CN104965938A - 通过使用由几何约束连接的几何形状来设计工业产品 - Google Patents

Abstract

本发明尤其涉及一种用于设计工业产品的计算机实现的方法，其中使用包括节点和边的约束图来建模工业产品的几何形状之间的约束，节点表示几何形状，而边表示两个几何形状之间的约束。该方法包括以下步骤：选择产品的至少一个几何形状；根据表示至少一个所选择的几何形状的节点，计算图中每个节点的深度值；在图中识别对立约束，对立约束由定向的边表示，其中开始节点的深度值大于结束节点的深度值；反转所识别的对立约束；修改至少一个所选择的几何形状。

Description

通过使用由几何约束连接的几何形状来设计工业产品

技术领域

本发明涉及计算机程序和系统的领域，并且更具体地涉及设计工业产品的方法、系统和程序，其中使用包括节点和边的约束图建模所述工业产品的几何形状之间的约束。

背景技术

在市场上提供用于对对象进行设计、工程(engineering)、制造的多个系统和程序。CAD是计算机辅助设计的缩写，例如，它涉及用于设计对象的软件解决方案。CAE是计算机辅助工程的缩写，例如，它涉及用于模拟未来产品的物理行为的软件解决方案。CAM是计算机辅助制造的缩写，例如，它涉及用于定义制造过程和操作的软件解决方案。在这样的计算机辅助设计系统中，就技术效率来说，图形用户接口扮演着重要的角色。这些技术可以嵌入在产品生命周期管理(PLM)系统中。PLM指的是一种商业策略，所述商业策略帮助公司在整个扩展的企业的概念上来共享产品数据、应用通用过程、并运用公司知识以用于从产品的概念开始到其寿命的结束到产品的开发。

由Dassault Systemes(商标为CATIA、ENOVIA和DELMIA)提供的PLM解决方案提供了组织产品工程知识的工程中心、管理制造工程知识的制造中心、以及使得企业能够整合(integration)和连接到工程中心和制造中心的企业中心。通过以上各项，该系统交付了一种链接产品、过程、资源的开放式对象模型，以使能动态的、基于知识的产品创建和决策支持，所述产品创建和决策支持用于驱动优化的产品定义、制造准备、生产和服务。

在CAD系统中，连接形成工业产品的几何形状的几何约束是定向的(oriented)。两个几何形状之间的约束的定向意味着一个几何形状是主(master)元素，而另一个几何形状是从(slave)元素。例如，当创建表面A和表面B之间的匹配约束时，表面B不变，而表面A被变形以便适应表面B的边界边。创建顺序由系统保存，并且修改必须根据该顺序进行。在该示例中，不可能按照表面A的修改的版本而变形表面B。

在创建步骤的定向约束实际上是合适的，这是因为结果显然取决于选择顺序。因此，CAD系统以可预测的方式操作，这有利于可用性。

然而，对于修改的目的，约束的定向使得难以了解哪个对象必须被编辑以便适合设计意图。

此外，在修改步骤，约束定向在几何形状上不是“可见的”。这是因为诸如曲线和表面的几何形状造型约束(重合、匹配、平滑连接等)并不天然地与例如机械设计的偏移约束的箭头相关联。

对于设计师来说，了解约束的定向的通常方式是尝试修改几何形状以便找出谁是主元素以及谁是从元素。一旦做到这一点，设计师迭代对主元素的改变，直到从元素根据设计意图而行动，这是因为从元素不能被直接编辑。

取决于约束的类型，一些定向可由手反转，这使得改变过程更容易，但对于生产目的并不如本应该的那样流畅。简而言之，CAD系统的行为由约束网络定向而不是修改意图所控制。

另一个问题在于设计师被允许创建定向约束的循环。从理论的角度来看，循环是两个或更多个元素之间永无止境的依赖。解决方案的存在并不是保证的先验，并且解决方案的计算可需要迭代过程，从而产生收敛性问题。从用户的角度来看，在曲线和表面造型设计的背景下，约束的循环是交互式选择的副作用，而不是实际的设计意图。用于处理循环的一种已知解决方案存在于向用户提供建议(例如，通过显示字母数字消息)以允许用户决定是否听从该建议。使用该解决方案，修改受约束的一组几何对象是关于在警告信息下调整约束网络的问题。CAD系统本身并不改变约束定向，并且如果优选的界面风格是交互式和流畅地移动变形几何对象，则这个解决方案并不是高效的。

在该背景下，仍然存在对于一种用于设计工业产品的改进方法的需要，其中，几何形状之间的约束是定向的。

发明内容

因此，提供一种设计工业产品的计算机实现的方法，其中使用包括节点和边的约束图建模工业产品的几何形状之间的约束，节点表示几何形状，并且边表示两个几何形状之间的约束。该方法包括以下步骤：

