0 引言

　　數(shù)控(Numerical contr01，NC)是數(shù)字制造的起源，是先進(jìn)制造的核心技術(shù)之一。現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)數(shù)控(computer Numerical control，CNC)機(jī)床在注重單機(jī)高速、高效、高精度、高可靠性的同時(shí)，正向著開放性、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer Aided Design，CAD)和計(jì)算機(jī)輔助制造(computer Aided Manufacturing，CAM)技術(shù)在數(shù)控編程和加工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，如何實(shí)現(xiàn)CAD／CAM系統(tǒng)與CNC機(jī)床的集成，成為學(xué)術(shù)界和制造業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。于是，人們提出了一種與產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)(STandard for theExchange of Product model data，STEP)(ISO10303)兼容的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)接口(STEP-compliant NCdata interface，STEPNC)，作為新的數(shù)控編程規(guī)范來取代目前廣泛應(yīng)用的ISO 6983(G代碼)。經(jīng)過數(shù)年的研發(fā)和論證，STEP—NC的基本數(shù)據(jù)模型已被接受為國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO 14649)。學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，充分利用這種sTEP兼容式的數(shù)控加工(STEPCompliant Nc Manufacture)將會極大地提高制造業(yè)的競爭力。同時(shí)人們也意識到，以STEPNC取代傳統(tǒng)的G代碼編程不但是CAM與CNC接口的改變，而且是對現(xiàn)代制造系統(tǒng)及技術(shù)的巨大挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。

　　STEP-NC最早由歐洲的OPTIMAL(EsPRITIII 8643，1994～1997)項(xiàng)目組提出，該計(jì)劃針對銑削工藝定義了第一版sTEPNc數(shù)據(jù)模型。2000年前后，歐共體、瑞士、美國、韓國等相繼啟動了STEPNC研究計(jì)劃，并共同承擔(dān)了智能制造系統(tǒng)(Intelligent Manufacturing system，IMs)組織的研究項(xiàng)目(IMS STEP-NC)。STEPNc隨之成為世界性的研究熱點(diǎn)，文獻(xiàn)[5]對此作了較為詳盡的綜述。近年來，隨著數(shù)據(jù)模型和驗(yàn)證系統(tǒng)的研發(fā)，STEP兼容式數(shù)控加工的實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)逐漸成為STEP-NC研究的重點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)和推廣STEPNC在數(shù)控加工領(lǐng)域的應(yīng)用，以及如何借助STEPNC實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)的無縫集成，已成為學(xué)術(shù)界和企業(yè)界共同追逐的目標(biāo)。

1 STEP-NC概要

　　1.1 基本思想和特點(diǎn)

　　STEP-NC要求數(shù)控編程擯棄過去那種描述具體機(jī)床動作和刀具運(yùn)動的做法，而是采用與CAD／cAM模型兼容的數(shù)據(jù)模型作為CAM系統(tǒng)與CNC之間的數(shù)據(jù)接口，以面向?qū)ο蟮姆绞讲捎酶呒壵Z言描述加工任務(wù)。

　　STEPNC不依賴于具體的CAM系統(tǒng)或數(shù)控系統(tǒng)，因而既有利于數(shù)控編程，又提高了數(shù)控程序的可移植性;其次，基于STEPNC的數(shù)控程序較全面地描述工件的制造信息，為現(xiàn)場檢查甚至優(yōu)化加工方案(智能加工)提供了基礎(chǔ)條件；再次，STEPNC將STEP的應(yīng)用范圍延伸到底層制造領(lǐng)域，從而實(shí)現(xiàn)CAD，CAM，CNC之間的無縫連接，減少中間環(huán)節(jié)，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)之間的信息流動更加通暢，而且可以基于同一數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)加工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的回溯，對于加工過程的數(shù)據(jù)更新、方案優(yōu)化和知識獲取等有著重要的意義。另外，STEPNC的這些特點(diǎn)使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造可以擺脫系統(tǒng)平臺和物理位置的束縛，實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、異地規(guī)劃和異地制造的目標(biāo)，為并行工程、敏捷制造等先進(jìn)生產(chǎn)模式提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

