（机械制造及其自动化专业论文）板式家具cad自动绘图算法及图形标准化研究.pdf

中文摘要 摘要 板式家具美观大方、拆装方便，一直倍受消费者的青昧。但国内家具企业对板 式家具零件图和装配图的绘制大都采用传统的手工绘制方式，绘制的效率和准确 度都较低。部分企业采用了通用的计算机绘图软件( 例如a u t o c a d ) 进行绘制，虽 然绘图效率有所提高，但不能由家具的三维模型自动生成它的零件图和装配图， 所以设计效率仍然不高。国外家具c a d 软件虽然能实现板式家具零件图的自动绘 制，但自动生成的零件图不符合我国家具制图标准和表达方式，因而也不能适应 我国家具企业的实际需要。同时我国家具c a d 制图的标准化程度很低，部分标注 符号随意性很大，极不规范。而目前国内外的c a d 标准化组织对家具c a d 制图尚 未建立相应的制图标准。综上所述，开展对板式家具零件图和装配图的自动绘制 算法和家具c a d 制图标准化的研究具有重要意义。 本文研究的主要内容如下： 1 对目前我国家具企业生产实际中工程图的绘制现状、板式家具零件图和装 配图自动绘制算法的研究现状和家具c a d 制图标准化问题进行了分析和综述。 2 分析了我国现行的家具制图标准，并根据计算机绘图的特点，同时参考了 我国已实施的c a d 制图规范，提出了一个家具c a d 制图标准的建议方案。 3 根据3 2 m m 系列板式家具的结构特点，提出了一套板式家具零件图和装配 图自动化绘制的算法和程序框图，并开发了相应的软件模块，实现了板式家具零 件图和装配图的自动绘制。 关键词：c a d ，家具设计，自动绘图，标准化 重庆大学硕士论文 a b s t r a c t p l a n kf u r n i t u r eh a sb e e np o p u l a ra m o n gc o n s u m e r sb e c a u s eo fi t sg o o d _ i o o k i n g f i g u r ea n db e i n ga s s e m b l e da n dd i s a s s e m b l e dv e r ye a s i l y b u tm o s to fo u ed o m e s t i c f u r n i t u r ee n t e r p r i s e su s et r a d i t i o n a lm a n n e ro fm a n u a ld r a w i n gi nt h ep a r ta n da s s e m b l y d r a w i n g s u c haw a yi si n e f f i c i e n ta n dn o te n o u g ha c c u r a t e e v e nt h o u g hs o m eo ft h e f u r n i t u r ee n t e r p r i s e sa p p l yc o m m e r i c a lc a ds o f t w a r e ( s u c ha sa u t o c a d ) w h i c hc a n i m p r o v e t h e e f f i c i e n c y t oac e r t a i n l e v e l ，t h e s es o l , w a r e sc a n t ，t h r o u g ht h e t h r e e _ d i m e n s i o nm o d e l & p l a n kf u r n i t u r e ，r e a l i z ea u t o m a t i c a l l yd r a w i n gt h ec o r r e s p o n d i n g p a r ta n da s s e m b l yd r a w i n g ，s os u c he f f i c i e n c ya n da c c u r a c yi ss t i l ll i m i t e d s o m ef o r e i g n f u r n i t u r ec a ds o t t w a r e sc a na u t o m a t i c a l l yd r a wt h ep a r td r a w i n go fp l a n kf u r n i t u r e h o w e v e r , t h ep a r td r a w i n ga u t o m a t i c a l l yd r a w nd o e s n ta c c o r dw i t ht h en a t i o n a ld r a w i n g s t a n d a r do ff u r n i t u r ea n de x p r e s s i o ns t y l eo ff u r n i t u r ee n g i n e e r i n gd r a w i n g ，s oi tc a nn o t r e a c ht h ea c t u a ln e e do