STEP专用处理器的设计 - 文章

STEP专用处理器的设计

作者：清华大学孟明辰宋霜李志超李振宏

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摘要　介绍STEP专用处理器的用户字典文件、内存工作格式和API设计方法。讨论内存工作格式的系统结构，相关信息的组织方法，允许用户查询、修改并重构STEP文件，并对用户的操作进行语法检查、词法检查；通过调用基本功能函数，用户针对自己的应用编写API，通过API提取CAPP、CAM所需要的信息，实现系统之间的信息交换与共享。以机械产品设计为目标，遵照AP203、AP214，建立了JW－CAD中的应用协议JW－AP，并在该处理器上运行，实现了CAD／CAPP／CAM集成，收到了良好效果。

关键词　STEP　集成工具　CAD／CAPP／CAM集成　数据交换

STEP标准是产品数据表达与交换的国际标准，提供了产品整个生命周期的数据表达与交换机制，标准的制定主要有两个目的，一是产品的数据表达，二是产品数据共享与交换。由于STEP标准是经过国际合作的许多专家经严密的规程制定的，对产品数据表达与交换的完整性、一致性考虑得相当周全。直接采用STEP标准可以缩短产品开发周期，提高产品设计的一次成功率，更快地与国际标准接轨，达到安全有效的数据共享与交换［1，2］。现在，许多软件纷纷宣布支持STEP标准，其中包括PRO／E、I—DEAS、UGII等著名的CAD软件，对STEP文件提供有力的支持，增强CAD软件产品的生存能力和竞争能力。

由于种种原因，商品化CAD软件只是支持STEP标准某些应用协议（如AP203、AP214）的子集，使通过STEP文件在不同CAD系统之间的数据交换产生困难，需要对STEP文件进行处理，STEP Tools，Inc.开发的ST-Developer工具软件就是为此目的而设计的。它具有强大的功能，如EXPRESS语言编译器、SDAI接口、STEP编辑器、生成IGES、DXF文件、与数据库接口等，但对于一个应用工厂来说，系统显得庞大，许多功能用不上，针对应用工厂的实际情况，开发以机械零件为对象，解决好机械零件的建模及CAD、CAPP、CAM集成的STEP专用处理器成为当前的急需课题。本文详细介绍STEP专用处理器的设计和在机械CAD／CAM集成中的应用。

1　STEP处理器的总体结构

STEP专用处理器分为两大模块：系统支持模块、应用模块，见图1。

图1　专用处理器的系统结构

系统支持模块　系统支持模块是STEP专用处理器的核心部分，包含数据字典定义、工作格式模块、文件查询和基本功能函数集。数据字典模块完成产品信息模型的定义，专用处理器根据ISO PART 203 和 ISO PART 214提供给用户一个缺省的用户字典，利用这个缺省的用户字典，可以对集成在STEP资源中的机械零件的信息进行模型定义；工作格式模块把产品信息采用合理的数据结构映射到内存，生成内存工作格式，并对之进行语法检查和语义检查；文件查询模块是用户的操作界面，可以对内存工作格式中的产品信息进行索引、查询、编辑，并提供一套把内存工作格式中的产品信息写成STEP文件的重构方法；用户通过调用基本功能函数集，便可以高效地、灵活地构造自己的应用程序接口（API）。

应用模块
应用模块提供对产品信息模型进行操作，实际上是通过调用基本功能函数来实现构造应用程序接口（API）。

2　数据字典定义

由于应用协议的解释模型是由EXPRESS语言描述的，需要EXPRESS语言编译器，该系统没有该模块，而是采用人机交互的方式生成用户字典文件，系统将字典文件读入内存，生成字典，描述应用协议的基本内容。数据字典以文本文件的形式存在，用类似于STEP文件格式对数据字典作描述，不仅可以描述单个实体的信息，也可以描述实体之间的关系。对数据字典的修改，可以通过任何文本编辑器，直接修改数据字典文件来完成。以下便是一个数据字典的例子。

