维普资讯 http://www.cqvip.com COMMUNICATIONS STANDARDIZA.I10 基于XML模式的 ●车身几何模型表达 _-■●-—二j -●'_■一一J ・■ ,F—=j—:一●_r■ —-●■■‘- 阳小照,张葵葵,谭理刚,胡光辉 (湖南交通职业技术学院汽车工程系,湖南长沙410004) 摘要:通过分析现阶 ̄f_STEP&用协议在Intemet环境下的不足,以汽车产品几何数据为对象,提出以功能单元为单位建 立xML模式,有助于研究Intearct环境下车身产品数据共享的关键技术。 关键词:AP214;XML模式;映射:继承关系算子 中图分类号:U463.82 文献标识码:A 文章编号:1002—4786(2007)01—0147—05 Representation of Automobile Geometry Model Based on XML Schema YANG Xiao-liang,ZHANG Kui-kui,TAN Li-gang,HU Guang—hui (Automobile Engineering Department,Hunan Communication Polytechnic,Changsha 410004,China) Abstract:By analyzing the fault of STEP application protocol in internet environment at currently status.the method of establishment of XML schema taking UoF(unit of functionality)as unit can be presented to describe automobile geometry data.It is helpful for research the key sharing technologies of automobile geometyr data in internet environment. Key words:AP214;XML schema;mapping;arithmetic operators of inheritance relation 0前言 的标准语言来实现对STEP的表达与描述『11。尽管 以多领域、深层次、异地协作为特征的汽车产 STEP标准制定了形式化信息描述语言,提供了独 品设计.利用异构的CAD系统生成了海量异构产品 立于任何信息处理系统的产品信息模型,能实现数 数据源,目前迫切需要一种可以实现异地数据交换 据的交换.但不能被WEB环境很好地支持,主要 的途径。另外,Intemet技术的广泛应用,使得网 表现在:不能解决数据的网上传输、交换及异构数 上STEP产品数据共享技术受到广泛的重视。基于 据资源网上转换、共享和重用等问题。 Intemet的产品数据共享不仅要实现产品数据内部 本文将在分析现有STEP实现技术不足的基础 信息之间的交互与共享,更需要与产品数据以外的 上,以汽车产品几何数据为对象,研究Internet环 信息实现交互与共享,这些都要求有一种网上通用 境下产品数据与共享的关键技术。 参考文献 赣州:江西省赣南公路勘察设计 大学道路工程专业,工学学士,高级 【1】邵腊庚,等.某高速公路沥 院.2006. 工程师.江西省赣南公路勘察设计院 青路面缺陷病害处治设计[Z].长 作者简介:刘中一(1957一),男,汉族, 院长.从事公路勘察设计工作20年。 沙:长沙理工大学道路研究所; 江西于都人,1985年毕业于上海同济 收稿日期:2006—12—04 I … 141 ——。 维普资讯 http://www.cqvip.com 镐一 COMMUNICA nONS mNDARDIZA nON 1实现STEP应用协议网络化的关键 户的角度完整地表达了一个特定的概念或功能(如 为了使STEP与Intemet技术兼容,人们试图将 2D几何、3D几何、公差等),它描述了ARM层次 STEP的应用协议映射到HTML,实现STEP数据的网 络化,但HTML缺乏完善的结构和数据存储方式, 上信息单元的构成,同时定义了与其他UoF的关 系[41。 I~=二文档管理= 二整体设计 零件和装配件设计 无法进行数据验证。故难以满足实际应用要求。 XML是基于网络的通用数据格式,其目的在于 满足日益增长的网络应用需求,便于软件开发人员 和内容创作者在网页上组织信息。同时确保在通过 网络进行交互合作时,具有良好的可靠性与互操作 性。XML是一种可定制、可扩展的网络标记语言, 它继承了SGML(Standard Generalized Markup Lan 职 №绵程 塞E生产规 。 制造= 硒 二躲 =二零件列表和材料清单 l运动学和机械仿真 船 图1 AP214协议涵盖的范围 gu—age)的结构化、平立性等优点,同时坚持 特定的CAx系统可将其所涉及的UoF组合成功 简单性的原则,使得XML成为Intemet环境下信息 描述与交换的新一代标准。要实现sTEP网络特别 是在WEB环境下的应用.