黃啟良， 王宗彥， 吳淑芳， 秦慧斌

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參數(shù)化變型設(shè)計(jì)中工程圖調(diào)整技術(shù)優(yōu)化研究

黃啟良， 王宗彥， 吳淑芳， 秦慧斌

（中北大學(xué)CAD/CAM工程技術(shù)研究中心，山西太原 030051）

針對(duì)工程圖調(diào)整技術(shù)所存在的方法不完善，耗時(shí)長(zhǎng)，過(guò)程繁雜等不足，對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化。分析了常用視圖比例調(diào)整方法的優(yōu)缺點(diǎn)，完善了其調(diào)整過(guò)程。研究了模型邊線的伸縮規(guī)律，提出了尺寸直角的概念，并通過(guò)繪制基于尺寸直角的裝配布局草圖，簡(jiǎn)化了視圖位置調(diào)整過(guò)程。提出了標(biāo)注約束元的概念，論述了其對(duì)尺寸、注釋位置變化的影響，并通過(guò)采用基于標(biāo)注約束元的標(biāo)注方法，簡(jiǎn)化了尺寸、注釋調(diào)整過(guò)程。

工程圖學(xué)；工程圖優(yōu)化；參數(shù)化變型設(shè)計(jì)；尺寸直角

工程圖是參數(shù)化變型設(shè)計(jì)的最終輸出，是產(chǎn)品生產(chǎn)加工的重要參考。但是，三維模型驅(qū)動(dòng)后自動(dòng)生成的工程圖，存在視圖比例不合理，布局較差，尺寸標(biāo)注不整潔，注釋錯(cuò)位等缺點(diǎn)（如圖1、圖2所示），因此需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)工程圖調(diào)整技術(shù)進(jìn)行了大量研究，并取得了不少成果。文獻(xiàn)[1]依據(jù)計(jì)算機(jī)圖形和基于知識(shí)的專(zhuān)家系統(tǒng)，通過(guò)模仿有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師的思維模式，研究了一種由機(jī)械產(chǎn)品三維裝配體模型自動(dòng)生成裝配體工程圖的智能方法。文獻(xiàn)[2]研究了三維模型驅(qū)動(dòng)后工程圖視圖布局、比例、尺寸、焊接符號(hào)、零件序號(hào)的調(diào)整方法，以及部件圖明細(xì)表的自動(dòng)生成與調(diào)整方法。文獻(xiàn)[3]提供了一種通過(guò)改變SolidWorks軟件的各種常用設(shè)置，創(chuàng)建符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的工程圖模板的方法。但當(dāng)前工程圖調(diào)整技術(shù)仍存在以下不足：

（1）視圖比例可能出現(xiàn)漏調(diào)、誤調(diào)現(xiàn)象；

（2）需要調(diào)整每一個(gè)視圖的位置，耗時(shí)長(zhǎng)；

（3）不能調(diào)整視圖內(nèi)部尺寸；

（4）需要調(diào)整工程圖中所有的注釋?zhuān)^(guò)程繁雜，易出錯(cuò)。

針對(duì)以上不足，本文提出了完善的視圖比例調(diào)整方法、基于尺寸直角的裝配布局草圖繪制方法和基于標(biāo)注約束元的標(biāo)注方法，優(yōu)化了工程圖調(diào)整過(guò)程，提高了工程圖調(diào)整效率。

圖1 工程圖模板

圖2 模型驅(qū)動(dòng)后自動(dòng)生成的工程圖

1 基本原理

參數(shù)化變型設(shè)計(jì)是指在保持產(chǎn)品基本功能、原理和總體結(jié)構(gòu)不變的情況下，根據(jù)需求的變化，對(duì)產(chǎn)品局部結(jié)構(gòu)、尺寸和約束關(guān)系進(jìn)行調(diào)整或變更，以形成新的產(chǎn)品。它不僅包括傳統(tǒng)參數(shù)化所包括的對(duì)部分特征尺寸的修改，而且包括對(duì)工程視圖的布局、比例、注釋、公差、BOM表等相關(guān)部分的更新。因此，工程圖調(diào)整是參數(shù)化變型設(shè)計(jì)的一部分。

