DE20317681U1

DE20317681U1 - Vorrichtung zum rechnerunterstützten Konstruieren

Info

Publication number: DE20317681U1
Application number: DE20317681U
Authority: DE
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-11-15
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2013-11-16

Abstract

Vorrichtung zum Konstruieren eines rechnerverfügbaren Modells einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs,
wobei das Modell Gestaltungselemente umfaßt
und die Vorrichtung
– eine elektronische Bibliothek mit Typen von Gestaltungselementen,
– Mittel zum Auswählen eines Typs aus der Bibliothek,
– Mittel zum Erzeugen eines Gestaltungselements eines ausgewählten Typs und
– Mittel zum Einfügen eines Gestaltungselements in das Modell umfaßt , dadurch gekennzeichnet,
daß die Bibliothek folgende Typen von Konstruktions-Gestaltungselementen umfaßt:
– einen Typ für Löcher,
– einen Typ für Sicken,
– einen Typ für Verprägungen,
– einen Typ für Ecken,
– einen Typ für Freischnitte,
– einen Typ für Flansche,
– einen Typ für Kanten, und jeder Typ folgende Attribute umfaßt:
– Bezugspunkte eines Gestaltungselements des Typs und deren geometrische Positionen,
– geometrische Abmessungen eines Gestaltungselements des Typs,
– Toleranzen...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Konstruieren eines rechnerverfügbaren Modells einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs.
Um den Zeitaufwand und die Kosten bei der Konstruktion und Produktion von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, werden Konstruktionsmethoden gewünscht, welche die funktionalen Abhängigkeiten berücksichtigen, die während des Produktentstehungsprozesses auftreten können. Die Konstruktion auf Basis von Gestaltungselementen („feature-based CAD") bietet bessere Möglichkeiten, den Entwurf des Kraftfahrzeugs zu spezifizieren und nachträglich zu ändern, sowie die Fähigkeit, als Bindeglied zwischen verschiedenen Schritten und unterschiedlichen Anwendungen beim Produktentstehungsprozeß zu fungieren, z. B. der Planung von Arbeitsprozessen und benötigten Ressourcen, Schweißen, Qualitätsprüfung und NC-Programmierung.
Im folgenden wird unter einem Gestaltungselement („feature") folgendes verstanden: Ein Gestaltungselement ist eine Charakteristik eines technischen Produkts, d. h. eine Aggregation von geometrischen Formgebungen und/oder technologischen Bestandteilen, die als ein Objekt behandelt werden, das durch eine Syntax mit Parametern und Attributen definiert ist und das eine bestimmte semantische oder funktional auswertbare Bedeutung in einer bestimmten Phase des Produkt-Lebenslaufs oder anderer Disziplinen der Produktgestaltung und Konstruktion besitzt. Derartige Gestaltungselemente bilden die Grundlage für einen integrierten Prozeß, der die oben genannten Anforderungen erfüllt.
In S. Haasis, D. Frank, B. Rommel, M. Weyrich: „Featurebasierte Integration von Produktentwicklung, Prozeßgestaltung und Ressourcenplanung", VDI-Bericht 1497, 1999, S. 333 – 348, werden Gestaltungselemente offenbart. Beschrieben wird, wie Typen dieser Gestaltungselemente in einer elektronischen Bibliothek organisiert werden. Ein Konstrukteur fügt diese Gestaltungselemente in ein rechnerverfügbares Modell eines zu entwerfenden Produkts, z. B. einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, ein. Hierfür benutzt er ein CAD-Werkzeug, z. B. CATIA V5. Der Konstrukteur erzeugt ein Gestaltungselement, indem er einen Gestaltungselemente-Typ aus der Bibliothek auswählt, ein Exemplar dieses Typs erzeugen läßt und das Exemplar parametrisiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit der ein Konstrukteur mit geringerem Zeitaufwand als mit bekannten Vorrichtungen ein Modell erzeugen kann.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die elektronische Bibliothek der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt alle Typen von Konstruktions-Gestaltungselementen („design features"), die für die Konstruktion von Kraftfahrzeug-Karosserien benötigt werden. Daher ist es nicht erforderlich, daß ein Konstrukteur ein benötigtes Gestaltungselement „von Null an" erzeugt. Vielmehr reicht es aus, daß er einen Typ der Bibliothek auswählt und ein Exemplar dieses Typs erzeugen läßt.
Die erfindungsgemäße Bibliothek mit ihren Gestaltungselementen erfüllt Anforderungen des Konstruierens während des Roh bau-Prozesses. Charakteristische Merkmale der Karosserie, z. B. Sicken, Flansche, verschiedene Typen von Stanzlöchern, Taschen, Wölbungen, sowie des Zusammenbaus, z. B. Dichtungen, Verschlüsse und Verbindungselemente werden als Gestaltungselemente repräsentiert. Zu den Wölbungen gehören die Verprägungen. Diese Gestaltungselemente bieten einen Verknüpfungs-Mechanismus für Informationen über Produkt, Fertigungsprozeß und Ressourcen.
Würde man ein Gestaltungselement jedesmal von Null an erzeugen müssen, so müßten alle Informationen über dieses Gestaltungselement separat abgespeichert werden. Dank der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Informationen, die allen Gestaltungselementen eines Typs gemeinsam sind, nur einmal in der Bibliothek abgespeichert. Diese Ausgestaltung spart Speicherplatz ein, weil Informationen nur einmal pro Typ anstelle einmal pro Gestaltungselement abgespeichert zu werden brauchen.
