汽車線束圖紙的自動(dòng)識別方法

摘要：結(jié)合我國汽車行業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，研究、討論了一種計(jì)算機(jī)自動(dòng)識別汽車線束圖紙的方法。該方法通過計(jì)算機(jī)軟件仿真試驗(yàn)，在符合某一預(yù)先設(shè)定好的識圖規(guī)則的情況下，根據(jù)編制好的程序?qū)D紙中線束進(jìn)行判斷，篩選出需要的線束和線束段，將其按類合并，最終達(dá)到自動(dòng)完成線束長度和線束分類識別的目的。這種新的識別方法較傳統(tǒng)的人工讀圖，分段計(jì)算，相加求和的方法有了很大的創(chuàng)新，極大地提高了我國汽車行業(yè)的生產(chǎn)效率，減少了人員操作的錯(cuò)誤率，為企業(yè)生產(chǎn)帶來直接利益。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真；汽車線束圖紙；線束；自動(dòng)識別

0 引言
    汽車線束素有汽車神經(jīng)之稱，是控制汽車電信號的載體，是汽車電路的重要組成部分，沒有線束也就不存在汽車電路。汽車線束由導(dǎo)線、接插件、緊固件、橡膠件以及絕緣、屏蔽管等構(gòu)成。它把中央控制部件與汽車控制單元、電氣電子執(zhí)行單元、電氣及照明顯示有機(jī)地連接在一起，形成一個(gè)完整的汽車電氣控制系統(tǒng)。汽車線束的正確、快速識別，對于整個(gè)汽車電路來說是非常重要的。
    現(xiàn)階段，我國汽車行業(yè)的線束工藝仍然采用傳統(tǒng)工藝手段，傳統(tǒng)的電纜下料是通過人工讀圖，分段計(jì)算，相加求和的方式來歸類各種線型的長度，各種元器件的個(gè)數(shù)等數(shù)據(jù)，以便在采購線料時(shí)作為賬目憑證。這種傳統(tǒng)的計(jì)量方式對待簡單圖紙尚可使用，但隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，作為汽車中樞神經(jīng)系統(tǒng)的線束和配套的電器插接件數(shù)量成倍上升。目前，一輛汽車所用的線束總長度竟達(dá)到4 000多米，新型動(dòng)力汽車的內(nèi)部構(gòu)造比傳統(tǒng)燃油動(dòng)力汽車的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。顯然，在這種情況下，傳統(tǒng)的線束電纜計(jì)量方式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在的工作模式，存在效率低、失誤多、工作量大等缺點(diǎn)。因此，面對更加復(fù)雜的線束設(shè)計(jì)要求，保證設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性、提高效率是滿足新型動(dòng)力汽車對線束要求的關(guān)鍵。這里可以借鑒這些工作，對汽車線束圖紙進(jìn)行有效識別。

1 汽車線束圖紙簡介
    汽車線束圖紙由汽車線束和汽車元器件組成，是采用AutoCAD、開幕CAD等繪圖軟件繪制而成的二維圖紙，圖紙描繪出線束的長度、走向、連接方式、線束的分類、材質(zhì)及線徑、元器件的種類、規(guī)格等屬性。圖1是一張結(jié)構(gòu)較為簡單的線束圖紙，以圖1為例，介紹如何利用計(jì)算機(jī)來自動(dòng)識別汽車線束圖紙。

    需要說明的是，由于線束圖紙只是實(shí)際線束的示意圖，因此，線柬段的直線長度與線束段所表示的實(shí)際物理長度并不相同。文本框標(biāo)注的長度是線束段的實(shí)際長度。通過分析線束圖紙可知，線束是由多個(gè)線束段組成的連通簡單圖。
     圖2所示即為圖1的一個(gè)連通簡單圖。圖2中，V1，V2，V3，V4，V5分別表示各線束段的頂點(diǎn)。

2 線束的自動(dòng)識別思路
    因?yàn)榫€束主要是由線束段組成。因此，通過設(shè)計(jì)程序，讓計(jì)算機(jī)根據(jù)制定的規(guī)則，在讀取圖紙后自動(dòng)判斷線束段的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，分析線束段之間的連接關(guān)系，讀取線束段的長度，最后計(jì)算同一線束的長度，從而實(shí)現(xiàn)圖紙的自動(dòng)識別。
    對于線束的表示特點(diǎn)建立線束自動(dòng)識別規(guī)則，實(shí)現(xiàn)線束段和線束的自動(dòng)識別是線束自動(dòng)識別的關(guān)鍵點(diǎn)。
2．1 功能模塊圖
    設(shè)計(jì)自動(dòng)識別功能模塊圖如圖3所示。

