基于Pro/E出图系统的优化方法

张 恒,姜 萍,时晓蕾,陶高周,赵建华,董玉德

(1.合肥工业大学 机械工程学院,安徽 合肥 230009;2.阳光电源股份有限公司,安徽 合肥 230088)

0 引 言

Pro/E是CAD/CAM/CAE一体化的三维软件,以参数化著称,是参数化技术最早的应用者,并且采用单一数据库的方式解决了特征的相关性问题[1-2]．Pro/E可以直接从实体模型转化成工程图,然而提供的平面绘图功能较少．平面绘图仍在一定领域,一定情况下有使用需求,比如企业常用工程图进行产品检查,利用Pro/E直接生成工序图等[3-4]．Pro/E拥有强大的生成工程图能力,但是其创建的工程图大部分不符合我国的工程制图标准．Pro/Toolkit是为Pro/E提供的开发工具包,通过其提供的库函数可绘制各种曲线,弥补Pro/E自身绘图短板[5]．

文献[6-9]通过设置符合国家标准的 Pro/E 工程图配置文件,定制模板文件,编写接口程序调用模板实现可视化设计、快速出工程图;文献[10]利用Pro/E软件提供的二次开发程序包Pro/Toolkit实现了工程图的参数化标准图框模板的开发;文献[11-13]针对当前Pro/ENGINEER软件在使用过程中所面临的工程图二维标注功能比较弱且不符合国家标准的情况,提出了对产品进行二次开发,完善其二维标注的能力,使用户在使用过程中能迅速快捷准确地完成工程图的标注．

文中提供的出图系统是基于Pro/Toolkit开发的工程图辅助程序,其强大的功能在于为用户提供符合生产需要的快速便捷的绘图方法．用户先按照自己的视图布局完成工程图的绘制,然后运用自适应图框的生成方法,为零件视图添加图框、标题栏、明细表,该方法使工程图的绘制更加高效、快速、准确．

1 快速出图系统开发准备

为了提高生成工程图效率,保障出图前后环境参数的统一性,需提前对整体系统以及不同模块下的环境进行设置．根据用户对工程图的不同需求,如字体格式和大小等,通过更改配置文件以确保数据的正确性,减少出图系统的错误量．

1.1 配置文件

为了满足快速出图的目的,文中需提前设置系统配置文件．系统配置文件config.pro用于配置整体环境的选项,包括零件模块、组件模块和工程图模块等选项设置[7]．其他配置文件，如模型树配置文件、窗口配置文件、打印配置文件等，都要在config.pro中指定才起作用．通过配置文件设置所需的选项值,如表1所示(仅列出有限项)．配置文件中的选项说明与设置方法在文献[5-6]均有详细说明,此处不再过多阐述．

表 1 config.pro列表Table 1 List of config.pro

1.2 定制模型模板

出图系统定制模板主要包括实体模板与工程图模板．实体模板是一个包含标准要素的实体模型,定制目的是预设标准实体模板,避免实体参数的重复输入,是其与工程图中标题和明细表信息相关联,以及与产品数据管理、企业资源管理计划等技术实现数据共享[6]．在使用Pro/E制作零部件时,使用实体模板来建立模型,可以省略掉一些重复性的工作,一个完善的对象模板是规范化设计的基础,不仅能提高工作效率,还能给后续的工程图带来极大地方便．Pro/E自带的工程图模板不符合国内企业的标准,影响了工程图出图效率,以及对工程图的批量转换产生了巨大影响,因此制定出符合企业标准的工程图模板尤为重要．该出图系统的工程图模板包括定制符合企业标准的工程图标题栏、明细表以及绘图格式．工程图图框放弃了传统的定制模板的方法,采用自适应图框的生成算法完成绘制．用户使用实体模板与工程图模板可使得模型前后参数、格式等保证高度统一．配置文件与模板加快了出图系统的效率,它们之间的关系如图1所示．

