CN102054093B - 使用上下文无关语法的部件设计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用上下文无关语法的部件设计。一种用于设计通过使用下述各项来建模的部件的计算机实现方法：-上下文无关语法的种子结构，-语法的一组规则，-至少两个设计特征，每个设计特征由所述一组规则中的至少一个规则定义，-由所述种子结构和所述一组规则所确定的设计特征之间的优先级顺序，所述方法包括以下步骤：-根据所述优先级顺序，在图形用户界面中显示所述部件的表示，-通过修改所述一组规则来修改所述两个设计特征之间的优先级顺序，-根据修改后的优先级顺序，显示所述部件的表示。

Description

使用上下文无关语法的部件设计

技术领域

本发明涉及计算机程序和系统领域，并且更为具体地，涉及用于设计部件的计算机实现的方法，其中所述部件利用设计特征进行建模。

背景技术

在市场上可以购买到多种用于部件设计的系统和程序，比如注册商标为CATIA的申请人所提供的系统和程序。这些所谓计算机辅助设计(CAD)系统允许用户构建和操作部件的复杂三维(3D)模型。

可以使用多种不同的建模技术来设计部件。这些技术包括实体建模、线框建模以及表面建模。实体建模技术提供拓扑的3D模型，其中该3D模型是例如互连的边和面的集合。在几何学上，表示部件的3D实体模型是被修整表面的集合，该集合定义封闭皮肤(closedskin)。该被修整表面对应于由边限定的拓扑面。封闭皮肤定义填充有部件材料的3D空间的边界区域。另一方面，线框建模技术可以被使用来将部件表示为仅仅3D直线的集合，而表面建模可以被使用来将部件表示为外部表面的集合。CAD系统可以组合这些和其它建模技术，比如参数化建模技术。

参数化建模技术可以被使用来为部件的不同设计特征定义各种参数，以及基于该各种参数之间的关系，定义这些设计特征之间的关系。可以在支持参数化实体建模的CAD系统中组合实体建模和参数化建模。

设计工程师是3DCAD系统的典型用户。设计工程师设计3D模型的功能、物理和美学特性(aspect)，并且精通3D建模技术。设计工程师设计部件，并且随后可以将这些部件组装为一个或多个子组件。除了部件之外，子组件还可以包括其它子组件。通常，设计工程师通过使用部件和子组件来设计组件。

例如，在采用计算机辅助设计系统的车身设计领域，现有的解决方案为用户提供几何学和拓扑交互命令。设计者处理点、平面、曲面或表面，并且任务是创建、变形、偏移、清除(sweep)、外推、修整、平滑化、连接这些曲面和表面，以便得到从外部造型面开始的最终“白车身”形状。

因此，通常使用各种几何构块(buildingblock)，利用CAD系统中通常提供的工具来设计部件。在基于特征的CAD中，设计工程师在设计部件时创建设计特征的顺序影响该部件的物理结构。因此，这些系统被认为是基于历史的。例如，通过首先切出圆柱块然后添加延伸到所切出的圆柱块所留下的空隙内部的凸饰(boss)而构建出的部件将导致一个洞孔，该凸饰的材料在该洞孔中。如果操作顺序被颠倒从而使得该凸饰在切出圆柱块之前添加，则该切除将不仅切除原始块的材料，而且切除后续凸饰的材料，从而导致一个内部没有材料的洞孔。

在图1到图3中对此进行了例示，图1到图3示出了在现有CAD系统的屏幕上显示的窗口。图1示出了包含了正在构建的部件的三幅图的窗口2。顶视图4、正视图6和旋转图8揭示出该部件由两个块特征(即，上块12和下块14)部分地限定。另外，顶视图4和正视图6清楚地示出了圆形的已挤压轮廓10。已挤压轮廓10的目的在于创建部件中的圆柱形切口特征。图2示出了在该已挤压轮廓10被用来构建切口特征后的窗口2。通过减少上块12和下块14的位于该已挤压轮廓10内的材料，创建切口16。如果在包括切口特征16之前上块12和下块14包括在部件定义中(即，存在)，那么在基于历史的CAD系统中，切口16将出现，如图2中所例示。图3示出了包含其中切口特征18没有减少上块12的材料的部件的窗口2。如果首先将下块14包括在部件定义中，其次将切口特征18包括在部件定义中，最后将上块包括在部件定义中，则在基于历史的CAD系统中，切口18将出现，如图3中所例示。图1到图3的例子示出了输入用于定义部件的设计特征的顺序影响部件的输出形状。参考机械部件进行的这种讨论适用于设计系统中的其它类型的部件和元件，例如建模部件、电路中的电气特征、或者构成部件或元件的组件的更为一般的任何类型的特征。

现有CAD系统允许通过捕获由设计者执行的几何操作的历史记录来进行后验(posteriori)修改。对部件的设计进行修改对设计者而言是改变输入参数或几何对象，以及对系统而言是重放操作的历史记录，从而得到新结果。

基于历史的系统带来不同的问题。

当使用“线框和表面”CAD系统的工作台时，例如，当设计“白车身”部件时，只要特征没有重叠太多，就可以容易地创建和修改这些特征。设计特征的重叠对应于这些设计特征之间的空间冲突。CAD系统必须对这种情形进行管理，从而仍然可以计算出最后的几何图形。超过特定的重叠率，则CAD系统将不能管理复杂度，并且设计者的责任是想象出应该如何彼此修整各个重叠特征，以及通过基本工具来创建最后的几何图形。因此，设计者难以对他在很早之前初次设计的部件的设计进行修改。实际上，在这种情形下，设计者可能已经忘记了他如何管理重叠的设计特征，并且因此不能考虑它们的修改意图。

因为现有系统所提供的几何语义，系统捕获仅仅设计结果，与保留在用户思维中的设计意图相反。即使CAD系统捕获历史设计，这也是事实。结果是最终形状的质量的责任完全在设计者。为了实现高质量，必须由CAD编辑者和应用专家(该部件的应用领域的专家)一起建立专用方法。这种方法必须被教授给设计者，并且专用过程必须检验它是否在生成时实际使用。这即耗时又耗财，并且造成组织问题。

另一方面，通过重放所记录的操作的历史进行的修改计算出新的而不是类似的结果。大的设计改变要求删除和创建许多几何对象。此外，在特定复杂度(通常是几何对象和它们的关系的数目)之外，仅仅原始设计者能够执行修改。即使这样也不能得到保证，因为不能保证设计者仍然记得他/她先前已经完成了什么。

已经建议使用预定模板，但是它们不能提高语义层次。它们加速设计创建阶段，通过一次创建许多几何对象来充当对话加速器。但是修改和再工作的缺陷依然存在。

由于对历史的依赖性，没有研究协作设计。公知的是，非互换特征不能容易地通过异步协作共享。实际上，如果用户A向用户B发送设计特征F，则将特征F插入到用户B的被排序序列中的正确位置处的操作不能自动地完成。

这些问题已经被名称为“Partdesignsystemusingacontext-freegrammar”的美国专利7,495,662解决。该专利描述了基于历史的设计系统，该系统采用设计特征和使用上下文无关语法定义的种子结构来设计部件，该种子结构适于接收来自所例示的设计特征的贡献(contribution)。构建该种子结构，从而接收使得接收贡献的顺序不会改变该种子结构输出的结果，或者，更为具体地，不会改变由核心系统进行的对这种结果的评价。该种子结构可以由编辑者进行编辑。该编辑这使得可以根据核心系统的能力，将现有种子结构修改为更有效率，而不会改变它的功能。该编辑者还可以增加给定应用中的种子结构的功能能力。

通过使用上下文无关语法的种子结构，美国专利7,495,662描述了一种基础设施，该基础设施确保CAD系统提供说明性的设计特征。按照这种方式，即使例示设计特征的顺序与所得到的部件无关，也可以提供基于历史的设计系统的优点。

然而，美国专利7,495,662所描述的技术方案不易操作。实际上，该专利中的种子结构能力在应用专家进行的概念阶段被固定，并且不能被终端用户修改。当设计部件时，设计者必须考虑这些能力。结果是，仅仅先前构思的种子结构所支持的设计意图可以被具体化。因此，强迫设计者将他/她的设计意图与该种子结构提供的能力相适应。这种较差的灵活性仅仅允许简单且非现实的部件的设计。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种设计部件的装置，该装置具有基于历史的设计系统以及设计者的高度灵活性的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于设计通过使用下述各项来建模的部件的计算机实现方法：