    由功能模塊圖可知，在線束圖紙識別前，首先要進(jìn)行圖紙預(yù)處理，然后再進(jìn)行線束識別。其中，線束識別是通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)椋?jì)算機(jī)主要是面向?qū)ο髞韺D紙進(jìn)行識別。所以，對于一張圖紙，一旦程序里得到這根線束，那么這根線束的線寬、長度、顏色等屬性就得到了。從而可以根據(jù)線束的這些屬性對線束進(jìn)行判斷，以實(shí)現(xiàn)線束識別。
2．2 流程圖
    線束圖紙自動(dòng)識別的流程圖如圖4所示。

    流程圖中，尋找線束和根據(jù)線束端點(diǎn)坐標(biāo)尋找線束是兩個(gè)概念，通過程序，前者尋找到的線束是整個(gè)線束圖紙上的線束，包括需要的和不需要的，這一步為后續(xù)按端點(diǎn)坐標(biāo)尋找線束進(jìn)行了鋪墊。按端點(diǎn)坐標(biāo)尋找線束是在上一步的基礎(chǔ)上忽略掉不需要的線束，找到要識別的線束，從而將線束添加到線路集中。
2．3 圖紙識別具體工作
    由自動(dòng)識別功能模塊圖和流程圖可以看出，線束圖紙的識別工作主要分為以下七部分：
    (1)編制線束圖紙識別規(guī)則；
    (2)對圖紙進(jìn)行預(yù)處理；
    (3)讀取二維線束圖紙(CAD矢量圖)圖元；
    (4)根據(jù)線束端點(diǎn)坐標(biāo)，尋找線束路線集；
    (5)確定線束終點(diǎn)，確定惟一線束路線集；
    (6)由線束集中的線束，逐一讀取線束長度；
    (7)將線束長度相加，輸出結(jié)果。
2．3．1 線束圖紙識別規(guī)則
    由于線束圖紙?jiān)诶L制過程中存在很多不確定性，包括線束的粗細(xì)、位置、文本的位置等，因此根據(jù)線束段和線束的性質(zhì)，建立一定的識別規(guī)則，這樣對于提高圖紙識別的準(zhǔn)確性和識別效率是非常重要的。圖紙識別規(guī)則應(yīng)用于計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)可以根據(jù)這些規(guī)則對圖紙進(jìn)行判斷。因?yàn)榫€束圖紙是第三方圖，所以關(guān)鍵是利用規(guī)則，能將圖及圖里面的圖元數(shù)字化，以便于計(jì)算機(jī)的判斷。例如，打開一張CAD圖紙，計(jì)算機(jī)“看到”一根線，程序能根據(jù)線的屬性得到這個(gè)線叫l(wèi)ine1，長度是 * * ，顏色是 * * 等，這就是數(shù)字化。下面，給出表示線束段和文本標(biāo)注的自動(dòng)識別規(guī)則：
    規(guī)則1：為了表示線束段的起始和結(jié)束位置，將線束段放置在兩個(gè)黑色圓點(diǎn)的中間。因此，以黑色圓點(diǎn)和連線作為判斷線束段的標(biāo)記；
    規(guī)則2：文本標(biāo)注應(yīng)以(線束段長度，線束段屬性>的方式表示，如274或274VT或274花包等；
    規(guī)則3：文本標(biāo)注應(yīng)在以線束段為對稱線、對稱距離為d的識別區(qū)域內(nèi)，其中，參數(shù)d在識別圖紙時(shí)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整；
    規(guī)則4：若識別區(qū)域內(nèi)有多個(gè)文本，選擇與線束段夾角最小的，或用區(qū)域覆蓋的方法識別；
    規(guī)則5：若識別區(qū)域內(nèi)有多個(gè)文本標(biāo)注，按中心最近原則，選擇離線束段中心點(diǎn)最近的文本標(biāo)注或者采取區(qū)域覆蓋的方法。
    區(qū)域覆蓋法：對于規(guī)則4和5所提及的情況，將線束線寬增加2倍于“線束長度文本框”得到一個(gè)矩形區(qū)域，如果“線束長度文本框”落在這個(gè)區(qū)域中，則表示這個(gè)線束的長度。如果找到2個(gè)以上的“線束長度文本框”并且這些“線束長度文本框”表示的長度不同的時(shí)候，需要人工干預(yù)。如圖5～圖7所示。