Durch die erfindungsgemäße Bibliothek wird die Konstruktion von Modellen standardisiert, und verschiedene Modelle werden besser vergleichbar. Der Prozeß der Konstruktion und Produktion von Kraftfahrzeug-Karosserien umfaßt verschiedene Prozeßschritte, z. B. Konstruktion der Karosserie, Herstellung des Rohbaus, Qualitätsprüfung und Qualitätssicherung. Weil mehrere Korrekturschleifen insbesondere bei Planung und Anlauf der Produktion erforderlich sind, liegt ein komplexer Prozeß vor. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Bibliothek mit Gestaltungselementen ermöglicht es, die Gesamtaufgabe in Teilaufgaben zu zerlegen, die jeweils durch Gestaltungselemente beschrieben werden.
Die Gestaltungselemente der Bibliothek fungieren als „intelligente Gestaltungselemente". Sie können flexibel und adaptiv auf Änderungen am Produkt oder Herstellungsprozeß reagieren. Ein intelligentes Gestaltungselement bündelt und kapselt Informationen über seine semantische oder funktionale Bedeutung genauso wie die Gestalt oder Geometrie eines Bauteils. Ein intelligentes Gestaltungselement ist ein konsistentes Daten objekt mit hoher Semantik, das sowohl passives Wissen z. B. über Erfahrung und Anwendung als auch aktives Wissen z. B. über geometrische Konstruktionsoperationen und dynamisches Verhalten in Interaktion mit anderen Gestaltungselementen sowie über Schlußfolgern beim Engineering repräsentieren.
Ein intelligentes Gestaltungselement fungiert als „Rückgrat" der Karosserie-Entwicklung und -Produktion und erlaubt es, unterschiedliche Faktoren zu berücksichtigen, welche die Produktentwicklung beeinflussen, und verschiedene Bereiche miteinander zu verknüpfen und damit alle oder wenigstens viele Schritte der Produktentstehung vollständig miteinander zu verknüpfen. Vorzugsweise werden die Bibliothek und die Mittel zur Erzeugung eines Exemplars mit Hilfe der objektorientierten Methode implementiert, weil die Verfahren der objekt-orientierten Programmierung die Konstruktion mit Gestaltungselementen optimal unterstützen und es ermöglichen, komplexe Typen von Gestaltungselementen zu erzeugen, auszuwerten sowie Gestaltungselemente und Methoden zu einer Einheit zusammenzufassen.
Die Erzeugung von intelligenten Gestaltungselementen mit hoher Semantik erhöht nicht nur die Qualität einer Produktkonstruktion, sondern auch die Effizienz nachfolgender Prozeßschritte. Die Semantik von Gestaltungselementen wird vorzugsweise durch funktionale Abhängigkeiten („constraints") ausgedrückt, in denen z. B. Absichten und Ziele bei der Konstruktion des Gestaltungselements sowie Begründungen für Entscheidungen während des Konstruierens formuliert und formalisiert sind. Diese Absichten und Ziele lassen sich mit Hilfe der Gestaltungselemente automatisch verifizieren und bei Bedarf nachträglich an Änderungen anpassen. Sie steuern Entscheidungen in nachfolgenden Prozeßschritten. Daher eignen sich die Absichten und Ziele dazu, daß eine auf Gestaltungselementen basierende Konstruktion und Repräsentation validiert wird. Auf Basis der Absichten und Ziele wird z. B. ein bestimmtes Attribut oder eine bestimmte Konfiguration eines Gestaltungselements festgelegt.
Die Verfügbarkeit von Gestaltungselementen in der Produktentwicklung legt die Grundlage für eine weitreichende und umfassende Verbesserung des gesamten Produktentstehungsprozesses. Dank des offenbarten Verfahrens lassen sich sowohl Neukonstruktionen als auch Änderungen an bestehenden Konstruktionen erheblich schneller durchführen. Änderungskonstruktionen werden vor allem deshalb beschleunigt, weil die Details nicht mehr neu konstruiert werden, sondern nur eine neue Referenzierung erfolgt.
Gemäß Anspruch 3 ist jedem Typ von Gestaltungselementen eine Abfolge von Schritten zum Einfügen eines Gestaltungselements des Typs in das zu konstruierende Modell zugeordnet. Nach Auswahl eines Typs und Erzeugung eines Exemplars wird diese Abfolge ausgeführt. Hierbei gibt der Konstrukteur Informationen ein, beispielsweise plaziert er das Gestaltungselement graphisch in das Modell. Die Datenverarbeitungsanlage prüft, ob ein Schritt vollständig ausgeführt ist, bevor der nächste begonnen wird. Aufgrund dieser Zuordnung von Abfolgen wird zusätzlich das Vorgehen beim Konstruieren von Modellen standardisiert, und verschiedene Modelle werden besser vergleichbar.
Die Abfolge läßt sich von einem Rechner auswerten und überprüfen. Ein Gestaltungselement, dem eine solche Abfolge zugeordnet ist, fungiert als wiederverwendbare Abfolge von Entwurfsschritten mit jeweils einer bestimmten funktionalen Bedeutung. Die Abfolge wurde entweder manuell aufgestellt oder ist automatisch durch Protokollierung erzeugt.
Gemäß Anspruch 4 umfaßt mindestens ein Typ eine automatisch auswertbare Rechenvorschrift. Eine derartige Rechenvorschrift beschreibt eine funktionale Abhängigkeit. Eine derartige Abhängigkeit ist eine wichtige Quelle für Informationen über und von Gestaltungselementen. Mit Hilfe dieser Abhängigkeiten formulieren die Konstrukteure ihre Absichten und Ziele. Funktionale Abhängigkeiten werden den Gestaltungselementen zugeordnet, definieren deren Verhalten und beschreiben einen konsistenten Zielzustand, den das Gestaltungselement annehmen kann oder soll. Manchmal beziehen sich funktionale Abhängigkeiten auf die Funktion eines Gestaltungselements und nicht auf seinen Ort oder seine Geometrie oder Gestalt. In diesem Fall lassen sich die Abhängigkeiten nicht mittels Parametern formulieren. Vielmehr werden sie durch automatisch auswertbare Funktionen oder Rechenvorschriften formalisiert, die aufgerufen werden, um bestimmte Prüfungen z. B. auf Konsistenz durchzuführen und um damit die von einem Gestaltungselement geforderte Semantik sicherzustellen.
