CN105718627A - 设计多领域物理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种由计算机系统执行的用于设计多领域物理系统的方法。所述方法包括如下步骤：显示(S10)多领域物理系统的框图表征，所述框图表征包括各自与所述多领域物理系统的相应的子系统对应的框以及在框之间的链路，所述链路与在相应的子系统之间的多领域物理连接对应；以及在由用户发送缩放命令时，显示(S30)至少一个相应的子系统的框图表征的预览，对预览所进行的显示是由计算机系统对缩放命令的检测来控制的。这样的方法改良了3D建模对象的设计。

Description

设计多领域物理系统

技术领域

本发明涉及工业设计领域，特别是涉及用于设计多领域物理系统(multi-physicssystem)的方法、程序以及计算机系统。

背景技术

市场上提供了多种计算机系统和程序，用于对象的设计、工程和制造。CAD是“计算机辅助设计”的缩写，例如，其涉及用于对对象进行设计的软件解决方案。CAE是“计算机辅助工程”的缩写，例如，其涉及用于对未来产品的物理行为进行仿真的软件解决方案。CAM是“计算机辅助制造”的缩写，例如，其涉及用于规定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计算机系统中，图形用户界面在技术的效率方面发挥重要作用。这些技术可以嵌入在产品生命周期管理(PLM)计算机系统中。PLM指的是一种商业策略，围绕“延伸性企业”的概念，其帮助公司共享产品数据、应用通用的过程、以及提升用于产品从概念到该产品生命结束的开发的企业知识。

由DASSAULTSYSTEMES(商标为CATIA、ENOVIA和DELMIA)提供的PLM解决方案提供了：工程中心(hub)，其对产品工程知识进行组织；制造中心，其对制造工程知识进行管理；以及企业中心，其使得能够将企业整合并连接到工程中心和制造中心二者内。总而言之，该解决方案给出了一种开放的对象模型，其将产品、过程、资源联系起来，以实现动态的、基于知识的产品创新和决策支持，这推动了对产品定义、制造准备、生产和服务的优化。

许多计算机系统允许将框图(blockdiagram)用于对多领域物理系统进行建模和显示，现在这是非常流行的。框图提供了对从多领域物理全局系统到其子系统的细分以及在所述子系统之间的多领域物理连接的示意性且易于理解的表征。已知的解决方案包括使得能够在复杂的多层级框图中进行导航的各种工具(例如基于SysML的工具，如IBMRhapsody，AtegoStudio，以及SparxEnterpriseArchitect或MathworksSimulink，均为注册商标)，这些工具特别是提出了浏览较低层级的简单的双击以及切换回到较高层级的用户意图。

在此上下文中，仍然存在对设计多领域物理系统的解决方案进行改进的需求。值得注意的是，对现有的框图设计解决方案的人体工学进行改进是特别受关注的。

发明内容

因此，提供了一种由计算机系统执行的用于设计多领域物理系统的方法。所述方法包括如下步骤：显示对多领域物理系统的框图表征。所述框图表征包括：各自与所述多领域物理系统的相应的子系统对应的框(block)、以及与在相应的子系统之间的多领域物理连接对应的、在框之间的链路。所述方法还包括如下步骤：在由用户发送缩放命令时，显示对至少一个相应的子系统的框图表征的预览。对预览的显示是由计算机系统对缩放命令所进行的检测来控制的。

所述方法可包括下列各项中的一个或多个：

——在表征相应的子系统的框的内部显示预览；

——用指向设备(pointingdevice)发送缩放命令，缩放的焦点位置是通过由指向设备所指向的位置来指定的，对预览的显示还由所述计算机系统对缩放的焦点位置与表征相应的子系统的框的内部之间的对应关系所进行的检测来控制；

——通过用指向设备对预定动作进行重复来使得缩放的强度连续地增加，随着缩放的强度增加而渐进地显示所述预览；

——所述方法还包括：显示子系统的框图表征的步骤，以及在由计算机系统检测到缩放的强度达到相应的预定阈值时停止对多领域物理系统的框图表征的显示的步骤；

——对框图表征的显示包括在计算机系统的图形处理单元中加载相应的图形数据，而停止对框图表征的显示包括将相应的图形数据从图形处理单元中卸载；

——随着缩放的强度增加，多领域物理系统的框图表征的透明度逐渐增加；

——当由计算机系统检测到缩放的强度达到与停止对多领域物理系统的框图表征的显示相应的阈值时，将显示重新集中(re-center)到相应的子系统的框图表征上；

——所述方法还包括在显示相应的子系统的框图表征的同时，对该相应的子系统进行编辑；

——随着缩放的强度的增加，预览的透明度逐渐减小；以及/或者

——对预览的显示还通过由计算机系统对缩放的强度达到相应的阈值所进行的检测来控制。

还提供了一种计算机程序，其包括用于执行所述方法的指令。

还提供了一种计算机可读存储介质，在其上已记录了所述计算机程序。

还提供了一种计算机系统，包括：存储器，在其上已记录了所述计算机程序；图形用户界面；指向设备；以及处理器，所述处理器耦合到所述存储器、所述图形用户界面、和所述指向设备，并且被配置为执行所述方法。

