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Title:
METHOD FOR SIMULATING A SEQUENCE OF MOVEMENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/125569
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method and a device for simulating a sequence of movements of the structural components of a technical system. During the sequence of movements, at least two structural components of a technical system move in relation to each other. A respective computer-accessible three-dimensional construction model is given for every structural component of the technical system. At least two groups of structural components are produced. No structural component of a group moves in relation to the other structural components of the same group during the entire sequence of movements. Every structural component is part of a group. A computer-accessible description of the spatial movement that is carried out by the group during the sequence of movements is produced for every group. One computer-accessible construction model each is produced for every group using the construction models of the structural components and describes the surfaces of the structural components of the group. The sequence of movements is simulated using the descriptions of the movements and the construction models of the groups.

Inventors:
LONGHITANO LINA (DE)
Application Number:
PCT/EP2006/004765
Publication Date:
November 30, 2006
Filing Date:
May 19, 2006
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLER CHRYSLER AG (DE)
LONGHITANO LINA (DE)
International Classes:
G06F17/50; G05B17/02; G05B19/418
Foreign References:
US20030004908A12003-01-02
Other References:
SU C-J ET AL: "A new collision detection method for CSG-represented objects in virtual manufacturing" COMPUTERS IN INDUSTRY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS. AMSTERDAM, NL, Bd. 40, Nr. 1, September 1999 (1999-09), Seiten 1-13, XP004178446 ISSN: 0166-3615
Attorney, Agent or Firm:
NÄRGER, Ulrike et al. (Intellectual Property Management IPM - C106, Stuttgart, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Verfahren zur Simulation eines Bewegungsablaufs von Bestandteilen eines technischen Systems,

wobei sich mindestens zwei Bestandteile des technischen Systems während des Bewegungsablaufs relativ zueinander bewegen, für jeden Bestandteil des technischen Systems jeweils ein rechnerverfügbares dreidimensionales Konstruktionsmodell vorgegeben wird und das Verfahren die Schritte umfaßt, die unter Verwendung einer Datenverarbeitungsanlage durchgeführt werden, daß mindestens zwei Gruppen von Bestandteilen erzeugt werden, für jede Gruppe eine rechnerverfügbare Beschreibung der räumlichen Bewegung, die die Gruppe während des Bewegungsablaufs ausführt, erzeugt wird und unter Verwendung der Bewegungs-Beschreibungen die Simulation des Bewegungsablaufs durchgeführt wird. dadurch gekennzeichnet, daß

die mindestens zwei Gruppen von Bestandteilen dergestalt erzeugt werden, daß jeder Bestandteil einer Gruppe während des gesamten Bewegungsablaufs keine Bewegung relativ zu den anderen Bestandteilen derselben Gruppe ausführt und jeder Bestandteil zu einer Gruppe gehört, für jede Gruppe unter Verwendung der Bestandteile- Konstruktionsmodelle jeweils ein rechnerverfügbares dreidimensionales Konstruktionsmodell erzeugt wird, das die Oberflächen der Bestandteile der Gruppe beschreibt, und die Simulation des Bewegungsablaufs unter zusätzlicher Verwendung der Konstruktionsmodelle der Gruppen durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Konstruktionsmodell mindestens einer Gruppe dergestalt erzeugt wird, daß es die Oberflächen der Bestandteile der Gruppe näherungsweise durch Flächenelemente beschreibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Gruppe als Beschreibung ihrer räumlichen Bewegung die Festlegung erzeugt wird, daß die Bestandteile der Gruppe während des gesamten Bewegungsablaufs keine Bewegung ausführen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß

ein dreidimensionales Koordinatensystem vorgegeben wird und die Position und Orientierung jedes Konstruktionsmodells eines Bestandteils im Koordinatensystem vorgegeben und als Position und Orientierung des Bestandteils zu Beginn des Bewegungsablaufs verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß für jede Gruppe eine rechnerverfügbare Beschreibung einer Abfolge von Einzelbewegungen, die die Gruppe während der räumlichen Bewegung durchführt, vorgegeben wird, wobei jede Einzelbewegung eine Translations- oder eine Rotationsbewegung ist, rechnerverfügbare Parameter jeder Einzelbewegung vorgegeben werden und die Beschreibung der räumlichen Bewegung der Gruppe unter Verwendung der Beschreibung der Abfolge und der Parameter ihrer Einzelbewegungen erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn eine Einzelbewegung eine Translationsbewegung ist, mindestens einer der folgenden Parameter vorgegeben wird: die Richtung der Translationsbewegung, die beider Translationsbewegung zurückgelegte Strecke, die Position der Gruppe vor Beginn und nach Abschluß der Translationsbewegung, der Anfangszeitpunkt der Translationsbewegung, der Endzeitpunkt der Translationsbewegung,

die Geschwindigkeit der Translationsbewegung.

