DE69303359T2

DE69303359T2 - Rechnerunterstütztes Entwurf- und Fertigungssystem

Info

Publication number: DE69303359T2
Application number: DE69303359T
Authority: DE
Inventors: Serge Favre; Patrick Megard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2013-12-25
Also published as: IL108386A; US5513310A; EP0610594B1; ATE139853T1; ES2090834T3; JPH06251089A; DE69303359D1; IL108386A0; SG48974A1; EP0610594A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für rechnergestützte Konstruktion und Fertigung.
Die herkömmlichen Systeme der rechnergestützten Konstruktion und/oder Fertigung, im folgenden mit CAD/CAM (computer-aided design/computer-aided manufacturing) abgekürzt, umfassen im allgemeinen eine zentrale Recheneinheit, einen Bildschirm, mit dem die entworfenen Gegenstände verbildlicht werden können, und eine Vorrichtung zur Dateneingabe wie zum Beispiel eine Tastatur und/oder eine Zeigervorrichtung wie zum Beispiel eine Maus. Diese Systeme sind gleichzeitig mit einer Benutzerschnittstelle ausgestattet, die Programme umfasst, die den Benutzer im Erstellen und Abwandeln der Darstellungen von Gegenständen unterstutzen, indem sie diese Gegenstände in zwei oder drei Dimensionen auf dem Bildschirm erscheinen lassen, damit sie einer weiteren Bearbeitung unteizogen werden können, wie zum Beispiel einem Ausdruck auf Papier oder der Steuerung einer Werkzeugmaschine. Bei der Verwendung solcher Systeme sieht sich der Benutzer der Aufgabe einer einfuhrenden Ausbildung gegenübergestellt, und zwar auf Grund der grossen Anzahl von Befehlen und/oder Tastenbedienungen, die er sich merken muss, um einen Gegenstand darzustellen. Darüber hinaus muss der Benutzer, der seine Ausbildung beendet hat, beim Erstellen und Abwandeln eines Gegenstandes sehr oft in wiederkehrender Weise eine Reihe von Befehlen oder Tastenhedienungen ausführen, die für eine gegebene Aufgabe immer die gleichen sind, wodurch sich ein grösserer Arbeitszeitaufwand ergibt. Bei Nutzung des CAD/CAM-Systems durch eine Gruppe von Personen stellt sich die Aufgabe, innerhalb des Unternehmens bestimmte Gegenstände (Zeichnungen, Pläne, Bearbeitungswege usw.) zu standardisieren. Die von diesen CAD/CAM-Systemen gebotene Flexibilität führt nämlich dazu, dass jeder einzelne Benutzer eine bestimmte Zahl von Konventionen oder Regeln annimmt (Konstruktion wahlweise in verschiedenen Ansichten, Strichstärken, Schattierungsarten, Schriftarten) und es dadurch fur eine Person, die eine Zeichnung nicht selbst erstellt hat, schwierig wird, diese Zeichnung abzuwandeln.
Durch Benutzerschnittstellen mit Fenstern können diese Probleme teilweise behoben werden. Bei Benutzung einer Maus, mit der ein Zeiger auf dem Bildschirm verschoben werden kann, um zum Beispiel aus einem umlaufenden Menü von Befehlen einen Befehl auszuwählen, vermindert sich die Zahl der zu lernenden Befehle, und die Auswahl kann rasch erfolgen. Bei vielen Befehlen muss jedoch eine bedeutende Anzahl von Parametern eingegeben werden, wodurch eine Folge von Tastenbedienungen mit der Maus in einer Kaskade von auf dem Bildschirm erscheinenden Menüs erforderlich wird. Bestimmte Schnittstellen benutzen gleichzeitig Menüs mit Symbolen, die die Befehle oder Gegenstände verbildlichen und somit die Ergonomie verbessern, aber es gleichwohl nicht erübrigen, für bestimmte Operationen zahlreiche Parameter zu definieren.
