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
中图分类号：TN919-34; TP319文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2011)01-0160-04
Automatic Identification Method of Automotive Wiring Harness Drawings
TANG Hong，LI Ming，YANG Yang
(College of Mechanical Engineering, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China)
Abstract： According to the status of auto industry in our country, an automatic recognition of drawing with computer is discussed and studied. Through an experiment of computer software simulation, in line with good knowledge of pre-set rules for the case plan, based on drawings in the preparation of a program to judge the wiring harness, screen out and merge the needed wiring harness in specie, ultimately to complete recognition of wiring harness length and classification. This new identification method has great innovation compared with traditional method, greatly improves the productivity of the automotive industry in China, reduces the operation error rate and brings direct benefits for the production.
Keywords： computer simulation； automobile wire harness drawing； wire harness； automatic recognition
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［1］。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［2］。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［3］。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［4］。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，线束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1 汽车线束图纸示意图
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。
图2 连通简单图
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。
图3 自动识别功能模块图
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［5］。
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［6］，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。
图4 线束图纸的自动识别流程图
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［7］。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。
图5 不需要人工干预的情况
图6 需要人工干预的情况
图7 人工干预提示
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［8］。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［9］。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。
图8 连通回路集
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+910+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［10］。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。
参 考 文 献
［1］李光耀，李慎国.我国汽车用电线束现状及发展趋势［J］.汽车与配件，2006(40):28-30.
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［4］FILIPSKI A J, FLANDRENA R. Automated conversion of engineering drawings to CAD form[J]. Proceedings of the IEEE,1992,80(7):1195-1209.
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［7］何峻,赵宏钟,付强.自动目标识别性能评估指标简述［J］.电讯技术,2007,47(5):17-21.
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［10］曹利民.大众系列轿车维修用电路图识图方法［J］.汽车电器,2000(5):53-54.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