-上下文无关语法的种子结构，所述种子结构是上下文无关语法的字，

-从语法的所有规则中取出的所述语法的一组规则，

-至少两个设计特征，设计特征是附加在所述部件上的限制，每个设计特征由所述一组规则中的至少一个规则定义，定义所述设计特征的规则按照任意顺序应用于所述种子结构，

-通过所述种子结构和所述一组规则确定的所述设计特征之间的优先级顺序，

所述方法包括以下步骤：

-根据所述优先级顺序，在图形用户界面中显示所述部件的表示，

-通过修改所述一组规则来修改所述两个设计特征之间的优先级顺序，

--根据修改后的优先级顺序，显示所述部件的表示。

优选的实施例包括下述特征中的一个或多个：

-在修改优先级顺序的步骤中，将擦除规则添加到该组规则中；

-该组规则包括交换规则，以及在修改优先级顺序的步骤中，将交换规则从该组规则中移除；

-该组规则包括交换规则，以及在修改优先级顺序的步骤中，将去交换规则添加到该组规则中；

-在修改优先级顺序的步骤中，将带到前面规则或送到后面规则添加到该组规则中，在添加之后，优先级顺序被修改；

-所述方法还包括在每个显示步骤之前将该规则应用于种子结构的步骤；

-应用每个规则包括根据所述规则中的至少一个非终止符号来修改种子结构；

-每个规则替换与该规则的非终止符号对应的种子结构的非终止符号；

-每个设计特征具有属于包括下述的组的类型：基部特征类型，推动特征类型，接触特征类型，增强特征类型，切除特征类型以及表面提取特征类型；

-在所述修改步骤，将取决于两个设计特征的类型的交换规则添加到该组规则中；

-种子结构和该组规则根据特征的各自类型，定义所述特征之间的缺省优先级顺序；

-所述方法被执行来设计白车身部件，其中，所述种子结构和所述一组规则根据所述特征各自的类型，定义所述特征之间的缺省优先级顺序，以及其中增强特征具有比接触特征更低的缺省优先级，所述接触特征自身具有比推动特征更低的缺省优先级，以及所述推动特征自身具有比切除特征更低的缺省优先级。

还提供了一种计算机辅助设计系统，包括：

a)数据库，其存储通过使用下述各项建模的部件：

-上下文无关语法的种子结构，所述种子结构是上下文无关语法的字，

-从语法的所有规则中取出的所述语法的一组规则，

-至少两个设计特征，设计特征是附加在所述部件上的限制，每个设计特征由所述一组规则中的至少一个规则定义，定义所述设计特征的规则按照任意顺序应用于所述种子结构，

-通过所述种子结构和所述一组规则确定的所述设计特征之间的优先级顺序，以及

b)图形用户界面，其适合于执行所述方法。

还提供了一种一种用于设计通过使用下述各项来建模的部件的计算机实现装置：

-上下文无关语法的种子结构，所述种子结构是上下文无关语法的字，

-从语法的所有规则中取出的所述语法的一组规则，

-至少两个设计特征，设计特征是附加在所述部件上的限制，每个设计特征由所述一组规则中的至少一个规则定义，定义所述设计特征的规则按照任意顺序应用于所述种子结构，

-通过所述种子结构和所述一组规则确定的所述设计特征之间的优先级顺序，

所述装置包括用于执行上述方法的模块。

根据参照下文中列出的附图的作为非限制性示例给出的下述本发明的实施例的描述，本发明的其它特征和优点将会变得明显。

附图说明

图1到图3示出了现有基于历史的系统中的部件的示图；

图4示出了用于检查具有上下文无关语法的字的下推自动化；

图5示出了与可以利用图4中的下推自动化检查的利用该语法产生的字对应的树的示例；

图6-11示出了例示交换优先级概念的示例；

图12-15示出了与利用在图6-11中的示例中使用的语法产生的字对应的树的示例；

图16例示了带到前面和送到后面操作的原理；

图17-19例示了种子结构和用于修改优先级顺序的贡献；

图20-25示出了白车身特征的示例；

图26例示了白车身特征之间的缺省优先级顺序；

图27例示了在给定四个设计特征的情况下，所有可能的序列顺序导致相同的结果，以及无论该序列是什么，该系统总能计算出最后的几何形状；

图28-29例示了用于设计白车身部件的种子结构；

图30例示了接触特征的贡献；

图31示出了用于修改白车身特征之间的优先级顺序的可能性；

图32-35例示了白车身特征之间的优先级管理。

具体实施方式

本发明所述的计算机实现方法旨在设计部件。所述部件利用上下文无关语法的种子结构(seedstructure)、一组所述语法的规则、至少两个设计特征、以及由所述种子结构和所述一组规则所确定的所述设计特征之间的优先顺序进行建模，其中每个设计特征由所述一组规则中的至少一条规则来定义。所述方法包括根据所述优先顺序在图形用户界面中显示所述部件的表示的步骤。所述方法也包括通过修改所述一组规则而修改所述两个设计特征之间的优先顺序的步骤。所述方法还包括根据修改过的优先顺序显示所述部件的表示的步骤。

由所述种子结构和所述一组规则所确定的所述设计特征之间的优先顺序在声明式系统(declarativesystem)中提供基于历史的设计系统的优点。通过修改所述一组规则而修改所述优先顺序的步骤为设计者提供了很高的灵活性。

本发明所述的方法用于设计部件。术语“部件”一般是指工业产品的机械零件。然而，可以有许多变型，并且这些变型在本发明的范围内。例如，所述方法也可以用于设计部件的组合，可能是一个完整的工业产品(例如，车轮)。此外，本发明不是旨在只设计机械部件，它也可以用于任何需要计算机设计的领域。例如，本发明可以运用于视频游戏领域。

在举例说明本方法之前，简短地说明一下上下文无关语法。有关上下文无关语法的细节可以在如下文献中找到：IntroductiontoAutomataTheory,LanguageandComputation(自动机理论、语言和计算导论),J.E.HopcroftandJ.D.Ullmann,Addison-Wesley,1979。

上下文无关语法G由G＝(X,V,P)来定义，其中，X为一组终止符号(terminalsymbols)，V为一组非终止符号(non-terminalsymbols)，而P为一组规则。一条规则是一个偶对(S,m)，其中，所述第一对象为非终止符号，而第二对象为由终止符号和非终止符号组成的串；更精确地说，P为V×(X∪V)^*的子集。规则也被写成换言之，一条作用到串上的规则将非终止符号变成由终止符号和非终止符号组成的串。所述语法中的符号串被称作字(word)。使用上下文无关语法使得可以通过应用所述语法的规则以定义完善的句法(syntax)递归地产生字。上下文无关语法理论也提供算法来扫描这些字，即，检查它们的句法以确保它们是通过所述语法规则的运用而产生的。在这一方面，非终止符号的功能将被由终止符号和非终止符号组成的串替代，这是由于在非终止符号插入之处采用了规则。

所述部件由上下文无关语法的种子结构进行建模。所述种子结构以所述上下文无关语法进行定义和编辑。同样，所述种子结构只是所述上下文无关语法的字。所述语法提供规范而严格的环境以定义种子结构。它允许检查种子结构的句法以避免它违反句法规则。这完全与使用所述方法的应用领域无关。美国专利7,495,662对此进行了解释，下面将参考元数据语法(meta-grammar)对此进行进一步详述。

所述部件还通过使用一组所述语法的规则来建模。所述部件还通过至少两个设计特征来建模。每个特征通过所述一组规则中的至少一个规则进行定义。

所述一组语法的规则是从所述语法的所有规则中取出的无次序的规则集合。集合的概念从集合论中获知。

当设计部件时，设计者通常从种子结构开始。所使用的种子结构可以依赖于应用领域。例如，设计者通常使用的设计轮船零件的种子结构不同于设计车辆零件的种子结构。

然后，设计者生成设计特征，从而对所述部件建模。设计特征是附加在所述部件上的限制，例如几何或拓扑限制。它由设计者所使用的CAD系统的功能来提供。下文中，设计特征也称作特征，设计特征根据它们的类型进行分类。例如，图1-3示出了块特征(对应于块12和14所表示的体积的添加)和柱状切口特征(对应于切口16)的使用。可以为设计者提供许多特征。提供给设计者的特征列表取决于设计者所使用的CAD系统。非详尽的列表包括块特征、挤压(extrusion)特征、圆形(round)特征、方孔网(filet)特征。其它类型的特征在后面公开。进一步就设计特征的类型来说，设计特征可以利用参数。例如，参考图1-3的例子，所述块特征使用所添加的体积的坐标。体积切口的切口特征也是如此。某特征的可能参数取决于设计者所使用的CAD系统。另外，部件的同一几何或拓扑模型可以用不同的特征来实现。例如，切口16可以通过产生圆柱形切口特征并输入所述圆柱的轴的坐标、其半径以及或许还有高度作为参数来获得。但切口16也可以通过产生切口特征(对切口形状没有特别规定)并输入所述切口为圆柱的信息、然后是所述圆柱的轴的坐标、其半径以及或许还有高度作为参数来获得。因此，具有相同几何的两个部件可以被不同地建模，即使设计者所使用的系统相同也是如此。