在工程圖調(diào)整過(guò)程中，視圖比例和視圖位置調(diào)整占據(jù)了其絕大部分時(shí)間，對(duì)以上兩者進(jìn)行改進(jìn)能極大地提高工程圖調(diào)整效率；而尺寸、注釋調(diào)整過(guò)程非常繁雜，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)可以簡(jiǎn)化工程圖調(diào)整過(guò)程。當(dāng)前常用的兩種視圖比例調(diào)整方法各有優(yōu)劣，合理的使用這兩種方法既可以避免漏調(diào)、誤調(diào)現(xiàn)象的出現(xiàn)，又可以提高視圖比例調(diào)整的效率。在參數(shù)化變型設(shè)計(jì)中，采用恰當(dāng)?shù)姆椒ń⒘悴考Ｐ秃凸こ虉D模板可以簡(jiǎn)化工程圖調(diào)整過(guò)程。在該思想的指導(dǎo)下，本文研究了基于尺寸直角的裝配布局草圖繪制方法和基于標(biāo)注約束元的標(biāo)注方法，并以此簡(jiǎn)化了視圖位置和尺寸注釋的調(diào)整過(guò)程。

2 優(yōu)化工程圖調(diào)整過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 視圖比例調(diào)整過(guò)程的優(yōu)化

當(dāng)前，常用的視圖比例調(diào)整方法主要有兩種，下面分別予以介紹。

方法1 調(diào)整圖紙比例。遍歷所有視圖，計(jì)算出由所有視圖組成的圖紙區(qū)域的寬和高，然后將其與圖幅大小進(jìn)行比較，并以此為依據(jù)對(duì)圖紙比例進(jìn)行調(diào)整。計(jì)算公式為

（2）

式中、分別為圖紙區(qū)域的寬、高；maxWDim、maxHDim分別為每個(gè)視圖在寬度、高度方向的最大尺寸；VScale為視圖比例；WSpace、HSpace分別為視圖之間或視圖與圖框之間在寬度、高度方向的空白區(qū)域大?。?、分別為工程圖寬度、高度方向視圖的數(shù)量；、分別為工程圖寬度、高度方向空白區(qū)域的個(gè)數(shù)。

方法2 調(diào)整視圖比例。在工程圖調(diào)整之前，記錄模板中每個(gè)視圖的大小，并將其存放在部件的DAT文件中。在視圖比例調(diào)整時(shí)，將模型驅(qū)動(dòng)后的視圖大小和DAT文件中記錄的相應(yīng)數(shù)據(jù)相比較，并以此為依據(jù)進(jìn)行視圖比例調(diào)整。

方法1具有速度快，耗時(shí)短的優(yōu)點(diǎn)，但它只能調(diào)整使用圖紙比例的視圖，不能調(diào)整使用自定義比例的視圖（如局部視圖，剖面視圖等）。方法2需要對(duì)每一個(gè)視圖進(jìn)行比例調(diào)整，速度慢，耗時(shí)長(zhǎng)，且當(dāng)它遇到下例所示情況時(shí)會(huì)出錯(cuò)。

例：圖1中前視圖、右視圖、俯視圖均使用圖紙比例，比例為1:10，模型驅(qū)動(dòng)后參數(shù)、減小一半，不變。此時(shí)，如果使用方法2進(jìn)行視圖比例調(diào)整，調(diào)整后前視圖、右視圖的比例保持不變，而俯視圖的比例變?yōu)?:5，這顯然不符合圖紙要求。

