李 末，郭萬達(dá)，蔣春朗，考 輝

（1.大連益利亞工程機(jī)械有限公司，遼寧 大連 116021；2.大連理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116023）

0 引言

當(dāng)前CAD軟件已廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域。針對(duì)二維工程圖的開發(fā)文獻(xiàn)［1－2］中，多以插件形式提供繪制各種標(biāo)注的按鈕，但實(shí)際標(biāo)注工作仍需通過用戶手動(dòng)操作完成，并沒有顯著提高出圖質(zhì)量和效率。本文應(yīng)用數(shù)據(jù)庫相關(guān)知識(shí)組織工程圖繪制所需數(shù)據(jù)，并結(jié)合CAD設(shè)計(jì)軟件三維模型及二維工程圖創(chuàng)建接口，對(duì)二維工程圖的生成方法進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)工程圖中視圖、標(biāo)注的自動(dòng)生成，從而提高制圖效率和制圖質(zhì)量。

1 數(shù)據(jù)庫知識(shí)

二維工程圖的繪制工作在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中占比較大，目前大多二維工程圖仍依賴設(shè)計(jì)人員手動(dòng)繪制，小部分采用CAD軟件自帶的出圖功能繪制，但仍不能滿足快速高效的出圖需求。由于每個(gè)產(chǎn)品都是由眾多零部件組成，且對(duì)于同類產(chǎn)品其大部分零部件可互換借用，因此，本文采用對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型將繪制二維工程圖所需的視圖、標(biāo)注等信息數(shù)據(jù)組織起來并建立數(shù)據(jù)庫模型，以減少數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)查詢效率，進(jìn)而提高二維工程圖繪制速度。

1.1 關(guān)系數(shù)據(jù)模型

關(guān)系數(shù)據(jù)模型是以集合論中的關(guān)系概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。如圖1所示，在關(guān)系模型中，用二維表結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體及實(shí)體之間的聯(lián)系，包括關(guān)系名、屬性名、關(guān)鍵字、元組等概念。其中，關(guān)系名就是表名，屬性名就是表的字段名，關(guān)鍵字和數(shù)據(jù)庫中的關(guān)鍵字是一個(gè)概念，元組就是記錄。關(guān)系中屬性個(gè)數(shù)稱為元數(shù)，元組個(gè)數(shù)稱為基數(shù)，分別對(duì)應(yīng)表列的個(gè)數(shù)和表中記錄的個(gè)數(shù)。這些概念都是以集合代數(shù)理論為基礎(chǔ)的。關(guān)系數(shù)據(jù)模型具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰、關(guān)系規(guī)范化、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

圖1 關(guān)系數(shù)據(jù)模型

面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型是一種可擴(kuò)充的數(shù)據(jù)模型，用戶可根據(jù)需要自己定義新的數(shù)據(jù)類型及相應(yīng)的約束和操作［3］，其特點(diǎn)是通過可構(gòu)造的手段將客觀世界表示出來，可以用有限的構(gòu)造手段與有限的步驟建立一個(gè)客觀世界的模型［4］。

關(guān)系模型語義簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)較容易，且數(shù)據(jù)冗余小，但不適合表達(dá)復(fù)雜對(duì)象。對(duì)象數(shù)據(jù)模型由于直接描述客觀實(shí)體，其結(jié)構(gòu)和客觀世界更接近，數(shù)據(jù)表達(dá)能力強(qiáng)，但管理、分析復(fù)雜，數(shù)據(jù)有冗余，不易實(shí)現(xiàn)。因此，將兩者相結(jié)合，建立對(duì)象關(guān)系模型則可以綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，通過用戶自定義的抽象數(shù)據(jù)類型和操作的擴(kuò)展使關(guān)系模型能夠有效地利用對(duì)象技術(shù)來表示一些復(fù)雜數(shù)據(jù)［5］。