可以采用现有技术已知的任何特征来实施所述方法，以便对所述部件进行建模。每个设计特征由所述一组规则中的至少一条规则来定义。一个设计特征可以由一条规则或由多条规则来定义。一个设计特征可以包括一个或多个贡献(contribution)。一个贡献为所述部件模型的一个修改，例如，体积的添加、体积的切割、体积的平移、体积的转动、体积的减小等。每个贡献可以由所述语法的一条规则来定义。在此种情形中，包括几个贡献的某个特征由至少与其贡献数同样多的规则来定义，如果没有简化的话。允许一个特征可以利用几条规则来定义为设计者提供了高级性能。设计者不限于基本操作。由此，可以对应用专家所直觉感觉到的特征进行建模。在下文中，贡献可以指实现它们的规则，反之亦然。

定义特征的规则可以按照任意顺序应用于种子结构。如上所述，通过将规则应用于种子结构来获得字。根据规则应用的顺序，字可以不同。

用于建模部件的设计特征之间的优先级顺序由种子结构和该组规则来确定。优先级顺序翻译设计意图。如上参照图1到图3所述，取决于块特征和切除特征之间的优先级顺序，所述结果不同。不管规则应用于种子结构的顺序如何，所述优先级顺序确保利用所获得的字建模的部件相同。因为所述优先级顺序由种子结构和该一组规则确定，而不由与规则应用顺序相关的任何其它信息确定，所以所述方法在声明式系统中提供了基于历史的系统(即，将设计意图翻译为特征之间的优先级)的优点。基于历史的方法通过记录规则应用顺序来跟踪说明特征的顺序，但本发明不需要这些记录。规则保持声明性(declarative)，即，它们之间没有应用顺序。但是仍旧，利用特征之间的优先级翻译设计意图。因此，容易地执行对部件设计的后验修改或同时设计。另外，节省用于向设计者教导方法的时间花费。

使用上下文无关语法使得容易通过使用递归函数来将贡献应用于种子结构。特别地，种子结构是包括多个终止符号和非终止符号的字。这些符号被使用来将贡献应用于种子结构。非终止符号可以被理解为到种子结构的“输入”。终止符号被使用来指定组合对象(在该示例中为实体对象)的操作。在这点，可以通过仅仅利用贡献来替换种子结构的非终止符号来进行将贡献应用于种子结构的操作；假设贡献是字，这仅仅是语法的给定规则。为了确保递归–将任意数目个贡献应用于种子结构的能力–，通过利用不仅包括该贡献而且包括所替换的非终止符号的序列来替换种子结构的非终止符号，足以将贡献应用于种子结构。在本说明书的剩下部分中，所替换的非终止符号在替换串中出现的规则还可以称为替代，或符号替换。使用替代的这种定义，通过使用用于将种子结构的非终止符号改变为包括该非终止符号和贡献的字的替换，将规则应用于种子结构。这确保所得到的字仍然包括该非终止符号，可以将其它贡献再次应用于该非终止符号。这还确保在贡献的整个输入中节省种子结构。

使用上下文无关语法还使得专家用户容易确保该系统保持声明性：它足以检查允许将贡献应用于种子结构的替代规则保持可互换，即，该种子结构和规则适于所述结果是相同的，不管规则应用顺序如何。

现在参照图4到图5来讨论简单的上下文无关语法，以便例示上述说明。该语法如下定义：

V＝{S}

符号a是第一终止符号，并且它表示在实施例中利用贡献或利用核心系统的原语和操作的有序序列定义的任意实体。符号是第二终止符号，并且表示任何操作，比如联合(+)操作、相减(-)操作以及相交(x)操作。非终止符号S可以使用在一组规则P中包含的规则，利用非终止符号和终止符号序列替换非终止符号S。特别地，第一规则利用两个非终止符号之间的操作的结果来替换非终止符号S。该结果被标记为其仅仅是所说的的更为紧凑的方式。就树而言，第一操作利用具有两个分值的节点替换树的叶S。该节点是对位于这些分支末端的两个非终端符号进行的操作的结果。第二操作利用终止符号替换非终止符号，以及通常在将给定值(终端符号)应用于树的叶时使用。

利用该语法产生的字的句法可以利用在图4中表示的下推自动机检查。在该图中，状态1是初始状态；状态2是最终状态。如果自动机在读取最后符号后达到最后状态，则句法是正确的。否则，句法是不正确的。形式语言领域中的技术人员理解，可以容易地检查在该语法中的任何字的句法。因此，使用上下文无关语法允许通过使用下推自动机，检查字的句法。

图5是与按照该语法编码的字对应的二元树的示例。这个树对应于字abc+d--，该字是写a-((b+c)-d)的紧凑方式。当然，这取决于被使用来读取该字的方式。其它语法可以利用不同的形式产生字，但是该不同的形式仍然对应于树。

该树通过下述语法规则序列产生：

换言之，开始于非终止符号S；第一操作被应用来利用具有两个分支60和62的树替换该非终止符号，在该树的根具有a-操作。第二操作被应用来利用终止符号a替换该树的第一分支60的叶中的非终止符号S。随后，将第一操作应用于分支62的叶中的剩余非终止符号，该剩余终止符号利用具有两个分支64和66的树替换，在该树的根具有a-操作。第二操作被应用来利用终止符号d替换该树的分支66的叶中的非终止符号S。随后，将第一操作应用于分支64的叶中的非终止符号，该终止符号利用具有两个分支68和70的树替换，在该树的根具有a+操作。第二操作被应用两次来利用终止符号b和c替换该树的分支68和70的叶中的非终止符号S。在图5的示例中，非终止符号S不会再出现，因为所有S的情形被利用树或终止符号替换。

在图5的描述中，符号a被用于描述终止符号，它还用作可能的实体a、b、c和d中之一。因此，本领域技术人员理解的是，上下文无关语法可以具有大数目的规则。实际上，可能存在与所存在的被授予实体a的不同参数一样多的形式为S→a的规则。相反，符号a可以是存储器分配的参考，在该存储器分配中存储用于贡献的参数。在这种情况下，可能存在与这些存储器分配一样多的规则。在系统中对这些规则进行编码的方式对于本领域技术人员而言是直观的，因此不再进行详细描述。

图4和图5的示例例示了所产生的字如何可以对应于树。实际上，上下文无关语法可以适合于产生与树对应的字(即，与树同构的字)。树是用于对部件进行建模的直观表示，并且因此树被广泛地用于基于特征的CAD。适于产生与树对应的字的上下文无关语法因此具有提供对部件进行直观建模的优点。然而，可以使用其它类型的上下文无关语法。

所述方法包括根据优先级顺序来在图形用户界面上显示部件的表示的步骤。部件的设计者通常利用在图形用户界面中显示的部件的表示工作。尽管通过使用种子结构、该组规则、设计特征以及设计特征之间的优先级顺序来对该部件进行建模，但是部件的表示允许直观设计以及便于设计者的工作。

所述方法还包括通过修改该组规则来修改所述两个设计特征之间的优先级的步骤。这个步骤允许利用高灵活性来设计部件。实际上，具有利用种子结构和该组规则确定的优先级顺序的系统保持基于历史的方法的优点，但是所述设计是声明式的。修改两个设计特征之间的优先级顺序为使用这个系统的设计者提供了灵活性。

总之，这些步骤提供用于利用具有基于历史的系统的优点的声明式系统设计部件的工具。

所述方法还包括根据修改后的优先级顺序来显示部件的表示的步骤。这允许设计者观测它的修改的结果。如果该结果未被足够满足，则设计者可以利用其它特征重复上述动作，也就是说，修改所述特征中的一个特征和另一特征之间的或者两个其它特征之间的优先级顺序。因此，可以重复修改和显示的步骤。