必须借助XML强大的结 能数据群(FDG),用于表示系统的功能构成。通过 映射表可将UoF映射成STEP的集成资源,从而构成 应用解释结构(AIC),在AIM层次上,AIC对应于 构化数据表达机制。 XML旨在提供WEB上的结构化信息交换机制, 从而将WEB从发布媒体转换为一个应用程序处理 环境。但是XML本身仅仅是表达数据的一种规范。 需要结合特定的应用背景制定不同的数据规范才能 ARM层次上的UoF。基于UoF的应用协议集成机制 如图2所示[51 体现其生命力,illMathML、WML、VML、PGML、 SMIL等。因此,实现STEP数据网络化的关键在于 如何将使用EXPRESS语言表达的STEP/. ̄用协议映 射为XML模式(XML Schema)或DTD(Document Type Definition)。 国…AIC. S rEPPart28定义了用XML表达EXPRESS模式及 罔2应用协议集成机制不意阿 数据的规范,由于制定时间早于XML模:式的推出时 间。该规范采用DTD作为描述手段。DTD不使用 XML语法.对类型和名称空间仅提供有限的支持。 而XML模式对文档结构、数据类型的定义和约束的 表达能力远远超出了DTD。是更理想的EXPRESS映 为了方便各CAx的系统能根据本领域特定的需 求,可以选择AP214提供的某些UoF/AIC作为系统 的数据交换对象.通过UoF/AIC与AP214实现数据 共享.同时考虑到XM蜞式本身强大的引用和链接 机制.本文提出以UoF为单元,采用早联编的方式 射方式【2一。 2 AP214应用协议结构 AP214(Core Data for Automotive Mechanical 进行XML模式映射,满足网络环境下各个CAx系统 对特定领域数据交换和共享的需求。 AP214共包括2O个一致性分类。其component design with 3D shape representation(CC1)是用几何 Design Process)是一个庞大的应用协议,定义了与 汽车产品开发过程相关的核心数据(Core Data)。这 拓扑模型来表达产品形状的模型。具体包括如下8 种几何模型: a)wireframe—model_2d(G1); b)wireframe—model一3d(G2); C)connected~slll'face—mode(G3); d)faceted_b_rep—model(G4); e)b_rep model(G5); 些核心数据通用于汽车产品开发过程的所有阶段活 动,如图l所示。在具体的应用过程中,参加数据 交换的CAx系统或其他应用系统一般不需要使用完 整的AP214。因此,AP2l4的开发者将  ̄P214的信 息需求划分成面向具体(应用)活动的功能单元 (UoF),使得AP214更加具有柔性。一个UoF从用 维普资讯 http://www.cqvip.com C0MMUNICA.I1ONS S1'ANDARDIZAT10 f)compound—moedl(G6); 模式中的W3C内建元素。 ̄USTRING、INTEGER、 g)csg_model(G7); BOOLEAN、REAL、NUMBER分别转化为xsd: h)geometricaiiy—bounded—surface moed(G8)。 normalizedString、xsd:long,xsd:boolean、xsd:dou— 其中b—rep_model(面片)模型是AP214 CCI中最 ble、xsd:decimal。 重要的几何模型,它是仅仅由平面和隐式的几何边 例如,实体b—spline—surfaceq ̄有u—degree ̄性, 组成的实体模型。由壳、面、环、边、点组成的拓 用于定义B样条曲面在参数空间u参数方向上的阶 朴关系。 次,其数据类型是INTEGER,在XML模式中可表 笔者完成了上述8个几何模型的XML模式映射, 达为: 实现了Internet环境下车身几何数据交换与共享。 <xsd:element name=”udegree”type=”integer”/> —该映射的基本原理对协议其他部分,如曲面条件、 对于逻辑类型.可以定义为XML模式中的sim. 绘图、运动学数据等同样适用。 pleType(简单类型): 3 XML文档数据模型 <simpleType name=”logical’’> XML模式用于定义XML文档内容及其约束,它 <restriction base=”xsd:string”> 是W3C结合原有的用于XML文档定义的DTD和数据 <enumeration value=”true”/> 库系统的建模语言而提出的。XML模式采取类似于 <enumeration value=' flase”/> 数据库系统的定义方式,结构、数据类型和约束共 <enumeration value=”unknown”/> 同组成了定义的主体,即利用自定义的简单数据类 </restriction> 型和复合数据类型,声明相应类型的元素。 </simpleType> 树是XML文档底层数据模型的基本方法,XML 4.2命名数据类型 文档用(V,E,rxT)表示的有向树型结构XT(XML EXPRESS的命名数据类型是用户定义数据类 tree)表达[61。