Einem intelligenten Gestaltungselement können gemäß Anspruch 4 automatisch ausführbare Rechenvorschriften und -programme zugeordnet sein, die die Konsistenz während der Konstruktion sowie die Abbildung auf Objekte von weiteren Phasen des Produkt-Lebenslaufs sicherstellen. Vorzugsweise ist ein intelligentes Gestaltungselement in der Lage, Wissenskonflikte automatisch zu prüfen und dem Anwender Korrekturvorschläge anzubieten oder gegebenenfalls automatisch selber Korrekturen vorzunehmen.
Vorzugsweise werden Gestaltungselemente in einem neutralen, also nicht auf ein bestimmtes CAD-Werkzeug zugeschnittenes, Datenformat abgespeichert (Anspruch 11). Diese Datenablage wird aus einem auf Gestaltungselemente basierenden CAD-Modell generiert. Die neutrale Datenablage fungiert als Schnitt- und Koppelstelle für die Integration verschiedener Systeme zur Produktionssteuerung, Fertigung und Simulation. Die jeweils besten Systeme lassen sich integrieren, ohne sie direkt aneinander anpassen zu müssen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
1. einen Ausschnitt aus der Taxonomie unter Gestaltungselement-Typen der Bibliothek;
2. zwei weitere Ausschnitte aus der Taxonomie mit den Gestaltungselement-Typ für Löcher bzw. dem Gestaltungselement-Typ für Design-Gestaltungselemente als Wurzel;
3. zwei weitere Ausschnitte aus der Taxonomie mit den Gestaltungselement-Typ für Wölbungen bzw. dem Gestaltungselement-Typ für Versteifungen als Wurzeln;
4. weitere Typen von Datenobjekten der Bibliothek;
5. die Verwendung der Bibliothek zur Erzeugung eines Kabeldurchgangslochs;
6. Attribute des Langlochs „Langloch 2" aus 5.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt eine Datenverarbeitungsanlage, vorzugsweise einen leistungsfähigen Arbeitsplatzrechner oder einen Netzwerk-Zentralrechner („server"), an den mehrere Netzwerk-Arbeitsplatzrechner („clients") angeschlossen sind. Auf dieser Datenverarbeitungsanlage ist ein Softwaresystem zum rechnerunterstützten Konstruieren (CAD-Werkzeug) implementiert, z. B. CATIA V5. Informationen über CATIA V5 sind z. B. unter http://www-3.ibm.com/servlet/solutions/plm/plmgk?did=052569650058d112&pi d=v5_intro und unter http://www.catia.com, beide abgefragt am 19. 2. 2003, verfügbar. Mit einem derartigen Konstruktionssystem erzeugt ein Konstrukteur ein rechnerverfügbares dreidimensionales Modell der zu entwerfenden Karosserie oder von Bestandteilen dieser Karosserie. Beispielsweise erzeugt er ein Modell einer Seitentür. Dieses Modell umfaßt Konstruktions-Gestaltungselemente verschiedener Typen.
Das Konstruktionssystem umfaßt eine elektronische Bibliothek mit Gestaltungselementen für ein breites Anwendungsgebiet sowie Mittel zum Erzeugen von Typen benutzerdefinierter Gestaltungselemente, welche die vorgegebenen Typen in der Bibliothek erweitern. Vorzugsweise mit diesem Mittel erzeugt ein Fachexperte die Bibliothek mit Gestaltungselementen für Karosserien, die zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehört.
Vorzugsweise wird die elektronische Bibliothek auf dem Netzwerk-Zentralrechner abgespeichert. Dann läßt sie sich zentral warten und bei Bedarf aktualisieren. Änderungen, die einmal zentral durchgeführt werden, stehen auf allen Netzwerk-Teilnehmerrechnern, die mit dem Netzwerk-Zentralrechner verbunden sind, zur Verfügung.
Die in der Bibliothek abgespeicherten Typen von Gestaltungselementen sind vorzugsweise in einer Taxonomie („Verwandtschaftshierarchie") angeordnet. Diese Taxonomie legt fest, welcher Typ ein Spezialfall eines anderen Typs ist. Die Taxonomie unter den Typen ist vorzugsweise ebenfalls Bestandteil der Bibliothek der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Das Konstruktionssystem besitzt weiterhin Mittel zum Auswählen eines Typs aus der Bibliothek. Beispielsweise navigiert ein Benutzer in einer baumartigen Darstellung einer Taxonomie unter Typen von Gestaltungselementen und wählt einen Typ aus. Das Konstruktionssystem besitzt Mittel zum Erzeugen eines Gestaltungselements eines ausgewählten Typs („Instantiierung" des Typs) sowie Mittel zum Einfügen eines Gestaltungselements in das Modell der Karosserie. Vorzugsweise positioniert ein Konstrukteur das Gestaltungselement graphisch in das Modell und parametrisiert das Gestaltungselement.
Der Rohbau der Karosserie wird als funktionales Element und Informationsträger im Entwicklungsprozeß für das Gesamtfahrzeug behandelt.
Jeder Typ besitzt verschiedene Attribute. Damit besitzt auch jedes Gestaltungselement dieses Typs diese Attribute. Für ein Gestaltungselement des Typs werden den Attributen bestimmte Attributwerte zugeordnet. Verschiedene Gestaltungselemente desselben Typs können sich durch ihre Attributwerte unterscheiden.
In den Gestaltungselement-Typen der elektronischen Bibliothek werden alle Informationen aufgenommen, die für nachfolgende Prozeßschritte z. B. in der Fertigung benötigt werden. Vorzugsweise besitzt jeder Typ daher mindestens die im folgenden beschriebenen Attribute, die hinsichtlich verschiedener Sichten klassifiziert werden. Die Sichten resultieren aus verschiedenen Schritten des Produktentstehungsprozesses.
Verwaltungs-Informationen:

