[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】机床数控数据接口模型的开发-中文翻译

外 文 翻 译 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 张 立 班 级 B 机制 077 学 号 0710101712 指 导 教 师 袁 健 1 外文资料名称： Development of STEP-NC Compliant Machine Tool Data Model 外文资料处： Proceedings of the 35th International MATADOR Conference (3-1) 附 件： 1.外文 资 料翻 译译 文 2.外文原文 指导教师评语： 2 签名： 年 月 日 3 机床数控数据接口模型的开发 W. Z. 杨 , X. 许 and S. Q. 谢 张立译 摘 要 : 为了实现以 STEP-NC 为基础的制造业， STEP-NC 数控机床数据模型 (STEP-NCMtDm)的开发使用了 EXPRESS(式化定义 )建模 语言 。该模型将 STEP-NC 数控加工任务级数据转化为机床自身可识别的方法级数据。这里讨论了 STEP-NCMtDM 开发的目标和技术方面的两个主要问题。对 该模型的体系结构进行了分析。 基于 STEP-NCMtDm 的机床数据可分为两组 ：“静态数据”和“动态数据”，以支持进一步的系统开发。目前，已经开发出了一个基于 Web 的 STEP-NCMtDm （相应的 XML 架构），以支持基于 Web 的应用。 STEP-NCMtDm 已经应用于铣床模型，并可以代替 STEP（ 国际标准化组织 制定的产品数据模型的表达和交换标准 ）第 21 章的文件和 XML 文件的数据来支持基于 STEP-NC 数字化制造。 关键词 : STEP-NC；机床；数据模型； XML 框架。 1 前言 STEP-NC 数字化制造是一种新开发的数字化制造方法，可以实现信息化，智能化，集成化和双向化式的制造。在整个数字化生产过程中， STEP-NC 体现出显著的优点： 1） 提供完整的结构化的数据模型来表示各种不同的产品和在产品开发过程中不同阶段的技术数据； 2）支持标准化数据在集成制造系统中的的交换和共享 1；3） 在 CAM 和 CNC 之间双向传输高层信息，这是 G/ M 码无法完成的； 4）使用面向对象的工步来封装加工特征与加工操作参数，这使得加工数据可循环使用。 在 STEP-NC 的概念中最重要的特征是“机床的独立性” 。 STEP - NC 的数据模型，主要描绘在任务级的数据或指令级数据。尽管它可以将数据定义为方法级或操作任务级的数据， .如机床轨迹， STEP-NC 的主要目的是使这些数据的决策来自基于STEP- NC 的控制系统。 STEP-NC 的方案可写入一次，可以在具有相应加工能力的不同的机器中使用 2。因此， STEP-NC 的实施是有效使其数据模型适应不同的数控系统的过程。也就是说，要实现 STEP-NC 的核心问题是从任务级数据到方法级数据的过渡，或从任务级数据到操作任务级数据的过渡。要做到这一点，需要建立一个完整且易于访问的制造资源数据库，用以描述如产品数据，刀具数据等。虽然在4 STEP- NC 的第 10 部分，第 11 部分和第 12 部分已经定义了一部分加工工艺过程数据，如工艺参数，加工策略等 5, 6, 7, 但这些数据对象不足以支持建立基于 STEP-NC的机床数据模型， 尤其是在动态的车间环境下。因此，要想实现基于 STEP-NC 的制造以及 工艺规划与调度任务，需要建立一个基于 STEP-NC 的数控机床数据模型，以捕获支持基于 STEP-NC 的加工制造所需的所有数控机床数据。在本文中，建立了一个基于 STEP-NC 的数控机床数据模型。 当与在 STEP-NC 中定义的刀具数据模型相结合时， STEP-NCMtm 可以形成一个完整的制造资源数据模型（ MRDM）并 最终为基于 STEP-NC 的数字化制造提供足够的信息。 2 文献综述 在机床数据建模领域已经取得了一定的进展。美国国家技术标准协会（ NIST）实施了一项名为制造资源信息建模的项目 8。这个项目指出了制造资源的两个方面：1)机床 （铣床和立式 /卧式车床）； 2）工具装配 （刀具，镶件，刀柄等） 。这个模型被视为描述机床的 ASME B5.59-2（ ASME 即美国机械工程师协会）标准的发展基础。美国国家技术标准协会（ NIST）开发的制造资源模型和 ASME B5.59- 2 标准主要是为了满足制造资源商业者的需求而对于支持加工工艺过程规划却并不理想。为了解决这个问题， Kulvatunyou 等人在美国国家技术标准协会（ NIST）模型的基础上开发了一种基于 UML 的制造资源模型 9。 新模型结合了制造具体过程规划 (RSPP) 模块，以协同制造完成工艺规划任务， 它仍然缺少整合数控加工形成闭环制造链的能力。 明等人介绍了基于新一代面向产品定义数据的数据交换标准 PDES STEP 的生产资源模型，它包含了机床，刀具，夹具及测量工具等的数据 10。该模型考虑了协同制造环境下的外部资源。再加上另外两个基于新一代面向产品定义数据的数据交换标准 PDES STEP 模型（零件信息模型和工艺设计模型） ，整个信息模型可以支持CAPP 的应用。 Lopec- Ortegsa 和 Ramirez 提出了基于 STEP 的 EXPRESS 语言模型来描述车间里的柔性制造资源（即加工过程资源，管理资源，交通资源和存储资源）11。这个数据模型应用于基于 STEP 的制造信息系统。 机床数据建模的几个标准已经制定。美国机械工程师协会 ASME B5 委员会一直致力于在两个标准草案，分别用以描述机床性能数据（ ASME B5.59- 1）和物业规范（ ASME B5.59-2） 。这些标准主要目的在于支持机床制造商。此外， ISO TC39/SC2 正5 在制定相关标准用于加强机床部件互换性和和机床的测试（即测试方法，测试代码，测试组件等） 。 上述几种模式都不适用于基于 STEP-NC 的制造。一些模型（如由 NIST，美国ASME 和 ISO 制定的）适用于机床厂商和用户，但不适合于制造应用 ,如工艺规划，车间调度等。其它的（如 Ming 和 Lopec- Ortegas 的模式， STEP 的第 240 部分）并模式不完全和 STEP-NC 的标准兼容。 3 目的 开发 STEP-NCMtDm 的目的有以下两个方面：第一，为了满足工艺规划和调度在STEP-NC 中的数据要求。更特别的是，它帮助用户在 STEP-NC 程序中确定基于任务级信息的数控加工操作任务级信息。 