本發(fā)明涉及全尺寸線束工裝板圖的繪制，具體為一種基于CAD平臺的全尺寸線束工裝板的生成方法。

背景技術(shù)：

線束是指由銅材沖制而成的接觸件端子(連接器)與電線電纜壓接后，外面再塑壓絕緣體或外加金屬殼體等，以線束捆扎形成連接電路的組件。

在線束制作前要事先在CAD(Computer Aided Design計算機輔助設(shè)計)平臺上繪制線束圖，線束圖必須要顧及各個電氣元件的尺寸形狀和它們之間的距離，也要反映出電氣件彼此之間的連接關(guān)系，同時還要對線束的包覆進行標識和指定。但是線束圖中的線束顯示長度和實際長度并不是等比例顯示。但是在流水線上對線束進行制作時，需要全尺寸的線束工裝板對線束進行制作加工，因此需要根據(jù)線束圖做成全尺寸線束工裝板圖，完成對全尺寸的線束工裝板的加工，

現(xiàn)有技術(shù)中，是根據(jù)線束圖，通過人工，依次對電線經(jīng)過路徑進行等尺寸繪制，效率低，工作量大，容易出錯，如果最終無法全部布置在對應(yīng)的線束工裝板中，則需要將前期的大部分工作進行重新繪制，并且對包覆材料、卡扣和護套等的參數(shù)也需要一一進行繪制，特別是隨著線束圖中包括線束較多時，效率和準確度會隨之大幅下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于CAD平臺的全尺寸線束工裝板圖的生成方法，使用方便，操作簡單，工作效率高，進一步的能夠?qū)崿F(xiàn)線束圖的自動展開和擺平。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于CAD平臺的全尺寸線束工裝板圖的生成方法，采用CAD平臺支持的C++語言的ARX開發(fā)環(huán)境，編輯各種命令模塊，并結(jié)合CAD平臺原始命令進行如下操作步驟，

步驟1，將全尺寸線束工裝板對應(yīng)的線束圖中記錄的電線長度參數(shù)、節(jié)點參數(shù)、連接器參數(shù)和連接器對應(yīng)電線端參數(shù)形成樹狀結(jié)構(gòu)的CAD屬性塊，得到轉(zhuǎn)換之前的目標線束圖；

步驟2，選取線束圖中的任意節(jié)點作為起始點，根據(jù)CAD屬性塊中的參數(shù)確定與相鄰節(jié)點間路徑的長度和方向，將路徑在原方向上進行等尺寸的縮放；從起始點開始依次對相鄰節(jié)點上未縮放的路徑依次進行縮放，得到實際尺寸和圖紙尺寸比例為1:1的全尺寸線束圖；

步驟3，根據(jù)相鄰節(jié)點間路徑的長度，以及路徑與其兩端節(jié)點的關(guān)系，將相鄰節(jié)點之間的路徑作為連桿，節(jié)點作為鉸接點，保持同一鉸接點上所有連桿之間的相鄰關(guān)系不變，建立平面運動學(xué)的連桿系模型；

步驟4，將得到的全尺寸線束圖移動到線束工裝板邊界框圖內(nèi)，在連桿系模型下，對各路徑對應(yīng)的連桿和/或與其鉸接的連桿，分別進行拖動，將其對應(yīng)的路徑布置在線束工裝板邊界框圖內(nèi)，直至所有連桿對應(yīng)的路徑均互不交叉的位于線束工裝板邊界框圖內(nèi)，得到全尺寸線束工裝板草圖；

步驟5，以CAD屬性塊中的節(jié)點參數(shù)為參照基準，將目標線束圖中對應(yīng)的連接器參數(shù)和連接器對應(yīng)電線端參數(shù)所顯示的連接器、護套、電線和線束包覆材料信息，復(fù)制移動到全尺寸線束工裝板草圖上，得到基于CAD平臺的全尺寸線束工裝板圖。

