二維裝配圖零部件序號標注智能布局方法

王福勝， 沈建新

(南京航空航天大學機電學院，江蘇 南京 210016)

二維裝配圖零部件序號標注智能布局方法

王福勝， 沈建新

(南京航空航天大學機電學院，江蘇 南京 210016)

主流CAD軟件在由三維模型生成二維工程圖時，因沒有充分考慮布局等因素，自帶的零部件序號自動標注功能無法實現智能有序布局，導致標注結果不符合相關標準。針對該情況，在研究工程圖零部件序號標注特點基礎上，建立待標注零部件序號子集的數學模型，并利用算法實現子集的規劃、均勻排列等功能，進而實現零部件序號標注的智能布局。經過在CATIA平臺上的驗證，該方法具有較強的自適應性與穩定性，零部件序號的智能標注功能良好。

零部件序號標注；子集規劃；均勻排列；智能布局

二維裝配工程圖中零部件序號標注是表達圖紙完整性的重要內容之一，它是連接相關零件圖形與明細表信息的橋梁。在CAD系統中當裝配圖形簡單、零件數目少的時候，采用手工交互式在軟件界面上繪制指引線并編號，相對容易簡單，但是當圖形復雜、零部件眾多、排列緊密時，手工交互式操作難免出現遺漏、排列不整齊等問題[1]。為了提高圖紙的生成質量，實現裝配圖生成的智能化，研究零部件序號智能生成方法在裝配工程圖繪制中顯得十分重要。

本文采用簡化包絡矩形進行復雜投影圖形區域的判定，通過建立待標注零部件序號子集的數學模型，并利用算法實現子集的劃分、均勻排列等功能，進而實現零部件序號標注的智能布局。在CATIA平臺上對零部件序號標注效果進行充分地測試分析。提出了一種針對二維裝配工程圖零部件序號智能標注方法。

1 判定圖形區域的簡化包絡矩形

三維裝配模型在二維工程圖中的投影形狀復雜不規則，而零部件序號標注通常分布于圖形外部，并且合理分布在投影圖形的四周。因此只需將復雜的投影圖形近似看作一個矩形區域即可，本文中的區域判定是以需進行序號標注的投影圖形為目標，采用掃描線的方式實現圖形的簡化包絡矩形[2]。

包絡矩形通常是指能夠包含視圖中某個圖形塊且具有最小面積的矩形[3]。一個投影視圖中往往只包含一個形狀復雜的裝配體圖形塊。根據投影幾何圖形的特點，可以構造水平和垂直掃描線，從上到下和從左至右進行掃描來構造圖形塊的簡化包絡矩形。方法如下：

(1) 構造水平掃描線。對圖形從上到下進行掃描，至遇到第一次與掃描線相交的圖形線條為止，記錄該圖形線條與掃描線交點的Y坐標值Y1，即為該圖形塊區域的最大Y坐標值。接著繼續往下掃描，并同時判斷掃描線是否與圖形線條相交。若掃描過程中掃描線與線條一直相交，則繼續掃描，直到某條掃描線與圖形線條無交點為止，記錄此時掃描線的Y坐標值Y2，即為該圖形塊區域的最小Y坐標值。至此完成在Y方向上對投影幾何圖形塊區域的初步判定。

(2) 構造垂直掃描線。對圖形從左至右進行掃描，獲得一系列垂直掃描線，通過這些垂直掃描線將圖形區域在水平方向完成判定；得到該圖形塊區域的最小X1值和最大X2值。

(3) 簡化包絡矩形。通過在水平方向和垂直方向的劃分，獲得投影圖形的簡化包絡矩形。如圖1所示。同時，通過計算可以得到簡化包絡矩形中心點的坐標值，設為(Cx，Cy)。其中：

