjekts, das durch ein Objektdatenmodell repräsentiert ist.

Komplexe technische Produkte erfordern einen aufwändigen Entwicklungspro- zess. Eine für einen einzelnen Ingenieur kaum überschaubare Vielzahl von Parametern beeinflusst die unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten zu optimierende Produktgestalt. Als Beispiel sei die Konzeptionierung und Konfiguration neuer Flugzeuge genannt.

Der Entwurfsprozess lässt sich grob in folgende Phasen einteilen:

a) Konzeptionsphase

In der Konzeptionsphase zum Entwurf eines technischen Produkts werden Pro- duktkonzepte definiert, wesentliche Gestaltungsparameter der Konzepte zu einem vorläufigen Produktdesign verdichtet, Machbarkeitsstudien durchgeführt, Simulationen des Produktes und verschiedene analytische Methoden angewandt, um zu prüfen, welches Produktkonzept den Aufwand der weiteren Entwicklung lohnt. Am Beispiel der Entwicklung eines neuen Passagierflugzeugs werden in dieser Phase beispielsweise Rumpf- und Flügelformen definiert. Die Konzeptionsphase geht in eine Vorentwurfsphase über, in der mit dem Methoden der Konzeptionsphase Vorentwürfe (predesigns) des Produktes entwickelt werden.

b) Entwurfsphase

Anschließend werden in der Entwurfsphase detailliertere Entwürfe des Produktes entwickelt, dreidimensionale Testmodelle gebaut oder VR-Modelle (VR ist eine Abkürzung für virtuelle Realität) erstellt und getestet. In dieser Phase kommen in der Regel CAD-Systeme (englisch: Computer Aided Design, computergestützter Entwurf) zum Einsatz.

c) Konfigurationsphase

In der anschließenden Konfigurationsphase werden Einzelheiten des Produktes konzeptioniert und geplant. Am Beispiel der Entwicklung des neuen Passagierflugzeugs wird in dieser Phase beispielsweise für einen bestimmten Käufer des Flugzeugs die Bestückung und Einrichtung Passagierkabine definiert. Dabei werden elektronische Kataloge erstellt, Zeichnungen und Dokumente erzeugt und Schnittstellen zu einem Lebenszyklusmanagement geschaffen. Das Lebens- Zyklusmanagement betrifft Methoden für die Planung und Steuerung einer Versorgung des Herstellers des Produkts mit erforderlichen Bauteilen und Ersatzteilen sowie der Bereitstellung produktbezogener Dienstleistungen.

d) Dokumentationsphase

In der den Produktentwicklungsprozess abschließenden Dokumentationsphase werden die nötigen technischen Publikationen erzeugt, die für die Produktion erforderlichen Unternehmensstrukturen geplant, Strukturen für die Unterstützung von Umbauten am Produkt (Retrofit Support) und eine Lebenszyklusdokumentation erstellt.

Die vorliegende Erfindung betrifft Entwicklungsprozesse in den Phasen a), Kon- zeption, oder c), Konfiguration.

Zur Unterstützung der Konzeptionsphase sind Vorrichtungen mit Software- Integrationsplattformen bekannt, die unterschiedliche, bereits vorhandene Software-Werkzeuge integrieren, um durch einen automatisierten Datenaustausch zwischen diesen Werkzeugen den Konzeptionsprozess zu beschleunigen. Bekannte Software-Integrationsplattformen sind beispielsweise Isight (Release 9.0) oder das Web-gestützte Produkt FIPER (Version 1.6).

Die Software-Plattformen enthalten eine Schnittstelle, über die verschiedene Software-Werkzeuge eingebunden werden. Unterschiedliche Schnittstellentypen sind bekannt. Das Spektrum reicht von einem Anwendungsaufruf mit einer Dateigestützten Kommunikation für den Datenaustausch über netzwerkähnliche Kommunikationsprotokolle bis hin zu einer zugeschnittenen Kodierung spezieller Anwendungsschnittstellen (Application Interface, API).

Der Nachteil solcher Software-Integrationsplattformen ist, dass sie mit den eingebundenen Software-Werkzeugen auch deren Grenzen und Nachteile importieren. Darüber hinaus ermöglichen solche Software-Integrationsplattformen keine Implementierung neu zu schaffender Analysemethoden.

Eine zweite Variante bekannter Entwurfssysteme zur Unterstützung der Konzeptionsphase bilden sogenannte KBE-Plattformen. Der Begriff Knowledge-Based Engineering (KBE) umschreibt Technologien zur Definition und Integration von Ingenieurswissen in der Produktentwicklung. Mit Hilfe von KBE können immer wiederkehrende Abläufe in Regeln gefasst werden, die beispielsweise unternehmensweit zur Verfügung gestellt werden können. Derartige Konstruktionsregeln repräsentieren gewissermaßen das Expertenwissen des Unternehmens. Beispiele von KBE-Plattformen mit integrierter CAD-Funktionalität sind die Produkte CATIA, Version 5 und UGS Knowledge Fusion. Nachteil beider Produkte ist, dass die Einbettung von Wissen in das System nicht einheitlich erfolgt. Es werden je nach konkretem Zusammenhang entweder Regel-basierte Definitions- techniken und Prüfmechanismen zum Aktivieren der Regeln verwendet, oder Skript-Schnittstellen wie VisualBasic oder C++-Programmierschnittstellen zur Verfügung gestellt. Diese unterschiedliche Wissensimplementierung kann jedoch dazu führen, dass heterogene und schlecht skalierbare Architekturen geschaffen werden. Darüber hinaus müssen schon ab einem geringen Komplexitätslevel der anzuwendenden Regeln und Methoden selbst erstellte Softwarelösungen mit Hilfe einer API eingebunden werden. Die Integration komplexerer Methoden und Regeln und ist nur mit Hilfe eines aufwändigen Software-Entwicklungsprozesses möglich, bleibt gewissermaßen „Handarbeit".

Ein weiteres bekanntes Produkt ist „DesignSheet" der Firma Rockwell Scientific. DesignSheet verfolgt das Ziel einer Analyse konzeptioneller Designs. Solche Designs werden durch Variablen und Randbedingungen (Constraints) definiert. Als Constraints werden algebraische Gleichungen verwendet, die bei Designsheet an einer Nutzerschnittstelle symbolisch definiert werden. DesignSheet setzt voraus, dass Gleichungen explizit in symbolischer Form vorliegen bzw. eingegeben werden und symmetrisch nach jeder beteiligten Variable aufgelöst werden können. Dies bedeutet eine Einschränkung der Verwendbarkeit von Designsheet, weil in der Praxis Constraints häufig auf Analysefunktionen basieren, die in einer Programmiersprache implementiert sind. Ferner definieren Funktio- nen nicht-symmetrische, das heißt gerichtete Constraints (gerichtet von Eingabe nach Ausgabe), so dass das Lösen nach der Ausgabe einer Funktion einfach ist, nach den Eingaben jedoch schwer und nur numerisch, nicht aber symbolisch möglich ist. DesignSheet ist weiterhin beschränkt auf die Analyse konzeptioneller Designs.

Eine KBE-Anwendung ist auch Gegenstand der WO 02/0734723 A1 , die eine Vorrichtung und Verfahren zur Konfiguration des Innenraums von Fahrzeugen, insbesondere Flugzeugen betrifft. Ein Nutzer ruft bei diesem Verfahren einen bestimmten Flugzeugtyp auf und kann dann durch symbolische Eingaben über eine graphische Nutzerschnittstelle die Konfiguration modifizieren. Dabei wird die Zulässigkeit der durchgeführten Modifizierungen im Hinblick etwa auf Vorschriften staatlicher Behörden durch implementierte Überwachungsverfahren sicher- gestellt und im Verletzungsfall angezeigt. Nachteil dieser Vorrichtung ist einerseits ihre Beschränkung auf die Aufgabe der Konfiguration. Zum anderen beschränkt die Vorrichtung den Nutzer auf ein festes Repertoire vordefinierter Modifikationsmöglichkeiten eines jeweiligen Flugzeugtyps.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem ist daher, eine Vorrichtung für die Konzeptionierung eines Maschinenobjekts unter Verwendung eines Objektdatenmodells in Form eines Gleichungssystems anzugeben, das eine einheitliche Einbettung von Ingenieurswissen in die Vorrichtung bietet und es mit besonders hoher Flexibilität erlaubt, Datenmodelle von Maschinenkomponenten und -Objekten sowie Konstruktionsregeln in der Konzeptionierung unterschiedlicher Maschinenobjekte zu verwenden..

Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Konzeptionierung oder Konfiguration eines Maschinenobjekts unter Verwendung eines Objektdatenmodells, das bei- spielsweise durch ein Gleichungssystem repräsentiert werden kann, ist in Anspruch 1 angegeben. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung definieren die davon abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Konzeptionierung, den Vorentwurf und die Konfiguration eines Maschinenobjekts, das durch ein Objektdatenmodell repräsentiert ist, hat eine Objektdatenbank, die Komponentenobjekte in Form von Komponentendatenmodellen enthält. Ein Komponentenobjekt bzw. Komponen- tendatenmodell weist in einer einfachen Form ein Parameterobjekt oder eine Mehrzahl (im Rahmen dieser Anmeldung im Sinne von „Vielzahl" zu verstehen) Parameterobjekte auf, die einen numerischen oder einen nicht-numerischen Parameterwert aus einem jeweils vorbestimmten Wertebereich annehmen können. Numerische Parameterwerte sind beispielsweise Zahlen des Typs Double, Float oder einheitenbehaftete Werte. Nicht-numerische Parameterwerte sind beispiels- weise Datenstrukturen vom Typ Array oder String, oder diskrete Variablen, etwa vom Typ Integer, können aber auch durch Geometrieobjekte oder Komponentenobjekte selbst gebildet werden. Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel enthält Parameterobjekte in Form von einheitenbehafteten physikalischen Größen. Komponentenobjekte kapseln also das komponentenspezifische Ingenieurswissen hinsichtlich der Parameter, wobei in bevorzugten Ausführungsbeispielen zusätzliche auch die Beziehungen zwischen den Parametern durch Formelobjekte und die Geometrie der Komponentenobjekte erfasst wird.

Die Objektdatenbank der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthält weiterhin Funktionsobjekte. Ein jeweiliges Funktionsobjekt ist ausgebildet, eine vorbestimmte Verknüpfung zwischen zwei oder mehr Parameterobjekten unterschiedlicher Komponentenobjekte zu bilden, Parameterwerte zu modifizieren, die in einem Komponentenobjekt enthalten sind, dem Objektdatenmodell ein Kompo- nentenobjekt hinzuzufügen und Parameterwerte des hinzugefügten Komponentenobjekts zu setzen, oder aus dem Objektdatenmodell ein Komponentenobjekt zu entfernen. Funktionsobjekte bilden in der erfindungsgemäßen Vorrichtung demnach entwurfsstrategisches Ingenieurs-Know-how ab, das das jeweilige Stadium eines Entwurfsprozess vorantreibt und einen jeweils erreichten Produktsta- tus analysiert.

