基于Pro/E出圖系統(tǒng)的優(yōu)化方法

張 恒,姜 萍,時(shí)曉蕾,陶高周,趙建華,董玉德

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,安徽 合肥 230009;2.陽(yáng)光電源股份有限公司,安徽 合肥 230088)

0 引 言

Pro/E是CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件,以參數(shù)化著稱(chēng),是參數(shù)化技術(shù)最早的應(yīng)用者,并且采用單一數(shù)據(jù)庫(kù)的方式解決了特征的相關(guān)性問(wèn)題[1-2]．Pro/E可以直接從實(shí)體模型轉(zhuǎn)化成工程圖,然而提供的平面繪圖功能較少．平面繪圖仍在一定領(lǐng)域,一定情況下有使用需求,比如企業(yè)常用工程圖進(jìn)行產(chǎn)品檢查,利用Pro/E直接生成工序圖等[3-4]．Pro/E擁有強(qiáng)大的生成工程圖能力,但是其創(chuàng)建的工程圖大部分不符合我國(guó)的工程制圖標(biāo)準(zhǔn)．Pro/Toolkit是為Pro/E提供的開(kāi)發(fā)工具包,通過(guò)其提供的庫(kù)函數(shù)可繪制各種曲線(xiàn),彌補(bǔ)Pro/E自身繪圖短板[5]．

文獻(xiàn)[6-9]通過(guò)設(shè)置符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的 Pro/E 工程圖配置文件,定制模板文件,編寫(xiě)接口程序調(diào)用模板實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)計(jì)、快速出工程圖;文獻(xiàn)[10]利用Pro/E軟件提供的二次開(kāi)發(fā)程序包Pro/Toolkit實(shí)現(xiàn)了工程圖的參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)圖框模板的開(kāi)發(fā);文獻(xiàn)[11-13]針對(duì)當(dāng)前Pro/ENGINEER軟件在使用過(guò)程中所面臨的工程圖二維標(biāo)注功能比較弱且不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的情況,提出了對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),完善其二維標(biāo)注的能力,使用戶(hù)在使用過(guò)程中能迅速快捷準(zhǔn)確地完成工程圖的標(biāo)注．

文中提供的出圖系統(tǒng)是基于Pro/Toolkit開(kāi)發(fā)的工程圖輔助程序,其強(qiáng)大的功能在于為用戶(hù)提供符合生產(chǎn)需要的快速便捷的繪圖方法．用戶(hù)先按照自己的視圖布局完成工程圖的繪制,然后運(yùn)用自適應(yīng)圖框的生成方法,為零件視圖添加圖框、標(biāo)題欄、明細(xì)表,該方法使工程圖的繪制更加高效、快速、準(zhǔn)確．

1 快速出圖系統(tǒng)開(kāi)發(fā)準(zhǔn)備

為了提高生成工程圖效率,保障出圖前后環(huán)境參數(shù)的統(tǒng)一性,需提前對(duì)整體系統(tǒng)以及不同模塊下的環(huán)境進(jìn)行設(shè)置．根據(jù)用戶(hù)對(duì)工程圖的不同需求,如字體格式和大小等,通過(guò)更改配置文件以確保數(shù)據(jù)的正確性,減少出圖系統(tǒng)的錯(cuò)誤量．

1.1 配置文件

為了滿(mǎn)足快速出圖的目的,文中需提前設(shè)置系統(tǒng)配置文件．系統(tǒng)配置文件config.pro用于配置整體環(huán)境的選項(xiàng),包括零件模塊、組件模塊和工程圖模塊等選項(xiàng)設(shè)置[7]．其他配置文件，如模型樹(shù)配置文件、窗口配置文件、打印配置文件等，都要在config.pro中指定才起作用．通過(guò)配置文件設(shè)置所需的選項(xiàng)值,如表1所示(僅列出有限項(xiàng))．配置文件中的選項(xiàng)說(shuō)明與設(shè)置方法在文獻(xiàn)[5-6]均有詳細(xì)說(shuō)明,此處不再過(guò)多闡述．

