蕭婉瑩 周文柱

摘要：從現(xiàn)代設(shè)計和制造技術(shù)發(fā)展趨勢來看，工程制圖的三維建模最終將取代二維設(shè)計，工程圖紙是企業(yè)生產(chǎn)的重要依據(jù)，對三維環(huán)境下的工程圖紙進(jìn)行優(yōu)化以符合企業(yè)的要求很有必要。論文利用模型與圖紙的關(guān)聯(lián)性，給出了以模型模板和工程圖模板為基礎(chǔ)的自適應(yīng)優(yōu)化原理。因此設(shè)計一套方案用計算機(jī)來實現(xiàn)自適應(yīng)優(yōu)化是非常必要的。

關(guān)鍵詞：三維；工程圖；優(yōu)化技術(shù)

當(dāng)前，在我國的一些制造企業(yè)內(nèi)三維設(shè)計軟件普遍應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)，但是由于制造達(dá)不到全數(shù)字化的要求，不能用三維實體直接指導(dǎo)生產(chǎn)，提出了模板定制的原則，并給出了模板普通定制與特殊定制的方法，為后續(xù)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。詳細(xì)論述了實現(xiàn)自適應(yīng)優(yōu)化的幾個關(guān)鍵技術(shù)，包括視圖定位，比例匹配，尺寸定位與明細(xì)欄優(yōu)化，獲得了大型復(fù)雜裝配體工程圖良好的優(yōu)化效果。對此，二維工程圖至今還是很重要的生產(chǎn)依據(jù)。

一、工程圖自適應(yīng)優(yōu)化的基本原理

根據(jù)產(chǎn)品預(yù)先定制好一整套標(biāo)準(zhǔn)的三維模型模板和工程圖模板，通過改變模型的參數(shù)和配置，驅(qū)動后得到一系列新的模型，由于模型與圖紙相互關(guān)聯(lián)，從而得到新產(chǎn)品的圖紙，在該套圖紙的基礎(chǔ)上，通過對三維系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，編制其自適應(yīng)優(yōu)化算法程序，最終得到符合企業(yè)生產(chǎn)的工程圖。工程圖模板的定制內(nèi)容主要包括三方面：第一，圖紙的幅面，圖框的大??；第二，字體、尺寸、公差、焊接符號等的標(biāo)注樣式；第三，確定視圖的類型并合理地布局。當(dāng)模型驅(qū)動前后的變形較大時，在模板圖紙基礎(chǔ)上新生成的視圖并不能正好充滿整個圖面，有些超出圖紙范圍或者多個視圖產(chǎn)生重疊，有些在圖紙上只占很少的圖幅，因此對工程圖要進(jìn)行優(yōu)化，使之自動適應(yīng)圖紙的幅面，并符合行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。對工程圖的自適應(yīng)優(yōu)化主要針對所有視圖與圖幅的匹配，包括視圖定位，視圖大小的確定，整圖比例與局部視圖比例的自動選取。除此以外還有尺寸定位，標(biāo)注樣式的優(yōu)化，明細(xì)欄與標(biāo)題欄的更新。

二、工程圖關(guān)鍵技術(shù)

2.1 工程圖模板的定制

模板定制原則：工程圖模板是將國標(biāo)及設(shè)計規(guī)范固化到圖紙上，并對一些視圖加以特殊處理，使之能在模型變形后使工程圖適應(yīng)這種變形，并能被程序參數(shù)化驅(qū)動，它是生成新工程圖的基礎(chǔ)。因此，模板工程圖預(yù)處理的好壞直接決定了能否最終生成合格的工程圖。制定工程圖模板必須遵循以下原則：最大化原則 由于圖紙是設(shè)計意圖的最終表現(xiàn)形式，其承載了大量的制造、裝配等信息，在制定模板時，充分考慮裝配體結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，變形最大的情況，將所有的相關(guān)信息都包含在模板中；簡化原則：由三維模型直接轉(zhuǎn)化而來的工程圖線條冗余，線型繁雜，在定制模板的時候，應(yīng)對其進(jìn)行簡化，要最大限度接近原始圖，將多余的邊線隱藏起來。隱藏時按先隱藏零部件，后隱藏邊線的原則進(jìn)行；定位原則 直接由三維模型轉(zhuǎn)化而來的工程圖表達(dá)凌亂，其主要原因是視圖位置漂移、比例不匹配、尺寸及標(biāo)注混亂，序號不整齊等。因此，在定制模板時就要固定所有視圖及尺寸的位置，為后續(xù)布局優(yōu)化提供基礎(chǔ)。

2.2模板的特殊定制

工程圖模板如果只完成上述的普通定制，最終的圖紙質(zhì)量無法達(dá)到企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，因為這只對圖紙的一些基本的屬性進(jìn)行了設(shè)置，解決不了視圖錯位，尺寸混亂，比例不調(diào)的問題，必須對工程圖作一些特殊的設(shè)置，才能通過二次開發(fā)來實現(xiàn)圖紙的自適應(yīng)優(yōu)化。整個圖紙布局的自適應(yīng)優(yōu)化主要通過確定視圖的位置與大小來實現(xiàn)的。定制模板時，在每一個視圖的外輪廓圖層上繪制一個包含最大外形尺寸的矩形圖框，稱之為包絡(luò)框，該包絡(luò)框的大小就是視圖所占圖紙區(qū)域的大小。除此以外還必須給定視圖的定位點(diǎn)，才能使漂移的視圖回到合適的位置，一般來說這個定位點(diǎn)為視口的幾何中心，局部視圖的定位點(diǎn)是該局部視圖的完整視圖包絡(luò)框的幾何中心，斷裂視圖的定位點(diǎn)為未斷裂前的視圖包絡(luò)框的幾何中心。因此，定位點(diǎn)位于包絡(luò)框十字交叉線的交叉點(diǎn)，對其添加約束使其完全定義。