Die Europäische Patentschrift EP 0 241 071 B1 offenbart ein CAD/CAM-System, worin ein Verfahren verwendet wird, mit dem Modelle von Gegenständen in zwei oder drei Dimensionen erstellt und bearbeitet und sodann auf einem Sichtgerät dargestellt werden können. Ein Diagramm von baumartig verzweigter Struktur, das jedem hierarchischen Element des Gegenstandes ein Wort zuordnet, wird gleichzeitig mit dem Bild des Modells auf dem Bildschirm dargestellt, und durch Auswahl eines Wortes im Strukturdiagramm kann eine Operation mit dem entsprechenden Element wie auch mit allen in der Hierarchie tiefer stehenden Elementen ausgeführt werden, wodurch es sich erübrigt, diese Operation mit jedem Element einer tieferen Ebene von neuem auszuführen. Mit diesem System ist es jedoch nicht möglich, die Zahl der Befehle oder Tastenbedienungen zu vermindern, die dafür erforderlich sind, die kennzeichnenden Parameter eines Befehles zu erfassen, wenn ein neues Modell erstellt wird.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die Zahl der Tastenbedienungen oder Befehle zu vermindern, die in einem CAD/CAM-System eingegeben werden müssen, wenn ein neuer Gegenstand erstellt oder ein schon existierender Gegenstand abgewandelt werden soll. Die vorliegende Erfindung hat ebenfalls das Ziel, die mit Hilfe dieses Systems innerhalb eines Unternehmens erhatenen Ergebnisse besser zu standardisieren.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein CAD/CAM-System, worin ein Verfahren verwendet wird, das die vorerwähnten Nachteile ausräumt und sich durch die in Anspruch 1 aufgezählten Merkmale auszeichnet.
Die beigefügte Zeichnung veranschaulicht schematisch und beispielhaft bestimmte Schritte des Verfahrens gemäss vorliegender Erfindung.
Figuren 1 bis 4 stellen die Anzeigevorrichtung des CAD/CAM-Systems bei den verschiedenen Schritten dar.
Um das Verfahren, das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellt, zu beschreiben, bedient man sich eines CAD/CAM-Systems mit einem Bildschirm, einer Tastatur, einer Zeigervorrichtung wie zum Beispiel einer Maus und einer Benutzerschnittstelle mit Fenstern, die es gestattet, in einem Bereich oder Fenster des Bildschirms die zwei- oder dreidimensionale Darstellung eines Gegenstandes oder des Weges des Werkzeugs, das dazu dient, ihn herzustellen, zur Anzeige zu bringen. Es sei bemerkt, dass weder die Anzahl der Fenster noch ihre Anordnung von Bedeutung ist, wobei der Benutzer ihre Anzahl, Anordnung und Grösse selbst wählen kann.
Das nachfolgende Beispiel betrifft die Verwirklichung einer Zeichnung, die der Benutzer erstellt, indem er sich der im CAD/CAM-Programm zur Verfügung stehenden Befehle bedient. Als ein Element wird jede unabhängige, einen Teil der Zeichnung darstellende Einheit definiert, mit der eine Operation ausgeführt werden kann. Eine Zeichnung setzt sich aus einer Gesamtheit von Elementen zusammen, deren jedes bestimmte Eigenschaften besitzt. Zum Beispiel hat eine Gerade aus Element einer Zeichnung als Eigenschaften unter anderem die Stärke oder Farbe des Linienzuges, der dazu benutzt wird, sie auf dem Bildschirm darzustellen. Durch Ausführung eines Befehls oder einer Funktion ist es allgemein möglich, ein neues Element zu erstellen oder die Eigenschaften eines existierenden Elements zu verändern. Jeder Befehl bzw. jede Funktion kann es erforderlich machen, im voraus eine bestimmte Zahl von Parametern zu definieren. Zum Beispiel erfordert der Befehl, mit dem ein Element einer Rotation unterworfen werden kann, den Wert des Rotationswinkels einzuführen. Je nach den für einen bestimmten Befehl definierten Parametern erhält man nach Ausführung dieses Befehls ein Element mit bestimmten Eigenschaften. Ein Element nimmt also je nach den Parametern, die für den Befehl definiert wurden, mit dem es geschaffen wurde, verschiedene Gestalt an.