表 1 config.pro列表Table 1 List of config.pro

1.2 定制模型模板

出圖系統(tǒng)定制模板主要包括實(shí)體模板與工程圖模板．實(shí)體模板是一個(gè)包含標(biāo)準(zhǔn)要素的實(shí)體模型,定制目的是預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體模板,避免實(shí)體參數(shù)的重復(fù)輸入,是其與工程圖中標(biāo)題和明細(xì)表信息相關(guān)聯(lián),以及與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、企業(yè)資源管理計(jì)劃等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享[6]．在使用Pro/E制作零部件時(shí),使用實(shí)體模板來(lái)建立模型,可以省略掉一些重復(fù)性的工作,一個(gè)完善的對(duì)象模板是規(guī)范化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),不僅能提高工作效率,還能給后續(xù)的工程圖帶來(lái)極大地方便．Pro/E自帶的工程圖模板不符合國(guó)內(nèi)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn),影響了工程圖出圖效率,以及對(duì)工程圖的批量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了巨大影響,因此制定出符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工程圖模板尤為重要．該出圖系統(tǒng)的工程圖模板包括定制符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工程圖標(biāo)題欄、明細(xì)表以及繪圖格式．工程圖圖框放棄了傳統(tǒng)的定制模板的方法,采用自適應(yīng)圖框的生成算法完成繪制．用戶(hù)使用實(shí)體模板與工程圖模板可使得模型前后參數(shù)、格式等保證高度統(tǒng)一．配置文件與模板加快了出圖系統(tǒng)的效率,它們之間的關(guān)系如圖1所示．

圖 1 配置文件與模板關(guān)系圖Fig.1 Configuration file against template

2 定制標(biāo)題欄與明細(xì)表

2.1 標(biāo)題欄

在工程制圖中,標(biāo)題欄是為了方便讀圖及查詢(xún)相關(guān)信息,包括制圖審圖、零件材料等圖名信息．標(biāo)題欄的樣式必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),常采取制定模板的方法,文獻(xiàn)[6-7,10]均有詳細(xì)的描述．標(biāo)題欄中的參數(shù)與實(shí)體模板中的參數(shù)一致,通過(guò)系統(tǒng)的參數(shù)界面統(tǒng)一控制．

表格在圖框中所放置的位置是指其左上角點(diǎn)的坐標(biāo),由于圖框采取自適應(yīng)的方法生成,標(biāo)題欄可根據(jù)表格左上角點(diǎn)的坐標(biāo)將其插入到新生成的圖框中．

圖 2 參數(shù)控制界面Fig.2 Parameter control interface

2.2 明細(xì)表

明細(xì)表由組成裝配體的零件清單以及材料清單組成．零件信息可通過(guò)模型樹(shù)獲取零件名稱(chēng)以及數(shù)量,材料信息可通過(guò)參數(shù)表獲得．明細(xì)表的繪制可通過(guò)調(diào)用定制好的模板解決問(wèn)題,表格中的參數(shù)與插入位置通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):

(1) 可通過(guò)Pro/Toolkit提供的API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)組件中零件數(shù)的訪問(wèn),獲得零件的名稱(chēng)以及零件數(shù)量．通過(guò)循環(huán)遍歷零件參數(shù)列表,獲得材料、質(zhì)量等信息,并將獲取的信息寫(xiě)入明細(xì)表中參數(shù)信息對(duì)應(yīng)位置．Pro/E提供了在明細(xì)表中建立重復(fù)區(qū)域的功能,使得明細(xì)會(huì)根據(jù)組件的不同自動(dòng)更新．

(2) 獲取明細(xì)表表格的左上角坐標(biāo)與整體視圖的右下角坐標(biāo),通過(guò)比較兩坐標(biāo)的值,判斷視圖與明細(xì)表是否發(fā)生干涉,如若發(fā)生干涉,獲取干涉區(qū)域縱坐標(biāo)差距,因?yàn)槊骷?xì)表每行寬度為7,由縱坐標(biāo)差距可知視圖與明細(xì)表發(fā)生多少行干涉．將原明細(xì)表刪除重新繪制,當(dāng)臨近干涉區(qū)域時(shí)將表格的繪制區(qū)域轉(zhuǎn)入明細(xì)表的左側(cè),繼續(xù)繪制余下的表格內(nèi)容．

3 工程圖圖框的二次開(kāi)發(fā)

3.1 自適應(yīng)圖框的算法流程

文獻(xiàn)[6-7,10]中,圖框的生成方法均為制定參數(shù)化圖框模板．采取該方法生成工程圖時(shí),用戶(hù)需提前調(diào)用好一定大小的圖框模板,模型的視圖一定要限制在圖框中．當(dāng)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工程圖信息需要多張視圖進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明時(shí),圖框內(nèi)的視圖布局將會(huì)變得擁擠．本文采取生成自適應(yīng)圖框的方法解決該問(wèn)題．