其中V是结点集合,E是有向边集合, 型,在应用协议中就是实体(ENTITY)数据类型, 是XT的根。设Ve表示内部结点,对应于XML文 它可以转化为模式中的complexType(复合类型)。 档的元素(element);Vv表示叶子结点,对应于 具体的映射方法参见后面的实例。 XML中的值(如属性值、元素值等),则有V=V u 4-3构造数据类型 V。。 EXPRESS的构造数据类型有枚举型(ENU— XML模式有着DTD不可比拟的优点: MERATION—TYPE)和选择(SELECT—TYPE)型两 a)XML模式自身是以XML文档的方式书写的: 种。对于选择类型,转化为模式中的complexType, b)XML模式的定义方式类似于数据库系统,父 在其内部定SLgroup,并在group中定SLsepuence ̄ 子元素的关系类似于表与字段的关系,便于产品的 素;对于枚举类型,转化为模式中的complexType, 数据库存储: 在其内部定 ̄.group,并在groupq ̄定义choice元素。 c)模式中有数据类型的定义,目前的XML模式 例如.TYPE b_spline_curve_form= 规范中已经预定义了超过40种的数据类型,强数据 ENUMERATION OF 类型对于模式映射和处理的高效都是有利的; (polyline_form,circular_arc,elliptic—arc,parabo— d)模式中包含数据约束的定义。 licarc,hyperbolic——arc,unspecified); 4数据类型映射17罔 END_TYPE:在XML模式中可以表示为: 数据类型是信息建模语言的基本构造元素,决 <xsd:element name=”b_spline curve,form” _定了语言的建模和表达能力。因此,应先从二者数 Type=”BSPLINE—CURVE——FORM”/>//元素声明,// 据类型之间的映射开始。在具体的应用协议中, 下面是元素类型的定义 EXPRESS数据类型可以分为简单数据类型、命名 <xsd:complexType name=’.'BSPLINE—CURV— _数据类型、构造数据类型和聚合数据类型。 E—FORM”> 4.1 简单数据类型 <xsd:group ref=”enum po_ci—elpa_hyun” —_通常.EXPRESS中的简单数据类型需转化为 </xsd:complexType> 维普资讯 http://www.cqvip.com 如一 COMMUNICA11ONS sTANDARDIZA肌ON <xsd:group name=”enumpo_cielpa_hy_un” ———NEOF表示被运算实体间的互斥关系,这些实体不 <xsd:choice> <xsd:element ref=”polyline form”/> <xsd:element ref=”circulararc”/> _可同时实例化;AND表示被运算的实体在实际应用 中可能结合在一起形成一个新的实体:ANDOR表 示被运算的实体间可以自由组合,形成一系列的实 体[91。 因为AP214中的每个实体均可转化为元素,而 元素的类型又可通过complexType定义,因此实体 之问的继承关系可以通过complexType的base和 dirivedBy属性表达。 <xsd:element ref=”ellipticarc”/> _<xsd:element ref=”parabolicarc’’/> —<xsd:element ref=”hyperbolicarc”/> —<xsd:element ref=”unspecified”/> </xsd:choice> </xsd:group> 例如,考虑实体B样条曲面的继承关系: ENT1TY bsplinesurface. __4.4聚舍数据类型 EXPRESS中I ̄aggregation(聚合)类型是基类数 SUPERTYPE OF(ONEOF(b—spline—surface_w— ithknots,uniformsurface,quasiuniformsurface,bezi— ——据的组合,根据组合的方式不同,可分为ARRAY (数组)、LIST(数表)、SET(数集)、BAG(数袋)。 由于ARRAY和UsT内的数据是有序的,可表示为 —_er_surface)ANDOR rationalbsplinesurface) _——sequence元素;而SET和BAG内的数据是无序的, 可表示为au元索。元素出现的次数由minOccurs和 maxOccurs属性定义。 ed—SUBTYPE OF(bounded—surface); bspline_—surface以ONEOF的方式继承bound. surface的所有属性,因此必须在其元素类型指 <xsd:element name=”bsplinesurface”type= _—例如,实体b—spline—curve有一个属性是con— trolpointslist:LIST(2:?]OF cartesian_point。