Der durch die erfindungsgemäße Trennung von Komponentenobjekten und Funktionsobjekten implementierte Modellierungsansatz ermöglicht eine Unterscheidung zwischen Randbedingungen (engl. Constraints) innerhalb eines Ko m- ponentenobjektes (beispielsweise der Wert eines nicht veränderbaren Parameterobjektes) und Randbedingungen, die zwischen Komponenten bestehen. Ers- tere werden durch die Komponentenobjekte selbst, letztere durch die Funktionsobjekte erfasst. Diese Kapselung hat insbesondere den Vorteil, dass der Model- lierungsprozess wesentlich übersichtlicher gestaltet werden kann. Darüber hin- aus ermöglicht die Kapselung die Wiederverwendung der Komponentenobjekte in verschiedenen Maschinenobjekten, auch in unterschiedlichen technischen Systemen wie beispielsweise unterschiedlichen Flugzeugtypen. Dies erhöht die Gestaltungsfreiheit des Nutzers beträchtlich und löst die Bindung an jeweils fest vorgegebene Systeme, wie sie aus der WO 02/073473 A1 in Form von fest auf einen Flugzeugtyp bezogenen Flugzeuginnendesigns (Aircraft Interior Design, AIC) bekannt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält weiterhin eine Modellbildungseinheit, die mit der Objektdatenbank verbunden ist, und die ausgebildet ist, auf den Eingang einer entsprechenden Anweisung hin eine Komponentenobjektinstanz eines in der Objektdatenbank enthaltenen Komponentenobjektes oder eine Funktionsobjektinstanz eines in der Objektdatenbank enthaltenen Funktionsobjektes zu erzeugen und einem Objektdatenmodell hinzuzufügen. Weiterhin ist die Modellbildungseinheit ausgebildet, auf den Eingang einer Anweisung zum Verknüpfen verschiedener Komponentenobjekte untereinander oder von Komponentenobjekten mit Funktionsobjekten das Objektdatenmodell entsprechend zu modifizieren, und auf den Eingang einer entsprechenden Anweisung hin ein Parameterobjekt als Eingabeparameter oder Ausgabeparameter eines Resolutionsprozesses zu kennzeichnen. Durch Verwendung der Modellbildungseinheit kann ein Nutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Objektdatenmodell gestalten, wobei auf die durch die Objektdatenbank gebildeten Komponenten- und Funktionsobjekte zugegriffen wird.

Weiterhin enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ausführungseinheit, die mit der Modellbildungseinheit und mit der Objektdatenbank verbunden ist und die ausgebildet ist, auf den Eingang einer entsprechenden Ausführungsanweisung hin eine im Objektdatenmodell enthaltene Funktionsobjektsinstanz unter Modifikation, Hinzufügung oder Vernichtung mit ihr verknüpfter Komponentenobjekte des Objektdatenmodells auszuführen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Lage, durch Ausführen von geeignet definierten Funktionsobjekten ein aktuelles Entwurfsstadium eines Objektdaten- modells zu analysieren, zu ergänzen oder zu modifizieren. Die schon erwähnten Vorteile der erfindungsgemäßen Objektstrukturen in der Objektdatenbank erlaubt es, den sich in einem jeweiligen Entwurfsstadium aufspannenden Bereich alter- nativer Designs unter Ausführung von Funktionsobjekten automatisch für die Bestimmung eines jeweils geeigneten Designs zu erforschen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Die Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden.

Besonders bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Resolutionseinheit, die mit der Modellbildungseinheit und mit der Objektdatenbank verbunden ist. Die Resolutionseinheit ist ausgebildet,

- anhand der Komponentenobjekte und Funktionsobjekte sowie ihrer Verknüpfungen im Objektdatenmodell ein Gleichungssystem mit einer ersten Anzahl Gleichungen und einer zweiten Anzahl durch die Gleichungen verknüpfter Parameterobjekte zu erzeugen,

- das Gleichungssystem des Objektdatenmodells in eine Anzahl Untergleichungssysteme mit einer jeweiligen Untermenge Gleichungen für eine jeweilige Untermenge Parameterobjekte zu partitionieren,

- bei Vorliegen eines hinreichend bestimmten Gleichungssystems einen Resolutionsplan zu erstellen, der zur Ermittlung der Ausgabeparameter des Gleichungssystems des Objektdatenmodells eine Folge von Resolutionsschritten umfasst,

- den Resolutionsplan für das Gleichungssystem Resolutionsschritt für Resolutionsschritt abzuarbeiten, wobei das Abarbeiten eines jeweiligen Resolutionsschritts das Berechnen einer Lösung eines jeweiligen Untergleichungssystems durch Auswerten mathematischer Funktionen oder Anwenden eines o- der mehrerer numerischer Berechnungsalgorithmen beinhaltet, und

- die ermittelten Werte der Ausgabeparameter auszugeben. Diese Vorrichtung deckt in ihrer Verwendbarkeit einen von bekannten Vorrichtungen in seinem Umfang nicht erreichten Bereich von Entwurfsstadien ab, der die Konzeptionierung, den Vorentwurf und die Konfiguration von Maschinenobjekten umfasst. Es wird also möglich, ein Entwurfswerkzeug für viele verschiede- ne Entwurfsstadien zu verwenden. Daher entfallen die bisher auftretenden Probleme der Kompatibilität zwischen Datenformaten unterschiedlicher Anwendungen in Konzeptionierung, Vorentwurf und Konfiguration. Ermöglicht wird dies durch die oben erläuterte erfindungsgemäße Struktur der Komponentenobjekte und Funktionsobjekte. Die Resolutionseinheit greift diese Struktur unmittelbar bei der Ermittlung der Verknüpfungen zwischen den im Objektdatenmodell enthalten Parametern auf. Diese Ermittlung wird gegenüber bekannten Resolutionssystemen stark vereinfacht. Ein Nutzer muss keine symbolische Eingabe von Gleichungen vornehmen, wie es aus dem Produkt DesignSheet bekannt ist.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, die besonders vorteilhafte Strukturen der in der Objektdatenbank enthaltenen Komponentenobjekte betreffen. Die Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, wobei sich ihre Vorteile kumulieren.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein in der Objektdatenbank enthaltenes Parameterobjekt eines Komponentenobjektes durch ein weiteres Komponentenobjekt mit mindestens einem weiteren Parameterobjekt gebildet. Vorzugsweise enthält ein in der Objektdatenbank enthaltenes Komponentenobjekt zusätzlich ein Strukturobjekt, das eine Liste der im Komponentenobjekt enthaltenen weite- ren Komponentenobjekte enthält. Die hierarchische Struktur der Komponentenobjekte entspricht der im tatsächlichen Leben anzutreffenden Situation beim Design komplexer Systeme, dass diese aus separierbaren Komponenten zusammengesetzt sind.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält ein in der Objektdatenbank enthaltenes Komponentenobjekt zusätzlich mindestens ein Formelobjekt, das ausgebildet ist, eine vorbestimmte mathematische Verknüpfung zwischen zwei oder mehreren Parameterobjekten des Komponentenobjektes zu bilden. Dieses Aus- führungsbeispiel implementiert funktionelle Randbedingungen innerhalb eines Komponentenobjektes in Form der Formelobjekte. Formelobjekte sind also von den Funktionsobjekten dadurch unterschieden, dass sie keine Verknüpfung eines Komponentenobjekts zu einem externen Komponentenobjekt schaffen, son- dem allein innerhalb ein und desselben Komponentenobjekts Verknüpfungen schaffen. Diese Struktur schafft zusätzliche Möglichkeiten zur Abbildung von Randbedingungen und stärkt gleichzeitig die schon durch die Trennung von Komponentenobjekten und Funktionsobjekten angelegte Kapselung der Constraints.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält ein in der Objektdatenbank enthaltenes Komponentenobjekt zusätzlich mindestens ein Methodenobjekt, das ausgebildet ist, das Erfüllen einer Relation zwischen Parameterobjekten des Komponentenobjektes zu prüfen und in Abhängigkeit vom Prüfungsergebnis einen Wert mindestens eines der von dem Komponentenobjekten umfassten Parameterobjekte nach einer vorbestimmten Vorschrift zu setzen oder einem Objektdatenmodell ein neues Komponentenobjekt oder Subkomponentenobjekt hinzuzufügen. Subkomponentenobjekte bilden alle im Komponentenobjekt enthaltenen Objekte, insbesondere Parameterobjekte, Formelobjekte, Methodenob- jekte, Geometrieobjekte und Strukturobjekte. Methodenobjekte bilden also Designwissen in Bezug auf ein gegebenes Komponentenobjekt ab. Sie können komplexe Entscheidungen oder bedingungsgebundene Operationen beinhalten. Sie werden insbesondere aus Formelobjekten aufgerufen, um einem Parameterobjekt einen Wert zuzuordnen oder um neue Komponentenobjektstrukturen zu erzeugen. Methodenobjekte können beispielsweise in Form von komplexen, viel- zeiligen C++-Methoden implementiert sein.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das die Ausgestaltung der Objektdatenbank der erfindungsgemäßen Vorrichtung betrifft, enthält die Objektdatenbank zusätzlich mindestens ein Regelobjekt, das ausgebildet ist, das Objektdatenmodell oder ein darin enthaltenes Komponentenobjekt oder Subkomponentenobjekt oder dessen Parameterwerte auf das Erfüllen einer vordefinierten Randbedingung zu prüfen. Regelobjekte erfassen Design-, Herstellungs- , Kunden- oder Produktzertifizierungserfordernisse, die durch das Maschinenobjekt zu erfüllen sind. In einer Ausführungsform hiervon sind Regelobjekte auf komplexere Erfordernisse beschränkt, die über einen bloßen Vergleich von Parameterobjekten hinausgehen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele beschrieben, die besonders vorteilhafte Nutzerschnittstellen aufweisen.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Modellbildungseinheit mit einer graphi- sehen Nutzerschnittstelle verbunden ist und enthält eine Graphikeinheit. Die Graphikeinheit ist ausgebildet, anhand über die graphische Nutzerschnittstelle empfangener Anweisungen eine graphische Repräsentation des Objektdatenmodells zu erzeugen oder zu modifizieren. Die graphische Repräsentation weist für jedes Komponentenobjekt, jedes Formelobjekt und jedes Regelobjekt des Objektdatenmodells sowie jede Verknüpfung zwischen diesen je ein vorbestimmtes Graphikelement auf. Die Graphikeinheit ist weiterhin bevorzugt ausgebildet, die graphische Repräsentation an die graphische Nutzerschnittstelle auszugeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein Nutzer über die graphische Nutzerschnittstelle ein Objektdatenmodell als mathematisches Modell graphisch erstellen, ohne das Erfordernis, die Gleichungen des Systems symbolisch einzugeben. Das mathematische System wird graphisch dargestellt, beispielsweise in Form von Blöcken, die durch Linien verbunden sind. Graphische Manipulationen an diesen Blöcken, beispielsweise durch Betätigen einer Computer-Maus, modifizieren im Ergebnis das mathematische Modell. Die Erstellung des mathe- matischen Gleichungssystems nimmt die Resolutionseinheit automatisch vor.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Graphikeinheit ausgebildet, eine graphische Repräsentation einer Anzahl in der Objektdatenbank enthaltener Komponentenobjekte und Funktionsobjekte zu erzeugen und an der graphischen Nutzerschnittstelle auszugeben, und eine graphische Repräsentation des Objektdatenmodells auszugeben, die alle darin enthaltenen Komponentenobjekte und eine durch die in ihnen enthaltenen Strukturobjekte definierte Komponenten- objekthierarchie widerspiegelt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ein Nutzer besonders deutlich die Komponentenstruktur des im Entwurf befindlichen Maschinenobjekts erkennen und durch graphische Manipulationen ergänzen oder modifizieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Resolutionseinheit eine Resolutionsdiagnoseeinheit, die mit der graphischen Nutzerschnittstelle verbunden ist, und die ausgebildet ist,

- zu ermitteln ob das Objektdatenmodell für die Berechnung einer Lösung hin- reichend bestimmt ist,

- bei Vorliegen eines unterbestimmten Untergleichungssystems ein weder als Eingabeparameter noch als Ausgabeparameter gekennzeichnetes Parameterobjekt zu ermitteln und

- eine Diagnosenachricht, die das ermittelte Parameterobjekt identifiziert, zu erstellen und zur Anzeige an der graphische Nutzerschnittstelle auszugeben.

Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass Lösungsmöglichkeiten zur Be- hebung der Unterbestimmung des mathematischen Modells ermittelt werden, auf die der Nutzer durch die Diagnosenachricht hingewiesen wird. Er kann dann durch Setzen des ermittelten Parameterobjektes als Eingabeparameter und durch Bestimmen des Parameterwertes die Unterbestimmung reduzieren oder beseitigen. Die Diagnosenachricht enthält bevorzugt alle im unterbestimmten Teilsystem enthaltenen Objekte. In der Diagnosenachricht können, je nach Diagnose, sowohl Gleichungen als auch Parameter auftreten.

In ähnlicher Weise kann auch vorgegangen werden, wenn ein überbestimmtes Gleichungssystem oder Untergleichungssystem vorliegt. In einem weiteren Aus- führungsbeispiel ist daher die Resolutionsdiagnoseeinheit zusätzlich ausgebildet, bei Vorliegen eines überbestimmten Untergleichungssystems mindestens ein überbestimmtes Parameterobjekt zu ermitteln und eine Diagnosenachricht, die das ermittelte Parameterobjekt identifiziert, zu erstellen und an die graphische Nutzerschnittstelle auszugeben. Die Diagnosenachricht enthält bevorzugt alle im überbestimmten Teilsystem enthaltenen Objekte. In der Diagnosenachricht können, je nach Diagnose, sowohl Gleichungen als auch Parameter auftreten.

Eine intuitive graphische Ausgabe der Diagnose durch die Resolutionsdiagnoseeinheit gelingt in einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Resolutionsdiagnoseeinheit ausgebildet ist, in der Diagnosenachricht zusätzlich mindestens ein mit dem ermittelten Parameterobjekt verknüpftes weiteres Parameterobjekt zu identifizieren und an die Graphikeinheit auszugeben, und bei dem die Graphikeinheit ausgebildet ist, eine graphische Repräsentation des ermittelten Parameterobjekts, des weiteren Parameterobjektes und ihrer Verknüpfung zu erzeugen und zur gemeinsamen Darstellung mit der Diagnosenachricht an die graphische Nutzerschnittstelle auszugeben. Auf diese Weise kann eine graphische Darstellung aller im jeweils unter- oder überbestimmten Teilsystem enthaltenen Objekte, also Gleichungen, Parameter, und ihrer Verknüpfungen erzeugt und ausgegeben werden.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele erläutert, die es dem Nutzer erlauben, das Objektdatenmodell und ein mit ihm verknüpftes mathematisches Modell in Form eines Gleichungssystems durch geeignete Ausgabe an der graphischen Nutzerschnittstelle zu analysieren.

Bei einem Ausführungsbeispiel enthält ein Komponentenobjekt ein Geometrieobjekt in Form eines Satzes von Geometrieparametern, die Informationen über eine dem ersten Parameterobjekt zugeordnete geometrische Form aufweisen. Die Graphikeinheit ist ausgebildet, anhand der Eingangsparameterwerte und der ermittelten Ausgangsparameterwerte eines Objektdatenmodells Werte der Geometrieparameter aller Parameterobjekte zu bestimmen und eine Modellgraphik zu erzeugen, die der geometrischen Form des Maschinenobjekts mit den ermit- telten Geometrieparametern entspricht. Auf diese Weise wird dem Nutzer eine intuitive graphische Darstellung des Maschinenobjektes vermittelt. Vorzugsweise ist die Graphikeinheit zusätzlich ausgebildet, eine Impact-Graphik zu erstellen und auszugeben, die eine graphische Repräsentation aller Komponentenobjekte, Formelobjekte und Regelobjekte enthält, die direkt oder indirekt mit einem über die Nutzerschnittstelle auswählbaren Parameterobjekt verknüpft sind. Auf diese Weise wird ermittelt und dem Nutzer dargestellt, welche anderen Objekte durch das ausgewählte Parameterobjekt beeinflusst werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Graphikeinheit zusätzlich ausgebildet, eine Computation-Graphik zu erstellen und auszugeben, die eine graphi- sehe Repräsentation aller Komponentenobjekte, Formelobjekte und Regelobjekte enthält, die direkt oder indirekt in die Berechnung eines Parameterwertes eines über die Nutzerschnittstelle als Ausgabeparameter bestimmbaren Parameterobjekts einfließen. Dies ermöglicht dem Nutzer eine visuelle und damit schnelle und effektive Analyse des Einflusses anderer Objekte auf ein ausgewähltes Parameterobjekt.

Graphische Diagnosemethoden werden in bevorzugten Ausführungsbeispielen auch beim Lösen des aus dem Objektdatenmodell abgeleiteten Gleichungssystems bereitgestellt. Vorzugsweise weist die Resolutionseinheit eine Solver- Diagnoseeinheit auf, die ausgebildet ist,

- während des Abarbeitens eines Resolutionsschrittes das Konvergieren einer Lösung des betreffenden Untergleichungssystems auf einen Konvergenzwert zu überwachen

- und bei Ausbleiben des Konvergierens das Abarbeiten des Resolutionsschrittes abzubrechen und eine Diagnosenachricht auszugeben, die das betreffende Untergleichungssystem identifiziert.

Beim Testen unterschiedlicher Varianten durch Änderung von Eingangsparameterwerten erweist sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als besonders schnell im Vergleich mit bekannten Vorrichtungen, bei der die Resolutionseinheit zusätzlich ausgebildet ist, nach einer Ausgabe der ermittelten Werte der Ausgangsparameter bei Anliegen eines geänderten Eingangsparametersatzes für das Objektdatenmodell an der Anweisungsschnittstelle geänderte Eingangsparameter des Eingangsparametersatzes zu ermitteln, und anschließend einen Teilresolutionsplan zu erstellen, der gegenüber dem zuvor erstellten Resolutionsplan nur diejenigen Resolutionsschritte enthält, die Untergleichungssysteme betreffen, deren Lösung von dem oder den geänderten Eingangsparametern direkt oder indirekt abhängt. Bei dieser Ausführungsform muss also nicht der gesamte Resolutionsprozess mit den geänderten Eingangsparameterwerten wiederholt werden. Vielmehr werden nur diejenigen Schritte des Resolutionspro- zesses ermittelt und ausgeführt, die von den geänderten Eingangsparameterwerten beeinflusst sind. Auf diese Weise lassen sich Eingangsparameter durch den Nutzer schnell testen und wird der Konzeptions- und Vorentwurfsprozess daher effektiver gestaltet.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine optimale Lösung des mathematischen Modells unter gegebenen Randbedingungen ermittelt. Die Modellbildungseinheit ist ausgebildet, ein bereits gelöstes Objektdatenmodell durch eine über die Nutzerschnittstelle eingegebene Zielrelation für den Wert eines Ausgabeparameters zu ergänzen. Die Resolutionseinheit ist ausgebildet, einen Teilre- solutionsplan zu erstellen, der gegenüber dem zuvor erstellten Resolutionsplan nur diejenigen Resolutionsschritte enthält, die Untergleichungssysteme betreffen, deren Lösung den durch die Zielrelation eingeschränkten Ausgabeparameter beeinflusst, und unter Anwendung eines Optimierungsalgorithmus denjenigen Parametersatz zu ermitteln, der das Gleichungssystem löst und die Zielrelation erfüllt. Hierbei können bekannte Optimierungsalgorithmen Verwendung finden. Beispielsweise können ein Zielparameter, eine Optimierungsart (Minimierung, Maximierung), ein Optimierungsalgorithmus, freie Parameter und Nebenbedingungen über einen Dialog festgelegt werden. Während des Optimierungsprozesses wird dann das mathematische System unter Variation der freien Parameter wiederholt gelöst, wobei die Resolutionseinheit ausgebildet ist, nur den Teilresolutionsplan abzuarbeiten, der von den freien Parametern beeinflusst wird. Das Ergebnis ist eine Belegung der freien Parameter, die den Zielparameter unter Einhaltung der Nebenbedingungen optimiert. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen eine Erweiterung der erfindungsgemäßen Vorrichtung um die Fähigkeit zur Erzeugung von Komponentenobjekten, Funktionsobjekten und Regelobjekten.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Komponentenobjekt-Entwurfseinheit vorgesehen, die mit der graphischen Nutzerschnittstelle und der Objektdatenbank verbunden ist, und die ausgebildet ist, entsprechend einer Nutzereingabe an der graphischen Nutzerschnittstelle ein neues Komponentenobjekt oder Parameter- Objekt zu erzeugen und einem neuen Komponentenobjekt ein Parameterobjekt oder ein Funktionsobjekt hinzuzufügen.

