基于STEP-NC幾何信息提取技術(shù)的研究

李梅竹

（陜西廣播電視大學(xué) 工程管理教學(xué)部，陜西 西安 710119）

基于STEP-NC幾何信息提取技術(shù)的研究

李梅竹

（陜西廣播電視大學(xué) 工程管理教學(xué)部，陜西 西安 710119）

本文使用ROSE庫(kù)函數(shù)，將EXPRESS語(yǔ)言描述的AP-203文件信息轉(zhuǎn)換為STEP設(shè)計(jì)對(duì)象和C++類(lèi)，按AP-203數(shù)據(jù)模型的幾何信息屬性的層次結(jié)構(gòu)，逐次提取幾何信息，主要包括頭段和數(shù)據(jù)段信息的提取。對(duì)實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP集成提供了技術(shù)支持，是實(shí)現(xiàn)STEP-NC的基礎(chǔ)。

信息提?。籄P-203；STEP-NC；幾何信息

基于STEP-NC的數(shù)控程序是STEP標(biāo)準(zhǔn)在制造領(lǐng)域的延伸[1-2]，STEP-NC與STEP使用相同的結(jié)構(gòu)體系和方法論，所以要成功地實(shí)現(xiàn)STEP-NC，就必須深刻理解STEP的方法論和結(jié)構(gòu)體系。應(yīng)用協(xié)議AP-238是STEP-NC的技術(shù)定義，它的幾何定義與STEP AP-203相同，因此對(duì)STEP AP-203進(jìn)行幾何信息的提取即為AP-238文件的生成提供基礎(chǔ)。

1 STEP的方法論

ISO10303 Part21定義了以EXPRESS語(yǔ)言描述的產(chǎn)品數(shù)據(jù)從一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)到另一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的交換機(jī)制。主要包括交換結(jié)構(gòu)的句法和語(yǔ)法規(guī)范、從EXPRESS模式到句法和語(yǔ)法的映射等內(nèi)容。文件的擴(kuò)展名為.stp或.step。STEP物理文件包括頭文件段和數(shù)據(jù)段兩部分。

（1）頭文件段包括文件描述、文件名和文件模式三部分。文件描述中包含一些有關(guān)中性文件內(nèi)容的非正式描述和該文件要求的后處理器層次。文件名提供了人可讀的關(guān)于交換結(jié)構(gòu)的信息。文件模式實(shí)體表明數(shù)據(jù)段中實(shí)體實(shí)例的EXPRESS模式。

（2）數(shù)據(jù)段包含了由交換結(jié)構(gòu)所傳遞的數(shù)據(jù)實(shí)例。每個(gè)交換結(jié)構(gòu)至少有一個(gè)數(shù)據(jù)段。每個(gè)數(shù)據(jù)段包含了頭文件中EXPRESS模式所對(duì)應(yīng)的實(shí)體實(shí)例。實(shí)體實(shí)例在交換結(jié)構(gòu)中的位置并不是固定的，一個(gè)實(shí)體實(shí)例可能被它之前的其他實(shí)體實(shí)例參考。

AP應(yīng)用協(xié)議是STEP的可執(zhí)行的數(shù)據(jù)規(guī)范，它包括滿足特定應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品數(shù)據(jù)需求的EXPRESS信息模型，由合適的集成資源和具體應(yīng)用領(lǐng)域的約束和特定概念組成。每個(gè)應(yīng)用協(xié)議分為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)的部分。這種結(jié)構(gòu)不僅有利于應(yīng)用協(xié)議的開(kāi)發(fā)，而且使得回顧、執(zhí)行和使用變得更加容易。

STEP-NC期望使用STEP的部分或全部的表達(dá)方法和體系結(jié)構(gòu)，為CNC數(shù)據(jù)提供一種標(biāo)準(zhǔn)化的表達(dá)方式。STEP-NC有兩種數(shù)據(jù)模型：ISO10303中的AP-238[3]和ISO14649[4]，其中AP-238為應(yīng)用解釋模型，而ISO14649為應(yīng)用參考模型。這兩種數(shù)據(jù)模型都可用作STEP-NC具體實(shí)現(xiàn)的源數(shù)據(jù)模型。