1.2 核心概念

　　STEP-NC是一種旨在全面描述零件幾何信息和數(shù)控加工工藝信息的數(shù)據(jù)模型。它將面向?qū)ο蟮姆椒ㄒ氲綌?shù)控編程領(lǐng)域，通過特征、工步等一系列特有的概念描述零件的數(shù)控加工同題。

　　特征是工件上具有特定幾何形狀的一部分。STEPNC中的特征專指制造特征(manufacturingfeature)，與cAD中的特征概念之間沒有一一對應(yīng)的關(guān)系。其制造特征分為域特征(region)、2．5軸制造特征(Tw05D manufacturing feature)和過渡特征(transition feature)。

　　零件的加工是通過對工件上一系列特征的加工來實(shí)現(xiàn)的，具體方法稱為操作。Iso 14649中，操作可以是對工件某一部分進(jìn)行加工處理的過程，即機(jī)加工操作(machiningoperation)，也可以是一次快速移動(rapitmovement)或探測(toucnprobing)。根據(jù)加工工藝的不同，機(jī)加工操作可以是銑削操作(millingmachiningoperation)，也可以是車削(turningmachiningoperation)或其他操作。通常一個機(jī)加工操作中不能有刀具或工藝參數(shù)(technology)的變動。具體操作信息通常包括工藝方法、刀具(machining_tool)、走刀策略(strategy)、工藝參數(shù)、機(jī)床輔助功能(machine_functions)等。

　　STEP-NC程序的執(zhí)行順序是通過一系列可執(zhí)行體(executable)來體現(xiàn)的。值得一提的是，操作雖然是特征的具體實(shí)現(xiàn)方法，但它本身不是可執(zhí)行體?？蓤?zhí)行體包括工作計(jì)劃(workplan)、Nc功能(NC function)和工步(workingstep)。其中工步是對工件制造過程中機(jī)床具體動作的概括性描述，即運(yùn)用一定的操作(operation)完成某一任務(wù)，被認(rèn)為是STEP NC數(shù)控程序的基本單位。

2 STEP-Nc的實(shí)現(xiàn)方法

　　2.1 從數(shù)據(jù)模型到數(shù)控程序

　　2.1.1 基于應(yīng)用參考模型的實(shí)現(xiàn)方案

　　STEP-NC在許多方面(如建模語言、文件格式等)參考或直接引用了sTEP(ISO 10303)，因而被公認(rèn)是一種與sTEP兼容的數(shù)據(jù)模型，但關(guān)于兩者的準(zhǔn)確關(guān)系卻存在著分歧。部分研發(fā)人員[B3認(rèn)為，STEP-NC的實(shí)施必須優(yōu)先考慮數(shù)控加工的特殊需要(而不是sTEP方法論)，它應(yīng)該：①利于編程；②提供全面的信息；③以合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將數(shù)控加工中的幾何信息和制造信息組織起來。

　　基于這一觀點(diǎn)，ISO／TC 184／SCl(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織工業(yè)自動化系統(tǒng)和集成委員會物理裝置控制分委員會)制訂了一個獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)ISO 14649。所以在一定意義上，STEP-NC(ISO 14649)與sTEP是兩個標(biāo)準(zhǔn)。正因?yàn)槿绱?，ISO 14649中給出的數(shù)控程序并沒有特意使用STEP的集成資源，而是將ISO 14649中的EXRESS定義實(shí)體直接映射為STEPNC程序中的實(shí)體實(shí)例(參閱Iso 1464911附錄F)。這樣得到的數(shù)控程序與一般的STEP文件在形式上顯然存在著差異。

2.1.2基于應(yīng)用解釋模型的實(shí)現(xiàn)方案

　　也有一部分研發(fā)人員認(rèn)為，STEPNC是sTEP向數(shù)控加工領(lǐng)域的拓展，或者是數(shù)控領(lǐng)域的sTEP，因而應(yīng)當(dāng)與sTEP完全兼容?；谶@一觀點(diǎn)，ISO／TC 184／sc 4(工業(yè)數(shù)據(jù)分委員會)將sTE卜NC作為sTEP的一部分，具體地說是其中的一個應(yīng)用協(xié)議，即STEP AP 238或ISO 10303238。

