基于STEP中性文件的产品数据信息提取的研究
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摘要
本论文主要研究基于STEP中性文件的产品数据信息之提取，其机理是按STEP／AP203语义模型从STEP中性文件中提取三维产品模型的数据信息，利用数据挖掘原理和拓扑路径检索的方法进行数据处理，获得所需的数据，由图形显示模块利用Java 3D API技术实现三维产品数据模型的重建。论文的主要内容如下：
1) 概述国内外CAD／CAPP／CAM技术发展的过程，并讲述了本文的研究目的、意义、研究的主要内容和技术方法；
2) 根据STEP标准的发展和现状以及STEP标准的主要内容，对STEP中性交换文件的结构、格式、实例间的拓扑关系、中性文件实现方式以及几何信息元素的描述进行了详细的分析和研究，并就UG环境下产生的STEP文件进行举例分析；
3) 对系统进行概要设计，根据STEP中性文件进行数据交换的机理，将整个系统分为词法分析器设计和图形生成模块设计两部分，并设计词法分析器总体流程图；
4) 利用数据挖掘技术，对STEP中性文件词法分析器各部分进行具体设计，包括读取数据信息、建立拓扑关系图、生成中间文件几部分，并利用Java语言编程实现；
5) 利用Java 3D API技术，设计图形生成模块，实现产品三维图形重建，包括设置场景、提取实体数据信息、图形显示三部分；
6) 总结了本文的主要研究成果，指出了将来的研究方向。
本系统主要完成的功能为：在无CAX的环境下，利用网络编程语言Java、三维图形技术Java 3D API以及网络浏览器实现简单三维几何图形的重建。
In this paper, the author studies the abstraction of product data information based on STEP neutral files. The data information of 3-D product is extracted from the STEP neutral file according to the semantic model of STEP/AP203 schema. The data is handled by using data mining principle and topology way searching methord. Using Java 3D API , the 3-D product model is rebuilded. The main content as following:
l)The present development progress of CAD/CAPP/CAM is reviewed. The purpose, significance, content and technology of this article are discussed.
2) According to the development, current status and main content of the STEP standard, the author studies the structure, format, topological relation of the instance, realizing methord and geometry information element of the STEP neutral file. And taking STEP files created in UG environment for instance.
3) Taking general design of the system. According to the principle of data
exchange in STEP neutral files, the system is devided into two parts-STEP
neutral files parser and figure rebuild part. And the general flow process chart is designed.
4) Using data mining technique, the author designs the reading data part, building topology relation graph part and creating medium file part. The programming language is Java.
5) Using Java 3D API technology, the author designs figure generating module to rebuild 3D figure of production. This module involves three parts: interface setting part, attribute information abstracting part and figure showing part.
6) Conclusions and researching directions of the future are summarized.
The main function of this system is to rebuild the basic 3-D geometrical fingures in an environment without CAX systems by using Java, Java 3D API and technology of Internet Explorer.
1) 概述国内外CAD／CAPP／CAM技术发展的过程，并讲述了本文的研究目的、意义、研究的主要内容和技术方法；
2) 根据STEP标准的发展和现状以及STEP标准的主要内容，对STEP中性交换文件的结构、格式、实例间的拓扑关系、中性文件实现方式以及几何信息元素的描述进行了详细的分析和研究，并就UG环境下产生的STEP文件进行举例分析；
3) 对系统进行概要设计，根据STEP中性文件进行数据交换的机理，将整个系统分为词法分析器设计和图形生成模块设计两部分，并设计词法分析器总体流程图；
4) 利用数据挖掘技术，对STEP中性文件词法分析器各部分进行具体设计，包括读取数据信息、建立拓扑关系图、生成中间文件几部分，并利用Java语言编程实现；
5) 利用Java 3D API技术，设计图形生成模块，实现产品三维图形重建，包括设置场景、提取实体数据信息、图形显示三部分；
6) 总结了本文的主要研究成果，指出了将来的研究方向。
本系统主要完成的功能为：在无CAX的环境下，利用网络编程语言Java、三维图形技术Java 3D API以及网络浏览器实现简单三维几何图形的重建。
In this paper, the author studies the abstraction of product data information based on STEP neutral files. The data information of 3-D product is extracted from the STEP neutral file according to the semantic model of STEP/AP203 schema. The data is handled by using data mining principle and topology way searching methord. Using Java 3D API , the 3-D product model is rebuilded. The main content as following:
l)The present development progress of CAD/CAPP/CAM is reviewed. The purpose, significance, content and technology of this article are discussed.
2) According to the development, current status and main content of the STEP standard, the author studies the structure, format, topological relation of the instance, realizing methord and geometry information element of the STEP neutral file. And taking STEP files created in UG environment for instance.
