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OO-Technik fuer CAD/CAM-Loesungen Go Object heisst der Weg auch fuer die Konstruktionswerkzeuge

30.09.1994

Von Andreas Beuthner*

Die CAD/CAM-Branche steht mitten in einem Generationenwechsel ihrer Produkte, im Zuge dessen sie Innovationskraft demonstrieren und Maengel herkoemmlich strukturierter Programme endgueltig aus der Welt schaffen will. Objektorientierte Software fuer Planung und Konstruktion heisst die Losung, mit der in den naechsten Jahren eine ganze Reihe von CAD/CAM-Anbietern ihre Marktposition ausbauen wollen.

"Objektorientierter Programmaufbau ist zum K.o.-Kriterium fuer Neuinstallationen geworden", weiss Peter Gangl, Geschaeftsfuehrer der Aesop GmbH. Die Stuttgarter Beratertruppe in Sachen Modellierung, Simulation, Visualisierung und Planung ahnte schon vor Jahren, dass im Umfeld des CAD/CAM die Abloesung alter Programmarchitekturen und der zugrunde liegenden Konzepte bevorstand. Vor allem die Defizite der Software wie mangelhafte Anwenderfreundlichkeit und unzureichende Funktionalitaet loeste Unmut bei Entwicklern und Konstrukteuren, aber auch bei Anlagenplanern aus. "Die Zeit fuer einen Innovationssprung ist reif", konstatiert Aesop-Chef Gangl. Er und sein Team konzentrierten sich mit "Simple++" auf Simulationssoftware zur Modellierung von Geschaeftsprozessen und kompletten Fabrikablaeufen.

Weniger Zeitaufwand fuer Detailaenderungen

Aber auch im Bereich des mechanischen Designs dreht sich alles um Objektorientierung. Denn geht es um die realitaetsgetreue und exakte Abbildung komplexer Systeme, kommen Anwender herkoemmlicher Software regelmaessig in Bedraengnis. Sowohl die Aenderbarkeit und Wartung bereits angelegter Datenbestaende verlangt einen immer hoeheren Zeitaufwand als auch die Verfuegbarkeit von einmal erstellten Modellen. Durch die getrennte Behandlung und Abspeicherung von Dateisaetzen und Programmfunktionen muessen Konstrukteure selbst bei Detailaenderungen ihrer Modelle zuallererst enorme Anpassungsarbeit auf Programmebene leisten.

Traditionelle CAD/CAM-Loesungen bieten zwar inzwischen gute Modellierfaehigkeiten, doch viele Systeme verfuegen nur ueber eingeschraenkte Moeglichkeiten zum Einsatz in vernetzten, heterogenen Multiuser-Welten, in denen kooperatives Arbeiten mehrerer Mitglieder einer Arbeitsgruppe an einem Objekt gefordert wird. Die Wiesbadener Object Design Software GmbH sieht genau in diesem Umfeld den groessten Vorteil objektorientierter Datenbank- Management-Systeme. Durch Modularisierung und Wiederverwendung einmal erstellter Programmteile "ergeben sich nachhaltige Einsparungen bei der Entwicklung und Wartung komplexer Programme", versichert Geschaeftsfuehrer Stephan Rasp.

Mit ausgekluegelten Speicherverwaltungstechniken wie Virtual Memory Mapping, Caching und Clustering umgeht das Datenbanksystem "Objectstore" der Wiesbadener die Schwierigkeiten, die sich aus dem Umgang mit Objekten beim Plattenzugriff ergeben. Objekte werden in der Datenbank mit der gleichen Geschwindigkeit bearbeitet wie im Memory. Praktisch bedeutet dies, dass Applikationen in einer Client-Server-Umgebung das Netz als einen unendlichen Hauptspeicher sehen. Diese auch als Single-Level-Store bekannte Speichertechnik benoetigt weniger Rechenkapazitaet, da keine Pufferung oder Konvertierung der Objekte noetig ist. Unnoetiger System-Overhead beim Handling der Objekte laesst sich vermeiden.

