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機(jī)械工程圖圖形檢索技術(shù)研究

發(fā)布日期： 2014-12-23 發(fā)布：  

  2015年1期目錄       本期共收錄文章20篇

　　摘要 ：當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中被廣泛使用，盡管設(shè)計(jì)圖紙的生成和保存方式都發(fā)生了顯著的變化，但工程圖的檢索問題仍然沒有被很好地解決。在基于內(nèi)容的視覺信息檢索技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究中取得的研究成果為解決這個(gè)問題提供了有益的借鑒，使得快速查找所需的設(shè)計(jì)圖紙成為可能。
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　　關(guān)鍵詞 ：機(jī)械工程圖  圖形檢索  圖形分解
　　前言
　　著生產(chǎn)的進(jìn)行，工程圖數(shù)量越來越多，如果仍然采用傳統(tǒng)的分類存放、人工翻閱的方式在大量己有一工程圖資料中查尋所需的圖紙，要全面、快速地找到結(jié)果變得越來越困難。近幾十年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在制造業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品一般都有了以矢量形式存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)CAD工程圖。
　　1.計(jì)算機(jī)工程圖檢索技術(shù)的分類
　　自從在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域使用計(jì)算機(jī)技術(shù)以來，如何才能有效地管理大量的計(jì)算機(jī)工程圖文件，一直是研究人員關(guān)注的一個(gè)問題，隨著人們對(duì)視覺信息理解的深入以及圖像檢索技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)工程圖檢索技術(shù)經(jīng)歷了基于文本信息檢索、基于成組技術(shù)的檢索以及基于圖形內(nèi)容的檢索三個(gè)發(fā)展階段。
　　1.1  基于文本信息的工程圖檢索
　　基于文本信息的圖紙檢索系統(tǒng)通過文本數(shù)據(jù)庫(kù)來組織工程圖紙文件，使用諸如產(chǎn)品類型、設(shè)一計(jì)人員名稱、設(shè)計(jì)日期和簡(jiǎn)短的文字說明等這些關(guān)鍵字和附加信息對(duì)圖紙進(jìn)行分類存儲(chǔ)和管理，這樣一來，對(duì)圖紙的檢索就可以通過對(duì)文本數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索實(shí)現(xiàn)，上述的關(guān)鍵字可以從標(biāo)題欄和明細(xì)欄中提取相應(yīng)的文本信息得到，這需要人工查詢相關(guān)字段，輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中，也可以在預(yù)先知道標(biāo)題欄和明細(xì)表在圖紙上的具體位置以及欄中各字段含義的前提下，利用一些接口程序，如AutoDesk公司的AutousP或ObjeetARX等進(jìn)行二次開發(fā)，編寫程序自動(dòng)提取所需的文字信息，完成數(shù)據(jù)庫(kù)的組織。
　　1.2  基于成組技術(shù)的工程圖檢索
　　基于成組技術(shù)的圖紙檢索利用了部件的類別信息，因此對(duì)于某個(gè)零部件圖紙的檢索要求，系統(tǒng)會(huì)首先確定該零部件的類別，然后僅在圖庫(kù)中屬于該類別的圖紙中進(jìn)行檢索，這種實(shí)現(xiàn)方法對(duì)于保存有大量文件，分類詳細(xì)、準(zhǔn)確的圖庫(kù)，能大大提高檢索的速度和準(zhǔn)確性。然而，這種方法雖然考慮到了同類零部件之間在幾何關(guān)系或拓?fù)潢P(guān)系上的聯(lián)系，但其對(duì)這些聯(lián)系的描述是由專業(yè)人員進(jìn)行總結(jié)，再用文字紀(jì)錄，所以其實(shí)質(zhì)仍然是基于文本關(guān)鍵字的一種檢索方式，而零部件的類別信息以及設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)容只用幾個(gè)關(guān)鍵字是很難全面而準(zhǔn)確進(jìn)行描述的，因此這類方法也存在著很多問題，如無法對(duì)圖紙中的多個(gè)部件同時(shí)檢索，保存圖紙時(shí)可能需要大量的人工參與，零部件的名稱和類別信息必須十分準(zhǔn)確等。
　　1.3  基于內(nèi)容的工程圖檢索
　　從上文可看出基于文本的圖紙檢索以及基于成組技術(shù)的圖紙檢索存在諸多弊端，究其原因可知問題的產(chǎn)生與提出這種方法時(shí)人們對(duì)圖形的認(rèn)識(shí)水平以及解決問題的出發(fā)點(diǎn)有很大關(guān)系，因此這些問題是方法本身所固有，僅靠改進(jìn)技術(shù)細(xì)節(jié)難以克服，只有從不同的角度考慮這個(gè)問題才有可能徹底解決出現(xiàn)的難點(diǎn)。
　　2.工程圖中幾何圖形的提取方法