– eine eindeutige Kennung des Gestaltungselements,
– einen Verweis vom Gestaltungselement auf den Typ des Gestaltungselements,
– die Referenz, das ist die Spezifikation des Gestaltungselements,
– der Status des Gestaltungselements, zu dem der Reifegrad (z. B. „freigegeben") gehören,
– die Version

Produkt-Sicht:

– Referenz auf das Gestaltungselement in dem CAD-Modell, zu dem das Gestaltungselement gehört,
– Bezugspunkte des Gestaltungselements und deren geometrische Positionen im CAD-Modell,
– Verweis auf übergeordnete und untergeordnete Gestaltungselemente,
– Aufgabenbereich des Gestaltungselements in der Karosserie,
– Funktion des Gestaltungselements in der Karosserie, Technologische Sicht
– Form-, Lage- und/oder Maßtoleranzen des Gestaltungselements,
– Werkstoffe
– Oberfläche (n)
– Standards, die bei der Konstruktion oder Fertigung oder Prüfung des Gestaltungselements zu beachten sind, z. B. eine DIN oder eine unternehmensinterne Norm,

Prozeß-Sicht

– eine Festlegung einer Abfolge von Schritten zum Einfügen des Gestaltungselements in das zu konstruierende Modell – diese Festlegung ist vorzugsweise einem Typ zugeordnet und ist für jedes Gestaltungselement des Typs gültig,
– eine Festlegung einer Abfolge von Schritten zum Herstellen des Gestaltungselements als Teil der herzustellenden Karosserie Modell – diese Festlegung ist vorzugsweise einem Typ zugeordnet und ist für jedes Gestaltungselement des Typs gültig,
– eine Festlegung von Punkten zur Messung und/oder Prüfung des Gestaltungselements während der Fertigung des Kraftfahrzeugs,
– eine Festlegung einer Abfolge von Schritten zur Prüfung des Gestaltungselements unter Verwendung der festgelegten Meßpunkte

Wissens-Sicht

– eine automatisch auswertbare Rechenvorschrift zur Bestimmung eines Attributwertes des Typs aus anderen Attributwerten des Typs oder zur Konsistenzprüfung von Attributwerten des Typs.

Vorzugsweise umfaßt die Bibliothek Datenobjekte für die folgenden möglichen Aufgabenbereiche eines Gestaltungselements in einer Karosserie:

– Tragwerk (z. B. Quer- oder Längsträger, Verstrebungen, Verstärkungen),
– Grundstruktur (z. B. Hauptformen, Basisflächen),
– Öffnungen,
– Raumtrennung und
– Beplankung.

Vorzugsweise sind für Typen von Gestaltungselementen jeweils einige mögliche Aufgabenbereiche festgelegt. Nach Erzeugung eines Gestaltungselements des Typs wird einer der möglichen Aufgabenbereiche ausgewählt und dem Gestaltungselement zugeordnet. Den Typen sind folgende Aufgabenbereiche zugeordnet:

– Flansche: Tragwerk, Grundstruktur, Öffnungen, Beplankung
– Löcher: Tragwerk, Grundstruktur, Öffnungen,
– Sicken: Tragwerk, Grundstruktur, Öffnungen,
– Balken: Grundstruktur, Öffnungen, Beplankung
– Gelenke: Grundstruktur, Öffnungen,
– Freischnitte: Tragwerk, Grundstruktur, Öffnungen, Beplankung
– Verprägungen: Tragwerk, Grundstruktur, Öffnungen, Beplankung.

