基于实体关联数据的统计特征重构方法

基于实体关联数据的统计特征重构方法

0c间的数据共享step-nb（st.稍微）取代了旧的g和m代码，成为新的nb数据接口标准，以取代cax和cnc之间的继承和信息共享的基础。这是数据流的基础，即使用标准物质数据来扩展计算领域（模块）。在STEP-NC控制器中,首先读取加工程序,根据程序内容重构产品零件几何模型,通过工场一级的加工再规划,获取零件加工所需的数据(包括刀轨路径和加工参数等),然后根据刀具轨迹和参数控制机床的实时加工。本文给出了基于字典实体驱动的STEP-NC制造特征重构的机制模型。1step-nb数据模型描述1.1语言模型STEP-NC采用EXPRESS语言描述产品模型。EXPRESS语言采用类似于自然语言的描述方式,通过定义各种数据类型以及数据之间的关系来反映应用对象的抽象模型,易于理解,并可通过映射转化为计算机描述语言(如C、C++)、其他定义语言(IDL)和数据库描述模式。1.2数据模型的结构STEP-NC在STEP基础上基于特征的方式描述产品的设计和制造信息。STEP-NC数据模型是结构化的,主要由四个部分组成:任务描述、技术描述、资源描述、几何描述。这四个部分描述了STEP-NC的信息和数据模型。图1是STEP-NC数据模型的参考结构,对工件的几何描述包括采用AP203/214中的几何描述和AP224中加工特征的描述。1.3个人工作计划可分为4个月内的信息和工步一STEP-NC加工程序采用STEPPART21中的中性文件描述格式,实体实例在加工程序中具有唯一的ID号。文件头以HEADER开头,ENDSEC结束,主要说明文件名称、编程者、日期及注释等。数据段以DATA开头,以ENDSEC结束。项目(project)是整个程序的起点,其主要包含信息有工件信息、主工作计划和有关项目的一些信息。主工作计划下包含具有相同装夹(setup)的若干工作计划或其他执行内容(如暂停、回零等执行动作)。工作计划支持嵌套,即工作计划可以包含若干个子工作计划。工步包含在工作计划中,它是STEP-NC描述制造过程的单元,是在制造特征上施加相应的加工操作的描述,其属性内容包括制造特征信息和操作信息。单一工步对应唯一的制造特征,加工一个制造特征可能需经过若干个工步才能完成,而这些工步基本上不属于同一工作计划。2制造特征重建机制2.1实验数据和汉字实体间的横向比较重构机制模型的核心思想是参考字典实体,通过分步、分层的方法逐步建立制造特征的几何模型。重构过程如图2所示,首先通过词法分析建立以节点为单位的加工程序的原始数据,根据节点ID号完成实体属性链表单元与对应节点的连接;再根据STEP-NC数据模型构造字典实体数据,通过回溯方式匹配原始数据和字典实体数据,建立节点—字典实体的数据指向关系,依据STEP-NC数据模型内容,字典数据可分为定位层、点、线、面和特征体或特征壳体5层内容;最后根据字典实体类型调用相应制造特征重构函数,重构制造特征的三维几何模型。制造特征重构函数调用剖面重构函数以创建剖面,通过剖面的扫掠、蒙面等几何造型方法创建特征体。而剖面的重构需要获取相关线和点的三维几何重构数据,这样通过逐级调用获得对应各层的三维几何重构数据。在每一层调用过程中,定位坐标系数据以参数的形式传送到下一级函数中,以保证重构的特征体处于世界坐标系下。在每一层重构的实现中,数据类型的描述信息不同,其具体的重构算法也不相同。根据STEP-NC数据模型中实体个数有限这一特点,在数据字典中按照数据类型和超类/子类的继承关系对每一实体进行编码。通过位右移计算继承中共性的内容,以位运算匹配实体重构函数。2.2节点属性链表数据之间的关系节点是STEP-NC加工程序中单一完整分句的系统内部数据表达名称,节点和数据字典实体的数据结构内容包括节点ID、属性链表和数据字典实体数据指针。图3a为节点数据结构图,节点ID保证节点能够唯一确定,属性链表是字典实体的实例数据,数据字典实体数据指针表明了该节点的实体信息。