王福勝， 沈建新

(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇 南京 210016)

二維裝配圖零部件序號標(biāo)注智能布局方法

王福勝， 沈建新

(南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇 南京 210016)

主流CAD軟件在由三維模型生成二維工程圖時(shí)，因沒有充分考慮布局等因素，自帶的零部件序號自動標(biāo)注功能無法實(shí)現(xiàn)智能有序布局，導(dǎo)致標(biāo)注結(jié)果不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。針對該情況，在研究工程圖零部件序號標(biāo)注特點(diǎn)基礎(chǔ)上，建立待標(biāo)注零部件序號子集的數(shù)學(xué)模型，并利用算法實(shí)現(xiàn)子集的規(guī)劃、均勻排列等功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零部件序號標(biāo)注的智能布局。經(jīng)過在CATIA平臺上的驗(yàn)證，該方法具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性與穩(wěn)定性，零部件序號的智能標(biāo)注功能良好。

零部件序號標(biāo)注；子集規(guī)劃；均勻排列；智能布局

二維裝配工程圖中零部件序號標(biāo)注是表達(dá)圖紙完整性的重要內(nèi)容之一，它是連接相關(guān)零件圖形與明細(xì)表信息的橋梁。在CAD系統(tǒng)中當(dāng)裝配圖形簡單、零件數(shù)目少的時(shí)候，采用手工交互式在軟件界面上繪制指引線并編號，相對容易簡單，但是當(dāng)圖形復(fù)雜、零部件眾多、排列緊密時(shí)，手工交互式操作難免出現(xiàn)遺漏、排列不整齊等問題[1]。為了提高圖紙的生成質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)裝配圖生成的智能化，研究零部件序號智能生成方法在裝配工程圖繪制中顯得十分重要。

本文采用簡化包絡(luò)矩形進(jìn)行復(fù)雜投影圖形區(qū)域的判定，通過建立待標(biāo)注零部件序號子集的數(shù)學(xué)模型，并利用算法實(shí)現(xiàn)子集的劃分、均勻排列等功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零部件序號標(biāo)注的智能布局。在CATIA平臺上對零部件序號標(biāo)注效果進(jìn)行充分地測試分析。提出了一種針對二維裝配工程圖零部件序號智能標(biāo)注方法。

1 判定圖形區(qū)域的簡化包絡(luò)矩形

三維裝配模型在二維工程圖中的投影形狀復(fù)雜不規(guī)則，而零部件序號標(biāo)注通常分布于圖形外部，并且合理分布在投影圖形的四周。因此只需將復(fù)雜的投影圖形近似看作一個(gè)矩形區(qū)域即可，本文中的區(qū)域判定是以需進(jìn)行序號標(biāo)注的投影圖形為目標(biāo)，采用掃描線的方式實(shí)現(xiàn)圖形的簡化包絡(luò)矩形[2]。

包絡(luò)矩形通常是指能夠包含視圖中某個(gè)圖形塊且具有最小面積的矩形[3]。一個(gè)投影視圖中往往只包含一個(gè)形狀復(fù)雜的裝配體圖形塊。根據(jù)投影幾何圖形的特點(diǎn)，可以構(gòu)造水平和垂直掃描線，從上到下和從左至右進(jìn)行掃描來構(gòu)造圖形塊的簡化包絡(luò)矩形。方法如下：

(1) 構(gòu)造水平掃描線。對圖形從上到下進(jìn)行掃描，至遇到第一次與掃描線相交的圖形線條為止，記錄該圖形線條與掃描線交點(diǎn)的Y坐標(biāo)值Y1，即為該圖形塊區(qū)域的最大Y坐標(biāo)值。接著繼續(xù)往下掃描，并同時(shí)判斷掃描線是否與圖形線條相交。若掃描過程中掃描線與線條一直相交，則繼續(xù)掃描，直到某條掃描線與圖形線條無交點(diǎn)為止，記錄此時(shí)掃描線的Y坐標(biāo)值Y2，即為該圖形塊區(qū)域的最小Y坐標(biāo)值。至此完成在Y方向上對投影幾何圖形塊區(qū)域的初步判定。

(2) 構(gòu)造垂直掃描線。對圖形從左至右進(jìn)行掃描，獲得一系列垂直掃描線，通過這些垂直掃描線將圖形區(qū)域在水平方向完成判定；得到該圖形塊區(qū)域的最小X1值和最大X2值。

(3) 簡化包絡(luò)矩形。通過在水平方向和垂直方向的劃分，獲得投影圖形的簡化包絡(luò)矩形。如圖1所示。同時(shí)，通過計(jì)算可以得到簡化包絡(luò)矩形中心點(diǎn)的坐標(biāo)值，設(shè)為(Cx，Cy)。其中：

圖1 簡化包絡(luò)矩形

2 零部件序號標(biāo)注智能布局的實(shí)現(xiàn)

