СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ОБРАБОТКЕ ДАННЫХ В МЕЖПРОЦЕССНОЙ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ
METHOD OF ENHANCING CHARACTERISTICS WHEN PROCESSING DATA IN INTER-PROCESS DIGITAL MODEL

Область применения изобретения
Настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа, устройства, машиночитаемой запоминающей среды и элемента программы для улучшения характеристик при обработке данных в межпроцессной цифровой модели.
Предпосылки к созданию изобретения
В современном промышленном производстве изделие усовершенствуют и модифицируют с использованием цифровой модели в течение всего срока его выпуска. Такая цифровая модель (DMU) имеет структуру изделия, которое содержит модули и индивидуальные компоненты, которые занимают правильное геометрическое позиционное расположение. Задачей цифровой модели является замена физической модели (PMU) и возможность получения различных видов и функций изделия. Например, такие исследования, как исследования размещения и удаления, испытания на столкновение, имитационное моделирование и тесты на возможность построения могут быть проведены на базе цифровой модели. Цифровая модель также позволяет уменьшить время и стоимость испытаний, а также проводить анализ различных вариантов в соответствии с координацией и конкретизацией результатов развития.
Цифровая модель может отображать реалистическое описание изделия. Она содержит документальные атрибуты и структуры, например древовидные структуры, которые отображают структуру изделия, и, таким образом, содержит уникальный набор данных, который относится к некоторому конечному изделию (например, к автомашине или самолету).
Следовательно, цифровая модель позволяет показывать (иллюстрировать) изделие в трехмерном виде, например, с использованием компьютерных программных средств. Отделы, которые исследуют срок службы изделия, например отделы развития или обслуживания, могут обращаться к цифровой модели, чтобы извлекать информацию или вводить изменения.
Однако очень сложно создать высокоэффективную цифровую модель с большим числом компонентов и структур изделия в случае больших изделий, например, в авиационной промышленности.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения, среди прочего, является улучшение характеристик при показе (иллюстрировании) и обработке данных в межпроцессной цифровой модели.
Эта задача может быть решена при помощи способа, машиночитаемой запоминающей среды, а также элемента программы, предназначенных для улучшения характеристик при обработке данных в межпроцессной цифровой модели, которые выполнены в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается способ улучшения характеристик при обработке данных в межпроцессной цифровой модели. В соответствии с этим вариантом, элементы данных изделия выбирают из цифровой модели (DMU) и компилируют. Данные изделия содержат элементы геометрических данных и элементы метаданных. Элементы геометрических данных затем назначают (задают) и адресуют в геометрическую структуру, а элементы метаданных назначают и адресуют в мета структуру. Геометрическую структуру и мета структуру связывают между собой при помощи протокола обмена данными, так что двунаправленное взаимодействие между геометрической структурой и мета структурой реализуется за счет протокола обмена данными.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство для улучшения характеристик при обработке данных в межпроцессной цифровой модели. Устройство для улучшения характеристик при обработке данных в межпроцессной цифровой модели содержит по меньшей мере один процессор, который выполнен так, что могут быть осуществлены указанные здесь выше операции способа.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается машиночитаемая запоминающая среда, в которой хранится программа для улучшения характеристик при обработке данных в межпроцессной цифровой модели, причем указанная программа, когда процессор ее выполняет, позволяет осуществлять указанные здесь выше операции способа.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается элемент программы для улучшения характеристик при обработке данных в межпроцессной цифровой модели, причем указанный элемент программы, когда процессор его выполняет, позволяет осуществлять указанные здесь выше операции способа.
Таким образом, настоящее изобретение может быть осуществлено при помощи компьютерной программы, то есть при помощи программного обеспечения, а также при помощи одной или нескольких специальных электрических схем, то есть при помощи аппаратного обеспечения, или может быть осуществлено в любой гибридной форме, то есть при помощи компонентов программного обеспечения и компонентов аппаратного обеспечения.
Термин «элемент данных изделия» относится к элементу данных, который содержит всю информацию относительно соответствующего компонента изделия. Это означает, что все свойства и атрибуты компонента изделия содержатся в элементе данных изделия. Свойства элемента данных изделия могут быть подразделены на элементы геометрических данных и элементы метаданных.
Элементы геометрических данных содержат все данные, которые требуются для пространственного описания (задания) компонента, а также его положения в пространстве. Эти данные могут содержать, например, позиционные данные, контурные данные, геометрические данные, данные местоположения и другие данные, которые требуются для визуализации. Метаданные содержат другую информацию относительно компонента изделия. Метаданные могут содержать, например, данные о версии, данные о времени, данные о числе компонентов, данные о состоянии разработки, данные о запасах комплектующих, данные о поставках комплектующих и т.п.