Ganz vorne mitmischen im neu entstehenden OO-Markt will auch Straessle aus Stuttgart. Das schwaebische Systemhaus hat sich seit Anfang der neunziger Jahre mit Hochdruck in die Entwicklung objektorientierter Software fuer die Fertigungsindustrie gestuerzt. "Wir haben praktisch alle Teilsysteme von Konsys 2000 neu designed", sagt Peter Hecker, Produkt-Marketing-Manager fuer den Geschaeftsbereich TIS/CAD/

CAM bei Straessle.

Lediglich im Freiformflaechenbereich fuer 3,5 bis 5 Achsen hat man auf Bewaehrtes gesetzt und mit Euklid V4 bekannte Programmcodierungen beibehalten. Die Daten sind systemuebergreifend kompatibel, denn trotz Euklid-Status im Freiformbereich laufen alle Anwendungen unter gleicher Bedienerfuehrung. Die Datenuebernahme aus den anderen Bausteinen ist laut Hecker ohne weiteres moeglich.

Hans Eugster, Chefentwickler bei Straessle, und seine Mannschaft waren schon frueh vom objektorientierten Weg im CAD/CAM-Bereich ueberzeugt. Auf der Suche nach einem geeigneten Geometrie-Kernel stiessen die Entwickler auf ACIS: "Am Anfang konnten wir kaum mehr als ein paar Drahtmodelldarstellungen sehen", erinnert sich Eugster, "aber das Konzept von Spatial Technology in den USA hat uns letztlich ueberzeugt." Heute hat sich die ACIS-Gemeinde auf 40 Anbieter von CAD/CAM-Software vergroessert und damit einen De-facto- Standard gesetzt. Als erstes wurde im Hause Straessle der urspruenglich auf Romulus basierende 3D-Volumenmodellierer vollstaendig auf ACIS umgestellt. Ein Jahr spaeter folgte das NC- Programmiersystem.

Komplett in C++ geschrieben und objektorientiert, verfuegt ACIS ueber eine offene Systemarchitektur, die die Ankopplung von Fremdsystemen auf gleicher Basis ermoeglicht. Vor allem die objektorientierte Programmierung sorgt dafuer, dass eigene Applikationen mit erheblich weniger Aufwand als frueher entwickelt, eingebaut und gewartet werden koennen.

Zu den Staerken des Geometrie-Kernels ACIS zaehlt auch die Durchgaengigkeit der konstruktions- und fertigungsrelevanten Daten. Die gleichzeitige Verwaltung von Volumen-, Flaechen- und Drahtmodellen sowie geometrische Operationen zwischen ihnen sind auf Basis von ACIS moeglich. Diese Eigenschaften bieten die Grundlage fuer Datenkonsistenz von 2D- und 3D-Geometrie bis hin zu Fertigungs- und Berechnungsdaten.

Objektorientiert bis zur Datenbank

Die Datenstruktur des objektorientierten 2D-Systems, das Straessle erstmals auf der diesjaehrigen CeBIT praesentierte, ist vollstaendig kompatibel zu ACIS. Damit kamen die Schwaben ihrem Entwicklungsziel, mehr Flexibilitaet durch bessere Funktionalitaet, bei diesem Baustein erheblich naeher.

Um die Assoziativitaet aller Daten im modularen CAD/CAM- Gesamtsystem sicherzustellen, griffen die Stuttgarter wiederum in die Trickkiste objektorientierter Programmierung. Sie realisierten ein "Technisches Objekt Modell", das auf Basis der Datenbank Objectstore Aufwaertskompatibilitaet zwischen den einzelnen Bausteinen ermoeglicht. Damit kommt der objektorientierte Ansatz voll zum Tragen, denn schon die Wiederverwendung einmal erstellter Objektklassen in unterschiedlichen Applikationen und die einfache Wartung von Daten und Dateien schraubt den Aufwand bei Neukonstruktionen um einiges nach unten. Turbolader fuer Motoren, Getriebe, Achsen oder Kurbelwellen lassen sich ohne grossen Programmieraufwand nach Kundenwuenschen modifizieren.

Deutlich weniger Codes reduzieren Fehlerquote

Auch auf der Programmierebene schlagen die Pluspunkte objektorientierter Software zu Buche. Die Zahl der Codes ist gegenueber herkoemmlich strukturierten Programmen um ein Vielfaches geringer. Das reduziert die Fehleranfaelligkeiten und verbessert den Umgang mit Programmsequenzen.