Beispiele für die Funktion eines Gestaltungselements sind „Kabeldurchgangsloch" oder „Bezugspunkt" oder „Aufspannpunkt".
Die automatisch auswertbaren Rechenvorschriften können die form von Regeln (z. B. Wenn-Dann-Regeln), funktionalen Abhängigkeiten, Entscheidungstabellen oder Algorithmen haben.
Vorzugsweise wird eine Taxonomie (Verwandtschaftshierarchie) unter Typen von Gestaltungselementen aufgestellt. Diese Taxo nomie umfaßt alle Typen von Gestaltungselementen, die für die Konstruktion und Produktion von Karosserien benötigt werden. Folgende drei Ansätze, um Gestaltungselemente zu klassifizieren, lassen sich unterscheiden:

– Klassifizierung anhand der Form: Diese erlaubt einen schnellen Überblick über die verschiedenen möglichen Formen. Diese Klassifikation wird üblicherweise für prismatische Bauteile verwendet. Im Rohbau-Prozeß ist dieser Ansatz hingegen nicht sinnvoll, weil nicht alle möglichen Formen mit Hilfe von Freiformflächen definiert werden können.
– Klassifizierung anhand der Reihenfolge der Konstruktionsschritte: Dieser Ansatz ist ein implementierungsnaher, bei dem Algorithmen und Funktionalitäten des CAD-Systems benutzt werden und der daher spezifisch für ein bestimmtes CAD-System sein kann. Vorgesehen wird, daß Gestaltungselemente entweder wiederverwendbar, von Experten erfragt oder automatisch während der Konstruktion protokolliert werden. Ein erheblicher Nachteil dieses Ansatzes ist, daß Gestaltungselemente von einer internen Repräsentation in einem CAD-System abhängen.
– Klassifizierung anhand der Funktion: Der Konstrukteur verwendet üblicherweise Begriffe und Verknüpfungen mit bestimmten technischen Bedeutungen. Mit Hilfe dieser Begriffe werden bestimmte Merkmale eines Bauteils mit bestimmten Funktionen belegt, was zu einer Begriffswelt führt, die Begriffe wie Versteifungs-Ecke, Tasche, Büchse für Loch für Kabel umfaßt. Diese Merkmale werden als Gestaltungselemente behandelt.

Die Klassifizierung anhand der Funktion läßt sich kombinieren oder ergänzen mit der Klassifizierung anhand der Reihenfolge der Konstruktionsschritte, insbesondere weil oft eine enge Korrelation zwischen der Funktion eines und der Konstruktionsmethodik für ein Gestaltungselement besteht. Diese Korrelation erleichtert die Implementierung sowie das Verständnis des Gestaltungselements. Beispielsweise steht „Sicke" (auch „Wulst" genannt) für einen generischen Begriff, der eine Prägung oder Pressung in irgendeine Form umfaßt. Die Verwendung eines Wulstes steigert üblicherweise die Steifigkeit einer Komponente. Mit dem Begriff „Wulst" wird hingegen noch nicht die konkrete Gestalt eines entsprechenden Gestaltungselements vollständig beschrieben. Daher wird eine weitere, präzisierende Unterscheidung durch Konstruktionsschritte durchgeführt, damit eine Klassifikation des Gestaltungselements „Sicke", die auf der Verwendung ähnlicher geometrischer Objekte beruht, eindeutig ist.
Ein wichtiger Aspekt bei der Klassifizierung ist die Tatsache, daß eine Funktion durch mehrere unterschiedliche geometrische Formen realisiert werden kann und daher der Funktion unterschiedliche Abfolgen von Konstruktionsschritten zugeordnet werden können. Der Zusammenhang zwischen Funktion und Form läßt sich nicht vollständig formalisieren, weil Funktionalität aus dem Zusammenspiel mehrerer interagierender Teilfunktionen resultieren kann. Eine Funktion kann durch unterschiedliche Formen realisiert werden, umgekehrt vermag dieselbe Form verschiedene Funktionen zu realisieren.
1, 2 und 3 zeigen mehrere Ausschnitte aus der Taxonomie unter den Typen von Gestaltungselementen der elektronischen Bibliothek. In den Figuren ist „GE" die Abkürzung für Gestaltungselemente. Dreiecke in 1 zeigen Fortlassungen an, die in den folgenden Figuren ausgefüllt werden.
1, 2 und 3 veranschaulichen beispielhaft das Ergebnis einer Vorgehensweise, wie Gestaltungselemente klassifiziert und identifiziert werden. Diese Vorgehensweise nutzt eine Taxonomie von Konstruktions-Zielen, die viele mögliche Verhaltensweisen, die von einem intelligenten Gestaltungselement gefordert werden, explizit und rechnerauswertbar repräsentiert. Die im folgenden gezeigte Klassifikation führt zu einer allgemein nutzbaren, homogenen Begriffswelt für Ges taltungselemente. Sie erlaubt es, Produktdaten zwischen verschiedenen Konstrukteuren auszutauschen, auch unternehmensübergreifend. Darüber hinaus berücksichtigt die Klassifikation die Unterteilung in Funktion, Fertigungs-Technologie und Abfolge von Konstruktions-Schritten.
4 zeigt Relationen unter einigen Typen aus 1 sowie weitere Typen von Datenobjekten der Bibliothek. In 4 wird die Notation „Unified Modeling Language" (UML) verwendet. Diese Notation ist aus http://www.omg.org/technology/uml/index.htm, abgefragt am 18. 6. 2003, bekannt. Eine Karosserie umfaßt mehrere Bauteile, z. B. Seitentüren. Rechtecke repräsentieren Datenobjekt-Typen, Pfeile repräsentieren zulässige Relationen zwischen verschiedenen Datenobjekt-Typen. Ein Bauteil umfaßt mehrere Gestaltungselemente, was durch eine Raute am Pfeil zwischen dem Rechteck für „Bauteile" und dem für „Konstruktions-Gestaltungselemente" angedeutet wird. Eine Toleranz kann in mehreren verschiedenen Bezugssystemen formuliert werden, was durch das Mitgliedschaftsintervall 0..* ausgedrückt wird.
Einige Datenobjekt-Typen haben weitere Attribute. Beispielhaft werden einige aufgelistet.

