基于PowerMill數(shù)控工藝文件的研究及其信息提取*

劉曉初，陶建華，劉 華，包佑文，陳志斌，黎福生

（廣州大學(xué)機(jī)械與電氣工程學(xué)院，廣東廣州 510006）

0 前言

隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，零件的復(fù)雜程度及其加工要求越來越高，PowerMILL 作為新一代的智能CAM軟件得到了廣泛地應(yīng)用，市場對優(yōu)秀PowerMILL 工程師的需求量也逐漸增多，同時，對PowerMILL 工程師的技術(shù)要求越來越高。由于PowerMILL 工程師的培養(yǎng)周期日益增長，而目前在加工領(lǐng)域大量優(yōu)秀的編程工藝僅僅只是記錄下來，并沒有將其作為一種可利用資源得到很好地利用[1]。

因此，本文主要針對PowerMILL 編程中重復(fù)勞動多、工藝參數(shù)設(shè)置對編程人員依賴性大，且加工質(zhì)量參差不齊等問題，結(jié)合PowerMILL 軟件平臺記錄編程過程的工藝記錄文件——“宏”，來研究使用“宏”工具記錄工藝信息的規(guī)律，并用宏文件作為工藝信息的載體研究工藝信息的提取等，這為優(yōu)秀工藝信息的存儲管理和再次利用的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，不僅方便編程人員經(jīng)驗交流，而且為編程初學(xué)者人員快速成長提供一個很好的平臺。

1 工藝記錄文件結(jié)構(gòu)分析

PowerMILL 宏文件由文件頭段、參數(shù)設(shè)置段和仿真段三部分組成。PowerMILL 宏文件結(jié)構(gòu)很簡單，且容易讀取，并且，PowerMILL 宏對斷點(diǎn)不敏感，沒有嚴(yán)格的頭文件格式，在本文中將輸入模型語句定義為文件頭段，這是后面模型庫和工藝數(shù)據(jù)庫建立映射的依據(jù)。PowerMILL 宏文件的信息量均為有效代碼，即僅記錄打開的對話框和進(jìn)行修改了的參數(shù)，故信息冗余量就少。圖1是PowerMILL宏文件的文件結(jié)構(gòu)。

圖1 PowerMILL宏文件結(jié)構(gòu)分析

2 工藝記錄文件的詞法和語法分析

文本都是由語句構(gòu)成的，但是PowerMILL 的宏文件作為文本文件中的一種，不是一般的自然語言的語句，而是有它自己的記錄方式，即語法。

2.1 參數(shù)命名規(guī)則及關(guān)鍵字

PowerMILL 中變量的命名分兩大類：一類是單個詞的，此類用整個英文單詞的大寫形式，比如TOOL 代表刀具、BLOCK 代表毛坯等等；另一類是組合詞。組合詞又分短組合詞和長組合詞，如果是短組合詞一般都是多個單詞直接或者通過連接符連接的，如：BLOCKTYPE 代表毛坯類型、TOOLPATH代表刀具路徑、PLUNGE_SIZE代表開始Z 高度等等，長組合詞也是把幾個單詞寫在一起，但是其中一些單詞會簡寫，比如：ZMAX 代表Z 方向的最大值、PMLLEADINRAMP表示PowerMILL斜向切入等等。

所有PowerMILL 系統(tǒng)命名的操作名和參數(shù)名都是其關(guān)鍵字，操作的關(guān)鍵字主要是后面所說的動詞，如IMPORT、CREATE、FORM 等，表示動作的關(guān)鍵字一般都是單個單詞，表示輸入模型、創(chuàng)建刀具、加工坐標(biāo)系、毛坯等操作，含有這些動詞的語句對應(yīng)的就是GUI 中的對話框打開操作；參數(shù)名就是PowerMILL 系統(tǒng)按照上面的命名規(guī)則已經(jīng)命名好了，如果要對PowerMILL 系統(tǒng)進(jìn)行指令級操作，比如：進(jìn)行二次開發(fā)、重寫宏來達(dá)到預(yù)期的目的等，都需要遵守系統(tǒng)的關(guān)鍵字命名規(guī)則，否則系統(tǒng)會出現(xiàn)不能識別的情況。PowerMILL 系統(tǒng)對命令的大小寫不敏感，比如FORM BLOCK和Form Block及foRm bLock是一樣的[2]。

2.2 工藝記錄文件語法分析

2.2.1 詞性分析

在本文研究主要把文件中的詞性分為動詞和名詞兩種，對應(yīng)是動作和動作的承受者，下面分別對這兩類詞性進(jìn)行介紹。

（1）動詞，就是動作的描述，每個系統(tǒng)都有自己的動作描述詞，動詞的作用是創(chuàng)建、關(guān)閉對話框、創(chuàng)建刀具、毛坯、加工策略等實(shí)體、顯示或者修改參數(shù)等。比如：PowerMILL 宏文件中的動詞有IMPORT、CREATE、FORM、SIMULATE、EDIT等。