还提供了一种工业产品，与通过所述方法设计的多领域物理系统对应。

还提供了一种用于制造工业产品的方法，包括如下步骤：根据上述设计方法设计与工业产品相对应的多领域物理系统，然后基于所设计的多领域物理系统制造所述工业产品。

附图说明

现在将借助于非限制性的例子并且参考附图来描述本发明的实施例，其中：

——图1示出所述方法的例子的流程图。

——图2示出所述计算机系统的图形用户界面的例子。

——图3示出所述计算机系统的例子；以及

——图4至图7示出了所述方法。

具体实施方式

图1示出用于设计多领域物理系统(经由表征该多领域物理系统的计算机化建模对象)的方法的例子的流程图。形成建模对象的数据包括：对建模对象的分层(例如，树)表征，表征所述多领域物理系统的根节点(即第一层/级)、和表征相应的子系统的其它节点(即较低的层/级)(应理解，可将每个子分层视为其自身的起始分层)；以及与(例如所有)节点/层的框图表征相关联的数据。如在图1上所表示的，所述方法包括显示多领域物理系统的框图表征(由此，根节点的框图表征)的步骤S10。所述方法还包括在由用户发送缩放(放大)命令时(用户请求对在S10显示的框图进行放大)显示对多领域物理系统的至少一个相应的子系统(由此，根节点的子节点)的框图表征的预览的步骤S30。对预览的显示是通过由计算机系统对缩放(放大)命令所进行的检测来控制的。这样的方法改进了对多领域物理系统进行的设计。

值得注意的是，所述方法首先提供了关于使用框图表征、特别是对多领域物理系统的设计和显示的所有已知优点：灵活、简单、便捷、人体工学的改进、易于理解的表征、特别良好地对所设计的对象的适应性。如上文所提及的，框图表征多年来颇受欢迎，由此涌现出了框图设计的专家，并且现在框图设计的专家频繁地参与到工业过程中。因此，使用并且开发了专用于该特定种类的设计的软件解决方案，并且该方法存在于此特定软件技术中。于是，该方法为这样的软件的用户提供了非常吸引人的功能特征，即，在S30的对至少一个相应的子系统的框图表征的预览的显示。通过预览传达的信息对于用户是非常有用的，用户可以直接从全局系统(即，在S10显示的多领域物理系统)的环境中立即理解多领域物理系统中的子系统(这归功于在S30显示的预览可视化)，其中显示S10和显示S30是(至少在某些时刻)同时进行的。这样的信息以相对低的成本(预览相对于完整视图而言)被传达给用户。此外，用户是经由特别简单、直观和符合人体工学的用户-机器交互来得到这样的信息的。实际上，该方法在由用户发送到计算机系统的缩放命令与在S30的对预览的显示之间建立了联系，其中显示S30是通过由计算机系统对缩放命令的检测来控制的。具体使用缩放命令来触发对预览的显示S30是特别合适的(well-adapted)。实际上，对于基于对自己的设计的图形表征(在当前情况下是所显示的对多领域物理系统的框图表征)来进行设计的所有设计者而言，当其想要在正在被显示的内容中看到更多视觉细节时，都使用放大命令。发明人已经利用在图形设计的环境中的用户-机器交互的这一特性来将附加功能与同一缩放命令相关联，所述附加功能并不是任意功能，而是测试表明是特别适合的一种功能(即，对预览的显示)。

所述方法是计算机实现的。实际上，所述方法的步骤是通过计算机系统执行的，所述计算机系统包括至少一个计算机或相似的任何硬件。因此，可以全自动地或半自动地执行所述方法的步骤。在例子中，可以通过用户-计算机交互来执行对所述方法的至少部分步骤的触发。用户-计算机交互所需的程度可以取决于所预见的自动性(automatism)的程度，并且与对实现用户愿望的需要相平衡。在例子中，该程度可以是用户定义的和/或预定义的。在任何情况下，在S30的显示涉及用户-计算机交互，因为缩放是由用户命令的，正如上文所解释的那样。不过，除了受用户所发送的缩放命令控制之外，对预览的显示S30可以被全自动地执行(即，用户除了发送缩放命令之外不进行任何动作)。

所述计算机系统可以包括处理器，该处理器耦合到存储器、图形用户界面(GUI)(所述GUI包括硬件和/或软件)、以及指向设备(例如，所述指向设备可以被视为GUI的一部分)，在所述存储器上已记录了包括用于执行所述方法的指令的计算机程序。指向设备是由GUI提供的具有如下特性的任何输入/触觉接口：由这样的设备提供的用户-机器交互意味着，在用户-机器交互期间，在图形界面上总是有至少一个位置是被指向的(即，计算机系统基于指向设备被如何使用来连续地执行对这样的位置的计算)。当设备是光标控制器(例如鼠标时)，所述位置可以是光标位置；但当设备是触摸板或触摸屏时，所述位置也可以是由两个手指触摸的位置的中点。在设备是触摸板或触摸屏的情况下，指向位置的集合不仅包括两个手指的位置、而且还包括两个手指位置的中点，这是因为，计算机连续地计算当触摸板被两个手指触摸时(至少当两个手指移动时——例如在缩放期间)的所述中点。所述存储器还可以存储数据库。数据库可以具有与工业数据、尤其是多领域物理系统的规范(包括例如用于执行所述方法的框图表征规范)相对应的条目。所述存储器是适于这样的存储的任何硬件，可能包括多个在物理上分离的部件(例如，一个用于程序，还有一个可能用于数据库)。因此，可以以此方式配置计算机系统，以执行所述方法。

