DE10046741A1 - Parametrische Modellierung von 3D-Rohbaustrukturen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Modellierung von 3-D-Rohbaustrukturen, das zu einem großen Zeitgewinn bei der Ableitung von Modellvarianten bzw. bei der Durchführung globaler Änderungen an einer vollständig beschriebenen Rohbaukarosserie führt. Der Vorteil bei der parametrischen Modellierung liegt darin, daß der Anwender die Geometrieelemente eines Modells über eine Anzahl von Stützstellen (nachfolgend Einflußpunkte genannt) manipuliert. Die einzelnen Geometrieelemente selber werden implizit vom System generiert oder verändert, wenn Paramterwerte über den Benutzer geändert werden. Ein weiterer Vorteil der Parametrik besteht darin, daß die Geometrieelemente vom System immer "sauber" aufgebaut sind. Es existieren keine Unstetiglkeiten (Spalten, Lücken) bei Elementübergängen, wie sie häufig in manuell erzeugten Modellen zu finden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur parametrischen Rohbaumodellierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Globale Änderungen am gesamten Maßkonzept des Fahrzeugs, wie z. B. Erhöhung des Dachrahmens zur Verbesserung des Ein- und Ausstiegs oder der Ableitung verschiedener Package-Konstellationen zur Optimierung des Raumangebots in der Fahrgastzelle sind mit herkömmlicher Arbeitsweise ohne Parametrik sehr zeitintensiv und können mehrere Tagen in Anspruch nehmen.

Bei der herkömmlichen Arbeitsweise wird ein CAD-Modell aufgebaut, indem der Benutzer explizit Geometrieelemente (Punkt, Kurve, Fläche) erzeugt. Stück für Stück werden diese - einem Puzzle gleichend - aneinandergereiht bis das ganze Modell fertig ist.

Bei globalen Änderungen des Modellentwurfs müssen die betroffenen Geometrielemente nacheinander wieder gelöscht, neue erzeugt oder falls möglich verwertbare Elemente angepaßt werden. Dieser Prozeß ist zeitintensiv und kann pro Iteration mehrere Tagen in Anspruch nehmen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Modellierung von 3D-Rohbaustrukturen anzugeben, das zu einem großen Zeitgewinn bei der Ableitung von Modellvarianten und bei der Durchführung globaler Änderungen an einer vollständig beschriebenen Rohbaukarosserie führt.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Vorteil bei der parametrischen Modellierung liegt nun darin, daß der Anwender die Geometrieelemente eines Modells über eine Anzahl von Stützstellen (nachfolgend Einflußpunkte genannt) manipuliert. Die einzelnen Geometrieelemente selber werden implizit vom System generiert oder verändert, wenn Parameterwerte über den Benutzer geändert werden.

Ein weiterer Vorteil der Parametrik besteht darin, daß die Geometrieelemente vom System immer "sauber" aufgebaut sind. Es existieren keine Unstetigkeiten (Spalten, Lücken) bei Elementübergängen, wie sie häufig in manuell erzeugten Modellen zu finden sind.

Ein in sich geschlossenes 3D-Flächenmodell bietet die Grundlage, Rechennetze für weiterführende Berechnungen (Strukturmechanik, Aerodynamik, . . .) automatisch zu erzeugen. Der Zeitgewinn gegenüber manueller Vernetzung von CAD-Modellen liegt nochmals im Tage- und Wochenbereich, da jede Änderung am CAD-Modell im Entwurfsprozess auch an den Rechenmodellen nachgezogen werden muß.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Die parametrische Modellierung von Rohbaukarosserien besteht aus zwei Entwicklungsschritten:
S1: Die Generierung eines neuen, parametrischen Grundmodells als Ausgangsbasis für die Modellierung bzw. Ableitung weiterer Rohbauvarianten.
S2:. Die Modellierung von Rohbauvarianten über die Manipulation des Grundmodells durch die Änderung von Parameterwerten.