為了又快又好的調(diào)整視圖比例，應(yīng)該先采用方法1對(duì)使用圖紙比例的視圖進(jìn)行調(diào)整，再采用方法2對(duì)使用自定義比例的視圖進(jìn)行調(diào)整，并且對(duì)于外輪廓尺寸變化不大的工程圖（變化范圍在0.8~1.2倍之間），可以不進(jìn)行視圖比例調(diào)整。這樣既可以提高視圖比例調(diào)整的速度，又可以避免漏調(diào)、誤調(diào)現(xiàn)象的出現(xiàn)。主要程序如下：

Set Sheet = swview.Sheet

ret = Sheet.SetScale(1, vScale(1), ScaleAnno- Position, ScaleAnnoTextHeight) '設(shè)置圖紙比例

……

If swview.UseParentScale = True Or swview. UseSheetScale = True Then

Exit Sub

Else '如果該視圖使用的是自定義比例

swview.ScaleRatio = vScale '設(shè)置視圖比例

End If

2.2 視圖位置調(diào)整過(guò)程的優(yōu)化

當(dāng)前常用的視圖位置調(diào)整方法為先將模板中每個(gè)視圖的中心位置記錄在部件的DAT文件中，模型驅(qū)動(dòng)完成后對(duì)視圖位置進(jìn)行調(diào)整時(shí)，使視圖的新中心位置與DAT文件中所記錄的原中心位置相重合。此法能有效地改善視圖布局，但耗時(shí)長(zhǎng)，調(diào)整效率低。筆者在參數(shù)化變型設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)采用基于尺寸直角的裝配布局草圖繪制方法和兩側(cè)對(duì)稱(chēng)拉伸的建模方式，可以簡(jiǎn)化甚至省去視圖位置調(diào)整過(guò)程，下面對(duì)其進(jìn)行介紹。

2.2.1 模型邊線的伸縮規(guī)律

模型驅(qū)動(dòng)后，工程圖視圖原點(diǎn)位置的改變是由模型邊線的伸縮引起的。由于模型是通過(guò)裝配布局草圖驅(qū)動(dòng)的，所以模型邊線的伸縮首先取決于裝配布局草圖中幾何要素（點(diǎn)、線、基準(zhǔn)面）的伸縮情況，然后取決于零件的建模方式，而前者又取決于它的繪制方法，如約束添加方法等。

2.2.2 尺寸直角的定義和作用

尺寸直角是指裝配布局草圖中決定工程圖視圖原點(diǎn)位置的驅(qū)動(dòng)尺寸的集合。由于這些尺寸構(gòu)成一個(gè)直角，所以叫尺寸直角。尺寸直角是為了簡(jiǎn)化甚至省去工程圖視圖位置調(diào)整過(guò)程而提出的，它是裝配布局草圖正確繪制的依據(jù)。圖1中前視圖當(dāng)前常用的裝配布局草圖如圖3(a)所示，其中決定工程圖視圖原點(diǎn)位置的尺寸有3個(gè)，尺寸值分別為12、250、289。圖3(b)為圖3(a)的尺寸直角。

2.2.3 基于尺寸直角的裝配布局草圖繪制方法

要想使視圖原點(diǎn)位置在模型邊線伸縮過(guò)程中保持不變，在繪制裝配布局草圖時(shí)必須遵循以下步驟和原則：

（1）分析圖紙，確定模型的驅(qū)動(dòng)尺寸和裝配布局草圖的形狀；

（2）確定裝配布局草圖的尺寸直角；

（3）繪制裝配布局草圖，先繪制尺寸直角中各個(gè)尺寸對(duì)應(yīng)的草圖線，然后找出尺寸直角的3個(gè)頂點(diǎn)、、對(duì)應(yīng)的草圖端點(diǎn)，并使、和、對(duì)應(yīng)的草圖端點(diǎn)關(guān)于草圖中心線對(duì)稱(chēng)，最后繪制其它草圖元素，結(jié)果如圖3(c)所示。