-选择所述产品的至少一个几何形状；

-根据表示至少一个所选择的几何形状的节点，计算图中每个节点的深度值；

-在图中识别对立约束，对立约束由定向的边表示，其中，开始节点的深度值大于结束节点的深度值；

-反转所识别的对立约束；

-修改至少一个所选择的几何形状；

-传播对所选择的几何形状的修改。

该方法可包括以下中的一个或多个：

-传播对所选择的几何形状的修改包括：依据对至少一个所选择的几何形状的修改，根据在约束图中建模的约束而解决几何形状，所述解决是根据由所计算的深度值定义的序列顺序执行的；

-具有相同深度值的节点被分组，并且用于解决几何形状之间的约束的序列顺序包括：对于具有深度值n+1的节点的分组，根据由连接分组的节点的边所表示的约束而解决几何形状，根据从具有深度值n的节点的分组中的节点朝向具有深度值n+1的节点的分组中的节点的约束而解决几何形状；

-解决具有深度值n的节点的分组的几何形状之间的约束；

-在计算图的每个节点的深度值的步骤之后，从具有最低深度值的节点到具有最高深度值的节点，确定图的每个边的定向的步骤；

-连接具有相同深度值的两个节点的边保持不变；

-在选择产品的至少一个几何形状的步骤之后，选择至少一个参考元素的步骤，其中参考元素是在传播步骤保持未被修改的产品的几何形状；

-至少一个所选择的参考元素和至少一个所选择的几何形状具有为图的最低深度值的相同深度值；

-在传播对所选择的几何形状的修改的步骤之后，恢复被反转的所识别的对立约束的原始定向的步骤；

-由节点表示的几何形状是点、线、曲线、表面、平面、立体中的一个。

进一步提供包括用于执行该方法的指令的计算机程序。

进一步提供其上具有所记录的所述计算机程序的计算机可读存储介质。

进一步提供一种系统，包括：耦合到存储器和图形用户接口的处理设备，该存储器其上具有所记录的所述计算机程序。

附图说明

现在将通过非限制性的示例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：

图1示出了该方法的示例的流程图；

图2示出了有向图或约束图的示例；

图3示出了图2的图的示例，其中每个节点的所计算的深度值根据节点8的用户选择而进行显示；

图4示出了图2的图的示例，其中用虚线表示对立约束；

图5示出了图2的图的示例，其中用虚线表示逆向的对立约束；

图6示出了根据由图3的所计算的深度值定义的序列顺序执行的对几何形状的解决的示例；

图7示出了通过对于车身初步设计的几何约束连接在一起的几何形状的三维网络的示例；

图8示出了图7的几何形状的三维网络的约束图的示例；

图9示出了图7的几何形状的三维网络，其中双箭头示出了位于曲线3上的曲线5的端点，所述曲线5的端点可由设计师移动而不修改曲线3；

图10示出了用图8的图的虚线表示的对立约束；

图11示出了图8的反转的对立约束；

图12示出了图7的几何形状的三维网络，其中位于曲线2上的曲线5的端点被允许由设计师移动；

图13示出了CAD系统的图形用户接口的示例；以及

图14示出了用于执行根据本发明的方法的计算机系统的示例。

具体实施方式

参照图1的流程图，提出一种设计工业产品的计算机实现的方法，其中用约束图建模工业产品的几何形状之间的约束。约束图包括节点和边，节点表示工业产品的几何形状，边表示工业产品的两个几何形状之间的约束。该方法包括：选择工业产品的至少一个几何形状。该方法进一步包括：对图中的每一个节点，根据表示之前所选择的几何形状的节点而计算深度值。接着，该方法包括：在图中识别一个或多个对立约束。对立约束是由定向的边定义的，其中开始节点的深度值大于结束节点的深度值。该方法还包括：反转一个或多个所识别的对立约束；否则，一个或多个所识别的对立约束的定向是逆向的。该方法进一步包括：例如在用户操作时，修改至少一个所选择的几何形状。该方法还包括：在工业产品的一个或多个其它几何形状上传播对所选择的几何形状的修改。

这样的方法改进对工业产品的设计，其中几何形状之间的约束是定向的，这是因为本发明通过自动地反转对立约束而对修改意图给予优先级。事实上，给定一组受约束的几何形状，给定要被修改的一组用户所选择的元素并给定可选的一组参考元素，本发明计算所有几何元素关于用户选择和参考元素的深度值，并由于该深度值，确定对立约束。接着，对立约束的定向被反转，使得当由设计师实际执行修改时，跨根据设计意图所定向的约束网络进行传播。此外，以参考元素不被修改的方式而计算定向。在完成修改之后，恢复对抗元素的原始定向，并允许对几何元素的新选择，根据所述新选择而运行另一重新定向过程。

因此，由于本发明，对设计师隐藏约束定向，使得直接执行修改，而无需手动重定向约束或搜索主/从设置。这使得几何产品容易地由原设计师或由不是初始版本的作者的另一设计师进行修改。因为系统通过调和初始设计意图、(可选的)参考元素和即时的修改意图而具有自然行为，所以该修改甚至更容易。继而，在修改步骤节约了时间；提高了生产力，这使得最终产品在较短的时间中可获得。此外，本发明使得可以解决(solve)图中的约束的循环。事实上，涉及具有不同深度值的几何形状的约束的循环通过反转对立约束而被移除。换句话说，用户选择暂时在几何元素之间引入优先级，从而许多循环依赖性被移除。不是所有的循环都由该过程移除，但继续存在的那些循环是不相关的。解算器(solver)可以因此解决属于相关循环的约束。由于在尝试解决约束循环时解决方法不再延迟，因此可节约计算资源。本发明的另一优势在于：在完成对所选择的几何形状的修改的传播之后，可容易地恢复对立约束的初始定向。这通过避免数据模型的分歧(divergence)而保存初始设计意图，使得整体过程更稳健。

