通過三維軟件PDF自適應(yīng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)工藝卡片二維工程簡(jiǎn)圖的高清顯示

張慧娟，胡先兵，張 金,2

(1.武漢開目信息技術(shù)股份有限公司，湖北 武漢 430070)(2.華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer aided design,CAD)軟件已由原來的二維CAD設(shè)計(jì)軟件逐漸過渡到了三維CAD設(shè)計(jì)軟件。三維CAD設(shè)計(jì)軟件通過計(jì)算機(jī)輔助程序，立體地展示產(chǎn)品的三維信息,可以為設(shè)計(jì)人員打開設(shè)計(jì)思路和縮短設(shè)計(jì)過程提供有效幫助[1]。越來越多的應(yīng)用事例表明，將三維CAD的二維工程圖作為計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(computer aided process planning, CAPP)卡片的零件簡(jiǎn)圖，實(shí)現(xiàn)工程圖與CAPP卡片的數(shù)據(jù)互動(dòng)，已成為迫切需求?？v觀國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)，將二維CAD工程圖嵌入到其他應(yīng)用程序的文檔中，一般有以下兩種方式：1)通過OLE(object linking and embedding)技術(shù)，將CAD工程圖作為一個(gè)OLE對(duì)象嵌入到其他應(yīng)用程序文檔中，這種方式可以實(shí)現(xiàn)其他應(yīng)用程序文檔和CAD工程圖的集成互動(dòng)，但是存在掉線、線條掉色、尺寸標(biāo)注丟失以及工程圖顯示、打印殘缺不全等問題，集成效果很不理想。另外眾多的三維軟件(如UG、CATIA、SolidWorks等)因不同的版本需通過不同的OLE方式逐個(gè)集成，其集成工作量巨大，且版本侵入性強(qiáng)，嚴(yán)重影響CAPP軟件本身的獨(dú)立性和穩(wěn)定性。2)將CAD工程圖通過拷屏的方式形成圖片格式的文件，插入到其他應(yīng)用程序文檔中進(jìn)行顯示，但這樣固定分辨率的圖片，會(huì)隨顯示比例和紙張幅面的放大或縮小而產(chǎn)生嚴(yán)重的失真，且無法實(shí)現(xiàn)CAD圖紙和應(yīng)用程序文檔的集成互動(dòng)。

PDF(portable document format)作為一種統(tǒng)一的、開放的、可移植的矢量圖形文件，近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用，它所具有的高度兼容性使用戶可以輕松地將任何文檔原版原式地轉(zhuǎn)換成PDF 文檔[2]。工程圖以PDF格式輸出已經(jīng)是眾多三維CAD軟件廠商標(biāo)配的功能。因此，本文綜合采用PDF的幅面自適應(yīng)技術(shù)和圖片的數(shù)據(jù)可移植技術(shù)，探索一種通用的、適用面廣的、穩(wěn)定的方案,既能保持集成架構(gòu)的開放性，又能保證與不同軟件集成時(shí)的獨(dú)立性以及與不同版本軟件集成時(shí)的兼容性。采用此方案，較好地解決了現(xiàn)有三維軟件的二維工程圖在CAPP中顯示失真、打印掉線、版本跟進(jìn)麻煩、頻繁維護(hù)造成的不穩(wěn)定等問題。

1 二維工程圖在CAPP中顯示、編輯一體化解決方案

本文將提供一種二維工程圖在CAPP中顯示、編輯的一體化解決方案。一方面采用PDF技術(shù)和圖形技術(shù)，讓工程圖清晰完整地顯示在CAPP的簡(jiǎn)圖區(qū)；另一方面運(yùn)用結(jié)構(gòu)化管理方法，管理PDF工程圖、關(guān)聯(lián)的模型等，提供工藝設(shè)計(jì)人員在線編輯、更改三維軟件的二維工程圖以及帶簡(jiǎn)圖的工序卡打印等功能。

工藝設(shè)計(jì)人員首次將一張工程圖文件導(dǎo)入到CAPP的簡(jiǎn)圖區(qū)后，就不需要再去管理簡(jiǎn)圖區(qū)和工程圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系，也不需要關(guān)心工程圖及其對(duì)應(yīng)的三維模型圖等文件的存儲(chǔ)問題。因?yàn)镃APP中具備相應(yīng)的管理功能，記錄了導(dǎo)入的工程圖文件及其對(duì)應(yīng)的三維模型文件，以及工程圖文件和CAPP的簡(jiǎn)圖區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系、工程圖文件和轉(zhuǎn)換后的PDF文件以及圖形文件的對(duì)應(yīng)關(guān)系等。此一體化解決方案工作原理圖如圖1所示。

