汽车线束图纸的自动识别方法

摘要：结合我国汽车行业的生产现状，研究、讨论了一种计算机自动识别汽车线束图纸的方法。该方法通过计算机软件仿真试验，在符合某一预先设定好的识图规则的情况下，根据编制好的程序对图纸中线束进行判断，筛选出需要的线束和线束段，将其按类合并，最终达到自动完成线束长度和线束分类识别的目的。这种新的识别方法较传统的人工读图，分段计算，相加求和的方法有了很大的创新，极大地提高了我国汽车行业的生产效率，减少了人员操作的错误率，为企业生产带来直接利益。
关键词：计算机仿真；汽车线束图纸；线束；自动识别

0 引言
    汽车线束素有汽车神经之称，是控制汽车电信号的载体，是汽车电路的重要组成部分，没有线束也就不存在汽车电路。汽车线束由导线、接插件、紧固件、橡胶件以及绝缘、屏蔽管等构成。它把中央控制部件与汽车控制单元、电气电子执行单元、电气及照明显示有机地连接在一起，形成一个完整的汽车电气控制系统。汽车线束的正确、快速识别，对于整个汽车电路来说是非常重要的。
    现阶段，我国汽车行业的线束工艺仍然采用传统工艺手段，传统的电缆下料是通过人工读图，分段计算，相加求和的方式来归类各种线型的长度，各种元器件的个数等数据，以便在采购线料时作为账目凭证。这种传统的计量方式对待简单图纸尚可使用，但随着我国汽车产业的蓬勃发展，汽车结构设计越来越复杂，作为汽车中枢神经系统的线束和配套的电器插接件数量成倍上升。目前，一辆汽车所用的线束总长度竟达到4 000多米，新型动力汽车的内部构造比传统燃油动力汽车的内部结构更复杂。显然，在这种情况下，传统的线束电缆计量方式已经不能适应现在的工作模式，存在效率低、失误多、工作量大等缺点。因此，面对更加复杂的线束设计要求，保证设计结果的正确性、提高效率是满足新型动力汽车对线束要求的关键。这里可以借鉴这些工作，对汽车线束图纸进行有效识别。

1 汽车线束图纸简介
    汽车线束图纸由汽车线束和汽车元器件组成，是采用AutoCAD、开幕CAD等绘图软件绘制而成的二维图纸，图纸描绘出线束的长度、走向、连接方式、线束的分类、材质及线径、元器件的种类、规格等属性。图1是一张结构较为简单的线束图纸，以图1为例，介绍如何利用计算机来自动识别汽车线束图纸。

    需要说明的是，由于线束图纸只是实际线束的示意图，因此，线柬段的直线长度与线束段所表示的实际物理长度并不相同。文本框标注的长度是线束段的实际长度。通过分析线束图纸可知，线束是由多个线束段组成的连通简单图。
     图2所示即为图1的一个连通简单图。图2中，V1，V2，V3，V4，V5分别表示各线束段的顶点。

2 线束的自动识别思路
    因为线束主要是由线束段组成。因此，通过设计程序，让计算机根据制定的规则，在读取图纸后自动判断线束段的起点和终点坐标，分析线束段之间的连接关系，读取线束段的长度，最后计算同一线束的长度，从而实现图纸的自动识别。
    对于线束的表示特点建立线束自动识别规则，实现线束段和线束的自动识别是线束自动识别的关键点。
2．1 功能模块图
    设计自动识别功能模块图如图3所示。

    由功能模块图可知，在线束图纸识别前，首先要进行图纸预处理，然后再进行线束识别。其中，线束识别是通过计算机软件实现的。因为，计算机主要是面向对象来对图纸进行识别。所以，对于一张图纸，一旦程序里得到这根线束，那么这根线束的线宽、长度、颜色等属性就得到了。从而可以根据线束的这些属性对线束进行判断，以实现线束识别。
2．2 流程图
    线束图纸自动识别的流程图如图4所示。

