基于對象關系模型的工程圖生成技術研究與應用

李 末，郭萬達，蔣春朗，考 輝

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

0 引言

當前CAD軟件已廣泛應用于設計領域。針對二維工程圖的開發(fā)文獻［1－2］中，多以插件形式提供繪制各種標注的按鈕，但實際標注工作仍需通過用戶手動操作完成，并沒有顯著提高出圖質量和效率。本文應用數(shù)據(jù)庫相關知識組織工程圖繪制所需數(shù)據(jù)，并結合CAD設計軟件三維模型及二維工程圖創(chuàng)建接口，對二維工程圖的生成方法進行研究，實現(xiàn)工程圖中視圖、標注的自動生成，從而提高制圖效率和制圖質量。

1 數(shù)據(jù)庫知識

二維工程圖的繪制工作在機械產品設計過程中占比較大，目前大多二維工程圖仍依賴設計人員手動繪制，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。由于每個產品都是由眾多零部件組成，且對于同類產品其大部分零部件可互換借用，因此，本文采用對象關系數(shù)據(jù)模型將繪制二維工程圖所需的視圖、標注等信息數(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，進而提高二維工程圖繪制速度。

1.1 關系數(shù)據(jù)模型

關系數(shù)據(jù)模型是以集合論中的關系概念為基礎發(fā)展起來的。如圖1所示，在關系模型中，用二維表結構來表示實體及實體之間的聯(lián)系，包括關系名、屬性名、關鍵字、元組等概念。其中，關系名就是表名，屬性名就是表的字段名，關鍵字和數(shù)據(jù)庫中的關鍵字是一個概念，元組就是記錄。關系中屬性個數(shù)稱為元數(shù)，元組個數(shù)稱為基數(shù)，分別對應表列的個數(shù)和表中記錄的個數(shù)。這些概念都是以集合代數(shù)理論為基礎的。關系數(shù)據(jù)模型具有數(shù)據(jù)結構簡單清晰、關系規(guī)范化、操作方便等優(yōu)點。

圖1 關系數(shù)據(jù)模型

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

關系模型語義簡單，實現(xiàn)較容易，且數(shù)據(jù)冗余小，但不適合表達復雜對象。對象數(shù)據(jù)模型由于直接描述客觀實體，其結構和客觀世界更接近，數(shù)據(jù)表達能力強，但管理、分析復雜，數(shù)據(jù)有冗余，不易實現(xiàn)。因此，將兩者相結合，建立對象關系模型則可以綜合兩者的優(yōu)點，通過用戶自定義的抽象數(shù)據(jù)類型和操作的擴展使關系模型能夠有效地利用對象技術來表示一些復雜數(shù)據(jù)［5］。

1.2 工程圖對象關系數(shù)據(jù)模型

根據(jù)工程圖中包含的內容以及對出圖產品結構形式的合理劃分，將工程圖對象關系數(shù)據(jù)模型按照工程圖繪制所需內容劃分對象，其中每個數(shù)據(jù)表代表一種需要添加到工程圖中的對象，其包括視圖、尺寸標注、焊接符號、形位公差等數(shù)據(jù)表。每個數(shù)據(jù)表中的一條數(shù)據(jù)則是實際繪制中的一個實例，在每個對象的數(shù)據(jù)表中針對不同的產品結構形式添加字段，以此來建立產品各種形式下對應的繪制實例關系。

本文以桁架臂標準節(jié)（見圖2）為例，針對桁架臂標準節(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、形位公差、粗糙度、零件序號等數(shù)據(jù)表。以視圖表為例，將視圖表作為標準節(jié)工程圖繪制中的一個重要對象，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、視圖繪制參照等信息，即視圖對象的屬性。并且由于桁架臂標準節(jié)鉸耳形式不同，可在數(shù)據(jù)表中添加鉸耳類型字段，以實現(xiàn)在不同鉸耳形式下繪制出與其對應的工程圖，即建立視圖與模型形式關系。視圖表結構形式如圖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象的屬性，通過以上參數(shù)即可在工程圖中繪制出一個對應的視圖；視圖所屬部件、文件名稱字段則是用來標記在工程圖繪制時為不同形式模型繪制與其相對應的工程視圖。

圖2 桁架臂標準節(jié)