7. Verfahren nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn eine Einzelbewegung eine Rotationsbewegung ist, mindestens einer der folgenden Parameter vorgegeben wird: der bei der Rotationsbewegung überstrichene Rotationswinkel, die Rotationsachse oder die Rotationsebene der Rotationsbewegung, die Orientierung der Gruppe vor Beginn und nach Abschluß der Rotationsbewegung, die Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsbewegung.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Bestandteil eine rechnerverfügbare Beschreibung der räumlichen Bewegung, die der Bestandteil während des Bewegungsablaufs ausführt, vorgegeben wird, die Beschreibungen der Bestandteil-Bewegungen daraufhin analysiert werden, welche Bestandteile sich während der räumlichen Bewegungen relativ zueinander bewegen und welche nicht und die mindestens zwei Gruppen in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Analyse erzeugt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Betrachtungsrichtung und eine Betrachtungsposition vorgegeben werden und bei der Durchführung der Simulation unter Verwendung der

Bewegungs-Beschreibungen und Konstruktionsmodelle der

Gruppen jeweils eine Abfolge von Darstellungen jeder Gruppe dergestalt erzeugt wird, daß die Abfolge von Darstellungen einer Gruppe die räumliche Bewegung der Gruppe aus der

Betrachtungsrichtung und von der Betrachtungsposition aus zeigt.

10. Verfahren nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung der Abfolgen von Darstellungen ein rechnerverfügbares Video der Simulation erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß jedes vorgegebene Konstruktionsmodell eines Bestandteils die Information umfaßt, ob der Bestandteil ein starrer Körper ist oder nicht, und ermittelt wird, ob sich während der Simulation des Bewegungsablaufs zwei Konstruktionsmodelle zweier starrer Körper mindestens einmal durchdringen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß jedes vorgegebene Konstruktionsmodell eines Bestandteils die Information umfaßt, ob der Bestandteil ein starrer Körper ist oder nicht, und

ermittelt wird, ob wahrend der Simulation des Bewegungsablaufs zwei Konstruktionsmodelle zweier starrer Korper mindestens einmal miteinander kollidieren .

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Simulation eines weiteren Bewegungsablaufs der Bestandteile durchgeführt wird und hierbei die Schritte durchgeführt werden, daß mindestens zwei weitere Gruppen von Bestandteilen dergestalt erzeugt werden, daß jeder Bestandteil einer weiteren Gruppe wahrend des gesamten weiteren Bewegungsablaufs keine Bewegung relativ zu den anderen Bestandteilen derselben Gruppe ausfuhrt und jeder Bestandteil zu einer weiteren Gruppe gehört, für jede weitere Gruppe eine rechnerverfugbare Beschreibung der raumlichen Bewegung, die die weitere Gruppe wahrend des weiteren Bewegungsablaufs ausfuhrt, erzeugt wird, für jede weitere Gruppe unter Verwendung der Bestandteile-Konstruktionsmodelle jeweils ein rechnerverfugbares Konstruktionsmodell erzeugt wird, das die Oberflachen der Bestandteile der weiteren Gruppe beschreibt, und unter Verwendung der Bewegungs-Beschreibungen und Konstruktionsmodelle der weiteren Gruppen die Simulation des weiteren Bewegungsablaufs durchgeführt wird.

14. Computerprogramm-Produkt , das in den internen Speicher eines Computers geladen werden kann und

Softwareabschnitte umfaßt, mit denen ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausführbar ist, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.

15. Computerprogramm-Produkt, das auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist und das von einem Computer lesbare Programm-Mittel aufweist, die den Computer veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.

16. Digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, die so mit einer programmierbaren Datenverarbeitungsanlage zusammenwirken können, daß ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausführbar ist.