In den herkömmlichen CAD/CAM-Systemen werden im allgemeinen die erzeugten Elemente wie auch ihre Eigenschaften im Speicher der Vorrichtung abgespeichert, so dass später die Zeichnung auf dem Bildschirm dargestellt werden kann, um daran Veränderungen anzubringen. Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung umfasst die folgenden Schritte.
1. Auswahl eines Befehls, der es gestattet, aus dem Kreis der im CAD/CAM- System zur Verfügung stehenden Elementen eines darzustellen.
2. Definition der diesen Befehl betreffenden Parameter, um ein Element nut bestimmten Eigenschaften zu erhalten.
3. Ausführung des Befehls, was die Anzeige des erstellten Elements auf dem Bildschirm zur Folge hat, sowie Abspeicherung des Typs und der Eigenschaften des erstellten Elements in einem Speicher.
4. Abspeicherung des Befehlstyps, nut dem das benannte Element erstellt wurde, sowie der diesem Befehl zugeordneten Parameter in einem Speicher.
5. Schritte 1 bis 4 gestatten es, ein Bezugselement zu schaffen; sie lassen sich wiederholen.
6. Auswahl eines Bezugselements oder einer seiner Eigenschaften mit Hilfe der Zeigervorrichtung.
7. Betätigung eines der Steuerorgane der Zeigervorrichtung, wodurch Zugriff zu dem Speicher erlangt wird, der die Daten für das ausgewählte Bezugselement enthält, und der diesem Element zugeordnete Befehl aufgerufen wird, so dass ein ähnliches Element erstellt werden kann, wobei die dem Befehl zugeordneten Parameter mangels anderweitiger Vorgaben denen gleichen, die bei Erstellung des Bezugselements eingegeben worden waren.
Bei der in Schritt 6 getroffenen Auswahl wird durch Betätigung eines zweiten Steuerorgans der Zeigervorrichtung bewirkt, dass auf dem Bildschirm die Parameter erscheinen, die dem Befehl zugeordnet sind, nut dem das ausgewählte Element erstellt wurde. Dadurch wird es dem Benutzer ermöglicht, ein Element des gleichen Typs wie das ausgewählte Element, jedoch mit anderen Eigenschaften, zu erstellen.
Die verschiedenen Schritte der Konstruktion einer Geraden werden nachstehend als Beispiel in Einzelheiten beschrieben.
Man definiert im voraus das Niveau, in der man diese Gerade konstruieren möchte. Durch Benutzung verschiedener "Niveaus" kann eine komplizierte Zeichnung zu einer Zusammenstellung von Ansichten aufgelöst werden. Indem bestimmte Elemente auf verschiedenen Niveaus konstruiert werden, kann man Teilansichten des Gegenstandes erhalten, die nur aus den Elementen eines Niveaus bestehen. Wenn man zum Beispiel auf dem Niveau 0 die Strukturelemente eines Gegenstandes und auf dem Niveau 1 die Abmessungen ansiedelt, kann man den Gegenstand mit seinen Abmessungen oder ohne sie bildlich darstellen, indem man die Anzeige der betreffenden Niveaus aufruft bzw. unterdrückt. Im folgenden muss man den Ausgangspunkt, den Endpunkt und die verschiedenen Parameter definieren, die sich auf den Linientyp (voll, punktiert, gestrichelt usw.), auf die Strichstärke oder auf die Farbe beziehen, mit der diese Gerade auf dem Bildschirm dargestellt werden soll. Diese verschiedeneu Parameter werden im Speicher der Recheneinheit zusammen mit den Daten gesichert, die es gestatten, diese Gerade in der Zeichnung zu lokalisieren. Wenn man eine zweite Gerade konstruieren will, muss man nicht wie früher mit der Maus das Menü aufrufen, mit dem Geraden gezeichnet werden können, und dann die Parameter bezüglich der Strichstärke, Strichart usw. eingeben, sondern kann einfach mit der Maus aufirgend einen Punkt auf der ersten Geraden zeigen und dann einen der Knöpfe der Maus betätigen. Dank der bei Konstruktion der ersten Geraden gespeicherten Daten tritt das System bei dieser Operation automatisch in die Betriebsart, in der Geraden erstellt werden. Um eine neue Gerade zu definieren, genügt es daher, die beiden Punkte zu definieren, zwischen denen diese Gerade verlaufen soll, wobei die für die Strichstärke, Strichart und das Konstruktionsniveau benutzten Parameter mangels anderweitiger Vorgaben die gleichen sind wie die für die erste Gerade definierten. Es ist jedoch offenbar, dass im weiteren die die zweite Gerade betreffenden Parameter, wenn nötig, noch verändert werden können.