圖1 簡化包絡矩形

2 零部件序號標注智能布局的實現

2.1 序號標注布局模型

零部件序號標注不能布置于投影幾何圖形內部，按逆時針或順時針方向在整個圖形外圍順次整齊排列，不得跳號。為使序號布置整齊美觀，零部件序號標注應該根據指引線引出點與圖形區域的關系分布于圖形矩形框的上、下、左、右四個方位。如圖2所示。

圖2 序號標注布局模型

對于上、下、左、右四個方位的視圖零部件序號標注，如果各個方位的零部件序號集都能夠合理排列。則此投影圖形的零部件序號標注就將實現合理布局。

2.2 零部件序號標注流程

零部件序號自動標注流程如圖3所示，關鍵步驟為子集劃分與標注布局。

圖3 零部件序號自動標注算法流程

(1) 子集劃分用以分析標注指引線坐標與關聯零件對象等數據及其關系，為零部件序號標注優化及布局做準備。

(2) 標注布局通過文本定位與排布，使工程圖中所有零部件序號排列整齊、分布合理，達到序號信息清晰可讀，圖面美觀。

2.3 零部件序號標注子集劃分

對于工程圖中的某個視圖，可以通過遍歷的方法得到其上的所有零部件序號的指引線標注點[4]。記B = {b1, b2, b3,… ,bn}為此視圖上所有零部件序號指引線標注點的集合，其中bi表示某一序號的指引線標注點。由于本文討論零部件序號標注位置，所以此集合又可標記為B={Bx，By}，其中Bx表示指引線標注點 X坐標集，By表示指引線標注點 Y坐標集。

對于Bx與By中的任意尺寸標注Bxi與Byi，可以通過查詢得到其引出點的坐標值。如果Bi的引出點的坐標Y值Byi大于Cy，即Byi>Cy，則Bi標注在視圖的上方比較合理，反之，則應標注在視圖的下方，如果相等，則上方或下方均可；同理，如果Bii的兩個引出點的坐標X值Bxi大于Cx，即Bxi>Cx，則 Dii標注在視圖的右側比較合理，反之，則應該標注在視圖的左側,如果相等，則左右兩側均可。通過此方式，即可將視圖中的零部件序號標注劃分為四個子集，即A1，A2，A3，A4。如圖4所示。

圖4 標注子集劃分

序號標注子集劃分完成之后，序號標注的自動布局問題就轉化成了零部件序號文本排列的自動布局問題。

2.4 零部件序號標注智能布局

零部件序號標注需要分布在投影幾何圖形的四周且不能與圖形有干涉，因而所有序號標注應分布在包絡矩形之外[5]。為實現序號標注的分布均勻、布局美觀，需要將位于四個子集區域的元素進行劃分：一部分標注位于上下部，一部分位于左右區域。關鍵步驟如下：

步驟 1. 序號文本標注位置。在包絡矩形外構造矩形線框，使序號文本位于此線框之上。如圖5所示。

圖5 序號文本位置線框

步驟2. 基于X方向劃分。將某一子集區域的元素按照X方向距離包絡矩形中心距離遠近劃分為兩部分，和其中nB為距離近的元素集合，fB為距離較遠的元素集合，m為元素個數。

步驟 3. 序號文本均勻分布。記錄各文本線框上序號個數，將其均勻排列，將nB中的元素按照X坐標從小到大排列，fB中的元素按照 Y坐標從小到大排列。

步驟 4. 指引線相交判斷。由于指引線標注點的隨機性，這些指引線可能存在相交情況。為保證指引線不相交，需要進行相交判斷。概括地說：其算法就是把第i條指引線與第1條、第2條與直到第i–1條線段進行判斷，判斷兩者是否有交點，如有交點，則終點互換；再從頭開始，把第i條線與第1、第2、…、第i–1條線段進行判斷，看是否有交點。如此反復直至與其i–1條線段無交點；再看i–1條線段，同樣進行上述比較，直至與前i條線段均無交點；以此類推至第N條線段與其余N–1條線段均無交點，以實現指引線不相交。