優(yōu)選的，步驟3中，通過對同一節(jié)點上連桿之間建立碰撞模型，保持同一鉸接點上所有連桿之間的相鄰關(guān)系不變；碰撞模型內(nèi)，如果同一節(jié)點上的連桿之間相互接觸，則在一個計算步長的時間內(nèi)，在接觸面上按接觸面的法線方向產(chǎn)生一對方向相反的平衡力，在該平衡力的作用下接觸面上兩連桿在該計算步長結(jié)束后按相反方向分離。

優(yōu)選的，還包括對全尺寸線束圖的展開步驟，

獲取連桿系模型起始狀態(tài)下，所有連桿的初始狀態(tài)平衡方程；

在初始狀態(tài)的基礎(chǔ)上對每個連桿加載排斥力模型，在連桿系模型和排斥力模型的作用下各連桿在平衡狀態(tài)下進行展開，最大限度的伸展到能夠占據(jù)的空間；

在排斥力模型內(nèi)，每個連桿與其它所有桿之間，按兩連桿長度乘積除以兩連桿中心距離平方得到兩連桿之間的排斥力，計算其所受到的所有排斥力的合排斥力作為排拆保守力，計算并實時顯示在排拆保守力作用下該連桿的運動；

當各連桿之間的位置關(guān)系至少運動到任意兩個連桿之間沒有位置重疊后，停止排斥力模型的加載，各連桿停止運動，保持當前位置狀態(tài)，從而在CAD平臺上得到對應(yīng)的全尺寸展開圖；

將全尺寸展開圖移動到線束工裝板邊界框圖內(nèi)。

進一步，在對全尺寸線束圖的展開步驟中，通過連桿系模型和排斥力模型的作用下通過運動學(xué)模擬進行展開，運動學(xué)模擬時利用稀疏矩陣求解運動平衡方程，并對稀疏矩陣進行三角分解法求解。

優(yōu)選的，還包括對全尺寸線束圖在線束工裝板邊界框圖內(nèi)的擺定步驟，

采集當前連桿狀態(tài)，判斷其相對于線束工裝板邊界框圖的水平方向或垂直方向的角度；當其角度與預(yù)設(shè)角度不相等時，對其施加一個轉(zhuǎn)矩，在該轉(zhuǎn)矩作用下連桿向最靠近的預(yù)設(shè)角度轉(zhuǎn)動，最終連桿系在阻尼作用下平衡時停止在對應(yīng)的角度上；

當相等時，對其余連桿進行擺定操作。

進一步，預(yù)設(shè)角度包括與線束工裝板邊界框圖的水平方向呈0°，30°，45°，60°，90°，120°，135°，150°，180°，210°，225°，240°，270°，300°，315°和330°的角度。

優(yōu)選的，步驟4中，當對連桿進行拖動時，在已經(jīng)滿足工裝板圖要求的連桿對應(yīng)的路徑中，選定位置固定的路徑，鎖定其對應(yīng)的連桿并保持靜止。

優(yōu)選的，步驟3中，在平面運動學(xué)的連桿系模型中，所述的連桿為剛性連桿，所述的鉸接點為設(shè)置有阻尼系數(shù)的彈性鉸接點。

優(yōu)選的，在CAD平臺上執(zhí)行步驟2-5的操作時，禁止CAD平臺的撤銷；在操作界面上屏蔽CAD平臺上原有功能與CAD內(nèi)核的交互，且通過使用CAD平臺支持的C++語言的ARX開發(fā)環(huán)境編輯的命令模塊與CAD內(nèi)核的交互；并將基于連桿系模型的運動平衡方程的運算中，能夠并行求解的計算量采用opencl異構(gòu)加速運算，將其從CPU轉(zhuǎn)移到GPU上進行處理。