所述方法一般处理包括与所述多领域物理系统相关的所有规范并且允许执行所述方法的计算机化数据(规定/定义多领域物理系统的计算机化数据也可以称为“建模对象”)，所述计算机化数据包括：S10的框图表征，以及实现在S30显示预览的数据(例如，对其预览被显示的子系统的完整的框图表征)。推而广之，“多领域物理系统”这一表述指示数据(或“建模对象”)本身。

根据计算机系统的类型，可通过不同种类的数据来进一步定义所述多领域物理系统。所述计算机系统实际上可以是CAD计算机系统、CAE计算机系统、CAM计算机系统、PDM计算机系统和/或PLM计算机系统的任意组合。在那些不同的计算机系统中，建模对象是由对应的数据来定义的。可能会相应地提及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，这些计算机系统不是彼此互斥的，因为可以由与这些计算机系统的任意组合对应的数据来定义建模对象。因此，如从下文提供的对这样的计算机系统的定义中可了解的，计算机系统很可能既是CAD计算机系统又是PLM计算机系统。

对于CAD计算机系统，其指的是，至少适于基于对建模对象的(例如，3D)图形表征来设计建模对象的任何计算机系统(例如CATIA)。在此情况下，定义建模对象的数据包括实现对建模对象的表征的数据。CAD计算机系统可以例如使用边沿或线(在某些情况下用面或表面)来提供对CAD建模对象的表征。可以用各种方式对线、边沿或表面进行表征，例如非均匀有理B样条(NURBS)。特别地，CAD文件包含规范，由规范可以生成几何形状，而几何形状转而允许生成表征。建模对象的规范可以存储在单个CAD文件或多个CAD文件内。在CAD计算机系统中对建模对象进行表征的文件的典型大小在每个部件一兆字节的范围内。而建模对象通常可以是具有数以千计的部件的组件。

对于PLM计算机系统，其指的是适于对表征物理制造的产品的建模对象进行管理的任何计算机系统。因此，在PLM计算机系统中，由适用于物理对象的制造的数据来定义建模对象。这些数据通常可以是尺寸值和/或公差值。为了正确地制造对象，的确是最好有这样的值。

PDM代表产品数据管理。对于PDM解决方案，其指的是适于对与特定产品相关的所有类型的数据进行管理的任何(软件的或硬件的)解决方案。PDM解决方案可以由参与到产品生命周期中的所有参与者使用：主要是工程师，但也包括项目经理、财务人员、销售人员和购买者。PDM解决方案通常是基于面向产品的数据库。其允许参与者共享关于他们的产品的一致的数据，且由此防止参与者使用有差异的数据。这样的PDM解决方案是由达索系统公司(DassaultSystèmes)以商标来提供的。

CAM代表计算机辅助制造。对于CAM解决方案，其指的是，适于对产品的制造数据进行管理的任何(软件的或硬件的)解决方案。制造数据一般包括与要制造的产品、制造过程和所需的资源相关的数据。CAM解决方案被用来对产品的整个制造过程进行计划和优化。例如，其可以为CAM用户提供关于可行性的信息、制造过程的持续时间、或者在制造过程的特定步骤中可以使用的资源(例如专用机器人)的数量；且由此允许就管理或所需的投入做出决定。CAM是在CAD过程以及可能的CAE过程之后的后续过程。这样的CAM解决方案是由达索系统公司以商标来提供的。

CAE代表计算机辅助工程。对于CAE解决方案，其指的是适于对建模对象的物理行为进行分析的任何(软件的或硬件的)解决方案。一种众所周知且广泛使用的CAE技术是有限元法(FEM)，其通常涉及将建模对象细分成多个元件，这些元件的物理行为可以通过方程式来计算和仿真。这样的CAE解决方案是由达索系统公司以商标来提供的。另一种新兴的CAE技术涉及在无需CAD几何数据的情况下对由来自不同物理领域的多个分量组成的复杂系统进行的建模和分析。CAE解决方案允许对待制造的产品进行仿真且由此允许对其进行优化、改进和验证。这样的CAE解决方案是由达索系统公司以商标来提供的。所述多领域物理系统尤其可被建模为CAE对象，例如，在其数据/规范中，具有与对相应的子系统进行表征的框图相关联的仿真和/或分析脚本和/或函数(function)和/或工具/部件，所述仿真和/或分析脚本和/或函数和/或工具/部件在所述框图表征/模型上运行(即，充当输入)以对所述多领域物理系统的行为进行仿真/分析。

图2示出所述计算机系统的GUI的一个例子，其中所述计算机系统是CAE计算机系统。

GUI2010可以是典型的类似于CAD的界面，具有标准菜单栏2110、2150。如本领域内所知的，这样的菜单栏和工具栏包含一组可由用户选择的图标，每个图标与一个或多个操作或功能相关联。这些图标中的一些与软件工具相关联，该软件工具适于对在GUI2010中所显示的2D建模对象2100(在图2的例子中的电气系统)进行编辑和/或加工，所显示的2D建模对象2100例如是S10的结果。所述软件工具可被编组成工作台。在操作中，设计者可以例如预先选择对象2100的一部分，并且然后通过选择适当的图标来发起操作(例如，改变尺寸、颜色等)或对几何约束进行编辑。如果选择了所显示的框2000(在该例子中表征小轿车的车灯管理器(LightManager)系统)，则所述GUI可以显示例如与所述框2000相关的数据2500。在图2的例子中，作为“特征树”被显示的数据2500以及其2D表征2000属于对车灯管理器进行表征的框2000的模型。所述GUI可以进一步示出所选择的框的详细属性2510。根据所述方法的一个例子，当对所选择的框进行缩放时，该框的下层结构渐进地出现，示出越来越多的细节，如视图2600所示。可通过触觉设备来控制光标，以允许用户与图形工具进行交互。替代地，可提供感应式屏幕(sensitivescreen)。