Die Komponentenobjekt-Entwurfseinheit ist vorzugsweise ausgebildet, auf der graphischen Nutzerschnittstelle eine Maske mit Maskenfeldern zur Abfrage von Definitionselementen eines neuen Parameterobjekts oder Komponentenobjektes anzuzeigen, Nutzereinträge in den Maskenfeldern auszuwerten, das Parameterobjekt oder Komponentenobjekt entsprechend den Einträgen in den Maskenfeldern zu erzeugen und in der Objektdatenbank abzuspeichern. Diese Variante erspart dem Nutzer die Eingabe komplexer Datenstrukturen und ermöglicht eine einfache und übersichtliche, individuelle Erzeugung neuer Komponentenobjekte, die der Objektdatenbank hinzugefügt werden. Es versteht sich, dass in einem größeren Unternehmenskontext die Freigabe der neu erzeugten Objekte in der Objektdatenbank für andere Nutzer vorbestimmten Regeln unterworfen werden kann.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform enthält alternativ oder zusätzlich eine Funktionsobjekt-Entwurfseinheit, die mit der graphischen Nutzerschnittstelle und der Objektdatenbank verbunden ist, und die ausgebildet ist, entsprechend einer Nutzereingabe an der graphischen Nutzerschnittstelle ein neues Funktionsobjekt zu erzeugen und das neue Funktionsobjekt in der Objektdatenbank abzuspeichern. Eine aufwändige Kodierung und Kompilierung durch den Nutzer entfällt bei diesem Ausführungsbeispiel. Die Funktionsobjekts-Entwurfseinheit ist ausgebildet, auf der graphischen Nutzerschnittstelle eine Maske mit Maskenfeldern zur Abfrage von Definitionselementen eines neuen Funktionsobjektes anzuzeigen, Einträge in den Maskenfeldern auszuwerten, das neue Funktionsobjekt entsprechend den Einträgen in den Maskenfeldern zu erzeugen und in der Objektdatenbank abzuspeichern.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel enthält eine Regelobjekt-Entwurfseinheit, die mit der graphischen Nutzerschnittstelle und der Objektdatenbank verbunden und die ausgebildet ist, entsprechend einer Nutzereingabe an der graphischen Nut- zerschnittstelle ein neues Regelobjekt zu erzeugen, und das neue Regelobjekt in der Objektdatenbank abzuspeichern.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computersoftwareprodukt für die Konzeptionierung, den Vorentwurf oder die Konfiguration eines Maschinenob- jekts, das durch ein Objektdatenmodell repräsentiert ist, enthaltend Code zur Implementierung

1.1 einer Objektdatenbank, enthaltend

1.1.1 Komponentenobjekte in Form von Komponentendatenmodellen,

1.1.1.1 wobei ein Komponentenobjekt ein Parameterobjekt oder eine Vielzahl Parameterobjekte aufweist, die einen numerischen oder einen nichtnumerischen Parameterwert aus einem jeweils vorbestimmten Wertebereich annehmen können;

1.1.2 Funktionsobjekte, wobei ein jeweiliges Funktionsobjekt ausgebildet ist,

1.1.2.1 eine vorbestimmte Verknüpfung zwischen zwei oder mehr Parameterobjekten unterschiedlicher Komponentenobjekte zu bilden,

1.1.2.2 Parameterwerte zu modifizieren, die in einem Komponentenobjekt enthalten sind, 1.1.2.3 dem Objektdatenmodell ein Komponentenobjekt hinzuzufügen und Pa- rameterwerte des hinzugefügten Komponentenobjekts zu setzen, oder

1.1.2.4 aus dem Objektdatenmodell ein Komponentenobjekt zu entfernen,

1.2 einer Modellbildungseinheit,

1.2.1 die mit der Objektdatenbank verbunden ist,

1.2.2 und die ausgebildet ist,

1.2.2.1 auf den Eingang einer entsprechenden Anweisung hin eine Komponen- tenobjektinstanz eines in der Objektdatenbank enthaltenen Komponentenobjektes oder eine Funktionsobjektinstanz eines in der Objektdaten- bank enthaltenen Funktionsobjektes zu erzeugen und einem Objektdatenmodell hinzuzufügen,

1.2.2.2 auf den Eingang einer Anweisung zum Verknüpfen verschiedener Komponentenobjekte untereinander oder von Komponentenobjekten mit Funktionsobjekten das Objektdatenmodell entsprechend zu modifizie- ren, und

1.2.2.3. auf den Eingang einer entsprechenden Anweisung hin ein Parameterobjekt als Eingabeparameter oder Ausgabeparameter eines Resolutionsprozesses zu kennzeichnen,

1.3 einer Ausführungseinheit,

1.3.1 die mit der Modellbildungseinheit und mit der Objektdatenbank verbunden ist

1.3.2 und die ausgebildet ist

1.3.2.1 auf den Eingang einer entsprechenden Ausführungsanweisung hin eine im Objektdatenmodell enthaltene Funktionsobjektsinstanz unter Modifi- kation, Hinzufügung oder Vernichtung mit ihr verknüpfter Komponentenobjekte des Objektdatenmodells auszuführen, 1.4 und einer Resolutionseinheit,

1.4.1 die mit der Modellbildungseinheit und mit der Objektdatenbank verbunden ist

1.4.2 und die ausgebildet ist,

1.4.2.1 anhand der Komponentenobjekte und Funktionsobjekte sowie ihrer Verknüpfungen im Objektdatenmodell ein Gleichungssystem mit einer ersten Anzahl Gleichungen und einer zweiten Anzahl durch die Gleichungen verknüpfter Parameterobjekte zu erzeugen,

1.4.2.2 das Gleichungssystem des Objektdatenmodells in eine Anzahl Unter- gleichungssysteme mit einer jeweiligen Untermenge Gleichungen für eine jeweilige Untermenge Parameterobjekte zu partitionieren,

1.4.2.3 bei Vorliegen eines hinreichend bestimmten Gleichungssystems einen Resolutionsplan zu erstellen, der zur Ermittlung der Ausgabeparameter des Gleichungssystems des Objektdatenmodells eine Folge von Reso- lutionsschritten umfasst,

1.4.2.4 den Resolutionsplan für das Gleichungssystem Resolutionsschritt für Resolutionsschritt abzuarbeiten, wobei das Abarbeiten eines jeweiligen Resolutionsschritts das Berechnen einer Lösung eines jeweiligen Untergleichungssystems durch Auswerten mathematischer Funktionen o- der Anwenden eines oder mehrerer numerischer Berechnungsalgorithmen beinhaltet, und

1.4.2.5 die ermittelten Werte der Ausgabeparameter auszugeben.

Das Computersoftwareprodukt der vorliegenden Erfindung dient zur Implementierung der zuvor beschriebenen Vorrichtung auf einem Computersystem. Hierbei kann es sich je nach Applikationsumfeld um einen Einzelplatzrechner oder ein von mehreren mit einander kommunizierenden Computern gebildetes Netzwerk handeln. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Computersoftwareproduktes enthalten Code zur Implementierung der vorbeschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsbeispiele anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Ent- wurfsvorrichtung,

Figur 2 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer Entwurfsvorrichtung,

Figur 3 ein Blockdiagramm einer netzwerkbasierten Entwurfsvorrichtung,

Figur 4 ein Blockdiagramm zur näheren Erläuterung eines Systems zur Er- zeugung von Objektdaten für die Objektdatenbank,

Figur 5 ein Diagramm zur Illustration der Struktur eines Komponentenobjekts,

Figur 6 ein Diagramm zur Erläuterung eines Komponentenobjekt-Konzepts,

Figur 7 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Zusammenhänge zwischen Komponentenobjekt-Kategorien, Komponentenobjekt-Konzepten und

Komponentenobjekten,

Figur 8 ein Diagramm zur Erläuterung verschiedener Typen von Funktionsobjekten,

Figur 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Struktur eines Regelobjektes, Figur 10 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Entwurfsvorrichtung,

Figur 11 zeigt ein Blockdiagramm mit näheren Details der Analyseeinheit der Resolutionseinheit aus Figur 10,

Figur 12 zeigt ein einfaches Beispiel eines Abhängigkeitsgraphen, wie er von der Analyseeinheit ermittelt wird,

Figur 13 zeigt als Ergebnis der kombinatorischen Analyse und der Graphzerlegung in der Analyseeinheit das in Figur 12 dargestellte System mit einem zerlegten Abhängigkeitsgraphen, aus dem ein Resolutionsplan abgeleitet werden kann.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 für die Konzeptionierung (concept design) eines Maschinenobjekts. Die Vorrichtung enthält eine Objektdatenbank 102, in der vordefinierte Komponentenobjekte, Funktionsobjekte und Regelobjekte abgelegt sind. Zur Erläuterung der Begrif- fe Komponentenobjekt, Funktionsobjekt und Regelobjekt wird auf die Beschreibung der Figuren 5 bis 9 verwiesen.

Die Vorrichtung enthält weiterhin eine nachfolgend als Wissensdesigner bezeichnete Einheit 104. Der Wissensdesigner ist mit der Objektdatenbank 102 verbunden. Der Wissensdesigner ermöglicht die Definition und Modifikation von Komponentenobjekten, Funktionsobjekten und Regelobjekten. Neu geschaffene oder modifizierte Objekte werden in der Objektdatenbank 102 gespeichert. Dabei erzeugt die Objektdatenbank 102 für jedes modifizierte Objekt eine neue Version, die durch eine entsprechende Versionsnummer gekennzeichnet ist. Mit Hilfe des Wissensdesigners und der Objektdatenbank ist es also möglich, eine Bibliothek zu erstellen und zu verwalten, die alle für den Entwurf erforderlichen Komponentenobjekte, Funktionsobjekte und Regelobjekte enthält. Spätere Entwurfsprozesse können auf das so geschaffene Wissen unmittelbar zugreifen. Die Vorrichtung 100 enthält weiterhin eine Resolutionseinheit 106, die im Rahmen dieser Anmeldung auch als Workbench bezeichnet wird. Die Workbench 106 bildet eine Arbeitsplattform für eine Definition, Analyse, Lösung und Optimierung eines Objektdatenmodells. Dabei stützt sich das Objektdatenmodell auf Komponentenobjekte, Funktionsobjekte und Regelobjekte, die in der Objektdatenbank 102 abgelegt sind. Die Workbench 106 ermöglicht neben der Definition des Objektdatenmodells seine Analyse und Modifikation. Die detaillierte Struktur der Workbench 106 wird weiter unten anhand von Figur 10 näher erläutert.

Figur 2 zeigt eine alternative Struktur einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Der Einfachheit halber werden in Figur 2 die schon in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen verwendet, wo identische Teile zu kennzeichnen sind. Die Vorrichtung der Figur 2 unterscheidet sich von der der Figur 1 dadurch, dass sie keinen Wissensdesigner 104 enthält. Daher ist es bei der Vorrichtung dieses Ausführungs- beispiels nicht möglich, neue Komponentenobjekte, Funktionsobjekte oder Regelobjekte zu definieren. Die Entwurfsarbeit an der Workbench 106 verwendet daher allein die in der Objektdatenbank 102 schon abgespeicherten Objekte. Diese können beispielsweise bei einer herstellerseitigen Initialisierung der Vorrichtung oder im Rahmen einer späteren Aktualisierung der Objektdatenbank (update) eingespielt werden.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Netzwerkstruktur. Über Netzwerk 302 zur Datenübertragung sind eine Objektdatenbank 304, ein Wissensdesigner 306 und eine Anzahl Workben- ches, hier stellvertretend durch die Workbenches 308 und 310 symbolisiert, miteinander verbunden. Ein Datenbankserver 312 und ein Lizenzserver 314 erfüllen Verwaltungsaufgaben im Netzwerk 302. Der Datenbankserver implementiert ein DBMS (Data Base Management System) und kann beispielsweise ein MSDE (Microsoft SQL Server Desktop Engine), ein Oracle- oder ein Microsoft SQL- Server sein. Der Pacelab Lizenzserver 314 überwacht den Zugriff auf die Objektdatenbank 304 und verhindert nicht lizenzierten Zugriff. Die in Figur 3 dargestellte netzwerkbasierte Struktur lässt sich selbstverständlich auch mit einer einzigen Workbench realisieren.