Eine AT&T-Studie ueber objektorientierte Technologien bestaetigt diese These. Bei der Umstellung von Neuentwicklungen von C auf C++ staunten die Autoren nicht schlecht, als sie die Entwicklungszeiten miteinander verglichen. Bei C-Programmen mussten etwa 80 Prozent des Codes fuer eine gegebene Applikation neu geschrieben werden, waehrend nur 20 Prozent aus bestehenden Bibliotheken kamen.

Unter C++ sank der Anteil des neu zu erarbeitenden Programmcodes auf 20 Prozent, die restlichen 80 Prozent wurden von der Bibliothek definierter Objekttypen vererbt.

Ein weiteres Merkmal echter objektorientierter Sprachen ist die Kapselung. Betrifft die Klassenvererbung die Moeglichkeit, Operationen der Attribute von Objekten einer Oberklasse an eine Unterklasse weiterzureichen, geht es bei der sogenannten Encapsulation um die Faehigkeit, mit einem Objekt all seine Attribute und ausfuehrbaren Operationen zu definieren. Dateien und Funktion werden auf einem relativ hohem Abstraktionsniveau zur Wiederverwendung fuer aehnliche Aufgaben abgelegt.

Das trifft bei Simulationssoftware fuer komplexe Geschaeftsprozesse ebenso zu wie beim mechanischen CAD/CAM. In der deutschen Niederlassung von Intergraph beispielsweise stehen die Zeichen ebenfalls voll auf Objektorientierung. Das Flaggschiff im mechanischen Design EMS (Engineering Manager System) ist objektorientiert geschrieben, laeuft aber als proprietaeres System ausschliesslich als Inselloesung auf drei Unix-Plattformen, bevorzugt auf Intergraph-Hardware sowie Sun und Silicon Graphics.

Das soll sich grundlegend aendern. "Wir arbeiten an einem kompletten Redesign unserer EMS-Software", verraet Intergraph-Chef Thomas Grevel. Im Visier der US-Entwickler steht eine neue Generation objektorientierter Programm- und Dateistrukturen, die als offenes System die Schranke proprietaerer Architekturen durchbricht. CAD-Spezialist David Primrose sieht in Intel- basierten "Personal Workstations" mit Windows-Oberflaeche einen zukunftstraechtigen Standard fuer objektorientiertes CAD. Zwar kann man ueber kuenftige Hardwaretrends nur spekulieren, aber Intergraph- Mann Grevel ist ueberzeugt, dass die besseren Karten "im Lager von Intel und Microsoft liegen".

Vor allem gibt es in der Windows-Welt mit OLE-Kommunikations-Tools bereits Ansaetze, eine Bearbeitung von Objekten im LAN, verteilt auf verschiedene PCs, als Standard zu etablieren. Damit zeichnet sich ein weiterer Hardwaretrend ab. Legen die PCs im Umfeld von Client-Server-Architekturen im selben Tempo weiter zu, koennte es fuer die Unix-Welt ungemuetlich werden.

Einige Klippen muessen die OO-Pioniere vor dem grossen Durchbruch noch umschiffen. Dazu gehoert zweifellos die offene Frage nach dem derzeit entwickelten Formatstandard "Step" (Standard for the Exchange of Product Model Data).

Straessle-Experten beobachten sorgfaeltig die Diskussionen in internationalen Gremien. Auch wenn Step mit objektorientierter Programmarchitektur zunaechst wenig zu tun hat, koennte der Standard die Dynamik um OO-Applikationen abbremsen, denn viele CAD- Systemhersteller warten auf die neue Norm. Als Schnittstelle wird sich das Format durchsetzen, "implementieren werden wir es aber erst dann, wenn Step als Standard akzeptiert wird" sagt Straessle- Mann Peter Hecker.

Dass sich unterdessen Matra, Informix, IBM, Computervision oder Autodesk intensiv mit objektorientierter Programmierung befasst haben, deutet auf das breite Interesse dieser Softwaretechnik. Allerdings wird die CAD/CAM-Welt nicht mit einem Schlag ihre gesamten Anwendungen in die Museumsvitrine stellen. "Nur mit konsequenter Aufwaertskompatibilitaet und schrittweiser Einfuehrung wird es ein Zusammenwachsen der Systeme auf objektorientierter Basis geben", beurteilt Hecker die Zukunftschancen.