17. Computerprogramm-Produkt zur Simulation eines

Bewegungsablaufs von Bestandteilen eines technischen Systems, wobei

sich mindestens zwei Bestandteile des technischen Systems während des Bewegungsablaufs relativ zueinander bewegen und das Computerprogramm-Produkt einen Lesezugriff auf einen Datenspeicher mit jeweils einem rechnerverfügbaren dreidimensionalen Konstruktionsmodell jedes Bestandteils umfaßt und wobei das Computerprogramm-Produkt zur Durchführung der folgenden Schritte ausgestaltet ist:

- Erzeugen von mindestens zwei Gruppen von Bestandteilen,

Erzeugen einer rechnerverfügbaren Beschreibung der räumlichen Bewegung, die die Gruppe während des Bewegungsablaufs ausführt, und

Durchführen der Simulation des Bewegungsablaufs unter Verwendung der Bewegungs-Beschreibungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Computerprogramm-Produkt zum Erzeugen der mindestens zwei Gruppen von Bestandteilen dergestalt, daß jeder Bestandteil einer Gruppe während des gesamten Bewegungsablaufs keine Bewegung relativ zu den anderen Bestandteilen derselben Gruppe ausführt und jeder Bestandteil zu einer Gruppe gehört, ausgestaltet ist und das Computerprogramm-Produkt für jede Gruppe zum Erzeugen jeweils eines rechnerverfügbaren dreidimensionalen Konstruktionsmodells, das die Oberflächen der Bestandteile der Gruppe beschreibt, unter Verwendung der Bestandteile-Konstruktionsmodelle und zum Durchführen der Simulation unter zusätzlicher Verwendung der Konstruktionsmodelle der Gruppen ausgestaltet ist.

18. Datenverarbeitungsanlage zur Simulation eines

Bewegungsablaufs von Bestandteilen eines technischen Systems, wobei

sich mindestens zwei Bestandteile des technischen Systems während des Bewegungsablaufs relativ zueinander bewegen und die Datenverarbeitungsanlage einen Lesezugriff auf einen Datenspeicher mit jeweils einem rechnerverfügbaren dreidimensionalen Konstruktionsmodell jedes Bestandteils besitzt und wobei die Datenverarbeitungsanlage zur Durchführung der folgenden Schritte ausgestaltet ist:

Erzeugen von mindestens zwei Gruppen von Bestandteilen,

Erzeugen einer rechnerverfügbaren Beschreibung der räumlichen Bewegung, die die Gruppe während des Bewegungsablaufs ausführt, und

Durchführen der Simulation des Bewegungsablaufs unter Verwendung der Bewegungs-Beschreibungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitungsanlage zum Erzeugen der mindestens zwei Gruppen von Bestandteilen dergestalt, daß jeder Bestandteil einer Gruppe während des gesamten Bewegungsablaufs keine Bewegung relativ zu den anderen Bestandteilen derselben Gruppe ausführt und jeder Bestandteil zu einer Gruppe gehört, ausgestaltet ist und die Datenverarbeitungsanlage für jede Gruppe zum Erzeugen jeweils eines rechnerverfügbaren dreidimensionalen Konstruktionsmodells, das die Oberflächen der Bestandteile der Gruppe beschreibt, unter Verwendung der Bestandteile-Konstruktionsmodelle und zum Durchführen der Simulation unter zusätzlicher Verwendung der Konstruktionsmodelle der Gruppen ausgestaltet ist.

Description:

Verfahren zur Simulation eines Bewegungsablaufs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Simulation eines Bewegungsablaufs von Bestandteilen eines technischen Systems. Das technische System ist beispielsweise eine Fertigungsanlage. Die Simulation wird durchgeführt, um den Bewegungsablauf zu untersuchen, ohne Versuche an einer realen Fertigungsanlage durchführen zu müssen.

Aus US 2003/0004908 Al sind ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 17 und Anspruch 18 bekannt. Das Verfahren wird mit dem Ziel durchgeführt, eine Reihenfolge zu ermitteln, in der sich ein technisches System in seine Bestandteile zerlegen läßt. Für jeden Bestandteil wird jeweils ein rechnerverfügbares Konstruktionsmodell vorgegeben. Weiterhin werden mögliche Bewegungsrichtungen bei der Zerlegung vorgegeben. Gruppen von Bestandteilen werden generiert. Jede dieser Gruppen läßt sich nicht durch lineare Bewegungen in ihre Bestandteile zerlegen.

In DE 19900884 Al werden ein System und ein Verfahren beschrieben, um einen realen technischen Prozeß durch virtuelle Anlagenmodelle zu visualisieren . Für die virtuellen Anlagenmodelle werden Prozeßparameter vorgegeben, z. B. die

Befüllung eines simulierten Tanks. Mit den virtuellen Anlagenmodellen wird der technische Prozeß visualisiert .

In DE 10018704 Al wird vorgeschlagen, die Simulation eines technischen Prozesses mit der Darstellung der Simulation zu verbinden. Das Simulationsmodell wird mit rechnerverfügbaren parametrierbaren dreidimensionalen Objekten verknüpft. Diese dreidimensionalen Objekte veranschaulichen den Ablauf der Simulation .