图3示出所述计算机系统的一个例子，其中，所述计算机系统是客户端计算机系统，例如用户的工作站。

该例子中的客户端计算机系统包括中央处理单元(CPU)1010，该CPU1010连接到内部通信总线(BUS)1000，随机存取存储器(RAM)1070也连接到该BUS。该客户端计算机还设有图形处理单元(GPU)1110，该GPU1110与连接到该BUS的视频随机存取存储器1100相关联。视频RAM1100在所述技术领域中也称为帧缓冲器。大容量存储设备控制器1020管理对大容量存储器设备(例如硬盘驱动器1030)的访问。适合用于有形地实施计算机程序指令和数据的大容量存储器设备包括所有形式的非易失性存储器，例如包括：半导体存储器设备，诸如EPROM、EEPROM和闪速存储器设备等；磁盘，诸如内部硬盘和可移动盘等；磁光盘；以及CD-ROM盘1040。前述任一项可由专门设计的ASIC(专用集成电路)补充，或是被纳入专门设计的ASIC中。网络适配器1050管理对网络1060的访问。客户端计算机还可包括触觉设备1090(诸如光标控制设备、键盘或类似物)，包括在上文提及的指向设备。指向设备可以是设有(物理)滚轮的光标控制设备(例如，鼠标)(比如，在该方法的环境中，如在计算机科学领域中非常典型的那样，滚动(例如向上或向下)是向所述计算机系统发送“放大”命令，而例如在另一方向的滚动则发送“缩小”命令)。在客户端计算机中可使用光标控制设备，以允许用户将光标选择性地定位在显示器1080上的任何期望的位置。此外，光标控制设备允许用户选择各种命令，以及输入控制信号。光标控制设备包括多个信号生成设备，用于将控制信号输入到计算机系统。通常，光标控制设备可以是鼠标，鼠标的按键被用来生成信号。指向设备可以替代地或附加地(因为指向设备可以包括不同的硬件，这可以被等效地视为所述计算机系统具有多个指向设备)是触摸板和/或触摸屏(例如，触摸手势，在该方法的环境中，如在计算机科学领域中非常经典的那样，例如将两个手指或两组基本并拢的手指张开或重新聚拢的手势，是向所述计算机系统发送“放大”命令，而例如另一动作——“重新聚拢”或“张开”——则发送“缩小”命令)。触摸屏可以是显示器1080，在图中所示的架构只是示意性的。

所述计算机程序可包括可由计算机执行的指令，所述指令包括用于使得上述计算机系统执行所述方法的单元。所述程序能够被记录在任何数据存储介质上，包括所述计算机系统的存储器在内。所述程序例如可以实现在数字电子电路、或者计算机硬件、固件、软件或者其组合中。该程序可以实现为计算机系统，例如有形地实施在机器可读存储设备中以便由可编程处理器执行的产品。方法步骤可以由可编程处理器执行，该可编程处理器通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行用于完成所述方法的功能的指令的程序。因此，所述处理器可以是可编程的并且被耦合为：从数据存储计算机系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备中接收数据和指令、以及向数据存储计算机系统、至少一个输入设备和至少一个输出设备发送数据和指令。应用程序可以用高级过程化编程语言或面向对象的编程语言来实现，或如果需要的话用汇编语言或机器语言来实现。在任何情况下，语言可以是编译语言或解释语言。所述程序可以是完整的安装程序或是更新程序。在任何情况下，在计算机系统上该程序的应用使得指令执行所述方法。

“设计多领域物理系统”指明作为制定多领域物理系统的过程的至少一部分的任何动作或系列动作。因此，所述方法可以包括从头开始创建多领域物理系统的规范。或者，所述方法可以包括提供先前创建的规范，并且然后简单地将所述规范可视化和/或对所述规范进行修改。通过使用框图表征，高度强化了通过计算机辅助的对多领域物理系统进行的设计。计算机系统以这样的方式捕获设计意图：使得可以将对设计的变更推广遍及子系统，由此可以自动更新整个模型。

多领域物理系统可以对应于在完成其虚拟设计之后将要在现实世界中制造的工业产品，例如(例如，机械)部件或由多个部件组成的组件、或更一般地，任何刚体组件(例如，移动机构)。CAD和/或CAE软件解决方案允许设计无限制性的不同产业领域中的产品，所述产业领域包括：航空航天、建筑、建造、消费品、高科技设备、工业器材、交通运输、海事和/或近海业或运输。因此，通过所述方法设计的多领域物理系统可以表征工业产品，所述工业产品可以是：地面交通工具的一部分或整体(例如包括：小轿车和轻型卡车设备、赛车、摩托车、卡车和马达设备、卡车和巴士、火车)、空中交通工具的一部分或整体(例如包括机身设备、航空航天设备、推进设备、防卫产品、航线设备、空间设备)、海上交通工具的一部分或整体(例如包括海军设备、商业船舶、近海设备、游艇和工作艇、水上设备)、机械部件(例如包括工业制造机械、重型移动机械或设备、安装设备、工业设备产品、装配式金属产品、轮胎制造产品)、机电或电子部件(例如包括消费类电子产品、安全性和/或控制和/或仪器产品、计算和通信设备、半导体、医疗装置和设备)、消费品(例如包括家具、家居和园艺产品、休闲用品、时尚产品、耐用品零售商的产品、非耐用品零售商的产品)、包装(例如包括食品饮料与烟草包装、美容与个人护理包装、家居产品包装)。