– Eine Toleranz besitzt die Attribute Kennung, Toleranz-Art, obere und untere Schranke.
– Ein Freischnitt hat eine Position. Ein Freischnitt-Flansch hat zusätzlich eine Tiefe, eine Breite sowie äußere und innere Ecke.

5 illustriert die Verwendung der Bibliothek von Gestaltungselement-Typen für die Konstruktion des Rohbaus der Karosserie. Gezeigt wird ein Ausschnitt aus einer baumartigen Darstellung aller bislang erzeugten Konstruktions-Gestaltungselemente des Rohbau-Türmoduls. Jedes dieser Gestaltungselemente ist dadurch erzeugt worden, daß jeweils ein Typ aus der Bibliothek der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus gewählt und „instantiiert" und parametriert wurde. Der Begriff „Instantiierung" bezeichnet den Vorgang, ein Datenobjekt eines zuvor festgelegten Datenobjekt-Typs automatisch zu erzeugen. Vorzugsweise umfaßt die Bibliothek eine graphische Darstellung jedes Gestaltungselemente-Typs, die den jeweiligen Typ veranschaulicht.
Diese baumartige Darstellung wird auf dem Bildschirm angezeigt. Die Konstruktions-Gestaltungselemente sind nach Typen sortiert. Im gezeigten Ausschnitt sind die Typen „Standardverprägungen", „Sicken/Taschen" und „Löcher" vertreten. Die Gestaltungselemente werden weiterhin hinsichtlich des Moduls, dem sie angehören, unterteilt, z. B. „Löcher Türmodul". Im Türmodel treten „Kragenlöcher", „Langlöcher" und „Kreislöcher" auf.
Durch Klick auf das Zeichen „+" kann ein Benutzer den Baum „ausklappen", d. h. nachfolgende Knoten werden gezeigt. Durch Klick auf das Zeichen „–„ kann er den Baum an einer Stelle „einklappen".
Im Ausschnitt der 5 werden die Namen zweier Gestaltungselemente des Typs „Langlöcher" gezeigt. In 6 werden Attribute eines Langlochs aus 5 gezeigt, nämlich „Langloch 2". Dieses Langloch ist u. a. durch zwei Ausrichtungspunkte sowie die Attribute

– Typ des Gestaltungselements (hier: Langloch),
– Funktion des Gestaltungselements (hier: Kabeldurchgangsloch),
– Länge und Breite des Gestaltungselements (hier: 37,8 mm bzw. 29,8 mm),
– Ein Kommentar (hier: leer),
– zwei Ausrichtungslinien und
– eine Bohrrichtung

gekennzeichnet. Ein Benutzer legt mit Hilfe eines Editors diese Attribute fest. Die Funktion wählt er aus einer Liste möglicher Funktionen aus.
Vorzugsweise ist jedem Typ von Konstruktions-Gestaltungselementen eine Abfolge derjenigen Konstruktionsschritte zugeordnet, die zur Erzeugung eines Gestaltungselements des Typs durchzuführen sind. Im Falle eines Rundlochs sind dies beispielsweise folgende Schritte:

1. Definiere die Position des Lochs (Mittelpunkt)
2. Verbinde die betroffenen Oberflächen.
3. Lege die Fertigungsrichtung fest.
4. Definiere den Durchmesser.
5. Definiere Projektions-Operatoren.
6. Definiere Entgratungs-Operatoren.

Die verwendeten Begriffe, z. B. Fertigungsrichtung, werden durch eine dem Typ zugeordnete Zeichnung erläutert. Vorzugsweise werden diese Zeichnungen gemeinsam mit den sonstigen Informationen über die Typen in der Bibliothek der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgespeichert.
Weiterhin ist einem Typ von Gestaltungselement mindestens eine Toleranz zugeordnet. Die Toleranz kann von der Funktion abhängen, die das Gestaltungselement ausführen soll. Im Falle des Typs „Rundlöcher" sind beispielsweise folgende Standard-Toleranzen in Abhängigkeit von der Funktion, die ein Rundloch ausführt, festgelegt:

Einem Typ von Konstruktions-Gestaltungselementen kann in der Bibliothek ein Typ von Prüfungs-Gestaltungslementen zugeordnet sein. Beispielsweise ist dem Typ „Rundlöcher" der Prüfungs-Gestaltungslemente-Typ „Prüfung Rundlöcher" zugeordnet. Der Typ „Prüfung Rundlöcher" umfaßt die beiden Attribute „Positions-Toleranz" und „Durchmesser-Toleranz" sowie die Teil-Gestaltungselemente

– Meßelement Ebene,
– Meßelement Kreis,
– Berechnetes Element Punkt,
– Analyse-Element Position und
– Analyse-Element Durchmesser.