如果使用圖3(a)所示的裝配布局草圖，模型驅(qū)動(dòng)完成后，工程圖中模型邊線相對(duì)于視圖原點(diǎn)不是兩側(cè)對(duì)稱(chēng)伸縮，視圖原點(diǎn)位置會(huì)變，所以必須對(duì)視圖位置進(jìn)行調(diào)整。而當(dāng)使用圖3(c)所示的裝配布局草圖時(shí)，由于決定視圖原點(diǎn)位置的模型邊線相對(duì)于視圖原點(diǎn)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)伸縮，視圖原點(diǎn)位置不變，所以不需要對(duì)視圖位置進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)于圖1中的右視圖，也可以采用此法來(lái)簡(jiǎn)化其位置調(diào)整過(guò)程，而對(duì)于圖1中的俯視圖，只要該裝配體中所有零件均采用兩側(cè)對(duì)稱(chēng)拉伸的建模方式就能省去其位置調(diào)整過(guò)程。

(a) 當(dāng)前常用的裝配布局草圖 (b) 尺寸直角 (c) 基于尺寸直角的裝配布局草圖

2.3 尺寸與注釋調(diào)整過(guò)程的優(yōu)化

模型驅(qū)動(dòng)后，工程圖中模型邊線的長(zhǎng)度和位置會(huì)發(fā)生變化，而未與模型邊線添加幾何約束關(guān)系的標(biāo)注項(xiàng)目（尺寸、注釋、焊接符號(hào)、粗糙度符號(hào)、技術(shù)要求等）的位置不會(huì)變，所以會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，需要對(duì)尺寸、注釋等進(jìn)行調(diào)整。

2.3.1 標(biāo)注約束元的定義和作用

標(biāo)注約束元是指控制標(biāo)注項(xiàng)目位置變化的元素，有點(diǎn)和線兩種類(lèi)型。當(dāng)標(biāo)注約束元為點(diǎn)時(shí)，標(biāo)注項(xiàng)目完全定位；當(dāng)標(biāo)注約束元為線時(shí)，標(biāo)注項(xiàng)目未完全定位，它還能在標(biāo)注約束元所在的直線上滑動(dòng)。所以，選擇合適的標(biāo)注約束元進(jìn)行標(biāo)注可以簡(jiǎn)化尺寸、注釋調(diào)整過(guò)程。

2.3.2 尺寸調(diào)整過(guò)程的優(yōu)化

現(xiàn)有尺寸調(diào)整方法根據(jù)視圖外部尺寸的層次性，將其放置在不同的圖層，然后通過(guò)設(shè)置不同圖層之間的距離來(lái)調(diào)整尺寸的位置。此法可以快速、整齊地調(diào)整視圖外部尺寸的位置，但是由于視圖內(nèi)部尺寸分布散亂，不具有層次性，所以它不能調(diào)整視圖內(nèi)部尺寸。筆者發(fā)現(xiàn)采用基于標(biāo)注約束元的標(biāo)注方法可以保證模型驅(qū)動(dòng)后視圖內(nèi)部尺寸相對(duì)于模型邊線的位置不變，因而不需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，下面進(jìn)行介紹。

（1）直線尺寸的四種標(biāo)注方法及其性質(zhì)

如圖4所示，有1、2、3、4四條直線，有、、、四個(gè)頂點(diǎn)，現(xiàn)要標(biāo)注直線1的尺寸，有以下四種方法：一線法（選中直線1進(jìn)行標(biāo)注）、兩點(diǎn)法（選中頂點(diǎn)、進(jìn)行標(biāo)注）、一點(diǎn)一線法（選中頂點(diǎn)、直線2或頂點(diǎn)、直線4進(jìn)行標(biāo)注）、兩線法（選中直線2和4進(jìn)行標(biāo)注）。采用以上四種方法標(biāo)注的尺寸的性質(zhì)如表1所示。由表1可知，一線法和兩點(diǎn)法本質(zhì)相同，兩線法一般不應(yīng)采用。

圖4 直線尺寸標(biāo)注的四種方法

（2）采用不同方法標(biāo)注的尺寸在工程圖中的變化情況

表1 采用不同方法標(biāo)注的尺寸的性質(zhì)