部件的表示可以是三维的。3D表示为设计者提供现实示图。然而，所述方法也适用于二维表示。

这个方法通过降低复杂度以及允许并行/协作团队合作设计，减少了学习和训练时间，减少了设计时间周期。特征的内在行为保证最后结果的更好质量。所节省的时间可以缩短上市的时间，或者可以花费在学习其它设计替换上。

部件可以利用多于两个的特征来建模。在这个情况下，所述方法可以包括利用两个特征之间的优先级顺序选择该两个特征的步骤。随后，可以修改仅仅这两个特征之间的优先级。这允许实现局部灵活性。相反地，所述方法可以包括利用多于两个的特征之间的优先级顺序来选择多于两个的特征的步骤。随后，可以在一个步骤中修改所述顺序。例如，如果选择三个特征，则可以在顶层位置放置具有最低优先级的特征。取决于应用领域或设计者偏好，可以提供其它功能。

所述方法可以包括在每个显示步骤之前将该组规则中的规则应用于种子结构的步骤。这提供了用于建模部件的字，根据该字，可以容易地计算部件的表示。或者，所述方法可以显示表示，但不会实际地将规则应用于种子结构，而是通过动态地扫描该规则并且修改表示来显示表示。这具有向用户指向不同的贡献的优点。

应用每个规则可以根据规则的非终止符号修改种子结构。由此，该种子结构可以通过根据不同种类的规则修改来定义优先级顺序。随后，每个规则可以替换与该规则的非终止符号对应的种子结构的非终止符号。由此，可以至少部分地利用在定义设计特征的规则中包含的上下文无关语法的非终止符号(或多个符号)以及该符号(或多个符号)在种子结构中的位置，确定两个设计特征之间的优先级顺序。

现在讨论其中可能出现优先级顺序的修改的不同情形。

在一个示例中，在修改优先级顺序的步骤，将交换规则添加到该组规则中。将交换规则添加到该组规则允许交换优先级，即修改两个特征之间的优先级顺序，而不会改变种子结构。

参照图6到11，通过简单模型来说明交换优先级的概念，并且随后进行归纳。在图6到11的示例中，第一特征输入实体、基部(stock)，并且随后，将某种材料添加到基部上或从基部移除。移除材料比添加材料具有更高的优先级。这种应用语义通过与图6中表示的树对应的种子结构捕获。在下述中，除了种子结构自身外，术语“种子结构”还表示与该种子结构对应的树或者导致该种子结构的规则。

注意，相反的应用语义(材料添加比材料移除具有更高的优先级)可以利用图7中的种子结构捕获。

现在，设计者例示了一个“基部”特征，实体S，三个“添加”特征A、B、C，以及两个“移除”特征D、E，而不管所排序的序列如何。因此，利用图6中的种子结构和确定上述特征的一组规则来对部件进行建模。该组规则稍后说明。为了方便，特征被命名为Stock(基部)(S)，Add(添加)(A)，Remove(移除)(D)，Add(添加)(B)，Add(添加)(C)，Remove(移除)(E)。该特征列表在图8的最左部分表示。移除特征比添加特征具有更高的优先级。在图8的最右部分表示的图8的结构收集这个设计意图。

这个结构遵循缺省行为(移除具有更高的优先级)，因为D和E修整A、B和C。但是假设设计者希望针对任意一对特征来改变这个行为。例如，假设设计者希望“添加”特征B比“移除”特征D具有更高的优先级。这可以通过如下方式来实现而不改变种子结构：正好在将实体D添加到种子结构的“移除”节点之前，将实体B从实体D移除。这得到图9中的树。

按照这种方式，实体D使实体B占用的空间无效，并且随后不会修整实体B。将图9中表示为Swap(交换)(B，D)的“交换B和D”的特征添加到设计特征列表中。交换特征可以利用语法的至少一个规则定义。因此，在两个特征之间交换优先级可以包括将至少一个规则添加到用于建模部件的一组规则。在其它两个特征(例如特征D和A，随后E和A)之间交换优先级是重复这个过程，从而得到图10中的树和特征列表。

因此，在设计者进行前述动作后，该组规则可以包括交换规则。在这种情况下，在修改优先级顺序的步骤处，可以从该组规则中移除交换规则。这允许消除对优先级顺序的先前修改。

相反，在修改优先级顺序的步骤，可以将去交换(un-swap)规则添加到该组规则。去交换规则实现去交换设计特征。去交换规则是允许去交换先前交换的优先级的语法的规则。“去交换”是回到在将交换规则添加到该组规则之前的行为。从贡献管理的角度看，这是取回对应的局部移除。例如，“去交换”Swap(B,D)得到图11中的树。将去交换规则添加到该组规则允许在跟踪消除的同时消除对顺序的先前修改。去交换规则在图11中利用划去线对所应用的交换规则进行划去来表示。

在图6到11中的示例的情况下，种子结构和该组规则可以定义特征之间的缺省优先级顺序。这个缺省优先级顺序可以了根据各个类型的特征来定义。例如，上述示例为特征提供了三种类型(基部，添加和移除)。按照从高优先级到低优先级的降序排列的缺省优先级是移除，然后是添加，然后是基部。这意味首先应用基部特征，随后应用添加特征，而后应用移除特征。提供缺省优先级顺序，为应用领域提供了更高的适用性。

缺省优先级顺序取决于应用领域以及特征类型。适用于应用领域的缺省优先级顺序在设计用于该应用领域的部件时，允许相当大的时间节省。因此，对于利用至少两个特征建模的部件，该两个特征之间的优先级顺序可以由这个缺省优先级顺序决定。该缺省优先级顺序由种子结构和该组规则确定，如将在稍后例示的。简而言之，设计特征利用要被应用于种子结构的语法的至少一个特征定义。这个规则使得至少一个非终止符号介入。缺省优先级顺序可以部分由该非终止符号相对于其它非终止符号在种子结构中的位置确定。非终止符号的位置确定贡献应用于部件的顺序，从而确定优先级顺序。缺省优先级被定义来解决最经常的设计情形，比如80％。这不意味为80％的工业部件可以被设计，因为经验表明在几乎每个工业部件中，存在至少一个需要交换两个特征之间的缺省优先级的情形。因此，至少利用先前所述的交换规则实现的“交换优先级”特征被强制来完成工业部件的设计。换言之，在没有“交换优先级”特征的情况下，仅仅可以设计简单的非现实部件。

清楚的是，所述方法提供所有可能的交换组合，但是控制结构深度。最多两个深度级别被添加到原始(交换树)结构。尽管由缺省优先级顺序确定的缺省行为基本上在所有时间都保持，但是在任何工业设计中，总是存在优先级交换是必需的情形。通过真正的设计特征(交换特征)提供这种能力有助于使用的灵活度和容易度。

交换过程的数学证明确保在优先级交换后计算出的结果与在按照相反的顺序执行操作时计算的结果相同。由于总结是直接的，所以足以证明这导致下述的简单情形。

开始于基部实体S，标准添加特征A以及标准移除特征D，从而得到结构(S+A)-D。随后，交换添加特征和移除特征的优先级，从而得到结构(S+A)-(D-A)。使用标准Boolean算法以及标准注释，数学证明表明：

$\begin{array}{c}(S+A)-(D-A)=(S+A)-(D\·\stackrel{\‾}{A})\\ =(S+A)\·\stackrel{\‾}{(D\·\stackrel{\‾}{A})}\\ =(S+A)\·(\stackrel{\‾}{D}+A)\\ =(S\·(\stackrel{\‾}{D}+A\left)\right)+(A\·(\stackrel{\‾}{D}+A\left)\right)\\ =(S\·\stackrel{\‾}{D})+(S\·A)+(A\·\stackrel{\‾}{D})+A\\ =(S\·\stackrel{\‾}{D})+A\\ =(S-D)+A\end{array}$

其中表示X的补，+表示联合，·表示相交，以及-表示相减(或切除)。

这意味着优先级交换等效于相反的操作顺序。为了完备，针对“添加材料”具有最高优先级的替换简单结构来详述这个结果。起始结构是(S-D)+A。交换优先级得到(S-D)+(A-D)，这等于(S+A)-D，如下对此进行证明。

$\begin{array}{c}(S-D)+(A-D)=(S\·\stackrel{\‾}{D})+(A\·\stackrel{\‾}{D})\\ =(S+A)\·\stackrel{\‾}{D}\\ =(S+A)-D\end{array}$