图 1 配置文件与模板关系图Fig.1 Configuration file against template

2 定制标题栏与明细表

2.1 标题栏

在工程制图中,标题栏是为了方便读图及查询相关信息,包括制图审图、零件材料等图名信息．标题栏的样式必须符合国家标准,常采取制定模板的方法,文献[6-7,10]均有详细的描述．标题栏中的参数与实体模板中的参数一致,通过系统的参数界面统一控制．

表格在图框中所放置的位置是指其左上角点的坐标,由于图框采取自适应的方法生成,标题栏可根据表格左上角点的坐标将其插入到新生成的图框中．

图 2 参数控制界面Fig.2 Parameter control interface

2.2 明细表

明细表由组成装配体的零件清单以及材料清单组成．零件信息可通过模型树获取零件名称以及数量,材料信息可通过参数表获得．明细表的绘制可通过调用定制好的模板解决问题,表格中的参数与插入位置通过以下步骤实现:

(1) 可通过Pro/Toolkit提供的API函数实现对组件中零件数的访问,获得零件的名称以及零件数量．通过循环遍历零件参数列表,获得材料、质量等信息,并将获取的信息写入明细表中参数信息对应位置．Pro/E提供了在明细表中建立重复区域的功能,使得明细会根据组件的不同自动更新．

(2) 获取明细表表格的左上角坐标与整体视图的右下角坐标,通过比较两坐标的值,判断视图与明细表是否发生干涉,如若发生干涉,获取干涉区域纵坐标差距,因为明细表每行宽度为7,由纵坐标差距可知视图与明细表发生多少行干涉．将原明细表删除重新绘制,当临近干涉区域时将表格的绘制区域转入明细表的左侧,继续绘制余下的表格内容．

3 工程图图框的二次开发

3.1 自适应图框的算法流程

文献[6-7,10]中,图框的生成方法均为制定参数化图框模板．采取该方法生成工程图时,用户需提前调用好一定大小的图框模板,模型的视图一定要限制在图框中．当零件结构复杂,工程图信息需要多张视图进行补充说明时,图框内的视图布局将会变得拥挤．本文采取生成自适应图框的方法解决该问题．

A4～A0图纸的长宽比均为1.414,因此自适应图框采取A4或A3图纸的长宽等比例缩放的方法可达到长宽比为1.414．同时用户进入工程图环境前需选择图幅放置方向．用户可选择“制定模板”为“空”,方向为“可变”的选项进入工程图,然后比较零件整体视图轮廓的长宽比,若大于1,选择A3图纸长宽等比例缩放,且横向放置图框,若小于1,选择A4图纸的长宽等比例缩放,且纵向放置图框．输入无图框的视图，输出有图框的视图，以下给出A3图纸的长宽等比例缩放时,图框的生成算法:

(1) 首先获得零件所有的视图,并且得到每个视图的外形轮廓,通过外形轮廓获得其左下角点的坐标Ai(xi,yi)和右上角点的坐标Bi(ai,bi);

(2) 通过点集{A1,A2，…，Ai，…，An}可获得整个工程图的轮廓的左下角的点A(x,y),通过点集{B1,B2，…，Bi，…，Bn}可获得整个工程图的轮廓的右下角的点B(a,b)，有

(1)

(2)

(3) 由上述数据得整体视图的长l=a-b,宽h=b-y,假设视图中心点O1(m,n,0),得

(3)

(4) 由国内图纸标准可知,A3图纸长420 mm,宽297 mm,则A3图纸长宽相对整体视图的比例S1=297/l,S2=297/l,取其中较小值S=min(S1,S2);

(5) 有上述比例及视图长宽确定图幅的长L，宽H为

L=420/S+l+240/S,

(4)

H=L/1.414,

(5)

确定图纸最终比例为

S=L/420；

(6)

(6) 图幅的长宽确定以后可重新生成图幅,图幅中心O2(L/2,H/2,0).当前图幅中心与视图中心不重合,应将视图整体移动至中心重合,确定移动矢量V=(xv,yv,0),令

xv=H/2-m.

