模具冷却水路智能规划
本项目拟采用 Python 构建一套面向模具冷却水路布置的智能分析工具。系统在顶针与螺丝位置确定后，对模仁下方的二维平面进行几何建模与间隙识别，自动判断是否存在满足要求的冷却水道布置通道。为降低实现复杂度，本阶段将三维模具结构抽象为 XY 平面问题：模仁外形以矩形边界表示，顶针与螺丝按其截面投影为圆形障碍物，并在该平面内完成碰撞判定、通道搜索与结果输出。
二、项目目标
系统建设目标围绕“建模、识别、判断、输出”四个环节展开，具体如下：
依据模仁长度与宽度参数生成二维矩形工作区域，用于表示可进行水路规划的有效平面范围；
导入顶针、螺丝等零件的中心坐标及直径信息，并在平面中建立相应的圆形占位模型；
结合冷却水道布置规则（沿 Y 轴方向、管径 8 mm、与障碍物边缘保持 3 mm 以上距离、相邻管道边缘间距不少于 30 mm），扫描矩形区域内是否存在可通过的连续空间；
给出布置可行性结论，并在可行时输出推荐水道位置，在不可行时提示主要受限区域和干涉原因。
三、干涉区域描述
冷却水道布置必须同时满足方向、尺寸和安全距离约束。水道中心线按 Y 轴方向延伸，管道直径为 8 mm；管道外缘与顶针、螺丝外缘之间需预留不小于 3 mm 的安全距离；多根水道并行布置时，其外缘间距不得小于 30 mm。
在二维分析模型中，模仁下方空间由矩形边界限定，顶针与螺丝在 XY 平面上的投影以圆形障碍表示。凡是管道放置后会越界、距离不足或与既有对象产生重叠风险的区域，均视为不可布置区域。干涉主要分为以下类型：
干涉类别 | 含义说明 | 检测关注点 |
管道与顶针干涉 | 管道外缘到顶针外缘的净距小于 3 mm | 顶针投影及其外扩安全区是否占用候选通道 |
管道与螺丝干涉 | 管道外缘到螺丝外缘的净距小于 3 mm | 螺丝投影及其安全包络是否与水道重合 |
管道之间干涉 | 相邻两根水道的外缘距离不足 30 mm | 多通道规划时是否出现过密布置 |
边界干涉 | 水道超出模仁边界，或与边界预留距离不足 | 候选水道是否完整位于有效矩形区域内 |
四、项目需求
1. 核心功能要求
（1）二维空间建模
系统需支持根据输入的模仁尺寸参数（Length_X、Length_Y）自动生成矩形分析边界，并将顶针、螺丝的坐标、直径等数据转换为平面圆形投影。建模结果应保证坐标系一致、尺寸比例正确，为后续几何计算提供可靠基础。
（2）干涉识别与障碍分析
系统应在矩形区域内识别所有可能影响冷却水道布置的对象和受限区域，重点覆盖水道与顶针、水道与螺丝、水道与水道、水道与模仁边界之间的冲突。检测逻辑需能够稳定区分可布置空间与禁入空间，减少因临界距离、密集障碍或异常数据导致的误判。
（3）可行性判断
系统需基于水道方向、直径和安全距离规则，判断当前顶针及螺丝布局下是否存在至少一条沿 Y 轴方向连续延伸的合规通道。本任务不限制水道数量，优先完成“是否存在一条可放置路径”的判断。若存在可行通道，应输出可行结论及推荐坐标范围；若不存在，应输出不可行结论并列出主要干涉信息。
（4）结构化数据输出
检测结果应以结构化格式保存。对可行水道区域，应记录其所在 X 坐标或 X 范围、Y 向起止坐标及有效长度；对干涉区域，应记录干涉对象位置、类型、影响范围等信息。推荐采用 JSON 文件作为主要结果载体，便于后续系统集成或二次分析。
（5）可视化与报告生成
系统需生成二维布置示意图，清晰展示模仁边界、顶针/螺丝投影、候选水道、不可布置区域及推荐通道位置。可视化可采用 Matplotlib 或 PyQt 实现，并支持查看、保存图片。最终输出检测报告（PDF 或 HTML），内容包括可行性结论、推荐布置位置、干涉统计、异常说明及优化建议。
2. 性能与可靠性要求
（1）检测精度：在甲方提供的标准测试集（不少于 30 套不同顶针布局方案）中，干涉识别准确率不低于 90%，可行性判断准确率不低于 90%。
（2）运行效率：当单个模型中顶针和螺丝总数不超过 200 个时，完整检测流程耗时应控制在 2 秒以内（测试环境：Intel Core i7 / 16GB RAM / SSD）。
（3）系统兼容性：软件应能够在 Windows 10/11 与 Ubuntu 20.04 及以上版本中正常运行。
（4）运行稳定性：系统连续运行 72 小时不应出现内存泄漏、异常崩溃等问题；遇到缺失字段、非法坐标或格式错误时，应提供清晰提示并安全退出当前任务。
（5）数据安全性：检测数据应全部在本地处理，不进行联网传输。系统需记录操作日志，包含检测时间、输入文件名、判断结论、干涉统计等内容，日志保留时间不少于 180 天。
五、技术要求
1. 开发语言与框架
项目采用 Python 3.8 及以上版本开发，可结合 NumPy、Shapely、Matplotlib 等二维几何计算与可视化库完成建模、距离判定、通道搜索和结果绘制。
2. 输入数据格式
输入文件采用 JSON 或 CSV 等结构化格式，至少应包含以下信息：
• 模仁尺寸：Length_X、Length_Y；
• 顶针/螺丝清单：对象编号、对象类型、中心坐标 X/Y、直径 Diameter。
3. 接口规范
系统输入为包含模仁尺寸和零件布置信息的 JSON/CSV 文件。系统输出应包括以下文件：
• 结果数据文件（.json）：包含可行性状态、推荐水道位置、可行区间、干涉区域清单等；
• 二维布局图（.png 或 .svg）：标注模仁边界、障碍物、安全区、候选水道及推荐位置；
• 检测报告（PDF 或 HTML）：汇总检测结论、关键统计、问题位置和调整建议。
4. 代码质量要求
源代码应具备良好的模块划分和可维护性，注释率不低于 25%。关键算法模块（如几何距离计算、障碍区外扩、连续通道搜索、可行性判断等）需配套说明其实现思路、边界条件处理方式及必要的参考依据。
六、交付要求
交付成果应能够在给定顶针和螺丝布置数据后，自动判断模仁下方是否存在满足约束的冷却水道布置空间，并输出完整、可复核的结果文件。验收标准如下：
验收项 | 合格标准 | 验证方式 |
功能完整性 | 完整实现建模、干涉检测、可行性判断、结果存储和可视化报告等功能 | 功能演示及测试用例逐项核对 |
检测精度 | 甲方标准测试集上干涉区域识别准确率 ≥ 90%，可行性判断准确率 ≥ 90% | 自动化脚本比对系统输出与预期结果 |
处理性能 | 单模型（顶针/螺丝数量 ≤ 200 个）检测耗时 ≤ 2 秒 | 在指定硬件环境下进行计时测试 |
数据兼容性 | 能够正确加载并解析 JSON/CSV 输入文件 | 抽样测试不少于 20 个不同配置案例 |
交付物完整性 | 提交可编辑源代码、使用说明、示例数据和测试说明 | 交付清单核对 |
七、数据示例
示例数据可采用 JSON 或 CSV 形式提供，内容应覆盖模仁尺寸、顶针坐标、螺丝坐标、直径参数及对象类型字段，便于系统完成建模与检测流程验证。