Wenn man Veränderungen bestimmter Merkmale oder Eigenschaften eines Elements vornimmt, wie zum Beispiel der Strichstärke, so wählt man gewöhnlich mit der Zeigervorrichtung in den Menüs den Befehl oder die Funktion, mit denen die Stärke eines Striches verändert werden kann, dann gibt man den Wert der gewünschten Stärke in das System ein. Das kann, je nach der Funktion oder dem Merkmal, die zu modifizieren sind, zu einer relativ grossen Anzahl von Tastenbedienungen führen. Wenn man ein Merkmal eines Elements abzuändern wünscht, so genugt es. gemäss der vorliegenden Erfindung, mit der Zeigervorrichtung ein ähnliches Merkmal bei einem anderen, auf dem Bildschirm dargestellten Elements auszuwählen, um die Parameter des betreffenden Merkmals direkt aufzurufen. Wenn man zum Beispiel einen Bereich der auf dem Bildschirm dargestellten Zeichnung zu schattieren wünscht, so genügt es, mit der Maus auf irgendeinen anderen schattierten Bereich zu zeigen sind eine der Tasten der Maus zu betätigen, damit auf dem Bildschirm unmittelbar die Parameter erscheinen, die es gestatten, den fur die Schattierung verwendeten Strichtyp, Strichabstand und die Strichneigung abzuändern.
Wenn, wie oben beschrieben, Elemente in derselben Zeichnung als Grundlage dafür dienen können, um ein neues Element zu erstellen, das die Eigenschaften des ausgewählten Elements "erbt", so ist es ebenfalls möglich, eine fruher verwirklichte und gespeicherte Zeichnung in einem anderen Fenster aufzurufen, das auf dem Bildschirm geöffnet wurde, und sodann auf irgendein Element dieser Zeichnung zu zeigen, damit das System ein Element desselben Typs und mit denselben Eigenschaften in einer Zeichnung erstellt, die sich zur Zeit in einem anderen Fenster auf dem Bildschirm der Vorrichtung in Arbeit befindet. Um das vorstehende zu veranschaulichen, wird Bezug auf die Zeichnungen genommen, die ein vereinfachtes Beispiel veranschaulichen, mit dem die verschiedenen Schritte vorgestellt werden können. Figur 1 zeigt den Bildschirm des CAD/CAM-Systems. In einem ersten Bildschirmbereich unten links wird eine Zeichnung mit verschiedenen Elementen zur Anzeige gebracht. Ein Pfeil P versinnbildlicht den durch die Zeigervorrichtung angesprochenen Beieich des Bildschirms. Der übrige Bildschirm stellt den Arbeitsbereich dar, in dem eine neue Zeichnung erstellt werden soll.
Die erste Operation besteht darin, ein Element der Zeichnung auszuwählen, die im ersten Bereich des Bildschirms zur Anzeige gebracht wird, und zwar wie durch den Pfeil P veranschaulicht, der auf ein Element vom Typ eines Kreises zeigt. Nach Zugriff auf die Daten, die dem Befehl entsprechen, mit dem dieser Kreis erstellt wurde, ruft das System den Befehl auf, mit dem ein Kreis erstellt werden kann, der mangels anderweitiger Vorgaben die für die Erstellung des ersten Kreises verwendeten Parameter hat. Figur 2 ist eine Ansicht des Bildschirms, worin man einen neuen Kreis sieht, der im Arbeitsbereich erstellt wurde. Figur 3 veranschaulicht die Möglichkeit, eine Eigenschaft eines Elements auszuwählen, und zwar zeigt der Pfeil P hier auf eine schraffierte Zone. Nach Betätigung eines der Steuerorgane der Zeigervorrichtung ruft das System, wie es Figur 4 zeigt, ein Menü auf, mit dem man direkten Zugriff auf die Parameter für den Befehl erhält, der die Schraffur eines Eletnents gestattet. Man muss nur noch den gewünschten Schraffurtyp auswählen, um ihn auf ein Element anzuwenden.