fo u rd o m e s t i cf u r n i t u r e e n t e r p r i s e s a tt h es a m et i m e ，t h e s t a n d a r d i z a t i o no ff u r n i t u r ec a dd r a w i n gi sl o wi no u rc o u n t r y s o m el a b e l i n gs y m b o l s a r ev e r yr a n d o ma n dt h e r ei sn oc o r r e s p o n d i n gs t a n d a r d ，w h i l et h en a t i o n a l & g l o b a lc a d s t a n d a r d i z a t i o no r g a n a t i o nh a v e n te s t a b l i s nt h ef u r n i t u r ec a dd r a w i n gs t a n d a r db yf a r i n aw o r d ，t h e r ei ss i g n i f i c a n tm e a n i n gt h a tw em a k er e s e a r c ha b o u tt h ea l g o r i t h m so f a u t o m a t i c a l l yd r a w i n gt h ep a r ta n da s s e m b l yd r a w i n go fp l a n kf u r n i t u r e a n dt h e s t a n d a r d i z a t i o no f f u r n i t u r ec a dd r a w i n g t h em a i nc o n t e n t so f t h i sp a p e ra r et h ef o l l o w i n g ： 1 t h ea c t u a lc o n d i t i o na b o u td r a w i n gt h ef u r n i t u r ee n g i n e e r i n gd r a w i n gi nd o m e s t i c f u r n i t u r ee n t e r p r i s e s 、t h er e s e a r c ha c t u a l i t yo ft h ea l g o r i t h m so fa u t o m a t i c a l l y d r a w i n gt h ep a r ta n da s s e m b l yd r a w i n go fp l a n kf u r n i t u r ea n dc o r r e s p o n d i n gc a d s o t t w a r e sa n dt h es t a n d a r d i z a t i o no f f u r n i t u r ec a d d r a w i n g f i r ea n a l y z e di nd e t a i l 2 t h er e c e n tf u r n i t u r ed r a w i n gs t a n d a r di sa n a l y z e d ，a n da c c o r d i n ga st h ec h a r a c t e r i s t i c o f c o m p u t e r _ a i d e dd r a w i n ga n ds o m ec a dd r a w i n gs t a n d a r d sw h i c ha r ee x e c u t e di n o u rc o u n t r y ，ap r o p e r s i t i o n a ls c h e m ea b o u tt h es t a n d a r do f f u r n i t u r ec a d d r a w i n g i s p u tf o r w a r d 3 a c c o r d i n gt ot h ef l a m ec h a r a c t e r i s t i co f3 2 r a mp l a n kf u r n i t u r e ，as e to ft h ea l g o r i t h m s o fa u t o m a t i c a l l yd r a w i n gt h e p a r ta n da s s e m b l yd r a w i n go fp l a n kf u r n i t u r ea n d p r o g r a m m ef l o w sa r ep u tf o r w a r d ，a n dt h ec o r r e s p o n d i n gs o f t w a r em o d e la r ee x p l o r e d t h es o f t w a r em o d e lr e a l i z e sa u t o m a t i c a l l yd r a w i n gt h ep a r ta n da s s e m b l yd r a w i n go f p l a n kf u r n i t u r e k e y w o r d s ：c a d ，f u r n i t u r ed e s i g n ，a u t o m a t i cd r a w i n g ，s t a n d a r d i z a t i o n l i 1 绪论 1 绪论 近年来，我国家具产业发展速度很快。