该方法是计算机实现的。这意味着该方法的步骤(或基本上所有步骤)由至少一个计算机或任何类似的系统执行。因此，该方法的步骤可由计算机全自动地或半自动地执行。在示例中，该方法的至少一些步骤的触发可以通过用户-计算机交互而执行。所需要的用户-计算机交互的级别可取决于自动预见的级别，并且与实现用户的希望的需要相平衡。在示例中，该级别可以是用户定义和/或预定义的。

例如，选择产品的几何形状的步骤可根据用户操作而执行，例如，用户对几何形状的所显示的表示进行选择。类似地，修改所选择的几何形状的步骤可根据用户操作而执行。

该方法的计算机实施方式的典型示例是使用适于该目的的系统执行该方法。该系统可包括：耦合到存储器和图形用户接口(GUI)的处理器，该存储器具有记录于其上的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行该方法的指令。存储器也可存储数据库。该存储器是适于该存储的任何硬件，可包括多个物理分离的部件(例如，一个用于程序，以及可能的一个用于数据库)。

“数据库”的意思是被组织以供搜索和检索的数据(即，信息)的任何集合。当被存储在存储器上时，数据库允许由计算机快速搜索和检索。数据库事实上被结构为便于结合各种数据处理操作而进行对数据的存储、检索、修改和删除。数据库可由文件或文件集合构成，所述文件或文件集合可分解为记录，每个记录由一个或多个字段构成。字段是数据存储的基本单元。用户可主要通过查询来检索数据。根据正在使用的数据库管理系统的规则，用户可使用关键字并排序命令而在多个记录中快速搜索、重新排列、分组并选择字段，以检索或创建关于数据的特定聚合的报告。

在该方法的情况下，工业产品可存储在数据库上。建模工业产品的几何形状之间的约束的约束图可存储在数据库上。

该方法通常操作建模的对象。建模的对象是由在数据库中存储的数据定义的任何对象。例如，在本发明中，工业产品可使用建模的对象设计(其可以是例如曲线和表面的几何形状)而进行设计。几何形状由几何形状约束连接。几何形状约束可以是但不限于相切、匹配、连接面、端点重合、连接平滑…

通过扩展，“建模的对象”的表述指定数据本身。根据系统的类型，建模的对象可由不同类型的数据定义。该系统可事实上是CAD系统、CAE系统、CAM系统、PDM系统和/或PLM系统的任何组合。在这些不同的系统中，建模的对象可以由对应数据定义。由此，可以说起CAD对象、PLM对象、PDM对象、CAE对象、CAM对象、CAD数据、PLM数据、PDM数据、CAM数据、CAE数据。然而，这些系统都不是排他的，这是因为建模的对象可以由对应于这些系统的任何组合的数据进行定义。系统可因此是CAD和PLM系统两者，这将从下文提供的对该系统的定义显而易见。

CAD系统的意思是至少适于基于建模的对象的图形表示而设计建模的对象的任何系统。CATIA是CAD系统的示例。在这种情况下，定义建模的对象的数据包括允许表示所述建模的对象的数据。CAD系统可例如使用边或线、在某些情况下使用面或表面提供CAD建模的对象的表示。线、边或表面可以多种方式表示，例如，非均匀有理B样条(NURBS)。具体来说，CAD文件包含可根据其生成几何形状的说明，其进而允许生成表示。建模的对象的说明可以存储在单个CAD文件或多个CAD文件中。在CAD系统中表示建模的对象的文件的常规大小在每个部件一兆字节的范围中。并且建模的对象通常可是数千个部件的组装。

在CAD的环境中，建模的对象通常可是3D建模的对象，例如表示产品，例如部件或部件的组装或可能的产品的组装。“3D建模的对象”的意思是由允许其3D表示的数据建模的任何对象。3D表示允许从所有角度观看部件。例如，当被3D表示时，3D建模的对象可以处理并围绕其任何轴或围绕在其上显示表示的屏幕中的任何轴转动。这是显著地排除了2D图标，2D图标不是3D建模的。3D表示的显示便于设计(即，增加设计师统计上完成任务的速度)。因为产品的设计是制造过程的一部分，所以这加速了工业中的制造过程。