步驟 5. 填寫零件序號。裝配圖中所有的零、部件應編號；同一裝配圖中相同的零、部件用一個序號，一般只標注一次；裝配圖中序號應按順時針或逆時針方向順次整齊排列[6]。

3 應用實例

本文所述的零部件序號標注智能布局方法已經通過CAA二次開發在CATIA平臺上得以實現[7]，并取得了令人滿意的結果。

圖6為CATIA工程圖模塊自動標注的零部件序號實例，可以看出零部件序號分布比較雜亂，存在交叉重疊等問題，不符合工程制圖規范。

圖 7為利用該方法完成的零部件序號標注實例。使用均勻排列和智能布局功能，根據序號在視圖上的位置和順序，序號被自動修正，很好地滿足制圖規范和企業需求。

圖6 軟件自帶零部件序號標注

圖7 應用方法標注實例

4 結 束 語

本文根據二維裝配工程圖中零部件序號標注的特點，對其進行了零部件序號標注的區域劃分和分布排序。以此為基礎完成了零部件序號標注的自動布局方法，實現了零部件序號標注的智能布局。該方法已在CATIA上得以實現，達到了預期效果。有效地減輕了設計人員的工作量，提高了工程圖的繪圖效率。

由于零部件形狀的多樣性及視圖形狀的不確定性，本文僅考慮了零部件序號標注的智能布局問題，而對于指引線標注沒有提出較好的自動布局算法。相信隨著三維CAD 技術的發展，不論是零部件序號的自動標注，還是指引線標注的自動布局，都將會越來越智能化。

[1]徐金娟, 沈精虎. 基于AutoCAD的裝配圖明細表自動生成系統開發[J]. 青島大學學報: 工程技術版, 2009, 24(2): 24-28.

[2]李愛平, 張 豐, 劉雪梅. 基于包絡矩形的優化排樣算法及實現[J]. 計算機工程與應用, 2007, 43(1): 198-200.

[3]李書紅, 李西琴, 趙姍姍. 基于 ObjectARX 的AutoCAD圖形區域劃分算法研究[J]. 工程圖學學報, 2006, 27(4): 167-171.

[4]孫 莉, 尹立厚, 周惠友. 指引線和零件序號自動生成技術的研究[J]. 武漢交通科技大學學報, 1999, 23(5): 550-552.

[5]王 濤, 莫 蓉, 萬 能. 工程圖尺寸標注自動布局算法及實現[J]. 航空計算技術, 2010, 40(2): 73-76.

[6]GB/T4458. 2-2003. 機械制圖裝配圖中零、部件序號及其編排方法[S].

[7]周桂生, 陸文龍. CATIA二次開發技術研究與應用[J].機械設計與制造, 2010, (1): 81-83.

An Intelligent Layout Method of Labeling Parts Number in 2D Assemble Drawing

Wang Fusheng, Shen Jianxin
(College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics &Astronautics, Nanjing Jiangsu 210016, China)

The main CAD software in generating 2D engineering drawing from 3D model did not fully consider the layout and other factors, and the function of automatic annotation the numbers of parts could not be intelligent and well-organizd. As a results, the annotation of parts did not meet the standards. In view of this situation, the mathematic model of parts number subset is established, and the subset partition, homogeneous alignment and other functions are achieved by using of an algorithm based on the characteristic of engineering drawing of labeling parts number. The parts number intelligent layout is realized. Based on the experiments in the platform of CATIA, the method has stronger adaptability and stability, and the intelligent annotation of parts number run well.

parts number labeling; subset partition; homogeneous alignment; intelligent layout

TP 391.72

A

2095-302X(2015)01-0139-04

2014-06-05；定稿日期：2014-07-25

王福勝(1988–)，男，山東泰安人，碩士研究生。主要研究方向為數字化設計與制造。E-mail：loveaircraft@163.com