Das in DE 10226198 Al beschriebene Verfahren sieht vor, die Bestandteile einer Fertigungsanlage durch rechnerverfügbare Objekte zu beschreiben. Diese Objekte beschreiben z. B. die Geometrie und die Kinematik der Bestandteile. Mit diesen Objekten wird ein digitales Modell aufgebaut und in eine Simulationsumgebung eingebunden. Die Simulationsumgebung wird mit Steuerungsdaten versorgt, und die Umgebung simuliert Bewegungsabläufe der Fertigungsanlage.

Auch in DE 10258655 Al werden Bestandteile einer technischen Anlage durch rechnerverfügbare Modelle beschrieben. Bewegungsabläufe der Bestandteile der Anlage werden mit diesen Modellen simuliert.

In DE 10128015 Al wird vorgeschlagen, eine reale Fertigungsanlage mit einem rechnerverfügbaren Modell der Anlage zu überlagern. Dieses Modell hat die Form eines „augmented reality Systems".

In EP 0813169 A2 wird ein Verfahren offenbart, um einen Fertigungsprozeß mit Hilfe von rechnerverfügbaren Objekten zu modellieren und zu simulieren. Bei der Simulation werden die Objekte nacheinander in einer vorgegebenen Reihenfolge animiert .

Aus EP 0809214 Bl ist ein „Bilderzeugungsapparat" bekannt. Diese Vorrichtung erzeugt Bilder von Objekten, die sich in einem Raum bewegen. Die Vorrichtung ermöglicht es, die Betrachtungsrichtung und die Betrachtungsposition auf den simulierten Bewegungsablauf zu verändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs 18 bereitzustellen, das weniger Rechenzeit als die bekannten Verfahren benötigt, um die Simulation durchzuführen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Computerprogramm-Produkt mit den Merkmalen des Anspruchs 17 und eine Datenverarbeitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Vorgegeben wird jeweils ein rechnerverfügbares dreidimensionales Konstruktionsmodell jedes Bestandteils des technischen Systems.

Beim Verfahren gemäß Anspruch 1 werden mindestens die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:

Die Bestandteile des Systems werden zu Gruppen zusammengefaßt. Die Bestandteile jeder solchen Gruppe bewegen sich während des Bewegungsablaufs nicht relativ zueinander. Zwei Bestandteile verschiedener Gruppen können sich während des Bewegungsablaufs relativ zueinander bewegen. Jeder Bestandteil des Systems gehört einer Gruppe an. Mindestens zwei Gruppen werden hierbei erzeugt.

Für jede Gruppe wird eine rechnerverfügbare Beschreibung der räumlichen Bewegung, welche die Gruppe während des Bewegungsablaufs ausführt, erzeugt. Diese Beschreibung gilt für jeden Bestandteil der Gruppe, denn die Bestandteile der Gruppe bewegen sich während des Bewegungsablaufs nicht relativ zueinander.

Je ein rechnerverfügbares Konstruktionsmodell jeder Gruppe wird erzeugt. Dieses Konstruktionsmodell der Gruppe beschreibt mindestens die Oberfläche der Bestandteile der Gruppe, aber nicht notwendigerweise das „Innenleben" dieser Bestandteile. Um ein Konstruktionsmodell einer Gruppe zu erzeugen, werden die Konstruktionsmodelle der Bestandteile der Gruppe verwendet.

Unter Verwendung der Bewegungs-Beschreibungen und Konstruktionsmodelle der Gruppen wird die Simulation des Bewegungsablaufs durchgeführt.

Die Gruppierung von Bestandteilen orientiert sich ausschließlich an den Bewegungen, die die Bestandteile während des Bewegungsablaufs durchführen. Die Gruppierung hat in der Regel nichts zu tun mit der hierarchischen Zerlegung des Systems in seine Bestandteile, die durch eine häufig sehr detaillierte Stückliste dargestellt wird. Für verschiedene Bewegungsabläufe desselben Systems können dieselben Bestandteile unterschiedlich gruppiert werden.

Weil eine Simulation mittels der Konstruktionsmodelle durchgeführt wird und keine realen Bestandteile des technischen Systems benötigt werden, läßt sich die Simulation durchführen, bevor die Bestandteile hergestellt werden. Fehler lassen sich frühzeitig entdecken, was Kosten gegenüber einer späteren Entdeckung am realen technischen System einspart .

