基于對象關系模型的工程圖生成技術研究與應用

李 末，郭萬達，蔣春朗，考 輝

（1.大連益利亞工程機械有限公司，遼寧 大連 116021；2.大連理工大學 機械工程學院，遼寧 大連 116023）

0 引言

當前CAD軟件已廣泛應用于設計領域。針對二維工程圖的開發文獻［1－2］中，多以插件形式提供繪制各種標注的按鈕，但實際標注工作仍需通過用戶手動操作完成，并沒有顯著提高出圖質量和效率。本文應用數據庫相關知識組織工程圖繪制所需數據，并結合CAD設計軟件三維模型及二維工程圖創建接口，對二維工程圖的生成方法進行研究，實現工程圖中視圖、標注的自動生成，從而提高制圖效率和制圖質量。

1 數據庫知識

二維工程圖的繪制工作在機械產品設計過程中占比較大，目前大多二維工程圖仍依賴設計人員手動繪制，小部分采用CAD軟件自帶的出圖功能繪制，但仍不能滿足快速高效的出圖需求。由于每個產品都是由眾多零部件組成，且對于同類產品其大部分零部件可互換借用，因此，本文采用對象關系數據模型將繪制二維工程圖所需的視圖、標注等信息數據組織起來并建立數據庫模型，以減少數據冗余，提高數據查詢效率，進而提高二維工程圖繪制速度。

1.1 關系數據模型

關系數據模型是以集合論中的關系概念為基礎發展起來的。如圖1所示，在關系模型中，用二維表結構來表示實體及實體之間的聯系，包括關系名、屬性名、關鍵字、元組等概念。其中，關系名就是表名，屬性名就是表的字段名，關鍵字和數據庫中的關鍵字是一個概念，元組就是記錄。關系中屬性個數稱為元數，元組個數稱為基數，分別對應表列的個數和表中記錄的個數。這些概念都是以集合代數理論為基礎的。關系數據模型具有數據結構簡單清晰、關系規范化、操作方便等優點。

圖1 關系數據模型

面向對象數據模型是一種可擴充的數據模型，用戶可根據需要自己定義新的數據類型及相應的約束和操作［3］，其特點是通過可構造的手段將客觀世界表示出來，可以用有限的構造手段與有限的步驟建立一個客觀世界的模型［4］。

關系模型語義簡單，實現較容易，且數據冗余小，但不適合表達復雜對象。對象數據模型由于直接描述客觀實體，其結構和客觀世界更接近，數據表達能力強，但管理、分析復雜，數據有冗余，不易實現。因此，將兩者相結合，建立對象關系模型則可以綜合兩者的優點，通過用戶自定義的抽象數據類型和操作的擴展使關系模型能夠有效地利用對象技術來表示一些復雜數據［5］。

1.2 工程圖對象關系數據模型

根據工程圖中包含的內容以及對出圖產品結構形式的合理劃分，將工程圖對象關系數據模型按照工程圖繪制所需內容劃分對象，其中每個數據表代表一種需要添加到工程圖中的對象，其包括視圖、尺寸標注、焊接符號、形位公差等數據表。每個數據表中的一條數據則是實際繪制中的一個實例，在每個對象的數據表中針對不同的產品結構形式添加字段，以此來建立產品各種形式下對應的繪制實例關系。

本文以桁架臂標準節（見圖2）為例，針對桁架臂標準節工程圖繪制建立數據庫。其數據庫中包含視圖、尺寸、焊接符號、形位公差、粗糙度、零件序號等數據表。以視圖表為例，將視圖表作為標準節工程圖繪制中的一個重要對象，其中包含繪制視圖所需要的全部信息，如視圖類型、視圖放置位置坐標、視圖繪制參照等信息，即視圖對象的屬性。并且由于桁架臂標準節鉸耳形式不同，可在數據表中添加鉸耳類型字段，以實現在不同鉸耳形式下繪制出與其對應的工程圖，即建立視圖與模型形式關系。視圖表結構形式如圖3所示。其中，視圖類型、參照1ID、參照1名稱、參照2ID、參照2名稱、視圖ID、視圖位置字段即為視圖對象的屬性，通過以上參數即可在工程圖中繪制出一個對應的視圖；視圖所屬部件、文件名稱字段則是用來標記在工程圖繪制時為不同形式模型繪制與其相對應的工程視圖。