在本发明的含义中的多领域物理系统，从更广泛的意义上讲是能够经由至少一个(但通常是多个)物理模型(具有一个或多个方程的方程组)来对其行为进行仿真的任何物理系统，所述物理模型例如包括机械模型、电气模型、液压模型、控制模型和/或化学模型。多领域物理系统一般具有子系统，子系统本身即为多领域物理系统，且子系统通过物理关系或逻辑关系连接到一起。因此，多领域物理系统是用来通过将物理实体划分成通过物理关系或逻辑关系关联到一起的子实体(子系统)来对任何物理实体(例如电气机械产品或液压机械产品)进行表征的模型，所述物理关系或逻辑关系诸如：机械关系(例如，对应于用于对力或运动进行传导的连接)、电气关系(例如，对应于电气连接，例如在电路中)、液压关系(例如，对应于对流量进行传导的传导件)、逻辑关系(例如，对应于信息流)和/或化学关系。该系统被称为“多领域物理”，因为多领域物理系统的物理关系或逻辑关系可以属于多个物理领域(虽然情况并不一定如此)。

由于多领域物理系统的结构，可以通过框图表征来高效地并且直观地对多领域物理系统进行表征/建模。如本来已知的，框图表征与系统的(例如2D的)图形表征相关联，其中框/块(例如，矩形、正方形和/或圆形)各自对应于多领域物理系统的相应的子系统，以及，在框之间，链路(例如，线/网格线)与上面提及的在相应的子系统之间的多领域物理连接/关系对应(因此与上面提及的方程相关联)。框图的每个框表征一个子系统(例如系统的现象(phenomena)或部件)，其自身可以由框图表征来建模(如前面提到的)，多领域物理系统的框图表征可指明多领域物理系统的所有子系统的框图的整个分层结构。框图通常以大型物理领域库的形式对用户可用。因此，框图的框可由二维形状来表征，并且通常设有连接器(例如，被图形表征为端口、实心点(bullet)、或实心的正方形)以利用上文提及的链路来连接框。可通过将连接器连接起来的链路来将框与其它框相链接。链路是用线/网格线(不一定是直的)的形状来表征的。框图图形表征允许对表征系统的数学模型进行仿真，且允许对(例如在多学科领域中的)复杂系统的响应进行分析。

图7示出对与图2中的例子不同的多领域物理系统进行的框图表征的例子，即图7的例子中的交通工具系统。如所示，该交通工具系统被表征为具有：发动机72子系统、制动器74子系统、底盘76子系统、变速器(Transmissions)78子系统和动力传动系统(Driveline)80子系统。连接82是用白色绘出的，且这些连接示出底盘76在系统中(且由此在框图表征中)占据了中心位置。

如图1所示，该方法以在S10在计算机系统的显示设备(其可以是屏幕或任何其它显示设备)上显示这样的框图表征作为开始。首先将框图表征的规范提供给计算机系统以用于以计算机科学领域中已知的任何方式进行显示S10。所述规范可以是如先前讨论的在数据库中被访问的多领域物理系统的规范的一部分。可以在该方法中始终作为后台进程来执行显示S10，除了在随后讨论的例子中停止显示之外。因此，除了在明确地将这样的显示停止的那些例子中之外，可以在计算机的用户的工作区的设计场景中连续地显示多领域物理系统的框图表征(不过，在随后将解释，当缩放将一些部件从场景中排除，多领域物理系统的框图表征的至少一部分、以及建模数据和可能的图形数据仍然是被加载的)。

在图1的例子中，虽然显示S10是由计算机系统执行的，但用户发送了“放大”命令(单独的术语“缩放”在下文指代“放大”)，即，用户要求对显示的特定区域施加缩放，尤其是在框图图形表征的特定区域(即，缩放的“焦点位置”)上。缩放命令可以通过本来已知的任何方式发送，例如如上文所解释的使用触觉设备的滚轮和/或用感应式触觉设备(例如触摸屏或触摸板)的手指手势，或甚至通过与在显示中设置的小部件(例如，滑框或卷动条)的经典交互。倘若用户指定缩放的焦点位置(以本来已知的方式)例如在框图表征的特定框或链路上，则可明显地基于此焦点位置执行放大。如果情况并非如此，则可以用缺省焦点位置(例如框图表征的中心或图形设计场景的中心)来执行放大。

缩放命令是由计算机系统持续地检测的，计算机系统由此执行放大且从而更新显示S10。在所述方法中，此检测还控制对其它信息的显示：在S30对至少一个相应的子系统的框图表征的预览进行的显示。对于“控制”，其指的是，如从计算机科学和/或机器人技术和/或控制系统等领域中本来已知的，根据为执行所述方法而在计算机系统上运行的程序中的控制循环来执行显示S30，所述控制循环将检测当作输出显示S30的输入/条件。可以在检测到缩放时，或者即使发生这样的检测但仍基于另一条件的达成(例如在随后讨论的例子中)来执行显示S30。