Bei einer weiteren, hier nicht dargestellten Konfiguration sind die Objektdaten- bank und die Workbench zusammen mit einem Datenbankverwaltungssystem (Data Base Management System, DBMS) auf einem einzigen Arbeitsplatzrechner installiert. Als DBMS wird wie beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 vorzugsweise MSDE verwendet. Alternativ kann der Rechner auch mit Oracle oder einem MSSQL-Server ausgestattet sein. Optional enthält ein solcher Einzelplatz- rechner zusätzlich einen Wissensdesigner.

Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm zur näheren Erläuterung eines Systems zur Erzeugung von Objekten für die Objektdatenbank.

Das hier dargestellte System 400 entspricht dem Wissensdesigner 306 der Figur 3 und dem Wissensdesigner 104 der Figur 1. Der Wissensdesigner 400 hat eine dreiteilige Struktur, die die drei unterschiedlichen Objekttypen wiederspiegelt, die erzeugt werden können. Ein Komponentenobjektdesigner 402 dient zur Erzeugung von Komponentenobjekten 404. Ein Funktionsobjektdesigner 406 dient zur Erzeugung von Funktionsobjekten 408. Ein Regelobjektdesigner 410 dient zur Erzeugung von Regelobjekten 410. Die Einheiten 402, 406 und 410 sind zusätzlich zur Modifikation der von ihnen erzeugten Strukturen ausgebildet. So kann beispielsweise der Komponentenobjektdesigner 402 ein in einer Objektdatenbank, beispielsweise der Objektdatenbank 304, abgelegtes Komponentenobjekt öffnen, bearbeiten und in Form einer neuen Version in der Objektdatenbank ablegen.

Die Erzeugung von Komponentenobjekten, Funktionsobjekten und Regelobjekten in den jeweiligen Einheiten des Wissensdesigners 400 erfolgt mit Hilfe einer graphischen Nutzerschnittstelle (nicht dargestellt). Eine jeweilige Eingabemaske erleichtert die Neudefinition von Komponentenobjekten, Funktionsobjekten oder Regelobjekten. Traditionell erforderliche Schritte wie Kodierung und Kompilierung sind nicht erforderlich. Für die Erzeugung von Komponentenobjekten, deren Struktur weiter unten näher erläutert wird, können geometrische und nicht- geometrische Produktdaten verwendet werden. Eine (nicht dargestellte) Geometrieeinheit erzeugt für die Unterstützung beim Komponentenobjekt-Design ein geometrisches Modell, das für die Erstellung von Visualisierungen verwendet wird, die an CAD oder DMU (Digital Mock-Up)-Systeme weitergeleitet werden können. Der Wissensdesigner ist insbesondere ausgebildet, Berechnungen mit physikalischen Einheiten zu unterstützen.

Die nachfolgend zusammenhängend beschriebenen Figuren 5 und 6 zeigen Dia- gramme zur Illustration der Struktur eines Komponentenobjekts 500 und eines Komponentenobjekt-Konzepts 600. Ein Komponentenobjekt wird durch eine Anzahl Subkomponentenobjekte 502 bis 512 gebildet. Die Struktur des Komponentenobjekts 500 ist so angelegt, dass alle für den Entwurf notwendigen Daten und Relationen für die Beschreibung einer entsprechenden tatsächlichen Maschinen- komponente enthalten sind. Figur 5 ist zu entnehmen, dass die Subkomponentenobjekte selbst die Form von Komponentenobjekten annehmen können. So wird das Subkomponentenobjekt 506 von weiteren Komponentenobjekten 508, 510 und 512 gebildet. Das Komponentenobjekt 508 wiederum wird von zwei Subkomponentenobjekten 510 und 512 gebildet. Diese Datenstruktur eines Komponentenobjekts ermöglicht, neue Komponentenobjekte auf einfach Weise aus schon vordefinierten Komponentenobjekten der Datenbank zusammenzusetzen.

Nachfolgend wird unter Bezug auf Figur 6 erläutert, welche Arten von Subkom- ponentenobjekten ein Komponentenobjekt enthalten kann. Eine erste Form von Subkomponentenobjekten bilden Parameterobjekte. Ein Parameterobjekt 602 ist durch einen Parameter gebildet, der einen numerischen oder einen nichtnumerischen Parameterwert aus einem vorbestimmten Wertebereich annehmen kann. Numerische Parameter sind beispielsweise Zahlen des Typs Double oder Float. Darüber hinaus können auch nicht-numerische Variablen wie etwa Arrays und diskrete Variablen, wie beispielsweise Zahlen vom Typ Integer verwendet werden. Ein Parameterobjekt kann auch durch ein Komponentenobjekt gebildet werden. Ein Komponentenobjekt kann darüber hinaus in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mindestens ein Formelobjekt 604 enthalten. Ein Formelobjekt ist ausgebildet, eine vorbestimmte mathematische Verknüpfung zwischen zwei oder mehreren Parameterobjekten 602 des Komponentenobjekts zu bilden. Mit Hilfe von Formelobjekten kann also eine Abhängigkeit zwischen bestimmten Parameterobjekten innerhalb desselben Komponentenobjekts spezifiziert werden. Ein Beispiel eines Formelobjekts ist eine Formel für die Bestimmung des Volumens einer Armstütze eines Flugzeugsitzes durch Multiplikation von Breite, Höhe und Tiefe der Armstütze.

Das Komponentenobjekt, die Armstütze, ist hierbei unter anderem durch die Parameterobjekte Breite, Höhe und Tiefe definiert. Das Komponentenobjekt Armstütze kann ein Subkomponentenobjekt eines weiteren Komponentenobjekts bilden, das einen Passagiersitz eines Flugzeugs beschreibt.

Komponentenobjekte enthalten weiterhin in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mindestens ein Methodenobjekt 606. Methodenobjekte sind ausgebildet, das Erfüllen einer Relation zwischen Komponentenobjekten eines Objektdaten- modeis zu prüfen und in Abhängigkeit vom Prüfungsergebnis einen Wert mindestens einer der von den Komponentenobjekten umfassten Parameterobjekten nach einer bestimmten Vorschrift zu setzen oder einem Objektdatenmodel ein neues Komponentenobjekt oder ein neues Subkomponentenobjekt hinzuzufügen. Methodenobjekte sind in Form von ausführbaren Programmcode implemen- tiert. Ein Methodenobjekt kann beispielsweise dazu dienen, bei dem Entwurf einer Treppe im Rahmen einer Skalierung die Höhe zwischen den Treppenstufen zu überwachen und beim Überschreiten einer vorgegebenen Schwellhöhe eine zusätzliche Stufe in die Treppe einzufügen.

Optional kann ein Komponentenobjekt auch ein Geometrieobjekt 608 in Form eines Satzes von Geometrieparametern enthalten. Die Geometrieparameter enthalten Informationen über eine einem Komponentenobjekt oder Parameterobjekt zugeordnete geometrische Form. Sie dienen dazu, an einer graphischen Nutzer- schnittstelle des Wissensdesigners oder der weiter unten beschriebenen Resolutionseinheit darzustellen.

Zusätzlich enthält ein Komponentenobjekt in einem bevorzugten Ausführungs- beispiel ein (in Figur 6 nicht dargestelltes) Strukturobjekt, das eine Liste der im Komponentenobjekt enthaltenen Subkomponentenobjekte aufweist. Das Strukturobjekt beschreibt die Hierarchie der im Komponentenobjekt enthaltenen Subkomponentenobjekte.

Die dargestellte hierarchische Struktur der Komponentenobjekte entspricht der im tatsächlichen Leben anzutreffenden Situation beim Design komplexer Systeme, dass diese aus separierbaren Komponenten zusammengesetzt sind. Beispielsweise besteht eine Flugzeugkabine aus verschiedenen Kabinenelementen wie Sitzen, Hatracks und weiteren Elementen, die zu einer Gesamtanordnung zusammengefügt werden. Der durch die Komponentenobjekte implementierte Modellierungsansatz unterscheidet dementsprechend zwischen Randbedingungen innerhalb einer Komponente und Randbedingungen, die zwischen Komponenten bestehen. Diese Kapselung hat insbesondere den Vorteil, dass der Mo- dellierungsprozess wesentlich übersichtlicher gestaltet werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Kapselung die Wiederverwendung der Komponentenobjekte in verschiedenen Systemen.

Durch die erläuterte Struktur können komplexe Maschinenobjekte also auf intuitive und auch rechentechnisch vorteilhafte Weise in Form von Baugruppen (as- semblies) organisiert werden. Diese haben eine wesentlich umfassendere Bedeutung als in herkömmlichen CAD-Systemen. Denn sie können nicht nur Strukturen ohne geometrische Repräsentation (wie etwa ein Flughöhenprofil, das aus Flugsegmenten zusammengesetzt ist) abbilden. Sie ermöglichen auch eine dynamische (run-time) Definition der Produkt-Struktur. Geometrie bildet bei diesem Konzept also im Gegensatz zu einem CAD-System nur einen optionalen Deskriptor aus einer Anzahl verschiedener Deskriptoren eines Maschinenobjekts. Figur 7 zeigt ein weiteres Blockdiagramm zur Erläuterung der Zusammenhänge zwischen Komponentenobjektkategorien, Komponentenobjektkonzepten und Komponentenobjekten. Eine Komponentenobjektkategorie 700 kann eine Anzahl Komponentenobjektkonzepte 702, 704 und 706 umfassen. Ein Komponentenob- jektkonzept kann beispielsweise durch ein Modell für Düsentriebwerk eines Flugzeugs gebildet werden. Ein alternatives Komponentenobjektkonzept kann durch ein Propellertriebwerk gebildet werden. Die Menge aller Komponentenobjektkonzepte bildet die Komponentenobjekt-Kategorie „Flugzeugtriebwerk". Jedem Komponentenobjektkonzept können wiederum unterschiedliche Komponenten- objekttypen zugeordnet werden, die in Figur 7 mit den Bezugszeichen 702.1, 702.2 bezüglich des Komponentenobjektkonzepts 702, 704.1, 704.2 und 704.3 bezüglich des Komponentenobjektkonzepts 704 sowie 706.1 bis 706. n bezüglich des Komponentenobjektkonzepts 706 gekennzeichnet sind. Bei den Komponente nobjekttypen kann es sich im vorgenannten Beispiel etwa um ein Düsentrieb- werk eines Herstellers A und ein Düsentriebwerk eines Herstellers B handeln. Diese unterscheiden sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Masse und ihres Luftwiderstands, so dass der Typ des Düsentriebwerks beispielsweise bei der Berechnung des Kraftstoffverbrauchs bei einem Flug über eine vorgegebene Distanz zu berücksichtigen ist.