对于一致性，现在针对上下文无关语法来重新阐述“交换优先级”的概念。使用美国专利7,495,662的注释，定义上述示例的简单种子结构的上下文无关语法是

X＝{δ,+,-,A,B,C,D,E,…}

$V=\{\tilde{S},stock,add,remove\}$

P＝P₀∪P₁

终止符号δ是计数在父节点下的子节点的数目的句法特性，它用于构建与该语法的字同构的树。

在通过起始替代来创建种子结构后，与该创建步骤对应的符号替代是

这得到了字Sstockδ²+ABCaddδ⁴+δ²+DEremoveδ³+δ²-，该字捕获设计意图并且与图12中的树同构。

如上定义的语法允许设计特征之间的缺省优先级顺序。允许使用“交换”特征要求对语法进行下述调整。

X＝{δ,+,-,A,B,C,D,E,…}

$V=\{\tilde{S},stock,add,remove,T\}$

P＝P₀∪P₁

需要另一非终止符号T，并且当利用移除而不是替代来对部件进行建模时，使用替代来参与将实体贡献移除到被添加到该移除节点上的每个贡献的可能性。通过将交换规则添加到该组规则，替换实际完成将移除特征与例如添加特征的交换。

更为通常地，交换特征可以要求若干个交换规则。当特征包括若干贡献(如稍后的示例中那样的)时，就是这种情况。在这种情况下，通过将交换规则添加到该组规则中来实现对优先级的修改。这同样适用于能够利用若干去交换规则实现的去交换特征。然而，在下述中，不失一般性，考虑的是一个交换(相应的去交换)被添加到该组规则中用于执行一次交换(相应的去交换)。

回到上述示例，增强结构是与图13中的树同构的Sstockδ²+ABCaddδ⁴+δ²+DTδ+δ²-ETδ+δ²-removeδ³+δ²-。

对于几何评估，在该字中保持的非终止符号(比如stock、add、remove和T)的行为类似于空集。交换B和D优先级是将替代应用于附接到贡献D的T的出现上。这得到与图14中的树对应的Sstockδ²+ABCaddδ⁴+δ²+DBTδ²+δ²-ETδ+δ²-removeδ³+δ²-。

交换D和A优先级，则利用来完成附接到贡献D和E的T个符号的A和E优先级，从而得到与图15中的树对应的Sstockδ²+ABCaddδ⁴+δ²+DBATδ³+δ²-EATδ²+δ²-removeδ³+δ²-。

去交换B和D的优先级要求两个步骤。首先，通过将BATδ³+改变为ABTδ³+，将字Sstockδ²+ABCaddδ⁴+δ²+DBATδ³+δ²-EATδ²+δ²-removeδ³+δ²-变换为Sstockδ²+ABCaddδ⁴+δ²+DABTδ³+δ²-EATδ²+δ²-removeδ³+δ²-。这是允许的，因为“+”是互换和关联操作(因为联合是互换和关联的)。随后，应用向后符号替代这是去交换规则，从而得到期望的结果：

Sstockδ²+ABCaddδ⁴+δ²+DATδ²+δ²-EATδ²+δ²-removeδ³+δ²-。

优先级顺序的先前修改与交换概念相关。不同的情况是：在修改优先级顺序的步骤中，可以将带到前面规则或送到后面规则添加到该组规则中，在此之后，修改优先级顺序。这为设计者提供了更高的灵活度。

出于设计的目的，有用的是，一个特征的优先级总是高于(或者，相应地低于)任何其它特征(包括过去的(在时间上)和将来(在时间上)的特征)的优先级。这可以利用定义带到前面(或相应地送到后面)特征的带到前面(或相应地送到后面)规则实现。图16中的图表例示了这个原理。“标准”特征通常根据由种子结构和语法规则确定的缺省优先级顺序来表现。“后面”的特征是已经被设计者赋予低优先级的特征。“前面”的特征是已经被设计者赋予高优先级的特征。

从理论上讲，这可以利用动态优先级交换来解决。这不是现实的，因为创建前面的特征要求所有后续特征的动态更新。

替换方案是向种子结构添加专用于“前面”或“后面”特征的节点。在该种子结构内，后面特征节点位于基部后以及增强之前。前面特征节点位于“推动”节点之后以及“切除”节点之前。提供这种用于修改优先级顺序的带到前面或送到后面规则，可以节省计算机资源。

所述方法还可以包括复位操作，该复位操作修改优先级顺序。复位操作可以仅仅删除由带到前面以及送到后面操作所添加的规则。所述复位可以在删除这些效应时反向地跟踪这些规则(即，防止在显示部件的表示时使用这些规则)。

考虑到后面特征和前面特征的概念，问题是如何管理具有不同类型的两个后面特征的相对优先级。例如，参考上述示例，添加特征和移除特征都被发送到后面。缺省行为是维持它们的相对缺省优先级：处于后面的“移除”的优先级高于处于后面的“添加”的优先级。此外，可以使用针对标准特征描述的相同策略，交换它们的相对优先级。换言之，下述用户交互序列是允许的：

1、创建添加特征A₁

2、创建移除特征R₁

3、将A₁发送到后面

4、将R₁发送到后面

5、交换A₁和R₁的优先级。

提供精确的调查来将“交换”操作与“送到后面”和“带到前面”操作进行比较。假设特征A、B和C的优先级低于特征D的优先级。关键点在于在将D发送到后面后，在交换A和D、B和D以及C和D后所得到的几何形是相同的。针对先前定义的简单种子结构给出证明。在创建特征A、B、C和D后，种子结构和贡献如图17中所示。

在交换A和D、B和D以及C和D后，种子结构和贡献如图18中所示。

接下来的计算证明这等效于在添加A、B和C之前，移除实体S之后的实体D，因此判断低优先级节点“后面特征”包含实体D。简而言之，X:＝A+B+C。

$\begin{array}{c}(S+(A+B+C\left)\right)-\left(\right(D-\left(A+B+C\right))+E)=(S+X)-\left(\right(D-X)+E)\\ =(S+X)-\left(\right(D\·\stackrel{\‾}{X})+E)\\ =(S+X)\·\stackrel{\‾}{\left(\right(D\·\stackrel{\‾}{X})+E)}\\ =(S+X)\·(\stackrel{\‾}{\left(D\·\stackrel{\‾}{X}\right)}\·\stackrel{\‾}{E})\\ =(S+X)\·\left(\right(\stackrel{\‾}{D}+X)\·\stackrel{\‾}{E})\\ =\left(\right(S+X)\·(\stackrel{\‾}{D}+X\left)\right)\·\stackrel{\‾}{E}\\ =\left(\right(\left(S+X\right)\·\stackrel{\‾}{D})+(\left(S+X\right)\·X\left)\right)\·\stackrel{\‾}{E}\\ =\left(\right(S\·\stackrel{\‾}{D})+(X\·\stackrel{\‾}{D})+(S\·X)+X)\·\stackrel{\‾}{E}\\ =\left(\right(S\·\stackrel{\‾}{D})+X)\·\stackrel{\‾}{E}\\ =\left(\right(S-D)+X)-E\\ =\left(\right(S-D)+(A+B+C\left)\right)-E\end{array}$

最后的公式等效于图19中表示的结构和贡献。

如同在交换和去交换中的情形，带到前面和送到后面操作可以利用多于一个规则来实现。

因此，种子结构可以配备新节点来支持后面或前面特征内的“送到后面”和“带到前面”操作以及“交换”操作。这是初始种子结构的直接扩展。节点命名可以是：BackAdd(后面添加)、BackRemove(后面移除)、FrontAdd(前面添加)、FrontRemove(前面移除)。

定义“带到前面”或“送到后面”操作的规则在本文中没有清楚地阐述，因为它们是本领域技术可以基于与“交换”规则相关的说明容易地得到的。

已经参照简单的示例描述了本方法，在该简单示例中，利用较少的基本特征(stock、add和remove)对部件进行设计。在下述中，参照具体应用领域来描述本发明。

用于建模部件的每个设计特征具有属于包括下述各项的组的类型：

-基部特征类型，

-推动特征类型，

-接触特征类型，

-增强特征类型，

-切除特征类型，以及

-表面提取特征类型。

可能的是，所述方法包括通过在上述组中选择类型来定义用于对部件进行建模的特征的步骤。优选地，所述组由设计者进行处理。换言之，设计者所使用的软件具有用于利用任意上述特征类型的特征来对部件进行建模的能力。

上述组的优点在于为设计用于具体车身领域的部件提供直观且全面的特征面板。因此，本发明允许使用计算机辅助设计系统来进行直观车身设计。更准确地，尤其针对“白车身”阶段，包括金属板材部件以及生产冲模。上述组的特征称为“白车身”特征。