優(yōu)選的，步驟4中，當對連桿進行拖動后，由于連桿長度無法布置在線束工裝板邊界框圖內(nèi)，對該連桿對應(yīng)的路徑進行打斷，將打斷點建立為臨時節(jié)點，再次進行拖動，直至該連桿對應(yīng)的路徑均位于線束工裝板邊界框圖內(nèi)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明利用樹狀結(jié)構(gòu)的CAD屬性塊，對各參數(shù)分別進行設(shè)置，能夠滿足后續(xù)步驟對數(shù)據(jù)提取和定位的需求，準確高效；通過將節(jié)點和路徑為基本單元，進行抽象和模擬，建立平面運動學(xué)的連桿系模型，保證工裝板在各種擺放過程中的各桿件之間的拓撲關(guān)系的連續(xù)一致性，同時將CAD平臺上對路徑的操作轉(zhuǎn)換為在連桿系模型中的運動變化，保證了節(jié)點和路徑的始終連接狀態(tài)，使其能夠進行整體的運動和操作；以線束工裝板邊界框圖為界限，對超出范圍的路徑在所建立模型的基礎(chǔ)上，通過連桿的拖動實現(xiàn)在限定范圍內(nèi)的布置；通過對應(yīng)節(jié)點參數(shù)，配合對屬性塊中參數(shù)的統(tǒng)一提取，能夠準確的對連接器參數(shù)和線號參數(shù)的快速復(fù)制移動，避免了人工操作時的錯誤；完成對全尺寸線束工裝板圖的快速生成和制作。

進一步的，通過碰撞模型的建立和加載，使得同一節(jié)點上連桿之間能夠自動保持相鄰關(guān)系的穩(wěn)定，保證了工裝版圖生成過程中，線束關(guān)系的穩(wěn)定和對應(yīng)。

進一步的，利用對排斥力模型的加載，在施加的排斥力的作用下，保證各個連桿在保持平衡的狀態(tài)下進行自動展開，使得整個全尺寸展開圖能夠占據(jù)最大的展開面積，使得各個連桿的位置清晰明確，便于后續(xù)的擺放操作。

進一步的，通過對每個連桿進行擺定操作，使其能夠擺放在預(yù)設(shè)角度上，從而能夠滿足工裝板圖的統(tǒng)一要求，便于線束的實際綁扎操作，節(jié)省布局空間，使得各個連桿能夠最大限度的布置在恰當?shù)奈恢蒙希?/p>

進一步的，通過設(shè)置的阻尼系數(shù)，能夠調(diào)節(jié)運動模擬中的運動速度，滿足不同使用者的需求。

進一步的，通過撤銷和禁止CAD平臺中的功能，保證其在實時動態(tài)顯示中降低緩存消耗，減少刷新次數(shù)，節(jié)約計算資源，提高工作效率；并在連桿系的動力學(xué)求解中，為滿足用戶平滑拖動時的實時解算要求，需要使得拖動帶來的運動平衡方程的解算次數(shù)不低于24次每秒，因此將該部分高負荷，可并行求解的計算量從CPU轉(zhuǎn)移到電腦的顯卡GPU上進行處理。

進一步的，利用打斷建立的臨時節(jié)點，保證了對線束工裝板的充分利用和合理布置，并且也提高了其可操作性和適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實例中所述的目標線束圖。

圖2為本發(fā)明實例中所述的全尺寸線束圖。

圖3為本發(fā)明實例中所述的全尺寸展開圖或全尺寸線束圖移動到線束工裝板邊界框圖內(nèi)的示意圖。

圖4為本發(fā)明實例中所述的線束全尺寸展開擺定圖。

圖5為本發(fā)明實例中所述的全尺寸線束工裝板草圖。

圖6為本發(fā)明實例中所述的路徑打斷前的放大示意圖。

圖7為本發(fā)明實例中所述的路徑打斷后的放大示意圖。

圖中，1-8為第一到第八節(jié)點，9-27第一到第十九路徑。

具體實施方式

下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明一種基于CAD平臺的全尺寸線束工裝板圖的生成方法，采用CAD平臺支持的C++語言的ARX開發(fā)環(huán)境，編輯各種命令模塊，并結(jié)合CAD平臺原始命令進行如下操作步驟；本優(yōu)選實例中，以AutoCAD為CAD平臺進行說明。

步驟1，將全尺寸線束工裝板對應(yīng)的線束圖中記錄的電線長度參數(shù)、節(jié)點參數(shù)、連接器參數(shù)和連接器對應(yīng)電線端參數(shù)形成樹狀結(jié)構(gòu)的CAD屬性塊，得到轉(zhuǎn)換之前的目標線束圖，如圖1所示，目標線束圖不僅包括了節(jié)點、電線、線束、連接器的參數(shù)數(shù)據(jù)，還包括連接器對應(yīng)電線端參數(shù)，從而確定了電線走向和節(jié)點處線束分布；并且通過設(shè)置將參數(shù)之間形成樹狀結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系，并固定在CAD屬性塊中，從而能夠進行對應(yīng)、快速和統(tǒng)一的讀取調(diào)用操作。

