二维装配图零部件序号标注智能布局方法

王福胜， 沈建新

(南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016)

二维装配图零部件序号标注智能布局方法

王福胜， 沈建新

(南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016)

主流CAD软件在由三维模型生成二维工程图时，因没有充分考虑布局等因素，自带的零部件序号自动标注功能无法实现智能有序布局，导致标注结果不符合相关标准。针对该情况，在研究工程图零部件序号标注特点基础上，建立待标注零部件序号子集的数学模型，并利用算法实现子集的规划、均匀排列等功能，进而实现零部件序号标注的智能布局。经过在CATIA平台上的验证，该方法具有较强的自适应性与稳定性，零部件序号的智能标注功能良好。

零部件序号标注；子集规划；均匀排列；智能布局

二维装配工程图中零部件序号标注是表达图纸完整性的重要内容之一，它是连接相关零件图形与明细表信息的桥梁。在CAD系统中当装配图形简单、零件数目少的时候，采用手工交互式在软件界面上绘制指引线并编号，相对容易简单，但是当图形复杂、零部件众多、排列紧密时，手工交互式操作难免出现遗漏、排列不整齐等问题[1]。为了提高图纸的生成质量，实现装配图生成的智能化，研究零部件序号智能生成方法在装配工程图绘制中显得十分重要。

本文采用简化包络矩形进行复杂投影图形区域的判定，通过建立待标注零部件序号子集的数学模型，并利用算法实现子集的划分、均匀排列等功能，进而实现零部件序号标注的智能布局。在CATIA平台上对零部件序号标注效果进行充分地测试分析。提出了一种针对二维装配工程图零部件序号智能标注方法。

1 判定图形区域的简化包络矩形

三维装配模型在二维工程图中的投影形状复杂不规则，而零部件序号标注通常分布于图形外部，并且合理分布在投影图形的四周。因此只需将复杂的投影图形近似看作一个矩形区域即可，本文中的区域判定是以需进行序号标注的投影图形为目标，采用扫描线的方式实现图形的简化包络矩形[2]。

包络矩形通常是指能够包含视图中某个图形块且具有最小面积的矩形[3]。一个投影视图中往往只包含一个形状复杂的装配体图形块。根据投影几何图形的特点，可以构造水平和垂直扫描线，从上到下和从左至右进行扫描来构造图形块的简化包络矩形。方法如下：

(1) 构造水平扫描线。对图形从上到下进行扫描，至遇到第一次与扫描线相交的图形线条为止，记录该图形线条与扫描线交点的Y坐标值Y1，即为该图形块区域的最大Y坐标值。接着继续往下扫描，并同时判断扫描线是否与图形线条相交。若扫描过程中扫描线与线条一直相交，则继续扫描，直到某条扫描线与图形线条无交点为止，记录此时扫描线的Y坐标值Y2，即为该图形块区域的最小Y坐标值。至此完成在Y方向上对投影几何图形块区域的初步判定。

(2) 构造垂直扫描线。对图形从左至右进行扫描，获得一系列垂直扫描线，通过这些垂直扫描线将图形区域在水平方向完成判定；得到该图形块区域的最小X1值和最大X2值。

(3) 简化包络矩形。通过在水平方向和垂直方向的划分，获得投影图形的简化包络矩形。如图1所示。同时，通过计算可以得到简化包络矩形中心点的坐标值，设为(Cx，Cy)。其中：

图1 简化包络矩形

2 零部件序号标注智能布局的实现

2.1 序号标注布局模型

零部件序号标注不能布置于投影几何图形内部，按逆时针或顺时针方向在整个图形外围顺次整齐排列，不得跳号。为使序号布置整齐美观，零部件序号标注应该根据指引线引出点与图形区域的关系分布于图形矩形框的上、下、左、右四个方位。如图2所示。

图2 序号标注布局模型

对于上、下、左、右四个方位的视图零部件序号标注，如果各个方位的零部件序号集都能够合理排列。则此投影图形的零部件序号标注就将实现合理布局。

2.2 零部件序号标注流程

零部件序号自动标注流程如图3所示，关键步骤为子集划分与标注布局。

图3 零部件序号自动标注算法流程

(1) 子集划分用以分析标注指引线坐标与关联零件对象等数据及其关系，为零部件序号标注优化及布局做准备。

(2) 标注布局通过文本定位与排布，使工程图中所有零部件序号排列整齐、分布合理，达到序号信息清晰可读，图面美观。

2.3 零部件序号标注子集划分

对于工程图中的某个视图，可以通过遍历的方法得到其上的所有零部件序号的指引线标注点[4]。记B = {b1, b2, b3,… ,bn}为此视图上所有零部件序号指引线标注点的集合，其中bi表示某一序号的指引线标注点。由于本文讨论零部件序号标注位置，所以此集合又可标记为B={Bx，By}，其中Bx表示指引线标注点 X坐标集，By表示指引线标注点 Y坐标集。