由表1可知，模型驅(qū)動(dòng)后采用不同方法標(biāo)注的尺寸在工程圖中的變化情況也不同，如圖5所示。圖5中，零件草圖(a)除去頂部草圖線外，其他草圖線均已添加了水平或豎直幾何關(guān)系，(d)~(h)為模型驅(qū)動(dòng)后（零件草圖中兩條豎線的長(zhǎng)度分別變?yōu)?0和50）采用不同方法標(biāo)注的尺寸在工程圖中的變化情況。由(f)、(g)可知，一點(diǎn)一線法有兩種形式，其中只有(g)所示的標(biāo)注才是正確的，即一點(diǎn)一線法中的點(diǎn)應(yīng)是位置高的點(diǎn)，線應(yīng)短線。

綜上所述，當(dāng)尺寸方向始終與直線平行時(shí)，應(yīng)采用一線法或兩點(diǎn)法標(biāo)注；當(dāng)尺寸方向始終保持水平或豎直時(shí)，應(yīng)采用一點(diǎn)一線法標(biāo)注。這樣標(biāo)注的視圖內(nèi)部尺寸在模型驅(qū)動(dòng)后不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位現(xiàn)象，不需要調(diào)整。

(a) 零件草圖 (b) 零件模型 (c) 前視圖 (d) 一線法

(e) 兩點(diǎn)法 (f) 一點(diǎn)一線法 (g) 一點(diǎn)一線法 (h) 兩線法

圖5 采用不同方法標(biāo)注的尺寸在工程圖中的變化情況

2.3.3 注釋調(diào)整過(guò)程的優(yōu)化

這里所說(shuō)的是廣義的注釋?zhuān)ㄗ⑨?、焊接符?hào)、粗糙度符號(hào)、零件序號(hào)、技術(shù)要求等。當(dāng)前常用的注釋調(diào)整方法為先記錄工程圖模板中每個(gè)注釋的位置信息和所在視圖的相關(guān)信息，并將其存放在部件的DAT文件中，模型驅(qū)動(dòng)完成后對(duì)注釋位置進(jìn)行調(diào)整時(shí)，根據(jù)DAT文件中的相關(guān)信息計(jì)算出注釋的相對(duì)位置，最后將注釋放置在相應(yīng)的位置上。此法能夠快速、有效地調(diào)整注釋的位置，但是調(diào)整過(guò)程過(guò)于繁雜，且容易出錯(cuò)。筆者發(fā)現(xiàn)只要在注釋和模型邊線之間添加約束幾何關(guān)系，使其完全定位，就可以確保模型驅(qū)動(dòng)后其相對(duì)于模型邊線的位置不變，因而可以簡(jiǎn)化甚至省去注釋調(diào)整過(guò)程。

（1）注釋的完全定位

這里指的是狹義上的注釋?zhuān)袃煞N類(lèi)型，帶箭頭的注釋和不帶箭頭的注釋。對(duì)于帶箭頭的注釋?zhuān)梢酝ㄟ^(guò)以下過(guò)程使其完全定位：首先，新增一個(gè)圖層，并在其上繪制一個(gè)完全約束的草圖點(diǎn)，該點(diǎn)位于要添加的注釋附近；然后，在相應(yīng)的圖層上插入一個(gè)注釋?zhuān)ㄓ幸€和箭頭），并使其指向草圖點(diǎn)；最后，將草圖點(diǎn)所在的圖層設(shè)為不可見(jiàn)。此時(shí)，注釋的標(biāo)注約束元為箭頭所指向的點(diǎn)，注釋完全定位。

對(duì)于不帶箭頭的注釋?zhuān)瑧?yīng)先采用以上步驟進(jìn)行標(biāo)注，然后將注釋的箭頭類(lèi)型設(shè)為直線，并將引線長(zhǎng)度縮短，使其接近為零，如圖6所示。此時(shí)，雖然箭頭和引線均不可見(jiàn)，但是注釋和草圖點(diǎn)之間的約束關(guān)系仍然存在，注釋完全定位。

