基于STEP-NC幾何信息提取技術的研究

李梅竹

（陜西廣播電視大學 工程管理教學部，陜西 西安 710119）

基于STEP-NC幾何信息提取技術的研究

李梅竹

（陜西廣播電視大學 工程管理教學部，陜西 西安 710119）

本文使用ROSE庫函數，將EXPRESS語言描述的AP-203文件信息轉換為STEP設計對象和C++類，按AP-203數據模型的幾何信息屬性的層次結構，逐次提取幾何信息，主要包括頭段和數據段信息的提取。對實現CAD/CAPP集成提供了技術支持，是實現STEP-NC的基礎。

信息提取；AP-203；STEP-NC；幾何信息

基于STEP-NC的數控程序是STEP標準在制造領域的延伸[1-2]，STEP-NC與STEP使用相同的結構體系和方法論，所以要成功地實現STEP-NC，就必須深刻理解STEP的方法論和結構體系。應用協議AP-238是STEP-NC的技術定義，它的幾何定義與STEP AP-203相同，因此對STEP AP-203進行幾何信息的提取即為AP-238文件的生成提供基礎。

1 STEP的方法論

ISO10303 Part21定義了以EXPRESS語言描述的產品數據從一計算機系統到另一計算機系統的交換機制。主要包括交換結構的句法和語法規范、從EXPRESS模式到句法和語法的映射等內容。文件的擴展名為.stp或.step。STEP物理文件包括頭文件段和數據段兩部分。

（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中性文件內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于交換結構的信息。文件模式實體表明數據段中實體實例的EXPRESS模式。

（2）數據段包含了由交換結構所傳遞的數據實例。每個交換結構至少有一個數據段。每個數據段包含了頭文件中EXPRESS模式所對應的實體實例。實體實例在交換結構中的位置并不是固定的，一個實體實例可能被它之前的其他實體實例參考。

AP應用協議是STEP的可執行的數據規范，它包括滿足特定應用領域的產品數據需求的EXPRESS信息模型，由合適的集成資源和具體應用領域的約束和特定概念組成。每個應用協議分為幾個相對獨立又互相關聯的部分。這種結構不僅有利于應用協議的開發，而且使得回顧、執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方法和體系結構，為CNC數據提供一種標準化的表達方式。STEP-NC有兩種數據模型：ISO10303中的AP-238[3]和ISO14649[4]，其中AP-238為應用解釋模型，而ISO14649為應用參考模型。這兩種數據模型都可用作STEP-NC具體實現的源數據模型。

2 幾何信息提取過程

ST-Developer是美國STEPTools公司開發的計算機工具，ST-Developer提供的ROSE C++類庫，作為應用系統與STEP數據、OODB、RDB或物理文件的接口。ROSE庫利用由一些C++類提供的函數來產生和操縱EXPRESS描述的模型中的數據。ROSE類庫聯編方式可以分為早聯編、晚聯編和混合聯編（早、晚聯編混合使用）三種方式[5]。早聯編方式是在編寫應用程序之前，針對某一特定模式的應用協議所對應的模式文件，利用EXPRESS編譯器進行編譯產生C++類。用這些C++類創建應用程序。在應用程序中，只要包含編譯產生的C++類的頭文件就可以操作EXPRESS定義數據。晚聯編方式與早聯編方式有所不同，它利用EXPRESS編譯器編譯應用協議對應的模式文件，產生的不再是C++類，而是EXPRESS數據字典，利用EXPRESS數據字典來檢索數據。

在ST-Developer10.0環境下，以VC++6.0為開發工具，使用ROSE庫函數，將EXPRESS語言描述的AP-203文件信息轉換為STEP設計對象和C++類，按AP-203數據模型的幾何信息屬性的層次結構，逐次提取幾何信息。如圖1所示，首先通過ROSE接口把AP-203文件中的所有實體信息讀入系統。然后，對一個確定實體，通過一個遍歷函數和ROSE功能擴展類從系統中讀取自己的屬性值。如果該屬性本身又是另一個實體，其自身還包括屬性，則就要再一次進行信息的提取和遍歷。當該實體的屬性及其子實體的屬性全部創建完成后，才完成該實體數據的全部提取過程。

