基于AutoCAD二次開發(fā)的船體結(jié)構(gòu)圖快速繪圖模式

陳茂勇 黃祖欽

（上海外高橋造船有限公司 上海200137）

引 言

船舶的詳細設計正由二維設計趨向于三維設計，在后者成熟應用之前，傳統(tǒng)的二維設計模式仍是主流。作為二維繪圖通用軟件，AutoCAD在船體制圖中使用率較高，但受到軟件的跨行業(yè)通用性限制，其繪圖功能對船體結(jié)構(gòu)專業(yè)領域的契合度仍顯不足。然而，AutoCAD支持二次開發(fā)以強化現(xiàn)有功能或?qū)崿F(xiàn)新的功能［1-3］，行業(yè)內(nèi)也有諸多具有針對性的輔助工具被開發(fā)出來用以實現(xiàn)特定的繪圖功能。此類工具在一定程度上能替代手工完成某些復雜的繪圖過程，但其單一功能較為零散，對繪圖效率的提升不夠全面。而且，由于所采用的繪圖標準不一致，導致各類輔助工具在行業(yè)內(nèi)的通用性不佳，也無法被有效共享。針對以上現(xiàn)狀及存在問題，本文提出一種基于AutoCAD二次開發(fā)的船體結(jié)構(gòu)圖快速繪圖新模式（下文簡稱快速模式）作為解決方案。

1 二次開發(fā)

1.1 開發(fā)環(huán)境

AutoCAD 提供了幾種可用于控制圖形和數(shù)據(jù)庫的應用程序編程接口，其中內(nèi)嵌的AutoLISP是一種功能全面的解釋性編程語言，可用于調(diào)用AutoCAD 命令、系統(tǒng)變量和對話框?？焖倌Ｊ交贏utoLISP編程語言和用于增強AutoLISP的Visual LISP編程語言開發(fā)而成。

1.2 實現(xiàn)流程

二次開發(fā)程序?qū)凑湛焖倮L圖流程進行設計，如圖1所示。

圖1 快速繪圖流程

在普通的AutoCAD環(huán)境下，設計人員主要通過繪圖命令配合修改命令進行結(jié)構(gòu)圖形的繪制，同時需在繪圖前或繪圖后進行圖層、線型、顏色等標準項的調(diào)整。對于稍復雜的圖形，還需要額外輔助線的支持。這種模式下完成一個目標圖形的繪制，需全程手工干預，不僅低效，還存在易產(chǎn)生人為錯誤的風險。相比之下，基于二次開發(fā)程序，結(jié)構(gòu)圖形的繪制過程趨于格式化，通常經(jīng)過兩個步驟即可完成目標圖形的繪制。

2 繪圖標準

2.1 標準的組成

快速模式通過二次開發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)，而程序的二次開發(fā)又以繪圖標準為指導，因此，在程序開發(fā)中系統(tǒng)地融入標準是建立完善繪圖模式的前提?？焖倌Ｊ缴婕暗降幕A標準項包括文字及標注樣式、線型定義、圖層定義和繪圖節(jié)點，如圖2所示。這些標準項分別在標準配置文件（ASCII文本文件）中逐行定義，其中每個文本行包含一項“鍵，值”組合。如：文本中對文字高度的定義為“text_height，1.8”。

圖2 標準的組成

2.2 標準的初始化

在開始制圖前，通常要根據(jù)繪圖標準對當前繪圖環(huán)境做初始化設置，如建立標準的文字及標注樣式、線型和圖層等。傳統(tǒng)的做法是在標準的樣板文件基礎上繪制新圖，但其存在有以下幾點不足：

（1）依賴于標準樣板；

（2）樣板只能在新建的文檔中應用；

（3）在樣板應用后產(chǎn)生的標準項的變更仍需手工干預。

快速模式下，設計者可通過程序界面對標準配置文件進行修改和確認，并由程序自動實現(xiàn)標準的初始化，初始化流程見下頁圖3。在程序設計中，初始化的本質(zhì)是將每個標準項設為一個變量，并將對應的配置值賦給該變量。變量被用來生成標準的文字及標注樣式、線型和圖層等，并為繪圖輔助程序提供參數(shù)。

