浅谈三维环境下的工程图的优化技术

萧婉莹 周文柱

摘要：从现代设计和制造技术发展趋势来看，工程制图的三维建模最终将取代二维设计，工程图纸是企业生产的重要依据，对三维环境下的工程图纸进行优化以符合企业的要求很有必要。论文利用模型与图纸的关联性，给出了以模型模板和工程图模板为基础的自适应优化原理。因此设计一套方案用计算机来实现自适应优化是非常必要的。

关键词：三维；工程图；优化技术

当前，在我国的一些制造企业内三维设计软件普遍应用于产品的设计开发，但是由于制造达不到全数字化的要求，不能用三维实体直接指导生产，提出了模板定制的原则，并给出了模板普通定制与特殊定制的方法，为后续优化奠定基础。详细论述了实现自适应优化的几个关键技术，包括视图定位，比例匹配，尺寸定位与明细栏优化，获得了大型复杂装配体工程图良好的优化效果。对此，二维工程图至今还是很重要的生产依据。

一、工程图自适应优化的基本原理

根据产品预先定制好一整套标准的三维模型模板和工程图模板，通过改变模型的参数和配置，驱动后得到一系列新的模型，由于模型与图纸相互关联，从而得到新产品的图纸，在该套图纸的基础上，通过对三维系统进行二次开发，编制其自适应优化算法程序，最终得到符合企业生产的工程图。工程图模板的定制内容主要包括三方面：第一，图纸的幅面，图框的大小；第二，字体、尺寸、公差、焊接符号等的标注样式；第三，确定视图的类型并合理地布局。当模型驱动前后的变形较大时，在模板图纸基础上新生成的视图并不能正好充满整个图面，有些超出图纸范围或者多个视图产生重叠，有些在图纸上只占很少的图幅，因此对工程图要进行优化，使之自动适应图纸的幅面，并符合行业的标准。对工程图的自适应优化主要针对所有视图与图幅的匹配，包括视图定位，视图大小的确定，整图比例与局部视图比例的自动选取。除此以外还有尺寸定位，标注样式的优化，明细栏与标题栏的更新。

二、工程图关键技术

2.1 工程图模板的定制

模板定制原则：工程图模板是将国标及设计规范固化到图纸上，并对一些视图加以特殊处理，使之能在模型变形后使工程图适应这种变形，并能被程序参数化驱动，它是生成新工程图的基础。因此，模板工程图预处理的好坏直接决定了能否最终生成合格的工程图。制定工程图模板必须遵循以下原则：最大化原则 由于图纸是设计意图的最终表现形式，其承载了大量的制造、装配等信息，在制定模板时，充分考虑装配体结构最复杂，变形最大的情况，将所有的相关信息都包含在模板中；简化原则：由三维模型直接转化而来的工程图线条冗余，线型繁杂，在定制模板的时候，应对其进行简化，要最大限度接近原始图，将多余的边线隐藏起来。隐藏时按先隐藏零部件，后隐藏边线的原则进行；定位原则 直接由三维模型转化而来的工程图表达凌乱，其主要原因是视图位置漂移、比例不匹配、尺寸及标注混乱，序号不整齐等。因此，在定制模板时就要固定所有视图及尺寸的位置，为后续布局优化提供基础。

2.2模板的特殊定制

工程图模板如果只完成上述的普通定制，最终的图纸质量无法达到企业的标准，因为这只对图纸的一些基本的属性进行了设置，解决不了视图错位，尺寸混乱，比例不调的问题，必须对工程图作一些特殊的设置，才能通过二次开发来实现图纸的自适应优化。整个图纸布局的自适应优化主要通过确定视图的位置与大小来实现的。定制模板时，在每一个视图的外轮廓图层上绘制一个包含最大外形尺寸的矩形图框，称之为包络框，该包络框的大小就是视图所占图纸区域的大小。除此以外还必须给定视图的定位点，才能使漂移的视图回到合适的位置，一般来说这个定位点为视口的几何中心，局部视图的定位点是该局部视图的完整视图包络框的几何中心，断裂视图的定位点为未断裂前的视图包络框的几何中心。因此，定位点位于包络框十字交叉线的交叉点，对其添加约束使其完全定义。

