摘要：布局问题就是把一些物体按一定的规则和要求合理地布置在一个空间内，按布局的维数可分为一维、二维和三维布局问题，其中对二维布局问题的研究主要集中在矩形及不规则零件的下料，鲜有涉及图纸的视图布局优化。目前零件下料问题的研究虽具有共性，在一定程度上可供借鉴，但直接应用于舾装生产设计出图仍面临困难；另一方面，目前的出图方式仍以交互式出图为主，相应的排版布局方式也是绘图人员手工进行的，为提高出图的自动化程度，研究图纸视图布局优化势在必行，其将成为自动出图系统中重要的组成部分。
关键词：船舶舾装；生产设计；图纸视图；布局优化
1、舾装生产设计图纸的基本规则和约束
解决图纸优化布局的问题，首先需要分析影响布局的基本规则和约束条件。与其他工程图纸的布局有所不同，船舶生产设计图纸对视图位置和比例等有特殊要求。首先，对于船舶舾装件安装图和零件制作图而言，必然存在常规三视图，即主视图、左视图和俯视图，它们之间有相互对齐和比例相同等约束条件。依据出图标准及成图习惯，在整张图纸的左上角开始排布三视图，三视图的可选比例比较固定，一般是1∶50，1∶20，1∶10等。其次，船舶生产设计图纸中的剖视图、节点图也必须按一定顺序进行排布。同一类型的节点邻近排布，其次再按节点1，节点2，……的顺序依次排布。再次，各图块之间的距离应该均匀，保证图块布置合理且美观，图块的总面积应尽可能大以充满图纸，便于充分利用图纸区域。
图１ Ａ3图纸视图布置区域
图２ Ａ4图纸视图布置区域
2、排图区域分析
排图区域指的是图框范围内可用于排图的区域。由于不同的船厂对于标题栏有各自的标准，故本文将Ａ3图纸中标题栏按工程制图标准简化为图框右下角140ｍｍ×32ｍｍ的矩形，这时排图区域就是图框矩形中减去标题栏矩形所得到的区域，如图1所示。
将Ａ4图纸首页中标题栏简化为图纸下方50ｍｍ×180ｍｍ的矩形，图纸上方的反向图号及版本说明简化为42ｍｍ×180ｍｍ的矩形，如图２所示。
3、基于最高水平线的视图布局优化算法
对于船舶生产设计图纸，需在图纸左上排入主视图、俯视图和左视图，将其他待排节点图块按次序装入列表中。设这时的待排图块分别为Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，…，Ｄｉ，Ｄｉ表示当前待排图块。因矩形包络固定，遂以图形图块沿ｘ轴方向的长度进行排样，算法流程如图3所示，其中：图块沿ｘ轴的长度为ｌ；Ｈ表示排当前图块后该图块顶端的高度值，用于判断该图块排布是否超出图纸高度范围。
3.1水平线和矩形图块数据描述与存储
水平线轮廓需要与矩形长度进行比较，水平线高度同时也是重要的参数，遂定义１个类ｌｏｗｌｉｎｅ，包含３个ｄｏｕｂｌｅ类型的参数，用于描述并存储水平线的横坐标和纵坐标。设第ｎ条ｌｏｗｌｉｎｅ（ａ，ｂ，ｙ），其中ａ，ｂ分别表示水平线起点、终点的横坐标，ｙ表示水平线的纵坐标。初始ｌｏｗｌｉｎｅ为排入主、俯和左视图后的３条水平线，分别为Ｌ１（ｗ１＋ｗ２＋ｃ，Ｗ，（Ｈ－ｃ）），Ｌ２（ｗ１＋ｃ，ｗ１＋ｗ２＋ｃ，Ｈ－（ｈ２＋２ｃ）），Ｌ３（０，ｗ１，Ｈ－（ｈ１＋ｈ３＋３ｃ）），式中：Ｗ表示板材的宽度；ｗｉ和ｈｉ表示第ｉ个图块的宽度和高度；ｃ表示图块之间的距离（ｃ≥５）。
绘制矩形需要矩形位置参数（矩形左上顶点坐标）和矩形形状参数（宽度和高度）。遂定义１个类Ｒｅｃ，包括４个ｄｏｕｂｌｅ类型的参数，存储矩形位置和形状。
3.2算法实现步骤
（１）在图纸左上角排入主视图、左视图和俯视图，得到初始水平线集并按其纵坐标排序。
（２）排放Ｄｉ时搜索高度最高的水平线进行排放，若有数条，则选取左边的一条，判断该水平线宽度是否大于或等于要排图块的宽度。
（３）如果该段水平线宽度大于或等于要排图块的宽度，这时判断图块排入后的最终高度是否超出图纸范围：若不超出范围，则将该图块排入，同时更新水平线集；若超出范围，则将从该图块开始及之后的所有未排图块排入下一张图纸。
（４）若该段水平线宽度小于要排图块的宽度，则封闭该段水平线，更新水平线集并重新按高度排序，在更新后的水平线集中继续搜索符合条件的水平线，将待排图块排入。
（５）重复步骤（２）到步骤（４）直至所有待排图块均排入图纸中。
4、修改比例及视图布局流程
排布视图时视图的大小通常是由设计人员自行确定的，修改视图比例是为了在清晰地显示视图的尺寸等细节的基础上适应图幅的大小，因此在实际绘图过程中，上述单一的视图布局算法需要配合比例修改来实现。
修改比例及视图布局流程如图4所示。ｋ为待排视图个数；ｉ为当前待排视图；ｊ为当前视图允许比例，以常见船舶制作图的允许比例为例，共有８个；Ｈ为当前视图排布完后的高度值。
（１）排布第ｉ个视图时，修改视图比例为设定的允许比例ｊ，判断最高水平线长度是否大于视图宽度：若大于，视图比例确定为当前比例ｊ，这时判断图块排入后的最终高度是否超出图纸范围；若不超出，则将该图块排入，同时更新水平线集；若超出范围，则将存储当前视图为未排图块，插入空白页进行排布。
（2）若最高水平线长度小于视图宽度，继续修改第ｉ个视图的比例，若所有允许比例都不能排布，则封闭该段水平线，更新水平线集并重新按高度排序，在更新后的水平线集中继续搜索符合条件的水平线，将待排图块排入。
（3）重复（1）和（2）步骤，直至所有待排图块均排入图纸中。
图3 最高水平线算法流程
图4 修改比例及视图布局流程
4、结语
本文研究船舶舾装生产设计图纸的视图布局优化问题，对其三视图的类型和布置进行分类研究，结合改进的最高水平线法对其节点图进行布局优化。虽然利用矩形包络方法可扩大视图范围，但在一定程度上简化了问题，最终达到的效果精确地遵循视图的顺序和船舶舾装的成图习惯，缩短出图时的视图布局时间，间接提高自动出图系统的效率。
参考文献：
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论文作者:陈志武
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/15
标签：视图论文; 水平线论文; 图纸论文; 图块论文; 矩形论文; 布局论文; 比例论文; 《基层建设》2019年第11期论文;