1.2 工程圖對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型

根據(jù)工程圖中包含的內(nèi)容以及對(duì)出圖產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式的合理劃分，將工程圖對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型按照工程圖繪制所需內(nèi)容劃分對(duì)象，其中每個(gè)數(shù)據(jù)表代表一種需要添加到工程圖中的對(duì)象，其包括視圖、尺寸標(biāo)注、焊接符號(hào)、形位公差等數(shù)據(jù)表。每個(gè)數(shù)據(jù)表中的一條數(shù)據(jù)則是實(shí)際繪制中的一個(gè)實(shí)例，在每個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)表中針對(duì)不同的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式添加字段，以此來建立產(chǎn)品各種形式下對(duì)應(yīng)的繪制實(shí)例關(guān)系。

本文以桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)（見圖2）為例，針對(duì)桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)工程圖繪制建立數(shù)據(jù)庫。其數(shù)據(jù)庫中包含視圖、尺寸、焊接符號(hào)、形位公差、粗糙度、零件序號(hào)等數(shù)據(jù)表。以視圖表為例，將視圖表作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)工程圖繪制中的一個(gè)重要對(duì)象，其中包含繪制視圖所需要的全部信息，如視圖類型、視圖放置位置坐標(biāo)、視圖繪制參照等信息，即視圖對(duì)象的屬性。并且由于桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)鉸耳形式不同，可在數(shù)據(jù)表中添加鉸耳類型字段，以實(shí)現(xiàn)在不同鉸耳形式下繪制出與其對(duì)應(yīng)的工程圖，即建立視圖與模型形式關(guān)系。視圖表結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。其中，視圖類型、參照1ID、參照1名稱、參照2ID、參照2名稱、視圖ID、視圖位置字段即為視圖對(duì)象的屬性，通過以上參數(shù)即可在工程圖中繪制出一個(gè)對(duì)應(yīng)的視圖；視圖所屬部件、文件名稱字段則是用來標(biāo)記在工程圖繪制時(shí)為不同形式模型繪制與其相對(duì)應(yīng)的工程視圖。

圖2 桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)

圖3 視圖表結(jié)構(gòu)形式

采用上述對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型建立工程圖繪制數(shù)據(jù)庫，繪制工程圖所需的每個(gè)對(duì)象都對(duì)應(yīng)一張數(shù)據(jù)表，每個(gè)數(shù)據(jù)表之間不存在約束關(guān)系，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，查詢效率高，并且能夠有效地避免數(shù)據(jù)表之間復(fù)雜、冗余的數(shù)據(jù)關(guān)系。因此，不但能夠高效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)增加、刪除和修改，而且避免了因關(guān)系復(fù)雜造成的數(shù)據(jù)關(guān)系錯(cuò)誤。

2 工程圖生成技術(shù)

Creo Parametric TOOLKIT 是 Creo Parametric系統(tǒng)為開發(fā)者提供的一個(gè)功能擴(kuò)充的二次開發(fā)工具包［6］，開發(fā)人員可以在Creo自動(dòng)功能的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)，添加新功能，以滿足用戶的需要。Creo Parametric TOOLKIT不僅提供了全面方便的三維模型操作接口，同時(shí)也提供了多種對(duì)二維工程圖進(jìn)行操作的接口，以供用戶對(duì)工程圖繪制進(jìn)行開發(fā)。

2.1 視圖生成

工程圖包含主視圖、側(cè)視圖、俯視圖、詳細(xì)視圖、剖面圖等視圖。在Creo中應(yīng)用其API提供的ProDrawingGeneralviewCreate（）函數(shù)，通過設(shè)置其中“orientation”矩陣參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)主視圖、側(cè)視圖、俯視圖等方向視圖的創(chuàng)建。首先，需在工程圖文件中通過ProDrawingSheetCreate（）函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)工程圖頁，并設(shè)置該新建頁為當(dāng)前頁；其次，通過ProMdlRetrieve（）函數(shù)將要?jiǎng)?chuàng)建工程圖的三維模型加載到內(nèi)存中；再次，將加載的三維模型添加到工程圖文件中；最后，使用ProDrawingGeneralviewCreate（）函數(shù)即可在工程圖中創(chuàng)建一個(gè)視圖。