“白车身”(或BiW)指的是汽车制造时的阶段，在该阶段，车身金属板材(包括门、车篷以及后备箱盖)已经被组装或设计，但是在添加组件(地盘、马达)和汽车内饰(挡风玻璃、座位、车内装潢品、电子产品等)之前。BiW部件在图20中示出。

利用“白车身”特征进行设计的输入数据可以包括造型表面和至少一个冲压方向。冲压方式是用于定义建模该部件的特征的参数的方向。在常规上和为了简单，在整个下述中使用一个冲压方向，Z轴，但是可以是任意方向。冲压方向由几乎所有特征共享。如果在设计期间冲压方向改变，则根据新方向来更新特征。

造型表面是板材部件的起始形状。设计者的技能是修整和将特征组合到这个基本形状，从而满足功能规格。

现在将参照图20-25讨论BiW特征。图20提供了具有切除、接触、负向推动、正向推动和增强特征的BiW部件的示例。图21提供了图20的部件上的切除特征的示例。图22提供了图20的部件上的负向和正向推动特征的示例。图23提供了图20的部件上的接触特征的示例。图24提供了图20的部件上的向上和向下薄增强件特征的示例。图25提供了另一部件上的厚增强件特征的示例。

通过定义，切除特征(或“切除”)从板材部件移除材料。它冲出内部洞孔，或者修整它的边界。在许多情形下，洞孔的形状是轮廓，并且该洞孔被冲为从这个轮廓沿着冲压方向突出。切除被使用来创建：减重、排水、空间节省、门、板材上的纹理装备、模具上的板材的固定和位置。特别地，并且用于特定目的，切除可以是从板材部件上移除的任意立方体。

通过定义，利用推动特征(或“推动”)，使板材部件进行变形，以便使空间区域无效。通常，这个区域在车辆内被(或将被)由不必与该板材部件冲突的另一设备占用。所述板材部件是从底部到顶部变形(正向推动)还是从顶部到底部变形(负向推动)是设计者的决定。推动的输入数据与根据冲压方向的规范“向上”或“向下”一起是任意立方体。可以指定可选的间隙距离d，从而使得所得到的板材部件和输入立方体之间的距离不小于d。

通过定义，接触特征(或“接触区域”)是连接到主板材的表面。它是板材部件和某一其它设备或部件之间的公共区域。它可以是停放区(landingzone)或固定区。接触表面通常由平面轮廓定义，但是它可以是任意表面，包括造型表面的偏移，假设它没有相对于冲压方向折叠的话。

通过定义，增强特征(或“增强件”)是被添加来使得部件变得更硬的板材金属工件中的浮雕特征。所得到的增强件在造型表面和该造型表面的偏移之间。薄的增强件由在造型表面上的直线或曲线的平面网络和厚度定义。厚的增强件由平面接近区域定义，并且造型表面偏移地放置在这些闭合区域上方。

定义这些特征，所述方法适合于用来设计白车身部件。种子结构和该组规则还可以根据特征的各自类型，定义它们之间的缺省优先级顺序。增强件特征具有比接触特征更低的缺省优先级，接触特征本身具有比推动特征更低的缺省优先级，推动特征本身具有比切除特征更低的缺省优先级。这个精确的缺省顺序对于白车身设计是理想的，因为它最接近于白车身设计者的意图。

利用缺省，如下定义特征的相对优先级。切除优先级高于所有其它特征的优先级。推动优先级高于接触和增强优先级。接触优先级高于增强优先级。这意味着在空间重叠的情况下，切除修整任何其它特征，推动修整接触或增强件，以及接触修整增强件。图26捕获了优先级。

图27例示了本发明的两个主要特性。首先，所述系统适于计算几何结果，即使在复杂和多个特征重叠以及不管排序顺序如何的情况下。其次，最终的结果不会依赖于特征创建顺序。所述系统因此是声明式的。这是图形中的从顶部到底部的所有路径都在同一点结束的原因，该所有路径表示切除特征、推动特征、接触特征和增强特征的不同创建顺序。

现在将参照图28来描述特别适于设计白车身部件的种子结构。

为了简单，冲压方向是垂直方向，这不会限制一般性。

“白车身”种子结构开始于从输入表面创建的实体基部。由设计者提供的这个表面是(可能未被修整的)造型表面，在该造型表面上必须实现所述特征。基部实体是输入表面在冲压方向上的挤压，直到足够低的水平面(在下文中称为“底面”)。这个贡献给出节点STK。

正向推动是将输入立方体添加到基部。这个贡献给出节点PP。负向推动是将输入立方体从基部移除。这个贡献给出节点NP。

接触通常由平面轮廓定义。实体贡献通过向下挤压和漂移该轮廓以向下翻译输入表面来创建。该翻译的值稍后讨论。这个实体贡献被添加到基部。这个贡献给出节点PC。另一实体贡献通过向上挤压该输入轮廓以向上翻译输入表面来创建。从基部移除这个实体贡献。它给出节点NC。对于偏移接触或表面接触，保持相同的定义：将向下以及向上实体贡献分别添加到基部以及从基部移除。

增强件利用被添加到基部的向下实体挤压(它供给节点PS)以及从基部移除的向上实体挤压(它供给节点NS)定义。对于薄增强件或厚增强件，保持相同的定义。

切除利用不与冲压方向平行的平面轮廓定义。这个轮廓被沿着冲压方向挤压，向上直到足够高的平面(稍后讨论的“顶面”)以及向下到底面。这个贡献供给节点C。

在将所有下推、接触或增强实体贡献添加到基部以及从基部移除后，提取修改后的实体基部的顶面。通过将修改后的实体基部与向上直到顶面以及向下到底面的输入造型表面的实体挤压相交，促进这个提取。随后，利用切除实体来修整该顶面。或者，可以通过从修改后的实体基部切除实体挤压的互补部分来实现相同的结果。这消除了不想要的裂缝。

每个特征的贡献被按照特征之间的相反缺省优先级顺序，线性到施加到实体基部上。这是从种子结构的顶部到底部，如图28中所示。按照这种方式，第一贡献(低优先级)由下一贡献修整，如此进行，直到最后的贡献(最高优先级)。根据这些原理得到图28的种子结构。

现在详细地描述白车身上下文无关语法(BiW语法)。这个语法适于执行参照图28描述的功能，如同现在详细描述的。终止符号是X＝{δ,x,+,-,A,B,C,D,E,…}，其中

δ捕获操作的输入符号的数目，

x，+，-分别是表面提取、联合和相减操作。

(等价的联合符号是∪)。

A、B、C是立方体。

非终止符号是 $V=\{\tilde{S},stk,ps,ns,pc,nc,pp,np,c,T\},$ 其中

是起始符号，

Stk,ps,ns,pc,nc,pp,np,c调用设计特征类型(基部、正向和负向增强贡献、正向和负向接触贡献、正向和负向推动贡献、切除贡献)。实际上，可以索引这些符号，以便设计所有出现的特征类型。

T是管理优先级符号。

符号替代如下定义。最开始的替代创建与图28中的树对应的种子结构

接下来的替代创建基部实体，尚不要求优先级管理。

Z∈{A,B,C,D,E,…}

接下来的替代将贡献添加到其它特征。它们确实要求通过符号T进行的优先级管理能力，如稍后说明的。

Z∈{A,B,C,D,E,…}

根据理论，定义种子结构的公式的一致性被根据元数据语法的创建逐步证明。元数据语法如下：

$\stackrel{\‾}{X}=\left\{\mathrm{\δ}\right\}\∪A$

$\stackrel{\‾}{V}=\{\stackrel{\‾}{S},\stackrel{\‾}{T}\}$

其中A＝X∪V是应用(例如，“白车身”)语法的终止符号和非终止符号的集合。在附录A中列出了所有步骤，作为信息供参考。附录A的顺序不是唯一的。

可以通过这个元数据语法来由软件工程师或熟练设计者对种子结构进行编辑。这允许将种子结构与具体需要相适应。例如，可以通过切换种子结构中的推动“添加”和推动“移除”来针对所有推动特征改变缺省行为(即，缺省优先级顺序)。根据应用标准，在种子结构设计期间作出这个决定。

