CN104008224A - 用于在计算机辅助设计系统的三维场景中设计对象的装配件的计算机实现的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在计算机辅助设计系统的三维场景中设计对象的装配件的计算机实现的方法，包括下列步骤：在所述场景中提供(S1)与第一设计尺寸范围相关联的第一定位器(LOC1)；并且在所述场景中提供(S2)分别与第二设计尺寸范围相关联的至少一个第二定位器(LOC2a，LOC2b)，所述第一设计尺寸范围的上限具有比所述第二设计尺寸范围的上限大的上限。

Description

用于在计算机辅助设计系统的三维场景中设计对象的装配件的计算机实现的方法
技术领域
本发明涉及计算机程序和系统的领域，并且更具体地涉及用于在计算机辅助设计系统的三维场景中设计对象的装配件的计算机实现的方法的领域。 
本发明涉及一般的装配件设计，其中涉及具有不同的设计尺寸范围的部件或对象。本发明可以在对具有大尺寸(类似1000km的公路)的产品结构对象和具有小尺寸(例如，螺栓)的对象进行混合的任何程序中找到。 
这样的设计尺寸范围与对象的真实尺寸相对应，该真实尺寸包括在界定所述尺寸范围的下限和上限之间。 
背景技术
容易发现，在土木工程软件中，具有不同尺寸的对象的混合是常见的。 
大多数三维计算机辅助设计软件已经能够处理具有不同的设计尺寸范围的对象。 
当具有不同设计尺寸范围的对象都包含在相同的场景中时，软件会使建模的精确度降低以便能够处理这一尺寸的宽范围。 
标准三维计算机辅助设计软件面对这一问题：CATIA、Solidworks、Unigraphics NX、PTC ProEngineer......。 
然而，CATIA版本5提供了在不同对象中设计的不同设计尺寸范围，但是不能够混合具有不同设计尺寸范围的对象以便制造完整的多设计尺寸范围装配件。这一缺点会使用户绕过它或者按照非常规的方式来使用它。 
例如，用户一般使用比例因子以便将大尺寸对象适配到正常尺寸对象中。例如，使用1∶1000比例因子，100km的堤变为100m的对象，这能够适配在正常尺寸对象中。当然，仍然存在混合对象的问题。 
也能够考虑不同的土木工程软件：Autodesk Civil3D、Bentley微型工作站、Nemetschek Allpan、Intergraph SmartPlant......。 
这些土木工程软件一般进行了高尺寸对象设计的假设，并且因而不允许设计非常小而精确的机械装配件。 
设计的范围，即，最大元件和最小元件之间的尺寸比率，受限于计算机的硬件架构。 
这是由于以下事实：计算机必须编码真实数字以便按照唯一能够被计算机理解的二进制形式来表示它们。利用最新的计算机架构和程序语言，真实数字被编码在64比特上。这允许大概地存储具有总共15个有效位数的数字，在第15个位数之后的所有位数被忽略(根据IEEE标准四舍五入)。 
不幸的是，由于“约去”误差，当对那些数字执行运算时，精确度降低。为了便于解释，下面给出了示例。为了简化，我们考虑仅能够处理3个位数(代替15个位数)的(很差的)计算机，并且我们要求这台计算机执行下面的运算x+y+z，其中：x＝8.22；y＝0.00317；并且z＝0.00432。 
取决于对其进行计算的顺序，这一运算具有两个不同的结果： 
(x+y)+z给出： 
x+y＝8.22317，其四舍五入为8.22 
然后(x+y)+z＝8.22432，其四舍五入为8.22 
x+(y+z)给出： 
y+z＝0.00749，其不会被截尾，因为它保持3个位数 
x+(y+z)＝8.22749，其四舍五入为8.23 
当例如执行数以百万计的运算以便解析微分方程时，能够想象精确度的损失。 
当所考虑的数字之间的量级增加时，这一精确度的损失增加。 
这就是几何建模者具有对于几何对象的设计的预定义和常数范围的原因，该范围定义了最大元件和最小元件之间的尺寸比率。 
