張慧娟，胡先兵，張 金,2

(1.武漢開目信息技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430070)(2.華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機輔助設(shè)計(computer aided design,CAD)軟件已由原來的二維CAD設(shè)計軟件逐漸過渡到了三維CAD設(shè)計軟件。三維CAD設(shè)計軟件通過計算機輔助程序，立體地展示產(chǎn)品的三維信息,可以為設(shè)計人員打開設(shè)計思路和縮短設(shè)計過程提供有效幫助[1]。越來越多的應(yīng)用事例表明，將三維CAD的二維工程圖作為計算機輔助工藝設(shè)計(computer aided process planning, CAPP)卡片的零件簡圖，實現(xiàn)工程圖與CAPP卡片的數(shù)據(jù)互動，已成為迫切需求?？v觀國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)，將二維CAD工程圖嵌入到其他應(yīng)用程序的文檔中，一般有以下兩種方式：1)通過OLE(object linking and embedding)技術(shù)，將CAD工程圖作為一個OLE對象嵌入到其他應(yīng)用程序文檔中，這種方式可以實現(xiàn)其他應(yīng)用程序文檔和CAD工程圖的集成互動，但是存在掉線、線條掉色、尺寸標(biāo)注丟失以及工程圖顯示、打印殘缺不全等問題，集成效果很不理想。另外眾多的三維軟件(如UG、CATIA、SolidWorks等)因不同的版本需通過不同的OLE方式逐個集成，其集成工作量巨大，且版本侵入性強，嚴重影響CAPP軟件本身的獨立性和穩(wěn)定性。2)將CAD工程圖通過拷屏的方式形成圖片格式的文件，插入到其他應(yīng)用程序文檔中進行顯示，但這樣固定分辨率的圖片，會隨顯示比例和紙張幅面的放大或縮小而產(chǎn)生嚴重的失真，且無法實現(xiàn)CAD圖紙和應(yīng)用程序文檔的集成互動。

PDF(portable document format)作為一種統(tǒng)一的、開放的、可移植的矢量圖形文件，近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用，它所具有的高度兼容性使用戶可以輕松地將任何文檔原版原式地轉(zhuǎn)換成PDF 文檔[2]。工程圖以PDF格式輸出已經(jīng)是眾多三維CAD軟件廠商標(biāo)配的功能。因此，本文綜合采用PDF的幅面自適應(yīng)技術(shù)和圖片的數(shù)據(jù)可移植技術(shù)，探索一種通用的、適用面廣的、穩(wěn)定的方案,既能保持集成架構(gòu)的開放性，又能保證與不同軟件集成時的獨立性以及與不同版本軟件集成時的兼容性。采用此方案，較好地解決了現(xiàn)有三維軟件的二維工程圖在CAPP中顯示失真、打印掉線、版本跟進麻煩、頻繁維護造成的不穩(wěn)定等問題。

1 二維工程圖在CAPP中顯示、編輯一體化解決方案

本文將提供一種二維工程圖在CAPP中顯示、編輯的一體化解決方案。一方面采用PDF技術(shù)和圖形技術(shù)，讓工程圖清晰完整地顯示在CAPP的簡圖區(qū)；另一方面運用結(jié)構(gòu)化管理方法，管理PDF工程圖、關(guān)聯(lián)的模型等，提供工藝設(shè)計人員在線編輯、更改三維軟件的二維工程圖以及帶簡圖的工序卡打印等功能。

工藝設(shè)計人員首次將一張工程圖文件導(dǎo)入到CAPP的簡圖區(qū)后，就不需要再去管理簡圖區(qū)和工程圖的對應(yīng)關(guān)系，也不需要關(guān)心工程圖及其對應(yīng)的三維模型圖等文件的存儲問題。因為CAPP中具備相應(yīng)的管理功能，記錄了導(dǎo)入的工程圖文件及其對應(yīng)的三維模型文件，以及工程圖文件和CAPP的簡圖區(qū)的對應(yīng)關(guān)系、工程圖文件和轉(zhuǎn)換后的PDF文件以及圖形文件的對應(yīng)關(guān)系等。此一體化解決方案工作原理圖如圖1所示。