2 幾何信息提取過(guò)程

ST-Developer是美國(guó)STEPTools公司開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)工具，ST-Developer提供的ROSE C++類(lèi)庫(kù)，作為應(yīng)用系統(tǒng)與STEP數(shù)據(jù)、OODB、RDB或物理文件的接口。ROSE庫(kù)利用由一些C++類(lèi)提供的函數(shù)來(lái)產(chǎn)生和操縱EXPRESS描述的模型中的數(shù)據(jù)。ROSE類(lèi)庫(kù)聯(lián)編方式可以分為早聯(lián)編、晚聯(lián)編和混合聯(lián)編（早、晚聯(lián)編混合使用）三種方式[5]。早聯(lián)編方式是在編寫(xiě)應(yīng)用程序之前，針對(duì)某一特定模式的應(yīng)用協(xié)議所對(duì)應(yīng)的模式文件，利用EXPRESS編譯器進(jìn)行編譯產(chǎn)生C++類(lèi)。用這些C++類(lèi)創(chuàng)建應(yīng)用程序。在應(yīng)用程序中，只要包含編譯產(chǎn)生的C++類(lèi)的頭文件就可以操作EXPRESS定義數(shù)據(jù)。晚聯(lián)編方式與早聯(lián)編方式有所不同，它利用EXPRESS編譯器編譯應(yīng)用協(xié)議對(duì)應(yīng)的模式文件，產(chǎn)生的不再是C++類(lèi)，而是EXPRESS數(shù)據(jù)字典，利用EXPRESS數(shù)據(jù)字典來(lái)檢索數(shù)據(jù)。

在ST-Developer10.0環(huán)境下，以VC++6.0為開(kāi)發(fā)工具，使用ROSE庫(kù)函數(shù)，將EXPRESS語(yǔ)言描述的AP-203文件信息轉(zhuǎn)換為STEP設(shè)計(jì)對(duì)象和C++類(lèi)，按AP-203數(shù)據(jù)模型的幾何信息屬性的層次結(jié)構(gòu)，逐次提取幾何信息。如圖1所示，首先通過(guò)ROSE接口把AP-203文件中的所有實(shí)體信息讀入系統(tǒng)。然后，對(duì)一個(gè)確定實(shí)體，通過(guò)一個(gè)遍歷函數(shù)和ROSE功能擴(kuò)展類(lèi)從系統(tǒng)中讀取自己的屬性值。如果該屬性本身又是另一個(gè)實(shí)體，其自身還包括屬性，則就要再一次進(jìn)行信息的提取和遍歷。當(dāng)該實(shí)體的屬性及其子實(shí)體的屬性全部創(chuàng)建完成后，才完成該實(shí)體數(shù)據(jù)的全部提取過(guò)程。

圖1 幾何信息的提取過(guò)程

2.1 頭段提取及實(shí)例

頭段信息主要是與幾何信息相關(guān)的管理信息，描述文件的名稱(chēng)、注釋等。可以使用ROSE C++類(lèi)庫(kù)中的函數(shù)提取其中的相關(guān)信息。下面是使用ROSE C++類(lèi)庫(kù)提取頭段信息基本方法的示意程序：

輸入的STEP文件的頭段部分信息內(nèi)容為圖2所示，提取出的頭段數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖2 STEP文件的頭段部分信息圖

圖3 提取出的頭段信息

2.2 數(shù)據(jù)段提取及實(shí)例

數(shù)據(jù)段信息提取是AP-203信息模型的信息提取核心部分，主要是提取AP-203信息模型中的幾何信息，不同的STEP數(shù)據(jù)對(duì)象代表了不同的EXPRESS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，把AP-203文件讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存后，需將AP-203文件映射為STEP設(shè)計(jì)對(duì)象和C++類(lèi)。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊中，本文使用混合聯(lián)編的方式來(lái)轉(zhuǎn)換EXPRSS數(shù)據(jù)格式：使用ROSE庫(kù)函數(shù)將STEP文件轉(zhuǎn)換為STEP設(shè)計(jì)對(duì)象，使用EXPRESS Compiler將EXPRESS定義的每個(gè)幾何實(shí)體轉(zhuǎn)化為相應(yīng)C++類(lèi)，每類(lèi)幾何實(shí)體是具有類(lèi)似特性的對(duì)象，對(duì)象的特性在實(shí)體定義中用屬性和規(guī)則來(lái)表達(dá)，用ROSE API和C++類(lèi)直接操作STEP文件。數(shù)據(jù)段中的每個(gè)實(shí)體實(shí)例用ROSE庫(kù)讀取到內(nèi)存后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的STEP設(shè)計(jì)對(duì)象，它是RoseObject類(lèi)的一個(gè)實(shí)例。通過(guò)游標(biāo)遍歷RoseCursor類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)部的遍歷。針對(duì)每個(gè)具體的STEP設(shè)計(jì)對(duì)象用getAttribute（）函數(shù)按幾何信息的層次屬性順次提取其屬性值[4]。

2.2.1 STEP文件的讀入與遍歷

進(jìn)行數(shù)控程序開(kāi)發(fā)前，首先必須把實(shí)體實(shí)例文件讀到內(nèi)存中變?yōu)镾TEP數(shù)據(jù)對(duì)象，這一過(guò)程使用ROSE接口類(lèi)函數(shù)findDesign（）實(shí)現(xiàn)，函數(shù)原形為RoseDesign*findDesign（char*design_name）。使用此函數(shù)搜索內(nèi)存和磁盤(pán)，尋找名字為design_name的設(shè)計(jì)對(duì)象，如果找到該設(shè)計(jì)對(duì)象就把它讀入內(nèi)存，否則返回NULL。