Figur 8 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung verschiedener Typen von Funktionsobjekten. Funktionsobjekte bilden, wie bereits erläutert, eine vorbestimmte Verknüpfung zwischen zwei oder mehreren Parameterobjekten unterschiedlicher Komponentenobjekte. Sie können Parameterwerte modifizieren, die in einem Komponentenobjekt oder einem Subkomponentenobjekt des Komponentenobjekts enthalten sind. Sie können Komponentenobjekte zu einem Objektdatenmodell hinzufügen und Parameterwerte des hinzugefügten Komponentenobjekts setzen. Weiterhin können Funktionsobjekte aus eine Objektdatenmodell ein Komponentenobjekt entfernen. Funktionsobjekte können auch für Analysefunkti- onen verwendet werden, in dem sie in mindestens einem von einem Objektdatenmodell umfassten Komponentenobjekt Parameterwerte erfassen und in Abhängigkeit von diesen und einer vordefinierten Analyseregel mindestens einen Analyseparameterwert ermitteln und ausgeben. Ein Beispiel eines Funktionsob- jekts mit Analysefunktion ist die Ermittlung der Anzahl in eine Flugzeugkabine passender Sitze.

Derartige Methoden können entweder als externe Methoden, die in Form einer dll(Dynamic Link Libary)-Datei 802 codiert sind, oder in Form eines Excel-Sheets 804 oder in Form einer ODBC-Datenbank 806 oder in Form einer externen Anwendung 808 vorliegen.

Figur 9 zeigt die Struktur eines Regelobjektes. Ein Regelobjekt ist ausgebildet, ein Objektdatenmodell oder ein darin enthaltenes Komponentenobjekt oder Sub- komponentenobjekt oder dessen Parameterobjekte auf das Erfüllen einer vordefinierten Randbedingung zu prüfen, und bei einem Nichterfüllen der Randbedingungen eine dieses Ergebnis anzeigende Regelverletzungsnachricht zu erzeugen. Ein Regelobjekt enthält daher einen Prüfabschnitt 902, der die zu erfüllende Bedingung definiert, sowie einen Anweisungsteil 904, der für den Fall des Nicht- Erfüllens der Bedingung die vorzunehmende Aktion, beispielsweise das Anzeigen einer Regelverletzungsnachricht definiert.

Figur 10 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels ei- ner erfindungsgemäßen Vorrichtung 1000 für die Konzeptionierung, den Vorentwurf und die Konfiguration eines Maschinenobjekts.

Eine Objektdatenbank 1002 speichert und verwaltet Komponentenobjekte 1004, Funktionsobjekte 1006 und Regelobjekte 1008. Die dreiteilige Struktur der gra- phischen Darstellung der Objektdatenbank 1002 in Figur 10 dient lediglich zur Veranschaulichung der drei unterschiedlichen Objekttypen, die in ihr enthalten sind. Die Objektdatenbank 1002 als solche muss keine dreiteilige physikalische Struktur aufweisen. Die Objektdatenbank ist mit einem Wissensdesigner 1010 verbunden, der schon oben im Zusammenhang mit Figur 1 näher beschrieben wurde.

Die Objektdatenbank ist weiterhin mit einer Modellbildungseinheit 1014 und einer Ausführungseinheit 1016 für Funktionsobjekte, nachfolgend FO-Ausführungs- einheit, verbunden. Die Modellbildungseinheit stellt als Ausgang ein Objektdatenmodell bereit, das für die Ausführung von Funktionsobjekten in der FO-Aus- führungseinheit 1016 und für einen Resolutionsprozess in einer verbundenen Resolutionseinheit 1018 genutzt wird. Die Resolutionseinheit 1018 umfasst eine Einheit 1020 zur Erstellung eines mathematischen Modells in Form eines Gleichungssystems aus dem Objektdatenmodell, eine Analyseeinheit 1022 zur Erstellung eines Resolutionsplans und eine Solvereinheit 1024 zur Abarbeitung des Resolutionsplans. Weiterhin ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Optimierer 1026 ist mit der Solvereinheit 1024 verbunden. Schließlich ist eine Graphik- einheit 1028 vorgesehen, die im Datenfluss zwischen der graphischen Nutzerschnittstelle 1012 und den weiteren genannten Funktionseinheiten angeordnet ist.

Im Betrieb ermöglicht die graphische Nutzerschnittstelle 1012 im Zusammenwir- ken mit der Graphikeinheit 1028 einem Nutzer der Modellbildungseinheit eine graphische Erzeugung eines Objektdatenmodells. Für den Nutzer entsteht eine „Workbench", in der er das Objektdatenmodell des Maschinenobjekts aus vorgefertigten oder selbst erstellten Komponenten zusammenbaut. Hierfür greift der Nutzer wie bereits beschrieben auf Komponentenobjekte, Funktionsobjekte und Regelobjekte zu, die in der Objektdatenbank abgelegt sind. Zur Erstellung des Objektdatenmodells erzeugt die Modellbildungseinheit 1014 Instanzen der vom Nutzer ausgewählten Komponentenobjekte, Funktionsobjekte und Regelobjekte. Dabei kann beispielsweise eine Strukturdarstellung ähnlich dem in Figur 5 gezeigten Baumgraph Verwendung finden. Das Objektdatenmodell kann beispiels- weise unter Manipulation des Baumgraphen mit Hilfe einer Computermaus erstellt werden, indem etwa aus einer ebenfalls abgebildeten graphischen Darstellung der in der Objektdatenbank enthaltenen Komponentenobjekte durch „Drag and Drop" ein ausgewähltes Komponentenobjekt dem aktuell zu erstellenden Objektdatenmodell an einer bestimmten Position des Baumgraphen hinzugefügt wird. Detailliertere Definitionsmerkmale eines Komponentenobjekts im Rahmen eines Objektdatenmodells können über eine Datenmaske oder weitere graphische Darstellungen eingegeben werden. Die Modellbildungseinheit 1014 erlaubt die Ergänzung des Objektdatenmodells durch Heranziehen und Einbinden externer Methodenobjekte über eine API.

Über den Wissensdesigner 1010, der eine von der „Workbench" getrennte gra- phische Nutzerschnittstelle bildet, können im Rahmen des Entwurfsprozesses neue Komponentenobjekte, Funktionsobjekte und Regelobjekte generiert und in der Objektdatenbank 1002 publiziert werden. Die graphische Nutzerschnittstelle 1012 ermöglicht einem Nutzer in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, graphische Eingaben im Zusammenhang mit der Erstellung neuer Daten bankobjek- te über den Wissensdesigner 1010 vorzunehmen.

Durch entsprechende Eingabe über die graphische Nutzerschnittstelle 1012 kann der Nutzer die Ausführung von Funktionsobjekten durch die FO-Ausführungs- einheit 1016 veranlassen, die je nach Funktionsmerkmal zur Analyse oder Mani- pulation des Objektdatenmodells ausgebildet sind (vgl. oben). Diese Funktionalität ist insbesondere im Rahmen der Konfiguration von Maschinenobjekten nützlich und ermöglicht eine schnelle Ausführung vordefinierter Design- und Analysefunktionen.

Über die graphische Nutzerschnittstelle 1012 wird auch festgelegt, welche Parameterobjekte des Objektdatenmodells im Rahmen eines Resolutionsprozesses als bekannt gesetzt sind und welche in dem Resolutionsprozess als Ausgabeparameter ermittelt werden sollen.

Durch eine entsprechende Anweisung über die graphische Nutzerschnittstelle 1012 wird der Resolutionseinheit 1018 die Anweisung erteilt, aus dem Objektdatenmodell ein mathematisches Modell zu erstellen. Auch in diesem Zusammenhang sind umfangreiche graphische Hilfestellungen zur Manipulation des mathematischen Modells vorgesehen. Dabei kann beispielsweise jedem Komponen- tenobjekt, Funktionsobjekt und Regelobjekt ein vorzugsweise entsprechend beschriftetes, graphisches Symbol zugeordnet sein. Eine Substruktur von Komponentenobjekten in Parameter, Formeln und Methoden kann durch eine entsprechende Aufteilung des Symbols oder Anordnung der verschiedenen Symbole für jede der Subkomponenten repräsentiert werden. Für die Darstellung des mathematischen Systems sind weiterhin die zwischen den einzelnen Objekten bestehenden Verknüpfungen von großer Bedeutung, die durch entsprechende Verbindungslinien angezeigt werden können. Dabei können Pfeile die Beziehung zwi- sehen den jeweiligen Objekten (Parameter x ist Eingangsparameter für die Bestimmung des Wertes von Parameter y) repräsentieren. Der Nutzer kann also durch Hinzufügen und Verknüpfen von Symbolen im Ergebnis ein mathematisches Modell graphisch definieren, das durch die Einheit 1020 zur Erstellung eines mathematischen Modells in Form eines Gleichungssystems erstellt wird. Eine mühselige symbolische Eingabe von mathematischen Gleichungen eines Gleichungssystems ist hierbei also nicht erforderlich.

Die Analyseeinheit 1022 ermittelt anschließend, ob das Gleichungssystem hinreichend bestimmt ist. Ist dies der Fall, erstellt die Analyseeinheit 1022 einen Resolutionsplan, der der Solvereinheit 1024 übermittelt wird. Nähere Einzelheiten zur Struktur und Betriebsweise der Analyseeinheit 1022 werden weiter unten anhand der Figuren 11 bis 13 dargestellt.

Die Solvereinheit 1024 arbeitet den von der Analyseeinheit 1022 übermittelten Resolutionsplan Resolutionsschritt für Resolutionsschritt ab. Dabei werden, wie unten näher erläutert wird, Untergleichungssysteme, sogenannte Solverblöcke, gelöst. Die Solverblöcke stellen irreduzible Teilsysteme dar. Abhängig von den Eigenschaften des jeweiligen irreduziblen Teilsystems, das zur Lösung ansteht, wählt der Solverblock ein geeignetes Lösungsverfahren aus. Beispiele solcher Lösungsverfahren sind numerische Lösungsverfahren basierend auf dem bekannten Newton-Verfahren, diskrete Lösungsverfahren, geometrische Lösungsverfahren oder algebraisch-symbolische Lösungsverfahren. Die Gesamtheit dieser Ansätze, die der Solver auszuwählen und anzuwenden im Stande ist, ermöglicht einen hybriden Resolutionsprozess, der mit hoher Effizienz und Geschwin- digkeit eine Resolution des Objektdatenmodells herbeiführen kann.

Bei der Bearbeitung einer Optimierungsaufgabe dient der Optimierer 1026 dazu, Parameterwerte unter Anwendung an sich bekannter Optimierungsstrategien zu ändern und in den Resolutionsprozess einzugeben, um eine unter vorgegebenen Randbedingungen optimale Lösung zu ermitteln.

Die dargestellte umfassende Funktionalität der Vorrichtung 1000 im Rahmen unterschiedlicher Phasen des Entwurfs eines Maschinenobjekts wird durch die zugrundeliegende einheitliche Datenstruktur vereinfacht. Konzeption, Vorentwurf, und Konfiguration beruhen auf einem einheitlichen Datenmodell.