“九五”期间，几乎每年都以10 一l 2 的速度递增。“九五”初期，家具行业总产值600 多亿元，“九五”末期已近 1 0 00 亿元。以我国目前经济增长速度，“十五”期间，家具产业总产值可望逼近 2ooo 亿元，市场前景较为乐观的。目前我国国内生产的大部分家县还都属于中纤 板和刨花板为基材的板式家具，以实木为基材的家具市场占有量还较少。另据中国家 具工业信息中心资料表明：全世界木家具中，板式家具的占有量已高达8 0 。2 0 0 0 年 我国家具总产量约为1 1 7 0 亿元人民币。即使保守估计，其中板式家具也要占6 到7 成。 1 - 4 与此同时，我国加入wto 以后，国内的家具制造商们无疑将面对外国同行强有 力的挑战，参与国际国内家具市场的激烈竞争。如何在竞争中获胜是目前我们所面临 的问题。 1 1 课题的提出 家具的种类很多，按原料来源分，凡主体是木质的通称木家具；凡主体是金属的 通称金属家具，包括铝台金家具等；凡塑料制成的通称塑料家具，竹藤制成的通称竹 藤家具；若按用途分，一般分民用家具、宾馆、饭店家具、办公家具等。若按用料细 分，可分为：实木( 全木) 家具、板式家具( 人造板家具) 、弯曲木家具、聚氨酯发泡 家具、玻璃钢家具和金属家具。【5 矧 所谓“板式家具”是指家具的主体部件全部经表面装饰的人造板材如胶合板、刨 花板、细木工板、中密度纤维板等制成的，通过各种连接件组装而成的一种新型家具 7 1 。 板式家具在市场上所占份额较大，究其原因有两方面： 一消费者方面口9 1 家具消费呈现个i 生化、时装化的趋势，而板式家具的款式新颖，新潮设计迭出， 迎合了大众的口味；色彩宜人，浓妆淡抹，纹理逼真，符合现代人的品位和需求；组 合随意，一套家具可以有多种组合摆法，并可进行灵活多变的搭配，具有质量可靠， 易于搬动等优点，使家居环境深浅搭配，和谐有致，为人们的生活增添了许多情趣： 家具种类繁多，价格范围广，各类消费群体都能找到适合自己价位的家具，易于被消 重庆大学硕士学位论文 费者接受。 二生产者方面 1 0 】 板式家具改变了传统的复杂的框式榫眼的家具结构，采用简单的结构形式，便于 现代化流水线生产，以机器封边。近几年我国家具行业引进的板式家具流水线就多达 2 0 0 多条。其次，板式家具拆装方便，可在用户家中组装即可。最后，板式家具所用 的材料繁多。以前，实木是最常见的制作家具的材料，而现在，由于我国木材资源短 缺，各类人造板材，塑料、玻璃、纺织物、海绵、皮革、金属等等被大量应用在板式 家具上。这样有利于节约木材，尤其是珍贵木材，而其外观上毫不逊色于实木家具， 所以板式家具是当今家具市场的主流。 正是由于板式家具具有广阔的市场前景，所以作为有着“中国家具之王”称号的 光明集团家具股份有限公司引进的自动化、半自动化木工机械设备多达1 2 0 0 台( 套) ， 以为其生产主导产品之一的光明牌板式家具，但与先进的加工设备相比，其板式家具 零件图和装配图的绘制，虽然采用了通用c a d 软件，但绘制效率仍然严重滞后，准确 度也有限，图纸的标准化程度很低。公司为了缩短t i m et om a r k e t 的时间，提高板 式家具零件图和装配图的绘制效率和准确度，决定和重庆大学c a d c a m 应用工程研究 所一起解决这一问题，实现板式家具零件图和装配图的自动绘制以满足生产需要，同 时对家具c a d 制图的标准化作一定的研究工作，以对我国家具行业的c a d 标准化工作 起到一定的促进作用。 1 2 课题的学术及实用意义 本课题的研究在学术方面有四大意义： 一对板式家具零件图和装配图的自动绘制的研究必将涉及对自动绘制的算法的 研究。张能满足生产需要的零件图和装配图上，包括了许许多多的信息，其中最重 要的是产品的加工信息，象板块的长度、宽度和厚度，孔的位置尺寸和形状尺寸，槽 的位置尺寸、长度、宽度和深度等等，图纸上孔的大小不一，位置变化多样，尺寸的 标注更是纷繁复杂，而这些都要在自动绘制的算法中全自动的实现，其难度可想而知。 所以，对板式家具零件图和装配图的自动绘制的研究具有较高的学术价值。 二我国其他行业的零件图和装配图的绘制不能只停留在用通用绘制软件进行绘 图的阶段上，也应考虑自动化绘制。而目前，我国在应用c a d 技术方面，对利用绘图 软件进行绘图强调得很多，而对自动化绘制的研究，特别是对零件图和装配图的自动 化绘制的研究却相对较少，所以板式家具零件图和装配图的自动花绘制的研究必将在 算法和实现手段上对其他行业的零件图和装配图的自动化绘制研究有一定的参考作 1 绪论 用，从而在整体上推动我国零件图和装配图的自动化绘制的学术进步。 