　　基于對(duì)機(jī)械工程圖及機(jī)械CAD圖內(nèi)容和特點(diǎn)的分析，可以知道在工程圖中圖形的輪廓用粗實(shí)線和虛線表示，與此對(duì)應(yīng)，在符合制圖標(biāo)準(zhǔn)的CAD圖中，所有屬于這兩類輪廓線的圖線實(shí)體具有相同的屬性，因此利用程序提取CAD圖中所有的圖形實(shí)體，再逐一判斷它們是否屬于輪廓，就能找到所有輪廓線，然而，這種方法要完整地提取輪廓，要以圖中存在完整的輪廓為前提。
　　工程圖雖然具有實(shí)形性的特點(diǎn)，但是為了充分利用有限的圖幅來表達(dá)大量的工程語義信息，在實(shí)際應(yīng)用中又采用很多其他的規(guī)定表示方法，例如對(duì)機(jī)件局部的剖切視圖，尺寸相同、均勻分布的圖形要素的簡(jiǎn)化畫法，對(duì)稱機(jī)件采用的省略畫法等，這些畫法雖然較完整地描述了機(jī)件的信息，但破壞了圖形輪廓的完整性，給使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取圖形輪廓的帶來了一定的困難。因此在提取輪廓之前，應(yīng)該針對(duì)一些特殊的表達(dá)方法，采取對(duì)應(yīng)的措施盡量恢復(fù)被省略或被打斷的輪廓線來復(fù)原完整的圖形輪廓。
　　經(jīng)輪廓恢復(fù)處理后，圖形中就不存在中斷或者不完整的輪廓線。如果圖形是嚴(yán)格按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行繪制的，則在CAD圖形中同類線型一般具有相同的線寬和顏色，那么組成輪廓的各圖線的屬性是完全一致的，這時(shí)利用程序篩選出具有這類屬性的所有圖線，就可以提取出輪廓的整體圖形。
　　在完成輪廓提取后，需要將輪廓信息保存下來以供后續(xù)處理使用，，由于在以后的處理中主要使用了組成輪廓的各圖線的信息，為了便于處理和檢查，本文設(shè)計(jì)了CAD圖中輪廓線的輸出接口代碼，利用C+十語言的文件輸入、輸出函數(shù)，將組成輪廓的各個(gè)圖線的幾何信息另外記錄到一個(gè)文本文件中。
　　3.機(jī)械工程圖的描述方法
　　機(jī)械工程圖樣的度量性好，而立體感差，實(shí)形性是度量性好的根本基礎(chǔ)。從投影的表達(dá)方式來看，諸多表達(dá)手段正是為實(shí)形性服務(wù)的，例如局部視圖和斜視圖的配合表達(dá)等。實(shí)形性是圖形檢索有效性的基本保證，圖樣的相似是產(chǎn)品相似的表現(xiàn)形式之一，所以相同或相似的幾何圖樣對(duì)應(yīng)的機(jī)件具有一定的相似性。
　　視圖內(nèi)部輪廓線一般是連續(xù)的，圖線之間或者以端點(diǎn)相連，或者圖線的端點(diǎn)落在其它圖線上，當(dāng)一根圖線橫跨另一根圖線時(shí)，這兩根圖線將通過交點(diǎn)分割為四根圖線。而那些和其他圖線沒有連接關(guān)系的圖線一般不屬于輪廓線。連續(xù)性可以用來判斷一條圖線是否屬于邊緣輪廓線。
　　4.檢索數(shù)據(jù)的組織
　　復(fù)雜機(jī)械工程圖中的圖形輪廓最終可以分解為三類幾何圖形的組合形式，這一分解過程一共包括三個(gè)階段，在分解的第一階段和第二階段，復(fù)雜圖形被分解成為一些封閉圖形，這些圖形之間是相互鄰接或相互包容的關(guān)系，封閉圖形間的組合形式反映出了輪廓的整體組成結(jié)構(gòu);在分解的第三個(gè)階段，那些不屬于規(guī)定的幾種簡(jiǎn)單圖形的封閉圖形被進(jìn)一步分解，最終用矩形、圓和三角形這三種簡(jiǎn)單圖形的組合形式來表示它們，分解得到的簡(jiǎn)單圖形的數(shù)目和相互關(guān)系描述了復(fù)雜的封閉圖形。
　　結(jié)語
　　工程圖是制造行業(yè)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中表達(dá)設(shè)計(jì)與制造信息的重要技術(shù)文件，如何有效地從大量己有的工程圖中檢索到類似產(chǎn)品的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)資料，從而為新設(shè)計(jì)提供參考，這是一個(gè)非常實(shí)際的問題。計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，使得工程圖的生成、保存和修改方式都發(fā)生了很大的變化，為了有效利用這些工程圖形文件中的資料，計(jì)算機(jī)工程圖檢索問題的被提了出來。在基于內(nèi)容的視覺信息檢索技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理技術(shù)研究領(lǐng)域的取得的研究成果為處理這個(gè)問題提供了有益的借鑒，使得快速地查找所需的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)資料成為可能。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[l] 干玉，邢淵，阮雪榆.機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)重用策略研究.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2002，38（5）：145一148
　　[2] 阮雪榆.工程設(shè)計(jì)重用理論及其關(guān)鍵技術(shù)研究（博士學(xué)位論文）.上海交通大學(xué)，2001
　　[3] 丁宇明.工程圖學(xué)學(xué)科內(nèi)涵及分支探討.工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，1998，19（l）：84一89

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