现在讨论BiW语法中的特征例示。

增强件通过分别添加到以及从基部移除的两个量S⁺和S^-来对板材部件作出贡献。将这些贡献插入种子结构中是通过下述符号替代序列完成的。

接触通过分别添加到基部以及从基部移除的两个量C⁺和C^-来对板材部件作出贡献。将这些贡献插入种子结构中是通过下述符号替代序列完成的，并且由图30例示。

正向推动通过向基部添加的一个量P⁺来对板材部件作出贡献。将这个贡献插入种子结构中是通过下述符号替代完成的。

负向推动通过从基部移除的一个量P^-来对板材部件作出贡献。将这个贡献插入种子结构中是通过下述符号替代完成的。

切除通过从所提取表面移除的一个量C来对板材部件作出贡献。将这个贡献插入种子结构中是通过下述符号替代完成的。

如先前所述，还可以在种子结构上创建用于管理带到前面和送到后面操作的新节点。尽管这些附加节点可以动态地创建，但是将它们包括在基本种子结构中更为方便。这在图29中例示。

图31中的图表收集混合“带到前面”、“送到后面”、“交换”以及“复位”命令的所有可能性。鉴于上述说明，可以将可能更为复杂的其它命令用于修改建模部件的特征之间的优先级顺序。

现在参照图32到35讨论BiW特征之间的优先级管理。注意，讨论如何管理具有相同类型的两个特征之间的优先级。此外，现在讨论如何修改两个BiW特征之间的优先级顺序。

优先级管理是设计意图，并且按照与设计特征类似的方式捕获。换言之并且如通过前述讨论所述，交换两个特征之间的优先级使得设计者创建“交换”特征，并且为该“交换”特征供给两个设计特征。

如先前所强调的，特征可以将一个或多个贡献应用于部件(每个贡献对应于建模该部件的一组规则中的一个规则)。注意，BiW特征应用一个或两个贡献。

首先，参照图32-33讨论重叠代数。它们处理两个具有相同类型的特征，每个特征通过两个量对种子结构作出贡献，一个量被添加到基部，而另一量被从基部移除。仅仅增强和接触适合这个定义。重叠代数提供混合两个这种特征的所有可能性。

首先，将参照图32讨论与BiW特征重叠的两个贡献的代数。

为了清楚，针对接触特征进行下述讨论，但是针对增强特征，它同样成立。假设F₁和F₂是两个接触，以及是它们的各个贡献。量被添加到基部，以及量被从基部移除。当接触F₁和F₂重叠时，(在图32的最左边表示的)缺省行为可以计算min(F₁,F₂)，这意味着下面的接触修整上面的接触。这是因为接触替代在向种子结构添加接触之后执行。然而，可以通过从中移除以及从中移除来获得结果max(F₁,F₂)。正式地，这通过下述替代序列来完成。

最后，可以通过从中移除来获得(在图32的最右部分上表示的)修改后的行为“F₁总是修整F₂”，这通过下述替代来完成。

上述规则提供了交换规则，该交换规则被添加到建模部件的一组规则中，用于修改具有相同类型的两个贡献特征之间的缺省优先级顺序。

现在，将参照图33讨论与BiW特征重叠的1个贡献的代数。这专用于下推特征。实际上，切除特征本质上是可互换的，并且因此，不需要解决两个切除特征之间的优先级管理。

正向和负向推动相对于其它特征具有相同的优先级。然而，当它们重叠时，(在图33的最左部分上表示的)缺省行为是利用负向推动来修整正向推动，因为种子结构在推动添加后执行推动相减。可以通过在种子结构中切换推动“添加”和推动“移除”，针对所有推动特征改变这个缺省行为。根据应用准则，在种子结构设计期间作出这个决定。可以改变由缺省行为确定的优先级顺序。假设P⁺和P^-是正向推动和负向推动。通过从P^-中移除P⁺来获得(在图33的最右部分上表示的)行为改变，如可以被添加到该组规则中的下述交换规则所规定的。

现在参照图34到35来讨论两个具有不同类型的特征之间的优先级管理。

首先，讨论增强特征和接触特征之间的优先级管理。假设S是增强，S⁺，S^-是它的贡献。假设C是接触，C⁺，C^-是它的贡献。利用缺省，接触C修整增强S。通过从C⁺中移除S^-以及从C^-中移除S⁺，获得这个优先级的反转(增强S修整接触C)，这通过下述替代序列获得。

现在讨论增强特征和正向推动特征之间的优先级管理。假设S是增强，S⁺，S^-是它的贡献。假设P⁺是正向推动。利用缺省，推动P⁺修整增强S。通过从P⁺中移除S^-，获得这个优先级的反转(增强S修整推动P⁺)，这通过下述替代获得。

现在讨论增强特征和负向推动特征之间的优先级管理。假设S是增强，S⁺，S^-是它的贡献。假设P_-是负向推动。利用缺省，推动P^-修整增强S。通过从P^-中移除S⁺，获得这个优先级的反转(增强S修整推动P^-)，这通过下述替代获得。

现在参照图34讨论增强特征和切除特征之间的优先级管理。假设S是增强，S⁺，S^-是它的贡献。假设K是切除。利用缺省，K切除增强S。通过从K中移除S⁺和S^-，获得这个优先级的反转(增强S未被K切除)，这通过下述替代序列获得。

现在参照图35讨论接触特征和正向推动特征之间的优先级管理。假设C是接触，C⁺，C^-是它的贡献。假设P⁺是正向推动。利用缺省，推动P⁺修整接触C。通过从P⁺中移除C^-，获得这个优先级的反转(接触C修整推动P⁺)，这通过下述替代获得。

现在讨论接触特征和负向推动特征之间的优先级管理。假设C是接触，C⁺，C^-是它的贡献。假设P^-是负向推动。利用缺省，推动P^-修整接触C。通过从P^-中移除C⁺，获得这个优先级的反转(接触C修整推动P^-)，这通过下述替代获得。

现在讨论接触特征和切除特征之间的优先级管理。假设C是接触，C⁺，C^-是它的贡献。假设K是切除。利用缺省，K切除接触C。通过从K中移除C⁺和C^-，获得这个优先级的反转(接触C未被K切除)，这通过下述替代序列获得。

现在讨论正向推动特征和切除特征之间的优先级管理。假设P⁺是正向推动。假设K是切除。利用缺省，K切除推动P⁺。通过从K中移除P⁺，获得这个优先级的反转(推动P⁺未被K切除)，这通过下述替代获得。

现在讨论负向推动特征和切除特征之间的优先级管理。假设P^-是负向推动。假设K是切除。利用缺省，K切除推动P^-。通过从K中移除P^-，获得这个优先级的反转(推动P^-未被K切除)，这通过下述替代获得。

现在讨论前面特征和后面特征之间的优先级管理。创建前面特征是对专用的前面节点而不是标准节点作出贡献。创建后面特征是对专用的后面节点而不是标准节点作出贡献。标准特征送到后面是从标准节点中移除它的贡献，并且将它们移到专用的后面节点。标准特征带到前面是从标准节点中移除它的贡献，并且将它们移到专用的前面节点。复位前面或后面特征是从前面或后面节点中移除它的贡献，并且将它们移到标准节点。

上述讨论提供用于反转两个BiW特征之间的优先级的机制。注意，如图所示，总是可以添加一个或多个用于修改两个特征之间的缺省优先级顺序的交换规则。

从CAD系统的角度，对所述方法进行了一般性的描述。在设计者典型地通过图形用户界面创建(即，例示)特征时，所述系统在后台过程管理种子结构以及一组规则。用户通过图形用户界面进行的动作导致在后台过程对该组规则进行修改，如先前所述。对种子结构、规则的编码以及对图形用户界面的开发是软件工程师的任务，对此不进行详细描述。

通过如所指定地实现实体建模操作(联合、相交、相减等)，实现可以受益于本发明。这是本发明的直接使用。如果表面建模算法(主要是分离和修整)对于实现是优选的，则本发明帮助指定如何通过将结果定义为通过实体建模操作获得的结果来组合这些表面操作。

针对特征的每个贡献，添加规则。这些是内部参数。当指定特征时，设计者通常输入用于指定几何对象的参数值。因此，实体贡献的形状基于两种类型的输入。一方面，用户定义的对象(主要的轮廓和厚度)，以及另一方面，内部参数和几何形状。这些内部输入包括：

-被放置为足够低于输入表面的底面。它定义切除贡献和基部实体的下限。它可以根据被放大边界框的输入表面计算。

-被放置为足够高于输入表面的顶面。它定义切除贡献的上限。它可以根据被放大边界框的输入表面计算。

-作为对输入表面的向上翻译的上表面。它定义所草拟的从基部实体移除的实体贡献(增强和接触的实体贡献)的上限。

-作为对输入表面的向下翻译的下表面。它定义所草拟的要添加到基部实体的实体贡献(增强和接触的实体贡献)的下限。

-与可合理地应用于BiW板材部件上的最高以及最低可能特征相关的上表面和下表面的翻译值。创建这些表面之一外的特征会导致失败。所述系统创建被用户解释为设计错误的奇怪形状(非预期切口、不相连的板材部件)。