三、自適應(yīng)優(yōu)化的實現(xiàn)

所謂自適應(yīng)優(yōu)化，就是驅(qū)動完成的模型可能放大或縮小，其各視圖的大小也隨之改變，在視圖定位的基礎(chǔ)上，使工程圖表達(dá)內(nèi)容正好充滿整個圖紙，即圖幅與圖紙內(nèi)容自動匹配的過程。自適應(yīng)優(yōu)化有兩種方式：一是視圖保持工程圖模板大小，改變圖幅的大小來適應(yīng)工程圖；二是保持圖幅大小不變，改變視圖的大小來適應(yīng)圖幅。目前大多采用第 2 種方式，其具體做法是采用視圖遍歷的方法，對所有已驅(qū)動更新的視圖與圖幅進(jìn)行比較，如視圖與圖紙大小不匹配則進(jìn)行優(yōu)化，并且可對部分特殊零部件（如過長、過高等）采用斷裂視圖的方法。

3.1視圖定位

在三維系統(tǒng)中，一般以工程圖左下角作為圖紙坐標(biāo)系的原點(diǎn)，即為工程圖的絕對坐標(biāo)系，圖紙上所有的圖素都是通過這個坐標(biāo)系進(jìn)行定位的。視圖上的圖素遵循的是三維模型的坐標(biāo)系，當(dāng)模型投影到工程圖上后，在圖紙坐標(biāo)系中，每個視圖都有一個定位點(diǎn)，改變該定位點(diǎn)的坐標(biāo)就能調(diào)整視圖的位置。視圖定位的思想是：獲取模板上對應(yīng)視圖的定位點(diǎn)坐標(biāo)，并用程序記錄該值；獲取驅(qū)動后對應(yīng)視圖的定位點(diǎn)坐標(biāo)，并用程序記錄。將驅(qū)動后視圖的定位點(diǎn)坐標(biāo)返回到對應(yīng)模板視圖定位點(diǎn)的坐標(biāo)值，這樣錯位的視圖會自動回到工程圖中最理想的位置。上述方法能很好地解決基本視圖的定位問題，對于由裁剪而得的局部視圖或剖面圖，由于發(fā)生了局部放縮和裁剪，其剖切位置與局部放大范圍不定，還會出現(xiàn)尺寸線過長、視圖懸空和缺失等問題，還需作進(jìn)一步的處理。剖切位置的確定是通過剖切線與模型間建立約束關(guān)系來解決的。

3.2比例匹配

在視圖完全定位的基礎(chǔ)上，采用不改變圖紙大小的方式，通過自動計算整圖的比例使圖形與圖幅匹配。工程視圖比例的匹配要解決兩個問題：一是判斷何種情況下該用何種比例；二是不同的比例設(shè)定方式下如何進(jìn)行比例的修改。其解決方法是所有視圖的最大外形尺寸以及視圖之間，視圖與圖框之間預(yù)留的空白區(qū)域之和等于圖幅的大小。視圖的最大外形尺寸是指經(jīng)過比例變換后的尺寸，可以用包絡(luò)框的大小來確定，因此，包絡(luò)框在視圖定位與比例匹配中起著定位與定形的雙重作用。

3.3尺寸定位

如前所述，視圖的外部尺寸分為豎直方向和水平方向的尺寸，根據(jù)尺寸標(biāo)注方向和離視圖距離的不同，由內(nèi)到外將尺寸分成不同的層次，同一距離并排的尺寸歸在同一圖層上，如圖 2 中尺寸 1、2 在同一圖層。將視圖的所有尺寸歸入各自的尺寸層，相鄰兩層的尺寸間距是一常量 。各尺寸層的命名也有一定的要求，要體現(xiàn)該層尺寸的方向與分布層次，如“豎_+3”的含義是豎直方向尺寸，在視圖右側(cè)從內(nèi)向外第 3 層。尺寸定位時，通過先遍歷所有尺寸記錄其所對應(yīng)的歸屬圖層，通過判斷圖層的名稱得到尺寸層的類型與方向，結(jié)合尺寸間距 就可以計算出尺寸的位置。

3.4明細(xì)欄的優(yōu)化

明細(xì)欄是工程圖很重要的組成部分，反映裝配體中零部件的序號、數(shù)量、材料等基本屬性，其大多數(shù)信息可以直接從三維模型文件中鏈接而來，可以隨模型信息的改變而直接更新。明細(xì)欄的優(yōu)化主要是對行高、列寬的控制，零部件序號調(diào)整以及明細(xì)欄的折斷等。根據(jù)設(shè)計要求，模型驅(qū)動后可能會增加或減少零部件種類，此時零部件的序號就會出現(xiàn)重復(fù)或斷續(xù)，編寫程序自動修改每一個零部件的序號并用冒泡法進(jìn)行排序。

總之，本文在建立工程圖模板的基礎(chǔ)上，對整個圖紙全局進(jìn)行了布局優(yōu)化與比例匹配；提出了工程圖模板的定制原則，并對模板采用了普通定制與特殊定制相結(jié)合的處理方法，為后續(xù)的自適應(yīng)優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)；從視圖定位、比例匹配、尺寸定位及明細(xì)欄優(yōu)化等幾方面進(jìn)行詳細(xì)論述，并給出了計算方法和流程，實現(xiàn)了工程圖自適應(yīng)優(yōu)化的良好效果。

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