Термины «данные структуры» и «данные геометрической структуры» или «данные мета структуры» относятся соответственно к директории (каталогу) данных, в которой информация и элементы данных содержатся в виде списка, который организован в соответствии с определенными правилами. Индексы, атрибуты и символические ссылки, связанные с элементами данных, также имеются в такой структуре.
Структуры данных, такие как геометрическая структура и мета структура, могут иметь определенную схему расположения и могут иметь адреса в различных местоположениях, которые соответствуют адресу элемента данных или элемента данных изделия, соответственно. Другими словами, элементы данных имеют адреса в структуре данных. Когда реструктурируют директории данных или структуру данных, просто требуется изменить, сдвинуть, стереть или добавить адреса, но не местоположение физического хранения элемента данных. Адресация одновременно позволяет иметь доступ к элементу данных в структуре данных и физически изменять и модифицировать элемент данных, например элемент позиционных данных, элемент данных размеров или количества, то есть, другими словами, изменять метаданные или геометрические данные.
На современных промышленных предприятиях, например в авиационной промышленности, структуры изделия или число компонентов изделия превышают 30,000 деталей, при этом структуры изделия могут иметь объем более 1.2 гигабайт. Обработка данных или визуализация такой цифровой модели невозможна при помощи обычных систем.
В авиационной промышленности, например на фирме Airbus, требуется такая информационная емкость, в которой по меньшей мере 1.4 миллиона событий могут быть обработаны на глубину 50 слоев. При этом число связей между деталями может превышать 400,000. Один используемый до настоящего времени подход заключается в том, что игнорируют и стирают ненужную информацию, так что на средстве визуализации показывают, например, только те детали и структуры, которые выбраны пользователем. Информация относительно не показанных структур или игнорированных структур потом не может быть извлечена из средства визуализации. Кроме того, при этом теряется полное общее представление о модели изделия. Другой подход к решению проблемы информационной емкости состоит в разделении данных визуализации на данные изделия и метаданные, так что требования к производительности снижаются. Однако это также может приводить к потере важной информации, так как необходимо, например, одновременно знать число версий, число компонентов или иметь другую метаинформацию, чтобы производить обработку геометрических данных.
В соответствии с настоящим изобретением, элементы данных изделия разделяют на элементы геометрических данных и элементы метаданных. Каждый элемент геометрических данных имеет (свой) адрес и задан в геометрической структуре. Аналогично, каждый элемент метаданных имеет (свой) адрес и задан в мета структуре. Для того чтобы осуществлять выборку всего объема информации, содержащегося в геометрической структуре или в мета структуре, протокол обмена данными соединяет геометрическую структуру и мета структуру для того, чтобы таким образом реализовать двунаправленное взаимодействие на базе присвоенных адресов, для поиска взаимной информации и проведения модификаций. Это означает, что геометрическая структура может быть визуализирована и обработана без вовлечения мета структуры или метаданных, в результате чего характеристики могут быть улучшены. Тем не менее геометрическая структура взаимодействует с мета структурой при помощи протокола обмена данными, так что все еще возможно осуществлять выборку всей информации. Настоящее изобретение позволяет создавать такие условия для данных, что может быть реализована двунаправленная связь и параллельная обработка данных. Это позволяет улучшить характеристики и одновременно осуществлять выборку всей информации.
В соответствии с другим примерным вариантом, мета структура может быть показана (иллюстрирована) и обработана в браузере. Например, может быть показан некий компонент структуры или мета структуры, при этом все метаданные могут быть выведены на индикацию для пользователя. Пользователь может одновременно выбирать и выделять компоненты и соответствующие слои. После этого геометрические данные выбранных компонентов или данных при помощи протокола обмена данными выводятся на обработку или визуализацию. Это означает, что сохраняется вся информация в ее целостности, несмотря на разделение структуры.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, геометрическая структура может быть показана и обработана в устройстве обработки изображений. Например, элемент крыла самолета может быть выбран в геометрической структуре, и показан и обработан в устройстве обработки изображений. Если пользователю требуется дополнительная информация, которая не содержится в геометрической структуре, протокол обмена данными позволяет пользователю установить связь между геометрической структурой и мета структурой и, следовательно, произвести выборку такой информации, как, например, число деталей на складе и т.п. Это означает, что сохраняется вся информация в ее целостности, несмотря на разделение структуры.