这使得非常难于建模并且管理混合有完全不同尺寸的对象的完整装配件，例如其上具有汽车的10000km的公路，该汽车含有电路板、该电路板含有芯片，该芯片含有晶体管......。软件必须使建模的精确度降低以便同 时处理尺寸的这一宽范围。这使得用户不能够在其设计中涉及的所有尺寸范围上获得期望的精确度。例如，当对跨过100km的堤坝进行建模时1cm的准确度(或精确度)是足够的，但是，当设计将被包括在这一堤坝中的小机械装配件时，1μm的精确度是强制性的。 
发明内容
因而，为了设计对象的装配件，该对象具有不同的设计尺寸范围，需要用户改变具有数据导出的软件，这导致准确度的重大损失。 
本发明的目标在于提供一种计算机实现的方法和系统以便克服上面提及的问题。 
根据本发明一个方面，提出一种用于在计算机辅助设计系统的三维场景中设计对象的装配件的计算机实现的方法，包括下面步骤： 
-在所述场景中提供与第一设计尺寸范围相关联的第一定位器或参考系；以及 
-在所述场景中提供分别与第二设计尺寸范围相关联的至少一个第二定位器或本地参考系，所述第一设计尺寸范围具有比所述第二设计尺寸范围的上限大的上限。 
因而，能够实际地增加用于在三维场景中设计对象的装配件的计算机实现的方法的精确度，其中，能够在不同的设计尺寸范围中设计几个对象。 
根据实施例，每一个定位器包括轴系统。 
轴系统不仅提供关于位置的信息，还附加地提供关于取向的信息，例如，具有角度值。 
根据实施例，第二定位器相对于所述第一定位器定位。 
相对定位允许彼此相对地定位所有元件或对象。 
根据实施例，不同的第二定位器被连续嵌套。 
因而，用户能够使用嵌套的几个不同的尺寸范围，因此能够针对其设计中的所有对象定义合适的设计范围。 
根据实施例，所述设计尺寸范围在预定义的列表中可选择。 
使用设计尺寸范围的预定义的列表允许简化实现本方法的应用的开 发，并且简化用户之间的数据兼容性，并且允许用户持续留意该尺寸范围和精确度。 
根据实施例，所述第一设计尺寸范围被自动调整以便适配所述装配件的最大对象。 
因而，用户确定最大的对象能够被完美地包括在该尺寸范围内。 
根据实施例，所述第一设计尺寸范围尽可能地小。 
因而，用户能够利用被最佳调整的第一设计尺寸范围来自动地进行其设计并且有助于最佳的可能准确度。 
根据本发明的另一方面，还提出一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质以便使计算机系统执行上面描述的用于在三维场景中设计对象的装配件的方法。 
根据本发明的另一方面，还提出一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，用于在三维场景中设计对象的装配件，所述计算机程序产品包括用于使系统执行如上所述的步骤的代码单元。 
根据本发明的另一方面，还提出一种用于在计算机辅助系统的三维场景中设计对象的装配件的装置，所述装置包括用于实现如上所述的步骤的单元。 
本发明的目的在于允许具有总是满足用户期望的精确度的混合的多范围3D设计。 
附图说明
通过对通过非限制性示例的方式描述的并且通过附图说明的一些实施例的研究，将更好地理解本发明，在附图中： 
-图1至图3说明了根据本发明方面的方法； 
-图4至图9说明了根据本发明方面的方法的示例； 
-图10说明了可以在其中实现本发明的计算机网络或类似的数字处理环境；并且 
-图11说明了计算机的内部结构的图。 
下面的附图更加详细地解释了本发明的功能。 
具体实施方式
可以在不同的方面中找到本发明。 
第一方面是取决于要设计的装配件的部件或对象的尺寸的建模的不同范围的可用性。用户可以具有例如在下面之间的选择： 
-...... 
-特大设计尺寸范围 
ο最大元件：10000km 
ο最小元件：10mm 
-大设计尺寸范围 
ο最大元件：100km 
ο最小元件：0.1mm 
-正常设计尺寸范围 
ο最大元件：1km 
ο最小元件：1μm 
-小设计尺寸范围 
ο最大元件：10m 
ο最小元件：10nm 
-特小设计尺寸范围 
ο最大元件：0.1m 
ο最小元件：0.1nm 
-...... 
