0 前言

工程图纸是工业企业的重要技术文件, 是生产设计的宝贵财富。多数厂矿企业和设计部门都有专门的图纸档案部门, 管理着数以万计的工程图纸, 随着时间推移, 图纸数量越来越大, 查询检索困难, 常用和重要的图纸不得不定期人工复制。计算机技术的发展为工程图纸的计算机管理提供了有力的工具, 大幅面高分辨率扫描仪的出现则为工程图纸快速输入计算机提供了途径, 这极大地促进了工程图纸输入与管理技术的发展。下面以MCAD2.0为例介绍一些目前工程图纸输入及管理系统的技术动向。

1 工程图纸的计算机处理技术

在图纸的计算机处理中常常使用两个概念:光栅图和矢量图。光栅图是指图纸通过扫描仪或其他图象输入设备获得的图象数据, 以数据文件的形式存在, 其文件格式有多种, 比较常见的有TIFF格式、BMP格式、PCX格式、RAS格式等^[1]。光栅图是由一个个象素点组成, 其文件容量往往比较大, 一般需要经过压缩之后再存储。由于光栅图是以点的形式来表示图纸, 因而不会失真, 比较忠实于原图。矢量图由那些可以用数字方程式表示的图形元素(如圆、直线、矩形等)组成, 每个图形元素具有一些属性描述(如线宽、线型、颜色等), 矢量图保存的是坐标和一些属性参数, 所以其文件的容量往往比较小。同时, 矢量图的图形元素可用数学方程式来表达, 因而比较容易进行放缩、旋转等操作。当前有很多CAD软件可处理矢量图。

1.1 常规图形输入设备

数字化仪是最常用的精密图形输入设备, 如图 1所示, 它一般用于计算机辅助设计CAD系统中采集图形数据。它由固定图纸的平板、检测器(游标)和电子处理器三部分组成。工作时, 将十字游标对准图纸上的某点, 按下输入钮, 则可输入该点的坐标, 连续移动游标并按动输入按钮, 则可以将游标移动轨迹上的全部离点的坐标(X, Y)输入给计算机。

数字化仪的坐标系统以它的左下角为原点, 其坐标单位由平板表面嵌入导线的网格间距来确定; 分辨率一般为0.1mm, 最好的可达0.025mm; 读取图形点坐标范围最小的为280mm×280mm, 最大可为1070mm×1520mm。

在绘图系统中安装数字化仪之后, 绘图系统将其平板上的网格的整个区域与图形显示器屏幕的显示区域映射。当数字化仪的定位器一旦放置于平板表面某一个网格上时, 绘图系统将会感应输入当前位置, 并在屏幕上显示一个十字光标。通过这种映射，有的绘图系统将其功能菜单安排在数字化仪的平板上, 定义数字化仪定位器上的某个按钮为菜单选择键, 并用这种方法选择相应的功能菜单, 由于平板区域与屏幕显示区域的映射关系, 也可在平板上移动定位器以拾取屏幕上分布的菜单项或拾取所需要的对象, 也可用手写输入。

扫描仪是目前应用越来越多的图形输入设备, 它实质上是将数字化仪的操作由手动转为电动, 是一种档次更高的数字化仪。将扫描仪与图形输入控制系统连接起来, 可构成一个自动图形输入系统。

1.2 工程图纸输入与管理系统的基本结构

中南工业大学资源环境工程学院采矿研究所研制的MCAD2.0系统, 曾应用于广东凡口铅锌矿、湖北大冶铜录山矿等十几家单位, 取得了较好的效果。该系统包括图纸输入及管理、地质建模、采矿方法设计和生产计划编制等几大部分。图纸输入与管理系统是其中的一个子系统, 如图 2所示。

从图 2可看出工程图纸输入及管理系统是五大模块的集成结构, 其功能分别是。

1.2.1 图纸录入

将工程图纸用光电扫描仪输入, 或者以数字化仪手工输入, 对“底图”直接用二值形式输入, 对“蓝图”则采用灰度形式输入, 然后进行消蓝或者动态二值化处理, 最终得到二值光栅格式文件。

1.2.2 图象编辑

对经扫描得到的二值光栅格式文件进行消脏、去噪及增加处理, 借助图文编辑工具, 可对图象文件进行修改。

图纸扫描输入后, 为易于维护、管理和查询检索, 选用了在Windows3.x下运行的功能强大的关系数据库系统VFP作为数据库支撑软件。

1.2.3 矢量化处理

将二值光栅格式文件自动转化为CAD环境下的矢量格式文件, 即将计算机中并存着的两种形式的工程图:光电扫描输入的点阵式工程图(图象)转化为CAD绘图系统生成的矢量式工程图, 主要处理过程如图 3所示。