3) Taking general design of the system. According to the principle of data
exchange in STEP neutral files, the system is devided into two parts-STEP
neutral files parser and figure rebuild part. And the general flow process chart is designed.
4) Using data mining technique, the author designs the reading data part, building topology relation graph part and creating medium file part. The programming language is Java.
5) Using Java 3D API technology, the author designs figure generating module to rebuild 3D figure of production. This module involves three parts: interface setting part, attribute information abstracting part and figure showing part.
6) Conclusions and researching directions of the future are summarized.
The main function of this system is to rebuild the basic 3-D geometrical fingures in an environment without CAX systems by using Java, Java 3D API and technology of Internet Explorer.
引文
1. 《ISO-10303-1 Industrial Automation and Integration-Product Data Representation and Exchange-Part 1, Overview and Fundamental Principles》.
2. 《ISO-10303-11 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 11, Description methods: The EXPRESS language reference manual》.
3. 《ISO-10303-12 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 12, Description methods: The EXPRESS-I language reference manual》.
4. 《ISO-10303-21 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 21, Description methods: Clear Text Encoding of the Exchange Structure》.
5. 《ISO-10303-41 Industrial Automation and Integration - Product Data Reprcsentationand Exchange-Part 41, Integrated generic resource: Fundamentals of Product Description and Support》.
6. 《ISO-10303-42 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 42, Integrated generic resource: Geometric and Topological Representation》.
7. 《ISO-10303-43 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 43, Integrated generic resource: Representation Structures》.
8. 《ISO-10303-44 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 44, Integrated generic resource: Product Structure Configuration》.
9. 《ISO-10303-47 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 47, Integrated generic resource: Shape Tolerance》.
10. 《ISO-10303-48 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 48, Integrated generic resource: Form Features》.
11. 《ISO-10303-203 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 203, Description methods: Configuration controlled design》.
12. 《ISO-10303-204 Industrial Automation and Integration- Product Data Representation and Exchange - Part 204, Description methods: Mechanical Design Using Boundary Representation》.
13. 《ISO-10303-209 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 209, Description methods: Composite and metallic structural analysis and related design》.
14. David Loffr edo 《Fundamentals of STEP Implementation》.
15．吕志刚、李军，CAD／CAM技术研究现状及发展趋势。减速顶与调速技术，2002年02期。
16．胡春林、胡松林，CADCAM中曲面生成方法研究。计算机辅助设计与制造，2001年08期．
17．王穗，赵志海，工业中CADCAM几何造型的研究与应用。工程图形学报，2001年03期。
18．陈廉清，STEP标准以中性文件实现数据交换的研究。宁波高等专科学校学报，1999年02期。
19．邱长华，薛开等，EXPRESS描述到数据库模式的映射方法研究．哈尔滨工业大学学报，2001年01期．
20．陈静勇，周来水，基于Java3D的虚拟现实建模方法．计算机应用研究，2002年05期．
21．洪磊，谢康林，三维图形API的分析与比较．小型微型计算机系统，1999年05期．
22．陈国军，叶飞跃，杨黎明，三维图形生成支撑环境综述．计算机应用研究，2001年05期．
23．唐井雄，通用图形用户接口的设计——Java语言在跨平台应用中的一个实例．计算机与现代化，1999年02期．
24．罗宁，傅秀芬，Java3D——Java语言的三维图形解决方案．现代计算机，2001年05期．
25．唐贵川，董金祥，何志均，EXPRESS的对象特征．计算机应用研究，1997年02期．