對(duì)于文件中的信息，通過(guò)遍歷STEP對(duì)象實(shí)體，利用 ROSE類(lèi)庫(kù)中 RoseObject類(lèi)建立實(shí)體的RoseObject對(duì)象指針。RoseObject類(lèi)是所有STEP設(shè)計(jì)對(duì)象的父類(lèi)，它提供了操作任意類(lèi)型STEP數(shù)據(jù)的函數(shù)。通過(guò)游標(biāo)遍歷ROSECursor類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)部的遍歷。

利用函數(shù)RoseInterface：：beginTraversal（）和RoseInterface：：endTraversal（）來(lái)界定遍歷的對(duì)象。

若所得實(shí)體屬性信息與AP-238應(yīng)用協(xié)議所規(guī)定的實(shí)體屬性信息的表達(dá)不符，則利用ROSE_CAST（）函數(shù)將得到的實(shí)體指針轉(zhuǎn)換成所需的實(shí)體指針。對(duì)遍歷之后出現(xiàn)的冗余信息，使用函數(shù)rose_move_to_trash（）或rose_empty_trash（）進(jìn)行刪除。

2.2.2 實(shí)體屬性的提取

設(shè)計(jì)對(duì)象中的STEP對(duì)象的屬性可以用晚聯(lián)編方式進(jìn)行操作。晚聯(lián)編中使用RoseObject類(lèi)中定義的get和put函數(shù)來(lái)讀寫(xiě)每種數(shù)據(jù)類(lèi)型的對(duì)象的屬性。其中g(shù)et函數(shù)的基本形式如value=get（attribute），put函數(shù)的基本形式如put（value，attribute）。

上面介紹了數(shù)據(jù)段信息的提取過(guò)程中的關(guān)鍵函數(shù)，現(xiàn)以文件中的advanced_brep_shape_representation實(shí)體為例說(shuō)明實(shí)體屬性的提取過(guò)程。其提取成員變量屬性的具體代碼為：

采取上述函數(shù)可完成advanced_brep_shape_representation實(shí)體所有屬性的提取，提取結(jié)果如圖4所示。

圖4 提取出的數(shù)據(jù)段信息

以上為 advanced_brep_shape_representation實(shí)體的提取方法，同理完成STEP文件的其余幾何信息的提取過(guò)程。提取出的信息作為特征識(shí)別的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在ST-Developer10.0環(huán)境下，以VC++6.0為開(kāi)發(fā)工具，使用ROSE庫(kù)函數(shù)，將EXPRESS語(yǔ)言描述的AP-203文件信息轉(zhuǎn)換為STEP設(shè)計(jì)對(duì)象和C++類(lèi)，按AP-203數(shù)據(jù)模型的幾何信息屬性的層次結(jié)構(gòu)，逐次提取幾何信息。提取出的信息作為特征識(shí)別的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。最后以STEP文件中的實(shí)體advanced_brep_shape_representation為例給出具體的實(shí)例提取方法。

[1]王淑紅，王 軍，孫 軍.ROSE類(lèi)庫(kù)在STEP-NC數(shù)控程序中應(yīng)用的研究[J].機(jī)床與液壓，2007，35（2）：66-68.

[2]李梅竹，田文欣，趙亞楠.基于STEP-NC型腔特征識(shí)別方法的研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2015，50（4）：109-112.

[3] ISO/DIS 10303-238.Industrial automation systems and integration-Product data representation and exchange-Part238：Application protocol：Application interpreted model for computerized numerical controllers.2006：204-736.

[4] ISO14649-1.Industrial automation systems and Integration-Physical device control-ISO14649 Data model for Computerized Numerical Controllers-Part1：Overview and fundamental principles.2003：1-10.

[5] 王 軍，劉 哲，孫 軍.基于ST-Developer10幾何信息提取方法的研究[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，22（1）：163-167.

[6] 劉志強(qiáng)，張 維.基于多決策屬性的刀具選擇規(guī)則提取算法研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2012，47（3）：90-92.

Study on extraction method of geometric information based on STEP-NC

LI Meizhu
（Dept.of Engineering Management,Shaanxi Radio&TV University,Xi'an 710119,Shaanxi China）

By use of the ROSE library function,the AP-203 file information described by the EXPRESS language has been converted into STEP design object and C++class.Accordingto the hierarchical structure of geometric information attributes for the AP-203 data model,the geometric information has been extracted, which mainly includes the header and data segment information extraction.It provides technical support for the realization of CAD/CAPP integration,which is the basis of STEP-NC.

STEP-NC;AP-203;Geometric information;Information extraction

TP391

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.02.032

1672-0121（2016）02-0117-03

2015-11-10；

2016-01-07

李梅竹（1982-），女，碩士，講師，從事計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)研究。E-mail:meizi86@163.com