對(duì)于輔助視圖，由于其通常是依賴于已有的標(biāo)準(zhǔn)視圖進(jìn)行創(chuàng)建的，因此，其創(chuàng)建過程需要選擇參照特征、繪制樣條曲線等操作。下面以詳細(xì)視圖的創(chuàng)建為例進(jìn)行說明：首先，需要在參照所屬模型下通過ProSelectionAlloc（）等函數(shù)選中參照點(diǎn)；其次，以參照點(diǎn)為基準(zhǔn)使用ProSplinedataInit（）繪制詳細(xì)視圖包絡(luò)框樣條曲線；最后，使用ProDrawingViewDetailCreate（）函數(shù)創(chuàng)建詳細(xì)視圖。

2.2 尺寸標(biāo)注生成

尺寸標(biāo)注是工程圖繪制的重要組成部分，并且尺寸標(biāo)注在工程圖繪制工作中所占比重也較大，因此對(duì)尺寸標(biāo)注生成的研究非常有必要。在Creo 3.0中可通過其提供的ProDrawingDimCreate（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)尺寸標(biāo)注。首先，在模型中選中要標(biāo)注尺寸的參照特征，通過ProSelectionViewSet（）函數(shù)設(shè)置該參照特征所屬的視圖；其次，設(shè)置尺寸標(biāo)注的類型如線性、半徑、直徑等；然后，通過獲取視圖邊界及參照特征在視圖中的位置坐標(biāo)，計(jì)算尺寸標(biāo)注中文字的放置位置；最后，使用ProDrawingDimCreate（）函數(shù)創(chuàng)建尺寸標(biāo)注。

2.3 其他標(biāo)注生成

其他標(biāo)注在工程圖繪制中用來說明加工、配合等信息。以焊接符號(hào)為例說明標(biāo)注方法，由于Creo中沒有提供單獨(dú)的標(biāo)注焊接符號(hào)的功能，因此需要采用添加自定義符號(hào)的方式在工程圖中繪制焊接符號(hào)。要在工程圖中添加符合國(guó)標(biāo)的焊接符號(hào)，需要事先根據(jù)要求繪制出對(duì)應(yīng)的符號(hào)文件，然后通過Creo提供的API函數(shù)在工程圖中添加焊接符號(hào)標(biāo)注，其標(biāo)注過程如圖4所示。首先，根據(jù)符號(hào)文件的名稱在符號(hào)庫中檢索符號(hào)，并將其加載到內(nèi)存中；其次，對(duì)符號(hào)的放置類型、引線參照等相關(guān)屬性進(jìn)行設(shè)置；再次，修改符號(hào)中可變文本的相應(yīng)內(nèi)容；最后，調(diào)用ProDtlsyminstCreate（）函數(shù)添加焊接符號(hào)到工程圖中。

3 工程圖生成應(yīng)用

以桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為例說明工程圖生成方法。根據(jù)桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)零部件形式關(guān)系，應(yīng)用對(duì)象關(guān)系模型建立桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)工程圖數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫中包含視圖表、尺寸表、形位公差表、焊接符號(hào)表、粗糙度表、基準(zhǔn)表等，每個(gè)表中包含繪制該元素所需的全部參數(shù)信息。用戶通過程序可選擇并輸入桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的部件類型和相關(guān)參數(shù)；根據(jù)用戶選擇形式及參數(shù)的不同，應(yīng)用程序查詢獲取數(shù)據(jù)庫中每個(gè)對(duì)象所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息；再根據(jù)對(duì)象的不同，通過程序調(diào)用相應(yīng)的繪制方法來實(shí)現(xiàn)桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)工程圖的繪制。繪制的桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖4 焊接符號(hào)標(biāo)注流程

4 結(jié)論

本文基于數(shù)據(jù)庫對(duì)象關(guān)系模型相關(guān)知識(shí)，研究開發(fā)了一種二維工程圖生成方法，并應(yīng)用于桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)設(shè)計(jì)過程中，有效地縮短了設(shè)計(jì)制圖時(shí)間，顯著提高了繪圖質(zhì)量，減少了設(shè)計(jì)人員大量重復(fù)勞動(dòng)，在降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本的同時(shí)，提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度。

圖5 桁架臂標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主結(jié)構(gòu)圖