圖1 一體化解決方案工作原理圖

本文采用三維CAD軟件提供的PDF文件生成接口，制作統(tǒng)一的工程圖轉(zhuǎn)PDF文件工具。首先，將各類三維CAD的二維工程圖文件轉(zhuǎn)換成PDF文件；然后，根據(jù)簡(jiǎn)圖區(qū)尺寸、圖幅及打印分辨率等，將PDF文件轉(zhuǎn)換成滿足打印要求的圖片，嵌入CAPP卡片簡(jiǎn)圖區(qū)。

為了能夠編輯三維軟件工程圖，CAPP在管理導(dǎo)入的工程圖的同時(shí)，還要管理工程圖對(duì)應(yīng)的三維模型圖,以保證CAPP再次編輯工程圖或脫離CAD環(huán)境顯示工程圖時(shí)，能正常打開和編輯工程圖文件副本。本文通過建立工程圖管理體系，構(gòu)建CAPP、CAPP簡(jiǎn)圖區(qū)、CAPP中導(dǎo)入的二維工程圖、工程圖對(duì)應(yīng)的模型圖、工程圖轉(zhuǎn)換的PDF文件以及PDF文件轉(zhuǎn)換的圖片之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以達(dá)到工藝人員在CAPP中更新工程圖時(shí)流程流暢且透明的效果。

1.1 PDF技術(shù)運(yùn)用于工程圖在CAPP中顯示的工作原理

市場(chǎng)上有多種三維工藝軟件，各軟件提供的轉(zhuǎn)PDF文件的接口不盡相同，甚至同一種三維工藝軟件不同版本之間也會(huì)存在少許差異。因此，為了能集中地將這些三維工藝軟件的二維工程圖轉(zhuǎn)換成PDF文件，同時(shí)也為了能拓展對(duì)新的三維工藝軟件的支持，本文制作了工程圖轉(zhuǎn)PDF文件工具，供CAPP軟件使用。此工具對(duì)內(nèi)采用三維CAD軟件自身提供的PDF轉(zhuǎn)換接口，因此可以保證CAD工程圖幾乎無損地轉(zhuǎn)換為PDF格式的文件；對(duì)外提供了統(tǒng)一的接口，方便CAPP軟件可以將不同的三維軟件的二維工程圖轉(zhuǎn)換成PDF格式的文件。

一般人們是通過Adobe Reader[3]、福昕閱讀器等閱讀工具來瀏覽PDF文檔。要在其他應(yīng)用程序中清晰地嵌入PDF文檔，需要采用Adobe Reader、福昕閱讀器等提供的顯示技術(shù)，但這些技術(shù)通常是需要收費(fèi)的。為了能利用成熟、通用的免費(fèi)顯示技術(shù)，CAPP會(huì)在工程圖轉(zhuǎn)換成PDF格式的文件[3]后，將PDF格式的文件再轉(zhuǎn)換成圖片格式的文件。根據(jù)當(dāng)前CAPP工藝卡片簡(jiǎn)圖區(qū)幅面的大小，通過等比例縮放控制圖像的顯示分辨率。打印CAPP工藝卡片時(shí)，工程圖將轉(zhuǎn)換成適配打印分辨率所需的CAPP簡(jiǎn)圖區(qū)圖片文件，確保打印圖片的清晰度。二維工程圖在CAPP中顯示的工作原理如圖2所示。

圖2 二維工程圖在CAPP中顯示的工作原理圖

為了確保顯示效果及顯示的穩(wěn)定性，分別在UG8.0、UG8.5、UG12、CATIA18、CATIA21等版本上進(jìn)行了大量的測(cè)試驗(yàn)證。為了檢驗(yàn)工程圖是否能無損地轉(zhuǎn)換成圖片格式的文件，針對(duì)大量的繪制有復(fù)雜零件圖形的工程圖進(jìn)行了測(cè)試；為了檢驗(yàn)是否存在尺寸標(biāo)注丟失的問題，針對(duì)帶有各類尺寸標(biāo)注的工程圖樣例進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證；為了檢測(cè)是否存在特殊字體在轉(zhuǎn)換過程中不識(shí)別的問題，除了對(duì)常用字體進(jìn)行測(cè)試外，還抽取了UG和CATIA的部分自帶字體進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。截至發(fā)稿時(shí)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和用戶應(yīng)用效果反饋表明，本文方案均能無損地將各種版本的工程圖轉(zhuǎn)換成圖片格式的文件進(jìn)行顯示。