步驟2，選取線束圖中的任意節(jié)點作為起始點，根據(jù)CAD屬性塊中的參數(shù)確定與相鄰節(jié)點間路徑的長度和方向，將路徑在原方向上進行等尺寸的縮放；從起始點開始依次對相鄰節(jié)點上未縮放的路徑依次進行縮放拓展，得到實際尺寸和圖紙尺寸比例為1:1的全尺寸線束圖，如圖2所示；本實例中以第一節(jié)點1為起點開始，對第一路徑9、第二路徑10和第三路徑11進行等比例的縮放，然后以第二節(jié)點2上的第四路徑12和第五路徑13進行等比例縮放，依次到第八節(jié)點8上的第十七、十八、十九路徑25、26、27的等比縮放后，得到全尺寸線束圖。

步驟3，根據(jù)相鄰節(jié)點間路徑的長度，以及路徑與其兩端節(jié)點的關(guān)系，將相鄰節(jié)點之間的路徑作為連桿，節(jié)點作為鉸接點，保持同一鉸接點上所有連桿之間的相鄰關(guān)系不變，建立平面運動學(xué)的連桿系模型；本優(yōu)選實例中，在平面運動學(xué)的連桿系模型中，所述的連桿為剛性連桿，所述的鉸接點為設(shè)置有阻尼系數(shù)的彈性鉸接點。這是為了保證線束的連慣，各節(jié)點之間的路徑不能脫開。因此通過連桿系模型，利用靜力平衡方程保證連接到各節(jié)點的連桿不會脫開。

具體的，在工裝板桿系的拓撲關(guān)系中，線束應(yīng)用上要求到達同一節(jié)點上的各桿之間的相鄰關(guān)系不會互相交換。即保持其順序在成品工裝板上與原圖一致。因此在連桿系模型的運動學(xué)計算中，對連接到同一節(jié)點上的桿件之間應(yīng)用了碰撞模型。即在與同一節(jié)點相連的桿件之間如果相互接觸，在接觸面上按接觸面的法線方向在一個計算步長的時間內(nèi)產(chǎn)生一對方向相反的平衡力。在此平衡力的作用下保證在及觸面上兩桿在該計算步長結(jié)束后按相反方向離開。

步驟4，將得到的全尺寸線束圖移動到線束工裝板邊界框圖內(nèi)，如圖3中的上下兩個水平線；在連桿系模型下，對各路徑對應(yīng)的連桿和/或與其鉸接的連桿，分別進行拖動，將其對應(yīng)的路徑布置在線束工裝板邊界框圖內(nèi)，直至所有連桿對應(yīng)的路徑均互不交叉的位于線束工裝板邊界框圖內(nèi)，得到全尺寸線束工裝板草圖，如圖5所示。

各節(jié)點是可以按用戶的操作可以拖拽的而且這個拖拽的過程是實時的，保證用戶在實時的情況下拖動任意一根連桿，將拖動的操作轉(zhuǎn)化為對該連桿的同方向的作用力，其它的與之相連，及進一步與相連連桿相連的其它連桿在該虛擬拖拽作用力的作用下根據(jù)連桿系的運動學(xué)平衡條件實時計算出受影響桿件的移動及旋轉(zhuǎn)的速度和方向。從而實現(xiàn)了用戶與CAD平臺的交互，實時動態(tài)的操作下能方便地按自己的意愿將該連桿系模型對應(yīng)的路徑擺放致預(yù)設(shè)的平面區(qū)域內(nèi)，及線束工裝板邊界框圖。從而從根本上滿足了工裝板的制作要求；工裝板就是需要在一個給定尺寸大小的平板上布出給定線束的拓撲圖，然后在工裝板上按這個拓撲圖放置電線束以達到各分支節(jié)點段長度滿足圖紙的要求。

