通过三维软件PDF自适应转换实现工艺卡片二维工程简图的高清显示

张慧娟，胡先兵，张 金,2

(1.武汉开目信息技术股份有限公司，湖北 武汉 430070)(2.华中科技大学机械科学与工程学院，湖北 武汉 430074)

随着信息技术的飞速发展，计算机辅助设计(computer aided design,CAD)软件已由原来的二维CAD设计软件逐渐过渡到了三维CAD设计软件。三维CAD设计软件通过计算机辅助程序，立体地展示产品的三维信息,可以为设计人员打开设计思路和缩短设计过程提供有效帮助[1]。越来越多的应用事例表明，将三维CAD的二维工程图作为计算机辅助工艺设计(computer aided process planning, CAPP)卡片的零件简图，实现工程图与CAPP卡片的数据互动，已成为迫切需求。纵观国内外现有技术，将二维CAD工程图嵌入到其他应用程序的文档中，一般有以下两种方式：1)通过OLE(object linking and embedding)技术，将CAD工程图作为一个OLE对象嵌入到其他应用程序文档中，这种方式可以实现其他应用程序文档和CAD工程图的集成互动，但是存在掉线、线条掉色、尺寸标注丢失以及工程图显示、打印残缺不全等问题，集成效果很不理想。另外众多的三维软件(如UG、CATIA、SolidWorks等)因不同的版本需通过不同的OLE方式逐个集成，其集成工作量巨大，且版本侵入性强，严重影响CAPP软件本身的独立性和稳定性。2)将CAD工程图通过拷屏的方式形成图片格式的文件，插入到其他应用程序文档中进行显示，但这样固定分辨率的图片，会随显示比例和纸张幅面的放大或缩小而产生严重的失真，且无法实现CAD图纸和应用程序文档的集成互动。

PDF(portable document format)作为一种统一的、开放的、可移植的矢量图形文件，近年来得到了越来越广泛的应用，它所具有的高度兼容性使用户可以轻松地将任何文档原版原式地转换成PDF 文档[2]。工程图以PDF格式输出已经是众多三维CAD软件厂商标配的功能。因此，本文综合采用PDF的幅面自适应技术和图片的数据可移植技术，探索一种通用的、适用面广的、稳定的方案,既能保持集成架构的开放性，又能保证与不同软件集成时的独立性以及与不同版本软件集成时的兼容性。采用此方案，较好地解决了现有三维软件的二维工程图在CAPP中显示失真、打印掉线、版本跟进麻烦、频繁维护造成的不稳定等问题。

1 二维工程图在CAPP中显示、编辑一体化解决方案

本文将提供一种二维工程图在CAPP中显示、编辑的一体化解决方案。一方面采用PDF技术和图形技术，让工程图清晰完整地显示在CAPP的简图区；另一方面运用结构化管理方法，管理PDF工程图、关联的模型等，提供工艺设计人员在线编辑、更改三维软件的二维工程图以及带简图的工序卡打印等功能。

工艺设计人员首次将一张工程图文件导入到CAPP的简图区后，就不需要再去管理简图区和工程图的对应关系，也不需要关心工程图及其对应的三维模型图等文件的存储问题。因为CAPP中具备相应的管理功能，记录了导入的工程图文件及其对应的三维模型文件，以及工程图文件和CAPP的简图区的对应关系、工程图文件和转换后的PDF文件以及图形文件的对应关系等。此一体化解决方案工作原理图如图1所示。

图1 一体化解决方案工作原理图

本文采用三维CAD软件提供的PDF文件生成接口，制作统一的工程图转PDF文件工具。首先，将各类三维CAD的二维工程图文件转换成PDF文件；然后，根据简图区尺寸、图幅及打印分辨率等，将PDF文件转换成满足打印要求的图片，嵌入CAPP卡片简图区。

为了能够编辑三维软件工程图，CAPP在管理导入的工程图的同时，还要管理工程图对应的三维模型图,以保证CAPP再次编辑工程图或脱离CAD环境显示工程图时，能正常打开和编辑工程图文件副本。本文通过建立工程图管理体系，构建CAPP、CAPP简图区、CAPP中导入的二维工程图、工程图对应的模型图、工程图转换的PDF文件以及PDF文件转换的图片之间的关联关系，以达到工艺人员在CAPP中更新工程图时流程流畅且透明的效果。

1.1 PDF技术运用于工程图在CAPP中显示的工作原理

市场上有多种三维工艺软件，各软件提供的转PDF文件的接口不尽相同，甚至同一种三维工艺软件不同版本之间也会存在少许差异。因此，为了能集中地将这些三维工艺软件的二维工程图转换成PDF文件，同时也为了能拓展对新的三维工艺软件的支持，本文制作了工程图转PDF文件工具，供CAPP软件使用。此工具对内采用三维CAD软件自身提供的PDF转换接口，因此可以保证CAD工程图几乎无损地转换为PDF格式的文件；对外提供了统一的接口，方便CAPP软件可以将不同的三维软件的二维工程图转换成PDF格式的文件。