（2）名詞，就是動作的承擔(dān)者，包括實(shí)體和參數(shù)名。比如PowerMILL 宏文件中“Frate”表示“切削進(jìn)給率”等。

2.2.2 語法分析

在PowerMILL 中用IMPORT/CREATE/FORM/SIMULATE 來控制實(shí)體的創(chuàng)建，在GUI 界面的體現(xiàn)就是對話框的控制，其中IMPORT和SIMULATE是單獨(dú)使用的，它們在宏文件出現(xiàn)的頻率也不高，CREATE 和FORM 被用來創(chuàng)建大部分實(shí)體，它們有固定的語法格式，每個動詞應(yīng)用格式具體如下：

（1）IMPORT

（2）SIMULATE

SIMULATE 是加工仿真命令，對本論文的研究的工藝信息提取沒有直接的聯(lián)系，而且設(shè)置也比較簡單，所以都用下面通用格式，就是在仿真各個具體的加工是要把TOOLPATH替換成對應(yīng)的刀具路徑名。本論文在PowerMILL 上加工仿真時采用下面通用格式：

CREATE 實(shí)體類名; 類型或者布爾值FORM實(shí)體類名或者其簡稱。

（3）CREATE

CREATE 的具體實(shí)例參考典型對話框格式中刀具對話框的建立，其中要注意的是CREATE 和ACCEPT是成對出現(xiàn)的。

FORM 語法格式比較簡單，規(guī)律性也比較強(qiáng)，和CREATE 一樣都是和ACCEPT 成對使用，F(xiàn)ORM 還可以嵌套使用，嵌套使用的時候是和最近的ACCEPT 配對使用。FORM 的具體實(shí)例同樣可以參考典型對話框中毛坯對話框的創(chuàng)建。

PowerMILL 中還有一類非常重要，也是出現(xiàn)概率比較大的動詞，這類動詞就是用來改變參數(shù)值的，其中用的最多的是EDIT，另外在修改名稱（刀具、加工策略、坐標(biāo)名等）時用的RENAME。這類動詞用法比較簡單，語法也比較簡單，就是前面闡述的采用動詞＋名詞（操作對象）＋參數(shù)值（修改后）/操作的記錄方式。

2.3 工藝記錄文件中的工藝信息

本文研究的包含在工藝記錄文件中的工藝信息沒有包括數(shù)控加工工藝中的所有部分，文件中只記錄了零件的毛坯信息、工件坐標(biāo)系信息、加工工序信息、機(jī)床和工藝裝備的選擇、切削用量的選擇信息等。圖2 是主流CAM 工藝記錄文件記錄的工藝信息的總體結(jié)構(gòu)圖。

3 PowerMILL宏文件的信息提取

本文針對這種特定的文本文檔，采用基于自然語言理解的信息提取技術(shù)的思路和正則語言形式規(guī)則[3]，兩者的結(jié)合從而達(dá)到信息提取的目的。

3.1 信息提取流程

PowerMILL 宏文件在記錄編程過程時采用的是各個實(shí)體獨(dú)立記錄并且有對應(yīng)的固定格式，本文PowerMILL 宏文件信息提取模塊就是基于這種規(guī)律來設(shè)計的，在分析宏文件對不同的實(shí)體采取對應(yīng)的信息解析模塊，其中對條件的判定都采用正則表達(dá)式來表示。

對PowerMILL宏文件解析主要有如下步驟。

（1）文件讀入內(nèi)存。在VB中用Line Input#語句把宏文件按行讀入內(nèi)存中，存儲在字符串Str中。

（2）字符串拆分。用Split（）函數(shù)把字符串Str以vbCrLf分割成以行為單位的字符串，存儲在字符串?dāng)?shù)組MyArr（）中，并在拆分后通過總行數(shù)K （K=UBounkMyArr ＋1）給 動 態(tài) 數(shù) 組MyArr（K）重新定義，為信息提取確定上限和下限值并分配內(nèi)存。

（3）對數(shù)組MyArr（）各元素進(jìn)行分析。用循環(huán)語句對數(shù)組MyArr（K）從MyArr（0）到My-Arr（K-1）逐個分析，循環(huán)判定語句用正則表達(dá)：^（IMPORT|CREATE|FORM）S（MODEL|WORKPLANE | FEEDRATE | PMLLEADINRAMP | LEADLINK|TEMPLATE），對MyArr（0）的前兩個字符匹配，用匹配的內(nèi)容作為Select case語句的case選擇依據(jù)，從而進(jìn)入相應(yīng)模塊處理。在相應(yīng)模塊處理每一個MyArr（）元素都要判定是否滿足結(jié)束相應(yīng)模塊的條件，如不滿足則在相應(yīng)模塊繼續(xù)處理MyArr（）數(shù)組的下一個元素，直到滿足條件則跳出循環(huán)，只有跳出循環(huán)選擇下一個元素的時候才要判定是否完成所有元素的解析，如果沒結(jié)束則繼續(xù)進(jìn)入循環(huán)，直到分析完所有的元素。