本發(fā)明中，各個路徑是通過在連桿系模型下的連桿和鉸接點進行靜力平衡下的動態(tài)模擬的，因此在進行路徑的拖動，也就是連桿的運動時，部分連桿已經(jīng)滿足要求穩(wěn)定下來，而調(diào)整其它桿件時有可能將已經(jīng)擺放的連桿再次拖動偏離原來的位置。為避免這種情況可以將已經(jīng)穩(wěn)定下來的路徑進行鎖定。即將這些連桿的運動學(xué)意義下的質(zhì)量和阻尼設(shè)為相對其它沒有鎖定的桿件而言接近于無窮大，使其為靜止狀態(tài)，從而保證在CAD平臺上路徑的鎖定和定位。

本優(yōu)選實例中，當對連桿進行拖動時，在已經(jīng)滿足工裝板圖要求的連桿對應(yīng)的路徑中，選定位置固定的路徑，鎖定其對應(yīng)的連桿并保持靜止。當對連桿進行拖動后，由于連桿長度無法布置在線束工裝板邊界框圖內(nèi)，如圖6所示，對該連桿對應(yīng)的路徑進行打斷，將打斷點建立為臨時節(jié)點，如圖7所示，再次進行拖動，直至該連桿對應(yīng)的路徑均位于線束工裝板邊界框圖內(nèi)。

步驟5，以CAD屬性塊中的節(jié)點參數(shù)為參照基準，通過各連桿兩端的鉸接點與節(jié)點的對應(yīng)為標記，將目標線束圖中對應(yīng)的連接器參數(shù)和連接器對應(yīng)電線端參數(shù)所顯示的連接器、護套、電線和線束包覆材料信息，復(fù)制移動到全尺寸線束工裝板草圖上，得到基于CAD平臺的全尺寸線束工裝板圖。

本優(yōu)選實例中，能夠?qū)θ叽缇€束圖進行自動展開。獲取連桿系模型起始狀態(tài)下，所有連桿的初始狀態(tài)平衡方程；在初始狀態(tài)的基礎(chǔ)上對每個連桿加載排斥力模型，在連桿系模型和排斥力模型的作用下各連桿在平衡狀態(tài)下進行展開，最大限度的伸展到能夠占據(jù)的空間；在排斥力模型內(nèi)，每個連桿與其它所有桿之間，按兩連桿長度乘積除以兩連桿中心距離平方得到兩連桿之間的排斥力，計算其所受到的所有排斥力的合排斥力作為排拆保守力，計算并實時顯示在排拆保守力作用下該連桿的運動；當各連桿之間的位置關(guān)系至少運動到任意兩個連桿之間沒有位置重疊后，停止排斥力模型的加載，各連桿停止運動，保持當前位置狀態(tài)，從而在CAD平臺上得到對應(yīng)的全尺寸展開圖；將全尺寸展開圖移動到線束工裝板邊界框圖內(nèi)，如圖3所示，由于本實例中的目標線束圖進行了簡化，其內(nèi)包括的線束較少，即對應(yīng)的連桿和鉸接點較少，在形成全尺寸線束圖時，基本上以及符合了展開要求，因此其展全尺寸展開圖和全尺寸的線束圖變化不大。

在對全尺寸線束圖的展開步驟中，通過連桿系模型和排斥力模型的作用下通過運動學(xué)模擬進行展開，運動學(xué)模擬時利用稀疏矩陣求解運動平衡方程，并對稀疏矩陣進行三角分解法求解。

在剛開始進行全尺寸縮放時，可能會因為圖紙繪制的畸變，導(dǎo)致各桿件相互重疊，無法分清各節(jié)點連桿之間的主次關(guān)系。因此通過展開步驟，使得每桿與余下其它所有桿之間按兩桿長度乘積除以桿件中心距離平方得到一個排斥力，然后計算其所受到的排斥力合力后作為排拆保守力。并以此外力作為計算其運動。在此排拆力系的作用下各桿件會伸展來盡可能大地伸展到可能占據(jù)的空間。至少在任意兩個路徑不再重復(fù)后，停止排斥力模型的加載，能夠在用戶主觀確認可以分清各桿件主次關(guān)系的情況下，停止對排斥力模型的加載。