1.2 二維工程圖在CAPP中的編輯流程

工藝設(shè)計(jì)人員將工程圖導(dǎo)入到CAPP工藝卡片中后，除了瀏覽和打印外，還需要再次編輯。為了帶給工藝人員流暢的編輯體驗(yàn)，同時(shí)也可大規(guī)模地提高工作效率和設(shè)計(jì)/工藝水平, 縮短周期、降低成本[4],避免出現(xiàn)由于圖紙管理不當(dāng)，造成CAPP中導(dǎo)入的工程圖原始文件丟失、損壞等問題，給CAPP工藝卡片的編輯、管理帶來不必要的麻煩，CAPP為導(dǎo)入的工程圖建立了一個(gè)專門的、統(tǒng)一的管理體系。圖3所示為CAPP中二維工程圖管理體系結(jié)構(gòu)圖。

圖3 CAPP中對(duì)二維工程圖的管理體系結(jié)構(gòu)圖

在這個(gè)管理體系中，詳細(xì)記錄了一張工程圖導(dǎo)入到CAPP中后所有相關(guān)的信息，包括工程圖所對(duì)應(yīng)的工序、對(duì)應(yīng)的三維信息以及轉(zhuǎn)換關(guān)系。

工程圖所對(duì)應(yīng)的工序：由于一道工序中可以存在多個(gè)工藝簡(jiǎn)圖區(qū)，也就是說一道工序中可以導(dǎo)入多張工程圖，因此需要記錄工程圖被導(dǎo)入到了哪道工序的哪個(gè)簡(jiǎn)圖區(qū)。

對(duì)應(yīng)的三維信息：為了保證再次編輯工程圖文件時(shí)，能成功地在三維工藝軟件中恢復(fù)工程圖完整的上下文編輯環(huán)境，CAPP會(huì)以外掛的方式記錄工程圖對(duì)應(yīng)的模型圖文件。

轉(zhuǎn)換關(guān)系：轉(zhuǎn)換關(guān)系指的是二維工程圖在顯示過程中，轉(zhuǎn)換成的PDF格式的文件和圖片文件的信息，以及工程圖的顯示區(qū)域。

工藝設(shè)計(jì)人員在CAPP中更改其工藝簡(jiǎn)圖區(qū)中的工程圖時(shí)，CAPP軟件會(huì)根據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)系自動(dòng)識(shí)別對(duì)應(yīng)的工程圖類型(如UG、CATIA或其他類型的工程圖等)，識(shí)別成功后激活對(duì)應(yīng)的三維工藝軟件，開始原始的工程圖文件的編輯。工藝人員在三維工藝軟件中完成工程圖編輯后，只需要切換到CAPP，觸發(fā)CAPP中的結(jié)束編輯，此時(shí)CAPP會(huì)自動(dòng)獲取當(dāng)前被修改的圖所對(duì)應(yīng)的最后一次保存的工程圖文件，同時(shí)更新CAPP中對(duì)應(yīng)的工程圖文件和模型圖文件。最后通過一系列轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的最新圖片文件刷新到CAPP的前端顯示，同時(shí)CAPP中所對(duì)應(yīng)的PDF文件和圖片文件信息也會(huì)被更新。在整個(gè)過程中，工藝人員不用關(guān)心當(dāng)前工程圖的類型，也不用關(guān)心原工程圖文件的存儲(chǔ)位置，因?yàn)镃APP將對(duì)這些信息進(jìn)行自動(dòng)管理。二維工程圖在CAPP中的更改流程如圖4所示。

圖4 二維工程圖在CAPP中的更改流程圖

2 應(yīng)用

基于上述解決方案，在武漢開目信息技術(shù)股份有限公司的CAPP中，開發(fā)了針對(duì)UG和CATIA的二維工程圖集成功能菜單，較好地解決了實(shí)際工作中工藝設(shè)計(jì)人員在開目CAPP工藝卡片中不能顯示和編輯二維工程圖的問題。二維工程圖嵌入到三維CAD中的CAPP工藝卡片，編輯和顯示效果如圖5所示。

圖5 開目CAPP中顯示的UG工程圖

本文的技術(shù)方案，除了可支持在本地的工藝卡片中進(jìn)行瀏覽和編輯，也可支持在B/S模式下的IE上瀏覽和編輯。在開目eColPLM平臺(tái)上產(chǎn)品的顯示效果如圖6所示。

3 結(jié)束語

本文提出的三維工程圖在CAPP中顯示、編輯一體化解決方案，充分利用PDF文檔高清實(shí)時(shí)顯示的優(yōu)勢(shì)[5]，通過對(duì)工程圖文件的轉(zhuǎn)換，較好地解決了工程圖在CAPP中的顯示和編輯問題，為工藝人員提供較好的計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)體驗(yàn)。目前該方案已成功應(yīng)用于武漢開目信息技術(shù)股份有限公司的系列軟件中，并在多個(gè)開目用戶中得到了應(yīng)用，用戶的體驗(yàn)效果良好，該方案獲得了用戶的一致認(rèn)可。

圖6 帶有工程圖的工藝卡在IE中的顯示效果圖