三对利用c a d 技术进行板式家具零件图和装配图的标准化绘制的研究将对我国 的家具行业c a d 标准化研究工作起到积极的意义，为我国早日颁布家具c a d 的制图标 准起到积极的推动作用。我国现行家具制图标准是q b1 3 3 8 1 9 9 l 家具制图标准，它 是针对手工制图而言，而目前尚未颁布家具c a d 的制图标准，所以加强对板式家具零 件图和装配图的标准化绘制的研究无疑将对家具c a d 的制图标准的产生起到积极的促 进作用。 四对板式家具零件图和装配图的标准化绘制的研究同时也对整个c a d 的标准化 理论体系的研究有积极的促进作用。我国在“八五”科技公关项目“c a d 通用技术规 范”中建立了c a d 标准化理论体系，该体系由若干子体系组成，该理论体系说明了c a d 标准化工作要研究的问题，指明了我国c a d 标准化的研究方向，其中在“c a d 制图标 准体系”这一子体系中，只涉及机械、建筑、汽车、飞机、印刷板等十个行业的c a d 制图标准，而未涉及家具c a d 制图标准，并且其中工程制图规则、机械制图用计算机 信息交换制图规则、房屋建筑c a d 制图统一规则和电气制图的一般规则仍在制定中。 所以板式家具零件图和装配图的标准化绘制的研究将对整个c a d 的标准化理论体系的 研究起到积极的推动作用。 本课题的研究除了具有较高的学术价值外，同时具有很强的实用价值，其具体体 现在如下三点： 一本课题的研究目的之一就是为了解决板式家具零件图和装配图的自动化绘制 问题，并开发一个自动绘制板式家具零件图和装配图的软件模块，以提高板式家具零 件图和装配图绘制的效率和准确度，满足板式家具的生产需要。 光明集团家具股份有限公司，作为我国大型的家具制造企业，拥有众多先进的机 械加工设备，而板式家具零件图和装配图的绘制效率和准确度严重滞后。随着光明家 具在国际国内市场上的日益走俏，客户定单纷至沓来，由于其板式家具零件图和装配 图的绘制效率和准确度较低，加之设计人员有限，所以其加工图纸的绘制少则一周， 多则三周，难以适应生产的需要。所以，本课题的研究无疑具有很强的实用价值。 二本课题的研究将有利于缩短新产品开发设计的周期，节省t i m et o a r k e t 的时间，提高产品的开发效率。 目前，人们对板式家具的消费越来越呈现个性化、服装化的趋势，即人们对板式 家具的需要就象衣服一样，变化很快。当一种符合大众心理的板式家具样式被设计出 来后，如何尽快的把它生产出来，并推向市场，就显得格外重要。而本课题的研究将 加快新产品进入市场的进程。 三本课题的研究将有助于减轻设计人员繁琐的劳动，使设计人员把更多的精力 投入到新产品样式的开发，合理的结构设计中去。 重庆大学硕士学位论文 板式家具零件图的绘制十分繁琐，每块板几乎都要绘制，尺寸标注更是纷繁，因 为孔的数量众多、大小不一，孔径的差别又较小，有时在计算机上，凭肉眼很难区分 开来，所以给绘图工作带来诸多麻烦，有时标注出错实在难免。用程序来实现板式家 具零件图的自动绘制，即保证了绘图的准确度，又能使尺寸标注做到不错标、不多标、 不漏标，从而使设计人员省去许多工作。 而对于板式家具的装配图来说，由程序来保证可见和不可见线的绘制比用大脑来 思考绘制方便许多，而且准确高效。 1 3 国内外的研究与现状分析 国内外的研究人员在零件图和装配图的自动化绘制方面作了大量的研究工作，取 得了一定的成绩。但同时我们看到，对于板式家具零件图和装配图的自动化绘制还有 待进一步研究，为此我们将分别对板式家具零件图和装配图自动绘制算法的研究现状 和相应的c a d 软件、家具c a d 制图的标准化、以及目前我国家具企业在生产实际中工 程图的绘制情况进行分析。 1 3 1 板式家具零件图自动绘制的研究现状分析 目前用于零件图自动化绘制的方法有以下四种： 1 - 3 5 | 一基于参数化绘图的子图形组合法( 积木式构图法) 这种方法的思想是对许多零件图的视图进行分析，从中归纳出一些予图形，再对 这些子图形分别编写参数化绘图程序，最后经过多次调用即可拼出所需要的零件图。 二由布尔运算生成零件的视图 这种方法的思想是把零件视图的生成看成是由若干个简单二维图形( 称为面域) 通过布尔运算( 即并、交、差运算) 生成的。 三直接利用程序绘制零件图 即在程序中实现手工绘制零件图的工作，包括绘制零件的形状，标注其上的每个 加工尺寸。 四由三维物体通过投影变换生成视图 通过三维绘图系统建立零件的几何模型，然后对该模型进行正投影变换，得到零 件的视图。 零件图的绘制可以看成三部分：视图部分、尺寸标注部分和标题栏，零件图的自 动绘制主要是指视图和尺寸标注的自动绘制。 方法一能实现视图部分和尺寸标注部分的零件图自动绘制，但这一方法是建立在 对多个零件视图的归纳基础之上，并把零件图分成若干个小部分，每一部分对应一个 经过归纳的参数化的图形子程序，而在主程序中通过调用带相应参数的予程序来实现 零件图的自动绘制。如果子程序中无与某一视图对应的子程序，那么将无法实现零件 图的绘制，并且如果零件图很复杂，则要求的输入参数很多，所以这一方法的局限性 较大，只适于一些图形变化较少，容易拆分、容易归纳的零件，如轴类零件等。