2.1 序號標(biāo)注布局模型

零部件序號標(biāo)注不能布置于投影幾何圖形內(nèi)部，按逆時(shí)針或順時(shí)針方向在整個(gè)圖形外圍順次整齊排列，不得跳號。為使序號布置整齊美觀，零部件序號標(biāo)注應(yīng)該根據(jù)指引線引出點(diǎn)與圖形區(qū)域的關(guān)系分布于圖形矩形框的上、下、左、右四個(gè)方位。如圖2所示。

圖2 序號標(biāo)注布局模型

對于上、下、左、右四個(gè)方位的視圖零部件序號標(biāo)注，如果各個(gè)方位的零部件序號集都能夠合理排列。則此投影圖形的零部件序號標(biāo)注就將實(shí)現(xiàn)合理布局。

2.2 零部件序號標(biāo)注流程

零部件序號自動標(biāo)注流程如圖3所示，關(guān)鍵步驟為子集劃分與標(biāo)注布局。

圖3 零部件序號自動標(biāo)注算法流程

(1) 子集劃分用以分析標(biāo)注指引線坐標(biāo)與關(guān)聯(lián)零件對象等數(shù)據(jù)及其關(guān)系，為零部件序號標(biāo)注優(yōu)化及布局做準(zhǔn)備。

(2) 標(biāo)注布局通過文本定位與排布，使工程圖中所有零部件序號排列整齊、分布合理，達(dá)到序號信息清晰可讀，圖面美觀。

2.3 零部件序號標(biāo)注子集劃分

對于工程圖中的某個(gè)視圖，可以通過遍歷的方法得到其上的所有零部件序號的指引線標(biāo)注點(diǎn)[4]。記B = {b1, b2, b3,… ,bn}為此視圖上所有零部件序號指引線標(biāo)注點(diǎn)的集合，其中bi表示某一序號的指引線標(biāo)注點(diǎn)。由于本文討論零部件序號標(biāo)注位置，所以此集合又可標(biāo)記為B={Bx，By}，其中Bx表示指引線標(biāo)注點(diǎn) X坐標(biāo)集，By表示指引線標(biāo)注點(diǎn) Y坐標(biāo)集。

對于Bx與By中的任意尺寸標(biāo)注Bxi與Byi，可以通過查詢得到其引出點(diǎn)的坐標(biāo)值。如果Bi的引出點(diǎn)的坐標(biāo)Y值Byi大于Cy，即Byi>Cy，則Bi標(biāo)注在視圖的上方比較合理，反之，則應(yīng)標(biāo)注在視圖的下方，如果相等，則上方或下方均可；同理，如果Bii的兩個(gè)引出點(diǎn)的坐標(biāo)X值Bxi大于Cx，即Bxi>Cx，則 Dii標(biāo)注在視圖的右側(cè)比較合理，反之，則應(yīng)該標(biāo)注在視圖的左側(cè),如果相等，則左右兩側(cè)均可。通過此方式，即可將視圖中的零部件序號標(biāo)注劃分為四個(gè)子集，即A1，A2，A3，A4。如圖4所示。

圖4 標(biāo)注子集劃分

序號標(biāo)注子集劃分完成之后，序號標(biāo)注的自動布局問題就轉(zhuǎn)化成了零部件序號文本排列的自動布局問題。

2.4 零部件序號標(biāo)注智能布局

零部件序號標(biāo)注需要分布在投影幾何圖形的四周且不能與圖形有干涉，因而所有序號標(biāo)注應(yīng)分布在包絡(luò)矩形之外[5]。為實(shí)現(xiàn)序號標(biāo)注的分布均勻、布局美觀，需要將位于四個(gè)子集區(qū)域的元素進(jìn)行劃分：一部分標(biāo)注位于上下部，一部分位于左右區(qū)域。關(guān)鍵步驟如下：

步驟 1. 序號文本標(biāo)注位置。在包絡(luò)矩形外構(gòu)造矩形線框，使序號文本位于此線框之上。如圖5所示。

圖5 序號文本位置線框

步驟2. 基于X方向劃分。將某一子集區(qū)域的元素按照X方向距離包絡(luò)矩形中心距離遠(yuǎn)近劃分為兩部分，和其中nB為距離近的元素集合，fB為距離較遠(yuǎn)的元素集合，m為元素個(gè)數(shù)。

步驟 3. 序號文本均勻分布。記錄各文本線框上序號個(gè)數(shù)，將其均勻排列，將nB中的元素按照X坐標(biāo)從小到大排列，fB中的元素按照 Y坐標(biāo)從小到大排列。