Es sei noch bemerkt, dass eine Vorrichtung wie zum Beispiel ein Analog-Digital- Wandler oder eine Digitalisiertafel oder ein Digitalisator, mit der man ausserdem durch visuelle Zeichengabe jedwelchen Punkt einer auf the Tafel gelegten Zeichnung auswählen kann, sehr gut als Zeigervorrichtung dienen kann. In diesem Falle erfolgt die Auswahl nicht mehr durch Verschiebung einer Schreibmarke auf dem Bildschirm mit Hilfe der Maus, sondern durch Benutzung der Digitalisiertafel.
Es ist daher leicht, eine Bezugszeichnung zu erstellen, die die hauptsächlichen Elemente der Objekte umfasst, die am häufigsten darzustellen sind, und so die Zahl der Befehle oder Tastenbedienungen, die bei Erstellung neuer Zeichnungen in das CAD/CAM-System eingeführt werden müssen, beträchtlich zu verringern. Man erkennt zudem den evolutionären Charakter eines Systems, das das beschriebene Verfahren umsetzt, da jedes neue erstellte Element seinerseits als Bezugselement dienen kann. Wenn eine Bezugszeichnung von mehreren Benutzern zugleich verwendet werden kann, zum Beispiel in einer Einrichtung mit mehreren durch ein Datennetz verbundenen CAD/CAM-Systemen, so erleichtert das beträchtlich die Standardisierung der hergestellten Zeichnungen. Das endgültige Aussehen der realisierten Arbeiten wird tatsächlich einheitlich sein, wenn sich die Benutzer bei ihren Neuschöpfungen der Elemente der Bezugszeichnung bedienen.
In den oben beschriebenen Beispielen wurde auf eine Gerade oder einen Kreis oder aber auf das Aussehen von Schraffuren Bezug genommen, die relativ einfache Elemente bzw. Merkmale dalstellen. Es ist klar, dass dasselbe Verfahren bei jedem anderen Element und jedem anderen, komplizierteren Merkmal anwendbar ist, insbesondere im Bereich des dreidimensionalen CAD/CAM oder der Bearbeitungstoleranzen.
Oben wurde auf eine "Zeichnung" Bezug genommen, aber das vorstehende ist ganz offensichtlich auf andere Arbeiten anwendbar, die mit Hilfe eines CAD/CAM-Systems realisiert werden können, wie zum Beispiel auf Werkzeichnungen.
Die Vorrichtung, mit der das oben beschriebene Verfahren verwirklicht werden kann, umfasst im allgemeinen eine Mikroprozessor-Recheneinheit mit Speicher (RAM) wie auch eine Massenspeichereinheit, zum Beispiel Magnet- oder Optikplatten. Sie umfasst ausserdem Organe, um eine graphische Darstellung eines Gegenstandes zur Anzeige zu bringen, sowie Zeigerorgane, die es gestatten, Anweisungen ins System einzugeben. Die Benutzerschnittstelle solcher Systeme kann verschiedene Formen annehmen. Befehle können zum Beispiel ins System eingegeben werden, indem Anweisungen, die für das System erkenntlich sind, auf einer Tastatur geschrieben werden oder indem mit Hilfe der Zeigervorrichtung ein Befehl aus einem auf dem Bildschirm angezeigten Menü ausgewählt wird. Man kann gleichermassen eine Digitalisiertafel vorsehen. Man wird eine Benutzerschnittstelle mit Fenstern bevorzugen, bei der mit Hilfe einer Maus eine Auswahl aus auf dem Bildschirm angezeigten Menüs oder Bildsymbolen getroffen werden kann. Diese Systeme umfassen ferner periphere Ausgabegeräte wie Drucker oder Plotter. Solche Vorrichtungen gestatten es, das oben beschriebene Verfahren zu verwirklichen und somit die erwarteten Ergebnisse schneller und mit weniger Tastenbedienungen zu erreichen. Wenn solche Systeme, die untereinander zum Beispiel über ein Datennetz verbunden sind, gemeinsam benutzt werden, so verbessert sich die Einheitlichkeit der Ergebnisse ganz erheblich.