板式 家具零件图不易拆分，其孔位众多，位置变化不定，尺寸标注繁琐，所以不适于用基 于参数化绘图的子图形组合法。 方法二只能实现视图部分的零件图的自动绘制，不能对尺寸进行自动标注。这一 方法只适用于冲裁类零件。而板式家具中的板块上的孔不都是通孔，所以不能用简单 的差运算来说明。其次，尺寸标注在整个零件图绘制中占5 0 - 7 0 的工作，而对于板 式家具零件图绘制的准确度而富，自动进行尺寸标注无疑将大大提高其绘制准确度和 绘图效率，而这一方法不能实现尺寸的自动标注，因此对提高板式家具零件图的绘制 效率和准确度将没有太大的意义。 方法三能实现视图部分和尺寸标注部分的零件图自动绘制。由于它是在程序中实 现零件图的绘制与尺寸标注，所以这方法绘制的效率和准确度很高，只要绘图的算 法合理得当，这一方法能很好的满足零件图绘制的要求，但它对绘图算法的要求高， 否则将难以达到理想的结果。板式家具零件图孔位众多，大小不一，尺寸标注更是纷 繁复杂，如何合理的安排尺寸的标注、避免尺寸标注重叠是一个最重要的绘制环节。 因此，直接利用程序绘制零件图是实现零件图自动化绘制的理想方法，但其实现难度 最大。 方法四也只能实现视图部分的零件图的自动绘制，不能对尺寸进行自动标注。 以上是零件图自动绘制所采用的常见方法，对于板式家具零件图自动绘制的算法， 国内外多采用第三种方法，即利用算法在程序中实现零件图的绘制。下面我们将对所 知的国内外家具c a d 软件在零件图自动绘制方面的现状进行分析： 圆方家具设计软件v 4 5 广州市圆方计算机软件工程有限公司是国内最大的家具设计软件开发商f 3 ”，我们 在对该公司于2 0 0 2 年4 月2 1 日最新推出的板式家具设计软件的零件图自动化生成功 能进行了研究，发现该功能在尺寸的自动标注方面作得较好，其标注准确，重叠现象 较少。但该功能对孔的形状绘制却不令人满意，主要有以下几点： 1 它采用不同的孔标识符来对应不同孔径和深度的孔，由于板式家具零件图上不 同的孔尺寸较多，所以在一张零件图上的孔标识符有好几种，这样不符合加工人员的 识图习惯。 2 孔形状的绘制是按1 ：1 的比例绘出的，有的孔由于孔径很小，当在a 4 的图纸 上打印出来后，将成为一个点，所以，有时当两孔径很小，且孔径相差也很小时，我 们在打印的图纸上将无法确定有些孑l 的尺寸大小。 重庆大学硕士学位论文 3 对于不同的孑l 标识符来对应不同孔径和深度的孔的对应关系需要人为指定，否 则将把所有的孔用同一标识符来表示，这样我们将更无法知道孔的尺寸大小了，而且 指定工作本身也使绘制人员感到繁琐。 4 对孔在不同视图中的表示作了简化，这一简化也不符合加工人员的识图习惯。 5 零件图在图纸的标准化方面也较差，例如标题栏没有按家具制图标准进行绘制 等等。 综上所述，我们认为该零件图自动化绘制功能的实用性较差。 德国i m o s a g 家具设计软件 i m o s a g 是德国著名的家具设计软件，它不仅有内容丰富的c a d 模块，还带有功能 强大的c a m 模块【3 7 l 。我们同经验丰富的家具设计人员一道对该软件的c a d 模块作了为 期一个月的学习与分析。i m o s a g 软件的造型功能十分强大，但在零件图自动绘制方面 却存在诸多不足，主要有以下几点： 1 零件图的视图只用一个，不符合通常的零件图表达习惯。由于德国的板式家具 生产的标准化、规范化程度很高，板块的生产加工简单，其零件图采用一个视图，并 配以一些文字、表格说明，来表达板块的加工信息。而我国的板式家具零件图的绘制 通常采用三个视图来表达板块加工信息，不采用表格等方式说明板块的加工信息。另 一方面，如果板块零件图仅用一个视图来表达，那么在板块的厚度方向上的加工信息 将无法表达。 2 孔的位置尺寸标注多为基线标注，这不符合尺寸标注习惯，同时给生产加工人 员带来许多不便。i m o s a g 在标注孔的位置尺寸时，不论孔是否都在同一水平或铅垂线 上，每个孔都按基线标注。这样，由于同一水平线上的孔的x 方向的尺寸标注是基线 标注，没有直接给出孔的x 方向间距，所以加工人员在用排钻打孔时，将进行孔间距 的计算，这势必增加许多麻烦，同时也增加了加工出错的机会。除此之外，由于孔的 基线标注方式，使整个零件图看上去不协调美观，有时板块的绘制只占绘图幅面的三 分之一，而其余都是孔的位置尺寸标注。 3 孔形状的绘制是按1 ：l 的比例绘制的，当孔径较小，并在a 4 号图纸上打印时， 将成为一个点，不便于辨认和区分。 4 孔的形状尺寸标注采用德文且附带说明，这不便于我国家具设计和生产人员理 解。而且，在对同一表面上，具有相同形状尺寸的孔标注时，也没有采用相同的孔标 注一次的方式，而是分几次标注，这也不符合我国的家具标注习惯。 综上所述，我们和家具设计人员一致认为德国i m o s a g 家具设计的零件图自动绘制 功能不符合我国的绘图习惯和要求，不能适应目前板式家具的生产需要。 1 3 2 板式家具装配图自动绘制的研究现状分析 3 8 - 5 2 】 对装配图自动绘制的研究一直是研究的热门课题。其解决方案主要有两种思路： l 绪论 一是利用二维的零件图或部件图，通过一定的装配规则和裁剪算法来实现装配图的自 动绘制；另一种是先建立组装后的三维装配体，然后对三维装配体进行投影及消隐等 处理，来实现装配图的自动绘制。 