与在图1中说明的类似，该用于在计算机辅助设计系统的三维场景中设计对象的装配件的计算机实现的方法，包括： 
-第一步骤S1，在所述场景中提供与第一设计尺寸范围相关联的第一定位器；以及 
-第二步骤S2，在所述场景中提供分别与第二设计尺寸范围相关联的至少一个第二定位器，所述第一设计尺寸范围具有比所述第二设计尺寸范围的上限大的上限。 
然后，与在图2中说明的类似，为了实现混合的设计尺寸范围装配件， 用户需要将部件结合到较上的设计尺寸范围装配件中。 
这通过在较高的设计尺寸范围装配件中定义包含定位器的部件来完成，该定位器例如是轴系统，用于确定和定位较低的尺寸部件。这一机制能够根据需要而被重复许多次：较低的尺寸部件能够定义定位器以便确定和定位甚至更低的尺寸部件，等等。 
轴系统能够用作定位器以便定位不是来自直接较小的设计尺寸范围的部件。这意味着特大设计尺寸范围部件中的轴系统能够用于定位正常设计尺寸范围部件或小设计尺寸范围部件(不仅仅是大设计尺寸范围部件)。 
如果存在几个较低的尺寸部件要被定位并且要与相同的部件进行装配，则能够存在几个定位器，在当前情况中是多个轴系统。 
定位是相关联的。如果定位器位置改变，则当位于这一定位器上的部件变得被更新时，会相应地移动。 
在图2的当前示例中表示了与较上的设计尺寸范围装配件相关联的第一定位器LOC1，该较上的设计尺寸范围装配件是包括第一元件EL1的大设计尺寸范围部件LDRP。 
在所描述的示例中，定位器，或者换句话说是参考系和本地系，包括各自的轴系统，但是，可替换地，他们能够包括用于空间定位的任何系统。 
第二定位器LOC2与包括两个第二元件EL2a和EL2b的正常设计尺寸范围部件NDRP相关联，并且第三定位器LOC3与包括第三元件EL3的小设计尺寸范围部件SDRP相关联。 
图3说明了对于桥的设计的细化的示例，其中，不同的第二定位器被连续嵌套在第一定位器LOC1中。 
在图3中，第一定位器LOC1与例如地球的特大设计尺寸范围ELDR相关联，第一个第二定位器LOCI2a与嵌套在第一定位器LOC1中的例如桥的大设计尺寸范围LDR相关联，第二个第二定位器LOCI2b与嵌套在第一个第二定位器LOCI2a中的例如桥的部分的正常设计尺寸范围NDR相关联。 
本发明还提出了将在给定设计尺寸范围部件中具有几何尺寸的部件传送到较下或较上的设计尺寸范围部件。 
当发生到较下的设计尺寸范围部件的传送时，该几何形状被裁剪以便 适配到该较下的设计尺寸范围部件。如果在该几何形状中存在一些间隙，则该几何形状还需要被清理，这些间隙将需要在传送之后被填充以便获得整齐而有效的几何形状(和拓扑)。 
图4至图9说明了根据本发明方面的方法的示例。 
用户能够从与大设计尺寸范围部件LDRP相关联的第一定位器LOC1开始以便进行桥的概念设计，如在图4中说明的。 
然后，与在图5中说明的类似，用户能够定义两个第二定位器LOC2a和LOC2b，以便定位两个相对应的正常设计尺寸范围部件NDRPa和NDRPb的位置，并且在图6中用户能够创建和定位两个相对应的正常设计尺寸范围部件NDRPa和NDRPb。 
然后，两个正常设计尺寸范围部件NDRPa和NDRPb被清空。 
图7中说明了来自大尺寸部件的骨架数据的导入(或传送)。在导入期间，如果需要，可以对该数据进行裁剪和清理。导入机制在任何类型的几何形状(线框、表面、固体、网格......)上工作并且也是相关联的。 
在图8中，在两个正常设计尺寸范围部件NDRPa和NDRPb中最终完成该设计。 
然后，图9中表示大设计尺寸范围部件LDRP和正常设计尺寸范围部件NDRPa和NDRPb的装配件。 
在这一方法中，每一件事情都意在是相关联的，较低尺寸部件在其轴系统上的定位，以及从一个部件到另一个部件的几何形状传送。这使得这一方法非常容易自动化，并且非常容易应用改变。 
相反，当向较上的尺寸部件传送几何形状时，该几何形状被清理以使得从产生的几何形状中移除太小的实体(小于较上的尺寸部件的精确度的那些实体)。 
例如，所述设计尺寸范围在预定义的列表中可选择。 
而且，调整所述第一设计尺寸范围以便适配所述装配件的最大对象。 
所述第一设计尺寸范围能够尽可能地小。 
图10说明了其中可以实现本发明的计算机网络或类似的数字处理环境。 
客户端计算机/设备CL和服务器计算机SV提供执行应用程序等等的处理、存储和输入/输出设备。客户端计算机/设备CL也能够经过通信网络CNET链接到其它计算设备，包括其它客户端设备/处理器CL和服务器计算机SV。通信网络70可以是远程接入网络、全局网络(例如，以太网)、世界范围的计算机、局域网或宽域网、当前使用各自协议(TCP/IP、蓝牙等等)以便彼此进行通信的网关中的一部分。其它电子设备/计算机网络架构也是适合的。 
图11是图10的计算机系统中的计算机(例如，客户端处理器/设备CL或服务器计算机SV)的内部结构的图。每一台计算机CL、SV包含系统总线SB，其中总线是用于在计算机或处理系统的组件之间进行数据传送的硬件线路的集合。总线SB本质上是连接计算机系统的不同元件(例如，处理器、磁盘存储、存储器、输入/输出端口、网络端口等等)的共享管道，其使能元件之间的信息传送。 
