服裝CAD排料系統(tǒng)在寧海閘水工模型地形斷面制作中的應(yīng)用

邱學(xué)峰，胡朝陽，王新強(qiáng)(.四川大學(xué)水利水電學(xué)院，成都 60065 ；2.福建省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，福州 35000；3.福建省水工程水動力研究中心，福州 35000)

斷面板法是水工(河工)模型試驗(yàn)中常用的地形制作方法，在模型河道較長或模型控制斷面間距較短時(shí)往往會需要大量的地形斷面，地形斷面的制作包括斷面繪制、排版、割板等一系列繁瑣流程[1]。河道地形斷面是典型二維不規(guī)則圖形，其會隨著河型、灘槽分布特性、模型設(shè)計(jì)等呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，地形斷面的繪制和切割多已實(shí)現(xiàn)自動化[2-6]，而地形斷面的排版則多采用人工方法，究其原因主要在于河道地形斷面形狀的復(fù)雜性與極不規(guī)則性。服裝CAD排料系統(tǒng)是用于服裝、內(nèi)衣、帽、箱包、沙發(fā)、帳篷等行業(yè)的專業(yè)排料軟件，它是對服裝樣片等各種二維不規(guī)則圖形在有限大小的布料上進(jìn)行自動排版，并實(shí)現(xiàn)布料利用率最大化[7,8]。本文將“河道地形斷面”作為“服裝樣片”，引入服裝CAD排料系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)河道地形斷面的自動化排版，并以寧海閘水工模型地形制作為例，介紹了其實(shí)現(xiàn)途徑。

1 寧海閘水工模型試驗(yàn)簡介

寧海閘位于木蘭溪寧海古橋下游約800 m處，是一座具有“擋潮、蓄淡、生態(tài)、景觀”等綜合水利效益的攔河閘，其泄洪消能具有流量大、弗氏數(shù)低、泄洪(水)消能率低等特點(diǎn)，需要通過合理的消能布置方式解決水閘不同運(yùn)行工況下的消能防沖問題，為此開展水工模型試驗(yàn)研究。寧海閘水工模型比尺為1∶70，模型模擬范圍包括水閘上游1 000 m和水閘下游1 050 m。水閘上下游河道地形制作采用斷面板法，其中兩控制斷面間距按40 cm進(jìn)行制作，并在局部地形變化較大時(shí)進(jìn)行加密控制，整個模型共布置81個斷面，圖1為模型地形控制斷面布置圖。

圖1 寧海閘模型地形控制斷面布置圖Fig.1 Control topographic sections of Ninghai sluice hydraulic model

2 地形斷面制作系統(tǒng)及工作流程

寧海閘水工模型地形制作系統(tǒng)主要由斷面自動繪制、斷面自動排版、斷面自動切割及斷面安裝4部分構(gòu)成，其主要工作流程如圖2所示。

圖2 地形斷面制作系統(tǒng)流程圖Fig.2 Flow chart of fabrication of topographic section board

2.1 斷面自動繪制

斷面自動化繪制包括斷面數(shù)據(jù)的自動提取和斷面圖形的自動繪制，具體步驟[6]：

(1)以實(shí)測CAD數(shù)據(jù)格式的河道地形圖為基礎(chǔ)，利用軟件建立河道地形DEM；

(2)在DEM上布設(shè)模型控制斷面及局部地形加密控制斷面，利用軟件實(shí)現(xiàn)各斷面地形數(shù)據(jù)的自動提取，并將其保存為*.dat或*.txt格式文件；

(3)將斷面數(shù)據(jù)導(dǎo)入AutoCAD，調(diào)用基于VB的繪圖程序，實(shí)現(xiàn)斷面圖形的自動繪制，并按照模型比尺進(jìn)行斷面尺寸的換算，換成以mm為單位的斷面數(shù)據(jù)；

(4)借助AutoCAD圖形編輯功能對各斷面圖形進(jìn)行分塊剪切、編輯和標(biāo)注。

2.2 斷面自動排版

2.2.1某服裝排料系統(tǒng)簡介

某服裝CAD系統(tǒng)是用于服裝行業(yè)的專用出版、放碼及排版的軟件，包含DGS(自動打版、自由打版、放碼)和GMS(排料)兩個部分。GMS排料系統(tǒng)界面簡潔而友善，所設(shè)計(jì)的排料工具功能強(qiáng)大、使用方便，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動、手動排料，并自動計(jì)算材料利用率，還可以與裁床、繪圖儀、切割機(jī)、打印機(jī)等輸出設(shè)備連接。

