張 恒,姜 萍,時曉蕾,陶高周,趙建華,董玉德

(1.合肥工業(yè)大學 機械工程學院,安徽 合肥 230009;2.陽光電源股份有限公司,安徽 合肥 230088)

0 引 言

Pro/E是CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件,以參數(shù)化著稱,是參數(shù)化技術(shù)最早的應用者,并且采用單一數(shù)據(jù)庫的方式解決了特征的相關(guān)性問題[1-2]．Pro/E可以直接從實體模型轉(zhuǎn)化成工程圖,然而提供的平面繪圖功能較少．平面繪圖仍在一定領域,一定情況下有使用需求,比如企業(yè)常用工程圖進行產(chǎn)品檢查,利用Pro/E直接生成工序圖等[3-4]．Pro/E擁有強大的生成工程圖能力,但是其創(chuàng)建的工程圖大部分不符合我國的工程制圖標準．Pro/Toolkit是為Pro/E提供的開發(fā)工具包,通過其提供的庫函數(shù)可繪制各種曲線,彌補Pro/E自身繪圖短板[5]．

文獻[6-9]通過設置符合國家標準的 Pro/E 工程圖配置文件,定制模板文件,編寫接口程序調(diào)用模板實現(xiàn)可視化設計、快速出工程圖;文獻[10]利用Pro/E軟件提供的二次開發(fā)程序包Pro/Toolkit實現(xiàn)了工程圖的參數(shù)化標準圖框模板的開發(fā);文獻[11-13]針對當前Pro/ENGINEER軟件在使用過程中所面臨的工程圖二維標注功能比較弱且不符合國家標準的情況,提出了對產(chǎn)品進行二次開發(fā),完善其二維標注的能力,使用戶在使用過程中能迅速快捷準確地完成工程圖的標注．

文中提供的出圖系統(tǒng)是基于Pro/Toolkit開發(fā)的工程圖輔助程序,其強大的功能在于為用戶提供符合生產(chǎn)需要的快速便捷的繪圖方法．用戶先按照自己的視圖布局完成工程圖的繪制,然后運用自適應圖框的生成方法,為零件視圖添加圖框、標題欄、明細表,該方法使工程圖的繪制更加高效、快速、準確．

1 快速出圖系統(tǒng)開發(fā)準備

為了提高生成工程圖效率,保障出圖前后環(huán)境參數(shù)的統(tǒng)一性,需提前對整體系統(tǒng)以及不同模塊下的環(huán)境進行設置．根據(jù)用戶對工程圖的不同需求,如字體格式和大小等,通過更改配置文件以確保數(shù)據(jù)的正確性,減少出圖系統(tǒng)的錯誤量．

1.1 配置文件

為了滿足快速出圖的目的,文中需提前設置系統(tǒng)配置文件．系統(tǒng)配置文件config.pro用于配置整體環(huán)境的選項,包括零件模塊、組件模塊和工程圖模塊等選項設置[7]．其他配置文件，如模型樹配置文件、窗口配置文件、打印配置文件等，都要在config.pro中指定才起作用．通過配置文件設置所需的選項值,如表1所示(僅列出有限項)．配置文件中的選項說明與設置方法在文獻[5-6]均有詳細說明,此處不再過多闡述．

表 1 config.pro列表Table 1 List of config.pro

1.2 定制模型模板

出圖系統(tǒng)定制模板主要包括實體模板與工程圖模板．實體模板是一個包含標準要素的實體模型,定制目的是預設標準實體模板,避免實體參數(shù)的重復輸入,是其與工程圖中標題和明細表信息相關(guān)聯(lián),以及與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、企業(yè)資源管理計劃等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[6]．在使用Pro/E制作零部件時,使用實體模板來建立模型,可以省略掉一些重復性的工作,一個完善的對象模板是規(guī)范化設計的基礎,不僅能提高工作效率,還能給后續(xù)的工程圖帶來極大地方便．Pro/E自帶的工程圖模板不符合國內(nèi)企業(yè)的標準,影響了工程圖出圖效率,以及對工程圖的批量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了巨大影響,因此制定出符合企業(yè)標準的工程圖模板尤為重要．該出圖系統(tǒng)的工程圖模板包括定制符合企業(yè)標準的工程圖標題欄、明細表以及繪圖格式．工程圖圖框放棄了傳統(tǒng)的定制模板的方法,采用自適應圖框的生成算法完成繪制．用戶使用實體模板與工程圖模板可使得模型前后參數(shù)、格式等保證高度統(tǒng)一．配置文件與模板加快了出圖系統(tǒng)的效率,它們之間的關(guān)系如圖1所示．