　　通常，按照sTEP方法，一種應(yīng)用協(xié)議的實(shí)際應(yīng)用(如本文中的數(shù)控編程)需經(jīng)過以下過程：①進(jìn)行功能分析，建立應(yīng)用活動模型(Application ActivityModel，AAM)；②對AAM進(jìn)行抽象，建立應(yīng)用參考模型(Application Reference Model，ARM)}③根據(jù)AAM和ARM，從集成資源中抽出所需資源構(gòu)件(unit of unctionality)，增加約束、關(guān)系和屬性，建立應(yīng)用解釋模型(Application Interpretation Modei，AIM)；④將AIM映射為具體的文件結(jié)構(gòu)和具體應(yīng)用系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語言(如c++，Java等)的描述形式;⑤用程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的功能。因此，如果將STEP-NC看作是sTEP的一個應(yīng)用協(xié)議，則ISO 14649中定義的數(shù)據(jù)模型相當(dāng)于ARM，應(yīng)該先映射為AIM后才能進(jìn)一步映射為STEPNC數(shù)控程序的文件結(jié)構(gòu)

　　雖然(按照上述觀點(diǎn))STEP AP 238的范疇更大，但實(shí)際上,ISO／TC 184／sc 4目前正在制訂的STEP AP 238主要側(cè)重于AIM。STEP Tools公司推出的工具(sT_P1an，sTMachine等，http：／／www．steptools．com)也都是面向AIM的。

　　2.1.3 兩種實(shí)現(xiàn)方法的比較

　　STEP—NC是為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床制訂的一種與STEP兼容的數(shù)據(jù)接口，而STEPNC的ARM和AIM代表了數(shù)據(jù)模型建立過程中的兩個階段，表達(dá)的對象和內(nèi)容是一致的，只是描述方式不同。從STEPNc的ARM向AIM映射可以充分利用STEP的資源構(gòu)件，并保持與STEPCAD，STEPcAM(分別指CAD和CAM領(lǐng)域的數(shù)據(jù)模型)等的一致；另一方面，這種轉(zhuǎn)化降低了數(shù)控程序的可讀性，增加了后續(xù)處理的難度。通常ARM更接近應(yīng)用領(lǐng)域，便于人類的理解，但沒有實(shí)現(xiàn)與sTEP的完全兼容；而AIM更抽象、更復(fù)雜一些，但真正體現(xiàn)了與STEP的兼容。

　　基于ARM和基于AIM的數(shù)控程序都采用STEP中規(guī)定的文件格式(ISO 1030321)，但由于二者在定義方式上的差異，同一個概念(如圖3中的Machiningworkstep)反映在數(shù)控程序中的組織形式也往往不同。語句#10為機(jī)加工工步按照IsO 14649中的定義直接映射到數(shù)據(jù)文件(數(shù)控程序)的實(shí)例，其安全面、被加工特征和操作分別通過#52，#16和#19以屬性的形式給出。語句#160#173#194#315則是由STEP AP_238映射到文件中的形式，其中#194給出了工步的標(biāo)志；#173將特征和工步聯(lián)系到一起；#160將操作和工步聯(lián)系到一起；#315指定了操作的安全面，從而間接地將安全面和工步聯(lián)系到一起。從這個實(shí)例可以看出兩種方案各有優(yōu)點(diǎn)，但卻存在著矛盾(實(shí)現(xiàn)STEP_NC與sTEP的完全兼容或者保持sTEP_NC的簡潔性)。文獻(xiàn)[11]對此也進(jìn)行了分析，認(rèn)為在表達(dá)同一概念時(shí)，AIM數(shù)據(jù)通常是ARM數(shù)據(jù)的3倍～7倍。獻(xiàn)[8]認(rèn)為，AIM不僅造成了數(shù)據(jù)量的巨增，而且在某些地方甚至偏離了ISO 14649，從而加大了STEP-NC實(shí)現(xiàn)的難度。文獻(xiàn)[12]則針對文件的實(shí)時(shí)翻譯和處理問題，對這兩種方案進(jìn)行了測試，并提供了對AIM有利的結(jié)論。該文獻(xiàn)認(rèn)為，盡管AIM形式的數(shù)據(jù)需要較長的處理時(shí)間，但這兩種形式的文件都可以直接用作計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)控制。