1.2.4 CAD后处理

对矢量化结果中出现的错误进行修改, 如线宽修改、箭头修改、断线整合以及小圆修复等。

1.2.5 图库管理

建立工程图库及其管理操作规程。即按照企业内部工程图纸档案的管理方法对电子图纸文件建立相应的图文数据库。具体管理操作包括:成图入库、作废、更改、标定密级、检索、浏览、借阅、分发、统计、明细和卡片自动生成等功能^[2]。

就其中每个模块而言, 都有一些新技术出现, 并且都是朝着以下几个方向努力:①提高识图能力; ②加快处理速度; ③方便用户使用; ④降低系统成本。

2 工程图纸处理技术的发展趋势 2.1 自动的专用录入设备

矿山地质图纸数量巨大, 手工录入工作量太大, 且图形容易走样, 因此国内采矿CAD的研制者都致力于开发自动图形、图表输入系统。如武汉冶金科技大学为大冶铁矿开发的采矿CAD系统就采用了自动输入系统。

2.2 光栅矢且集成技术

图纸处理的光栅与矢量集成环境是当今工程图系统的一个主要风格。它在同一个编辑器里既提供了光栅图操作命令, 又提供了矢量操作命令。从编辑的角度来看, 可以看成两层, 一个是光栅层, 一个是矢量层, 实际上是两层重叠在一起显示和输出。

一个光栅矢量混合编辑器应提供丰富的光栅操作、矢量操作和光栅矢量混合操作。光栅矢量混合技术的具体操作过程包括:图纸以光栅格式进行处理和存储, 在光栅图的背景下进行点阵编辑, 包括:擦除操作、图纸某些区域内容的移动、拷贝、放缩、旋转等; 多张图纸的叠加:对光栅进行消除、去污操作; 在光栅图基础上进行矢量编辑, 包括描图、绘制矢量图形, 并形成矢量文件, 供CAD软件使用; 将光栅图的局部进行矢量化, 调用矢量化软件对矢量化后的图形进行修改, 最终形成光栅图再存储或输出。如图 4所示^[3]。

2.3 动态模板技术

图纸处理过程中, 不可避免地要遇到各种参数的选择问题, 例如, 线宽的阅值选择, 字符高度的上下限选择, 以及去除噪音时噪声区域大小的选择等。这些参数如果全部都让计算机从纸中的复杂图象中自动检测出来, 以目前计算机的智能水平来看还不太可能。但是, 在处理这些参数选择问题上, 如果让计算机与使用者之间进行友好交流, 让使用者帮助计算机处理这些智能性非常高的问题, 就能避开这些棘手的问题, 因而在一些系统中采用了动态模板的方法。例如, 系统可让用户针对每种参数选择问题标出当前处理图纸中的一个典型区域, 用对这个典型区域的处理情况来近似代表对整张图的处理情况, 这样可以大大节省调试参数的时间。在选择线宽阙值时, 系统为用户提供一个动态的线宽阙值调节器, 用户在调整线宽度阙值的同时, 可以看到典型区域内粗、细线的动态识别情况, 由用户来确定最佳线宽阙值。在其他参数的选择中, 系统为用户提供了非常方便的动态即时距离测量功能, 即在选择参数时, 用户可通过热键启动距离测量器, 然后用鼠标器或键盘在典型区域内拾取距离参数并自动传回给系统, 这样就大大减轻了用户的工作强度, 加快了处理速度。当所有的参数确定以后, 就可以对整张图进行正式处理。

2.4 网状-关系型图库管理系统

图库管理的数据模型可采用网状-关系型结构^[4]。这种体系结构的优点是隶属关系清晰, 模型节点与数据库字段集之间能够建立一一对应关系, 使图档系统的组织、管理、调控和维护等功能基于模型实现。由于将字段集独立出来建立数据库, 因而无需每次通历整个模型系统的树状结构, 大大提高了应用效率。模型与字段集的对应关系由系统提供的关系型操作来实现。其网状结构如图 5^[5]。

3 结语

工程图纸输入及管理技术涉及到采矿学、计算机、图象处理、模式识别、人工智能工程图学、档案管理和数据库等多个领域的知识, 对它的研究不仅仅限于解决实际问题, 而且还应带动这些相关领域学科的发展。在可以预见的未来, 这项技术还有很强的生命力, 对它的研究也将不断深入下去。