图3b为节点和节点属性链表数据之间的关系,通过数据连接可以建立以project节点为入口的STEP-NC加工程序数据结构树,易于特征重构信息的获取。数据字典中的实体数据以及数据之间的关系为STEP-NC数据模型中的实体定义的映射,其内容包括实体名称、继承关系(包括子类和超类)、属性内容和实体配置信息。图3c为字典实体数据结构图,图3d为2.5D制造特征的关系子图。在图3c中,实体属性对应于STEP-NC数据模型中的实体描述,由于EXPRESS语言支持多重继承,因而其子类和超类数据均采用链表数据结构。实体属性内容包括属性实体名称和属性数据引用类型,属性数据引用类型表示属性数据采用何种数据描述类型,由于select数据描述类型包含两种或两种以上的实体类型,所以属性实体以链表数据结构表示。在图3d中,子类和超类链表表达了实体的继承关系,而属性内容表示了实体间的调用关系,字典模型中并不是所有实体间存在相互调用或继承。2.3生成节点与汉字的匹配实现算法(1)根据加工程序中完整分句自上而下创建节点数据,并置开始节点为当前节点。(2)根据当前节点关键字搜索字典数据链表,获取字典实体数据。根据字典实体内容回溯搜索超类链表,直至无超类的实体时开始匹配节点属性链表内容和字典实体及其超类属性内容,如果节点属性链表内容和字典实体属性内容恰好完全匹配,则该节点与字典数据匹配完成,否则报错。获取下一节点数据,当节点数据非空时,重复步骤(2),否则置开始节点为当前节点,并转步骤(3)。(3)获取当前节点的属性链表,如果当前属性引用其他节点描述,判断该属性所对应字典的实体的编码是否与引用节点对应字典的实体编码一致,如果不一致,则搜索该属性所对应字典的实体的子类,对所有子类的编码与引用节点对应字典的实体编码进行匹配,如果编码一致则建立属性与引用节点的连接关系,而当直到搜索完所有子类仍不匹配,则报错;否则获取下一属性继续匹配,直至属性链表结束。获取下一节点数据,当节点数据非空时,重复步骤(3),否则算法结束。该算法采用实体创建和实体实例创建分离的方法,首先建立实例数据和字典的实体数据,通过匹配方式建立实体和实体实例之间的关系。实体和实例之间的对应为一对多的关系,避免了采用同一数据结构时实体创建和实例创建时序上的矛盾,从而获取加工程序原始提取信息。2.4制造特征的定义STEP-NC数据模型采用面向对象的方式描述制造特征。首先给出制造特征,然后给出特征性质和具体属性的描述,其属性定义与制造特征定义的方式相同,所以制造特征几何描述的方式是分层描述,为制造特征体、面、线、点的层次调用关系。2.4.1生成实体类型制造特征类型不同,重构的操作和算法也不同,如型腔(pocket)特征的创建是根据剖面在其法矢方向上扫掠生成特征体,而槽(slot)特征则明确给出扫掠剖面和扫掠路径,两者在路径构造的算法上存在差别,所以无法共同采用归一函数重构制造特征。STEP-NC数据模型基于面向对象的描述方式,采用子类/超类的继承关系,超类是所有子类共性的归纳,所以重构方式同样采用面向对象中继承的创建方式。不同于面向对象语言编译方式,STEP-NC数据模型提供了实体的具体定义,并且实体的数量是有限的,其实体关系在加工程序编译时也是已知的,无需在每个实体实例的属性重构时采用回溯的方式,可以通过查找超类(父类)的实体类型,然后根据超类实体匹配来调用相关的实体重构函数。实体类型采用编码的方式,根据STEP-NC数据模型定义中的实体类型和继承关系决定该层占用编码中的位数和所在位置。根据类型分类,如制造特征编码为00000001,而它有2.5D制造特征、过渡特征和区域特征三个子类,三个子类对应的编码分别为00000〈01〉1、00000〈10〉1、00000〈11〉1。也就是子类自右往左接着父类位置后占据两位的位数,位置为左起的第6、7位。在编码匹配中只需对这两位进行匹配就可以区分2.5D制造特征、过渡特征和区域特征的具体类型,并选取相应的重构函数。编码的方法缩短了类型操作的搜寻时间,降低了类型操作的复杂度,无需根据实体继承关系回溯匹配,以自上而下构造节点三维几何数据。