В соответствии с другим примерным вариантом способа, элементы геометрических данных также имеют адреса в мета структуре, так что элементы данных изделия могут быть заданы в мета структуре. В этом случае, мета структура содержит адреса и словарь всей цифровой модели, так что любая структура может быть выбрана в этом местоположении. Этот выбор может быть сделан ранее выбора в геометрической структуре, например, при помощи протокола обмена данными, и затем показан и обработан в устройстве обработки изображений.
В соответствии с еще одним примерным вариантом способа, мета структура и геометрическая структура имеют древовидную структуру. Это позволяет, например, показывать структуру изделия или список компонентов, так что может быть получено полное общее представление об использованных компонентах или элементах изделия. В соответствии с другим примерным вариантом, древовидная структура отображает структуру цифровой модели изделия. Структуры изделия обычно показывают в виде древовидной структуры, в которой элементы структуры организованы иерархическим образом. Иерархия описывает систему элементов, которые взаимно подчинены друг другу. В строгом смысле (в моноиерархии или в древовидной структуре), только один другой элемент прямо управляет каждым (подчиненным) элементом, в то время как в полииерархии могут быть множество управляющих элементов. В соответствии с математическими соображениями, иерархия требует отношения упорядоченности, которое задает древовидность (моноиерархию) или направленный ациклический граф (полииерархию). Категоризация (классификация) или разделение объектов в иерархии часто имеет значение, которое уже содержится в иерархии, в соответствии с которой структурированы объекты.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, универсальный уникальный идентификационный номер присваивают каждому элементу данных изделия, так что элементы геометрических данных и элементы метаданных элемента изделия будут иметь один и тот же идентификационный номер и может иметь место однозначная связь. Это позволяет использовать протокол обмена данными для идентификации элементов метаданных и элементов геометрических данных в соответствующих структурах и для реализации двунаправленного взаимодействия.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, идентификационный номер дополнительно содержит информацию адресации, а именно так называемый индекс положений элементов данных изделия в мета структуре и в геометрической структуре. За счет этой дополнительной информации адресации относительно положения элемента изделия, можно точно присваивать информацию адресации элементам данных изделия в структуре, например, в древовидной структуре. Информация адресации может содержать, например, информацию относительно номера слоя или варианта этой структуры. Можно позиционировать компонент, например, с одними и теми же геометрическими данными, несколько раз в мета структуре или в геометрической структуре, за счет дополнительной информации адресации, причем данные этого компонента физически отправляют на хранение только один раз. Например, если компонент представляет собой винт, его геометрическая форма может храниться в элементе производственных данных, и этому компоненту может быть присвоен специфический номер компонента. Такой винт может быть установлен, например, тысячу раз, так что информацию адресации добавляют к идентификационному номеру и создают универсальный уникальный идентификатор (UUID). При работе, например, в геометрической структуре, такой как трехмерная конструкционная программа, элементы геометрических данных этого винта загружают только один раз в виде физических данных, несмотря на то, что винт используют много раз в геометрической структуре. Это позволяет снизить требуемый объем данных.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, указанный идентификационный номер изменяют на другой, если добавляют один из элементов метаданных и элементов геометрических данных. Модификация элементов метаданных или элементов геометрических данных, например, такая как изменение размеров винта, может приводить к изменению идентификационного номера, при этом создается другой уникальный идентификационный номер, чтобы исключить конфликт версий. Модификация позволяет также изменять элементы метаданных. Следовательно, номер версии или другая метаинформация могут быть изменены, если компонент модифицирован.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, адресную информацию соответствующего идентификационного номера изменяют, если добавляют один из элементов метаданных или элементов геометрических данных. Например, если элемент просто сдвигают, устанавливают или удаляют, без изменения его геометрии, то идентификационный номер может оставаться прежним, причем в таком случае изменяют только адресную информацию. Это позволяет исключить физическое удвоение элементов данных.
Элементы данных геометрии могут быть выбраны, например, из позиционных данных, геометрических данных, данных Catia, геометрических размеров, файлов данных DMU, данных Pro-Engineer и данных CAD.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, элементы метаданных могут быть выбраны из группы, в которую входят данные о времени, данные о версии, данные о состоянии разработки, данные о числе компонентов, позиционные данные, геометрические данные, геометрические размеры, файлы данных DMU, данные Catia, данные Pro-Engineer и данные CAD.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, мета структура и геометрическая структура могут быть распределены (разделены) по множеству процессоров. Ресурсы могут быть лучше использованы, если структура метаданных и структура геометрических данных реализованы на разных системах, например на различных процессорах.