圖 1 配置文件與模板關(guān)系圖Fig.1 Configuration file against template

2 定制標題欄與明細表

2.1 標題欄

在工程制圖中,標題欄是為了方便讀圖及查詢相關(guān)信息,包括制圖審圖、零件材料等圖名信息．標題欄的樣式必須符合國家標準,常采取制定模板的方法,文獻[6-7,10]均有詳細的描述．標題欄中的參數(shù)與實體模板中的參數(shù)一致,通過系統(tǒng)的參數(shù)界面統(tǒng)一控制．

表格在圖框中所放置的位置是指其左上角點的坐標,由于圖框采取自適應的方法生成,標題欄可根據(jù)表格左上角點的坐標將其插入到新生成的圖框中．

圖 2 參數(shù)控制界面Fig.2 Parameter control interface

2.2 明細表

明細表由組成裝配體的零件清單以及材料清單組成．零件信息可通過模型樹獲取零件名稱以及數(shù)量,材料信息可通過參數(shù)表獲得．明細表的繪制可通過調(diào)用定制好的模板解決問題,表格中的參數(shù)與插入位置通過以下步驟實現(xiàn):

(1) 可通過Pro/Toolkit提供的API函數(shù)實現(xiàn)對組件中零件數(shù)的訪問,獲得零件的名稱以及零件數(shù)量．通過循環(huán)遍歷零件參數(shù)列表,獲得材料、質(zhì)量等信息,并將獲取的信息寫入明細表中參數(shù)信息對應位置．Pro/E提供了在明細表中建立重復區(qū)域的功能,使得明細會根據(jù)組件的不同自動更新．

(2) 獲取明細表表格的左上角坐標與整體視圖的右下角坐標,通過比較兩坐標的值,判斷視圖與明細表是否發(fā)生干涉,如若發(fā)生干涉,獲取干涉區(qū)域縱坐標差距,因為明細表每行寬度為7,由縱坐標差距可知視圖與明細表發(fā)生多少行干涉．將原明細表刪除重新繪制,當臨近干涉區(qū)域時將表格的繪制區(qū)域轉(zhuǎn)入明細表的左側(cè),繼續(xù)繪制余下的表格內(nèi)容．

3 工程圖圖框的二次開發(fā)

3.1 自適應圖框的算法流程

文獻[6-7,10]中,圖框的生成方法均為制定參數(shù)化圖框模板．采取該方法生成工程圖時,用戶需提前調(diào)用好一定大小的圖框模板,模型的視圖一定要限制在圖框中．當零件結(jié)構(gòu)復雜,工程圖信息需要多張視圖進行補充說明時,圖框內(nèi)的視圖布局將會變得擁擠．本文采取生成自適應圖框的方法解決該問題．

A4～A0圖紙的長寬比均為1.414,因此自適應圖框采取A4或A3圖紙的長寬等比例縮放的方法可達到長寬比為1.414．同時用戶進入工程圖環(huán)境前需選擇圖幅放置方向．用戶可選擇“制定模板”為“空”,方向為“可變”的選項進入工程圖,然后比較零件整體視圖輪廓的長寬比,若大于1,選擇A3圖紙長寬等比例縮放,且橫向放置圖框,若小于1,選擇A4圖紙的長寬等比例縮放,且縱向放置圖框．輸入無圖框的視圖，輸出有圖框的視圖，以下給出A3圖紙的長寬等比例縮放時,圖框的生成算法:

(1) 首先獲得零件所有的視圖,并且得到每個視圖的外形輪廓,通過外形輪廓獲得其左下角點的坐標Ai(xi,yi)和右上角點的坐標Bi(ai,bi);

(2) 通過點集{A1,A2，…，Ai，…，An}可獲得整個工程圖的輪廓的左下角的點A(x,y),通過點集{B1,B2，…，Bi，…，Bn}可獲得整個工程圖的輪廓的右下角的點B(a,b)，有

(1)

(2)

(3) 由上述數(shù)據(jù)得整體視圖的長l=a-b,寬h=b-y,假設視圖中心點O1(m,n,0),得

(3)

(4) 由國內(nèi)圖紙標準可知,A3圖紙長420 mm,寬297 mm,則A3圖紙長寬相對整體視圖的比例S1=297/l,S2=297/l,取其中較小值S=min(S1,S2);

(5) 有上述比例及視圖長寬確定圖幅的長L，寬H為

L=420/S+l+240/S,

(4)

H=L/1.414,

(5)

確定圖紙最終比例為

S=L/420；

(6)

(6) 圖幅的長寬確定以后可重新生成圖幅,圖幅中心O2(L/2,H/2,0).當前圖幅中心與視圖中心不重合,應將視圖整體移動至中心重合,確定移動矢量V=(xv,yv,0),令

xv=H/2-m.