圖3 初始化流程

初始化分成以下兩種形式：

（1） 被動初始化

文字及標注樣式、線型定義和圖層定義等內(nèi)容的初始化，會對文檔造成更改并隨文檔保存，因此，這部分內(nèi)容需在設計者下達指令后，由被動初始化程序完成。

（2） 主動初始化

繪圖節(jié)點配置、圖形與圖層的關(guān)聯(lián)等不對文檔造成更改的內(nèi)容，由主動初始化程序靜默完成，不需設計者下達指令。

這種模式不但彌補了傳統(tǒng)做法的不足，還使標準變得量化可見，初始化的過程也更加簡潔和規(guī)范，具體表現(xiàn)在以下四個方面。

2.2.1 文字樣式和標注樣式

文字和標注都是結(jié)構(gòu)圖中最常規(guī)的圖面元素，文字樣式和標注樣式一般相對固化，其標準樣式的建立過程可通過程序進行簡化。在程序界面中確認樣式名稱及細節(jié)后，文字及標注樣式將在被動初始化程序運行后自動建立。

2.2.2 線型定義

輔助程序提供直觀的界面進行線型創(chuàng)建和修改，并將線型實時加載或更新到當前文檔，如圖4所示。

圖4 線型定義

設計者可用兩種方式定義標準線型：

（1）通過輸入框創(chuàng)建或修改標準線型；

（2）將現(xiàn)有文檔中的線型保存為標準線型。

2.2.3 圖層定義

圖層是一項重要的繪圖標準，用于有效組織和管理圖面內(nèi)容。圖層通常按不同的圖面元素和構(gòu)件類型來分類。如將文字歸入TEXT圖層，標注歸入DIMENSION圖層，構(gòu)件線根據(jù)主次類型分別歸入LAYER1、LAYER2等。設計人員依據(jù)傳統(tǒng)的繪圖方法，需借助樣板引入或手動建立這一系列標準圖層。在快速模式下，標準圖層由被動初始化程序自動建立，顏色、線型、線寬等圖層要素可由設計者自行定義，參見圖5。

將所繪圖形歸入正確的標準圖層是一項必不可少的工作。使用傳統(tǒng)的繪圖方式，在交替繪制不同類型的圖形元素時，設計者需反復切換圖層以實現(xiàn)圖層的標準化；而且屬于同一圖層的圖形可能需要設置不同的顏色或/和線型，這些情況無疑增加了繪圖過程中的手工干預量。在快速模式下，主動初始化程序?qū)D形元素關(guān)聯(lián)到指定的標準圖層，如圖6所示。通過輔助程序所繪的圖形將自動歸入所關(guān)聯(lián)的圖層，無需手動進行圖層調(diào)整。

圖5 圖層定義

圖6 圖形與圖層的關(guān)聯(lián)

2.2.4 繪圖節(jié)點

繪圖節(jié)點包含一些控制圖形細節(jié)和形狀的設置項，如下頁圖7所示。在主動初始化程序運行后，這些設置項以全局變量的形式駐留在當前文檔的內(nèi)存空間中，并被輔助程序調(diào)用以達到按節(jié)點繪圖的目的。若節(jié)點與打印比例關(guān)聯(lián)，則節(jié)點將按比例縮放，如文字高度。

圖7 節(jié)點配置

3 快速繪圖模式的特點

快速模式下，基于二次開發(fā)輔助程序，繪圖過程具有自動化、智能化、構(gòu)件化和批量化的特點，這些特點使該模式能夠有效提升繪圖效率。

3.1 自動化

自動化是快速模式最主要的特點。以繪制一個肘板為例，其輪廓形狀由若干關(guān)鍵點（和半徑）控制，通過程序計算這些關(guān)鍵點的坐標并連接成多段線實現(xiàn)自動化。因此，設計者只需輸入或指定邊長、半徑、角隅孔、邊界線等用于計算關(guān)鍵點的數(shù)據(jù)，即可自動完成肘板繪制。程序界面如圖8所示。