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert deutlich weniger Rechenzeit, als wenn direkt die Konstruktionsmodelle der Bestandteile für die Bewegungssimulation verwendet werden würden. Dies resultiert einerseits daraus, daß es in der Regel deutlich weniger Gruppen als Bestandteile gibt und daher bei der Simulation weniger bewegte Objekte zu berücksichtigen sind. Die geringere Anzahl der Objekte vereinfacht sowohl die Durchführung der Simulation als auch eine nachfolgende Auswertung der Simulation. Denn wenige Gruppen-Konstruktionsmodelle lassen sich leichter auswerten als die oft vielen vorgegebenen Konstruktionsmodelle der Bestandteile .

Zum anderen sind die Konstruktionsmodelle der Gruppen in der Regel einfacher aufgebaut als die der Bestandteile, weil die Gruppen-Konstruktionsmodelle nur die Informationen enthalten, die für die Simulation des Bewegungsablaufs benötigt werden.

Vorzugsweise ist nämlich das jeweilige Konstruktionsmodell jeder Gruppe ein vereinfachtes, das nur die für die Simulation benötigten Informationen aufweist. Beispielsweise beschreibt das Konstruktionsmodell der Gruppe nur die von außen beim Bewegungsablauf sichtbaren Oberflächen der Bestandteile der Gruppe, aber nicht ihr „Innenleben".

Eine Bewegungssimulation wird vorzugsweise mit dem Ziel durchgeführt, um zu prüfen, ob die konstruierten Bestandteile des Systems zueinander passen und vorgegebene Bewegungen ausführen können, ohne zu kollidieren. überprüft werden hierbei sowohl die Konstruktionsmodelle als auch der vorgegebene Bewegungsablauf.

Die Beschreibung des Bewegungsablaufs einer Gruppe wird vorzugsweise wie folgt erzeugt: Festgelegt und vorgegeben wird, aus welchen Translations- und/oder Rotationsbewegungen die räumliche Bewegung einer Gruppe besteht, welche Parameter jede Einzelbewegung (Translations- oder Rotationsbewegung) kennzeichnet und wann die Bewegung der Gruppe beginnt. Möglich ist auch, eine Reihenfolge vorzugeben, in der die Gruppen sich bewegen oder die Anfangs-Zeitpunkte der Einzelbewegungen vorzugeben. Hierbei kann festgelegt werden, daß mehrere Gruppen sich gleichzeitig bewegen. Möglich ist, daß eine der Gruppen während des Bewegungsablaufs überhaupt keine Bewegung ausführt.

Während die Simulation des Bewegungsablaufs durchgeführt wird, wird vorzugsweise geprüft, ob zwei Gruppen von Bestandteilen während der Simulation miteinander kollidieren oder sich - entgegen der physikalischen Realität - durchdringen. Eine Kollision oder Durchdringung von Bestandteilen während der Simulation kann daran liegen, daß die Reihenfolge, in der die Gruppen in der Simulation ihre Bewegungen ausführen, nicht zulässig ist, weil sie zu der Kollision oder Durchdringung führt. Möglich ist auch, daß eine Einzelbewegung falsch parametriert wurde. Möglich ist aber auch, daß eine Gruppierung falsch durchgeführt wurde, indem zwei Bestandteile in dieselbe Gruppe aufgenommen

wurden, die sich während des Bewegungsablaufs relativ zueinander bewegen. Symptome für solche Fehler werden durch die Kollision oder die Durchdringung automatisch entdeckt. Diese Prüfung läßt sich auch nach Beendigung der Simulation durchführen, z. B. indem der Simulationslauf protokolliert wird .

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben .

In diesem Ausführungsbeispiel umfaßt das technische System eine Aufspannvorrichtung. In einer solchen Aufspannvorrichtung wird ein zu bearbeitendes Werkstück aufgespannt und dadurch temporär in einer Position fixiert, in der das Werkstück anschließend bearbeitet wird. Zur Bearbeitung gehört es z. B. daß ein Loch in das Werkstück gebohrt wird, daß Teilbereiche vom Werkstück durch Spanen entfernt werden oder daß das Werkstück gereinigt wird.

Das Werkstück weist mehrere Taschen auf, in die Spannarme der Aufspannvorrichtung eingreifen können, um das Werkstück zu halten. Die Aufspannvorrichtung besteht aus mehreren Bestandteilen. Durch die Simulation soll der Bewegungsablauf überprüft werden, den die Aufspannvorrichtung beim Aufspannen des Werkstücks durchführt .

Die Aufspannvorrichtung umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel u. a. folgende Bestandteile:

- mehrere Bestandteile, die sich während des Aufspannvorgangs nicht bewegen, u. a. eine Standplatte, eine Konsole und statische Auflageelemente, vier Spannarme zum Fixieren des Werkstücks in verschiedenen Fixierpunkten, z. B. in Taschen des Werkstücks, und einen Schlitten zum horizontalen Bewegen des Werkstücks.