В соответствии с еще одним примерным вариантом, обработку проводят главным образом одновременно на множестве процессоров. Если структуры реализованы, например, в разных системах, то обработку или показ этих структур проводят одновременно (за счет чего реализуется многозадачность).
Варианты способа также применимы к устройству, машиночитаемой запоминающей среде и элементу программы, и наоборот.
Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых аналогичные детали имеют одинаковые позиционные обозначения.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показано разделение между мета структурой и геометрической структурой в соответствии с примерным вариантом настоящего изобретения.
На фиг.2 показана блок-схема устройства в соответствии с примерным вариантом настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
На фиг.1 схематично показано разделение между мета структурой 1 и геометрической структурой 2, для пояснения способа в соответствии с настоящим изобретением. В соответствии со способом улучшения характеристик при обработке данных в межпроцессной цифровой модели, элемент данных изделия сначала разделяют на элементы геометрических данных и элементы метаданных. Элементы геометрических данных назначают и адресуют в геометрическую структуру 2, а элементы метаданных назначают и адресуют в мета структуру 1. Две структуры, то есть геометрическая структура и мета структура, связывают друг с другом при помощи протокола 3 обмена данными, таким образом, что двунаправленное взаимодействие между геометрической структурой 2 и мета структурой 1 может быть реализовано при помощи протокола 3 обмена данными.
Для улучшения характеристик в способе разделяют информацию метаданных и информацию геометрических данных элементов данных изделия так, как это показано на фиг.1.
Присвоение (добавление, присоединение) уникального идентификационного номера каждому узлу 4 структур 2, 3 позволяет вводить изменения и модификации в структуру изделия, а также изменения и модификации связанного с ней элемента геометрических данных. В этом случае, геометрию в геометрической структуре 2 объединяют, например, уменьшая глубину структуры, реализуемой в древовидной структуре (то есть уменьшая индекс древовидности), то есть уменьшая число градаций древовидной структуры (см. фиг.1). Идентификационный номер элементов данных изделия или узлов 4 также содержит информацию адресации, которая позволяет назначить каждому компоненту или элементу данных различное (свое собственное) положение в мета структуре 1 или в геометрической структуре 2. Характеристики могут быть дополнительно улучшены за счет объединения геометрии, например, в трех различных слоях, обмен которых может производиться “на лету.”
Протокол 3 обмена данными используют для обмена информацией между метаданными и геометрическими данными, или между мета структурой 1 и геометрической структурой 2, соответственно. Внутри протокола 3 обмена данными используют генерированный ключ индекса или генерированный идентификационный номер набора данных, чтобы идентифицировать каждую деталь внутри геометрической структуры и мета структуры, или наоборот.
Кроме того, настоящее изобретение позволяет осуществлять параллельную обработку данных. За счет разделения метаданных и геометрических данных в наборах данных и за счет двунаправленной связи между двумя источниками информации или между мета структурой 1 и геометрической структурой 2, реализованной при помощи протокола обмена данными, один или несколько процессоров могут быть использованы для обработки индивидуальных задач, так что характеристики обработки улучшаются.
На фиг.2 показана примерная блок-схема согласования элементов метаданных и элементов геометрических данных. Полностью или частично извлеченные элементы данных изделия из модулей модели импортируют в соответствии с данными системы административного управления (PDM, VPM (виртуальное административное управление изделием)) или в соответствии с данными геометрической системы обслуживания (GS). В операции 10 обращаются к базе данных модели изделия, которая содержит элементы метаданных. Элементы метаданных содержат, например, информацию относительно атрибутов элемента данных изделия, таких как номер версии или инвентаризационная информация. Разработку структуры изделия преимущественно реализуют иерархически в древовидной структуре. Например, модуль сегмента фюзеляжа самолета расположен в верхнем слое, а индивидуальные компоненты, такие как все, начиная от внутреннего оборудования до индивидуальных винтов, расположены в зависимых подслоях.
В операции 20 получают элементы геометрических данных структуры изделия модели, в соответствии со структурой изделия в операции 10. Для этого все элементы геометрических данных, например сегмента фюзеляжа, которые требуются для показа и геометрической обработки элемента данных изделия, например сегмента фюзеляжа, выводят на средство визуализации. Эти элементы геометрических данных могут содержать так называемые прирожденные (природные, естественные) элементы геометрических данных. Прирожденные данные изделия содержат все геометрические атрибуты, в том числе все геометрические и математические зависимости. Эти прирожденные элементы геометрических данных могут быть получены из хранилища базы данных, то есть из базы данных средства конструирования, такого как, например, Catia V4 или V5.