Figur 11 zeigt die Struktur der Analyseeinheit 1008 in näheren Details. Ein Ab- hängigkeitsgraph-Bestimmer 1102 ist mit der Einheit 1020 verbunden und ausgebildet, aus dem vom Objektdatenmodell gebildeten, mathematischen System einen Abhängigkeitsgraph zu erstellen. Der Begriff des Abhängigkeitsgraphen soll nachfolgend anhand von Figur 12 erläutert werden.

Figur 12 zeigt ein einfaches Beispiel eines Abhängigkeitsgraphen. In dem Abhängigkeitsgraphen sind durch rechteckige Blöcke Funktionen symbolisiert. Kreise symbolisieren Variablen. Pfeile, die von einer Variablen zu einer Funktion weisen, zeigen an, dass die Funktion die betreffende Variable enthält. Pfeile, die von einer Funktion zu einer Variablen weisen, zeigen an, dass die Variable über die betreffende Funktion von deren Eingangsvariablen abhängt. Der Abhängigkeitsgraph der Figur 12 wurde dementsprechend aus folgendem äquivalenten Gleichungssystem abgeleitet:

V2 = f1 (V2) V2 = f2 ()

V3 = fθ (VO, V2)

V3 = f3 (V2)

V1 = f4 (V2, V4, V1).

Nachfolgend wird wieder auf Figur 11 Bezug genommen. Die Analyseeinheit weist zusätzlich einen über die Graphikeinheit 1004 mit der graphischen Nutzerstelle 1002 verbundene Eingabeeinheit auf. Die Eingabeeinheit speichert Anwei- sungen, welche Parameterobjekte als Eingabeparameter und Parameterobjekte als Ausgabeparameter zu behandeln sind.

Ein Kombinatorikanalysator 1106 ist mit dem Abhängigkeitsgraph-Hersteller 1102 und der Eingabeeinheit 1104 verbunden. Der Kombinatorikanalysator 1106 ist ausgebildet zu ermitteln, ob das durch den Abhängigkeitsgraphen und die Ein- und Ausgabeparameter festgelegte mathematische System wohl bestimmt ist. Liegt kein wohlbestimmtes System vor, partitioniert der Kombinatorikanalysator das System in einen wohlbestimmten Anteil, einen unterbestimmten Anteil und einen überbestimmten Anteil, soweit vorhanden, und analysiert die Ursache für eine Unterbestimmung oder Überstimmung eines Blocks des Gleichungssystems. Die ermittelte Ursache wird an eine Diagnoseeinheit 1108 ausgegeben, die entsprechende ausführliche Nachricht erstellt und über die Graphikeinheit 1004 ein Analysebild eines unter- bzw. überbestimmten Teilsystems darstellt und Vor- schlage zur Lösung unterbreitet.

Teil der kombinatorischen Analyse ist das Berechnen eines Matchings maximaler Größe zwischen Variablen und Randbedingungen (Constraints). Um unidirektio- nale Constraints dabei zu berücksichtigen, werden Matching-Algorithmen für gewichtete Graphen eingesetzt.

Nach einer erfolgreichen kombinatorischen Analyse wird in einer Graphikzerlegungseinheit 1110 der Abhängigkeitsgraph entsprechend einer Zerlegungsstrategie in irreduzible Teilsysteme zerlegt, die einzeln und in einer Abfolge gelöst werden können. Diese Abfolge bildet den Resolutionsplan, der durch die Resolutionsplaneinheit 1112 aufgestellt wird.

Figur 13 zeigt das Ergebnis einer Graphzerlegung für das in Figur 12 dargestellte System. Zwei irreduzible Blöcke 1302 und 1304 sind durch eine gestrichelte Um- randung gekennzeichnet. Aus dem zerlegten Abhängigkeitsgraphen der Figur 13 lässt sich folgender Resolutionsplan ermitteln:

1. Löse das Gleichungssystem 1302, f1 (V2) = V2 nach der Variable V2 auf. 2. Berechne V3 = f3 (V2).

3. Löse Gleichung fθ (VO, V2) = V3 nach VO auf.

4. Verwende vom Nutzer spezifizierten Wert von V4.

5. Löse Gleichungssystem 1304, f4 (V1 , V4, V2) = V1 nach der Variablen V1 auf.

6. Prüfe, ob V2 = f2 () erfüllt ist.

Werden nicht-numerischen Variablen verwendet, kann nach solchen Variablen nicht numerisch gelöst werden. Dies wird bei der kombinatorischen Analyse ent- sprechend berücksichtigt. Für diskrete Variablen können „Search-and-Prune- Techniken" oder eine sogenannte Propagation von Constraints angewendet werden.

Eine vom Optimierer 1012 (Figur 10) verwendete Optimierungsstrategie iteriert den Resolutionsprozess unter Variation der freien Variablen, um zulässige Lösungen zu finden, die unter der angegebenen Zielrelation optimal sind.

Das hierarchische, komponentenbasierte Modellieren bei dem erfindungsgemäßen System bewirkt die Einkapselung von innerhalb einem Komponentenobjekt bestehenden Relationen. Komponentenübergreifende Constraints haben nur Zugriff auf freie Parameter von Komponentenobjekten. Komponentenobjekt- interne Parameter, die von freien Parametern abhängen, sind nach außen unsichtbar.

In der vorliegenden Beschreibung wurde als Beispiel eines Maschinenobjektes häufig ein Flugzeug genannt. Dies ist jedoch ohne jegliche Einschränkung zu verstehen. Maschinenobjekte im Sinne der vorliegenden Erfindung können beispielsweise auch Fahrzeuge wie schienengebundene Fahrzeuge und Kraftfahrzeuge, aber auch Gebäude wie etwa Flughafengebäude sein. Die genannten Beispiele bilden komplexe Einheiten. Maschinenobjekte können jedoch auch Teile dieser genannten Beispiele bilden. In den nachfolgenden Patentansprüchen sind die Merkmale der beanspruchten Vorrichtungen in gegliederter Form dargestellt. In den abhängigen Ansprüchen sind die zusätzlichen Merkmale in Fortsetzung der im Anspruch 1 begonnenen Gliederung nummeriert.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung für die Konzeptionierung, den Vorentwurf oder die Konfiguration eines Maschinenobjekts, das durch ein Objektdatenmodell repräsentiert ist, mit

1.1 einer Objektdatenbank, enthaltend

1.1.1 Komponentenobjekte in Form von Komponentendatenmodellen,

1.1.1.1 wobei ein Komponentenobjekt ein Parameterobjekt oder eine Vielzahl Parameterobjekte aufweist, die einen numerischen oder einen nicht-numerischen Parameterwert aus einem jeweils vorbe- stimmten Wertebereich annehmen können;

1.1.2 Funktionsobjekte, wobei ein jeweiliges Funktionsobjekt ausgebildet ist,

1.1.2.2 Parameterwerte zu modifizieren, die in einem Komponentenobjekt enthalten sind,

1.1.2.3 dem Objektdatenmodell ein Komponentenobjekt hinzuzufügen und Parameterwerte des hinzugefügten Komponentenobjekts zu setzen, oder

1.1.2.4 aus dem Objektdatenmodell ein Komponentenobjekt zu entfernen,

1.2 einer Modellbildungseinheit,

1.2.1 die mit der Objektdatenbank verbunden ist,

1.2.2 und die ausgebildet ist,

1.2.2.1 auf den Eingang einer entsprechenden Anweisung hin eine Kom- ponentenobjektinstanz eines in der Objektdatenbank enthaltenen Komponentenobjektes oder eine Funktionsobjektinstanz eines in der Objektdatenbank enthaltenen Funktionsobjektes zu erzeugen und einem Objektdatenmodell hinzuzufügen,

1.2.2.2 auf den Eingang einer Anweisung zum Verknüpfen verschiedener Komponentenobjekte untereinander oder von Komponentenobjekten mit Funktionsobjekten das Objektdatenmodell entsprechend zu modifizieren, und

1.3 einer Ausführungseinheit,

1.3.2 und die ausgebildet ist

1.3.2.1 auf den Eingang einer entsprechenden Ausführungsanweisung hin eine im Objektdatenmodell enthaltene Funktionsobjektsinstanz unter Modifikation, Hinzufügung oder Vernichtung mit ihr verknüpfter Komponentenobjekte des Objektdatenmodells auszuführen,

1.4 und mit einer Resolutionseinheit,

1.4.2 und die ausgebildet ist,

1.4.2.2 das Gleichungssystem des Objektdaten model Is in eine Anzahl Untergleichungssysteme mit einer jeweiligen Untermenge Gleichungen für eine jeweilige Untermenge Parameterobjekte zu parti- tionieren,

1.4.2.3 bei Vorliegen eines hinreichend bestimmten Gleichungssystems einen Resolutionsplan zu erstellen, der zur Ermittlung der Ausgabeparameter des Gleichungssystems des Objektdatenmodells eine Folge von Resolutionsschritten umfasst,

1.4.2.4 den Resolutionsplan für das Gleichungssystem Resolutionsschritt für Resolutionsschritt abzuarbeiten, wobei das Abarbeiten eines jeweiligen Resolutionsschritts das Berechnen einer Lösung eines jeweiligen Untergleichungssystems durch Auswerten mathematischer Funktionen oder Anwenden eines oder mehrerer numerischer Berechnungsalgorithmen beinhaltet, und

1.4.2.5 die ermittelten Werte der Ausgabeparameter auszugeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der

1.1.1.2 ein in der Objektdatenbank enthaltenes Parameterobjekt eines Komponentenobjektes durch ein weiteres Komponentenobjekt mit mindestens einem weiteren Parameterobjekt gebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der

1.1.1.3 ein in der Objektdatenbank enthaltenes Komponentenobjekt zusätzlich ein Strukturobjekt enthält, das eine Liste der im Komponentenobjekt enthaltenen weiteren Komponentenobjekte enthält.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der

1.1.1.4 ein in der Objektdatenbank enthaltenes Komponentenobjekt zusätzlich mindestens ein Formelobjekt enthält, das ausgebildet ist, eine vorbestimmte mathematische Verknüpfung zwischen zwei oder mehreren Parameterobjekten des Komponentenobjektes zu bilden.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der

1.1.1.5 ein in der Objektdatenbank enthaltenes Komponentenobjekt zu- sätzlich mindestens ein Methodenobjekt enthält, das ausgebildet ist,

- das Erfüllen einer Relation zwischen Parameterobjekten des Komponentenobjektes zu prüfen und in Abhängigkeit vom Prüfungsergebnis

- einen Wert mindestens eines der von dem Komponentenobjekten umfassten Parameterobjekte nach einer vorbestimmten Vorschrift zu setzen

- oder einem Objektdatenmodell ein neues Komponentenobjekt oder Subkomponentenobjekt hinzuzufügen.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Objektdatenbank

1.1.3 mindestens ein Regelobjekt enthält, das ausgebildet ist,

1.1.3.1 das Objektdatenmodell oder ein darin enthaltenes Komponentenobjekt oder Subkomponentenobjekt oder dessen Parameterwerte auf das Erfüllen einer vordefinierten Randbedingung zu prüfen.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Modellbildungseinheit

