一种线缆组件虚拟设计用布线空间预处理方法与流程

本发明属于计算机辅助设计领域，尤其是一种线缆组件虚拟设计用的布线空间表示方法和生成方法，该布线空间适用于线缆组件的路径及结构规划，可以提高设计算法的效率以及设计结果的有效性，具体的说是一种线缆组件虚拟设计用的布线空间预处理方法。

背景技术：

虚拟环境下线缆组件的设计包括线缆路径的设计和线缆组件拓扑结构的设计。近年来，在虚拟环境下对线缆组件的设计很多都是通过算法的方式，在使用算法对线缆组件设计前，首先要对整个布线环境预处理，生成可供算法识别的布线空间，并并且预处理后的布线空间也需要考虑布线的实际工艺要求。

通常布线环境的空间离散采用的是均匀离散的方法，使用均匀分布的网格对布线空间进行划分，得到的离散点在xyz轴上等距排列，然后通过对各个离散点进行判定，根据离散点在实际产品中的位置赋予其相应的工艺属性。这种离散方法的优点是操作简单，但是在离散过程中没有考虑实际产品本身，忽略了布线工艺中线缆需要沿外壁敷设的要求，离散得到离散点可能只有少数在正好在线缆需要敷设的外壁上，会影响算法计算出的线缆组件设计结果在实际中的应用效果。

针对均匀离散空间模型的不足之处，国内外学者提出了多种预处理方法。有根据装配组件的位置对布线路径进行宏观规划建立布线主干道，这种方法虽然简便，但布线路径规划的精度不够高，详见文献：刘振宇，周德检，吴兆华，李春全.一种面向电子整机的三维布线算法研究与实现[j].电子工艺技术，2010，31(1):6‐25；有利用混沌栅格预处理模型作为布线空间，这种方法在预处理时能够较减少离散后点的数量，但最终的离散点需经过迭代计算得出，计算过程较为复杂，详见文献：付宜利，封海波，孙建勋，马玉林.基于混沌算法的机电产品管线自动敷设研究[j].计算机集成制造系统，2007，13(3):497‐510.

国外方面，liuq,和wangc.在对管路设计进行研究时，提出了一种基于产品模型本身的网格划分法，以产品组件模型的所有外表面所在平面对空间进行网格划分，以此获得非均匀的离散点，但这样获得的离散点数量庞大，对存储的要求很高，详见文献：liuq,wangc.adiscreteparticleswarmoptimizationalgorithmforrectilinearbranchpiperouting[j].assemblyautomation,2011,31(4):363-368.yanfengqu和danjiang等人在此基础上进行了改进，舍去了离散点中部分不需要的点，减少了空间离散后离散点的数量。但由于线缆与管路不同，管路路径通常为直线或形成直角，但线缆作为柔性体其路径形状多变，因此该方法虽然减少了离散点数量，但并不适用于布线环境的离散，详见文献：quy,jiangd,yangq.branchpiperoutingbasedon3dconnectiongraphandconcurrentantcolonyoptimizationalgorithm[j].journalofintelligentmanufacturing,2016:1-11.

目前在三维虚拟环境中对线缆组件进行设计，还没有一种较为完备并且简便的方法对布线空间进行预处理，得到既能够符合虚拟设计要求又能满足实际工艺要求的布线空间。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前在三维虚拟环境中对线缆组件进行设计，还没有一种较为完备并且简便的方法对布线空间进行预处理，得到既能够符合虚拟设计要求又能满足实际工艺要求的布线空间的问题，设计一种线缆组件虚拟设计用的布线空间预处理方法，为机电产品线缆组件参数化建模提供参数化模型，并通过读取和处理参数化模型中的参数信息，利用creo二次开发工具pro/toolkit进行线缆组件几何建模。

本发明的技术方案是：

一种用于线缆组件自动布线的空间预处理方法，其特征是首先生成一系列空间网格分割面，其次，由网格分割面生成具有不同属性的空间离散点；最后，由离散点构成预处理后的布线空间。

所述的空间网格分割面生成方法包括以下步骤：

步骤一：输入要进行布线设计的机电产品三维cad装配体模型，建立用于布线的基准坐标系；

步骤二：利用二次开发接口建立产品装配体模型中各组件的obb包围盒，并求得包围盒外表面所在平面在基准坐标系下的平面方程，根据平面方程求得表示每个外表面的方程组以及表示obb包围盒所占空间的方程组。

步骤三：根据外表面平面方程计算求得obb包围盒12条棱，筛选出于坐标轴平行的棱并求得所在直线直线方程，根据直线方程求出每条直线所在平面中与坐标平面平行的平面方程，