В операции 30 универсальный уникальный идентификатор (UUID) первоначально вычисляют и присваивают каждому элементу данных, в том числе элементам данных изделия субструктур. Для того чтобы можно было положительно идентифицировать элемент данных изделия, UUID элемента данных изделия не изменяют, даже если изменяют элементы метаданных или элементы геометрических данных элемента данных изделия. Новый UUID присваивают только новому введенному элементу данных изделия. Таким образом, примерный элемент фюзеляжа имеет универсальный уникальный идентификационный номер (UUID). Аналогично, подузлы, такие как, например, индивидуальные винты, также имеют свой собственный UUID.
В операции 40 производят обработку элементов геометрических данных, при которой отфильтровывают (удаляют) всю информацию, которая не служит для визуализации элемента данных изделия. Это может быть полезно потому, что геометрические и математические зависимости в сложных структурах изделия с множеством субслоев требуют для обработки очень большой вычислительной мощности. По этой причине отфильтровывают прирожденные элементы геометрических данных, например все математические данные, которые не требуются для визуализации. Это позволяет получить формат визуализации элементов геометрических данных, в котором элементы геометрических данных элемента данных изделия могут быть визуализированы в виде трехмерного треугольника.
В операции 50 элементы геометрических данных в формате DMU могут быть дополнительно упрощены, например, за счет изменения разрешающей способности треугольников трехмерной иллюстрации.
В операции 60 древовидная структура импортированного элемента данных изделия также может быть упрощена. Например, могут быть отфильтрованы все подслои структуры изделия, которые не нужны для визуализации. Идентификационные номера присваивают на базе структуры изделия элемента данных изделия. Идентификационным номером также может быть идентификационный номер связи, который содержит UUID элемента данных изделия и индекс. UUID уже был присвоен импортированному элементу данных изделия, например сегменту фюзеляжа, в операции 30. Соответствующие подузлы также имеют UUID, которые содержат так называемый индекс, который определяет положение этих узлов элемента изделия в структуре изделия импортированного элемента данных изделия.
В операции 70 структурированные указанным образом элементы данных изделия вводят в набор данных. Этот набор данных содержит все элементы метаданных и элементы геометрических данных элемента изделия. Все компоненты элемента данных изделия теперь заданы за счет точного задания элементов данных изделия или элементов метаданных и геометрических элементов данных и идентификационного номера, который содержит универсальный UUID и индекс.
Мета структура 1 и геометрическая структура 2 теперь могут быть созданы в соответствии со структурой изделия элемента данных изделия. Соответствующие идентификационные номера хранятся в мета структуре 1 и в геометрической структуре 2 в соответствии со структурой изделия. Структура метаданных позволяет осуществлять выборку элементов метаданных элемента данных изделия, а геометрическая структура позволяет осуществлять выборку элементов геометрических данных элемента данных изделия из набора данных, при помощи универсальных уникальных идентификационных номеров. Таким образом, протокол 3 обмена данными позволяет реализовать двунаправленную связь между мета структурой 1 и геометрической структурой 2 при помощи уникального идентификационного номера.
Например, если элемент данных изделия выбирают на средстве визуализации, то пользователь видит только ту информацию, которая требуется для визуализации. Однако протокол обмена данными позволяет выбирать элемент данных изделия с этим же идентификационным номером в мета структуре, так что дополнительная метаинформация может быть выведена на индикацию дополнительно. Так как информация метаданных и элемент геометрических данных имеются отдельно, то соответствующие приложения, например браузер для обработки метаданных и средство визуализации для обработки элементов геометрических данных, не влияют друг на друга, так что соответствующие задачи могут быть выполнены быстрее и с меньшими потребными вычислительными мощностями.
Таким образом, предложенное решение существенно улучшает работу с цифровой моделью и работу в течение всего (жизненного) цикла выпуска изделия, например, потому, что все процессы могут быть улучшены, поддержаны и скоординированы. Например, можно реализовать Design-in-Context (контекстное проектирование), которое улучшает Design-Review (обзор проекта), Clash-Visualization (визуализацию столкновений), Design to Assemble (проектирование до сборки), Assemble Sequence Planning (планирование последовательности сборки), визуальное отображение цеха завода, Supplier-Integration (интеграцию поставщиков), сопровождение технической документации и техническое обслуживание и текущий ремонт.