In diesem Beispiel bewegt sich zunächst der Schlitten mit dem auf ihm befindlichen und zu bearbeitenden Werkstücks. Der Schlitten führt eine horizontale Translationsbewegung aus und führt dabei das Werkstück der Aufspannvorrichtung zu. Nach dem Zuführen führen der erste und der zweite Spannarm jeweils eine Rotationsbewegung aus, um das Werkstück zu greifen, und anschließend jeweils eine weitere Rotationsbewegung um eine andere Rotationsachse sowie eine Translationsbewegung, um das gegriffene Werkstück auf der Konsole und den statischen Auflageelementen abzusetzen. Anschließend bewegen sich erst der dritte und dann der vierte Spannarm, um das Werkstück an weiteren Fixierpunkten zu fixieren. Damit ist der zu simulierende Bewegungsablauf beendet.

Ein weiterer zu simulierender Bewegungsablauf in umgekehrter Reihenfolge wird nach der Bearbeitung des Werkstücks durchgeführt. Zunächst entfernen sich der dritte und der vierte Spannarm von dem Werkstück. Anschließend transportieren der erste und der zweite Spannarm das Werkstück zurück auf den Schlitten. Zuletzt transportiert der Schlitten das Werkstück weg.

Eine Bewegungssimulation wird in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Ziel durchgeführt, um zu prüfen, ob die konstruierten Bestandteile des Werkstücks und der Aufspannvorrichtung zueinander passen und vorgegebene Bewegungen ausführen können, ohne zu kollidieren. überprüft werden hierbei sowohl die Konstruktionsmodelle als auch der vorgegebene Bewegungsablauf .

Vorgegeben wird je ein dreidimensionales rechnerverfügbares dreidimensionales Konstruktionsmodell jedes Bestandteils der Aufspannvorrichtung. Diese Konstruktionsmodelle besitzen jeweils eine Position und Orientierung in einem dreidimensionalen Koordinatensystem. Diese Position und Orientierung legen vorzugsweise die Position und Orientierung des Bestandteils vor Beginn des Bewegungsablaufs fest.

Die Konstruktionsmodelle werden beispielsweise im nativen Datenformat eines CAD-Werkzeugs vorgegeben. Beispielsweise werden die Konstruktionsmodelle mit einem CAD-Werkzeug erzeugt. Jedes Konstruktionsmodell beschreibt wenigstens die Oberfläche des Bestandteils.

In diesem Beispiel werden die Bestandteile der Aufspannvorrichtung zu sechs Gruppen zusammengefaßt. Jede Gruppe wird in rechnerverfügbarer Weise beispielsweise dadurch beschrieben, daß ein Datenobjekt für die Gruppe angelegt wird, das die Kennungen aller Bestandteile der Gruppe umfaßt. Folgende Gruppen werden erzeugt:

Alle Bestandteile der Aufspannvorrichtung, die sich während des Bewegungsablaufs überhaupt nicht bewegen, werden zu einer einzigen Gruppe zusammengefaßt. Zu dieser einen Gruppe gehören z. B. die Standplatte, die Konsole und die statischen Auflageelemente.

Die Bestandteile der vier Spannarmen werden zu vier verschiedenen Gruppen zusammengefaßt. Jeder Spannarm bewegt sich nämlich während des Bewegungsablaufs relativ zu allen anderen Spannarmen, so daß es nicht möglich ist, Bestandteile zweier verschiedener Spannarme zu einer einzigen Gruppe zusammenzufassen.

Die Bestandteile des Schlittens werden zu einer fünften Gruppe zusammengefaßt.

Jeweils ein Konstruktionsmodell der sechs Gruppen wird erzeugt. Jedes Konstruktionsmodell beschreibt die von außen beim Bewegungsablauf sichtbaren Oberflächen der Bestandteile der Gruppe, aber nicht ihr „Innenleben". Beispielsweise besteht jedes dieser sechs Konstruktionsmodelle aus einer Vielzahl von dreieckigen und/oder viereckigen Flächenelementen, die in dem vorgegebenen Koordinatensystem positioniert und orientiert sind und die Oberflächen der Bestandteile der Gruppe näherungsweise beschreiben. Beispiele für Datenformate, um Oberflächen von Bestandteile mit Hilfe von Flächenelementen zu beschreiben, sind

- „CATIA Graphical Repräsentation" (CGR) , „Virtual Reality Modeling Language" (VRML) ,

- "Jupiter Tesselation" (JT) , auch als „EDS Direct Model (JT)" bekannt,

„Standard Transformation Language" (STL) ,

- der Standard ISO 10303 STEP („Standard for the Exchange of Product Model Data") .