一般人们是通过Adobe Reader[3]、福昕阅读器等阅读工具来浏览PDF文档。要在其他应用程序中清晰地嵌入PDF文档，需要采用Adobe Reader、福昕阅读器等提供的显示技术，但这些技术通常是需要收费的。为了能利用成熟、通用的免费显示技术，CAPP会在工程图转换成PDF格式的文件[3]后，将PDF格式的文件再转换成图片格式的文件。根据当前CAPP工艺卡片简图区幅面的大小，通过等比例缩放控制图像的显示分辨率。打印CAPP工艺卡片时，工程图将转换成适配打印分辨率所需的CAPP简图区图片文件，确保打印图片的清晰度。二维工程图在CAPP中显示的工作原理如图2所示。

图2 二维工程图在CAPP中显示的工作原理图

为了确保显示效果及显示的稳定性，分别在UG8.0、UG8.5、UG12、CATIA18、CATIA21等版本上进行了大量的测试验证。为了检验工程图是否能无损地转换成图片格式的文件，针对大量的绘制有复杂零件图形的工程图进行了测试；为了检验是否存在尺寸标注丢失的问题，针对带有各类尺寸标注的工程图样例进行了测试验证；为了检测是否存在特殊字体在转换过程中不识别的问题，除了对常用字体进行测试外，还抽取了UG和CATIA的部分自带字体进行了测试验证。截至发稿时，实验验证和用户应用效果反馈表明，本文方案均能无损地将各种版本的工程图转换成图片格式的文件进行显示。

1.2 二维工程图在CAPP中的编辑流程

工艺设计人员将工程图导入到CAPP工艺卡片中后，除了浏览和打印外，还需要再次编辑。为了带给工艺人员流畅的编辑体验，同时也可大规模地提高工作效率和设计/工艺水平, 缩短周期、降低成本[4],避免出现由于图纸管理不当，造成CAPP中导入的工程图原始文件丢失、损坏等问题，给CAPP工艺卡片的编辑、管理带来不必要的麻烦，CAPP为导入的工程图建立了一个专门的、统一的管理体系。图3所示为CAPP中二维工程图管理体系结构图。

图3 CAPP中对二维工程图的管理体系结构图

在这个管理体系中，详细记录了一张工程图导入到CAPP中后所有相关的信息，包括工程图所对应的工序、对应的三维信息以及转换关系。

工程图所对应的工序：由于一道工序中可以存在多个工艺简图区，也就是说一道工序中可以导入多张工程图，因此需要记录工程图被导入到了哪道工序的哪个简图区。

对应的三维信息：为了保证再次编辑工程图文件时，能成功地在三维工艺软件中恢复工程图完整的上下文编辑环境，CAPP会以外挂的方式记录工程图对应的模型图文件。

转换关系：转换关系指的是二维工程图在显示过程中，转换成的PDF格式的文件和图片文件的信息，以及工程图的显示区域。

工艺设计人员在CAPP中更改其工艺简图区中的工程图时，CAPP软件会根据结构关系自动识别对应的工程图类型(如UG、CATIA或其他类型的工程图等)，识别成功后激活对应的三维工艺软件，开始原始的工程图文件的编辑。工艺人员在三维工艺软件中完成工程图编辑后，只需要切换到CAPP，触发CAPP中的结束编辑，此时CAPP会自动获取当前被修改的图所对应的最后一次保存的工程图文件，同时更新CAPP中对应的工程图文件和模型图文件。最后通过一系列转换，将转换后的最新图片文件刷新到CAPP的前端显示，同时CAPP中所对应的PDF文件和图片文件信息也会被更新。在整个过程中，工艺人员不用关心当前工程图的类型，也不用关心原工程图文件的存储位置，因为CAPP将对这些信息进行自动管理。二维工程图在CAPP中的更改流程如图4所示。

图4 二维工程图在CAPP中的更改流程图

2 应用

基于上述解决方案，在武汉开目信息技术股份有限公司的CAPP中，开发了针对UG和CATIA的二维工程图集成功能菜单，较好地解决了实际工作中工艺设计人员在开目CAPP工艺卡片中不能显示和编辑二维工程图的问题。二维工程图嵌入到三维CAD中的CAPP工艺卡片，编辑和显示效果如图5所示。

图5 开目CAPP中显示的UG工程图

本文的技术方案，除了可支持在本地的工艺卡片中进行浏览和编辑，也可支持在B/S模式下的IE上浏览和编辑。在开目eColPLM平台上产品的显示效果如图6所示。

3 结束语

本文提出的三维工程图在CAPP中显示、编辑一体化解决方案，充分利用PDF文档高清实时显示的优势[5]，通过对工程图文件的转换，较好地解决了工程图在CAPP中的显示和编辑问题，为工艺人员提供较好的计算机辅助工艺设计体验。目前该方案已成功应用于武汉开目信息技术股份有限公司的系列软件中，并在多个开目用户中得到了应用，用户的体验效果良好，该方案获得了用户的一致认可。

图6 带有工程图的工艺卡在IE中的显示效果图