2．3．2 圖紙預(yù)處理
    因?yàn)閳D紙的規(guī)范性要求不一致，設(shè)計(jì)人員繪圖的習(xí)慣不一樣，因此在繪圖過程中存在許多不確定因素，例如圖紙中直線間的連接斷裂、直線連接過頭、直線由多個(gè)重合直線段組成等，這些不確定因素會對圖紙分析和識別造成重大影響。因此，在進(jìn)行圖紙識別前，由人工對線束圖紙進(jìn)行預(yù)處理是非常必要的，預(yù)處理的最終目的是希望線束圖紙符合規(guī)則要求。
2．3．3 讀取二維線束圖紙
    打開一張二維圖紙，通過程序能夠識別出線束圖紙中的所有線，這些線有些是需要的線束段，有些則是不需要的線。此時(shí)，要通過規(guī)則來判斷、抽取需要的線來進(jìn)行識別。例如，針對圖1對所需要的線束做如下規(guī)定：
    線束：使用直線或折線表示，必須符合顏色是黑色，線寬為0．3 mm的特性。
    線束交點(diǎn)：半徑為24 mm，顏色為黑色圓。
    按照上述規(guī)定，所識別出來的線就是需要的線束或線束段。
2．3．4 惟一線束集的確定
    線束圖紙中，一個(gè)線束的線號對應(yīng)了很多其他線號，當(dāng)出現(xiàn)相同線號時(shí)，則認(rèn)為這兩個(gè)相同線號間所走過的線束為惟一線束，即把兩端點(diǎn)相同的線束歸于同一類。針對圖1，給出如表1所示的連通參數(shù)表。

    由表1可知，線號為91311的線束是由頂點(diǎn)為V1和V3所走過的線束段組成。類似地，線號為24012的線束是由頂點(diǎn)為V3和V4所走過的線束段組成。其他線束組成方式以此類推。可以通過連通參數(shù)表畫出如圖8所示的連通回路集，以簡化圖1，直觀地找到所需要識別的線束。

    連通回路集中，每兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的部分稱為線束段。計(jì)算機(jī)識別過程中將線束段所標(biāo)識的長度相加即為所需線束的長度。
2．3．5 輸出結(jié)果
    連通參數(shù)表和連通回路集將圖1簡化成四條線束集，即線束集V1-V3，線束集V2-V3，線束集V3-V4和線束集V3-V5。由圖2可知，V1-V3由兩條線束段組成，結(jié)合圖1，V1-V3線束集的長度為230+260=490。同理，V2-V3線束集由三條線束段組成，長度為200+340+260=800。V3-V4線束集由四條線束段組成，根據(jù)第四線束段線徑要求，其長度為260+340+910+60=1 570和260+340+91O+200=1 710。V3-V5線束由四條線束段組成，長度為260+340+910+1 020=2 530。
2．3．6 結(jié)果輸出
    計(jì)算機(jī)通過以上思路，通過對照連通參數(shù)表，可以得出線束長度。如表2所示。

3 結(jié)論
    本文對線束圖紙中的線束段的識別做了初步研究，按照本文的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)圖紙中線束段的自動(dòng)識別，這種識別方法提高了我國汽車行業(yè)的生產(chǎn)效率，減少了人員操作的錯(cuò)誤率。但考慮到線束圖紙所包含的信息量龐大而且復(fù)雜，為了更好地將軟件與實(shí)際生產(chǎn)的全面智能應(yīng)用相結(jié)合，達(dá)到圖紙信息的全自動(dòng)提取和自動(dòng)建立線束工藝模型的目標(biāo)，還需要對自動(dòng)識別方法做進(jìn)一步的研究和探討。經(jīng)調(diào)查，國內(nèi)外在將手繪工程圖轉(zhuǎn)換成CAD圖紙并對其進(jìn)行識別理解方面做了大量的研究工作?？梢越梃b這些工作，對汽車線束圖紙進(jìn)行更為有效的識別。