本優(yōu)選實例中，還能夠通過對全尺寸線束圖在線束工裝板邊界框圖內(nèi)的擺定實現(xiàn)對全尺寸線束圖或全尺寸展開圖的快速自動調(diào)整。采集當前連桿狀態(tài)，判斷其相對于線束工裝板邊界框圖的水平方向或垂直方向的角度；當其角度與預(yù)設(shè)角度不相等時，對其施加一個轉(zhuǎn)矩，在該轉(zhuǎn)矩作用下連桿向最靠近的預(yù)設(shè)角度轉(zhuǎn)動，最終連桿系在阻尼作用下平衡時停止在對應(yīng)的角度上；當相等時，對其余連桿進行擺定操作。其中，預(yù)設(shè)角度是不同的用于為了工裝板圖的統(tǒng)一美觀及在工裝板上操作員工方便操作的要求，在可能的情況下要求各路徑按照預(yù)設(shè)的角度擺定，對應(yīng)的就需要各個連桿按預(yù)定方向擺放，預(yù)設(shè)角度包括與線束工裝板邊界框圖的水平方向呈0°，30°，45°，60°，90°，120°，135°，150°，180°，210°，225°，240°，270°，300°，315°和330°的角度，如圖4所示，除了第十五路徑23、以及第十七、十八、十九路徑25、26、27外，其余的路徑均按照0°或是90°、270°進行擺放。為了在運動阻尼情況下能達到這些平衡狀態(tài)，每個連桿當偏離這些角度時對其施加一個指向某一當前狀態(tài)最靠近角度的轉(zhuǎn)矩，當連桿系在阻尼的作用下慢慢地趨向平衡時最終將穩(wěn)定在這些角度。

針對本發(fā)明所述的實例，如圖4所示，當進行自動擺定后，會因為尺寸問題，出現(xiàn)路徑超出線束工裝板邊界框圖，因此需要進行如上述步驟4的操作，具體操作時，先對已經(jīng)穩(wěn)定下來的第三、五、六、七、八路徑11、13、14、15、16進行鎖定，然后對其他路徑拖動擺放或其他預(yù)設(shè)角度的自動擺定；如圖6所示，第六節(jié)點6上的第十六路徑24由于長度問題，在保持一個連桿的狀態(tài)下無法放置在線束工裝板邊界框圖內(nèi)，因此將其上連接的第十六路徑24進行打斷，如圖7所示，然后將打斷點建立為臨時節(jié)點；原來的第十六路徑24對應(yīng)分解為兩個連桿，對其進行再次進行拖動或擺定，使打斷后的連桿擺放到180°的角度上，使其對應(yīng)的路徑均位于線束工裝板邊界框圖內(nèi)，并且與其他路徑無交叉重疊，得到如圖5所示的全尺寸線束工裝板草圖。第六節(jié)點6在圖6和圖7中對應(yīng)的是與其連接的四個連桿上對應(yīng)連接端點J06間的公共點，臨時節(jié)點在圖7中對應(yīng)臨時連接端點48339之間的中點位置。

本發(fā)明在CAD平臺上執(zhí)行步驟2-5的操作時，禁止CAD平臺的撤銷；在操作界面上屏蔽CAD平臺上原有功能與CAD內(nèi)核的交互，且通過使用CAD平臺支持的C++語言的ARX開發(fā)環(huán)境編輯的命令模塊與CAD內(nèi)核的交互；并在進行拖動時，將基于連桿系模型的運動平衡方程的動力學(xué)求解運算中，能夠并行求解的計算量采用opencl異構(gòu)加速運算，將其從CPU轉(zhuǎn)移到GPU上進行處理。滿足用戶平滑拖動時的實時解算要求，使其拖動時，對應(yīng)的運動平衡方程的解算次數(shù)每秒不低于24次，由此所帶來的高負荷中，可并行求解的計算量從CPU轉(zhuǎn)移到電腦的顯卡GPU上進行處理，實現(xiàn)平滑和穩(wěn)定的實時操作顯示。