三、自适应优化的实现

所谓自适应优化，就是驱动完成的模型可能放大或缩小，其各视图的大小也随之改变，在视图定位的基础上，使工程图表达内容正好充满整个图纸，即图幅与图纸内容自动匹配的过程。自适应优化有两种方式：一是视图保持工程图模板大小，改变图幅的大小来适应工程图；二是保持图幅大小不变，改变视图的大小来适应图幅。目前大多采用第 2 种方式，其具体做法是采用视图遍历的方法，对所有已驱动更新的视图与图幅进行比较，如视图与图纸大小不匹配则进行优化，并且可对部分特殊零部件（如过长、过高等）采用断裂视图的方法。

3.1视图定位

在三维系统中，一般以工程图左下角作为图纸坐标系的原点，即为工程图的绝对坐标系，图纸上所有的图素都是通过这个坐标系进行定位的。视图上的图素遵循的是三维模型的坐标系，当模型投影到工程图上后，在图纸坐标系中，每个视图都有一个定位点，改变该定位点的坐标就能调整视图的位置。视图定位的思想是：获取模板上对应视图的定位点坐标，并用程序记录该值；获取驱动后对应视图的定位点坐标，并用程序记录。将驱动后视图的定位点坐标返回到对应模板视图定位点的坐标值，这样错位的视图会自动回到工程图中最理想的位置。上述方法能很好地解决基本视图的定位问题，对于由裁剪而得的局部视图或剖面图，由于发生了局部放缩和裁剪，其剖切位置与局部放大范围不定，还会出现尺寸线过长、视图悬空和缺失等问题，还需作进一步的处理。剖切位置的确定是通过剖切线与模型间建立约束关系来解决的。

3.2比例匹配

在视图完全定位的基础上，采用不改变图纸大小的方式，通过自动计算整图的比例使图形与图幅匹配。工程视图比例的匹配要解决两个问题：一是判断何种情况下该用何种比例；二是不同的比例设定方式下如何进行比例的修改。其解决方法是所有视图的最大外形尺寸以及视图之间，视图与图框之间预留的空白区域之和等于图幅的大小。视图的最大外形尺寸是指经过比例变换后的尺寸，可以用包络框的大小来确定，因此，包络框在视图定位与比例匹配中起着定位与定形的双重作用。

3.3尺寸定位

如前所述，视图的外部尺寸分为竖直方向和水平方向的尺寸，根据尺寸标注方向和离视图距离的不同，由内到外将尺寸分成不同的层次，同一距离并排的尺寸归在同一图层上，如图 2 中尺寸 1、2 在同一图层。将视图的所有尺寸归入各自的尺寸层，相邻两层的尺寸间距是一常量 。各尺寸层的命名也有一定的要求，要体现该层尺寸的方向与分布层次，如“竖_+3”的含义是竖直方向尺寸，在视图右侧从内向外第 3 层。尺寸定位时，通过先遍历所有尺寸记录其所对应的归属图层，通过判断图层的名称得到尺寸层的类型与方向，结合尺寸间距 就可以计算出尺寸的位置。

3.4明细栏的优化

明细栏是工程图很重要的组成部分，反映装配体中零部件的序号、数量、材料等基本属性，其大多数信息可以直接从三维模型文件中链接而来，可以随模型信息的改变而直接更新。明细栏的优化主要是对行高、列宽的控制，零部件序号调整以及明细栏的折断等。根据设计要求，模型驱动后可能会增加或减少零部件种类，此时零部件的序号就会出现重复或断续，编写程序自动修改每一个零部件的序号并用冒泡法进行排序。

总之，本文在建立工程图模板的基础上，对整个图纸全局进行了布局优化与比例匹配；提出了工程图模板的定制原则，并对模板采用了普通定制与特殊定制相结合的处理方法，为后续的自适应优化奠定了基础；从视图定位、比例匹配、尺寸定位及明细栏优化等几方面进行详细论述，并给出了计算方法和流程，实现了工程图自适应优化的良好效果。

参考文献：

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