PowerMILL 宏文件信息提取模塊的主程序如下：

圖2 主流CAM工藝記錄文件中工藝信息

其中包括多個子程序的調(diào)用。圖3 是對PowerMILL宏文件信息提取的流程圖。

3.2 典型模塊的處理過程

在解析PowerMILL 宏文件的時候把文件按記錄規(guī)律分為：模型輸入模塊、刀具模塊、毛坯模塊、用戶坐標(biāo)模塊、切入切出設(shè)置模塊、加工策略模塊、進(jìn)給設(shè)置模塊等，這里介紹兩類比較典型的模塊解析的過程。一類是一般的單個實(shí)體的模塊，另一類是實(shí)體中還有嵌套實(shí)體的模塊。

按上面模塊劃分方式，PowerMILL 宏文件中大部分是像刀具模塊、毛坯模塊等單個實(shí)體記錄的模塊，除了這些單個實(shí)體的模塊還有一種是一個模塊中包含多個實(shí)體的建立，在記錄的形式上表現(xiàn)為嵌套記錄，對于這些不同的形式在建立信息提取機(jī)制的時候一定要具體且準(zhǔn)確地告訴計算機(jī)該做什么操作。

3.2.1 單個實(shí)體模塊處理——刀具解析模塊

下面是在PowerMILL 中建立一把端銑刀的宏文件記錄記錄，具體記錄文本如下：

其中包括刀具類型、刀具名稱、刀具直徑、刀具長度及刀刃數(shù)等信息，下面是這段宏文件的具體解析過程。

①在文件被讀入到內(nèi)存的MyArr（K-1）數(shù)組的時候，打開存儲工藝信息的工藝數(shù)據(jù)庫，用不同變量定義打開數(shù)據(jù)庫的參數(shù)映射表和其他用于儲存工藝信息的表。

圖3 PowerMILL宏文件的信息提取流程圖

②當(dāng)通過Select Case 進(jìn)入刀具解析模塊的時候，用AddNew在刀具資源表中自動添加一條記錄。

③假設(shè)此時存儲第一行的元素是MyArr（m），利用正則表達(dá)式查找“；”后面的字母，到第一個空格結(jié)束部分的字母，去除空格后的字母存到字符串S1中。

④查找變量映射表的“在PowerMILL 中的名稱字段（NameInPowerMILL）”和S1中內(nèi)容相同的記錄，返回該記錄的“在數(shù)據(jù)庫的名稱（NameInDB）”字段的內(nèi)容，存放在字符串S2中。

⑤在刀具資源表中找到和S2中字符串相同的字段，把S1 的值添加到該字段的最新空記錄中；然后數(shù)組索引自動加一，跳到存儲下一行的數(shù)組元素。

在TOOL ACCEPT結(jié)束之前這些數(shù)組元素的處理都類似，主要思想是：先用正則表達(dá)式判斷第一個單詞，也就是動詞，如果動詞是RENAME，則把RENAME放入第③中的S1中，然后重復(fù)第④步，第⑤存入數(shù)據(jù)庫的是第二個引號里的數(shù)值，提取后先存在字符串S3中，即刀具名稱；如果動詞是EDIT，把第一個（”）和第二個（”）之間除引號相鄰空格外的字符存入S1中，然后執(zhí)行第④步，在第⑤步存入數(shù)據(jù)庫的值是S1字符后的除去“”和空格外的數(shù)值或者字符串。在寫入數(shù)據(jù)庫后，數(shù)組索引加1，這時先對字符串做判斷，如果（！TOOL ACCEPT）成立則重復(fù)上面的操作，否則跳出循環(huán)。

在該例中用到的正則表達(dá)式如下：

3.2.2 嵌套實(shí)體的模塊

含有嵌套實(shí)體的模塊，比如在切入切出模塊中，包括切入切出連接和斜向選擇的設(shè)置，其記錄格式如下：

這類實(shí)體的解析和單實(shí)體的處理區(qū)別不大，當(dāng)在模塊內(nèi)碰到FORM等模塊分類的動詞的時候按一般的情況處理，不需要打開新的模塊處理程序。

4 總結(jié)

本文從PowerMILL 入手，研究了其記錄工藝的文件——“宏”的結(jié)構(gòu)、語法以及相關(guān)的工藝信息等，并在此基礎(chǔ)上采用基于自然語言理解的信息提取技術(shù)的思路和正則語言形式規(guī)則兩者結(jié)合的方法對“宏”文件中的工藝信息進(jìn)行提取，因此，這對于工藝數(shù)據(jù)的存儲管理和標(biāo)準(zhǔn)化，以及自動化設(shè)置奠定了基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀工藝信息的重用。

［1］陶建華，楊曉琴，劉曉初，等.基于工藝特征識別技術(shù)的數(shù)控自動編程方法研究［J］.計算機(jī)工程與設(shè)計，2011，32（10）：3548-3552.

［2］PowerMILL 2012 macro Programming Guide R4 ［Z］.2011.

［3］宋艷娟.基于XML 的HTML 和PDF 信息抽取技術(shù)的研究［D］.福州：福州大學(xué)，2005.

［4］何雪明，吳曉光，常興.數(shù)控技術(shù)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2006.