Prüfingenieur Ausgabe 26 - BVPI - Bundesvereinigung der ...

Abb. 10: Sequenzieller Zusammenbau technischer Entwurfsobjekte
[6]
Zieht man eine formale Analogie zwischen
dem Wachstum biologischer Objekte und dem sequenziellen
Zusammenbau technischer Objekte, so
ergibt sich als Nebenprodukt der Wachstumssimulation
die zusätzliche Bedeutung der fortschreitenden
Regelexpansion als schrittweise ablaufende Zusammenbauanleitung
des Entwurfsobjekts aus seiner Regelbeschreibung.
Die auf der Basis einer Grammatik
aufbauende Entwurfssprache kann daher als ein maschinell
ablaufbarer Bauplan eines Entwurfsobjekts
aufgefasst werden. Die automatische Ausführung
komplexer Zusammenbaupläne bietet deshalb in vielfältiger
Hinsicht ein sehr großes technologisches Zukunftspotenzial,
sodass der Zugang zum Problem des
Ingenieurentwurfs über das Paradigma der Entwurfsgrammatiken
im Folgenden näher betrachtet wird.
3.2 Graphgrammatiken
Unter Beibehaltung der vorteilhaften Eigenschaften
von L-Systemen (Produktionsregeln, Einfachheit,
Effizienz, möglichst hohe Rekursivität, etc.)
kann die Berücksichtigung topologischer Ringstrukturen
durch den Übergang von einer zeichenkettenbasierten
Grammatik (deren lineare Zeichenkettenstruktur
sich über die Verwendung eines Stapelspeichers
(Stack) sehr effizient in verzweigte Baumstrukturen
umsetzen lässt) auf eine graphenbasierte Grammatik
erfolgen [5]. Graphen sind auf einfachste Weise dazu
geeignet, nahezu beliebige Beziehungen zwischen
den als Knoten dargestellten Objekten abbilden zu
können.
Abb. 11 illustriert vereinfacht den einem L-System
entsprechenden Aufbau einer graphenbasierten
(Entwurfs-)Grammatik aus einem Axiom ω und (hier
nur) einer Regel.
Durch fortgesetztes Einsetzen der Regel
wächst in jeder Iterationsstufe der Graph immer weiter
an. Die Expansion der Regel wird angehalten,
ENTWURFSTHEORIE
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Der Prüfingenieur April 2005
Abb. 11: Definition und Expansion einer graphenbasierten
Grammatik [5]
wenn entweder nur noch terminale Knoten vorhanden
sind, die nicht weiter expandiert werden können oder
die vorgegebene Iterationstiefe von i = n (hier n = 3
dargestellt) erreicht ist.
Es ist für die sinnvolle Definition einer leistungsfähigen
Grammatik in einer zukünftigen Entwurfssprache
daher eine wichtige Aufgabe, die genauen
Vokabeln und Regeln für die Erzeugung von
Entwurfsobjekten zu (er-)finden und festzulegen. Da
zumindest Teile des Vokabulars (z. B. Schrauben)
und der Regeln (z. B. Auslegung von Schraubenfeldern)
entwurfsübergreifend einsetzbar und damit
wiederverwendbar sind, ergeben sich im Sinne des
Wissensmanagements weitere Potenziale für den
wirtschaftlichen Einsatz von Entwurfssprachen in allen
Arten von wissensintensiven Anwendungen.
Abb. 12 zeigt einen Ausschnitt einer Entwurfssprache
für Gasturbinen. Diese besteht hier aus vier
Vokabeln (Verdichter V , Brennkammer B, Turbine T,
Umgebung U), dem Axiom ω = G und einer Regel,
die besagt, dass eine Gasturbine G aus einer bestimmten
Anordnung der Vokabeln (V, B, T und U)
besteht. Die Vokabeln verfügen über verschiedenste
Abb. 12: Graphenbasierte Entwurfsgrammatik einer Gasturbine
(funktional)