Parameter in diesem Kontext sind u. a. fahrzeugtechnische Grundmaße, wie Fahrzeuglänge, -höhe, breite, Radstand, Spurweite etc. oder auch einzelne Einflußpunkte, die das Layout bzw. Fahrzeug-Maßkonzept beschreiben.

Schritt 1 wird in zwei in sich vernetzte Arbeitsgängen dargestellt:
S1a: Modellierung der Rohbaustruktur bzw. der Topologie.
S1b: Definition von Parametern und deren funktionale Beziehungen untereinander und zur gesamten Rohbaugeometrie.

Die parametrischen Karosseriegrundmodelle werden sukzessive in einer Datenbasis für "Rohbautypen" abgelegt und sind somit für die spätere Variantenmodellierung (Schritt 2) verfügbar.

Schritt 2 wird über zwei Arten ausgeführt:
S2a: Die direkte Manipulation
Bei der Definition der Parameter und Funktionszusammenhänge sind die einzelnen Geometrielemente in Gruppen zusammengefaßt und können als Einheit verschoben und gedreht werden.
Gruppen können dabei in einer hierarchischen Beziehung stehen, d. h. es können Untergruppen gebildet werden oder Gruppen können sich auch in Geometrieelemente teilen, d. h. diese sind dann in mehreren Gruppen definiert. Mit Gruppen werden typischerweise Baugruppen bzw. Bauteile beschrieben (Dach, A-Säule, Fahrgastzelle, Frontmodul, Heck, . . . .)
S2b: Die komplexe Modifikation
Bei dieser Methode wird der gesamte Rohbau über vordefinierte Fahrzeugparameter (Radstand, Fahrzeuglänge, -breite, -höhe, Scheibenneigungswinkel, Motorhaubenlänge, vorderer/hinterer Überhang, . . .) modifiziert. Bei Änderung der Parameterwerte wird die gesamte Rohbaugeometrie über die Regelalgorithmen von System überarbeitet und neu generiert.

Die Parametrik wird z. B. über zwei Programm-Module, SFE/CONCEPT und NEOGEO, gesteuert.

SFE/CONCEPT deckt im wesentlichen den Arbeitsgang S1a ab, mit dem ein zunächst nicht parametrisches Flächenmodell eines Rohbaus modelliert wird. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen CAD-System sind die Basisgeometrieelemente in SFE/CONCEPT (Punkte, Kurven, Flächen, Knoten. . .) durch Zusatzinformationen erweitert worden. D. h. jedes Element kennt seine Funktion (Flanschfläche, Balkenprofil, Balken, Blechfeldkante, . .), sowie seine Position und Nachbarschaft in der Rohbaustruktur ("ich bin der Punkt x, gehöre zu der Kurve y, die Bestandteil ist des Balkenprofils z des Balkens w").

NEOGEO deckt die Arbeitsgänge S1b, S2a und S2b ab. Es greift über eine von SFE bereitgestellte Schnittstelle auf die Datenelemente von SFE/CONCEPT zu und steuert die Generierung der SFE/CONCEPT-Elemente über ein Regelwerk der Parameterbeziehungen im gesamten Rohbaumodell.

Die Funktionalität von NEOGEO ist im Startfenster von SFE/CONCEPT über den Button "User Functions" zugänglich.

Die wesentlichen Funktionen sind:

• - Definition und Verwaltung von Gruppen
  Hier werden die Grundelemente aus SFE/CONCEPT zu höherwertigen Fahrzeugkomponenten (Längs-, Querträger-, A-, B-, C-, D-Säule, . . .) und Baugruppen (Vorbau, Heck, Dach, Fahrgastzelle, . . . .) zusammengefaßt.
• - Komplexe Modifikation
• - Direkte Manipulation

Die Funktionalität wird in der Oberfläche in einem logischen Bereich zusammengefaßt.

Die Gruppendefinition erfolgt durch

• - Vordefinieren von Gruppen beim Modellieren → Anwender benötigt Kenntnisse des Modellierens im SFE Konzept.
• - Definition von eigenen Gruppen durch den Anwender → Keine tieferen Kenntnisse im Modellieren nötig.