在S30，对至少一个相应的子系统的框图表征的预览进行显示。如上文所提及的，多领域物理系统的子系统本身就是多领域物理系统，从而子系统也可通过框图被图形地表征，可在S30针对一个或多个(可能所有的)子系统(例如，属于当前显示的层的)来显示框图的预览。因此，子系统的框图表征也被存储在存储器中，并且可以出于执行S30的目的对子系统的框图表征或其预览进行检索。在允许基于框图表征进行对多领域物理系统的设计的计算机系统中，众所周知，多领域物理系统的子系统的树状分层是被一直保有的，且可通过相继的框图显示来由执行设计的用户对之进行浏览/察看。通过在框图表征中的框上进行双击从而访问子系统，或者对在图形设计场景之外的浏览器/资源管理器中设置的树状表征进行双击来以经典方式执行浏览。所述方法处于该环境中，且显示S30可以有助于这样的浏览，因其允许用户在启动对子系统进行访问的处理成本/RAM成本之前对在子系统中的内容进行预览。

现在讨论对框图表征的预览，以及在对框图表征进行的显示(例如，在S10)和对框图表征的预览进行的显示(例如，在S30)之间的不同。如上文所提及的，可用图形元件显示框图表征，该图形元件包括：矩形、线、圆、实心点、端口、实心正方形和/或网格线(以及可选地还有文本和/或图像)。当预览被显示时，该预览包括性质相同的且与其预览被显示的框图相关的图形元件。因此，除了自S10起被显示的主框图的图形元件之外，还在S30显示预览的图形元件。实际上，显示S30是当显示S10仍被执行的同时被执行的。

无论是在S10显示的框图表征，还是在S30显示的框图表征预览，这些数据被显示要归功于它们被关联到(例如，可检索的或可计算的)图形数据(例如，包括上文提及的图形元件)，出于显示目的，所述图形数据被加载在计算机系统的RAM之内，例如计算机系统的GPU的RAM之内。所述预览的图形数据可以和所述框图表征的图形数据相同，或者它也可以更小(从数据字段的数量方面来看，例如包含更少的细节)。在任何情况下，当框图表征被完全显示时(例如在S10)，该框图表征与除了图形数据之外的数据相关联，在这里称为“建模数据”，其被加载在计算机系统的RAM之内，例如在CPU的RAM之内。此建模数据允许对所述表征执行不同的动作，例如包括先前提及的仿真和/或分析，和/或对框图表征的编辑(且由此，对由框图表征所表征的多领域物理系统的编辑/设计)。所述编辑可以包括：框的添加/删除/修改、和/或链路的添加/删除/修改/重新路由、和/或先前提到的连接器(即设置在框处的连接器/端口，用于将框用链路连接)的添加/删除/修改。所述编辑可以通过用户交互(通常是图形交互)来执行。这一点在框图建模领域是公知的。

当框图表征被完全显示时(这意味着例如图形数据和建模数据均被加载在RAM中)，例如在S10，则可如上所述对框图表征进行编辑。当仅仅对框图表征的预览进行显示时(这意味着图形数据的至少一部分被加载在RAM中，但建模数据的至少部分(有可能是全部)未被加载在RAM中)，例如在S30，这样的编辑并非直接地/立即地可行(除非加载了相应的数据)。因此，所述方法允许对在现有技术中所允许的对框图表征的浏览进行细化(refinement)，因为所述方法允许用户在决定为了执行编辑而加载相应的建模数据之前将子系统视觉化。在一个例子中，所述方法包括以任意顺序反复进行显示S10、显示S30、对子系统的建模数据进行的加载、以及对子系统的编辑，应理解，用于进行重复的参考多领域物理系统可以是在之前的重复中被预览过并且其建模数据被加载过的子系统。因此，所述方法允许随着用户-机器交互的进行，通过对处理资源和RAM资源的高效管理来进行用户友好的框图设计。

现在参考图4至图6来讨论所述方法的用特定的用户-机器交互特征来改善人体工学的示例选项，在图4至图6中根据所述方法的示例运行而示出了在场景中显示的框图(40、60)(对于这三幅图是关于相同的比例的)。

在所述例子中，所述方法具体地应用于2D框图。这些图是分层的(hierarchical)，其中对于分层的层级(level)的数量(对应于分解成子系统)没有限制，分层的层级在下文中也可被称为“层(layer)”。每个层由链接在一起以表征各种关系的任意数量的对象构成，所述关系均通过在上文详述格式的网格线/线(46、48)和框/块(42、44)来捕捉。每个框/块(42、44)或者是终端的(意味着在图形模型中没有就框的内容提供细节的信息，或者是非终端的(意味着该块本身包括另一个图)。终端框可完全不被关联到任何框图表征，或者被关联到最简单形式的框图(即，仅仅是单一的框)。非终端框通常对应于相关的子系统，并且通常与相对复杂的框图表征相关联，因此它可以具有富有含义的预览，并且对它的浏览对用户来说是有意义的。线(46、48)可以连接两个或更多个框(对于线48，其被设置为连接第三个框，虽然并没有例示)。所述方法的例子适用于任何层，并且是递归的。附图中任意地选取和采用一个可被称为“上层”且对应于图1的多领域物理系统的层，其中唯一的假定就是中央块42是非终端的。中央块42的内容被称为“下层”，并且对应于图1的“子系统”。此方法的目的是促进对下层进行的访问。用户将想要访问下层通常是为了理解上层的中央框42的实现方式的细节。在图中的例子中，块(42、44)是矩形的，但框通常可以是任何形状的。相似地，在图中，网格线是弯折(elbow)型的，但线通常还可以是任何形状的。