　　2.2 應(yīng)用系統(tǒng)的接口方法研究

　　2.2.1 基本方法

　　STEP-NC數(shù)據(jù)的交換在理論上(參照STEP的實(shí)現(xiàn)方法)有四種方式：文件交換、工作單交換、數(shù)據(jù)庫交換和知識庫交換。文件交換是最基本的一種方式，即通過物理文件(ISO 1030321)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，是當(dāng)前采用的方式。由于ExPREss本身不是一種實(shí)現(xiàn)語言，在實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)還必須將STEPNC的ExPREss描述(ARM或AIM)映射

　　為程序設(shè)計(jì)語言(如c++，Java等，)，然后用程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)sTEP-Nc數(shù)據(jù)的處理。圖5以Rev01ved_flat(軸肩)為例，表示了利用Java實(shí)現(xiàn)對STEPNC數(shù)據(jù)解釋的基本方法。

　　2.2.2 應(yīng)用參考模型格式物理文件接口方法

　　Weck[63針對sTEPNC銑削工藝的ARM開發(fā)了一套翻譯工具，利用c++實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)的STEP-NC接口(外部文件向內(nèi)部數(shù)據(jù)的翻譯)。其基本方法可以概括為：通過對ExPREss規(guī)范的編譯生成基本的c++類和方法(對于兼容性要求較高的應(yīng)用系統(tǒng)，一般需要專門的工具)，然后通過c++類和方法實(shí)現(xiàn)對sTEPNc文件的讀寫和信息處理，最后轉(zhuǎn)化為數(shù)控系統(tǒng)的控制數(shù)據(jù)。該方法代表了sTEPNc(ARM格式數(shù)控程序)翻譯器的基本實(shí)現(xiàn)原理。文獻(xiàn)[13]和文獻(xiàn)[14]則基于這一基本方法分別實(shí)現(xiàn)了sTEfLNc程序的雙向翻譯。

　　2.2.3 應(yīng)用解釋模型格式物理文件的實(shí)現(xiàn)方法

　　如前所述，由于從ARM到AIM的映射，AIM格式的sTEpNc文件通常非常復(fù)雜，一般需要借助專門的工具進(jìn)行處理。從sTEP的角度，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存取接口(standard Data Access Interface，SDAI)是一種有效的方法，它是sTEP標(biāo)準(zhǔn)中定義的數(shù)據(jù)存取接口規(guī)范(IsO 1030322)i目的是使產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存取和管理與應(yīng)用系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)相分離。換言之，只要產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的ExPREss描述一致，即便是不同的系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)信息集成。SDAI獨(dú)立于編程語言，相當(dāng)于一套抽象的應(yīng)用編程接口(Aplication Programm Interface，API)規(guī)范和功能定義。用具體編程語言對應(yīng)SDAI各個接口所定義的功能編制相應(yīng)的接口函數(shù)，稱為語言聯(lián)編(1anguage binding)。目前可以與SDAI進(jìn)行聯(lián)編的編程語言有c，C++，Java等，但應(yīng)用范圍尚局限于設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

　　為了降低STEP-NC數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性，伴隨著AP 238的研發(fā)，美國的sTEP—Nc研發(fā)組定義了一些專用類，稱為sTIx(sTEP Index library)。STIX是從sT-Developer丁M的ROsE庫中擴(kuò)展出來的一部分c++類，專門用于sTEP AP 238(Inte—grated-cNcLschema)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的查尋?；谶@一方法，文獻(xiàn)[15]利用STIX實(shí)現(xiàn)了從STEP—NC程序到數(shù)控車床內(nèi)部數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，文獻(xiàn)[16]利用sTIx開發(fā)了一個STEP-NC銑削程序的解釋器。

