吳豪,顧立志,洪琦

(華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院,福建泉州 362021)

面向網(wǎng)絡(luò)制造數(shù)據(jù)共享的分離映射法

吳豪,顧立志,洪琦

(華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院,福建泉州 362021)

研究ISO標(biāo)準(zhǔn)STEP-NC的描述語言——EXPRESS到XML的映射機(jī)制,提出面向網(wǎng)絡(luò)制造數(shù)據(jù)共享的分離映射法.首先,按照擬共享信息的功用和特點(diǎn),把STEP-NC物理文件離散成一般信息結(jié)構(gòu)、特征結(jié)構(gòu)和操作結(jié)構(gòu)3個(gè)信息單元;然后,分別采用前期綁定和后期綁定實(shí)現(xiàn)優(yōu)化式綜合映射;最后,構(gòu)建STEP/XML轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)模型.以圓孔加工為例,在 STEP-NC Machine仿真平臺(tái)上運(yùn)行分離映射法與STEP/XML轉(zhuǎn)換系統(tǒng).

分離映射法;數(shù)據(jù)共享;網(wǎng)絡(luò)制造;STEP文件;EXPRESS語言;STEP/XML轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

基于ISO 14649標(biāo)準(zhǔn)的STEP-NC程序生成器,是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織所開發(fā)的,用來為數(shù)控設(shè)備定義數(shù)據(jù)而擴(kuò)充的STEP標(biāo)準(zhǔn).它可減少傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)加工零件的時(shí)間,消除在加工制造過程中所需的后處理器,并且能夠支持更快、更安全、更加智能的加工設(shè)備[1].近年來,國(guó)內(nèi)一些高校和研究機(jī)構(gòu)也對(duì)STEP-NC數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了研究,但尚處于起步階段,跟國(guó)外的研究相比有一定的差距[2].網(wǎng)絡(luò)化制造環(huán)境下,由于STEP-NC中性文件很難被產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織之外的系統(tǒng)所理解,在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上也不能處理EXPRESS定義的數(shù)據(jù).另一方面,XML作為一種優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)語言得到了廣泛的應(yīng)用,但它在產(chǎn)品信息建模方面能力不足.因此,結(jié)合STEP-NC與XML兩者的優(yōu)點(diǎn),將STEP中性文件轉(zhuǎn)換成XML格式的文件,在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息的處理,成為了數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)制造的關(guān)鍵[3].文中提出并構(gòu)建基于產(chǎn)品全生命周期和制造信息共享的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造系統(tǒng).

1 對(duì)STEP物理文件的分離映射

目前,主要有前期綁定和后期綁定等2種EXPRESS數(shù)據(jù)模型到XML的映射方法.前期綁定映射中,XML的標(biāo)記與EXPRESS數(shù)據(jù)模型中的數(shù)據(jù)類型及其屬性直接對(duì)應(yīng),即XML中的元素對(duì)應(yīng)EXPRESS中的實(shí)體型,元素屬性對(duì)應(yīng)實(shí)體型的屬性.前期綁定文檔類型定義繁瑣,它要為每一個(gè) EXPRESS模型指定一套XML標(biāo)簽集(重寫一個(gè)Schema),對(duì)于子/超類型的描述很麻煩其通用性較差,但其輸出文檔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,比較適合單一類型、特殊用途應(yīng)用的定義.后期綁定映射中,XML標(biāo)記與EXPRESS的元數(shù)據(jù)對(duì)象(包括實(shí)體、屬性、數(shù)據(jù)類型)相對(duì)應(yīng).由于Schema定義的XML標(biāo)記與EXPRESS的元對(duì)象對(duì)應(yīng)而不是與模型的數(shù)據(jù)類型對(duì)應(yīng),可以允許所有的EXPRESS模型共用一套標(biāo)簽集(只需一個(gè)Schema),具有很好的通用性和可移植性,比較適合通用格式應(yīng)用的定義[4].

