包装纸盒CAD系统的研制
- 发布时间：2008/8/26 13:52:25
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一. 引言
随着社会经济的发展，人们已从传统的简陋包装向新颖，的包装观念转变，对商品包装要求越来越高。在我国，包装行业还只是处于发展阶段，每年由于商品包装不合理都造成巨大损失，为赶上世界水平，国家花费大量的外汇引进包装的应用软件和设备，但其昂贵的价格使很多企业却步。目前，国内在印刷行业中已普及了彩色桌面系统，包装纸盒的设计也是使用的这些系统，操作烦琐，速度慢，精度不高，不容易修正，工作效率很低，且废品率高。因此，立足于实用，提高工作效率，本项目提出了包装纸盒计算机辅助设计（CAD）系统的开发。
七十年代德国，美国等一些*的工业国家就开始研制纸盒CAD和CAM系统，LASERCOMB公司1973年开始研制纸盒CAD系统软件，1985年德国的MARBACH公司研制了"包装纸盒交互式CAD系统"，1987年ERPA公司的"包装纸盒CAD系统"等等，这些软件多用于人机交互操作，涉及盒型设计，排料，输出，激光模切等功能，被广泛使用。在国内，广东，上海地区的几家企业如"和兴激光"，"深圳嘉洛"等引进的国外软件和设备，"和兴激光"还在北京开设了办事处。北大方正在98年研制了一套纸盒CAD系统软件，在市场上仅见到其试用版本，因此目前在市场上还没有国产的，面向中小型企业的专业包装纸盒CAD系统，大多数企业都是使用如Freehand,AutoCAD等图形设计软件设计纸盒。
二、 主要技术问题
对于研制包装纸盒CAD系统，其中涉及的问题很多，一些是包装设计方面的，一些是计算机图形学方面的，主要有：
1．初始化参数：对于一个包装盒，一般给出的是外尺寸，其长、宽，高对应于盒所占用的体积，或者内尺寸，其长、宽、高对应于盒的容积，则对具体的盒形，其构造尺寸根据外尺寸或内尺寸及纸板的厚度进行计算。
2．对象化设计：对使用绘画工具产生的每一条线，弧，圆等都当作一个对象，进行编辑如删除、修改等。也便于对对象进行分层操作。
3．结构化设计：对于一个整体盒形一般由盒盖、底、插片等配件构成，实际上可以看成是由几个配件拼接而成，其结构性很强，尤其对管、盘形盒。结构化设计就是把每个配件作为一个整体（在AotuCAD中称为块），对之进行移动、伸缩等操作以达到较好的拼接。
4．参数化设计：盒形的各配件的位置，及大小用参数及其表达式确定。
三、系统介绍
此系统是在Windows系统中用C++语言编制的，功能包括纸盒盒型库、盒型设计、拼版、输入输出等部分：
1 盒形设计：盒形设计可以如下几种方式：
1） 直接取出整体盒形库中的样例为模版进行编辑，修改。
2） 用提供的绘图工具及编辑工具绘制，取出零件库中的盒形配件插入到当前的设计图形中。
3） 对从文件读入的盒形进行参数标定，以实现参数化，并可存入盒形库中。
操作工具主要有 ：
1）绘制工具：可根据不同要求较方便地绘出对象包括辅助线，线段，圆，弧，椭圆（弧），正多边形，倒角，切口线，文本等。2）编辑工具：包括旋转、平移、伸缩、镜象等几何变换,Undo和Redo功能，及块，层的定义和操作。3）显示工具：放大镜(放大和缩小比例显示)，标尺(单位可为厘米，英寸，点)，辅助线，导航等。4）标注工具：进行平行辅助线的距离，相交辅助线的夹角，单个对象的长度，弧度，半径等的标注，其标注值随对象的大小和位置的变化而变化。
2 盒形输入输出：以 DXF文件的格式输入图形，或调入盒型库中的盒型。本系统可以以几种文件格式存储图形，一是以标准文件格式DXF、EPS、WMF文件存储,及用于数控机床使用的NC格式文件，另一种文件格式定义为OFG，是便于本系统的调用及修改，是以对象为单元进行的存储，它包括对象名、层名、对象的控制点、对象的属性等等。盒形的可以输出到打印机、绘图仪上。
3 拼版：在完成盒型设计之后，打开菜单文件/模版，则打开了一个拼版的窗口，生成版时可能需要的功能：1）桥： 对选中对象进行建桥设置，此功能用于制作模切板时使用。2） 出血线：在设计完毕的盒型上贴图时要用到出血线。出血线的实现有多种方法，比如把盒型的矢量图形转化为象素位图，在位图的基础上求出出血线，或直接在矢量图形上，根据设定的出血宽度，求出出血线。3）拼版：拼版的过程是对定义的块整体进行复制和排列的过程，这其中很关键的是计算块的插入顶点定位坐标。对于完成了的排列，要改变相对位置，可通过移动相关的控制点。
4 纸盒盒型库建立：作为一个CAD系统，建立盒形库是非常必要的，可以用库中取出样例作为新图样的参考依据，或者直接取出库中的样例为模版进行编辑，这就需要收集尽可能多的样例充实图库，并且调出的样例便于修改，这是建库的两个基本要求。对于较规范的盒形比如管式盒、盘式盒、具有规则的形状，它们一般仅与盒的长、宽、高及纸厚这几个参数有关，或者说对一个样例仅通过修改这几个参数就可以得到不同大小的盒形，因此建立这种盒形库是很有意义的，但对于异型盒，它们没有一个标准和规范的形状，它们是由人们对不同物体的形状，从实用，美观等角度进行设计制作的，与这种盒形相关的参数不统一，这时更重要是建立好零件库，如盒盖库、盒底库、插片库等等。当然，这里说零件库只是泛泛的归类，如插片库中的样例也可能作为盒盖的配件使用。通过调用不同的库中的配件进行拼接来达到设计要求。
建立包装纸盒盒型库的工作很复杂，一个突出的问题是目前还没有一个类似烟盒的统一标准，这里包括盒型的分类、命名、盒型的尺寸、不同配件间的约束关系。这里主要的原因可能是包装纸盒的多样性所致，不象包装纸箱那样结构较单一。而国外所使用的标准又不一定适合我国国情，不能*照搬。这就给盒型设计，查找，存储带来很大的困难。本系统建立的盒型库试图在这方面做一些探讨，如在确定不同配件间的约束关系时，更多的是来源于实践上的经验参数，且把这些关系式显式表达，以便用户根据需要进行修改并保存，而对盒型命名的科学性和合理性等问题，需在实践中进一步验证，也希望在这一方面开展一些讨论。
四、结束语
本文对研制包装纸盒CAD中出现的一些问题进行了分析，介绍了研制的包装纸盒CAD软件系统，并详细地介绍了拼版和数据库部分。目前本系统还处于试验及改进阶段，有待于在进一步的应用中不断地完善。
对包装设计的另一方面包装装潢设计，尚为涉及，目前的解决方法是把这里设计的盒形拷贝到Freehand，CorelDRAW等其它的软件上处理。当然，本系统在实践中可能还会遇到其它问题，这有待于进一步的完善。