Claims

1. CAD/CAM-System, das ein Verfahren benutzt, mit dem Darstellungen von Gegenständen in zwei oder drei Dimensionen auf einem Computer erstellt und bearbeitet und durch Organe der bildlichen Darstellung und/oder Fertigung reproduziert werden können, gemäss welchem

- zumindest ein Element konstruiert wird, das verschiedene Eigenschaften besitzt, die von den zugeordneten Parametern des Befehls abhängen, der das benannte Element zu erzeugen gestattete, und

- die das konstruierte Element betreffenden Däten, wie zum Beispiel der Typ dieses Elements, seine Eigenschaften und die Beziehungen, die es mit anderen Elementen verbinden, in einem Speicher gesichert werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die zugeordneten Daten des Befehls, der das benannte Element zu erzeugen gestattete, wie auch die Parameter dieses Befehls in einem Speicher gesichert werden, so dass dieses Element zu einem Bezugselement wird, das andere ähnliche Elemente zu konstruieren gestattet, und

- der Zugriff zu einem Befehl oder zu seinen Parametern durch visuelle Auswahl eines Elements, eines Bezugselements, eines Merkmales eines Elements bzw. eines Merkmales eines Bezugselements mit Hilfe einer Zeigervorrichtung erhalten wird.

2. CAD/CAM-System gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung mit den Bezugselementen, unter denen die Auswahl durch Zeiger getroffen wird, in einem Bereich des Bildschirms angezeigt wird.

3. CAD/CAM-System gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugriff auf die Darstellung mit den Bezugselementen, unter denen die Auswahl durch Zeiger getroffen wird, mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers erfolgt.

4. CAD/CAM-System gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Bildschirms, in dem die Darstellung mit den Bezugselementen angezeigt wird, unter denen die Auswahl durch Zeiger getroffen wird, und der Arbeitsbereich, in dem sich die in Ausarbeitung befindliche Darstellung befindet, ineinander übergehen.

5. CAD/CAM-System gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Bildschirms, in dem die Darstellung mit den Bezugselementen angezeigt wird, unter denen die Auswahl durch Zeiger getroffen wird, vom Arbeitsbereich abgehoben ist.

6. CAD/CAM-System gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugriff auf die Parameter eines Befehls durch Bildschirmanzeige eines Befehlsmenüs erfolgt.