但是当数据模型的定义改变时,编码需要相应地改变,特别是当增加子类时,子类占用的位数无法再提供插入子类的位置,那么需要占用原有子子类的占有位,也就是所有该类继承下的子类都需要重新编码,这有违于动态绑定的初衷。2.4.2基于特征匹配的特征几何体STEP-NC中几何模型的重构包括几何特征的重构和特征加工区域的重构。本文重构过程采用特征体剖分零件毛坯得到零件几何模型,剖分剩余部分为特征的加工区域。在特征体的创建过程中,按照数据模型描述的层次结构关系得到其几何模型。实现过程主要有以下三种策略:(1)特征类型匹配。按照特征类型的继承关系,以编码位运算的方式对特征类型进行匹配,根据匹配的制造特征类型重构特征几何体。制造特征根据不同类型采用分级继承的方式加以描述,制造特征的继承关系的超类中包含了子类共性的信息,同时超类也是子类制造特征重构的前提信息,如2.5D制造特征的特征定位属性,其子类中的面、线和点信息都是在该坐标系下创建的。(2)几何数据结构转换。匹配过程中提取当前层的数据,并对特征描述的数据采用边界表示模型的数据结构加以转换。在STEP-NC中,特征采用人们易于理解的方式加以描述,如一个圆孔,只需知道圆柱底面的中心定位、半径以及圆柱的高即可唯一确定。但是在计算机几何模型的数据结构中必须采用三维实体表示模型才能处理,其创建圆孔特征体的过程为:先构造圆柱底面,再采用扫掠的方法创建特征体。(3)数据分层递归调用。STEP-NC中几何模型描述采用分层方式,其几何数据创建过程也采用分层构造的方法。在特征层中首先创建面的数据结构,然后根据面的数据按不同的特征类型创建特征体(如扫掠、蒙面等),而面的数据一般由边界边的数据创建,而边的数据则调用点的数据创建。2.4.3制造特征层单一实体特征几何模型的重构过程是STEP-NC中描述数据到三维实体表示数据的转换过程。按照字典实体信息分层构造特征、面、线、点和定位层的三维实体表示数据。在每一层创建过程中,根据实体的继承关系,通过编码匹配调用重构函数,自上而下重构三维实体表示数据。节点数据和字典实体一一对应匹配,每一节点对应相应的字典实体。但是每一节点的重构不仅需要完成对应实体、实例内容的重构,而且需要完成字典定义中超类实体实例内容的重构。在实体编码中包含了子类/超类的继承关系,无需在重构节点时通过字典的实体关系查找超类并重构其实例内容,只需通过对编码的位运算,自上而下匹配编码并调用相应的重构函数。制造特征层单一实体实例的几何模型重构算法如图4所示。下面以平面特征为例,说明重构过程(图5)。在STEP-NC数据模型中,平面特征的超类是加工特征,加工特征继承于2.5D制造特征,2.5D制造特征是制造特征的子类,平面特征的编码为00101011。(1)编码匹配右起第1位为1(即左起第8位),表明为制造特征,调用制造特征重构函数,在该函数中获取工件信息和操作信息。(2)继续进行编码匹配,编码左起第6、7位为01,表明为2.5D制造特征,调用2.5D制造特征重构函数,在该程序中需要对定位信息(axis2_placement_3d)节点进行数据结构转换,由于其他节点可能调用该定位信息节点作为属性,其节点已经经过重构,所以首先检查节点的重构标志是否为TRUE。如果为FALSE则调用定位层重构函数,获取定位信息节点字典实体的编码,通过编码匹配依次调用placement重构函数(对定位点进行数据结构转换)、axis2_placement_3d重构函数(对定位方向和参考方向进行数据结构转换),直至所有属性节点完成重构,返回2.5D制造特征重构函数。(3)继续对编码左起第4、5位进行匹配,编码左起第4、5位为01,表明是加工特征,调用加工特征重构函数,在该程序中需要对深度信息(elementary_surface)节点进行数据结构转换,具体操作和定位信息节点相同,只是该节点调用表面重构函数,返回加工特征重构函数。(4)继续对编码左起第1~3位进行匹配,编码左起第1~3位为001,表明是平面特征,调用平面特征重构函数。平面特征是通过剖面法向扫掠产生特征体,其剖面创建方式有两