在 —出其基类bounded_surface。即: ”BSPLINESURFACE” base=”BOUNDEDSUR— __——XML模式中可以表示为: <xsd:element name=”controlpointslist’’type=” ——FACE”dirivedBy=”extention”/>//extention表明实体继 承了//父类的属性,同时在自身的定义中还添加了 自有属性 bsplinesurface的子类之间的关系比较复杂: _CONTROL_POIN rs_UsT”/>//元素声明,下面是元 素类型的定义 <xsd:complexType name=”CONTROLPOINT— _—’> SLIST’_ONEOF I ̄的四个子类(b_spline—surfacewithknots、 _—<xsd:group ref=’’listofcontrolpoints”</xsd:com. __urfaee、quasiuniuniformsformsurface和bezier_sur- _—_plexType> face)之间是排他性地继承b—spline_surfaee的所有属 __<xsd:group name=’’listofcontrolpoints’’> <xsd:sepuence> <xsd:element ref=”cartesianpoint”minOccurs=” _性;而rational_bsplinesurface与ONEOF内的四个 __子类间是非排他性地继承 spline_su出ce的所有属 性,即rationalb__spline_surface可以与前述的四个 2” maxOccurs=”unbounded”>use=”required”/>∥引 子类自由组合形成新的实体。 图3是某车身曲面STEP中性文件的片断.图中 45#实体的等号后没有实体名关键字.说明该实体 是实体之间以ANDOR或AND自由组合形成的新实 体。在45#中,除了包含b—splinesurface、其父类 _用//cartesian_point元素,并指定其出现的次数 </xsd:element> </xsd:sequence> </xsd:group> 注意,对于模式中定义的实体的Attribute(属 性),其数据类型可以是上述数据类型中的任何一 种,可依据上述映射表达。 5继承算子映射 plinesurfacewi和祖先外,还包含了bsthknots和 ____rationalbspline—_—surface。从#45实体内的继承树 __face withknot(见图4)可知:b_splinesurs和ratio. nalbsplinesurface是bsplinesurface子类中的兄 _____EXPRESS语言中复杂的继承关系体现为三个 继承关系算子:ONEOF、AND、ANDOR。其中O— 弟节点,ANDOR算子使得两者在同一实体内同时 实例化。 维普资讯 http://www.cqvip.com COMMUNIC ⅡONS S ANDARDIZA110 5=f BOUNDED SURFACE 0 ’I’H—KNOTS”/> B SPLINE_sURFACE(3,5,((6#252.6#253,6#254,#6255,#6256,6#257,6#258.6#259,6#260. #6261,6#262,6#263,6#264).(6#265舢266.6#267,6#268,6#269,6#270两271,6#272. <xsd:element ref=”UNIFORM—SURFACE”,> #6273,6#274.6#275.6#276,6#2771.(6#278州279,#6280,#6281,#6282,#6283,#6284. #6285,#6286,#6287,6#288.6#289,6#290)、(6#291 <xsd:element ref=”QUASI_UNIFORM—SUR- 6#297..6#298,#6299,6#300,6#301.#6302.6#303))..UNSPECIFIED.”F,. …F) B-spLINE_SURFACE WITH KNOTS(4【一).(6.1,1.1.1.1,1.1 .(0 1.).【0.0 1875. FACE”,> 0,3125 40625 .5、0.59375,0 6875 +8l2s、1).UNSPECInED) GEOMETRIc-REPRESENTATION—ITEM 0 <xsd:element ref=”BEZIER—SURFACE“,> RATIONAI ̄B_sPUNE_SURFACE(((0 391304347826087.0 391304347826086,O.391304347826088. 039l30434787:5087-【).391304347826087.0 391304347826087由391304M787 ̄087 </xsd:choice> 0.391304347826087n391304347826087n391304347826087n3913043,1782蜘7 0 39l304347826087 0 3913043478 ̄50871.