Jedes Konstruktionsmodell einer Gruppe hat im Koordinatensystem eine bestimmte Position und Orientierung. Diese Position und Orientierung legen die Position und Orientierung der Gruppe zu Beginn des Bewegungsablaufs fest.

Jeweils eine rechnerverfügbare Beschreibung der räumlichen Bewegung, die die Gruppe während des Bewegungsablaufs durchführt, wird erzeugt. Um dies zu tun, sind zwei verschiedene Ausführungsformen möglich.

In einer Ausführungsform wird direkt für jede Gruppe jeweils eine rechnerverfügbare Beschreibung der räumlichen Bewegung, die die Gruppe ausführt, vorgegeben. Vorzugsweise wird hierfür festgelegt, aus welchen einzelnen Translations- und/oder Rotationsbewegung die räumliche Bewegung der Gruppe besteht. Möglich ist, daß die räumliche Bewegung aus einer einzigen Translationsbewegung oder einer einzigen Rotationsbewegung besteht oder daß die Gruppe sich während des Bewegungsablaufs gar nicht im Koordinatensystem bewegt.

Jede Einzelbewegung wird durch Parameter beschrieben. Ist die Einzelbewegung eine Translationsbewegung, so wird mindestens einer der folgenden Parameter vorgegeben, um die Translationsbewegung zu beschreiben: die Richtung der Translationsbewegung, die bei der Translationsbewegung zurückgelegte Strecke, die Position der Gruppe vor Beginn und nach Abschluß der Translationsbewegung,

- der Anfangszeitpunkt der Translationsbewegung,

der Endzeitpunkt der Translationsbewegung, die Geschwindigkeit der Translationsbewegung.

Ist die Einzelbewegung eine Rotationsbewegung, so wird mindestens einer der folgenden Parameter vorgegeben, um die Rotationsbewegung zu beschreiben: der bei der Rotationsbewegung überstrichene Rotationswinkel, die Rotationsachse oder die Rotationsebene der Rotationsbewegung, die Orientierung der Gruppe vor Beginn und nach Abschluß der Rotationsbewegung, der Anfangszeitpunkt der Rotationsbewegung, der Endzeitpunkt der Rotationsbewegung, die Rotationsgeschwindigkeit der Rotationsbewegung.

Mehrere dieser Parameter werden so vorgegeben, daß sie zusammen die Einzelbewegung eindeutig festlegen. Falls keine Anfangszeitpunkte vorgegeben werden, so wird die zeitliche Abfolge vorgegeben, in der die Einzelbewegungen durchgeführt werden .

Das Vorgeben nimmt beispielsweise ein Bearbeiter mit einem Werkzeug zum rechnerunterstützten Konstruieren (CAD-Werkzeug) vor, indem er Parameterwerte textlich und/oder graphisch vorgibt .

In einer anderen Ausführungsform wird für jeden Bestandteil eine rechnerverfügbare Beschreibung der räumlichen Bewegung, die der Bestandteil während des Bewegungsablaufs ausführt, vorgegeben. Hierbei werden für einige Bestandteile die Parameter der Einzelbewegungen vorgegeben, so wie dies oben für Einzelbewegungen von Gruppen beschrieben wurde. Für andere Bestandteile wird einfach vorgegeben, daß die anderen Bestandteile dieselbe Bewegung ausführen wie ein Bestandteil Bt-I, der zuvor ausgewählt wurde und dessen Bewegung bereits explizit beschrieben wurde.

Diese Bewegungsablauf-Beschreibungen werden anschließend daraufhin analysiert, welche Bestandteile sich während der räumlichen Bewegungen relativ zueinander bewegen und welche nicht. Zwei Bestandteile führen dieselbe Bewegung aus, wenn dies explizit festgelegt wurde oder wenn sie dieselben Einzelbewegungen mit denselben Parametern ausführen. Diese Analyse wird für jedes Paar von jeweils zwei Bestandteilen durchgeführt. Die Gruppen werden in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Analyse erzeugt. Auch in dieser Ausführungsform werden die Gruppen dergestalt erzeugt, daß jeder Bestandteil einer Gruppe während des gesamten Bewegungsablaufs keine Bewegung relativ zu den anderen Bestandteilen derselben Gruppe ausführt und jeder Bestandteil zu einer Gruppe gehört.

Unter Verwendung der erzeugten Bewegungs-Beschreibungen und Konstruktionsmodelle der Gruppen wird die Simulation des Bewegungsablaufs durchgeführt.