对于Bx与By中的任意尺寸标注Bxi与Byi，可以通过查询得到其引出点的坐标值。如果Bi的引出点的坐标Y值Byi大于Cy，即Byi>Cy，则Bi标注在视图的上方比较合理，反之，则应标注在视图的下方，如果相等，则上方或下方均可；同理，如果Bii的两个引出点的坐标X值Bxi大于Cx，即Bxi>Cx，则 Dii标注在视图的右侧比较合理，反之，则应该标注在视图的左侧,如果相等，则左右两侧均可。通过此方式，即可将视图中的零部件序号标注划分为四个子集，即A1，A2，A3，A4。如图4所示。

图4 标注子集划分

序号标注子集划分完成之后，序号标注的自动布局问题就转化成了零部件序号文本排列的自动布局问题。

2.4 零部件序号标注智能布局

零部件序号标注需要分布在投影几何图形的四周且不能与图形有干涉，因而所有序号标注应分布在包络矩形之外[5]。为实现序号标注的分布均匀、布局美观，需要将位于四个子集区域的元素进行划分：一部分标注位于上下部，一部分位于左右区域。关键步骤如下：

步骤 1. 序号文本标注位置。在包络矩形外构造矩形线框，使序号文本位于此线框之上。如图5所示。

图5 序号文本位置线框

步骤2. 基于X方向划分。将某一子集区域的元素按照X方向距离包络矩形中心距离远近划分为两部分，和其中nB为距离近的元素集合，fB为距离较远的元素集合，m为元素个数。

步骤 3. 序号文本均匀分布。记录各文本线框上序号个数，将其均匀排列，将nB中的元素按照X坐标从小到大排列，fB中的元素按照 Y坐标从小到大排列。

步骤 4. 指引线相交判断。由于指引线标注点的随机性，这些指引线可能存在相交情况。为保证指引线不相交，需要进行相交判断。概括地说：其算法就是把第i条指引线与第1条、第2条与直到第i–1条线段进行判断，判断两者是否有交点，如有交点，则终点互换；再从头开始，把第i条线与第1、第2、…、第i–1条线段进行判断，看是否有交点。如此反复直至与其i–1条线段无交点；再看i–1条线段，同样进行上述比较，直至与前i条线段均无交点；以此类推至第N条线段与其余N–1条线段均无交点，以实现指引线不相交。

步骤 5. 填写零件序号。装配图中所有的零、部件应编号；同一装配图中相同的零、部件用一个序号，一般只标注一次；装配图中序号应按顺时针或逆时针方向顺次整齐排列[6]。

3 应用实例

本文所述的零部件序号标注智能布局方法已经通过CAA二次开发在CATIA平台上得以实现[7]，并取得了令人满意的结果。

图6为CATIA工程图模块自动标注的零部件序号实例，可以看出零部件序号分布比较杂乱，存在交叉重叠等问题，不符合工程制图规范。

图 7为利用该方法完成的零部件序号标注实例。使用均匀排列和智能布局功能，根据序号在视图上的位置和顺序，序号被自动修正，很好地满足制图规范和企业需求。

图6 软件自带零部件序号标注

图7 应用方法标注实例

4 结 束 语

本文根据二维装配工程图中零部件序号标注的特点，对其进行了零部件序号标注的区域划分和分布排序。以此为基础完成了零部件序号标注的自动布局方法，实现了零部件序号标注的智能布局。该方法已在CATIA上得以实现，达到了预期效果。有效地减轻了设计人员的工作量，提高了工程图的绘图效率。

由于零部件形状的多样性及视图形状的不确定性，本文仅考虑了零部件序号标注的智能布局问题，而对于指引线标注没有提出较好的自动布局算法。相信随着三维CAD 技术的发展，不论是零部件序号的自动标注，还是指引线标注的自动布局，都将会越来越智能化。

[1]徐金娟, 沈精虎. 基于AutoCAD的装配图明细表自动生成系统开发[J]. 青岛大学学报: 工程技术版, 2009, 24(2): 24-28.

[2]李爱平, 张 丰, 刘雪梅. 基于包络矩形的优化排样算法及实现[J]. 计算机工程与应用, 2007, 43(1): 198-200.

[3]李书红, 李西琴, 赵姗姗. 基于 ObjectARX 的AutoCAD图形区域划分算法研究[J]. 工程图学学报, 2006, 27(4): 167-171.

[4]孙 莉, 尹立厚, 周惠友. 指引线和零件序号自动生成技术的研究[J]. 武汉交通科技大学学报, 1999, 23(5): 550-552.

[5]王 涛, 莫 蓉, 万 能. 工程图尺寸标注自动布局算法及实现[J]. 航空计算技术, 2010, 40(2): 73-76.

[6]GB/T4458. 2-2003. 机械制图装配图中零、部件序号及其编排方法[S].

[7]周桂生, 陆文龙. CATIA二次开发技术研究与应用[J].机械设计与制造, 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

王福胜(1988–)，男，山东泰安人，硕士研究生。主要研究方向为数字化设计与制造。E-mail：loveaircraft@163.com