　　2.2.4 基于可擴(kuò)展標(biāo)記語言的網(wǎng)絡(luò)化接口方法

　　為了便于STEP—NC程序的網(wǎng)上傳輸和對異構(gòu)系統(tǒng)的集成，可擴(kuò)展標(biāo)記語言(eXtensible MarkupLanguage，xML)被用于STEPNC程序的描述。文獻(xiàn)[17]用MsxML 3.0作為xML翻譯器，用visual C++實(shí)現(xiàn)了銑削數(shù)控系統(tǒng)對xML格式sTEPNc數(shù)據(jù)的接口；文獻(xiàn)[18]則針對sTEP兼容式車削數(shù)控系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了基于xML的數(shù)據(jù)處理技術(shù)；文獻(xiàn)[19]則針對遠(yuǎn)程協(xié)同問題研究了STEPlNc應(yīng)用系統(tǒng)的xML接口方法。XML是一種優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)語言，它對推動sTEP_Nc的實(shí)施，尤其是基于STEP／STEP-NC的網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)有著非常積極的意義。但值得一提的是，xML在sTEP_Nc中的應(yīng)用只是數(shù)控程序的一種表現(xiàn)形式或者是應(yīng)用系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方式，是建立在STEPNc的ExPREss模型之上的，并非新的數(shù)據(jù)模型。ExPREss是一種強(qiáng)有力的產(chǎn)品建模語言；而xMI。雖然是一種十分成功的網(wǎng)絡(luò)傳輸語言，但起初并沒有考慮產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的特殊性，因而二者在語義方面頗具差異，將完整的STEPNC數(shù)據(jù)模型從ExPREss向xML的映射仍然有很多問題需要解決。關(guān)于STEP／STEPNC領(lǐng)域的xML接口基本方法請參閱IsO 1030328(標(biāo)準(zhǔn)草案)。

3 應(yīng)用技術(shù)研究和發(fā)展趨勢

　　3.1 應(yīng)用領(lǐng)域的拓展

　　隨著STEPNC在銑削領(lǐng)域的驗(yàn)證和逐漸被接受，研發(fā)工作正向著其他工藝領(lǐng)域拓展。

　　　　另外，STEPNC的AIM(通用模型和銑削)也被接受為標(biāo)準(zhǔn)草案(IsO／DIs 10303238)。為了降低復(fù)雜性，AP 238在實(shí)際開發(fā)過程中被分成四個一致性類(conformance class)供選用：CC1(刀具路徑)只包含主要功能單元及應(yīng)用對象，CC2(刀具路徑+幾何形狀)在cCl基礎(chǔ)上加入了工件的幾何形狀，CC3(基于特征的描述)加入了制造特征的信息，CC4包含了完整的AP 238數(shù)據(jù)。這四個類都是AP 238的子集，包含的信息范圍依次擴(kuò)大。文獻(xiàn)[20]對其中的CC1進(jìn)行了測試，文中利用AP 238的CC1文件在不同配置的五軸數(shù)控機(jī)床(內(nèi)裝解釋器)上進(jìn)行了實(shí)際零件的加工實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為其中的刀位數(shù)據(jù)具有可移植性。

除此之外，文獻(xiàn)[21]研究了STEP;NC在線切割工藝中的應(yīng)用并開發(fā)了一個原型系統(tǒng)；文獻(xiàn)[22]研發(fā)了快速原型工藝的sTEPNc數(shù)據(jù)模型；文獻(xiàn)[23]研究了與雕刻藝術(shù)有關(guān)的制造特征，并初步定義了有關(guān)sTEP_Nc數(shù)據(jù)模型，期望借助sTEPNc實(shí)現(xiàn)基于知識的加工策略。這些研究大大擴(kuò)展了STEPNC的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　3.2 數(shù)控編程愛CAD／CAPP／CAM

　　數(shù)控編程實(shí)際上是一個工藝規(guī)劃和程序代碼編制的過程。STEP;NC不僅重新定義了數(shù)控程序，還意味者數(shù)控編程單元和數(shù)控加工單元在功能方面的重新劃分。文獻(xiàn)[24]針對鈑金零件研發(fā)了一個STEP兼容式計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(computer Aided Process Planning，CAPP)原型系統(tǒng)，旨在采用STEP數(shù)據(jù)模型實(shí)現(xiàn)幾何信息和工藝信息的集成；文獻(xiàn)[25]研究了STEP-NC車／銑工藝數(shù)據(jù)的集成問題，主要側(cè)重于車削零件上非回轉(zhuǎn)特征的加工。

　　為了充分利用STEP-NC數(shù)據(jù)模型的優(yōu)勢，文獻(xiàn)[26]提出將非線性規(guī)劃技術(shù)引入到加工現(xiàn)場的基本方案，希望通過數(shù)控系統(tǒng)的智能化實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的動態(tài)規(guī)劃和控制；文獻(xiàn)[27]將Agent技術(shù)應(yīng)用到工藝規(guī)劃中，提出通過MFA(manufacturing featureagent)實(shí)現(xiàn)基于特征的工藝規(guī)劃和編程。