(7)

标题栏在图框的右下角,明细表在标题栏上方,而且技术要求也在图纸的下方,考虑以上3种因素以及视图布局的合理性,整体视图的中心应在图框的中心的偏上处,得

yv=H/2-n+20·S;

(8)

(7) 确定V的大小后,整体视图移动到最终位置,由Pro/Toolkit提供的API函数将图框沿着图幅画出,确定图纸周边的空白余量,画出内部图框;

(8) 视图布局改变时,需要将旧的图框删除,重新添加新的图框．系统可获得视图中所有的线条包括图框,由于零件视图的线条颜色被视为红色,而图框的颜色不是红色,因此可通过线条颜色筛选,删除图框线条,重复上述步骤添加新图框,图框加载流程如图3所示．

图 3 图框生成流程图 图 4 绘制图框的程序流程 Fig.3 The flow chart of frame generation Fig.4 The process of drawing frame program

3.2 图框绘制方法

利用Pro/Toolkit程序绘制图框的直线,其绘制过程可能比较复杂,但是当用户重新生成图框时,只需修改绘制过程中一些适当的参数即可完成任务．图框的绘图项由不同的实体直线组成,其构成元素相对简单,减少了程序员的绘制难度．绘制图框的具体流程如下:

(1) 通过上述自适应图框的算法获得的图框的大小及位置,可计算得图框中每一段线段的长度和起始坐标;

(2) 利用Pro/Toolkit开发工具提供的API函数绘制线实体,其中所需函数及调用过程如图4所示;

(3) 若图框中需要添加固定注释,如版本号、环保要求、日期等,可使用API函数自动完成注释的创建;

(4) 重新生成图框时,先获取草绘环境下所有的实体,循环判断实体是否为红色草绘实体,删除所有非红色红色草绘实体，因为零件的视图在草绘环境下默认为红色草绘实体,故保证零件视图不被删除．

3.3 工程图实例

选一个零件为例,创建符合国标的工程图步骤如下;

(1) 通过配置文件,定制零件选项,并在参数设置对话框中设置零件工程图的参数值;

(2) 使用空格式的模板,进入绘图环境,完成零件三视图及其他补充视图;

(3) 通过程序生成自适应图框,同时调用标题栏和明细表的模板,实现一键制图的快速绘图功能;

(4) 用户可根据其他需求,添加技术要求、尺寸标注等工程图注释,完成的装配图如图5所示．

图 5 工程图实例Fig.5 Example of drawing

图 6 数据管理结构图Fig.6 Data management structure

4 工程图的数据管理

为了有效地管理产品图纸,系统采取附加信息文件的形式进行管理．信息保存有图纸的相关信息,包括图纸模板,参数信息,标题栏和明细表信息等．图纸文件和信息文件共同构成了操作对象,具体的操作关系如图6所示．

鉴于数据库原理中关系模型的强大功能,数据库负责管理材料信息表和产品工艺信息表,通过查询这2张表可获得零件的技术要求和相关信息．系统配置文件统筹管理Pro/E整体的环境配置,包括工程图模块,零件模块和组件模块,保证信息的统一性．用户通过参数设置界面统一赋值相关参数值,包括标题栏和明细表中相关参数值,为工程图模块下一键生成图表奠定基础．为提高图纸标注效率,文中给出通过自定义符号库的方法来解决Pro/E图纸标注短板．根据不同的标注类型选择相应的接口,通过调用符号库中的元素来实现快速图纸标注．数据库、配置文件、参数列表、符号库构成了Pro/E数据管理系统,实现了对数据有效地收集、存储、处理和应用．

5 结 论

(1) 通过配置文件与用户自定义参数界面,实现高效的管理环境参数与模型参数,以及自动写入标题栏与明细表中的信息；当视图布局改变时,本文给出了自适应图框的方式来面对这种复杂多变的情况,使得视图布局合理；

(2) 结合数据库强大的数据管理功能,拓展了出图系统的数据管理模式,实现了对数据有效的收集、存储、处理和应用．该出图系统是对Pro/E的绘图模块进行二次开发而生成的辅助软件,为用户提供了模型设计与快速出图一体化的功能,系统性能稳定,操作界面友好,生成的图纸符合国家标准．

参考文献(References)：

[1] 叶修梓,彭维,唐荣锡.国际CAD产业的发展历史回顾与几点经验教训[J].计算机辅助设计与图形学学报,2003,15(10):1185-1193.