Vorzugsweise wird die Simulation ausgewertet, um die vorgegebenen Konstruktionsmodelle und den Bewegungsablauf zu überprüfen. Hierfür umfaßt jedes vorgegebene Konstruktionsmodell eines Bestandteils die Information, ob der Bestandteil ein starrer Körper ist oder nicht. Im Beispiel der Aufspannvorrichtung sind alle oben erwähnten Bestandteile starre Körper. Gummischläuche, Membrane und elektrische Leitungen sind Beispiele für Körper, die nicht starr sind.

Geprüft wird, ob die konstruierten Bestandteile des Systems zueinander passen und vorgegebene räumliche Bewegungen ausführen können, ohne zu kollidieren. Bei der Auswertung der Simulation wird daher geprüft, ob sich während der Simulation des Bewegungsablaufs zwei Konstruktionsmodelle zweier starrer Körper mindestens einmal durchdringen oder nicht und ob während der Simulation des Bewegungsablaufs zwei Konstruktionsmodelle zweier starrer Körper mindestens einmal miteinander kollidieren oder nicht. Eine Durchdringung zweier starrer Körper in der Simulation widerspricht der physikalischen Realität. Eine Kollision würde in der Realität

zu Schäden an der Aufspannvorrichtung und/oder dem Werkstück führen und ist daher zu vermeiden. Eine Kollision oder Durchdringung in der Simulation kann daran liegen, daß die Reihenfolge, in der die Gruppen in der Simulation ihre Bewegungen ausführen, nicht zulässig ist, weil sie zu der Kollision oder Durchdringung führt. Möglich ist auch, daß eine Einzelbewegung falsch parametriert wurde. Möglich ist aber auch, daß eine Gruppierung falsch durchgeführt wurde, indem zwei Bestandteile in dieselbe Gruppe aufgenommen wurden, die sich während des Bewegungsablaufs relativ zueinander bewegen. Symptome für solche Fehler werden durch die Kollision oder die Durchdringung automatisch entdeckt.

Vorzugsweise wird der simulierte Bewegungsablauf auf einem Anzeigegerät einer Datenverarbeitungsanlage dargestellt. Vorgegeben werden hierfür eine Betrachtungsrichtung und eine Betrachtungsposition. Die Simulation zeigt den Bewegungsablauf aus dieser Betrachtungsrichtung und von dieser Betrachtungsposition aus. Eine Abfolge von Darstellung jeder Gruppe wird erzeugt. Hierfür werden die Beschreibung des Bewegungsablaufs sowie das Konstruktionsmodell der Gruppe verwendet. Jede erzeugte Darstellung zeigt die Gruppe aus der Betrachtungsrichtung und von der Betrachtungsposition aus. Die Darstellungen der Abfolge ändern sich zeitlich, so daß die Abfolge den zu simulierenden Bewegungsablauf zeigt.

Möglich ist, während der Simulation die Betrachtungsrichtung und/oder die Betrachtungsposition zu verändern, z. B. ein „Zoomen" oder Drehen vorzunehmen.

Vorzugsweise wird in einem nachfolgenden Schritt ein Video des simulierten Bewegungsablaufs erzeugt. Dieses Video wird in einer Datei abgespeichert und liegt dadurch in rechnerverfügbarer Form vor. Das Video wird mit Hilfe der Abfolge von Darstellungen erzeugt. Es läßt sich auf einem Rechner mit einem entsprechenden Visualisierungsprogramm abspielen. Hierbei kann ein Betrachter den Ablauf zu jedem beliebigen Zeitpunkt unterbrechen und die Geschwindigkeit, mit der das Video abgespielt wird, verändern. Dieses Video

erleichtert es einer Gruppe von Bearbeitern, das System und den Bewegungsablauf zu untersuchen. Das Video läßt sich auch als digitale Arbeitsanweisung zum Betreiben der Aufspannvorrichtung verwenden.

In einer Fortbildung des Ausführungsbeispiels wird das zu bearbeitende Werkstück selber in die Bewegungssimulation einbezogen. Hierfür werden ein rechnerverfügbares Konstruktionsmodell des Werkstücks sowie die Position des Werkstücks relativ zur Spannvorrichtung vorgegeben. Die Bewegungen der ersten beiden Spannarme legen die Bewegung des Werkstücks fest. Eine weitere Gruppe mit dem Werkstück als einzigem Bestandteil wird erzeugt. Geprüft wird, ob ein Spannarm das Werkstück in der Simulation durchdringt oder ob das Werkstück mit einem Bestandteil der Aufspannvorrichtung kollidiert.