　　為了適應(yīng)STEPNC的特殊需要，文獻(xiàn)[13]還提出了一種新的現(xiàn)場編程系統(tǒng)SFP(Shop n00r programming)結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了一個原型系統(tǒng)，主要用于STEP文件向ISO 14649文件或G代碼的轉(zhuǎn)換；文獻(xiàn)[14]針對目前的技術(shù)狀況，提出了基于STEP-NC的三種CAD／cAM實(shí)現(xiàn)方案，其中方案1用于在傳統(tǒng)CAD／CAM系統(tǒng)中加STEP—NC接口，方案2要求在cAD／cAM系統(tǒng)內(nèi)提供對sTEP-Nc數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的支持，方案3則要求系統(tǒng)本身采用sTEpNc核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。該文獻(xiàn)還按照第二種方案實(shí)現(xiàn)了一個基本的原型系統(tǒng)(ABCAM)?？紤]到現(xiàn)有商業(yè)CAD／CAM軟件的需要，sTEP T001s公司還開發(fā)了一些軟件工具(如ST_Plan)作為這些軟件的插件，以輔助實(shí)現(xiàn)基于STEP／STEP-Nc的數(shù)控編程。這些基本方法和原型系統(tǒng)為基于STEP／STEPNC的數(shù)控編程準(zhǔn)備了基礎(chǔ)條件。

　　3.3 STEP-NC控制器

　　如果僅考慮數(shù)據(jù)接口問題，則實(shí)現(xiàn)sTEPNc控制器最直接的方法，便是在傳統(tǒng)數(shù)控的基礎(chǔ)上加裝翻譯器和相應(yīng)的人機(jī)界面。其中的翻譯器相當(dāng)于一個通用處理器，負(fù)責(zé)將sTEPc程序轉(zhuǎn)化為必要的G代碼和M代碼后再輸入Nc內(nèi)核?；谠摲椒?，歐洲的sTEP_NC研究計(jì)劃實(shí)現(xiàn)了世界上第一臺sTEP_Nc控制器原型機(jī)(銑削)；文獻(xiàn)[15]通過對HERCUs Pc200車床進(jìn)行改造并開發(fā)相應(yīng)的翻譯器，實(shí)現(xiàn)了一個車削加工的控制器原型機(jī)；文獻(xiàn)[17]基于一臺簡易機(jī)床(sAKAI mm250s3)和PC機(jī)．實(shí)現(xiàn)了一個直接用xML格式STEP—NC程序驅(qū)動的數(shù)控銑床。

　　這種方法主要有以下不足：①數(shù)控系統(tǒng)仍然只是數(shù)控程序的忠實(shí)執(zhí)行者，對上游系統(tǒng)的依賴性大；②太部分?jǐn)?shù)據(jù)在從sTEP-Nc到G代碼的轉(zhuǎn)化過程中丟失，而且數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化是單向的；③總體上沒有充分發(fā)揮新數(shù)據(jù)模型的優(yōu)勢。因此，文獻(xiàn)[26]提出了一種智能型sTEPNc的框架結(jié)構(gòu)，采用內(nèi)嵌cAM和動態(tài)規(guī)劃技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)零件的智能加工。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[28]分析了智能數(shù)控的類型，給出了基本的實(shí)施策略并提出了將Agent技術(shù)用于STEPNC控制器的基本方案。文獻(xiàn)[26]和文獻(xiàn)[28]的核心思想是將STEPNC控制器改造為一個集微觀工藝規(guī)劃與控制功能于一體的集成系統(tǒng)。基于這一基本思想，文獻(xiàn)[29]等開發(fā)了一個STEP-Nc車削數(shù)控系統(tǒng)(TurnsTEP)。TurnsTEP包括代碼生成、代碼編輯、自治控制等模塊，實(shí)際上相當(dāng)于一個cAM／CNC集成系統(tǒng)。TurnsTEP原型機(jī)的開發(fā)展示了STEPNC控制器的巨大潛力和優(yōu)勢。但是，由于數(shù)控加工的高可靠性要求，智能sTEPNc控制器的研發(fā)總體上進(jìn)展緩慢。