圖1 一體化解決方案工作原理圖

本文采用三維CAD軟件提供的PDF文件生成接口，制作統(tǒng)一的工程圖轉(zhuǎn)PDF文件工具。首先，將各類三維CAD的二維工程圖文件轉(zhuǎn)換成PDF文件；然后，根據(jù)簡圖區(qū)尺寸、圖幅及打印分辨率等，將PDF文件轉(zhuǎn)換成滿足打印要求的圖片，嵌入CAPP卡片簡圖區(qū)。

為了能夠編輯三維軟件工程圖，CAPP在管理導(dǎo)入的工程圖的同時，還要管理工程圖對應(yīng)的三維模型圖,以保證CAPP再次編輯工程圖或脫離CAD環(huán)境顯示工程圖時，能正常打開和編輯工程圖文件副本。本文通過建立工程圖管理體系，構(gòu)建CAPP、CAPP簡圖區(qū)、CAPP中導(dǎo)入的二維工程圖、工程圖對應(yīng)的模型圖、工程圖轉(zhuǎn)換的PDF文件以及PDF文件轉(zhuǎn)換的圖片之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以達到工藝人員在CAPP中更新工程圖時流程流暢且透明的效果。

1.1 PDF技術(shù)運用于工程圖在CAPP中顯示的工作原理

市場上有多種三維工藝軟件，各軟件提供的轉(zhuǎn)PDF文件的接口不盡相同，甚至同一種三維工藝軟件不同版本之間也會存在少許差異。因此，為了能集中地將這些三維工藝軟件的二維工程圖轉(zhuǎn)換成PDF文件，同時也為了能拓展對新的三維工藝軟件的支持，本文制作了工程圖轉(zhuǎn)PDF文件工具，供CAPP軟件使用。此工具對內(nèi)采用三維CAD軟件自身提供的PDF轉(zhuǎn)換接口，因此可以保證CAD工程圖幾乎無損地轉(zhuǎn)換為PDF格式的文件；對外提供了統(tǒng)一的接口，方便CAPP軟件可以將不同的三維軟件的二維工程圖轉(zhuǎn)換成PDF格式的文件。

一般人們是通過Adobe Reader[3]、福昕閱讀器等閱讀工具來瀏覽PDF文檔。要在其他應(yīng)用程序中清晰地嵌入PDF文檔，需要采用Adobe Reader、福昕閱讀器等提供的顯示技術(shù)，但這些技術(shù)通常是需要收費的。為了能利用成熟、通用的免費顯示技術(shù)，CAPP會在工程圖轉(zhuǎn)換成PDF格式的文件[3]后，將PDF格式的文件再轉(zhuǎn)換成圖片格式的文件。根據(jù)當(dāng)前CAPP工藝卡片簡圖區(qū)幅面的大小，通過等比例縮放控制圖像的顯示分辨率。打印CAPP工藝卡片時，工程圖將轉(zhuǎn)換成適配打印分辨率所需的CAPP簡圖區(qū)圖片文件，確保打印圖片的清晰度。二維工程圖在CAPP中顯示的工作原理如圖2所示。

圖2 二維工程圖在CAPP中顯示的工作原理圖

為了確保顯示效果及顯示的穩(wěn)定性，分別在UG8.0、UG8.5、UG12、CATIA18、CATIA21等版本上進行了大量的測試驗證。為了檢驗工程圖是否能無損地轉(zhuǎn)換成圖片格式的文件，針對大量的繪制有復(fù)雜零件圖形的工程圖進行了測試；為了檢驗是否存在尺寸標(biāo)注丟失的問題，針對帶有各類尺寸標(biāo)注的工程圖樣例進行了測試驗證；為了檢測是否存在特殊字體在轉(zhuǎn)換過程中不識別的問題，除了對常用字體進行測試外，還抽取了UG和CATIA的部分自帶字體進行了測試驗證。截至發(fā)稿時，實驗驗證和用戶應(yīng)用效果反饋表明，本文方案均能無損地將各種版本的工程圖轉(zhuǎn)換成圖片格式的文件進行顯示。