步驟 4. 指引線相交判斷。由于指引線標(biāo)注點(diǎn)的隨機(jī)性，這些指引線可能存在相交情況。為保證指引線不相交，需要進(jìn)行相交判斷。概括地說：其算法就是把第i條指引線與第1條、第2條與直到第i–1條線段進(jìn)行判斷，判斷兩者是否有交點(diǎn)，如有交點(diǎn)，則終點(diǎn)互換；再從頭開始，把第i條線與第1、第2、…、第i–1條線段進(jìn)行判斷，看是否有交點(diǎn)。如此反復(fù)直至與其i–1條線段無交點(diǎn)；再看i–1條線段，同樣進(jìn)行上述比較，直至與前i條線段均無交點(diǎn)；以此類推至第N條線段與其余N–1條線段均無交點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)指引線不相交。

步驟 5. 填寫零件序號。裝配圖中所有的零、部件應(yīng)編號；同一裝配圖中相同的零、部件用一個(gè)序號，一般只標(biāo)注一次；裝配圖中序號應(yīng)按順時(shí)針或逆時(shí)針方向順次整齊排列[6]。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文所述的零部件序號標(biāo)注智能布局方法已經(jīng)通過CAA二次開發(fā)在CATIA平臺上得以實(shí)現(xiàn)[7]，并取得了令人滿意的結(jié)果。

圖6為CATIA工程圖模塊自動標(biāo)注的零部件序號實(shí)例，可以看出零部件序號分布比較雜亂，存在交叉重疊等問題，不符合工程制圖規(guī)范。

圖 7為利用該方法完成的零部件序號標(biāo)注實(shí)例。使用均勻排列和智能布局功能，根據(jù)序號在視圖上的位置和順序，序號被自動修正，很好地滿足制圖規(guī)范和企業(yè)需求。

圖6 軟件自帶零部件序號標(biāo)注

圖7 應(yīng)用方法標(biāo)注實(shí)例

4 結(jié) 束 語

本文根據(jù)二維裝配工程圖中零部件序號標(biāo)注的特點(diǎn)，對其進(jìn)行了零部件序號標(biāo)注的區(qū)域劃分和分布排序。以此為基礎(chǔ)完成了零部件序號標(biāo)注的自動布局方法，實(shí)現(xiàn)了零部件序號標(biāo)注的智能布局。該方法已在CATIA上得以實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了預(yù)期效果。有效地減輕了設(shè)計(jì)人員的工作量，提高了工程圖的繪圖效率。

由于零部件形狀的多樣性及視圖形狀的不確定性，本文僅考慮了零部件序號標(biāo)注的智能布局問題，而對于指引線標(biāo)注沒有提出較好的自動布局算法。相信隨著三維CAD 技術(shù)的發(fā)展，不論是零部件序號的自動標(biāo)注，還是指引線標(biāo)注的自動布局，都將會越來越智能化。

[1]徐金娟, 沈精虎. 基于AutoCAD的裝配圖明細(xì)表自動生成系統(tǒng)開發(fā)[J]. 青島大學(xué)學(xué)報(bào): 工程技術(shù)版, 2009, 24(2): 24-28.

[2]李愛平, 張 豐, 劉雪梅. 基于包絡(luò)矩形的優(yōu)化排樣算法及實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2007, 43(1): 198-200.

[3]李書紅, 李西琴, 趙姍姍. 基于 ObjectARX 的AutoCAD圖形區(qū)域劃分算法研究[J]. 工程圖學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 27(4): 167-171.

[4]孫 莉, 尹立厚, 周惠友. 指引線和零件序號自動生成技術(shù)的研究[J]. 武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 23(5): 550-552.

[5]王 濤, 莫 蓉, 萬 能. 工程圖尺寸標(biāo)注自動布局算法及實(shí)現(xiàn)[J]. 航空計(jì)算技術(shù), 2010, 40(2): 73-76.

[6]GB/T4458. 2-2003. 機(jī)械制圖裝配圖中零、部件序號及其編排方法[S].

[7]周桂生, 陸文龍. CATIA二次開發(fā)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2010, (1): 81-83.

An Intelligent Layout Method of Labeling Parts Number in 2D Assemble Drawing

Wang Fusheng, Shen Jianxin
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics &Astronautics, Nanjing Jiangsu 210016, China)

The main CAD software in generating 2D engineering drawing from 3D model did not fully consider the layout and other factors, and the function of automatic annotation the numbers of parts could not be intelligent and well-organizd. As a results, the annotation of parts did not meet the standards. In view of this situation, the mathematic model of parts number subset is established, and the subset partition, homogeneous alignment and other functions are achieved by using of an algorithm based on the characteristic of engineering drawing of labeling parts number. The parts number intelligent layout is realized. Based on the experiments in the platform of CATIA, the method has stronger adaptability and stability, and the intelligent annotation of parts number run well.

parts number labeling; subset partition; homogeneous alignment; intelligent layout

TP 391.72

A

2095-302X(2015)01-0139-04

2014-06-05；定稿日期：2014-07-25

王福勝(1988–)，男，山東泰安人，碩士研究生。主要研究方向?yàn)閿?shù)字化設(shè)計(jì)與制造。E-mail：loveaircraft@163.com