服裝CAD排料系統在寧海閘水工模型地形斷面制作中的應用

邱學峰，胡朝陽，王新強(.四川大學水利水電學院，成都 60065 ；2.福建省水利水電勘測設計研究院，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則圖形，其會隨著河型、灘槽分布特性、模型設計等呈現出不同的形態，地形斷面的繪制和切割多已實現自動化[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雜性與極不規則性。服裝CAD排料系統是用于服裝、內衣、帽、箱包、沙發、帳篷等行業的專業排料軟件，它是對服裝樣片等各種二維不規則圖形在有限大小的布料上進行自動排版，并實現布料利用率最大化[7,8]。本文將“河道地形斷面”作為“服裝樣片”，引入服裝CAD排料系統來實現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，介紹了其實現途徑。

1 寧海閘水工模型試驗簡介

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、景觀”等綜合水利效益的攔河閘，其泄洪消能具有流量大、弗氏數低、泄洪(水)消能率低等特點，需要通過合理的消能布置方式解決水閘不同運行工況下的消能防沖問題，為此開展水工模型試驗研究。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進行制作，并在局部地形變化較大時進行加密控制，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 地形斷面制作系統及工作流程

寧海閘水工模型地形制作系統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部分構成，其主要工作流程如圖2所示。

圖2 地形斷面制作系統流程圖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據的自動提取和斷面圖形的自動繪制，具體步驟[6]：

(1)以實測CAD數據格式的河道地形圖為基礎，利用軟件建立河道地形DEM；

(2)在DEM上布設模型控制斷面及局部地形加密控制斷面，利用軟件實現各斷面地形數據的自動提取，并將其保存為*.dat或*.txt格式文件；

(3)將斷面數據導入AutoCAD，調用基于VB的繪圖程序，實現斷面圖形的自動繪制，并按照模型比尺進行斷面尺寸的換算，換成以mm為單位的斷面數據；

(4)借助AutoCAD圖形編輯功能對各斷面圖形進行分塊剪切、編輯和標注。

2.2 斷面自動排版

2.2.1某服裝排料系統簡介

某服裝CAD系統是用于服裝行業的專用出版、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排料系統界面簡潔而友善，所設計的排料工具功能強大、使用方便，能夠實現全自動、手動排料，并自動計算材料利用率，還可以與裁床、繪圖儀、切割機、打印機等輸出設備連接。

2.2.2斷面排版步驟及結果

(1)將在AutoCAD中自動繪制的斷面數據另存為*.dxf格式文件，并將其導入DGS設計放碼系統，然后點擊“加縫份”命令進行加縫處理(因加工刀具本身有一定的半徑，“加縫份”是為了實現刀具補償，使加工后的零件尺寸與實際相符)；

(2)GMS排料系統僅支持DGS設計放碼系統輸出的專用文件格式，因此需將經過“加縫份”處理的斷面數據文件另存為*.dgs格式文件；

(3)打開GMS排料系統，新建一個寬1 200 mm、長度大于2 400 mm的嘜架[根據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排料，自動排料速度最快但材料利用率較低，定時排料可以自己設定材料利用率和排料時間(本例中材料利用率76%，用時3 min)，對于不滿意的排料結果可以在其排版基礎上進行手動修改，其排版結果如圖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來實現，具體步驟為：①將雕刻用的三合板安裝至雕刻機臺面上并固定；②打開文泰雕刻軟件，導入制作好的斷面排版文件，并進行預處理(原點、坐標軸、刀具型號、抬刀高度、內/外輪廓等參數設置)，預處理是為了生成各種刀具的運動軌跡，然后保存為nc文件。③開啟雕刻機和雕刻機控制軟件，導入雕刻路徑nc文件，調整鉆頭原點、雕刻轉速和行進速度等雕刻參數，自動完成對機械行走及切割裝置的精確控制；④在切割好的斷面板上標記斷面編號、控制點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個控制點高程確定斷面板的安裝高程，依次安裝好所有斷面板并進行平面位置和高程復核，斷面安裝好后即可進行水泥砂漿抹面。

3 結 語

本文結合寧海閘水工模型地形制作，采用服裝排料系統實現了模型地形斷面的自動化排版，排版結果

圖3 服裝排料系統排版結果圖Fig.3 Layout diagram of topographic section board

經雕刻機自動切割便可成型，切割出來的斷面板做好標記之后便可用于安裝。實踐證明，該方法可有效提高斷面板制作效率，具有較好的推廣應用價值。

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

[2] 胡向陽, 張 雨, 張文二, 等. 基于雕刻機的河工模型斷面板加工系統[J]. 長江科學院院報, 2010,27(9):79-82.

[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開發[J]. 長江科學院院報, 2005,22(4):84-86.

[4] 榮曉剛, 許新發. 鄱陽湖實體模型斷面板自動化制作及安裝[J]. 江西水利科技, 2011,37(4):287-290,294.

[5] 周正坤, 雷川華, 付文宣,等. 水工模型地形斷面板自動化制作系統[J].水利水電技術, 2014,45(4):44-46,72.

[6] 裴金林. 物模斷面制作自動化研究[J]. 水道港口, 2009,30(6):419-422.

[7] 鄧海娟. 基于富怡系統的服裝CAD在服裝工業制板中的應用研究[J]. 赤峰學院學報(自然科學版), 2014, 30(10):16-17.

[8] 湯安平. 服裝自動排料系統的研究與設計[D].湖南湘潭：湘潭大學, 2008.