2.2.2斷面排版步驟及結(jié)果

(1)將在AutoCAD中自動繪制的斷面數(shù)據(jù)另存為*.dxf格式文件，并將其導(dǎo)入DGS設(shè)計(jì)放碼系統(tǒng)，然后點(diǎn)擊“加縫份”命令進(jìn)行加縫處理(因加工刀具本身有一定的半徑，“加縫份”是為了實(shí)現(xiàn)刀具補(bǔ)償，使加工后的零件尺寸與實(shí)際相符)；

(2)GMS排料系統(tǒng)僅支持DGS設(shè)計(jì)放碼系統(tǒng)輸出的專用文件格式，因此需將經(jīng)過“加縫份”處理的斷面數(shù)據(jù)文件另存為*.dgs格式文件；

(3)打開GMS排料系統(tǒng)，新建一個寬1 200 mm、長度大于2 400 mm的嘜架[根據(jù)服裝款式的要求及布料幅寬，將整件衣服各部分的紙樣以最省布的形式經(jīng)過精密的排列，并畫于紙上，這種列有整件衣服各部分的紙張稱為嘜架(Marker)]，在嘜架中間每隔2 400 mm加入一個裁片，載入*.dgs文件，開始自動排料或定時(shí)排料，自動排料速度最快但材料利用率較低，定時(shí)排料可以自己設(shè)定材料利用率和排料時(shí)間(本例中材料利用率76%，用時(shí)3 min)，對于不滿意的排料結(jié)果可以在其排版基礎(chǔ)上進(jìn)行手動修改，其排版結(jié)果如圖3所示；

(4)將排版好的嘜架輸出，另存為*.dxf格式文件。

2.3 斷面自動切割

斷面自動切割主要通過雕刻軟件及雕刻機(jī)來實(shí)現(xiàn)，具體步驟為：①將雕刻用的三合板安裝至雕刻機(jī)臺面上并固定；②打開文泰雕刻軟件，導(dǎo)入制作好的斷面排版文件，并進(jìn)行預(yù)處理(原點(diǎn)、坐標(biāo)軸、刀具型號、抬刀高度、內(nèi)/外輪廓等參數(shù)設(shè)置)，預(yù)處理是為了生成各種刀具的運(yùn)動軌跡，然后保存為nc文件。③開啟雕刻機(jī)和雕刻機(jī)控制軟件，導(dǎo)入雕刻路徑nc文件，調(diào)整鉆頭原點(diǎn)、雕刻轉(zhuǎn)速和行進(jìn)速度等雕刻參數(shù)，自動完成對機(jī)械行走及切割裝置的精確控制；④在切割好的斷面板上標(biāo)記斷面編號、控制點(diǎn)高程及中軸線位置等信息。

2.4 斷面安裝

斷面板的安裝是根據(jù)中軸線、斷面布置線來控制各斷面的平面位置，再通過左中右3個控制點(diǎn)高程確定斷面板的安裝高程，依次安裝好所有斷面板并進(jìn)行平面位置和高程復(fù)核，斷面安裝好后即可進(jìn)行水泥砂漿抹面。

3 結(jié) 語

本文結(jié)合寧海閘水工模型地形制作，采用服裝排料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了模型地形斷面的自動化排版，排版結(jié)果

圖3 服裝排料系統(tǒng)排版結(jié)果圖Fig.3 Layout diagram of topographic section board

經(jīng)雕刻機(jī)自動切割便可成型，切割出來的斷面板做好標(biāo)記之后便可用于安裝。實(shí)踐證明，該方法可有效提高斷面板制作效率，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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[1] 中國水利水電科學(xué)研究院、南京水利科學(xué)研究院. 水工模型試驗(yàn)[M]. 2版.北京:水利電力出版社,1985.

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[3] 賀昌海, 周立宏, 楊 磊, 等. 水工模型地形斷面繪制自動化系統(tǒng)開發(fā)[J]. 長江科學(xué)院院報(bào), 2005,22(4):84-86.

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[8] 湯安平. 服裝自動排料系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].湖南湘潭：湘潭大學(xué), 2008.