圖3 視圖表結構形式

采用上述對象關系數(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對象都對應一張數(shù)據(jù)表，每個數(shù)據(jù)表之間不存在約束關系，其結構簡單，查詢效率高，并且能夠有效地避免數(shù)據(jù)表之間復雜、冗余的數(shù)據(jù)關系。因此，不但能夠高效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)增加、刪除和修改，而且避免了因關系復雜造成的數(shù)據(jù)關系錯誤。

2 工程圖生成技術

Creo Parametric TOOLKIT 是 Creo Parametric系統(tǒng)為開發(fā)者提供的一個功能擴充的二次開發(fā)工具包［6］，開發(fā)人員可以在Creo自動功能的基礎上對其進行二次開發(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，同時也提供了多種對二維工程圖進行操作的接口，以供用戶對工程圖繪制進行開發(fā)。

2.1 視圖生成

工程圖包含主視圖、側視圖、俯視圖、詳細視圖、剖面圖等視圖。在Creo中應用其API提供的ProDrawingGeneralviewCreate（）函數(shù)，通過設置其中“orientation”矩陣參數(shù)，可實現(xiàn)主視圖、側視圖、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)建一個工程圖頁，并設置該新建頁為當前頁；其次，通過ProMdlRetrieve（）函數(shù)將要創(chuàng)建工程圖的三維模型加載到內存中；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)建一個視圖。

對于輔助視圖，由于其通常是依賴于已有的標準視圖進行創(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。下面以詳細視圖的創(chuàng)建為例進行說明：首先，需要在參照所屬模型下通過ProSelectionAlloc（）等函數(shù)選中參照點；其次，以參照點為基準使用ProSplinedataInit（）繪制詳細視圖包絡框樣條曲線；最后，使用ProDrawingViewDetailCreate（）函數(shù)創(chuàng)建詳細視圖。

2.2 尺寸標注生成

尺寸標注是工程圖繪制的重要組成部分，并且尺寸標注在工程圖繪制工作中所占比重也較大，因此對尺寸標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)實現(xiàn)尺寸標注。首先，在模型中選中要標注尺寸的參照特征，通過ProSelectionViewSet（）函數(shù)設置該參照特征所屬的視圖；其次，設置尺寸標注的類型如線性、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，計算尺寸標注中文字的放置位置；最后，使用ProDrawingDimCreate（）函數(shù)創(chuàng)建尺寸標注。

2.3 其他標注生成

其他標注在工程圖繪制中用來說明加工、配合等信息。以焊接符號為例說明標注方法，由于Creo中沒有提供單獨的標注焊接符號的功能，因此需要采用添加自定義符號的方式在工程圖中繪制焊接符號。要在工程圖中添加符合國標的焊接符號，需要事先根據(jù)要求繪制出對應的符號文件，然后通過Creo提供的API函數(shù)在工程圖中添加焊接符號標注，其標注過程如圖4所示。首先，根據(jù)符號文件的名稱在符號庫中檢索符號，并將其加載到內存中；其次，對符號的放置類型、引線參照等相關屬性進行設置；再次，修改符號中可變文本的相應內容；最后，調用ProDtlsyminstCreate（）函數(shù)添加焊接符號到工程圖中。

3 工程圖生成應用

以桁架臂標準節(jié)為例說明工程圖生成方法。根據(jù)桁架臂標準節(jié)零部件形式關系，應用對象關系模型建立桁架臂標準節(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、焊接符號表、粗糙度表、基準表等，每個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準節(jié)的部件類型和相關參數(shù)；根據(jù)用戶選擇形式及參數(shù)的不同，應用程序查詢獲取數(shù)據(jù)庫中每個對象所對應的數(shù)據(jù)信息；再根據(jù)對象的不同，通過程序調用相應的繪制方法來實現(xiàn)桁架臂標準節(jié)工程圖的繪制。繪制的桁架臂標準節(jié)主結構圖如圖5所示。

圖4 焊接符號標注流程

4 結論

本文基于數(shù)據(jù)庫對象關系模型相關知識，研究開發(fā)了一種二維工程圖生成方法，并應用于桁架臂標準節(jié)設計過程中，有效地縮短了設計制圖時間，顯著提高了繪圖質量，減少了設計人員大量重復勞動，在降低了產品設計成本的同時，提高了產品設計速度。

圖5 桁架臂標準節(jié)主結構圖