1.2.3 mit einer graphischen Nutzerschnittstelle verbunden ist

1.2.4 und eine Graphikeinheit enthält, die ausgebildet ist,

1.2.4.1 anhand über die graphische Nutzerschnittstelle empfangender

Anweisungen eine graphische Repräsentation des Objektdaten- modells zu erzeugen oder zu modifizieren, die für jedes Komponentenobjekt, jedes Formelobjekt und jedes Regelobjekt des Objektdatenmodells sowie jede Verknüpfung zwischen diesen je ein vorbestimmtes Graphikelement aufweist, und

1.2.4.2 die graphische Repräsentation an die graphische Nutzerschnittstelle auszugeben.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Graphikeinheit ausgebildet ist,

1.2.4.3 eine graphische Repräsentation einer Anzahl in der Objektdatenbank enthaltener Komponentenobjekte und Funktionsobjekte zu erzeugen und an der graphischen Nutzerschnittstelle auszugeben und

1.2.4.4 eine graphische Repräsentation des Objektdatenmodells auszugeben, die alle darin enthaltenen Komponentenobjekte und eine durch die in ihnen enthaltenen Strukturobjekte definierte Kompo- nentenobjekthierarchie widerspiegelt.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Resolutionseinheit

1.4.3 eine Resolutionsdiagnoseeinheit aufweist,

1.4.3.1 die mit der graphischen Nutzerschnittstelle verbunden ist,

1.4.3.2 und die ausgebildet ist,

- zu ermitteln ob das Objektdatenmodell für die Berechnung einer Lösung hinreichend bestimmt ist,

- bei Vorliegen eines unterbestimmten Untergleichungssystems alle im unterbestimmten Untergleichungssystem enthaltenen Parameterobjekte und/oder Gleichungen zu ermitteln und - eine Diagnosenachricht, die die ermittelten Parameterobjekte bzw. Gleichungen identifiziert, zu erstellen und zur Anzeige an der graphischen Nutzerschnittstelle auszugeben.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 9,

1.4.3.3 bei der die Resolutionsdiagnoseeinheit zusätzlich ausgebildet ist,

- bei Vorliegen eines überbestimmten Untergleichungssystems alle im überbestimmten Untergleichungssystem enthaltenen Parameterobjekte und/oder Gleichungen zu ermitteln und

- eine Diagnosenachricht, die die ermittelten Parameterobjekte bzw. Gleichungen identifiziert, zu erstellen und an die graphische Nutzerschnittstelle auszugeben.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,

1.2.4.5 bei der die Graphikeinheit ausgebildet ist, eine graphische Repräsentation der ermittelten Parameterobjekte und Gleichungen und ihrer Verknüpfung zu erzeugen und zur gemeinsamen Darstellung mit der Diagnosenachricht an die graphische Nutzerschnittstelle auszugeben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7,

1.2.4.6 bei der die Graphikeinheit zusätzlich ausgebildet ist,

eine Impact-Graphik zu erstellen und auszugeben, die eine graphische Repräsentation aller Komponentenobjekte, Formelobjekte und Regelobjekte enthält, die direkt oder indirekt mit einem über die Nutzerschnittstelle auswählbaren Parameterobjekt verknüpft sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der

1.2.4.7 die Graphikeinheit zusätzlich ausgebildet ist, eine Computation-Graphik zu erstellen und auszugeben, die eine graphische Repräsentation aller Komponentenobjekte, Formelobjekte und Regelobjekte enthält, die direkt oder indirekt in die Berechnung eines Parameterwertes eines über die Nutzerschnittstel- Ie als Ausgabeparameter bestimmbaren Parameterobjekts einfließen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der

1.4.4 die Resolutionseinheit eine Solver-Diagnoseeinheit aufweist, die ausgebildet ist,

1.4.4.1 während des Abarbeitens eines Resolutionsschrittes das Konvergieren einer Lösung des betreffenden Untergleichungssystems auf einen Konvergenzwert zu überwachen

1.4.4.2 und bei Ausbleiben des Konvergierens das Abarbeiten des Resolutionsschrittes abzubrechen und eine Diagnosenachricht aus- zugeben, die das betreffende Untergleichungssystem identifiziert.

15. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der

1.4.2.6 die Resolutionseinheit zusätzlich ausgebildet ist,

- nach einer Ausgabe der ermittelten Werte der Ausgangsparameter bei Anliegen eines geänderten Eingangsparametersatzes für das Objektdatenmodell an der Anweisungsschnittstelle geänderte Eingangsparameter des Eingangsparametersatzes zu ermitteln

- und anschließend einen Teilresolutionsplan zu erstellen, der gegenüber dem zuvor erstellten Resolutionsplan nur diejenigen Resolutionsschritte enthält, die Untergleichungssysteme betreffen, deren Lösung von dem oder den geänderten Eingangsparametern direkt oder indirekt abhängt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der

1.2.2.4 die Modellbildungseinheit ausgebildet ist,

- ein bereits gelöstes Objektdatenmodell durch eine über die Nutzerschnittstelle eingegebene Zielrelation für den Wert eines Ausgabeparameters zu ergänzen, und

1.4.2.7 bei der die Resolutionseinheit ausgebildet ist,

- einen Teilresolutionsplan zu erstellen, der gegenüber dem zuvor erstellten Resolutionsplan nur diejenigen Resolutionsschritte enthält, die Untergleichungssysteme betreffen, deren Lösung den durch die Zielrelation eingeschränkten Ausgabeparameter beeinflusst, und

- unter Anwendung eines Optimierungsalgorithmus denjenigen Parametersatz zu ermitteln, der das Gleichungssystem löst und die Zielrelation erfüllt.

17. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der

1.1.1.5 ein Komponentenobjekt ein Geometrieobjekt in Form eines Satzes von Geometrieparametern enthält, die Informationen über eine dem ersten Parameterobjekt zugeordnete geometrische Form aufweisen, und

1.2.6.7 bei der die Graphikeinheit ausgebildet ist,

- anhand der Eingangsparameterwerte und der ermittelten Ausgangsparameterwerte eines Objektdatenmodells Werte der Geometrieparameter aller Parameterobjekte zu bestimmen

- und eine Modellgraphik zu erzeugen, die der geometrischen Form des Maschinenobjekts mit den ermittelten Geometrieparametern entspricht.

18. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,

1.5 mit einem Wissensdesigner,

1.5.1 der eine Komponentenobjekt-Entwurfseinheit enthält,

1.5.1.1 die mit der graphischen Nutzerschnittstelle und der Objektdaten- bank verbunden ist,

1.5.1.2 und die ausgebildet ist,

- entsprechend einer Nutzereingabe an der graphischen Nutzerschnittstelle ein neues Komponentenobjekt oder Parameterobjekt zu erzeugen und

- einem neuen Komponentenobjekt ein Parameterobjekt oder ein

Funktionsobjekt hinzuzufügen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Komponentenobjekt-Entwurfseinheit ausgebildet ist

1.5.1.3 auf der graphischen Nutzerschnittstelle eine Maske mit Masken- feldern zur Abfrage von Definitionselementen eines neuen Parameterobjekts oder Komponentenobjektes anzuzeigen,

1.5.1.4 Nutzereinträge in den Maskenfeldern auszuwerten, das Parameterobjekt oder Komponentenobjekt entsprechend den Einträgen in den Maskenfeldern zu erzeugen und in der Objektdatenbank ab- zuspeichern.

20. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der

1.5.2 der Wissensdesigner eine Funktionsobjekt-Entwurfseinheit enthält,

1.5.2.1 die mit der graphischen Nutzerschnittstelle und der Objektdatenbank verbunden ist,

1.5.2.2 und die ausgebildet ist, entsprechend einer Nutzereingabe an der graphischen Nutzerschnittstelle ein neues Funktionsobjekt zu erzeugen und das neue Funktionsobjekt in der Objektdatenbank abzuspeichern.

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 20, bei der die Funktionsobjekts- Entwurfseinheit ausgebildet ist,

1.5.2.3 auf der graphischen Nutzerschnittstelle eine Maske mit Maskenfeldern zur Abfrage von Definitionselementen eines neuen Funktionsobjektes anzuzeigen,

1.5.2.4 Einträge in den Maskenfeldern auszuwerten, das neue Funktions- Objekt entsprechend den Einträgen in den Maskenfeldern zu erzeugen und in der Objektdatenbank abzuspeichern.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 18,

1.5.3 bei der Wissensdesigner eine Regelobjekt-Entwurfseinheit enthält,

1.5.3.1 die mit der graphischen Nutzerschnittstelle und der Objektdaten- bank verbunden

1.5.3.2 und die ausgebildet ist,

entsprechend einer Nutzereingabe an der graphischen Nutzerschnittstelle ein neues Regelobjekt zu erzeugen, und das neue Funktionsobjekt in der Objektdatenbank abzuspeichern.

23. Computersoftwareprodukt für die Konzeptionierung, den Vorentwurf oder die Konfiguration eines Maschinenobjekts, das durch ein Objektdatenmodell repräsentiert ist, enthaltend Code zur Implementierung

1.1 einer Objektdatenbank, enthaltend

1.1.1 Komponentenobjekte in Form von Komponentendatenmodellen,

1.1.1.1 wobei ein Komponentenobjekt ein Parameterobjekt oder eine

Vielzahl Parameterobjekte aufweist, die einen numerischen oder einen nicht-numerischen Parameterwert aus einem jeweils vorbestimmten Wertebereich annehmen können;

1.1.2 Funktionsobjekte, wobei ein jeweiliges Funktionsobjekt ausgebildet ist,

1.1.2.4 aus dem Objektdatenmodell ein Komponentenobjekt zu entfernen,

1.2 einer Modellbildungseinheit,

1.2.1 die mit der Objektdatenbank verbunden ist,

1.2.2 und die ausgebildet ist,

1.3 einer Ausführungseinheit,

1.3.2 und die ausgebildet ist

1.4 und einer Resolutionseinheit,

1.4.2 und die ausgebildet ist,

1.4.2.1 anhand der Komponentenobjekte und Funktionsobjekte sowie ihrer Verknüpfungen im Objektdatenmodell ein Gleichungssystem mit einer ersten Anzahl Gleichungen und einer zweiten Anzahl durch die Gleichungen verknüpfter Parameterobjekte zu erzeu- gen,

1.4.2.2 das Gleichungssystem des Objektdatenmodells in eine Anzahl Untergleichungssysteme mit einer jeweiligen Untermenge Gleichungen für eine jeweilige Untermenge Parameterobjekte zu parti- tionieren,

1.4.2.3 bei Vorliegen eines hinreichend bestimmten Gleichungssystems einen Resolutionsplan zu erstellen, der zur Ermittlung der Ausga- beparameter des Gleichungssystems des Objektdatenmodells eine Folge von Resolutionsschritten umfasst,

1.4.2.5 die ermittelten Werte der Ausgabeparameter auszugeben.

Computersoftwareprodukt nach Anspruch 23, weiterhin enthaltend Code zur Implementierung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 22 auf einem Computer.