数据字典是根据用户协议建立的，而用户协议使用EXPRESS语言的实体集来描述，所以在数据字典与EXPRESS实体存在着映射关系。如对于EXPRESS中实体CARTESIANPOINT的相关描述：
ENTITY representation_item;
　　name : string;
　　WHERE
　　　wr1 : SIZEOF(using_representations(SELF)) > 0;
　　END_ENTITY;
ENTITY geometric_representation_item
　　SUBTYPE OF (representation_item);
DERIVE
　　dim : dimension_count := dimension_of(SELF);
END_ENTITY;
ENTITY point
　　SUPERTYPE OF ( cartesian_point )
　　SUBTYPE OF ( geometric_representation_item ) ；
END_ENTITY ；
ENTITY cartesian_point
　　SUBTYPE OF ( point ) ；
　　coordinate ： LIST ［1∶3］ OF length_measure ；
END_ENTITY ；

在对此描述方法作了适当的简化后，便可得到数据字典中的CARTESIAN_POINT实体：
#5 = CARTESIAN_POINT(1STRING,(3REAL));

在此数据字典中，不但对单个的实体进行了详细的描述，还对实体之间的引用关系进行了描述。
DICTIONARY;
HEAD;
#1 =FILE_IDENTIFICATION(2STRING,(2STRING),(1STRING),3STRING);
#2 =FILE_DESCRIPTION(1STRING);
#3 =IMP_LEVEL(1STRING);
ENDHEAD;

DATA;
#5 =CARTESIAN_POINT(1STRING,(3REAL));
／* 实体关键字为CARTESIAN_POINT，第一个参数是字符串，第二个参数是一个SET，其中包含3个实数 *／
#6 =VERTEX_POINT(1STRING,1#5);
／* 实体关键字为VERTEX_POINT,第一个参数为字符串，第二个参数为一个实体(第5号实体) *／
……
#22=CLOSE_SHELL(1STRING,(n#20));
#23=SHELL_BASED_SURFACE_MODEL(1STRING,(1#22));
ENDDATA;
ENDDICTIONARY;

STEP文件的合法性验证是基于数据字典的，专用处理器为数据字典构造了一个内部存储结构。数据字典在形式上同STEP文件十分相似，因此便可以用类似于STEP文件内存工作格式的方法来构造字典的内部存储结构。

3　STEP文件内存工作格式的构造

专用处理器在运行时，首先把数据字典读入数据字典的内部存储结构，之后把STEP文件读入STEP文件的内存工作格式。根据数据字典，对STEP文件进行语法检查与语义检查。通过检查，才可以进行进一步的操作。对STEP文件进行的信息查询与信息提取，都是在内存工作格式的基础上展开的。STEP文件的内存工作格式的确定，是专用处理器开发要解决的首要问题。内存工作格式为组织STEP文件中的产品信息提供了一个简单、高效的组织结构，其结构的好坏，直接关系到STEP专用处理器设计的成功与否。STEP文件中存储了产品的信息模型，数据量较大，这就要求文件的工作格式有比较优化的结构，对内存的占用应尽可能地小，其结构见图2。

图2　工作格式的内存结构

entitylink结构体存储了STEP实体的关键字(name)、实体名(entitynumber)、映射方式(map)、SCOPE的层次(scopelevel)、外部映射（extmap)的信息，相应的实体参数信息存储在param所指向的parameters结构体中。在parameters结构体中，存储了参数类型(type)、是否可选(isoptional)、参数内容(string)、私有实体(scope)和聚合类型参数(set)的信息。通过这样一棵实体树，便可以把STEP文件中的所有产品信息包括进来。STEP文件中的5号和6号实体在STEP文件中书写如下：
　　#5=CARTESIAN_POINT(",(2.63250e+02,3.47500e+02,1.5000e+01));
　　#6= VERTEX_POINT(",#5);
它们在内存工作格式中的表示方式见图3。

图3　在内存工作格式中5号和6号实体的表示方式

4　应用模块

应用模块实际上是利用了STEP专用处理器的基本功能函数构造专项应用程序API，CAPP专用格式文件的生成其实是一个实例，应用领域不同，共享的信息也不同，需要不同的API，用户就必须利用系统调用基本功能，结合自己的程序，开发相应的API。

5　结束语

STEP专用处理器是针对EXPRESS语言和STEP文件进行设计的，它具有对STEP文件进行分析、合法性检查、生成工作格式、查询STEP文件、STEP文件重构等功能，为用户提供了对STEP文件进行操作的基本功能函数，这一部分并不依赖于某一特定的用户协议，用户可以很方便地对STEP文件进行操作。API的用户程序依赖于特定的用户协议，若用户协议有了改动，通过系统调用来修改或重构API。目前的STEP专用处理器，只具备了一个雏形，要达到其最终目的，还有大量的工作要作。
(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/8/2004)


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