附接到系统总线SB的是用于将各种输入和输出设备(例如，键盘、鼠标、显示器、打印机、扬声器等等)链接到计算机CL、SV的I/O设备接口DI。网络接口NI允许计算机连接到附接到网络(例如，图10的网络CNET)的各种其它设备。 
存储器MEM提供对于用于实现本发明实施例的计算机软件指令SI和数据CPP的易失性存储(例如，第一路径构建器PB、用于计算第二路径的单元CM、实现在图1至8中讨论的方法的更新器UD以及上面详述的支持代码)。 
磁盘存储DS提供对于用于实现本发明实施例的计算机软件指令SI和数据DAT的非易失性存储。中央处理单元CPU也附接到系统总线SB并且规定计算机指令的执行。 
在一个实施例中，处理器例程SI和数据DAT是计算机程序产品(一般被称为CPP)，包括提供用于本发明系统的软件指令的至少一部分的计算机可读介质(例如以一个或多个DVD-ROM、CD-ROM、软盘、磁带等等为例的可移除存储介质)。计算机程序产品CPP可以通过现有技术中已知的任何合适的软件安装过程进行安装。 
在另一实施例中，软件指令中的至少一部分也可以通过电缆、通信和/或无线连接进行下载。在其它实施例中，本发明程序是体现在传播媒介(例如，无线电波、红外波、激光波、声波、或者通过诸如以太网的全局网络或其它网络传播的电波)上的传播信号中的计算机程序传播信号产品SP。这样的载体介质或信号提供用于本发明例程/程序CPP的软件指令的至少一部分。 
在可选实施例中，传播信号是在传播介质上承载的模拟载波或数字信号。例如，传播信号可以是通过全局网络(例如，以太网)、电信网络或其它网络传播的数字化信号。 
在一个实施例中，传播信号是在时间段内通过传播介质传输的信号，例如，用于在毫秒、秒、分钟或更长的时段内通过网络在分组中发送的软件应用的指令。 
在另一实施例中，计算机程序产品CPP的计算机可读介质是传播介质，其中计算机系统CL可以进行接收和读取，例如通过接收传播介质并且识别在传播介质中体现的传播信号，如上面针对计算机程序传播信号产品所描述的。 
一般来说，术语“载体介质”或暂态载体包括前述的暂态信号、传播信号、传播介质、存储介质等等。 
尽管参照本发明的示例实施例特定示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将理解，在不偏离由所附权利要求中包含的本发明的范围的情况下，可以在形式和细节方面做出各种改变。 

Claims (10)

1.一种用于在计算机辅助设计系统的三维场景中设计对象的装配件的计算机实现的方法，包括下列步骤：
-在所述场景中提供(S1)与第一设计尺寸范围相关联的第一定位器(LOC1)；以及
-在所述场景中提供(S2)分别与第二设计尺寸范围相关联的至少一个第二定位器(LOC2a，LOC2b)，所述第一设计尺寸范围具有比所述第二设计尺寸范围的上限大的上限。
2.如权利要求1所述的方法，其中，每一个定位器(LOC1，LOC2a，LOC2b)包括轴系统。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，第二定位器(LOC2a，LOC2b)相对于所述第一定位器(LOC1)定位。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的方法，其中，不同的第二定位器(LOCI2a，LOCI2b)被连续嵌套。
5.如前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述设计尺寸范围在预定义的列表中可选择。
6.如前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述第一设计尺寸范围被自动调整以便适配所述装配件的最大对象。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一设计尺寸范围尽可能地小。
8.一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，所述计算机可执行指令使计算机系统执行如权利要求1至7中的任意一项所述的用于在三维场景中设计对象的装配件的方法。
9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，用于在三维场景中设计对象的装配件，所述计算机程序产品包括用于使所述系统执行如权利要求1至7中的任意一项所述的步骤的代码单元。
10.一种用于在计算机辅助系统的三维场景中设计对象的装配件的装置，包括用于实现如权利要求1至7中的任意一项所述的方法的步骤的单元。
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