CAD系统可以是基于历史的。在这种情况下，建模的对象进一步由包括几何特征的历史的数据而定义。建模的对象可实际上由物理人(即，设计师/用户)使用标准建模特征(例如，拉伸、旋转、切割和/或圆角等)和/或标准表面特征(例如，扫描、弯折、方样、填充、变形、光顺和/或等)进行设计。支持这些建模功能的CAD系统是基于历史的系统。这意味着设计特征的创建历史通常通过非循环的数据流保存，所述非循环的数据流通过输入和输出链接将所述几何特征链接在一起。基于历史的建模范例自从80年代开始就是众所周知的。建模的对象通过两个持续数据表示进行描述：历史和B-rep(即，边界表示)。B-rep是在历史中定义的计算的结果。当建模的对象被表示时，在计算机的屏幕上显示的部件的形状是B-rep(的棋盘格局)。部件的历史是设计意图。基本上，历史收集了关于建模的对象已经历的操作的信息。B-rep可与历史一起保存，使得更容易地显示复杂部件。历史可和B-rep一起保存，以便允许根据设计意图的部件的设计变化。

“PLM系统”的意思是适于管理建模的对象的系统，所述建模的对象表示物理制造的产品。在PLM系统中，建模的对象因此由适用于制造物理对象的数据来定义。这些数据一般是尺寸值和公差值。为了正确制造对象，事实上具有这些值是更佳的。

CAM代表计算机辅助制造。CAM解决方案的意思是适于管理产品的制造数据的任何解决方案、硬件的软件。制造数据一般包括关于制造的产品、制造过程和所需资源的数据。CAM解决方案用于计划和优化整个的产品制造过程。例如，CAM解决方案可以向CAM用户提供关于可行性、制造过程的持续时间或在制造过程的特定步骤可使用的资源数量(例如，特定的机器人)的信息；并因此允许关于管理或所需投资的决策。CAM是在CAD过程和潜在的CAE过程之后的后续过程。该CAM解决方案由DassaultSystèmes以商标提供。

CAE代表计算机辅助工程。CAE解决方案的意思是适于分析建模的对象的物理行为的任何解决方案，硬件的软件。已知并广泛使用的CAE技术是有限元素方法(FEM)，其通常涉及将建模的对象划分为其物理行为可通过方程进行计算和模拟的元素。该CAE解决方案由Dassault Systèmes以商标提供。另一发展中的CAE技术涉及建模和分析复杂系统，该复杂系统由物理的不同字段组成多个组件，而不使用CAD几何数据。CAE解决方案允许模拟并因此允许优化、改进和验证产品以进行制造。该CAE解决方案由Dassault Systèmes以商标提供。

PDM代表产品数据管理。PDM解决方案的意思是适于管理与特定产品有关的所有类型数据的任何方案、硬件的软件。PDM解决方案可由涉及产品的生命期的所有操作人员使用：主要工程师但也包括项目经理、财务人员、销售人员和买家。PDM解决方案通常基于面向产品的数据库。它可以允许操作人员共享关于他们的产品的一致性数据并因此避免操作人员使用分歧数据。该PDM解决方案由Dassault Systèmes以商标提供。

图13示出了系统的GUI的示例，其中该系统是CAD系统。

GUI 100可以是典型的CAD接口，该接口具有标准菜单栏110、120以及底部和侧边工具栏140、150。这些菜单栏和工具栏包含一组用户可选择的图标的，每个图标与一个或多个操作或功能相关联，如本领域已知的。这些图标中的一些与软件工具相关联，这些图标适于编辑和/或操作在GUI100中显示的3D建模的对象200。该软件工具可分组为工作台。每个工作台包括软件工具的子集。特别地，工作台中的一个是编辑工作台，其适于编辑建模的产品200的几何特征。在操作中，设计师可以例如预先选择对象200的一部分并接着启动编辑(例如，改变尺寸、颜色等)或通过选择适当的图标而编辑几何约束。例如，典型的CAD操作是对在屏幕上显示的3D建模的对象的冲孔(punch)或折叠的建模。

GUI可以例如显示与所显示产品相关的数据250。在图2的示例中，数据250(显示为“特征树”)以及它们的3D表示200与包括制动钳和盘的制动零件相关。GUI可进一步示出各种类型的图形工具130，例如用于便于对象的3D的定向，以用于触发对所编辑的产品的操作的模拟或呈现所显示产品200的各种属性。光标(未示出)可由触觉设备控制以允许用户与图形工具交互。

图14示出了用于执行该方法的计算机系统的示例，其中该系统是客户计算机系统。

该示例的客户计算机包括连接到内部通信总线1000的中央处理单元(CPU)1010，随机存取存储器(RAM)1070也连接到总线。客户计算机进一步被提供有图形处理单元(GPU)1110，GPU 1110与连接到总线的随机存取存储器1100相关联。视频RAM 1100在本领域中也称为帧缓冲器。大量存储设备控制器1020管理对大量存储设备的访问，例如硬盘1030。适合于有形地实施现计算机程序指令和数据的大量存储设备包括所有形式的非易失性存储器，其包括例如半导体存储器设备，例如EPROM、EEPROM、和闪速存储器设备；磁盘，例如内部硬盘和可移动磁盘；磁光盘；和CD-ROM盘1040。上述中的任何一种可由专门设计的ASIC(专用集成电路)补充或包含在其中。网络适配器1050管理对网络1060的访问。客户计算机还可以包括触觉设备1090，例如光标控制设备、键盘等。光标控制设备在客户计算机中使用以允许用户选择性地在显示器1080上的任何所期望的位置处放置光标。此外，该光标控制设备允许用户选择各种命令，并输入控制信号。光标控制设备包括多个信号生成设备，以用于向系统输入控制信号。通常，光标控制设备可以是鼠标、用于生成信号的鼠标的按钮。可替换地或另外，客户计算机系统可以包括感应板和/或感应屏幕。