26．于晨捷，袁晓洁，马涛，数据挖掘中趋势模型的建立与分析．计算机工程与应用，2002年08期．
27．孙连英，彭苏萍，张德政，基于超图模型的空间数据挖掘．计算机工程与应用，2002年11期．
28．武仲科，胡德荣，以NURBS为基础的造型方法．北京航空航天大学学报，1994年02期．
29．张竹润，谢康林，张忠能，一种提取关联规则的数据挖掘快速算法．上海交通大学学报，2002年04期．
30．苏晓锋，黄正东，朱林，常明，形状特征中的拓扑元素编码体系．计算机辅助设计与图形学学报，2000年02期．
31．张宏伟，赵小松，张国雄，三维曲面重构技术．天津大学学报(自然科学与工程技术版)，2002年02期．
32．陈小安，谭宏，三维几何模型的中性文件格式的数据交换方法研究．机械工程学报，2001年10期．
33．王宏杰，曲面重构技术的应用．兵工自动化，2000年01期．
34．孟祥生，田凌，童秉枢，基于STEP标准的CAD与CAPP信息集成．工程图学学报，1997年Z1期．
35．孟明辰，宋霜，李志超，李振宏，李兵，STEP专用处理器的设计．中国机械工程，1998年06期。
36．张思荣，谭建荣，张家泰，邱长华，STEP中性交换文件的实现方法。计算机辅助设计与图形学学报，1999年01期．
37．孟明辰，李兵，李振宏，马怀宇，STEP标准在CAX集成中的应用．机械工艺师，1999年01期。
38．韦银星，吴锡英，STEP后处理器的设计及实现．计算机集成制造系统-CIMS，1997年02期．
39．戴同主编，CAD／CAPP／CAM基本教程．机械工业出版社，1996．12．
40．范玉青、冯秀娟、周建华编著，CAD软件设计．北京航空航天大学出版社，1996年9月．
41．CAD通用技术规范编写组编写，CAD通用技术规范．中国标准出版社，1995．4。
42．吴昌林等主编，机械CAD基础．高等教育出版社，1997．12。
43．肖刚、李学志主编，机械CAD原理与实践．清华大学出版社，1999．
44．赵致格、殷人昆编著，实用工程数据库技术-CAD／CAM工程师必读．机械工业出版社，1997。
45．陈国聪、杜静主编，机械CAD／CAE应用技术基础．机械工业出版社，2002．7．
46．董慧、李旭辉、陆伟、张俊、徐翰伟编著，Java实用教程．电子工业出版社出版、发行，1997．9．
47．葛玉琛、李建中编著，计算机辅助设计(CAD)原理及应用．天津科学翻译出版公司出版、新华书店天津发行所发行 1997．8．
48．姚晓春、郑文清等编著，Java编程技术教程．清华大学出版社，1999．2．
49．侯阳、迪克编，三维图形动画编程实例．海阳出版社，1996．5．
50．王冰、潘建寿编著，计算机三维图形常用算法与C语言程序．陕西电子杂志社，1994．11．
51．刘真编著，实用计算机图形与动画技术．电子工业出版社，1998．7．
52．童秉枢、李学志、吴志军、张春风，机械CAD技术基础．清华大学出版社，1997．3．
53．卢振荣、刘小顺、陈涛、蔡如芬编著，计算机绘图简明教程．电子工业出版社，1997．9．
54．孙家广、杨长贵编著，计算机图形学(新版)．清华大学出版社，1998．3．
55．张杰编著，JAVA 3D交互式三维图形编程．人民邮电出版社，1999．11．
56．于泽源主编，Java程序设计及其应用．大连理工大学出版社，1997．11．
57．(美)[D．M．吉瑞]David M．Geary著，Java 2图形设计卷Ⅰ：AWT．机械工业出版社，2000．1。
58．(美)[D．M．吉瑞]David M．Geary著，Java 2图形设计卷Ⅱ：SWING．机械工业出版社，2000．1．
2. 《ISO-10303-11 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 11, Description methods: The EXPRESS language reference manual》.
3. 《ISO-10303-12 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 12, Description methods: The EXPRESS-I language reference manual》.
4. 《ISO-10303-21 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 21, Description methods: Clear Text Encoding of the Exchange Structure》.
5. 《ISO-10303-41 Industrial Automation and Integration - Product Data Reprcsentationand Exchange-Part 41, Integrated generic resource: Fundamentals of Product Description and Support》.
6. 《ISO-10303-42 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 42, Integrated generic resource: Geometric and Topological Representation》.
7. 《ISO-10303-43 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 43, Integrated generic resource: Representation Structures》.
8. 《ISO-10303-44 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 44, Integrated generic resource: Product Structure Configuration》.
9. 《ISO-10303-47 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 47, Integrated generic resource: Shape Tolerance》.
10. 《ISO-10303-48 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange-Part 48, Integrated generic resource: Form Features》.
11. 《ISO-10303-203 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 203, Description methods: Configuration controlled design》.
12. 《ISO-10303-204 Industrial Automation and Integration- Product Data Representation and Exchange - Part 204, Description methods: Mechanical Design Using Boundary Representation》.
13. 《ISO-10303-209 Industrial Automation and Integration - Product Data Representation and Exchange - Part 209, Description methods: Composite and metallic structural analysis and related design》.