Die Teil-Gestaltungselemente repräsentieren Informationen über einzelne Schritte bei der Prüfung eines Rundlochs.
Weiterhin ist dem Typ „Prüfung Rundlöcher" eine Abfolge von Prüfschritten zugeordnet. Diese Abfolge kann Alternativen umfassen. Im folgenden wird ein Beispiel angegeben.
Die Standard-Prüf-Abfolge ist:

1. Zu messen sind drei Punkte einer Ebene (Positions-Toleranz des Mittelpunktes eingehalten?)
2. Zu messen sind drei Punkte eines Kreises (Durchmesser-Toleranz eingehalten?)

Möglich ist, daß zusätzlich weitere alternative Prüf-Abfolgen festgelegt sind, außerdem Bedingungen, die festlegen, wann welche Prüf-Abfolge auszuführen ist.
Die zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörende Gestaltungselemente-Bibliothek ist für den Rohbau-Prozeß so ausgelegt, daß die in ihr enthaltenen Konstruktions-Gestaltungselemente sich in nachfolgende Prozeßschritte z. B. bei der Fertigung nahtlos integrieren lassen. Außerdem umfassen die Gestaltungselemente Methoden, die verwendet werden, um spezifische Verknüpfungen zwischen Parametern des Produkts und vom Fertigungsprozeß oder zwischen Gestaltungselementen zu erzeugen. Manche dieser Verknüpfungen sind benutzer-definiert. Die Bibliothek umfaßt automatisch auswertbare Abbildungs-Regeln, die mindestens ein Attribut des Typs mit Attributen von Typen von Prüfungs-Gestaltungselementen verbindet.
In dem in 1 gezeigten Ausschnitt aus der Taxonomie unter Gestaltungselement-Typen der Bibliothek sind verschiedene Typen gezeigt, die nicht beim Konstruieren, sondern in nachfolgenden Schritten des Produktentstehungsprozesses verwendet werden. Um mit Hilfe dieser Gestaltungselemente Informationen in nachfolgende Schritte einzubringen, werden die Gestaltungselemente aus dem CAD-Modell in das auf Gestaltungselementen basierende Planungssystem des jeweiligen Prozeßabschnitts übernommen und im weiteren Verlauf in die jeweils geeigneten Gestaltungselemente transformiert. Beispielsweise werden Prüfungs-Gestaltungselemente, Montage- Gestaltungselemente, Untersuchungs-Gestaltungselemente und Zusammenbau-Gestaltungselemente erzeugt. Diese stellen dann dem Prozeßplaner die geometrischen, technologischen und funktionalen Aspekte für die Prozeßplanung bereit. Im Falle einer Konstruktions- oder Prozeßänderung dienen die Features als Bin deglied zur Durchführung und Unterstützung von Änderungen und Modifikationen des Fertigungsprozesses.
Ein Vorgehen zur rechnerunterstützten Konstruktion und Qualitätssicherung (CAD/CAQ) auf Basis von Gestaltungselemente umfaßt folgende Teilschritte:

– Während des Konstruierens werden Konstruktions-Gestaltungselemente erzeugt. Für diese Konstruktions-Gestaltungselemente werden Qualitätskriterien in Form von Form-, Lage- oder Maßtoleranzen festgelegt.
– Ein zu überprüfendes Konstruktions-Gestaltungselement wird ausgewählt. Ein Prüf-Gestaltungselement wird erzeugt. Durch die Anwendung von Abbildungs-Regeln für Gestaltungselemente werden die Parameter des Konstruktions-Gestaltungselements in die für rechnerunterstützte Qualitätssicherung (CAQ) adäquate Sicht eines Prüf-Gestaltungselements transformiert.
– Als Teil der Prüf- und/oder Meßplanung werden die Qualitätskriterien festgelegt, die zur Überprüfung eines Prüf-Gestaltungselements relevant sind.
– Die Meßelemente (z. B. Meßpunkte), die zur Überprüfung eines bestimmten Qualitätskriteriums gemessen werden müssen, werden ermittelt und dem jeweiligen Prüf-Gestaltungselement zugeordnet.
– Die Prüfmethode und das Auswerteverfahren werden festgelegt.
– Ausgewählt werden die Meßmittel, insbesondere das Koordinatenmeßgerät sowie die Sensoren, die zum Messen eines bestimmten Meßelements einsetzbar sind.
– Antastpunkte, Anfahr- und Rückzugswege sowie Sensorbahn werden ermittelt. Das resultierende Meßprogramm für ein einzelnes Prüf-Gestaltungselement wird simuliert und angepaßt.
– Die Prüf-Gestaltungselemente eines Bauteils werden zu einem vollständigen Meßprogramm verkettet.

Die Auslegung und Konstruktion von Umformwerkzeugen erfordert vom Konstrukteur und/oder vom Arbeitsplaner ein hohes Maß an Erfahrungswissen. Gestaltungselemente für eine Karosserie werden assoziativ mit Gestaltungselementen für Umformwerkzeugen verbunden. Manche Gestaltungselemente für Umformwerkzeugen legen die Umformgeometrie( z. B. Nachschlageflächen, Ziehprofile) fest.
Vorzugsweise werden das Bauteil und das zu seiner Herstellung benötigte Umformwerkzeug parallel konstruiert. Hierzu werden folgende Schritte durchgeführt:

