基于STEP-NC的数据转换机制研究

韩建华，杜娟

（太原科技大学 机械电子工程学院，太原 030024）

STEP-NC是1996年国际上为数控程序制定的一种新的数据接口标准(ISO14649)，它提供了一种不依赖具体系统的中性机制和能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型。STEP-NC的提出，使得将集中于单个计算机上的数控程序分散在互联网的不同设备上，从而为基于网络的制造模式和技术创造了条件［1］。

为便于网络传输，产品数据模型文件使用XML语言描述，而STEP-NC程序使用EXPRESS语言描述，因此，如何进行二者之间的转换就成为数控技术向开放式、网络化的发展的关键所在。本文针对实际构建的网络协同设计平台，提出了一种引入自学习机制的EXPRESS/XML转换机制的实现方法，并用实例进行验证，效果良好。

1 系统的硬件平台

为了完成网络的协同制造需求，整个网络架构根据功能可分产品设计、网络传输和制造加工三个层次。产品设计和制造加工的数据可以利用互联网协议在网络上进行传输，摆脱了空间位置的束缚。该系统的网络架构如图1所示。

产品设计层用于建立产品数据模型文件，允许有多个设计者互联，每个设计者均可建立自己的三维零件图，并通过 STEP转接口，直接输出符合STEP-NC标准格式的文件，再使用EXPRESS/XML转换器生成适合于网络传输的XML语言文件。制造加工层包括多个加工车间，每个加工车间设置一台车间服务器，用于连接本车间的各个STEP-NC机床，并通过交换机与Internet相连。通过STEP-NC机床，操作员可直接浏览产品的几何模型和加工信息，但要进行加工，必须再次使用EXPRESS/XML转换器转换，生成EXPRESS文件，经程序检查确认无误后加工开始。

图1 系统的网络架构图Fig.1 Network framework of this system

2 EXPRESS/XML转换机制

STEP-NC程序描述使用 EXPRESS语言，而EXPRESS语言与XML语言之间可以相互转换，这为网络化制造提供了一种新的途径；ISO 10303-28标准给出了EXPRESS语言和XML之间的转换规则，参照此规则可将 STEP-NC数控加工程序用XML语言表示。［2］

2.1 转换方法

目前常用的方法有前绑定及后绑定［3］。两者各有优缺点，前绑定将EXPRESS作为整体转化，形式较简单，但每一个EXPRESS模型必须对应一套XML标签集（即Schema私有）；后绑定中XML标记与EXPRESS的实体、属性、数据类型相对应，容易产生结构的膨胀和爆炸，但是，却允许所有的EXPRESS模型共用一套标签集（即 Schema共有）。通常，后期绑定方式能在异构平台上较好的实现通用性和可移植性。

2.2 对应关系

EXPRESS/XML的转换是根据结构上的对应关系进行的。具体为：EXPRESS实体对应 XML文档；实体(子实体)对应元素(子元素)；实体属性对应属性(子属性)；与其他实体关系对应与其他元素关系［4］。

对于 project实体，用 EXPRESS语言描述如下：

2.3 转换机制

EXPRESS/XML转换机制包括写入模块、转换模块、纠错模块，并设置专门的数据库服务器存放XML-Schema库，执行过程如图2所示。

图2 EXPRESS/XML转换机制执行过程Fig.2 EXPRESS/XML transformation mechanism process

(1)写入模块：根据ISO10303-28标准，将EXPRESS实体生成对应的 XML文档，写入 XMLSchema库。

(2)转换模块：输入STEP-NC文件，根据EXPRESS表达式按照搜索规则从XML-Schema库中搜索合适的模式进行转换，直至EXPRESS文件结束，此时STEP-NC文件被转换成XML文件。在转换过程中，如果发现XML-Schema库中没有相关信息，则可根据STEP-NC标准，转入写入模块进行添加。显然，转换依靠的是XML-Schema库，保证数据库中数据提取的快速准确是影响系统性能的直接因素。由于近期使用的规则最有可能再次被使用，故本系统在数据库中设置专门的快速检索表，记录最近使用过的转换规则。查找时，先检索快速检索表，如表中没有再从XML-Schema库中检索，大大提高了检索效率。

(3)纠错模块：为保证STEP-NC程序的正确性和合理性，转换机制应具备纠错功能。其实现过程为：分析 STEP-NC文件结构；采用后绑定的方法建立相应的实体XML Schema，规定数据出现的次序及数据的属性，如字符串型、整型、实型等，在解析过程中检查 STEP-NC文件的数据是否缺省或超出范围，并通过对话框的形式提示操作者；若无错误可在本地机床安全运行，若出现错误则进行反馈，并修改XML-Schema库。

2.4 自学习机制

由于XML-Schema库的性能会直接决定整个系统的性能，故该库在建立时引入自学习机制。初始库中只设置必要的、基本的信息即可投入运行，使得此库的建立比普通机制节约时间，系统能较早的投入运行。在运行时逐渐通过反馈环节进行添加以扩充数据库。同时，对已有的信息要进行修正，保留正确的信息，删除错误的信息，经过积累，转换的准确性将逐步提高。

3 实例验证

下面通过一个例子来演示 STEP中性文件到XML文件的转换过程。图3所示为用Pro/Engineer创建的测试零件，零件名称为prtpart.prt。

图3 测试零件Fig.3 Test part

Pro/Engineer支持 STEP AP214格式的导出功能，将测试零件信息导出后，系统自动生成名称为prtpart.stp的STEPAP214中性文件，然后通过转换机制将该STEP文件转换为相应的XML文档，默认文件名为prtpart.xml，用IE5.0浏览器查看其文档内容如图4所示。

图4 STEP文件转换后的XML文档Fig.4 XML file converted from STEP file

4 结论

本文详细阐述了一种网络协同制造架构上的EXPRESS/XML转换机制的构成，分析了其转换过程，研究了两种文件的对应关系，提出了自学习的XML-Schema库建立方法，缩短了系统的开发时间，提高了XML-Schema库的效能，扩展了STEPNC在网络化制造中的应用。

［1］杨奕昕，黄泽森，范青.数控系统及研发技术研究［J］.兵工自动化，2009，28（10）：78-81.

［2］王军，聂新刚，孙军，等.基于STEP-NC数控编程的实现方法［J］.沈阳建筑大学学报：自然科学版，2005，21（6）：759-760.

［3］张莉彦.基于Internet的STEP-NC的研究［D］.北京化工大学，2008:63.

［4］张运森，刘保国，刘珂.基于XML与STEP的产品数据描述及转换技术研究［J］.制造业自动化，2009，31（3）：36-38，42.