圖8 肘板繪制

程序提供材質(zhì)、板厚等可選項，供設計者按需輸入，這些信息將被提取用以進行肘板的規(guī)格和焊腳高度等自動標注。

3.2 智能化

AutoCAD支持對圖形添加擴展數(shù)據(jù)［4］，通過擴展數(shù)據(jù)，設計者可以將任何圖形貼上自定義標簽，并賦予額外的屬性。有效組織這些標簽和屬性能實現(xiàn)圖形的分組歸類，使程序能夠識別特定圖形組，從而具備智能化的特點。以下程序代碼可實現(xiàn)擴展數(shù)據(jù)的添加，將貫穿孔圖形貼上“CUTOUT”的標簽，并賦予“T-BAR”屬性：

智能化體現(xiàn)在兩方面（以繪制貫穿孔和補板為例）：

（1）智能識別結(jié)構(gòu)類型

繪制貫穿孔時，程序在框選范圍內(nèi)智能識別型材截面，并自動生成由設計者指定類型的貫穿孔；繪制補板時，程序在框選范圍內(nèi)智能識別貫穿孔，并自動生成由設計者指定類型的補板，如圖9所示。

圖9 貫穿孔和補板繪制

（2）智能識別結(jié)構(gòu)尺寸

通常，型材的貫穿孔和補板在《船體結(jié)構(gòu)節(jié)點圖冊》中有詳細的外形尺寸要求，如下頁圖10所示。只要確定型材截面的尺寸，就可以得到指定類型的貫穿孔尺寸；同理，只要確定貫穿孔的尺寸，也可以得到指定類型的補板尺寸。而采用傳統(tǒng)的手動方式，在繪制型材截面、貫穿孔和補板時，都要輸入外形尺寸數(shù)據(jù)，造成這些數(shù)據(jù)的重復輸入?？焖倌Ｊ较?，輔助程序能夠自動識別型材截面或貫穿孔尺寸，并借以計算對應貫穿孔或補板的尺寸。因此，在型材截面、貫穿孔和補板這一系列結(jié)構(gòu)的繪制過程中，設計者只需在繪制型材截面時輸入一次即可。圖9中貫穿孔和補板的繪制，僅需指定類型而無需輸入結(jié)構(gòu)尺寸。

圖10 貫穿孔和補板的尺寸

智能化的特點可避免結(jié)構(gòu)尺寸的重復輸入，不但提高繪圖過程的自動化程度，而且能有效杜絕因重復輸入而產(chǎn)生人為錯誤。

3.3 構(gòu)件化

所謂構(gòu)件化是指圖形由封閉或半封閉的連續(xù)線條組成，自成一個單獨構(gòu)件，并具有材質(zhì)、板厚、尺寸等屬性。相比于使用零散線條組成結(jié)構(gòu)圖形的傳統(tǒng)方式，構(gòu)件化的圖形更貼近實際，且易于選擇和管理，如圖11所示。構(gòu)件化的圖形所具有的屬性能夠被輔助程序提取和分析，用于支持智能化的實現(xiàn)。

圖11 構(gòu)件化的圖形

3.4 批量化

不同于通過復制粘貼所實現(xiàn)的批量化繪制，在快速模式下，輔助程序能批量繪制形狀、大小和角度等不完全相同的圖形，例如批量繪制圖9中不同規(guī)格T型材對應的貫穿孔和補板。

4 結(jié) 語

本文闡述快速繪圖模式的總體思路和實施流程，并對二次開發(fā)輔助程序的功能特點進行分析，初步展示該模式的基本框架。相比于已公開的多數(shù)應用于船體制圖領域的零散AutoCAD插件，承載該快速模式的輔助程序在功能上具有更好的系統(tǒng)性、連續(xù)性和通用性。經(jīng)過若干實船項目的持續(xù)應用和跟蹤優(yōu)化，證明該模式達到了提升結(jié)構(gòu)圖繪圖效率的預期目標。在尚未應用三維自動化設計軟件進行船體詳細設計的情況下，基于AutoCAD二次開發(fā)的船體結(jié)構(gòu)圖快速繪圖模式具有明確的實際應用價值。