第一种思路主要针对机械产品装配图的自动绘制，例如轴承、泵体、各种模具等 复杂的产品。而对于板式家具来说，其结构相对简单，在板式家具装配图中很少采用 割视图来表达装配关系，特别是国际上流行的3 2 r a m 板式家具结构中，板块的生产越来 越标准化、规范化，家具连接方式也越来越简单，多采用五金件，一改过去复杂的连 接方式，在这样的大环境下，对板式家具装配图的自动绘制的要求就相对降低。在生 产实际中，板式家具装配图通常只要四个经过投影和消隐处理的视图即可清晰的表达 装配关系。 目前通用的c a d 软件，象a u t o c a d 、m e c h a n i c a ld e s k t o p 等都能实现对三维实体 装配模型的投影和消隐处理，但操作十分烦琐。以a u t o c a d 为例，首先要建立三维实 体装配模型的四个方向的视图，然后调整视图比例，实现主视图、左视图和俯视图之 阅的“长对正、高平齐、宽相等”，接着对每个视图进行消隐处理，最后还要对一些 图层进行关闭，而要关闭图层的数目与模型空间下三维实体的个数相等，当三维实体 的个数较多时，这样的操作将十分烦琐。 而在专用的家具设计软件中，我们尚未发现能很好的解决板式家具装配图自动绘 制的软件产品。广州圆方家具设计软件中自动生成的装配图只是给出了三维实体装配 模型的四个投影视图，并没有对相应视图进行消隐处理。面德国的i m o s a g 软件却没有 出装配图的功能。 1 3 3 家具c a d 制图标准化的研究现状分析1 5 3 】 众所周知，c a d 是“c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ”的英文缩写，是指用计算机系统进 行设计的全过程，包括资料检索、市场分析、方案构思、工程绘图、检验测试和编制 文件等。随着计算机技术的不断发展，计算机辅助设计与绘图( c a d d ) 的出现使人们 甩掉了“图板”，一定程度上提高了绘图效率，同时也使得现有的绘图标准和规定不 能满足技术的发展，为了让c a d d 这一先进的技术更好、更快的发展，给生产实际带来 较大的社会效益和经济效益，需要对相应的标准或规定进行补充修改，并制定一批配 套的标准，于是c a d 制图与标准化工作开展了起来。 国际上，c a d 标准化工作主要是由国际化标准组织i s o i e c 、7 t c 信息技术、 i s o t c i o 技术产品与技术文件、i s 0 t c l 8 4 自动化系统与集成等标准化技术委员会承 担，到目前为止制定出相应的标准数百个，其中也有一些行业的c a d 制图标准，例如 机械、汽车、飞机、建筑、印刷板、水利水电等，这些标准在微机c a d 软件中也逐步 的得到了应用，但对家具c a d 的制图标准目前还没有制定。 重庆大学硕士学位论文 我国的c a d 制图是从8 0 年代初开始的。当时，有条件的高校只是采用引进的通用 c a d 软件来作一些简单的绘图，后来，有些研究院所开始了c a d 开发与应用方面的研 究。随着c a d 软件的不断升级，硬件功能的不断改进，c a d 制图也较快的进入了大中 型企业，特另u 是机械行业，而家具行业目前仍较少。我国c a d 标准化工作是在8 0 年代 中期开始的，主要是集中在机械、汽车、建筑等行业，其中大部分以现行标准为蓝本， 而相应功能模块的开发，则是在8 0 年代末期，在国家“七五”计划的安排下开始的。 随后，按照计算机辅助设计与制图的特点进行制定和修改机械c a d 制图标准的工作也 随之开展起来，并在“八五”期间达到一个高潮。 在“八五”期间，国家科委“，五”科技攻关项目“c a d 通用技术规范”中对c a d 标准体系进行了研究，解决了我们开展c a d 标准化工作首要解决的问题，提出了c a d 中相关标准的分类与体系，该体系由若干子体系组成，其分类如下，如图1 1 ： 图1 。1 c a d 标准体系 f i 9 1 1t h es t a n d a r ds y a m ：no f c a d 在c a d 制图标准体系中，建立了机械c a d 制图标准、建筑c a d 制图标准等等十余 种制图标准，其中有些标准正在建立中，但对家具c a d 制图尚未建立的制图标准。 目前的家具c a d 软件在家具制图的标准化方面重视不够，一些标注符号随意性较 大，极不规范。当然这里有多方面的原因，一方面是由于软件开发人员对家具制图的 标准化认识不够，另一方面是国家关于家具制图的有关标准主要针对手工绘制而言， 而针对计算机绘图的特点，目前我国尚没有形成一个家具c a d 的制图标准。总之，家 具c a d 制图的标准化需要进行有深度的研究。 1 ，3 4 我国家具企业家具制图的现状分析 “- s t 目前我国板式家具生产的机械化程度较高。但同时我们看至l ，产品的设计开发整体 上效率低、周期长、成本高。国内大部分家具企业的家具设计和绘图还是沿袭传统的 手工绘制方式，这种方式周期长、设计更新速度慢、材料消耗大，与家具企业中的现代 化加工设备相比，严重地滞后。