现在提出的示例选项解决了在复杂的多层级框图中的导航，以使得能够在各个层级之间进行平滑过渡。现有技术的复杂多层级框图浏览器做出如下假设：用户对全局架构有良好的理解，并且尤其是知道在给定层级能够在下层找到什么。这在观看非常大的架构时是成问题的，并且对这些复杂框图的构造是由多人进行的协作任务(所述方法的一个可能选项)时尤其是成问题的。这些例子中的所述方法解决了此问题。所述方法的效果随着被浏览的框图的复杂度而增长：速度增加，因为如果只是简略地浏览结构并且对细节进行内省(introspect)，则用户可以不必转到第二阈值(随后提及)；并且效率大大增加，因为用户可以在以不显示上层的方式完全地显示他/她想要浏览的下层之前通过简单的预览来确定该下层确实是他/她想要的那个。

如图4所示，用户以对多领域物理系统的框图表征40的显示S10作为开始。在该例子中，用户发送放大命令，该放大命令被计算机系统检测到并且执行，计算机系统因而将在图4上所示的显示更新成在图5上所示的显示。如可见的，与表征相应子系统的中央框42相对应的对子系统进行的预览50，是在S30被显示的唯一的一个，并且它被显示在中央框42的内部(在此例子的情况中与其对应的是框图中的虚线图示(dotted-linecaption))。此例子的这一选项允许对由计算机系统所显示的全体图形数据占据的空间进行高效使用。实际上，在框图表征中，用户想要有效地在框和网格线之间进行区分。在框内部对信息进行显示，增加了紧凑感。此外，从S10起，框就与子系统相关。在S30在与所表征的子系统相对应的框图内部对预览50进行显示，这允许用户将眼睛的焦点停留在显示器(例如，屏幕)的一点处。

值得注意的是，如上文所解释的，可以用指向设备来发送缩放命令，并且可以通过由该指向设备指向的位置来指定缩放的焦点位置。在这样的情况下，可以通过由计算机系统对在缩放的焦点位置与表征相应的子系统(其预览50在S30显示)的框42的内部之间的对应关系的检测来进一步控制在S30对预览进行的显示(焦点位置与框的内部/内构件(interior)区域的位置相匹配，例如，如在屏幕的2D平面中定义的那样)。也就是说，所述计算机系统不仅检测由用户发送的缩放命令，而且还检测哪里需要缩放(即，缩放的焦点，对应于当命令“放大”时所述指向设备的位置)。此外，计算机系统保有对框图表征40的框(42、44)的内构件的映射(这样的内构件和/或上文提及的对应关系/匹配是以任意经典方式确定的，例如通过像素操作，例如对应于所述框的图形内构件)，以使得计算机系统能够识别/检测所述缩放命令是否与特定框相关。倘若所述缩放命令与特定框相关，则在S30仅显示与该框相对应的预览。在图5的例子中，在S30对框42的预览50进行显示。这通过仅仅显示想要的预览，允许对资源进行高效管理。此外，被提供给用户的用户交互是直观的，用户将他/她的眼睛聚焦在其上进行交互的点上，该点同样还是信息(预览)将要被显示的位置，而且还是自从S10以来已经显示与所述信息相关的子系统(作为框)的点。

现在，如前文所解释的，一旦用户发出聚焦在框42内部的放大命令，就可以显示预览50。然而，由于通过用指向设备(连续地)重复进行预定动作(例如，重复进行滚动滚轮，或重复进行将两手指伸开的动作)可以使得聚焦的强度(即，程度、力量)(基本)连续地增加，因此随着缩放的强度增加可以相应地渐进地显示预览。这增加了用户交互的灵活性，并且增加了系统的便捷性。如从用户-计算机互动领域中已知，可以通过连续且重复的动作来执行放大。这里，术语“重复”从用户的视角看并非意味着此动作是离散地反复进行的。实际上，在将两手指彼此远离地伸开的情况下，该动作从用户的视角看是基本连续地增强的(而不是被反复进行的)。然而，由于计算机系统仅仅处理数值信号(对于将手指伸开的情况，所述“反复进行”通常是在像素层级)这一事实，从计算机系统的视角看确实存在计算的重复。这个概念，在缩放命令中广为人知，在本文中被涵盖在“对预定动作的重复”这一表述中。因此，随着缩放的强度渐进地增加，预览50被渐进地显示，意味着在缩放的开始并未将该预览立刻全部显示。术语“渐进地”指的是当检测到放大命令时在显示中存在渐进过程，并不是一旦检测到放大命令就简单地执行全部的所述显示。