YE X Z,PENG W,TANG R Xi.The history of international CAD industry：A review with analysis[J].Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics,2003,15(10):1185-1193.

[2] 彭维,叶修梓,陈志杨.国际CAD产业格局与新兴的CAD技术公司[J].计算机辅助设计与图形学学报,2003,15(10):1200-1206.

PENG W,YE X Z,CHEN Z Y.Current spectrum of global CAD industry and emerging CAD technology companies[J].Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics,2003,15(10):1200-1206.

[3] 刘文生,胡志刚.基于Pro/E的CAD/CAPP集成系统工序图生成方法[J].武汉工业学院学报,2005,24(4):46-49.

LIU W S,HU Z G.Study on working procedure drawing of CAD/CAPP integration based on Pro/E[J].Journal of Wuhan Polytechnic University,2005,24(4):46-49.

[4] 彭志,徐世新,彭巧玲.基于Pro/E二次开发的CAPP工序图生成系统[J].制造技术与机床,2005(3):21-24.

PENG Z,XU S X,PENG Q L.CAPP process drawing generation system based on the application development of Pro/E[J].Manufacturing Technology & Machine Tools,2005(3):21-24.

[5] 张海军,吴晶华.Pro/Toolkit工程制图功能开发方法[J].制造技术与机床,2008(11):79-81.

ZHANG H J,WU J H.The developing method of drawing with Pro/Toolkit [J].Manufacturing Technology & Machine Tools,2008(11):79-81.

[6] 彭宁涛,闫献国,张华,等.Pro/E模板定制与参数批量导入方法研究[J].机械设计与制造,2013(8):246-248;251.

PENG N T,YAN X G,ZHANG H,et al.Research on template customization and parameters batch import method of the Pro/E[J].Machinery Design & Manufacture,2013(8):246-248;251.

[7] 郝利军,顾海明.基于Pro/E二次开发的工程图快速生成[J].煤矿机械,2011,32(2):238-240.

HAO L J,GU H M.Fast generation of drawing based on Pro/E secondary development[J].Coal Mine Machinery,2011,32(2):238-240.

[8] ZHANG M S,HUA Z P,SHEN C,et al.The parametric modeling of hydraulic turbine based on Pro/E secondary development[J].Applied Mechanics and Materials,2014(577):258-262.

[9] SOLANO L,BRUNET P.Constructive constraint-based model for parametric CAD,systems[J].Computer-Aided Design,1994,26(8):614-621.

[10] 王美聪,陈刚,傅学农,等.Pro/E工程图的参数化标准图框模板开发[J].机械设计与制造,2007(9):171-173.

WANG M C,CHEN G,FU X N,et al.The development of parametric standard template for drawing layout in Pro/E[J].Mechanical Design and Manufacture,2007(9):171-173.

[11] 王思远,贺成柱.基于Pro/Toolkit的Pro/E工程图标注系统的二次开发研究[J].甘肃科技,2016,32(12):18-22.

WANG S Y,HE C Z.Study on two development of Pro/E engineering Pro/Toolkit[J].Gansu Science and Technology,2016,32(12):18-22.

[12] 徐晓滨,沈精虎,林柏.基于Pro/Toolkit的表面结构标注系统二次开发[J].机械,2015,42(2):7-10.

XU X B,SHEN J H,LIN B.Redevelopment of marking surface texture system based on Pro/Toolkit [J].Machine,2015,42(2):7-10.

[13] 陈志敏,梁耀桓,文劲松.Pro/E环境下尺寸公差与配合自动标注软件开发[J].现代制造工程,2012(6):63-67.

CHEN Z M,LIANG Y H,WEN J S.The development of automatic signing note software of dimensional tolerance and dimensional fits in Pro/E[J].Modern Manufacturing Engineering,2012(6):63-67.