映射方法的基本原理是在映射時(shí),把STEP物理文件按照具體內(nèi)容(特征和操作)分離成如下3個(gè)信息單元:(1)一般信息結(jié)構(gòu),包括項(xiàng)目日期、項(xiàng)目所有者、工作計(jì)劃詳細(xì)等信息;(2)特征結(jié)構(gòu),包括工件所要加工的特征標(biāo)識(shí)符、形狀描述信息、位置信息、特征坐標(biāo)系定義信息等特征信息及其支撐信息; (3)操作結(jié)構(gòu),包括制造特征信息、可執(zhí)行對(duì)象實(shí)體信息(每一個(gè)工步的操作信息及其支撐信息),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整體數(shù)據(jù)信息的映射.

分離映射時(shí),信息單元(1)的數(shù)據(jù)實(shí)體內(nèi)容(EXPRESS模型)相對(duì)固定,需要寫入XML標(biāo)簽集個(gè)數(shù)相對(duì)較少.因此,對(duì)映射信息單元(1)采用前期綁定的方法.如有消息實(shí)體語句:

根據(jù)分離映射法,在映射時(shí)采用前期綁定方式把STEP-NC物理文件中的工作計(jì)劃、項(xiàng)目的日期和時(shí)間、項(xiàng)目所有者等相關(guān)信息映射成信息單元(1),并把該模型保存為“message_feature(1)_XML”,其對(duì)應(yīng)XML的Scheme模型如下:

信息單元(2)全面描述工件實(shí)體等相關(guān)內(nèi)容,內(nèi)容變化相對(duì)較大.因此,在映射時(shí),采用后期綁定,其EXPRESS模型如下:

映射完成后,把此XML文件保存為“workpiece_feature(2)_XML”,生成的XML文檔如下:

最后,將制造特征實(shí)體、可執(zhí)行對(duì)象實(shí)體等可執(zhí)行對(duì)象采用后期綁定映射成信息單元(3),并保存為“Operation_feature(3)_XML”.

分離映射完成后,同一個(gè)STEP文件以相同的后綴結(jié)尾,便于客服端用戶識(shí)別,并把相應(yīng)信息單元按特征模型進(jìn)行模塊化數(shù)據(jù)存儲(chǔ).

通過對(duì)STEP物理文件的分離映射,把信息繁雜STEP信息按特征、操作等分離映射成較小的信息單元,減少了后期數(shù)據(jù)解析器的壓力.在上傳和下載數(shù)據(jù)文件時(shí),相對(duì)較小的數(shù)據(jù)文件(信息單元)可以在網(wǎng)絡(luò)提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳播速度,減少網(wǎng)絡(luò)阻塞;而在數(shù)控加工過程中,則可以減少數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理量,提高工作效率.

2 分離映射法的STEP/XML轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

EXPRESS到XML的分離映射是解決STEP文件向XML轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ).要實(shí)現(xiàn)對(duì)STEP物理文件的數(shù)據(jù)內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上的共享和傳遞,還需根據(jù)EXPRESS語言與XML語言模式匹配的關(guān)系.從面向?qū)ο蟮乃枷氤霭l(fā),分析EXPRESS向XML語言模式匹配過程中的關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理文件的XML描述[5],二者的基本對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示.

表1 EXPRESS語言和XML語言的對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.1 Relations on EXPRESS and XML language

基于分離映射法的STEP/XML轉(zhuǎn)換系統(tǒng),如圖1所示.根據(jù)STEP Part28,STEP Part21,STEP Part203規(guī)則,結(jié)合EXPRESS表示的產(chǎn)品信息模型,建立XML表示的產(chǎn)品信息模型;同時(shí),對(duì)STEP文件的結(jié)構(gòu)、格式、語法及語義進(jìn)行分析,建立STEP語法規(guī)則.當(dāng)有具體的STEP文件導(dǎo)入該系統(tǒng)時(shí),應(yīng)用編譯原理中定義范式的BNF技術(shù)對(duì)導(dǎo)入的STEP文件進(jìn)行詞法分析、語法分析及語義分析,并采用分離映射法把STEP物理文件映射成不同的信息單元;然后,將結(jié)果傳遞到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)器會(huì)首先查找該文件的Express模式文件,再查找 Express模式文件對(duì)應(yīng)的XML模式文件,提取出相應(yīng)的數(shù)據(jù),調(diào)用XML模式文件生成相對(duì)應(yīng)的XML文檔,并存儲(chǔ)相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息[6-7].