　　為了便于在傳統(tǒng)數(shù)控的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)sTEP—Nc控制器，文獻(xiàn)[30]面向?qū)嶋H應(yīng)用設(shè)計(jì)了一種稱為BNCL(base numerical controllanguage)的低級語言作為sTE卜Nc接口和數(shù)控內(nèi)核之間的橋梁，并提出了一種基于虛擬機(jī)BvM(BNCL virtual machine)和虛擬硬件BVH(BNCL virtual hardware)的軟件結(jié)構(gòu)。該方案的主要優(yōu)勢在于對多語言環(huán)境的支持和系統(tǒng)柔性，從另一個角度為目前的STEpNC控制器研發(fā)工作提供了一種參考意見。

　　3.4 相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用研究

　　文獻(xiàn)[31]給出了一個基本的sTEP兼容式檢測框架，提出用sTEPNC檢測模型(Iso 1464916草案)、sTEP AP 219，以及尺寸測量接口標(biāo)準(zhǔn)(Dimensional Measuring Interface Standard，DMIS)等實(shí)現(xiàn)檢測方案與加工方案的集成，以便在加工階段通過對工件的檢測，及早發(fā)現(xiàn)問題并予以糾正。這種基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的在線檢測技術(shù)是實(shí)現(xiàn)STEPNC條件下閉環(huán)數(shù)控加工(規(guī)劃、加工和檢測集成)的重要手段，目前的研究主要集中在探測方案的自動生成和探測工步(Probingworkin98tep)的規(guī)劃方面。

　　文獻(xiàn)[32]則進(jìn)一步提出利用檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃，從而形成一個閉環(huán)的規(guī)劃和加工流程(CAPP／CAM／CNC)，并且展示了一個原型系統(tǒng)，文獻(xiàn)[33]則探討了低層數(shù)據(jù)(數(shù)字伺服驅(qū)動信息)的回饋方法；文獻(xiàn)[34]研發(fā)了一個原型系統(tǒng)，采用Agent和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)獲取數(shù)控加工單元的信息，以實(shí)現(xiàn)對分布式數(shù)控加工系統(tǒng)的集成和控制。目前關(guān)于檢測的sTEPNc數(shù)據(jù)模型尚處于研發(fā)階段。由于sTEPNc控制器研發(fā)的相對滯后，如何利用傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)sTEP兼容式數(shù)控加工自然也成了一個重要的研究方向。文獻(xiàn)[35]研究了基于制造特征(ISO 14649)的零件建模、工藝規(guī)劃及數(shù)控編程技術(shù)的集成技術(shù)，重點(diǎn)探討了多智能體技術(shù)在工藝規(guī)劃方面的應(yīng)用，用Java語言實(shí)現(xiàn)了一個原型系統(tǒng)MASCAPP。它直接利用sTEPNc的制造特征進(jìn)行零件(僅包含簡單銑削特征)建模，然后生成西門子840D控制器的數(shù)控程序。文獻(xiàn)[36]則在此基礎(chǔ)上針對車銑中心的sTEPNC數(shù)據(jù)處理技術(shù)，開發(fā)了一個基本的CAPP系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶的輸入自動生成符合ISO 1464912的文件，轉(zhuǎn)化為MPF文件后在西門子控制器上執(zhí)行。

4 結(jié)束語

　　近年來，國內(nèi)外學(xué)者在STEP-NC領(lǐng)域進(jìn)行了許多探索和嘗試。關(guān)于STEP-NC的實(shí)現(xiàn)方法，盡管目前還存在一些爭議，但兩種方法在技術(shù)上都是可行的，下一階段的主要任務(wù)是研發(fā)高效且實(shí)用的數(shù)據(jù)處理工具。隨著實(shí)現(xiàn)方法的日臻完善，應(yīng)用系統(tǒng)的接口問題自然迎刃而解。從技術(shù)角度看，以后的主要任務(wù)將集中在：①數(shù)據(jù)模型的擴(kuò)展和完善；②高效STEP—NC接口工具的研發(fā)；③支持STEP-NC的CAD／CAM系統(tǒng)的開發(fā)；④智能化STEP-NC控制器的實(shí)現(xiàn)技術(shù)}⑤加工階段知識的獲取與回饋，以及有關(guān)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的集成等。