步骤四：获取模型中所有端口位置在基准坐标系下的坐标，并求出通过端口位置并与坐标平面平行的平面，记录平面方程；

步骤五：对步骤三和步骤四中所获取的平面方程进行筛选，获得所有不重复的平面方程，这些平面即为空间网格分割面。

所述的空间离散点的获取方法包括以下步骤：

步骤一：根据所有网格分割面平面方程求得所有网格分割面相交得到的交点坐标；

步骤二：根据网格分割面方程及组件obb包围盒，求得网格分割面与obb包围盒中不与坐标平面平行的外表面相交得到的交点坐标；

步骤三：根据步骤一和步骤二中所获的点，筛选出所有不同的点；根据每个点的坐标以及模型obb包围盒所占空间的方程组和其外表面方程组判断各点在组件模型中的位置，并根据其所处位置不同赋予各点不同的属性值，悬浮在布线环境中的点为悬浮点，属性值为1，在组件内部的点为障碍点，属性值为2，在组件obb包围盒表面的点为表面点，其中与端口位置重合的点为端口点，属性值为3，在干扰源组件表面的点为干扰点属性值为4，其余点为普通点，属性值为5。这些点即为组成预处理后布线空间的空间离散点。

所述的空间离散点以xls表格文件格式存储，离散点分为两个表格文件存储，一个存储网格分割面相交得到的交点即规则点，一个存储网格分割面与obb包围盒中不与坐标平面平行的外表面相交得到的交点即非规则点。规则点存储的信息包括：规则点在基准坐标系下的坐标，规则点的属性值，规则点周围相邻的非规则点的数量及在非规则点表格中的编号。非规则点存储的信息包括：非规则点在基准坐标系下的坐标，非规则点周围相邻非规则点的数量及在非规则点表格中的编号，非规则点周围六个相邻的网格分割面的方程。

本发明的有益效果是：

本发明的预处理方法操作简单，生成的由空间离散点构成的布线空间，具有操作简单、布线工艺性好、数据量小等特点，可以提高线缆组件自动设计算法的效率，并能够满足线缆组件设计的工艺性要求。满足了三维虚拟环境中线缆自动布线设计的算法需求，既能够符合虚拟设计要求又能满足实际工艺要求的布线空间。

附图说明

图1是待布线机电产品模型。

图2是产品模型组件的obb包围盒模型。

图3是生成的网格分割面。

图4是网格分割面相交得到的交点。

图5是网格分割面与obb包围盒中不与坐标平面平行的外表面相交。

图6是由离散点构成的预处理后的布线空间。

图7是离散点的分类。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1-7所示。

一种用于线缆组件自动布线的空间预处理方法，首先生成一系列空间网格分割面，其次，由网格分割面生成具有不同属性的空间离散点，空间离散点以xls表格文件格式存储，离散点分为两个表格文件存储，一个存储网格分割面相交得到的交点即规则点，一个存储网格分割面与obb包围盒中不与坐标平面平行的外表面相交得到的交点即非规则点。规则点存储的信息包括：规则点在基准坐标系下的坐标，规则点的属性值，规则点周围相邻的非规则点的数量及在非规则点表格中的编号。非规则点存储的信息包括：非规则点在基准坐标系下的坐标，非规则点周围相邻非规则点的数量及在非规则点表格中的编号，非规则点周围六个相邻的网格分割面的方程；最后，由离散点构成预处理后的布线空间。

其中：空间网格分割面生成方法包括以下步骤：

步骤一：输入要进行布线设计的机电产品三维cad装配体模型，建立用于布线的基准坐标系；

步骤二：利用二次开发接口建立产品装配体模型中各组件的obb包围盒，并求得包围盒外表面所在平面在基准坐标系下的平面方程，根据平面方程求得表示每个外表面的方程组以及表示obb包围盒所占空间的方程组。

步骤三：根据外表面平面方程计算求得obb包围盒12条棱，筛选出于坐标轴平行的棱并求得所在直线直线方程，根据直线方程求出每条直线所在平面中与坐标平面平行的平面方程，