计算机程序可以包括可由计算机执行的指令，所述指令包括用于使得上述系统执行所述方法的单元。该程序可以在任何数据存储介质上被记录，该数据存储介质包括系统的存储器。该程序可以例如在数字电子电路中实现，或在计算机硬件、固件、软件、或它们的组合中实现。程序可以作为装置实现，例如产品有形地实施在机器可读存储设备中，以用于由可编程处理器执行。方法步骤可以由执行程序的指令的可编程处理器执行，以通过对输入数据操作并生成输出而执行方法的功能。该处理器可以因此为可编程的或被耦合以从数据存储系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备接收数据和指令，并向其发送数据和指令。应用程序可以高级程序或面向对象编程语言实现，或当需要时，以汇编语音或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编辑语言或解释语言。该程序可以是全安装程序或更新程序。在系统上的程序的应用在任何情况下导致用于执行该方法的指令。

“设计工业产品”指定作为详细说明建模的对象(例如，3D建模的对象)的过程的至少一部分的任何动作或动作系列。因此，该方法可包括从零开始创建工业产品。可替换地，该方法可包括提供之前创建的工业产品，并接着修改该工业产品。

该方法可被包括在制造过程中，其可包括：在执行该方法之后，产生对应于建模的对象的物理产品。在任何情况下，由该方法设计的建模的对象可表示制造对象。建模的对象可因此是建模的固体(即，表示固体的建模的对象)。制造对象可以是机械产品，例如部件或部件的零件。因为该方法改进了对建模的对象的设计，所以该方法也改进了对产品的制造并因此增加制造过程的生产力。

CAD软件解决方案允许在各种且无限制的工业领域中设计工业产品：航空、建筑、建造、消费商品、高科技设备、工业装备、运输、航海、离岸和运输。

参照回图1，在步骤S100，选择工业产品的一个或多个几何形状。

工业产品是以几何形状的集合表示的建模的对象。术语几何形状意思是用于表示模型的实体。实践中，使用例如线、曲线、面或表面的几何形状来表示模型。几何形状之间的约束可用于将几何形状关联在一起，例如用于指定固定的位置或角度。用包括节点和边的约束图来建模产品的几何约束之间的约束。图的节点表示产品的几何形状，而两个节点之间的边表示由它们各自节点所表示的两个几何形状之间的约束。术语图意为点的集合的表示，其中一些对的节点通过边(也被称为链接)连接。由节点表示的几何形状可以是点、线、曲线、表面、平面(place)、立体(solid)中的一个。

正式地，几何形状和约束的网络由约束的有向图G＝(X，U，α，ω)建模，其中X是节点的集合，U是弧的集合并且其中α：U→X和α：U→X是连接函数。表达式α(u)＝x意为x∈X是弧u∈U的初始节点，并且ω(u)＝y意为y∈X是弧u∈U的结束节点。节点X符号化几何形状对象(也被称为几何形状)，并且弧U符号化约束。通过弧定向捕获约束定向。初始节点α(u)是约束u的主元素，而结束节点ω(u)是约束u的从元素。表达ω^-1(x)是使得ω(u)＝x的所有弧u的集合。表达α(ω^-1(x))是由从y到x的定向弧连接到节点x的所有节点y的集合。表达α^-1(x)是使得α(u)＝x的所有弧u的集合。表达ω(α^-1(x))是由从x到y的定向弧连接到节点x的所有节点y的集合。该模型通过具有相反定向特征的双向弧来处理非定向约束。图G可包括循环。

如本领域已知的，可基于用户操作而对向用户显示的几何形状的表示执行对几何形状的选择。例如，用户可使用在图14上示例的系统的触觉设备，以用于对图13所表示的GUI中显示的工业产品的几何形状中的一个进行操作。

可替换地，对几何形状的选择可由系统自动执行，例如，该系统选择最后编辑的几何形状。应当理解：选择可依赖于连续的用户动作和自动选择。

现在参照图2，示出了约束图的示例。在该图中，X＝{1，…，15}，其意为该图包括十五个节点。两个节点之间的箭头表示约束。箭头的头在从节点上，而箭头始于主节点。例如，用定向的边(由箭头表示)将节点8连接到节点7，该定向的边从节点8开始并到达节点7：节点8是主节点，而节点7是从节点。在两个节点之间的约束不是定向的的情况下，边由双向箭头表示-例如，由节点3和4表示的几何形状使用非定向约束进行约束。约束图具有四个循环特征，循环分别包括节点(1，2，6)，(2，3，7，6)，(7，12，14，11)，(14，11，15)。