1.2 二維工程圖在CAPP中的編輯流程

工藝設(shè)計人員將工程圖導(dǎo)入到CAPP工藝卡片中后，除了瀏覽和打印外，還需要再次編輯。為了帶給工藝人員流暢的編輯體驗，同時也可大規(guī)模地提高工作效率和設(shè)計/工藝水平, 縮短周期、降低成本[4],避免出現(xiàn)由于圖紙管理不當(dāng)，造成CAPP中導(dǎo)入的工程圖原始文件丟失、損壞等問題，給CAPP工藝卡片的編輯、管理帶來不必要的麻煩，CAPP為導(dǎo)入的工程圖建立了一個專門的、統(tǒng)一的管理體系。圖3所示為CAPP中二維工程圖管理體系結(jié)構(gòu)圖。

圖3 CAPP中對二維工程圖的管理體系結(jié)構(gòu)圖

在這個管理體系中，詳細記錄了一張工程圖導(dǎo)入到CAPP中后所有相關(guān)的信息，包括工程圖所對應(yīng)的工序、對應(yīng)的三維信息以及轉(zhuǎn)換關(guān)系。

工程圖所對應(yīng)的工序：由于一道工序中可以存在多個工藝簡圖區(qū)，也就是說一道工序中可以導(dǎo)入多張工程圖，因此需要記錄工程圖被導(dǎo)入到了哪道工序的哪個簡圖區(qū)。

對應(yīng)的三維信息：為了保證再次編輯工程圖文件時，能成功地在三維工藝軟件中恢復(fù)工程圖完整的上下文編輯環(huán)境，CAPP會以外掛的方式記錄工程圖對應(yīng)的模型圖文件。

轉(zhuǎn)換關(guān)系：轉(zhuǎn)換關(guān)系指的是二維工程圖在顯示過程中，轉(zhuǎn)換成的PDF格式的文件和圖片文件的信息，以及工程圖的顯示區(qū)域。

工藝設(shè)計人員在CAPP中更改其工藝簡圖區(qū)中的工程圖時，CAPP軟件會根據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系自動識別對應(yīng)的工程圖類型(如UG、CATIA或其他類型的工程圖等)，識別成功后激活對應(yīng)的三維工藝軟件，開始原始的工程圖文件的編輯。工藝人員在三維工藝軟件中完成工程圖編輯后，只需要切換到CAPP，觸發(fā)CAPP中的結(jié)束編輯，此時CAPP會自動獲取當(dāng)前被修改的圖所對應(yīng)的最后一次保存的工程圖文件，同時更新CAPP中對應(yīng)的工程圖文件和模型圖文件。最后通過一系列轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的最新圖片文件刷新到CAPP的前端顯示，同時CAPP中所對應(yīng)的PDF文件和圖片文件信息也會被更新。在整個過程中，工藝人員不用關(guān)心當(dāng)前工程圖的類型，也不用關(guān)心原工程圖文件的存儲位置，因為CAPP將對這些信息進行自動管理。二維工程圖在CAPP中的更改流程如圖4所示。

圖4 二維工程圖在CAPP中的更改流程圖

2 應(yīng)用

基于上述解決方案，在武漢開目信息技術(shù)股份有限公司的CAPP中，開發(fā)了針對UG和CATIA的二維工程圖集成功能菜單，較好地解決了實際工作中工藝設(shè)計人員在開目CAPP工藝卡片中不能顯示和編輯二維工程圖的問題。二維工程圖嵌入到三維CAD中的CAPP工藝卡片，編輯和顯示效果如圖5所示。

圖5 開目CAPP中顯示的UG工程圖

本文的技術(shù)方案，除了可支持在本地的工藝卡片中進行瀏覽和編輯，也可支持在B/S模式下的IE上瀏覽和編輯。在開目eColPLM平臺上產(chǎn)品的顯示效果如圖6所示。

3 結(jié)束語

本文提出的三維工程圖在CAPP中顯示、編輯一體化解決方案，充分利用PDF文檔高清實時顯示的優(yōu)勢[5]，通過對工程圖文件的轉(zhuǎn)換，較好地解決了工程圖在CAPP中的顯示和編輯問題，為工藝人員提供較好的計算機輔助工藝設(shè)計體驗。目前該方案已成功應(yīng)用于武漢開目信息技術(shù)股份有限公司的系列軟件中，并在多個開目用戶中得到了應(yīng)用，用戶的體驗效果良好，該方案獲得了用戶的一致認可。

圖6 帶有工程圖的工藝卡在IE中的顯示效果圖