14. David Loffr edo 《Fundamentals of STEP Implementation》.
15．吕志刚、李军，CAD／CAM技术研究现状及发展趋势。减速顶与调速技术，2002年02期。
16．胡春林、胡松林，CADCAM中曲面生成方法研究。计算机辅助设计与制造，2001年08期．
17．王穗，赵志海，工业中CADCAM几何造型的研究与应用。工程图形学报，2001年03期。
18．陈廉清，STEP标准以中性文件实现数据交换的研究。宁波高等专科学校学报，1999年02期。
19．邱长华，薛开等，EXPRESS描述到数据库模式的映射方法研究．哈尔滨工业大学学报，2001年01期．
20．陈静勇，周来水，基于Java3D的虚拟现实建模方法．计算机应用研究，2002年05期．
21．洪磊，谢康林，三维图形API的分析与比较．小型微型计算机系统，1999年05期．
22．陈国军，叶飞跃，杨黎明，三维图形生成支撑环境综述．计算机应用研究，2001年05期．
23．唐井雄，通用图形用户接口的设计——Java语言在跨平台应用中的一个实例．计算机与现代化，1999年02期．
24．罗宁，傅秀芬，Java3D——Java语言的三维图形解决方案．现代计算机，2001年05期．
25．唐贵川，董金祥，何志均，EXPRESS的对象特征．计算机应用研究，1997年02期．
26．于晨捷，袁晓洁，马涛，数据挖掘中趋势模型的建立与分析．计算机工程与应用，2002年08期．
27．孙连英，彭苏萍，张德政，基于超图模型的空间数据挖掘．计算机工程与应用，2002年11期．
28．武仲科，胡德荣，以NURBS为基础的造型方法．北京航空航天大学学报，1994年02期．
29．张竹润，谢康林，张忠能，一种提取关联规则的数据挖掘快速算法．上海交通大学学报，2002年04期．
30．苏晓锋，黄正东，朱林，常明，形状特征中的拓扑元素编码体系．计算机辅助设计与图形学学报，2000年02期．
31．张宏伟，赵小松，张国雄，三维曲面重构技术．天津大学学报(自然科学与工程技术版)，2002年02期．
32．陈小安，谭宏，三维几何模型的中性文件格式的数据交换方法研究．机械工程学报，2001年10期．
33．王宏杰，曲面重构技术的应用．兵工自动化，2000年01期．
34．孟祥生，田凌，童秉枢，基于STEP标准的CAD与CAPP信息集成．工程图学学报，1997年Z1期．
35．孟明辰，宋霜，李志超，李振宏，李兵，STEP专用处理器的设计．中国机械工程，1998年06期。
36．张思荣，谭建荣，张家泰，邱长华，STEP中性交换文件的实现方法。计算机辅助设计与图形学学报，1999年01期．
37．孟明辰，李兵，李振宏，马怀宇，STEP标准在CAX集成中的应用．机械工艺师，1999年01期。
38．韦银星，吴锡英，STEP后处理器的设计及实现．计算机集成制造系统-CIMS，1997年02期．
39．戴同主编，CAD／CAPP／CAM基本教程．机械工业出版社，1996．12．
40．范玉青、冯秀娟、周建华编著，CAD软件设计．北京航空航天大学出版社，1996年9月．
41．CAD通用技术规范编写组编写，CAD通用技术规范．中国标准出版社，1995．4。
42．吴昌林等主编，机械CAD基础．高等教育出版社，1997．12。
43．肖刚、李学志主编，机械CAD原理与实践．清华大学出版社，1999．
44．赵致格、殷人昆编著，实用工程数据库技术-CAD／CAM工程师必读．机械工业出版社，1997。
45．陈国聪、杜静主编，机械CAD／CAE应用技术基础．机械工业出版社，2002．7．
46．董慧、李旭辉、陆伟、张俊、徐翰伟编著，Java实用教程．电子工业出版社出版、发行，1997．9．
47．葛玉琛、李建中编著，计算机辅助设计(CAD)原理及应用．天津科学翻译出版公司出版、新华书店天津发行所发行 1997．8．
48．姚晓春、郑文清等编著，Java编程技术教程．清华大学出版社，1999．2．
49．侯阳、迪克编，三维图形动画编程实例．海阳出版社，1996．5．
50．王冰、潘建寿编著，计算机三维图形常用算法与C语言程序．陕西电子杂志社，1994．11．
51．刘真编著，实用计算机图形与动画技术．电子工业出版社，1998．7．
52．童秉枢、李学志、吴志军、张春风，机械CAD技术基础．清华大学出版社，1997．3．
53．卢振荣、刘小顺、陈涛、蔡如芬编著，计算机绘图简明教程．电子工业出版社，1997．9．
54．孙家广、杨长贵编著，计算机图形学(新版)．清华大学出版社，1998．3．
55．张杰编著，JAVA 3D交互式三维图形编程．人民邮电出版社，1999．11．
56．于泽源主编，Java程序设计及其应用．大连理工大学出版社，1997．11．
57．(美)[D．M．吉瑞]David M．Geary著，Java 2图形设计卷Ⅰ：AWT．机械工业出版社，2000．1。
58．(美)[D．M．吉瑞]David M．Geary著，Java 2图形设计卷Ⅱ：SWING．机械工业出版社，2000．1．