A4～A0圖紙的長(zhǎng)寬比均為1.414,因此自適應(yīng)圖框采取A4或A3圖紙的長(zhǎng)寬等比例縮放的方法可達(dá)到長(zhǎng)寬比為1.414．同時(shí)用戶(hù)進(jìn)入工程圖環(huán)境前需選擇圖幅放置方向．用戶(hù)可選擇“制定模板”為“空”,方向?yàn)椤翱勺儭钡倪x項(xiàng)進(jìn)入工程圖,然后比較零件整體視圖輪廓的長(zhǎng)寬比,若大于1,選擇A3圖紙長(zhǎng)寬等比例縮放,且橫向放置圖框,若小于1,選擇A4圖紙的長(zhǎng)寬等比例縮放,且縱向放置圖框．輸入無(wú)圖框的視圖，輸出有圖框的視圖，以下給出A3圖紙的長(zhǎng)寬等比例縮放時(shí),圖框的生成算法:

(1) 首先獲得零件所有的視圖,并且得到每個(gè)視圖的外形輪廓,通過(guò)外形輪廓獲得其左下角點(diǎn)的坐標(biāo)Ai(xi,yi)和右上角點(diǎn)的坐標(biāo)Bi(ai,bi);

(2) 通過(guò)點(diǎn)集{A1,A2，…，Ai，…，An}可獲得整個(gè)工程圖的輪廓的左下角的點(diǎn)A(x,y),通過(guò)點(diǎn)集{B1,B2，…，Bi，…，Bn}可獲得整個(gè)工程圖的輪廓的右下角的點(diǎn)B(a,b)，有

(1)

(2)

(3) 由上述數(shù)據(jù)得整體視圖的長(zhǎng)l=a-b,寬h=b-y,假設(shè)視圖中心點(diǎn)O1(m,n,0),得

(3)

(4) 由國(guó)內(nèi)圖紙標(biāo)準(zhǔn)可知,A3圖紙長(zhǎng)420 mm,寬297 mm,則A3圖紙長(zhǎng)寬相對(duì)整體視圖的比例S1=297/l,S2=297/l,取其中較小值S=min(S1,S2);

(5) 有上述比例及視圖長(zhǎng)寬確定圖幅的長(zhǎng)L，寬H為

L=420/S+l+240/S,

(4)

H=L/1.414,

(5)

確定圖紙最終比例為

S=L/420；

(6)

(6) 圖幅的長(zhǎng)寬確定以后可重新生成圖幅,圖幅中心O2(L/2,H/2,0).當(dāng)前圖幅中心與視圖中心不重合,應(yīng)將視圖整體移動(dòng)至中心重合,確定移動(dòng)矢量V=(xv,yv,0),令

xv=H/2-m.

(7)

標(biāo)題欄在圖框的右下角,明細(xì)表在標(biāo)題欄上方,而且技術(shù)要求也在圖紙的下方,考慮以上3種因素以及視圖布局的合理性,整體視圖的中心應(yīng)在圖框的中心的偏上處,得

yv=H/2-n+20·S;

(8)

(7) 確定V的大小后,整體視圖移動(dòng)到最終位置,由Pro/Toolkit提供的API函數(shù)將圖框沿著圖幅畫(huà)出,確定圖紙周邊的空白余量,畫(huà)出內(nèi)部圖框;

(8) 視圖布局改變時(shí),需要將舊的圖框刪除,重新添加新的圖框．系統(tǒng)可獲得視圖中所有的線(xiàn)條包括圖框,由于零件視圖的線(xiàn)條顏色被視為紅色,而圖框的顏色不是紅色,因此可通過(guò)線(xiàn)條顏色篩選,刪除圖框線(xiàn)條,重復(fù)上述步驟添加新圖框,圖框加載流程如圖3所示．

圖 3 圖框生成流程圖 圖 4 繪制圖框的程序流程 Fig.3 The flow chart of frame generation Fig.4 The process of drawing frame program

3.2 圖框繪制方法

利用Pro/Toolkit程序繪制圖框的直線(xiàn),其繪制過(guò)程可能比較復(fù)雜,但是當(dāng)用戶(hù)重新生成圖框時(shí),只需修改繪制過(guò)程中一些適當(dāng)?shù)膮?shù)即可完成任務(wù)．圖框的繪圖項(xiàng)由不同的實(shí)體直線(xiàn)組成,其構(gòu)成元素相對(duì)簡(jiǎn)單,減少了程序員的繪制難度．繪制圖框的具體流程如下:

(1) 通過(guò)上述自適應(yīng)圖框的算法獲得的圖框的大小及位置,可計(jì)算得圖框中每一段線(xiàn)段的長(zhǎng)度和起始坐標(biāo);

(2) 利用Pro/Toolkit開(kāi)發(fā)工具提供的API函數(shù)繪制線(xiàn)實(shí)體,其中所需函數(shù)及調(diào)用過(guò)程如圖4所示;

(3) 若圖框中需要添加固定注釋,如版本號(hào)、環(huán)保要求、日期等,可使用API函數(shù)自動(dòng)完成注釋的創(chuàng)建;

(4) 重新生成圖框時(shí),先獲取草繪環(huán)境下所有的實(shí)體,循環(huán)判斷實(shí)體是否為紅色草繪實(shí)體,刪除所有非紅色紅色草繪實(shí)體，因?yàn)榱慵囊晥D在草繪環(huán)境下默認(rèn)為紅色草繪實(shí)體,故保證零件視圖不被刪除．

3.3 工程圖實(shí)例

選一個(gè)零件為例,創(chuàng)建符合國(guó)標(biāo)的工程圖步驟如下;

(1) 通過(guò)配置文件,定制零件選項(xiàng),并在參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框中設(shè)置零件工程圖的參數(shù)值;

(2) 使用空格式的模板,進(jìn)入繪圖環(huán)境,完成零件三視圖及其他補(bǔ)充視圖;

(3) 通過(guò)程序生成自適應(yīng)圖框,同時(shí)調(diào)用標(biāo)題欄和明細(xì)表的模板,實(shí)現(xiàn)一鍵制圖的快速繪圖功能;

(4) 用戶(hù)可根據(jù)其他需求,添加技術(shù)要求、尺寸標(biāo)注等工程圖注釋,完成的裝配圖如圖5所示．

圖 5 工程圖實(shí)例Fig.5 Example of drawing

圖 6 數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Data management structure

4 工程圖的數(shù)據(jù)管理

為了有效地管理產(chǎn)品圖紙,系統(tǒng)采取附加信息文件的形式進(jìn)行管理．信息保存有圖紙的相關(guān)信息,包括圖紙模板,參數(shù)信息,標(biāo)題欄和明細(xì)表信息等．圖紙文件和信息文件共同構(gòu)成了操作對(duì)象,具體的操作關(guān)系如圖6所示．

鑒于數(shù)據(jù)庫(kù)原理中關(guān)系模型的強(qiáng)大功能,數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)管理材料信息表和產(chǎn)品工藝信息表,通過(guò)查詢(xún)這2張表可獲得零件的技術(shù)要求和相關(guān)信息．系統(tǒng)配置文件統(tǒng)籌管理Pro/E整體的環(huán)境配置,包括工程圖模塊,零件模塊和組件模塊,保證信息的統(tǒng)一性．用戶(hù)通過(guò)參數(shù)設(shè)置界面統(tǒng)一賦值相關(guān)參數(shù)值,包括標(biāo)題欄和明細(xì)表中相關(guān)參數(shù)值,為工程圖模塊下一鍵生成圖表奠定基礎(chǔ)．為提高圖紙標(biāo)注效率,文中給出通過(guò)自定義符號(hào)庫(kù)的方法來(lái)解決Pro/E圖紙標(biāo)注短板．根據(jù)不同的標(biāo)注類(lèi)型選擇相應(yīng)的接口,通過(guò)調(diào)用符號(hào)庫(kù)中的元素來(lái)實(shí)現(xiàn)快速圖紙標(biāo)注．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)、配置文件、參數(shù)列表、符號(hào)庫(kù)構(gòu)成了Pro/E數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)有效地收集、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用．

5 結(jié) 論

(1) 通過(guò)配置文件與用戶(hù)自定義參數(shù)界面,實(shí)現(xiàn)高效的管理環(huán)境參數(shù)與模型參數(shù),以及自動(dòng)寫(xiě)入標(biāo)題欄與明細(xì)表中的信息；當(dāng)視圖布局改變時(shí),本文給出了自適應(yīng)圖框的方式來(lái)面對(duì)這種復(fù)雜多變的情況,使得視圖布局合理；

(2) 結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能,拓展了出圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模式,實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)有效的收集、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用．該出圖系統(tǒng)是對(duì)Pro/E的繪圖模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)而生成的輔助軟件,為用戶(hù)提供了模型設(shè)計(jì)與快速出圖一體化的功能,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,操作界面友好,生成的圖紙符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)．

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