圖1 幾何信息的提取過程

2.1 頭段提取及實例

頭段信息主要是與幾何信息相關的管理信息，描述文件的名稱、注釋等。可以使用ROSE C++類庫中的函數提取其中的相關信息。下面是使用ROSE C++類庫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容為圖2所示，提取出的頭段數據如圖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 數據段提取及實例

數據段信息提取是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數據對象代表了不同的EXPRESS數據結構，把AP-203文件讀入計算機內存后，需將AP-203文件映射為STEP設計對象和C++類。在數據轉換模塊中，本文使用混合聯編的方式來轉換EXPRSS數據格式：使用ROSE庫函數將STEP文件轉換為STEP設計對象，使用EXPRESS Compiler將EXPRESS定義的每個幾何實體轉化為相應C++類，每類幾何實體是具有類似特性的對象，對象的特性在實體定義中用屬性和規則來表達，用ROSE API和C++類直接操作STEP文件。數據段中的每個實體實例用ROSE庫讀取到內存后轉換為相應的STEP設計對象，它是RoseObject類的一個實例。通過游標遍歷RoseCursor類來實現對一個設計內部的遍歷。針對每個具體的STEP設計對象用getAttribute（）函數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

進行數控程序開發前，首先必須把實體實例文件讀到內存中變為STEP數據對象，這一過程使用ROSE接口類函數findDesign（）實現，函數原形為RoseDesign*findDesign（char*design_name）。使用此函數搜索內存和磁盤，尋找名字為design_name的設計對象，如果找到該設計對象就把它讀入內存，否則返回NULL。

對于文件中的信息，通過遍歷STEP對象實體，利用 ROSE類庫中 RoseObject類建立實體的RoseObject對象指針。RoseObject類是所有STEP設計對象的父類，它提供了操作任意類型STEP數據的函數。通過游標遍歷ROSECursor類來實現對一個設計內部的遍歷。

利用函數RoseInterface：：beginTraversal（）和RoseInterface：：endTraversal（）來界定遍歷的對象。

若所得實體屬性信息與AP-238應用協議所規定的實體屬性信息的表達不符，則利用ROSE_CAST（）函數將得到的實體指針轉換成所需的實體指針。對遍歷之后出現的冗余信息，使用函數rose_move_to_trash（）或rose_empty_trash（）進行刪除。

2.2.2 實體屬性的提取

設計對象中的STEP對象的屬性可以用晚聯編方式進行操作。晚聯編中使用RoseObject類中定義的get和put函數來讀寫每種數據類型的對象的屬性。其中get函數的基本形式如value=get（attribute），put函數的基本形式如put（value，attribute）。

上面介紹了數據段信息的提取過程中的關鍵函數，現以文件中的advanced_brep_shape_representation實體為例說明實體屬性的提取過程。其提取成員變量屬性的具體代碼為：

采取上述函數可完成advanced_brep_shape_representation實體所有屬性的提取，提取結果如圖4所示。

圖4 提取出的數據段信息

以上為 advanced_brep_shape_representation實體的提取方法，同理完成STEP文件的其余幾何信息的提取過程。提取出的信息作為特征識別的數據基礎。

3 結束語

本文在ST-Developer10.0環境下，以VC++6.0為開發工具，使用ROSE庫函數，將EXPRESS語言描述的AP-203文件信息轉換為STEP設計對象和C++類，按AP-203數據模型的幾何信息屬性的層次結構，逐次提取幾何信息。提取出的信息作為特征識別的數據基礎。最后以STEP文件中的實體advanced_brep_shape_representation為例給出具體的實例提取方法。

[1]王淑紅，王 軍，孫 軍.ROSE類庫在STEP-NC數控程序中應用的研究[J].機床與液壓，2007，35（2）：66-68.

[2]李梅竹，田文欣，趙亞楠.基于STEP-NC型腔特征識別方法的研究[J].鍛壓裝備與制造技術，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].沈陽建筑大學學報，2006，22（1）：163-167.

[6] 劉志強，張 維.基于多決策屬性的刀具選擇規則提取算法研究[J].鍛壓裝備與制造技術，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，從事計算機集成制造系統研究。E-mail:meizi86@163.com