STEP-NC 可被视为一个过程规划模型。它并不支持其他活动，如成本估算，机床选择等。因此， STEP-NCMtDm 的第二个目标是在分布式制造环境下支持制造工艺规划的功能。 4 关于 STEP-NCMtDm 技术方面的几个问题 机床数据分为两种类型：静态和动态的。如果在机床的生命周期中数据保持不变，那么 它们被列为“静态机床数据” ，例如机承载能力和机床尺寸。这些数据主要是机床的规格，机床的额定加工能力。另一方面，如果数据在机床使用的不同阶段发生变化，或针对不同的应用取不同的值，它们被列为“动态机床数据” 。机床动态的数据是实现灵活的工艺设计和制造的关键信息。机床的动态数据的变化可能有两个原因。首先是机床的磨损，从而导致其精确度漂移或机械和电气性能的变化。其次机床设置的更改或机床的重新安装。 机床的静态数据，一旦设定，就会保持不变。对于两种不同类型的机床动态数据，可以遵循不同的数据处理和更新程序。由于机床的磨损等因素，第一种类型的动态数据需要更为经常性的定期更新。第二种类型的动态数据则需要不定期地更新。 5 结论 基于 STEP-NC 的数字化制造是利用 STEP 和 STEP-NC 的数据模型支持信息化， 智能化，集成和互操作的数控加工方案。基于 STEP-NC 的制造的关键是建立机床数据模型，从而实现从 STEP-NC 的任务级数据到机床依赖的方法级数据的过渡。 STEP-NCMtDm 建立了各种不同的机床数据以满足基于 STEP-NC 的工艺设计和制造活动的要求。同时它也被转换为 XML 框架，使其网络化。 6 STEP-NCMtDm 中机床数据被划分为“静态数据”或“动态数据” 。这种分类反映了不同的机床数据的性质，以及它们不同的获取和更新方法，从而使机床数据得到有效且高效率的管理。机床数据可以通过使用 STEP 的第 21 部分文件或 XML 文件进行交换或共享。推荐的数据模型可以方便地提取出来以支其他类型持的机床和数控加工应用。更进一步的工作包括，恢复当用 STEP 绑定将 EXPRESS 数据模型映射到XML 框架中去时， STEP-NCMtDm 中丢失了的约束信息。同样正在开发的是一个可利用STEP-NCMtDm 简化制造任务请求流程的网络平台 。 参考文献 1 X. Xu and Q. He, 2004, Striving for a total integration of CAD, CAPP, CAM and CNC, Robotics and Computer- Integrated Manufacturing 20 (2):101-109. 2 X. Xu, H.Q. Wang., J. Mao, S.T. Newman, T.R. Kramer, F.M. Proctor, and J.L. Michaloski, 2005, STEP-compliant NC research: The search for intelligent CAD/CAPP/CAM/CNC integration, International Journal of Production Research 43(17):3703-3743. 3 ISO/FDIS 14649-111.2:2004(E), Industrial automation systems and integration - Physical device control Data model for computerized numerical controllers - Part 111: Tools for milling machines. 4 ISO 14649-121:2005(E), Industrial automation systems and integration - Physical device control - Data model for computerized numerical controllers - Part 121: Tools for turning machines. 5 ISO 14649-10:2004(E), Industrial automation systems and integration Physical device control - Data model for computerized numerical controllers - Part 10: General process data, 2nd edition. 6 ISO 14649-11:2003(E), Industrial automation systems and integration - Physical device control - Data model for computerized numerical controllers - Part 11: Process data for milling, 1st edition. 7 ISO 14649-12:2005(E), Industrial automation systems and integration - Physical device control - Data model for computerized numerical controllers - Part 12: Process data for turning, 1st edition. 8 Jurrens, K., Fowler, James, and M. B. Algeo, Modeling of manufacturing resources information, requirements specification, NISTIR 5707, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 1995. 9 Kulvatunyou, B., Wysk, R. A., Cho, H., and Jones, A, 2004, Integration framework of process planning based on resource independent operation summary to support collaborative manufacturing, International Journal of Computer Integrated Manufacturing 17 (5):377-393. 10 Ming, X. G., Mak, K. L., and Yan, J. 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