回到图1，在步骤S110，选择至少一个参考元素。表达参考元素意为保持未修改的产品的几何形状，即，用户不能修改该几何形状。实践中，参考元素用于在其中与另一设计师共享参考元素的设计情境，该另一设计师是所述元素的所有者。为了通过约束重新定向过程而保持参考元素不被改变，参考元素被系统地包括在用户所选择的对象的集合中，如将在下文中解释的。

对一个或多个参考元素的选择可以以针对对产品的几何形状的选择所解释的相同方式而执行。实践中，自动选择参考元素，根据之前的用户选择而执行对哪个参考元素将被选择的识别。

接着，在步骤S120，计算图的每个节点的深度值，根据表示所选择的几何形状的节点而执行该计算。节点的深度值通过映射而建模，p：X→N，意为p(x)是节点x的深度值，其中X是约束图的节点的集合。深度值上整数。当遍历图时，节点的深度值用于表示该节点与开始节点的“距离”。该距离可以是(但不限于)当从开始节点到到达节点遍历图时所遇到的图的节点的数量。对图的遍历可以根据如下算法执行。

在步骤S100，使得为所选择的节点的集合，并且在步骤S110使得为所选择的参考元素的集合(可能为空)。使得S：＝S’∪R为包括用户所选择的元素和参考元素的所选择的元素的集合。从节点S开始，根据以下原则而针对所有节点x∈X计算深度值：

(i)所选择的节点S的深度值被设置为“0”；因此，所选择的参考元素和几何形状具有相同深度值，该相同深度值为该图的最低深度值；

(ii)进入到具有深度值n的节点的未访问节点具有深度值n+1。当两个节点由边连接时，节点进入到所选择的节点。

在深度值计算过程中，对于进入搜索没有考虑边定向。因此，进入到所选择的节点S的节点具有深度值“1”。进入到深度值为“1”的节点的节点具有深度值“2”，进入到深度值为“2”的节点的节点具有深度值“3”，以此类推。

对于所有节点，第一个深度值是符号“-1”，以便在图遍历期间识别未访问的节点。

For all x∈X do begin

       p(x)：＝-1

End for

下一步骤是为所有所选择的节点设置零深度值，即，在步骤S100和步骤S110(如果有的话)所选择的一个或多个节点。

For all x∈S do begin

       p(x)：＝0

End for

接着，对剩余深度值的计算按如下进行。集合Y和Z是用于管理在图中的导航的工作变量。数字n是当前深度值并在导航期间增加。

一旦已访问了约束图的所有节点，即当满足条件Y＝Φ时，图的所有节点与深度值相关联。

图3示出了根据对由节点8符号化的几何形状的用户选择而计算图2的图的节点的深度值。在该示例中，不存在所选择的参考元素并且每个节点的深度值被写入括号中。

一旦给定符号深度值“-1”并在用户已选择由节点8符号化(或表示)的几何形状之后，将深度值“0”给予节点8。接着，相邻节点5、9、12、7被遍历并给出深度值“1”。接着，对于相邻于节点5、9、12、7并具有符号深度值“-1”的每个节点，将深度值设置为“2”；这些节点是相邻于节点7的节点11、6、3、4和相邻于节点12的节点14和15。接着，对于相邻于节点11、6、3、4、14和15并具有符号深度值“-1”的每个节点，将深度值设置为“3”；这些节点是相邻于节点3的节点2、相邻于节点6的节点1、以及相邻于节点11的节点10和13。在深度值计算期间，对于进入搜索并不考虑边定向。

回到图1，在步骤S130，识别一个或多个对立约束。对立约束由定向的边表示，其中，开始节点的深度值大于结束节点的深度值。对于被认为从x指向y的边，开始节点是节点x，而结束节点是节点y。否则，开始节点是边的末尾，而结束节点是边的头。现在，对立弧的集合 构成所有的弧，使得结束节点的深度值小于起始节点的深度值。所提醒的是U符号化约束。

图4示出了对图2的图的对立约束的识别。对立边由虚线表示。例如，边(3，7)是对立的，这是因为p(7)＝1＜2＝p(3)。作为另一示例，边(9，8)是对立的，这是因为1＝p(9)＞p(8)＝0。

在步骤S130的对对立约束的识别之前可以是这一步骤：从具有最低深度值的节点到具有最高深度值的节点而确定图的每个边的定向。有利地，该对每个边的定向的确定使得识别步骤S130更容易。需要理解，在计算图的每个节点的深度值的步骤之后，执行对定向的确定。

边可以连接具有相同深度值的两个节点。这样的边不会被识别为对立约束并将保持不变，即，该边在步骤S130不被识别为对立约束并且在步骤S140不被反转。

回到图1，在步骤S140，反转在步骤S130识别的一个或多个对立约束。反转对立约束意为表示约束的边的定向被逆向。作为步骤S140的结果，集合A为空，即，约束图不再包括边，使得结束节点的深度值小于起始节点的深度值。