另有一部分大中型家具企业采用了a u t o c a d 等通用绘图 软件来帮助家具的设计、板块零件图和装配图的绘制，这些软件在一定程度上提高了 1 绪论 设计速度，但利用通用绘图软件来绘制板块零件图和装配图并不比手工绘制轻松多少， 手工绘制易范的错误，用通用软件来绘制同样易范。还有一部分家具企业采用家具c a d 软件来进行设计，自动绘制板块零件图，其自动绘制的零件图的正确率和满意度较差， 修改量很大，没有发挥出自动出图的优势。而且自动绘制的板块零件图的标准化很低， 没有按国家关于家具制图的有关标准进行绘制，这不利于技术的交流。当然这里有多 方面的原因。 总之，如何正确、快速的实现板式家具零件图和装配图的自动绘制以及标准化绘 制就成为了现阶段各家具企业急待解决的问题。 1 4 本文研究范围与内容 本文主要围绕板式家具零件图和装配图的自动化绘制进行了一系列的研究与开 发工作。具体而言，本文的主要研究内容如下： 分析国家颁布的家具制图标准、结合计算机辅助绘图和生产实际的特点，参 考相关c a d 制图规范，确定板式家具零件图和装配图的绘图标准。 研究板式家具零件图自动化绘制的算法，使该算法能全自动的绘制板块的大 小，孔的位置、槽的位置，并进行自动化的标注，使自动生成的零件图能较好的满足 生产加工的需要。 研究板式家具装配图自动化绘制的算法，使该算法能全自动的绘制家具产品的 主左俯三个方向的视图和轴测图，并按投影规则，自动实现虚线与实线的绘制。 研究板式家具零件图和装配图自动化绘制算法的软件实现问题，开发相应的 软件模块。 重庆大学硕士论文 2 家具制图新标准的方案 2 1 家具c a d 制图与家具制图标准 所谓家具c a d 制图，简而言之，就是采用计算机绘图来完成家具图样的绘制工作。 我国轻工业部早在1 9 7 9 年就制定了家具制图标准，到目前为止，颁布了两个，最近一 个是家具制图q b1 3 3 8 - - i 9 9 1 。这些标准的颁布在规范家具行业图样的画法和表达 方法方面基本满足了绘制家具图样的需要，并且在其中发挥着重要的作用。 家具c a d 是近些年发展起来的，应用越来越广，越来越深入，并将成为家具设计 的趋势。家具c a d 制图与传统的手工制图比铰有其自身的一些特点，是现有标准没有 反映的。现行的“家具制图”轻工业部标准中的规定和要求主要是针对手工绘图而言， 没有充分考虑到家具制图的实际情况和特点，还不能满足家具c a d 制图的需要，以致 在生产中加工图纸的绘制有些并未按标准进行，例如，板式家具中衣柜旁板零件图的 绘制，旁板的长度通常为两米左右，其上要加工的孔位众多，孔径有的只有8 或l o 毫米，若按比例绘制，在通常的采用的四号标准图纸上，将无法辨别，哪些是8 毫米， 哪些是1 0 毫米，所以，实际的做法是放大孔的绘图比例。 目前我国制定的家具制图标准没有充分考虑c a d 的特点，而计算机作为一种工具 有着自身的特点和要求，比如，计算机在编辑、修改图形时可以设置图层、线宽、线 韵颜色等等，为方便图线的输出可对需要的线条做相应的计算，而这些在现行的家具 制图标准中就没有进行规定，所以，只有根据计算机的这些特点，结合我国家具制图 的实际情况对这方面进行要求与规定，才能充分发挥家具c a d 制图的优势，使其更好 的为生产实际服务。另外，“家具制图”标准中已经对家具图样的画法、注法，图形 符号的表达方法以及图幅的大小、标题栏，明细表等有一套严格的规定。而不管计算 机制图、还是手工制图绘制的家具图样同为工程界的统一语言，所以家具c a d 制图对 这些标准应该遵守，直接采用。 因此，家具c a d 制图和家具制图标准上是一种依赖关系，也是一种补充完善的关 系。并不是家具c a d 制图出现后，就要独立的重新制定一套标准来满足要求，更不是 推翻家具制图标准，家具c a d 制图势必成为家具制图标准的重要内容，新的家具制图 标准也是在原来的标准基础上，根据计算机的特点和生产的实际需要进行修改。 i o 2 家具铷圈新标准的方案 2 2 现行家具制图标准嘲 现行家具制图标准是家具制图q b1 3 3 8 一1 9 9 1 ，其中与板式家具零件图和装配图绘 制有关的标准有如下的内容： 一图纸幅面 家具制图标准中规定了六种图纸幅面。 二图纸标题栏 图纸标题栏规定在任何情况下均画在图框右下角内，格式由图样的不同而分三种。 三，比例 图样上所画图形的大小与实物大小之比称为比例，比例= 图形大小：实物大小。 无论在图样上采取放大或缩小的比例，尺寸都必须按原实物实际尺寸标出。 在同一张图纸上，各个基本视图应取同一比例，并在标题栏中写明。图中其它视图 采用不同的比例时都要单独在该图图名中注写清楚。 四字体 标准规定汉字使用长仿宋体，数字和字母的写法也有相应规定。 五图线的画法及其使用 家具制图标准规定图线有八种，每种图线的用途和宽度都作了相应规定，这里不 作叙述。 六尺寸标注 家具图样上单位均以毫米为单位，图上不必写出“毫米”或“m m ”字样。 一个尺寸由尺寸线、尺寸界限、起止符号和尺寸数字组成。 尺寸数字一般写在尺寸线中间上方，也可将尺寸线断开，把尺寸数字写在尺寸线中 间。 一 尺寸起止符号一般是4 5 度的短斜线，长度大约2 _ _ 3 毫米。 各种尺寸的标注方式均有相应的规定。 