（2）焊接符號(hào)、粗糙度符號(hào)的完全定位

當(dāng)焊接符號(hào)、粗糙度符號(hào)指向模型邊線時(shí)，其標(biāo)注約束元為箭頭指向的模型邊線。此時(shí)，它們都附著在模型邊線上，因而不需要進(jìn)行調(diào)整。

(a) 帶箭頭注釋的完全定位 (b) 將箭頭類(lèi)型設(shè)為直線 (c) 縮短引線 (d) 隱藏草圖點(diǎn)所在的圖層

3 結(jié) 論

本文以SolidWorks為建模、出圖工具，以VB為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)有工程圖調(diào)整技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，其中包括完善視圖比例調(diào)整過(guò)程，加速視圖位置調(diào)整過(guò)程，簡(jiǎn)化尺寸、注釋調(diào)整過(guò)程等。該技術(shù)已成功應(yīng)用于某橋式起重機(jī)參數(shù)化變型設(shè)計(jì)中，它極大地提高了工程圖調(diào)整效率。特別是對(duì)于大型裝配體工程圖，效率較現(xiàn)有工程圖調(diào)整技術(shù)提高了50%以上。盡管本文做了不少工作，但是還有以下幾個(gè)問(wèn)題尚未解決：

（1）由尺寸直角的定義和形狀可知，對(duì)于某些外輪廓不規(guī)則（如含有圓弧、不規(guī)則曲線等）的零部件不能采用本文所介紹的方法來(lái)簡(jiǎn)化其視圖位置調(diào)整過(guò)程。如圖7所示，當(dāng)圓弧半徑較小時(shí)，它對(duì)視圖原點(diǎn)位置的影響也較小，在確定尺寸直角時(shí)可以將其忽略。此時(shí)如果采用本文所介紹的方法，模型驅(qū)動(dòng)后工程圖中視圖原點(diǎn)的位置變化不大，不需要進(jìn)行視圖位置調(diào)整。但是，當(dāng)圓弧半徑較大時(shí)，本文所介紹的方法就不適用了，此時(shí)應(yīng)采用文獻(xiàn)[2]中所介紹的方法對(duì)其進(jìn)行視圖位置調(diào)整。

圖7 含有圓弧的裝配布局草圖及其尺寸直角

（2）盡管采用基于標(biāo)注約束元的標(biāo)注方法可以保證尺寸、注釋相對(duì)于模型邊線的位置不變，但是模型驅(qū)動(dòng)后不同模型邊線之間的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生變化，這可能會(huì)破壞視圖外部尺寸、零件序號(hào)的對(duì)齊關(guān)系，所以仍需使用程序?qū)σ陨蟽烧哌M(jìn)行調(diào)整。

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Research on the Optimization of Engineering Drawings’ Adjusting Technology in Parametric Variant Design

HUANG Qi-liang, WANG Zong-yan, WU Shu-fang, QIN Hui-bin

( Engineering Technology Research Center of CAD/CAM, North University of China, Taiyuan Shanxi 030051, China )

Aiming at the existing deficiency of engineering drawings’ adjusting technology, such as the imperfectness of methods, the long consumption of time, the complexity of process, etc, an optimization for them is implemented. The benefits and shortcomings of commonly used view scale adjusting method are analyzed and its adjusting process is optimized. By studying the stretch law of model edges, presenting the concept of dimension angle and drawing the assembly layout sketch based on it, the adjustment of view position is simplified. Through putting forward the concept of annotation binding element, discussing the effect it has on the position of dimensions and annotations, and adopting the marking method based on it, the adjustment of dimensions and annotations is simplified.

engineering graphics; optimization of engineering drawings; parametric variant design; dimension angle

TP 391.72

A

1003-0158(2011)01-0168-06

2009-12-19

山西省科學(xué)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（20090321024）

黃啟良（1985-），男，湖南洞口人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)镃AD/CAM/CAPP一體化。