(1 60869565217391,l 60869565217391. 1 60869565217392,1.608695652l7391.1+608695652l7391.1 60869565217391.1 608695652l7391. </xsd:element> 1 608695652l739l,I 60869565217391.I_60869565217391,l 60869565217391.1 608695652l7391. 1 60869565217391).f1.6086956521739l,l 608695652l7391.I_608695652l7392,I_6086956521739l、 <xsd:element ref=”RATIONAL_B_SPUNE—S— l 608695652I7391.1 608695652l7391.1 6o8695652l7曲1.1 6086956521739l,1.608695 2l7391. I+60869565217391.1.60869565217391.1 608695652I7391.1 608695652l7391),c0 391304347826087 URFACE”minOccurs=”0”maxOccurs=”1”,> n391304347826086, 391304347826088.0.39 J304347826087Tn39J304347826087. 0 39l304347826087n39l304347826087 39l304347826087.0391304347826087, </xsd:complexType> 0 391304347826087D.39I304347826087.0+391304347826087 391304M782 ̄087))1 REPRESEN ON ITEM f一1 根据EXPRESS方法学,AND与ANDOR在模式 SURFACE() ): 映射中的区别在于:对于AND算子,在新元素定义 图3中性文件片断 中必须把minOccurs和maxOccurs均设置为1,表明 被运算的实体在实际XML文档中必须出现一次;对 于ANDOR算子。在新元素定义中必须把minOccurs 设置为0,把maxOccurs设置为l,表明被运算的实 体在实际XML文档中可以不出现或出现一次。 6结论 现代汽车设计与制造业是全球范围协作的行 业,它要求海量的、异构的产品数字化信息能够在 网络环境下无缝地集成。传统的STEP数据表达和交 换方式为产品数据集成奠定了坚实的基础,但STEP 应用协议的规范在网络环境下缺乏必要的灵活性和 适用性。实现困难且代价高昂。鉴于此,ISO等组 织正积极从事STEP的XML实现方式的研究工作,并 罔4#45中实体继承关系树 且已取得一定成果,推出了EXPRESS模式和数据的 因此.在AP214应用协议中,若实体定义存在 XML DTD表示。目前,EXPRESS的XM骥式规范化 ANDOR算子或AND算子,本文采用在XML模式中 工作也正在进行中[tOl。本文根据当前的研究热点, 新增一个元素的方法,用于表达上述复杂的继承关 探讨了具体应用协议的XML模式映射的关键问题, 系,同时对应中性文件中的无关键字实体。例如, 并完成了AP214中的几何模型映射。 对 ̄b_spline—surface实体,新增元素的XML表达如 参考文献 下: [1】简睁峰,谭建荣.基于XML的STEP产品数据网 <xsd:element name=”andor b_spline—surface” 上描述与识别[J].计算机辅助设计与图形学学报, type=”ANDOR—B—SPLINE_SURFACE”base=”B—SP- 2001,13(11):983-990. 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[21杨锡武,梁富权.水泥(石灰)粉煤灰碎石混合 式中: 。_一温度疲劳应力; 荷载在板的临界荷位处产生的应力; ——,K,,K。——分别为传荷系数和动载系数; 料半刚性路面基层设计参数研究[J】.中国公路学报, ~藏一一 一 一 一一一一 一 ~ 一~一魄一 一』层,一一4 -v一二= 一 计降L . ~~ 民瓠的 瑚. 一亘 一 一 牡 (上接第151页) [5 16 . 三旭海,邓家堤.基于sTEP标准AP2l4的集成机 『1王德强,航 曩’许峰,茅兵,, 等・x,X ML又 仔耿控制任利 究【J1.计算机研究与发展,2004,41(3):426- 435.r71【7】 Steven Holzner.xML完全探索【M】.北京:中国青 XML完全探索【M】- 匕尿: 月 .介:阳小 ̄_(1963一),湖南交通职业技术学院汽车工程 系主任,副教授。 收稿日期:2006-06-16 年出版社,2001. 】 ake Sturil1.开发xNL解决方案【M】.北京:北京