步骤四：获取模型中所有端口位置在基准坐标系下的坐标，并求出通过端口位置并与坐标平面平行的平面，记录平面方程；

步骤五：对步骤三和步骤四中所获取的平面方程进行筛选，获得所有不重复的平面方程，这些平面即为空间网格分割面。

空间离散点的获取方法包括以下步骤：

步骤一：根据所有网格分割面平面方程求得所有网格分割面相交得到的交点坐标；

步骤二：根据网格分割面方程及组件obb包围盒，求得网格分割面与obb包围盒中不与坐标平面平行的外表面相交得到的交点坐标；

步骤三：根据步骤一和步骤二中所获的点，筛选出所有不同的点；根据每个点的坐标以及模型obb包围盒所占空间的方程组和其外表面方程组判断各点在组件模型中的位置，并根据其所处位置不同赋予各点不同的属性值，悬浮在布线环境中的点为悬浮点，属性值为1，在组件内部的点为障碍点，属性值为2，在组件obb包围盒表面的点为表面点，其中与端口位置重合的点为端口点，属性值为3，在干扰源组件表面的点为干扰点属性值为4，其余点为普通点，属性值为5。这些点即为组成预处理后布线空间的空间离散点。

详述如下：

一种用于线缆组件自动布线的空间预处理方法，首先导入待布线产品的三维模型如图1所示，建立基准坐标系cs0。通过二次开发的方式获得产品中所有组件的obb包围盒，该产品中两个零件的obb包围盒如图2所示。并求得包围盒外表面所在平面在基准坐标系下的平面方程，根据平面方程求得表示每个外表面的方程组以及表示obb包围盒所占空间的方程组。

其次，根据obb包围盒外表面方程求出每个组件包围盒12条棱所在直线方程，筛选出于坐标轴平行的棱，并根据直线方程求出其所在与坐标平面平行的平面方程为ax+by+cz＝d。包围盒的每个外表面可由一方程组表示，如：

a1x+b1y+c1z<d1

a2x+b2y+c2z<d2

a3x+b3y+c3z<d3

a4x+b4y+c4z<d4

ax+by+cz＝d

obb包围盒所占空间也可由方程组表示，如：

a1x+b1y+c1z<d1

a2x+b2y+c2z<d2

a3x+b3y+c3z<d3

a4x+b4y+c4z<d4

ax+by+cz<d

获取模型中所有端口位置在基准坐标系下的坐标，并求出通过端口位置并与3个坐标平面平行的3个平面，记录平面方程。

最后，对所有获得的平面进行筛选，这些平面即为布线环境空间预处理的空间网格分割面，其在模型中如图3所示。

根据获得的网格分割面以及保卫盒确定空间离散点。空间离散点分为两类，一类由各分割面相交得到，另一类点由分割面和组件模型obb包围盒中不与坐标平面平行的外表面相交得到。

分割面与分割面相交的到的空间离散点如图4所示，三个分割面两两垂直，且垂直于不同的坐标轴，当三个分割面的方程为x＝a，y＝b，z＝c时，这个由相交得到的离散点坐标即为(a，b，c)。布线空间中，垂直于3个坐标轴的分割面分别有j,k,l个时，由分割面相交得到的离散点共有j*k*l个。

分割面与obb包围盒中不与坐标平面平行的外表面相交得到的离散点如图5所示，假设obb包围盒的外表面所在平面方程为ax+by+zc＝d，其余两个分割面方程为x＝n,y＝m时，相交所得离散点的坐标为(n，m，(d-na-bm)/c)。

筛选所获得空间离散点，获得并存储所有不重复的离散点，最终获得的离散点如图6所示。根据每个离散点坐标以及包围盒外表面和包围盒所占空间的方程组判断离散点在模型中所处的相对位置，并根据其所处相对位置的不同，对其分类并赋予其对应的属性。离散点的分类及属性值如图7所示。分为悬浮点、障碍点、表面点三种，悬浮点即为悬浮在布线环境中的离散点，不在任何组件表面或内部，障碍点为在组件内部的点，表面点为在组件obb包围盒表面的点，根据所述位置和组件的不同，又分为端口点、干扰点和普通点，其中与端口重合的点为端口点，在干扰源例如热源电磁源组件表面的点为干扰点，其余的点即为普通点。根据判定的结果赋予每个点相应的属性值，悬浮点为1，障碍点为2，端口点为3，干扰点为4，普通点为5。

空间离散点以xls表格文件格式存储，离散点分为两个表格文件存储，一个存储网格分割面相交得到的交点即规则点，一个存储网格分割面与obb包围盒中不与坐标平面平行的外表面相交得到的交点即非规则点。规则点存储的信息包括：规则点在基准坐标系下的坐标，规则点的属性值，规则点周围相邻的非规则点的数量及在非规则点表格中的编号。非规则点存储的信息包括：非规则点在基准坐标系下的坐标，非规则点周围相邻非规则点的数量及在非规则点表格中的编号，非规则点周围六个相邻的网格分割面的方程。最终得到的规则点表格和非规则点表格

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。