(7)

標題欄在圖框的右下角,明細表在標題欄上方,而且技術(shù)要求也在圖紙的下方,考慮以上3種因素以及視圖布局的合理性,整體視圖的中心應在圖框的中心的偏上處,得

yv=H/2-n+20·S;

(8)

(7) 確定V的大小后,整體視圖移動到最終位置,由Pro/Toolkit提供的API函數(shù)將圖框沿著圖幅畫出,確定圖紙周邊的空白余量,畫出內(nèi)部圖框;

(8) 視圖布局改變時,需要將舊的圖框刪除,重新添加新的圖框．系統(tǒng)可獲得視圖中所有的線條包括圖框,由于零件視圖的線條顏色被視為紅色,而圖框的顏色不是紅色,因此可通過線條顏色篩選,刪除圖框線條,重復上述步驟添加新圖框,圖框加載流程如圖3所示．

圖 3 圖框生成流程圖 圖 4 繪制圖框的程序流程 Fig.3 The flow chart of frame generation Fig.4 The process of drawing frame program

3.2 圖框繪制方法

利用Pro/Toolkit程序繪制圖框的直線,其繪制過程可能比較復雜,但是當用戶重新生成圖框時,只需修改繪制過程中一些適當?shù)膮?shù)即可完成任務．圖框的繪圖項由不同的實體直線組成,其構(gòu)成元素相對簡單,減少了程序員的繪制難度．繪制圖框的具體流程如下:

(1) 通過上述自適應圖框的算法獲得的圖框的大小及位置,可計算得圖框中每一段線段的長度和起始坐標;

(2) 利用Pro/Toolkit開發(fā)工具提供的API函數(shù)繪制線實體,其中所需函數(shù)及調(diào)用過程如圖4所示;

(3) 若圖框中需要添加固定注釋,如版本號、環(huán)保要求、日期等,可使用API函數(shù)自動完成注釋的創(chuàng)建;

(4) 重新生成圖框時,先獲取草繪環(huán)境下所有的實體,循環(huán)判斷實體是否為紅色草繪實體,刪除所有非紅色紅色草繪實體，因為零件的視圖在草繪環(huán)境下默認為紅色草繪實體,故保證零件視圖不被刪除．

3.3 工程圖實例

選一個零件為例,創(chuàng)建符合國標的工程圖步驟如下;

(1) 通過配置文件,定制零件選項,并在參數(shù)設置對話框中設置零件工程圖的參數(shù)值;

(2) 使用空格式的模板,進入繪圖環(huán)境,完成零件三視圖及其他補充視圖;

(3) 通過程序生成自適應圖框,同時調(diào)用標題欄和明細表的模板,實現(xiàn)一鍵制圖的快速繪圖功能;

(4) 用戶可根據(jù)其他需求,添加技術(shù)要求、尺寸標注等工程圖注釋,完成的裝配圖如圖5所示．

圖 5 工程圖實例Fig.5 Example of drawing

圖 6 數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Data management structure

4 工程圖的數(shù)據(jù)管理

為了有效地管理產(chǎn)品圖紙,系統(tǒng)采取附加信息文件的形式進行管理．信息保存有圖紙的相關(guān)信息,包括圖紙模板,參數(shù)信息,標題欄和明細表信息等．圖紙文件和信息文件共同構(gòu)成了操作對象,具體的操作關(guān)系如圖6所示．

鑒于數(shù)據(jù)庫原理中關(guān)系模型的強大功能,數(shù)據(jù)庫負責管理材料信息表和產(chǎn)品工藝信息表,通過查詢這2張表可獲得零件的技術(shù)要求和相關(guān)信息．系統(tǒng)配置文件統(tǒng)籌管理Pro/E整體的環(huán)境配置,包括工程圖模塊,零件模塊和組件模塊,保證信息的統(tǒng)一性．用戶通過參數(shù)設置界面統(tǒng)一賦值相關(guān)參數(shù)值,包括標題欄和明細表中相關(guān)參數(shù)值,為工程圖模塊下一鍵生成圖表奠定基礎．為提高圖紙標注效率,文中給出通過自定義符號庫的方法來解決Pro/E圖紙標注短板．根據(jù)不同的標注類型選擇相應的接口,通過調(diào)用符號庫中的元素來實現(xiàn)快速圖紙標注．數(shù)據(jù)庫、配置文件、參數(shù)列表、符號庫構(gòu)成了Pro/E數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)有效地收集、存儲、處理和應用．

5 結(jié) 論

(1) 通過配置文件與用戶自定義參數(shù)界面,實現(xiàn)高效的管理環(huán)境參數(shù)與模型參數(shù),以及自動寫入標題欄與明細表中的信息；當視圖布局改變時,本文給出了自適應圖框的方式來面對這種復雜多變的情況,使得視圖布局合理；

(2) 結(jié)合數(shù)據(jù)庫強大的數(shù)據(jù)管理功能,拓展了出圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模式,實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)有效的收集、存儲、處理和應用．該出圖系統(tǒng)是對Pro/E的繪圖模塊進行二次開發(fā)而生成的輔助軟件,為用戶提供了模型設計與快速出圖一體化的功能,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,操作界面友好,生成的圖紙符合國家標準．

參考文獻(References)：

[1] 葉修梓,彭維,唐榮錫.國際CAD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史回顧與幾點經(jīng)驗教訓[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2003,15(10):1185-1193.