以上标准主要针对手工制图而言，大部分规定适应了手工绘图的需要，但其中有些规 定还不完善。例如对于孔径很小的孔的画法，如按统一比例，在通常图纸幅面( 板式 家具加工零件图通常为a 4 ) 上进行绘制，将无法让加工人员看清楚；对于计算机而言， 图线的宽度不确定，规定中只给出了实线的宽度范围，其他线条的宽度也是以实线宽 度为参照，给出了一个大概的范围：还有线条的颜色、计算机上使用的字体等等均未 作更详尽的规定。 因此，为了满足板式家具生产加工的实际需要，我们不能完全按现行的家具制图 标准来自动绘制板式家具零件图和装配图。 重庆大学硕士论文 2 3 相关0 a d 制图标准 5 9 我国c a d 标准化工作是在8 0 年代中期开始的，主要是集中在机械、汽车、建筑 等行业，到目前为止制定出相应的标准数百个，其中也有部分行业的c a d 制图标准， 例如机械、汽车、飞机、建筑、印刷板、水利水电等。与家具c a d 制图相关最大的标 准，是机械工程c a d 制图规则g b t 1 4 6 6 5 - - 1 9 9 8 。该标准规定了机械工程中用计 算机辅助设计( 以下简称c a d ) 时的制图规则，适用于在计算机及其处围设备中进行 显示、绘制、打印的机械工程图样及有关技术文件，其中与本研究有关的标准有： 一图线 为了便于机械工程的c a d 制图需要，将g b t 1 7 4 5 0 中所规定的8 种线型分为以下几组， 见表2 i 。一般优先采用第4 组。 表2 1 线型组别 t a b l e 2 it h eg r o u p so f l i n e t y p e 组别 1 耘 3 | 4| 5l - a m 途, k 。| 2 0 1 4 i 0 i o 7i o 5姐实线、粗点画线 芦“ 1 on 7 o s 卜 0 2 5 鏊篙叠鬻鬻、， 二字体 机械工程的c a d 制图所使用的字体，应按g b t 1 3 3 6 2 4 1 3 3 6 2 5 中的要求，做到字体 端正、笔画清楚，排列整齐、间隔均匀。 数字 一般应以斜体输出。 小数点 小数点进行输出时，应占一个字位，并位于中间靠下处。 字母 一般应以斜体输出。 汉字 汉字在输出时一般采用正体，并采用国家正式公布和推行的简化字。 标点符号 标点符号应按其含义正确使用，除省略号和破折号为两个字位外，其余均为个符号 一个字位。其中，字体与图纸幅面之间的选用关系参见表2 2 。 2 家具制图新标准的方案 表2 2 字体与图纸幅面之间的选用关系 t a b l e 2 2t h ep a r a l l e l i s mb e t w e e nf o n ta n dd r a w i n g 图 幅 a 0 a 1 a 2 a 3a 4 字体h 汉字 l 53 5 字母与数字 【h = 汉字、字母和数字的高度 字体的最小字( 词) 距、行距以及间隔线或基准线与书写字体的最小距离见表3 3 。 表3 3 字体距离 t a b l e 3 3t h ed i s t a n c eo ft h ef o n t s 字体最，j 、距离 字距 1 5 汉字 行距 2 间隔线或基准线与汉字的间距 l 字符 o 5 词距 1 5 字母与数字 行距 l 间隔线或基准线与字母、数字的间距 l 当汉字与字母、数字混合使用时，字体的最小字距、行距等应根据汉字的规定使用。： 三尺寸线的终端形式 机械工程的c a d 制图中所使用的尺寸线的终端形式( 箭头) 有如下几种供选用 其具体尺寸比例一般参照g b 4 4 5 8 4 中的有关翘定。 重庆大学硕士论文 在图样中一般按实心箭头、开口箭头、空心箭头、斜线的顺序选用。 当尺寸线的终端采用斜线时，尺寸线与尺寸界线必须互相垂直。 同一张图样中般只采用一种尺寸线终端的形式。当采用箭头位置不够时，允 许用圆点或斜线代替箭头， 现行的机械c a d 制图标准还处在不断的完善之中。例如，字体的规定是g b t 1 3 3 6 2 系列标准和g b t1 3 8 4 4 g b t1 3 8 4 8 系列标准，这类标准是矢量汉字标准，由我国自 行制定的，而g b l 3 0 0 0 1 是最近几年发展起来的标准，相应的国际标准号是i s o 1 0 6 4 6 - 1 。该标准的目的是把所有国家的不同字符集都容纳在一个标准的编码体系当 中。这就意味着采用这个标准就可以使所有国家的信息系统都能够在同一个字符集平 台上运行。并且这标准已经得到i s o 所的成员国的认同，所以，今后实行的字体标 准将有所变化。 机械c a d n 图标准虽然是针对机械行业的c a d 制图标准，标准的制定也还不完善， 但可以作为我们研究板式家具零件图和装配图的自动化绘制的一个重要的参考依据。 2 4 基于家具c a d 的家具制图新标准方案 我们在尽量遵循现行的家具制图标准的原则下，根据家具c a d 的特点及相关的c a d 制图国家标准，研究提出了如下的家具制图新标准方案： 一图纸幅面 采用现行的家具制图标准中规定的六种图纸幅面，其中板式家具零件图和装 配图绘制通常使用四号图纸，即2 1 0 牛2 9 7 。 二图纸标题栏 采用现行的家具制图标准中对图纸标题栏的规定。 三比例 图样上所画图形的大小与实物大小之比称为