反转对立约束有利地允许消除约束图的许多循环。该反转如下进行：

图5示出了图4中的图，其中对立约束已经被反转。重定向的边仍由虚线表示。例如，边(7，3)不是对立的，这是因为p(7)＝1＜2＝p(3)。作为另一示例，边(8，9)不是对立的，这是因为0＝p(8)＜p(9)＝1。注意到循环2-1-6、循环7-6-2-3以及循环7-12-14-11消失了，相反循环15-14-11被保留了。循环15-14-11被称为残留循环。

接下来，在图1的步骤S150，修改所选择的几何形状。如在本领域已知的，可以执行对几何形状的修改；例如，用户修改几何形状的参数。

接着，在步骤S160，将对几何形状的修改传播到工业产品的一个或多个其它几何形状。传播对几何形状的修改意味着根据对所选择的几何形状的修改而解决了该产品的几何形状。解决几何形状涉及解决几何形状之间的约束。实践中，解决几何形状通过一个或多个解决方法执行，如本领域已知的。

根据由计算的深度值定义的序列顺序来执行解决。事实上，对表示对立约束的边的重定向产生了对约束网络的顺序解决。因此，序列顺序由在步骤S120计算的节点的深度值而定义。

该序列顺序依赖于节点的分组，该节点的分组通过分组具有相同深度值的节点而获取。具有深度值“0”的节点形成分组。接着，通过有限重复(recurrence)，根据将具有深度值n+1的节点的分组中的节点连接在一起的约束以及根据从(之前解决过的)深度值n几何形状向深度值n+1几何形状定向的约束来解决该分组的节点。否则，对于具有深度值n+1的节点的分组，根据由连接该分组的节点的边表示的约束，解决由该分组的节点所表示的几何形状，并且根据从具有深度值n的节点的分组中的节点向具有深度值n+1的节点的分组中的节点定向的约束，解决由该分组的节点所表示几何形状。因此，从具有最小深度值的节点的分组向具有最大深度值的节点的分组完成该顺序解决。

需要理解的是，连接标记有相同深度值的节点的约束可具有循环特征。这些残留循环是不相关的，这是因为它们不与由用户选择所定义的修改意图相冲突。残留循环可有利地由本领域已知的任何专门方法解决，如反转一个约束、迭代…

还需要理解的是，对于具有深度值n的节点的分组，当根据从深度n几何形状朝向深度n+1几何形状的约束而解决具有深度值n+1的节点的分组中的节点时，几何形状之间的约束被解决，并且几何形状是固定的。

现在参照图6，图5描绘的图的节点被分组为四个分组：节点8属于深度值“0”的节点组(也称为级别“0”)，节点深度值“1”的组合(也称为级别“1”)，节点深度值“2”的组合(也称为级别“2”)，以及节点2、1、10、13形成深度值“3”的组合(也称为级别“3”)。为清楚期间，重定向弧用虚线表示。该示例特征化在深度值“2”的组合发生的残余循环15-14-11。

将被解决的第一组合是级别“1”的组合：由节点5、9、7、12表示的几何形状一起根据从节点8朝向节点5、9、7、12的约束进行解决，并考虑由节点8表示的几何形状是固定的。将被解决的第二组合是级别“2”的组合：由节点表示的几何形状一起根据从节点5、9、7、1定向的约束进行解决，认为级别1的组合的几何形状被解决(并因此它们是固定的)。类似地，级别“3”被解决。

因此，对两个连续级别n和n+1的了解允许解决由具有深度值n+1的节点组合的节点表示的几何形状。这有利地使得解决器的实施方式更加容易。此外，因为较少的数据需要用于解决级别n+1的组合，需要较少的计算资源用于传播几何形状的修改。

一旦每个组合的几何形状被解决，则认为修改的传播被执行。在该方法的该步骤，所选几何形状的修改根据设计意图传播在定向的约束网络。而且，边的约束以该方式计算：参考元素(如果有的话)不被修改。

在步骤S170，在进行修改之后，所识别的对立约束的原始定向被恢复。对立约束因此返回到它们的原始状态。这有利地避免工业产品的任何降级：原始的设计意图被保留。

因此，在执行步骤S170之后，设计师可以执行对几何元素的新的选择，根据所述新的选择而运行另一重定向过程。因此，对于每个几何形状选择，用户可以自由修改所选择的几何形状，同时保留该产品的设计意图。因为该方法处理由设计师无意识创建的定向约束(例如，当使用曲线和表面造型工作台时)，所以使得对产品的几何形状的自由修改成为可能。并非以创建顺序逐个地评价循环的约束(其一般产生不令人满意的解决方案)，可以通过重定向约束而打破循环，其有利地通过将即时的设计意图考虑在内以及要被打破的循环对残留循环的拓扑结构而提供自然的行为。

图7至12示出了用于车身初步设计的曲线的典型三维网络的示例。焦点在于曲线1至7。几何形状(即，曲线1至7)通过几何约束连接在一起。它们的定向由原始设计师在该工业产品的初步设计的创建步骤处选择顺序而设置。需要理解：几何形状的网络可用于设计任何工业产品，例如(但不限于)机器、仪器、装备、装置、服装、纺织…