    流程图中，寻找线束和根据线束端点坐标寻找线束是两个概念，通过程序，前者寻找到的线束是整个线束图纸上的线束，包括需要的和不需要的，这一步为后续按端点坐标寻找线束进行了铺垫。按端点坐标寻找线束是在上一步的基础上忽略掉不需要的线束，找到要识别的线束，从而将线束添加到线路集中。
2．3 图纸识别具体工作
    由自动识别功能模块图和流程图可以看出，线束图纸的识别工作主要分为以下七部分：
    (1)编制线束图纸识别规则；
    (2)对图纸进行预处理；
    (3)读取二维线束图纸(CAD矢量图)图元；
    (4)根据线束端点坐标，寻找线束路线集；
    (5)确定线束终点，确定惟一线束路线集；
    (6)由线束集中的线束，逐一读取线束长度；
    (7)将线束长度相加，输出结果。
2．3．1 线束图纸识别规则
    由于线束图纸在绘制过程中存在很多不确定性，包括线束的粗细、位置、文本的位置等，因此根据线束段和线束的性质，建立一定的识别规则，这样对于提高图纸识别的准确性和识别效率是非常重要的。图纸识别规则应用于计算机程序，计算机可以根据这些规则对图纸进行判断。因为线束图纸是第三方图，所以关键是利用规则，能将图及图里面的图元数字化，以便于计算机的判断。例如，打开一张CAD图纸，计算机“看到”一根线，程序能根据线的属性得到这个线叫line1，长度是 * * ，颜色是 * * 等，这就是数字化。下面，给出表示线束段和文本标注的自动识别规则：
    规则1：为了表示线束段的起始和结束位置，将线束段放置在两个黑色圆点的中间。因此，以黑色圆点和连线作为判断线束段的标记；
    规则2：文本标注应以(线束段长度，线束段属性>的方式表示，如274或274VT或274花包等；
    规则3：文本标注应在以线束段为对称线、对称距离为d的识别区域内，其中，参数d在识别图纸时可以动态调整；
    规则4：若识别区域内有多个文本，选择与线束段夹角最小的，或用区域覆盖的方法识别；
    规则5：若识别区域内有多个文本标注，按中心最近原则，选择离线束段中心点最近的文本标注或者采取区域覆盖的方法。
    区域覆盖法：对于规则4和5所提及的情况，将线束线宽增加2倍于“线束长度文本框”得到一个矩形区域，如果“线束长度文本框”落在这个区域中，则表示这个线束的长度。如果找到2个以上的“线束长度文本框”并且这些“线束长度文本框”表示的长度不同的时候，需要人工干预。如图5～图7所示。

2．3．2 图纸预处理
    因为图纸的规范性要求不一致，设计人员绘图的习惯不一样，因此在绘图过程中存在许多不确定因素，例如图纸中直线间的连接断裂、直线连接过头、直线由多个重合直线段组成等，这些不确定因素会对图纸分析和识别造成重大影响。因此，在进行图纸识别前，由人工对线束图纸进行预处理是非常必要的，预处理的最终目的是希望线束图纸符合规则要求。
2．3．3 读取二维线束图纸
    打开一张二维图纸，通过程序能够识别出线束图纸中的所有线，这些线有些是需要的线束段，有些则是不需要的线。此时，要通过规则来判断、抽取需要的线来进行识别。例如，针对图1对所需要的线束做如下规定：
    线束：使用直线或折线表示，必须符合颜色是黑色，线宽为0．3 mm的特性。
    线束交点：半径为24 mm，颜色为黑色圆。
    按照上述规定，所识别出来的线就是需要的线束或线束段。
2．3．4 惟一线束集的确定
    线束图纸中，一个线束的线号对应了很多其他线号，当出现相同线号时，则认为这两个相同线号间所走过的线束为惟一线束，即把两端点相同的线束归于同一类。针对图1，给出如表1所示的连通参数表。

    由表1可知，线号为91311的线束是由顶点为V1和V3所走过的线束段组成。类似地，线号为24012的线束是由顶点为V3和V4所走过的线束段组成。其他线束组成方式以此类推。可以通过连通参数表画出如图8所示的连通回路集，以简化图1，直观地找到所需要识别的线束。

    连通回路集中，每两个结点之间的部分称为线束段。计算机识别过程中将线束段所标识的长度相加即为所需线束的长度。
2．3．5 输出结果
    连通参数表和连通回路集将图1简化成四条线束集，即线束集V1-V3，线束集V2-V3，线束集V3-V4和线束集V3-V5。由图2可知，V1-V3由两条线束段组成，结合图1，V1-V3线束集的长度为230+260=490。同理，V2-V3线束集由三条线束段组成，长度为200+340+260=800。V3-V4线束集由四条线束段组成，根据第四线束段线径要求，其长度为260+340+910+60=1 570和260+340+91O+200=1 710。V3-V5线束由四条线束段组成，长度为260+340+910+1 020=2 530。
2．3．6 结果输出
    计算机通过以上思路，通过对照连通参数表，可以得出线束长度。如表2所示。

3 结论
    本文对线束图纸中的线束段的识别做了初步研究，按照本文的方法，能够实现图纸中线束段的自动识别，这种识别方法提高了我国汽车行业的生产效率，减少了人员操作的错误率。但考虑到线束图纸所包含的信息量庞大而且复杂，为了更好地将软件与实际生产的全面智能应用相结合，达到图纸信息的全自动提取和自动建立线束工艺模型的目标，还需要对自动识别方法做进一步的研究和探讨。经调查，国内外在将手绘工程图转换成CAD图纸并对其进行识别理解方面做了大量的研究工作。可以借鉴这些工作，对汽车线束图纸进行更为有效的识别。