值得注意的是，所述方法可以使用预定的阈值来实现显示S30和放大增强之间的渐进关系。

可以实现用于开始对预览50的显示S30的第一预定阈值。当用户发送缩放命令时，计算机系统持续地监视所请求的缩放强度。当用户达到第一阈值时，计算机系统检测到该达到，且仅在此时(一旦得到这样的检测结果)计算机系统开始进行对预览50的显示S30。换言之，随着缩放的强度增加，预览的透明度渐进地降低。待要显示的元件的透明度是一个与该元件以任何计算机实现的方式相关联的值，且该值可以是二元的(完全透明，即，完全不显示；或者完全不透明，即，完全显示)，或者替代地，该值可以从完全透明连续地/逐渐地降低到完全不透明。术语“逐渐”指的是在透明度的渐进过程中采取除了“完全不透明”和“完全透明”之外的至少一个值。预览S50的透明度从其最大值减小到其最小值，一旦缩放的强度初步等于第一阈值，则预览S50的透明度增加直到缩放的强度等于第二阈值(因而对应于预览的最小透明度)为止。如在图5上，可以用虚线显示预览50，随着缩放强度增强可将虚线连续地/逐渐地增强(例如，在点之间更少的空隙空间)。可以实现显示预览50的其他方式，例如加阴影或着色，并且这些其他方式也可以用二元的方式应用或以相似的风格逐渐地(越来越多地加阴影，越来越多地着色)应用。

现在，当用户命令“放大”时，计算机系统可在某时刻检测到达到第二预定阈值(因而高于第一阈值)，此第二阈值可以是先前提到的那个。在这样的检测时，并且一旦得到这样的检测结果，计算机系统就停止对系统的框图表征40的显示S10(即，因而将相应的图形数据从例如GPU的RAM中卸载，并且将相关的建模数据也从计算机系统(例如CPU)的RAM中卸载)。根据对透明度的上述定义，可以说，随着缩放的强度增加，多领域物理系统的框图表征40的透明度渐进地增加(在达到第二阈值时，是完全透明的)。透明度的渐进过程(在当前情况下是增加透明度)可以是二元的，或者就预览的透明度而言(在那种情况下是减小透明度)是逐渐的。

如图6所示，基本同步地，计算机系统显示与预览50对应的子系统的框图表征60。与表征60相关的图形数据被加载，而与表征60相关的建模数据也被加载，由此所述方法允许了对多领域物理系统进行用户友好的、灵活的并且符合人体工学的浏览，其中对如在图6上曾显示过的子系统进行可能的编辑。

如图6所示，在所述方法的一个例子中的显示被立即重新集中到对相应的子系统的框图表征60上。此外，可将显示重新调整大小。这样，用户具有如同在观看图4时那样的“将多领域物理系统视觉化”的印象。此方法接下来可被再次重复，以对如在图6上的框所示的子系统进行访问。此外，通过专门的命令或使用传统的浏览器树(未表征)，用户可以返回到图4中的上层。

缩小命令可以取消对预览的显示S30，并且增加预览的透明度，且从而起到与放大命令相反的作用，即使已经达到第一阈值。然而，当已经达到第二阈值、并且显示是如图6上所示的时，为了计算机系统的一致性及其用途的一致性，通过仅仅缩小来返回到图4的视图可能是不可行的。那时，可使用专门的命令，例如按钮。然而，这并不是强制的。

Claims (13)

1.一种由计算机系统执行的用于设计多领域物理系统的方法，其中，所述方法包括如下步骤：

·显示(S10)所述多领域物理系统的框图表征(40)，所述框图表征包括各自与所述多领域物理系统的相应的子系统对应的框(42、44)、以及在所述框之间的链路(46、48)，所述链路与在相应的子系统之间的多领域物理连接对应；以及

·在由用户发送缩放命令时，显示(S30)至少一个相应的子系统的框图表征(42)的预览(50)，对所述预览的所述显示是由所述计算机系统对所述缩放命令的检测来控制的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在表征相应的子系统的所述框的内部显示所述预览。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，利用指向设备发送所述缩放命令，所述缩放的焦点位置是由所述指向设备所指向的位置来指定的，对所述预览的所述显示是进一步由所述计算机系统对所述缩放的所述焦点位置与表征相应的子系统的所述框的内部之间的对应关系所进行的检测来控制的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过利用所述指向设备对预定动作进行重复来使得所述缩放的强度连续地增加，随着所述缩放的强度增加而渐进地显示所述预览。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方法还包括：对所述子系统的所述框图表征进行显示的步骤，以及在所述计算机系统检测到所述缩放的强度达到相应的预定阈值时停止对所述多领域物理系统的所述框图表征的显示的步骤。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述显示框图表征包括在所述计算机系统的图形处理单元中加载相应的图形数据，而所述停止对框图表征的显示包括将相应的图形数据从所述图形处理单元中卸载。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，随着所述缩放的强度增加，所述多领域物理系统的所述框图表征的透明度逐渐增加。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，当由所述计算机系统检测到所述缩放的强度达到与停止对所述多领域物理系统的所述框图表征的显示相应的阈值时，将所述显示重新集中到所述相应的子系统的所述框图表征上。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括在显示相应的子系统的框图表征的同时，对该相应的子系统进行编辑。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，其中，随着所述缩放的强度增加，所述预览的透明度逐渐减小。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的方法，其中，对所述预览的显示进一步由所述计算机系统对所述缩放的强度达到相应的阈值所进行的检测来控制。

12.一种计算机程序，包括用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的指令。

13.一种计算机系统，包括：存储器，在其上已记录了根据权利要求12所述的计算机程序；图形用户界面；指向设备；以及处理器，所述处理器耦合到所述存储器、所述图形用户界面和所述指向设备，并且被配置为执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。