Eigene Gruppen werden erzeugt durch
Kopieren einer vorhandenen Gruppe
interaktives Erweitern um neue Punkte
Selektion von Einflußpunkten neuer Gruppen. (Korrekturmöglichkeit beim verclicken ist verfügbar).

Eigene Gruppen werden bearbeitet durch
Modifikation von eigenen Gruppen → hinzufügen bzw. löschen von eigenen Punkten in Gruppen. (Anzeigen der Namen und grafisches Hervorheben der zur Gruppe gehörenden Punkte, Balken, Knoten, Flächen . . .).
Umbenennen von Gruppen

Eigene Gruppen werden gelöscht durch
Löschen der eigenen Gruppen (Anzeigen der zur Gruppe gehörenden Elemente).

Information in welchen Gruppen der Punkt sich befindet, wird mit der Änderungshistorie, auf welchem Weg der Punkt zu dieser Position gekommen ist, gespeichert. Bei Linien und Balken werden Anfangs- und Endkoordinaten, Differenzvektor und Länge der Linie gespeichert. Diese Informationen werden angezeigt und Elemente werden grafisch hervorgehoben.

Die direkte Modifikationen erfolgt durch Translation, Rotation, zentrische Streckung. Es werden Punkte/Gruppen interaktiv ausgewählt.

Ein Verschiebungsvektor wird in Koordinaten oder Selektion von zwei Punkten eingegeben.

Drehungen erfolgen frei im Raum oder um definierte Achsen.

Komplexe Modifikationen erfolgen durch firmenspezifische Vorgaben, die steuerbar über eine Art Makrosprache sind, die Rechenoperationen ermöglichen und den Inhalt der Fenster und die Vorbelegung der Fenster steuern.

Es werden definierte Maße mit Vorlegung der aktuellen Werte vorgegeben.

Die direkte Bemaßung erfolgt über interaktives Ändern von Maßen/Winkeln, die direkt an die Einflußpunkte angebunden sind und eine Verschiebung der Gruppen bewirkt.

Die Prüffunktionalität wird durch optional automatisches Prüfen der Geometrie erreicht. Es wird geprüft, ob sich topologische Fehlstellen durch die parametrischen Modifikationen ergeben haben, die bei einer Netzgenerierung zu Problemen führen können,

Bei Problemstellen, werden die entsprechenden Bereiche grafisch angezeigt und durch eine Show/No Show-Funktionalität dargestellt, wenn möglich mit Korrekturvorschlag.

Claims (4)

1. Verfahren zur parametrischen Rohbaumodellierung, insbesondere von 3D- Rohbaustrukturen, dadurch gekennzeichnet,
daß ein neues, parametrisches Grundmodell als Ausgangsbasis für die Modellierung oder Ableitung weiterer Rohbauvarianten verwendet wird, derart, daß die Rohbaustruktur oder Topologie modelliert wird und Parameter und deren funktionale Beziehungen untereinander und zur Rohbaugeometrie definiert werden, und
daß die Modellierung von Rohbauvarianten über die Modifikation des Grundmodells durch Änderung der Parameter erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine direkte Modifikation der definierten Parameter und Funktionszusammenhänge durchgeführt wird, wobei bei der Definition der Parameter und Funktionszusammenhänge die einzelnen Geometrieelemente in Gruppen zusammengefaßt und als Einheit verschoben und gedreht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine komplexe Modifikation des gesamten Rohbaus über vordefinierte Fahrzeugparameter durchgeführt wird, wobei bei Änderung der Parameterwerte die gesamte Rohbaugeometrie über Regelalgorithmen von Systemen überarbeitet und neu generiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst ein nicht parametrisches Flächenmodell eines Rohbaus erstellt wird,
daß die Parameterisierung über die Definition von Gruppen entsprechender Geometrieelemente direkt oder komplex erfolgt, und
daß das Rohbaumodell abgespeichert wird und die Daten in einer vorgegebenen Form ausgegeben werden.