– Die Basisgeometrie wird konstruiert.
– In die Basisgeometrie werden Konstruktions-Gestaltungselemente eingefügt. Hierzu wählt ein Bearbeiter Typen von Gestaltungselementen aus der Bibliothek der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus, z. B. Typen von Sicken und Verprägungen. Die Vorrichtung erzeugt durch Instantiierung ein Gestaltungselement des ausgewählten Typs. Der Bearbeiter positioniert und parametriert dieses Gestaltungselement.
– Ist dieses Einfügen abgeschlossen, so ist eine elektronische Konstruktion des Bauteils entstanden, die u. a. Löcher und Flansche aufweist.
– Aus der Basisgeometrie werden Trimmkurven abgeleitet, was ein erster Schritt zur Konstruktion des Umformwerkzeugs ist.
– Aus den Trimmkurven wird die Umformgeometrie abgeleitet. Diese umfaßt z. B. Nachschlageflächen und Ziehprofile.
– Die Umformgeometrie wird zur fertigen Geometrie des Umformwerkzeugs weiterentwickelt. Diese fertige Geometrie umfaßt z. B. Sicken.
– Durch zwei parallel Konstruktionsprozesse sind eine Konstruktion des fertigen Bauteils und eine des Umformwerk zeugs entstanden. Beide werden zu einer Konstruktion des Bauteils mit Umformgeometrie zusammengefaßt.

Claims

Vorrichtung zum Konstruieren eines rechnerverfügbaren Modells einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, wobei das Modell Gestaltungselemente umfaßt und die Vorrichtung – eine elektronische Bibliothek mit Typen von Gestaltungselementen, – Mittel zum Auswählen eines Typs aus der Bibliothek, – Mittel zum Erzeugen eines Gestaltungselements eines ausgewählten Typs und – Mittel zum Einfügen eines Gestaltungselements in das Modell umfaßt , dadurch gekennzeichnet, daß die Bibliothek folgende Typen von Konstruktions-Gestaltungselementen umfaßt: – einen Typ für Löcher, – einen Typ für Sicken, – einen Typ für Verprägungen, – einen Typ für Ecken, – einen Typ für Freischnitte, – einen Typ für Flansche, – einen Typ für Kanten, und jeder Typ folgende Attribute umfaßt: – Bezugspunkte eines Gestaltungselements des Typs und deren geometrische Positionen, – geometrische Abmessungen eines Gestaltungselements des Typs, – Toleranzen eines Gestaltungselements des Typs und – eine Festlegung von Punkten zur Messung und/oder Prüfung eines Gestaltungselements des Typs während der Fertigung des Kraftfahrzeugs.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bibliothek zusätzlich mindestens einen der folgenden Typen von Konstruktions-Gestaltungselementen umfaßt: – einen Typ für einfache Löcher als Unter-Typ des Typs für Löcher, – einen Typ für Kragen-Löcher als Unter-Typ des Typs für Löcher, – einen Typ für Lackablauf-Löcher als Unter-Typ des Typs für Löcher, – einen Typ für Konus-Flansch-Löcher als Unter-Typ des Typs für Löcher, – einen Typ für gerade Flansche als Unter-Typ des Typs für Flansche, – einen Typ für gekrümmte Flansche als Unter-Typ des Typs für Flansche und – einen Typ für gefalzte Flansche als Unter-Typ des Typs für Flansche.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Typ von Konstruktions-Gestaltungselementen eine Festlegung einer Abfolge von Schritten zum Einfügen eines Gestaltungselements des Typs in das zu konstruierende Modell zugeordnet ist und die Vorrichtung – Mittel zur Eingabe von Informationen zur Durchführung der festgelegten Schritte jeder Abfolge – und Mittel zum Ausführen dieser Schritte umfaßt .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Typ von Konstruktions-Gestaltungselementen mindestens eine automatisch auswertbare Rechenvorschrift – zur Bestimmung eines Attributwertes des Typs aus anderen Attributwerten des Typs – oder zur Konsistenzprüfung von Attributwerten des Typs umfaßt .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Typ der Bibliothek eine Festlegung einer Abfolge von Schritten zur Fertigung eines Gestaltungselements des Typs zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem Typen der Bibliothek eine Festlegung einer Abfolge von Schritten zur Prüfung eines Gestaltungselements des Typs unter Verwendung der festgelegten Punkte während der Fertigung des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bibliothek Datenobjekte für mögliche Aufgabenbereiche eines Gestaltungselements in einer Karosserie umfaßt und die Datenverarbeitungsanlage Mittel zur Auswahl eines Aufgabenbereichs und Zuordnung eines ausgewählten Aufgabenbereichs zu einem erzeugten Konstruktions-Gestaltungselement umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bibliothek Datenobjekte für die folgenden mögliche Aufgabenbereiche umfaßt: – Tragwerk, – Grundstruktur, – Öffnungen, – Raumtrennung und – Beplankung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bibliothek – Typen von Fertigungs-Gestaltungselementen, welche die Fertigung der Karosserie beschreiben, – und automatisch auswertbare Abbildungs-Regeln, die mindestens ein Attribut eines Typs von Konstruktions-Gestaltungselementen mit Attributen von Typen von Fertigungs-Gestaltungselementen verbindet, umfaßt .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bibliothek – Typen von Prüfungs-Gestaltungselementen, die die Prüfung der Karosserie beschreiben, – und automatisch auswertbare Abbildungs-Regeln, die mindestens ein Attribut eines Typs von Konstruktions-Gestaltungselementen mit Attributen von Typen von Prüfungs-Gestaltungselementen verbindet, umfaßt .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsanlage Mittel zur Abspeicherung eines Gestaltungselements in einem neutralen Datenformat umfaßt .