YE X Z,PENG W,TANG R Xi.The history of international CAD industry：A review with analysis[J].Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics,2003,15(10):1185-1193.

[2] 彭維,葉修梓,陳志楊.國際CAD產(chǎn)業(yè)格局與新興的CAD技術(shù)公司[J].計算機輔助設計與圖形學學報,2003,15(10):1200-1206.

PENG W,YE X Z,CHEN Z Y.Current spectrum of global CAD industry and emerging CAD technology companies[J].Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics,2003,15(10):1200-1206.

[3] 劉文生,胡志剛.基于Pro/E的CAD/CAPP集成系統(tǒng)工序圖生成方法[J].武漢工業(yè)學院學報,2005,24(4):46-49.

LIU W S,HU Z G.Study on working procedure drawing of CAD/CAPP integration based on Pro/E[J].Journal of Wuhan Polytechnic University,2005,24(4):46-49.

[4] 彭志,徐世新,彭巧玲.基于Pro/E二次開發(fā)的CAPP工序圖生成系統(tǒng)[J].制造技術(shù)與機床,2005(3):21-24.

PENG Z,XU S X,PENG Q L.CAPP process drawing generation system based on the application development of Pro/E[J].Manufacturing Technology & Machine Tools,2005(3):21-24.

[5] 張海軍,吳晶華.Pro/Toolkit工程制圖功能開發(fā)方法[J].制造技術(shù)與機床,2008(11):79-81.

ZHANG H J,WU J H.The developing method of drawing with Pro/Toolkit [J].Manufacturing Technology & Machine Tools,2008(11):79-81.

[6] 彭寧濤,閆獻國,張華,等.Pro/E模板定制與參數(shù)批量導入方法研究[J].機械設計與制造,2013(8):246-248;251.

PENG N T,YAN X G,ZHANG H,et al.Research on template customization and parameters batch import method of the Pro/E[J].Machinery Design & Manufacture,2013(8):246-248;251.

[7] 郝利軍,顧海明.基于Pro/E二次開發(fā)的工程圖快速生成[J].煤礦機械,2011,32(2):238-240.

HAO L J,GU H M.Fast generation of drawing based on Pro/E secondary development[J].Coal Mine Machinery,2011,32(2):238-240.

[8] ZHANG M S,HUA Z P,SHEN C,et al.The parametric modeling of hydraulic turbine based on Pro/E secondary development[J].Applied Mechanics and Materials,2014(577):258-262.

[9] SOLANO L,BRUNET P.Constructive constraint-based model for parametric CAD,systems[J].Computer-Aided Design,1994,26(8):614-621.

[10] 王美聰,陳剛,傅學農(nóng),等.Pro/E工程圖的參數(shù)化標準圖框模板開發(fā)[J].機械設計與制造,2007(9):171-173.

WANG M C,CHEN G,FU X N,et al.The development of parametric standard template for drawing layout in Pro/E[J].Mechanical Design and Manufacture,2007(9):171-173.

[11] 王思遠,賀成柱.基于Pro/Toolkit的Pro/E工程圖標注系統(tǒng)的二次開發(fā)研究[J].甘肅科技,2016,32(12):18-22.

WANG S Y,HE C Z.Study on two development of Pro/E engineering Pro/Toolkit[J].Gansu Science and Technology,2016,32(12):18-22.

[12] 徐曉濱,沈精虎,林柏.基于Pro/Toolkit的表面結(jié)構(gòu)標注系統(tǒng)二次開發(fā)[J].機械,2015,42(2):7-10.

XU X B,SHEN J H,LIN B.Redevelopment of marking surface texture system based on Pro/Toolkit [J].Machine,2015,42(2):7-10.

[13] 陳志敏,梁耀桓,文勁松.Pro/E環(huán)境下尺寸公差與配合自動標注軟件開發(fā)[J].現(xiàn)代制造工程,2012(6):63-67.

CHEN Z M,LIANG Y H,WEN J S.The development of automatic signing note software of dimensional tolerance and dimensional fits in Pro/E[J].Modern Manufacturing Engineering,2012(6):63-67.