图7的曲线1至7根据图8的约束图而进行连接。曲线1和3是参考元素并在图中由带圆圈(circled)的节点表示。曲线1和3不能被修改。曲线6和7的端点与曲线1的端点8、9共享。曲线2的端点10、11分别被约束在曲线6和曲线7上。曲线4的端点分别被约束在曲线1和曲线2上。曲线5的端点分别被约束在曲线2和曲线3上。最后，位于曲线2上的曲线5的端点与位于曲线2上的曲线4的端点重合，并且在该点处，曲线4和曲线5之间的连接是曲率连续的。

图8所示的约束的定向允许设计师滑动位于曲线3上的曲线5的端点，而不修改曲线3，如图9中的双箭头所示。位于曲线4上的曲线5的端点不能通过改变曲线5而移动，这是因为该端点与曲线4共享，该端点是曲线5的主元素，如图9所示。

图10示出了图8中的图，其中已计算出节点的深度值并且用虚线表示所识别的对立约束。我们注意到：曲线1和曲线3(在图中由带圆圈的节点表示)是参考元素并且因此具有“0”深度值。曲线5也具有“0”深度值，这是因为该曲线是设计师选择的几何形状。曲线1、3和5属于相同的分组级别“0”。在该示例中，存在从节点3开始并在节点5结束的定向约束；当根据由所计算的深度值定义的序列顺序解决几何形状时，该约束因此被解决。

图11示出了图10的图，其中对立约束已被反转。从现在开始，设计师可以自由修改曲线5，这是因为对立约束已被反转。从几何的角度看，设计师被允许滑动位于曲线3上的曲线5的端点并自由移动位于曲线2上的曲线5的端点，这可以改变曲线2和曲线4的各自的形状，如图12所示。因此，从现在开始，设计师能够根据曲线5引导(pilot)曲线2和曲线4，而同时保留曲线3和1。一旦已执行对曲线5的修改，被反转的对立约束的初始定向被恢复，并且因此所修改的产品保持与初始模型相同的约束。保留了产品的稳健性。

Claims (13)

1.一种用于设计工业产品的计算机实现的方法，其中，使用包括节点和边的约束图来建模所述工业产品的几何形状之间的约束，所述节点表示几何形状，而所述边表示两个几何形状之间的约束，所述方法包括以下步骤：

选择所述产品的至少一个几何形状；

根据表示至少一个所选择几何形状的节点，计算所述图中每个节点的深度值；

在所述图中识别一个或多个对立约束，对立约束由定向的边表示，其中，开始节点的深度值大于结束节点的深度值；

反转所识别的一个或多个对立约束；

修改所述至少一个所选择的几何形状；

传播对所选择的几何形状的修改。

2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中，所述传播对所选择的几何形状的修改包括：依据对所述至少一个所选择的几何形状的修改，根据在所述约束图中建模的所述约束来解决几何形状，所述解决是根据由所计算的深度值定义的序列顺序而执行的。

3.根据权利要求2所述的计算机实现的方法，其中，具有相同深度值的节点被分组，并且用于解决几何形状之间的所述约束的所述序列顺序包括：对于具有深度值n+1的节点的分组：

根据由连接所述分组的节点的边所表示的约束而解决所述几何形状；

根据从具有深度值n的节点的分组中的节点朝向具有深度值n+1的节点的分组中的节点的约束而解决所述几何形状。

4.根据权利要求3所述的计算机实现的方法，其中，解决具有深度值n的节点的分组的几何形状之间的约束。

5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的计算机实现的方法，在计算所述图中每个节点的深度值的步骤之后，还包括以下步骤：

从具有最低深度值的节点到具有最高深度值的节点，确定所述图中每个边的定向。

6.根据权利要求1-5中的任意一项所述的计算机实现的方法，其中，连接具有相同深度值的两个节点的边保持不变。

7.根据权利要求1-6中的任意一项所述的计算机实现的方法，在选择所述产品的至少一个几何形状的步骤之后，还包括以下步骤：

选择至少一个参考元素，其中，参考元素是在传播步骤保持未被修改的所述产品的几何形状。

8.根据权利要求7所述的计算机实现的方法，其中，至少一个所选择的参考元素与所述至少一个所选择的几何形状具有相同深度值，所述相同深度值为所述图的最低深度值。

9.根据权利要求1-8中的任意一项所述的计算机实现的方法，在传播对所选择的几何形状的修改的步骤之后，还包括以下步骤：

恢复被反转的所识别的一个或多个对立约束的原始定向。

10.根据权利要求1-9中的任意一项所述的计算机实现的方法，其中，由所述节点表示的所述几何形状是点、线、曲线、表面、平面、立体中的一个。

11.一种计算机程序，包括用于执行根据权利要求1-10中的任意一项所述的方法的指令。

12.一种计算机可读存储介质，其上具有所记录的根据权利要求11所述的计算机程序。

13.一种系统，包括：耦合到存储器和图形用户接口的处理器，所述存储器其上具有所记录的根据权利要求11所述的计算机程序。