圖1 STEP/XML轉(zhuǎn)換系統(tǒng)Fig.1 STEP/XML conversion system

3 應(yīng)用實(shí)例

圖2 圓孔加工實(shí)例Fig.2 An examp le for running the hole

以在一個(gè)平面加工圓孔為例說明分離映射法.孔的直徑為25 mm,孔深度為50,孔內(nèi)表面粗糙度為3.2,孔中心到X-Y面的距離為50 mm,如圖2所示.加工孔的部分STEP-NC代碼如下:

將映射后的信息單元以樹形結(jié)構(gòu)保存在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中,加工該零件時(shí)由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳輸相應(yīng)的文件并由解析器解析;然后,加入相應(yīng)的刀具信息、工部工藝信息,生成AP238文件,并在STEP_NC ma-chine上進(jìn)行仿真加工,如圖3所示.

仿真結(jié)果驗(yàn)證,分離映射法在數(shù)控加工上是可行的,并且在一定程度上提高了數(shù)控加工的效率.

圖3 仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.3 Simulation experiment platform

4 結(jié)束語

在分析網(wǎng)絡(luò)制造與數(shù)據(jù)共享技術(shù)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸與共享的網(wǎng)絡(luò)體系,研究了 EXPRESS到XML的映射機(jī)制,提出新的映射方法——分離映射法.仿真實(shí)例表明,分離映射法與STEP/XML轉(zhuǎn)換系統(tǒng)是可行而高效的.

[1]任翀,王鵬飛,王濤.基于STEP-NC的數(shù)控加工技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2007(5):105-107.

[2]杜娟.基于STEP-NC的CNC系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安:西北工業(yè)大學(xué),2006.

[3]賈虹,盧炎麟,周曉,等.協(xié)同設(shè)計(jì)中基于XML語言和STEP標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)[J].輕工機(jī)械,2008,26(3): 115-117.

[4]張勤,顧立志.基于STEP-NC和XML的數(shù)控編程及網(wǎng)絡(luò)傳輸[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,31(1):12-15.

[5]機(jī)械工業(yè)部北京機(jī)械自動(dòng)化研究所.GB/T 16656.11-1996工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)和交換:第11部分:描述方法:EXPRESS語言參考手冊(cè)[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

[6]中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院.GB/T 16656.21-2008工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)和交換:第21部分:實(shí)現(xiàn)方法:交換文件結(jié)構(gòu)的純正文編碼[M].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

[7]蔡長(zhǎng)韜.基于STEP/XML的集成化工藝信息描述方法研究[J].計(jì)算機(jī)集成制造統(tǒng),2008,14(5):912-917.

(責(zé)任編輯:黃曉楠英文審校:崔長(zhǎng)彩)

Separate-Mapping Method in Data Share Orientating the Network Manufacturing

WU Hao,GU Li-zhi,HONG Qi
(College of Mechanical Engineering and Automation,Huaqiao University,Quanzhou 362021,China)

Stress is on the mapping mechanism from the standard description language of STEP-NC-EXPRESS to XML,p resenting the separate-mapping method being transmitted in and date shared orientating the network.First,divide the physical file of STEP-NC into three structure elements,namely the general information structure,the feature information structure and the operating information structure,according to the function and feature of the information to be shared.Then,realize the optimally comprehensive mapping with the early binding and the late binding.Finally,build up STEP/XML conversion system.An example is given for component with a hole in running the separate mapping method on the STEP-NC machine simulation platform.

separate mapping method;date sharing;network manufacturing;STEP file;EXPRESSS language;STEP/ XML conversion system

TP 391.73

A

1000-5013(2011)02-0140-05

2010-07-17

顧立志(1956-),男,教授,主要從事制造自動(dòng)化、先進(jìn)金屬切削技術(shù)和數(shù)字化制造技術(shù)的研究.E-mail:gulizhi888@163.com.

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2010J01295);福建省泉州市科技計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2007G9,2008G5)