所述方法可以扩展到适于“白车身”设计的其它特征。在本发明中描述的种子结构潜在地能够支持其他“白车身”特征：例如法兰(flange)特征。设计新的特征要通过种子结构节点来建立和扩展贡献。如果现有节点不能够支持新特征，则可以在保留现有特征和行为的同时，将新节点添加到种子结构中。

上述要素仅仅是本发明的应用的示例。注意，所公开的种子结构不是唯一定义的。实际上，不同的种子结构可以导致相同的设计方案(按照相同的缺省顺序应用相同贡献)。所述种子结构被认为是等价的。

种子结构可以被视为是通过精确的句法来混合操作数和操作符号的代数表达式。取决于操作特性(主要是互换和分发)，可以存在另一等价结构。例如，下述理论布尔表达式(S∪A)-R等价于(S-R)∪(A-R)，因为一个可以被改变为另一个，如下证明的。

$(S\∪A)-R=(S\∪A)\∩\stackrel{\‾}{R}=(S\∩\stackrel{\‾}{R})\∪(A\∩\stackrel{\‾}{R})=(S-R)\∪(A-R)$

利用后固定惯例进行重构，这意味着种子结构SA∪R-等价于种子结构SR-AR-∪。因此，通过定义，如果可以使用代数操作序列来将一个改变为另一个，则两个种子结构是等价的。所允许的代数操作是在种子结构中包含的操作的特性的结果。在前述示例中，使用下述定义和特性：“将一组移除到另一组是将第一组与第二组的补集相交”以及“相交可以通过联合来分配”。

利用传统的基于历史的CAD系统设计的现有“白车身”板材部件可以被包含作为输入表面，假设它是有效的2歧管对象。该形状可以根据贡献和种子结构，利用声明特征来修整。另一方面，可以在传统的CAD系统中重新使用根据种子结构得到的输出表面，因为它是有效的2歧管对象。可以执行任何其它操作(绘制、偏移、组装、修整、机器加工等)，并且保持关联性。

本发明对本领域作出显著的贡献，因为它指定了下述要素中的一个或多个。

-“白车身”特征列表。每个特征被定义为完成对“白车身”部件的设计者有意义的精确功能。

-在特征重叠情形下的缺省行为。这定义当两个或更多个特征在3D空间中占用相邻位置时，它们彼此之间应该如何修整。无论特征如何重叠，该系统总是提供几何解决方案。

-当缺省行为不满足设计意图时，局部以及全局优先级修改(即，改变)。取决于所述情形和/或所述方法的实现，优先级改变被捕获作为特征的特性或适当的设计特征。

-能够根据所述缺省行为和修改的行为来处理所述特征的专用种子结构。

-无历史设计(即，声明设计)：(利用“白车身”特征的贡献给出的种子结构计算出的，即所述一组规则)所得到的形状不会取决于特征创建顺序。

由于这些特性，本发明使得“白车身”CAD系统更容易学习和使用，因为设计者处理适当的语义。内部复杂度(主要是操作的历史)被隐藏。质量是固有的，并且无历史特性允许协作设计。

所述方法可以利用CAD系统执行。所述计算机辅助设计系统可以包括数据库，该数据库存储通过使用上下文无关语法的种子结构、语法的一组规则、至少两个设计特征、以及所述设计特征之间的优先级顺序建模的部件，每个设计特征由所述一组规则中的至少一个规则定义，所述设计特征之间的优先级顺序由种子结构和该组规则确定。所述系统还可以包括图形用户界面，该图形用户界面适于执行上面详述的方法。

计算机程序可以包括供计算机执行的指令。所述指令包括用于利用计算机辅助设计系统的(或所包括的)图形用户界面执行所述方法的模块。所述方法还包括数据库，该数据库存储通过使用上下文无关语法的种子结构、所述语法的一组规则、至少两个设计特征、以及所述设计特征之间的优先级顺序建模的部件，每个设计特征由所述一组规则中的至少一个规则定义，所述设计特征之间的优先级顺序由种子结构和该组规则确定。这样的程序可以用于更新CAD系统，从而变为适于执行本发明的方法。

如现有技术中所公知的，这样的程序可以记录在计算机可读存储介质中。

附录A

Claims (14)

1.一种用于设计通过使用下述各项来建模的部件的计算机实现方法：

-上下文无关语法的种子结构，所述种子结构是上下文无关语法的字，

-从语法的所有规则中取出的所述语法的一组规则，

-至少两个设计特征，设计特征是附加在所述部件上的限制，每个设计特征由所述一组规则中的至少一个规则定义，定义所述设计特征的规则按照任意顺序应用于所述种子结构，

-通过所述种子结构和所述一组规则确定的所述设计特征之间的优先级顺序，

所述方法包括以下步骤：

-根据所述优先级顺序，在图形用户界面中显示所述部件的表示，

-通过修改所述一组规则来修改所述两个设计特征之间的优先级顺序，

-根据修改后的优先级顺序，显示所述部件的表示。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在修改所述优先级顺序的步骤处，将交换规则添加到所述一组规则中。

3.如权利要求1所述的方法，其中

所述一组规则包括交换规则，并且

在修改所述优先级顺序的步骤处，从所述一组规则中移除所述交换规则。

4.如权利要求1所述的方法，其中

所述一组规则包括交换规则，并且

在修改所述优先级顺序的步骤处，将去交换规则添加到所述一组规则中。

5.如权利要求1所述的方法，其中，在修改所述优先级顺序的步骤处，将带到前面规则或送到后面规则添加到所述一组规则中，在所述添加之后，所述优先级顺序被修改。

6.如权利要求1到5中的任何一项所述的方法，还包括在每个显示步骤之前，将所述规则应用到所述种子结构的步骤。

7.如权利要求6所述的方法，其中，应用每个规则的步骤根据该规则的至少一个非终止符号来修改所述种子结构。

8.如权利要求7所述的方法，其中，每个规则替换与所述规则的非终止符号对应的所述种子结构的非终止符号。

9.如权利要求1到5中的任何一项所述的方法，其中，每个设计特征具有的类型属于包括下述各项的组：

-基部特征类型，

-推动特征类型，

-接触特征类型，

-增强特征类型，

-切除特征类型，以及

-表面提取特征类型。

10.如权利要求9所述的方法，其中，在所述修改的步骤处，将取决于所述两个设计特征的类型的交换规则添加到所述一组规则中。

11.如权利要求1到5中的任何一项所述的方法，其中，所述种子结构和所述一组规则根据所述特征的相应类型，定义所述特征之间的缺省优先级顺序。

12.如权利要求10所述的方法，用于设计白车身的部件，

其中，所述种子结构和所述一组规则根据所述特征各自的类型，定义所述特征之间的缺省优先级顺序，以及

其中，增强特征具有比接触特征更低的缺省优先级，所述接触特征自身具有比推动特征更低的缺省优先级，以及所述推动特征自身具有比切除特征更低的缺省优先级。

13.一种计算机辅助设计系统，包括：

a)数据库，其存储通过使用下述各项建模的部件：

-上下文无关语法的种子结构，所述种子结构是上下文无关语法的字，

-从语法的所有规则中取出的所述语法的一组规则，

-至少两个设计特征，设计特征是附加在所述部件上的限制，每个设计特征由所述一组规则中的至少一个规则定义，定义所述设计特征的规则按照任意顺序应用于所述种子结构，

-通过所述种子结构和所述一组规则确定的所述设计特征之间的优先级顺序，以及

b)图形用户界面，其适合于执行如权利要求1-12中的任何一项所述的方法。

14.一种用于设计通过使用下述各项来建模的部件的计算机实现装置：

-上下文无关语法的种子结构，所述种子结构是上下文无关语法的字，

-从语法的所有规则中取出的所述语法的一组规则，

-至少两个设计特征，设计特征是附加在所述部件上的限制，每个设计特征由所述一组规则中的至少一个规则定义，定义所述设计特征的规则按照任意顺序应用于所述种子结构，

-通过所述种子结构和所述一组规则确定的所述设计特征之间的优先级顺序，

所述装置包括用于执行如权利要求1-12中的任何一项所述的方法的模块。