圖2 桁架臂標準節

圖3 視圖表結構形式

采用上述對象關系數據模型建立工程圖繪制數據庫，繪制工程圖所需的每個對象都對應一張數據表，每個數據表之間不存在約束關系，其結構簡單，查詢效率高，并且能夠有效地避免數據表之間復雜、冗余的數據關系。因此，不但能夠高效地實現數據增加、刪除和修改，而且避免了因關系復雜造成的數據關系錯誤。

2 工程圖生成技術

Creo Parametric TOOLKIT 是 Creo Parametric系統為開發者提供的一個功能擴充的二次開發工具包［6］，開發人員可以在Creo自動功能的基礎上對其進行二次開發，添加新功能，以滿足用戶的需要。Creo Parametric TOOLKIT不僅提供了全面方便的三維模型操作接口，同時也提供了多種對二維工程圖進行操作的接口，以供用戶對工程圖繪制進行開發。

2.1 視圖生成

工程圖包含主視圖、側視圖、俯視圖、詳細視圖、剖面圖等視圖。在Creo中應用其API提供的ProDrawingGeneralviewCreate（）函數，通過設置其中“orientation”矩陣參數，可實現主視圖、側視圖、俯視圖等方向視圖的創建。首先，需在工程圖文件中通過ProDrawingSheetCreate（）函數創建一個工程圖頁，并設置該新建頁為當前頁；其次，通過ProMdlRetrieve（）函數將要創建工程圖的三維模型加載到內存中；再次，將加載的三維模型添加到工程圖文件中；最后，使用ProDrawingGeneralviewCreate（）函數即可在工程圖中創建一個視圖。

對于輔助視圖，由于其通常是依賴于已有的標準視圖進行創建的，因此，其創建過程需要選擇參照特征、繪制樣條曲線等操作。下面以詳細視圖的創建為例進行說明：首先，需要在參照所屬模型下通過ProSelectionAlloc（）等函數選中參照點；其次，以參照點為基準使用ProSplinedataInit（）繪制詳細視圖包絡框樣條曲線；最后，使用ProDrawingViewDetailCreate（）函數創建詳細視圖。

2.2 尺寸標注生成

尺寸標注是工程圖繪制的重要組成部分，并且尺寸標注在工程圖繪制工作中所占比重也較大，因此對尺寸標注生成的研究非常有必要。在Creo 3.0中可通過其提供的ProDrawingDimCreate（）函數實現尺寸標注。首先，在模型中選中要標注尺寸的參照特征，通過ProSelectionViewSet（）函數設置該參照特征所屬的視圖；其次，設置尺寸標注的類型如線性、半徑、直徑等；然后，通過獲取視圖邊界及參照特征在視圖中的位置坐標，計算尺寸標注中文字的放置位置；最后，使用ProDrawingDimCreate（）函數創建尺寸標注。

2.3 其他標注生成

其他標注在工程圖繪制中用來說明加工、配合等信息。以焊接符號為例說明標注方法，由于Creo中沒有提供單獨的標注焊接符號的功能，因此需要采用添加自定義符號的方式在工程圖中繪制焊接符號。要在工程圖中添加符合國標的焊接符號，需要事先根據要求繪制出對應的符號文件，然后通過Creo提供的API函數在工程圖中添加焊接符號標注，其標注過程如圖4所示。首先，根據符號文件的名稱在符號庫中檢索符號，并將其加載到內存中；其次，對符號的放置類型、引線參照等相關屬性進行設置；再次，修改符號中可變文本的相應內容；最后，調用ProDtlsyminstCreate（）函數添加焊接符號到工程圖中。

3 工程圖生成應用

以桁架臂標準節為例說明工程圖生成方法。根據桁架臂標準節零部件形式關系，應用對象關系模型建立桁架臂標準節工程圖數據庫。數據庫中包含視圖表、尺寸表、形位公差表、焊接符號表、粗糙度表、基準表等，每個表中包含繪制該元素所需的全部參數信息。用戶通過程序可選擇并輸入桁架臂標準節的部件類型和相關參數；根據用戶選擇形式及參數的不同，應用程序查詢獲取數據庫中每個對象所對應的數據信息；再根據對象的不同，通過程序調用相應的繪制方法來實現桁架臂標準節工程圖的繪制。繪制的桁架臂標準節主結構圖如圖5所示。

圖4 焊接符號標注流程

4 結論

本文基于數據庫對象關系模型相關知識，研究開發了一種二維工程圖生成方法，并應用于桁架臂標準節設計過程中，有效地縮短了設計制圖時間，顯著提高了繪圖質量，減少了設計人員大量重復勞動，在降低了產品設計成本的同時，提高了產品設計速度。

圖5 桁架臂標準節主結構圖