产品数据交换标准

产品数据交换标准结构(chanpin shuju jiaohuan biaozhun STEP)

产品数据交换标准STEP (Product data exchange standard STEP) 指国际标准化组织(ISO)制定的系列标准ISO 10303 《产品数据的表达与交换》。这个标准的主要目的是解决制造业中计算机环境下的设计和制造（CAD/CAM）的数据交换和企业数据共享的问题。中国陆续将其制定为同名国家标准，标准号为GB/T 16656。该标准有一个非正式的，但在国际上非常流行的名字－STEP，它是Standard for the Exchange of Product model data的缩写。

企业的产品设计采用计算机辅助设计（CAD）技术以后遇到了很大的挑战。首先是由于企业的产品设计产生的CAD数据迅速膨胀。这些信息是企业的生命，它们不断的产生出来，不断地被更新改版。这种技术信息在企业的不同部门中和生产过程中流动，重要的档案信息要保存几十年。但是，CAD设计产生的数据不再象传统的图纸那样随便拿给任何地方的任何人都能阅读。各种CAD系统之间的不兼容造成企业不同系统之间的数据不能共享，有时会造成非常严重的经济损失。CAD系统不能发挥出最大的效益，很大的原因之一就是由于数据交换产生的障碍。

另一方面，很多企业的设计档案都要求保存几十年，这就意味着经过长期保存的CAD数据经过几十年以后，在已经更新了若干代的计算机软硬件系统中还应该能够正确读出并能得到再次使用。如果做不到，那将是企业的灾难。由于计算机系统软硬件的生命周期越来越短，CAD数据的长期存档在当前恰恰是很难做到的。

为了解决上述问题，国际标准化组织ISO/TC184/SC4 (以下简称SC4) 工业数据分技术委员从1983年开始着手组织制定一个统一的数据交换标准STEP。到目前为止，该标准的基本原理和主要的二维和三维产品建模应用协议已经成为正式的国际标准，市场上的主要CAD 软件都已经开始提供商品化的STEP的接口。虽然STEP标准的制定进展缓慢，但是它已经在一些发达国家的先进企业中得到应用，如飞机、汽车等制造行业。

STEP标准的体系结构如图所示，共分四个层次，下层主要是标准的原理和方法，中间两层是标准的资源，最上层是应用协议（AP）。其中资源是建立应用协议的基础，建立应用协议是制定本标准的目的，是开发CAD / CAM数据交换接口的依据。

STEP标准是一个系列标准，是由若干分标准（或“部分”）组成的。体系结构的矩形框表示了系列标准的分类，其中的编号对应分标准的编号规则。例如描述方法类分标准的编号是11、12、13…。应用协议类分标准的编号是201、202、203…。

EXPRESS语言

STEP标准描述方法中的一个重要的标准是ISO 10303 - 11 EXPRESS语言参考手册。EXPRESS语言是描述方法的核心，也是STEP标准的基础。该标准是一种形式化描述语言，但不是计算机编程语言。它吸收了现代编程语言的优点，主要目的是为了建立产品的数据模型，对产品的几何、拓扑、材料、管理信息等进行描述。

STEP标准体系结构

EXPRESS语言为了能够描述客观事物、客观事物的特性、事物之间的关系，它引入了实体（ENTITY）和模式（SCHEMA）的概念。在EXPRESS语言中把一般的事物（或概念）抽象为实体，若干实体的集合组成模式。这意味着小的概念可组成大的概念。事物的特性在EXPRESS语言中用实体的属性（attribute）表示。实体的属性可以是简单数据类型，如实数

数据类型可描述实体与数字有关或与几何有关的特性，字符串数据类型可描述实体或属性的名称或需要用文字说明的特性。当然属性还可以是聚合数据类型或布尔数据类型用以描述相对复杂的产品特性。

描述实体之间的关系用子类（SUBTYPE）和超类（SUPERTYPE）说明的办法。一个实体可以是某一实体的子类，也可以是某个其他实体的超类。例如，人这一概念可以分为男人和女人。在EXPRESS中把“人”这个实体作为“男人实体”和“女人实体”的超类，而“男人实体”和“女人实体”作为“人实体”的子类。这种子类和超类的说明可以描述客观事物之间的复杂网状关系。EXPRESS语言还允许定义复杂的函数以描述客观事物中任何复杂的数量关系或逻辑（布尔）关系，并进行相应的几何和拓扑等描述。

为了能够直观的表示所建立的数据模型，在标准中还规定可以用EXPRESS-G图表示实体、实体的属性，实体和属性之间的关系、实体之间的关系等等。这种表示法主要使用框图和框图之间的连线的办法，非常直观，易于理解。

原则上讲，EXPRESS语言所引入的机制使我们可以对任何复杂的事物进行描述，它的优点是人可以读懂（英文语义），而且计算机可以处理。

应用协议

应用协议(AP)是STEP标准的另一个重要组成部分，它指定了某种应用领域的内容，包括范围、信息需求以及用来满足这些要求的集成资源。STEP标准是用来支持广泛领域的产品数据交换的，应该包括任何产品的完整生命周期的所有数据。由于它的广泛性和复杂性，任何一个组织想要完整地实现它都是不可能的。为了保证STEP的不同实现之间的一致性，它的子集的构成也必须是标准化的。对于某一具体的应用领域，这一子集就被称为应用协议。这样，若两个系统符合同一个应用协议，则两者的产品数据就应该是可交换的。

国际标准化组织现在正式发布的应用协议有：

ISO10303-201 显式绘图，中国对应的同名国家标准为GB/T16656．201，简称AP201；ISO10303-202 相关绘图，中国对应的同名国家标准为GB/T16656．202，简称AP202；ISO10303-203 配置控制设计，中国对应的同名国家标准为GB/T16656．203, 简称AP203；AP201主要是二维图的数据交换协议，它包括的数据模型主要有关于二维几何、尺寸标注、标题栏、材料表等内容。AP202也是二维图的数据交换协议，但是它增加了二维和三维之间的关系。由于这种技术上的扩充，使得很多研究开发机构更加重视AP202。

AP203是三维设计的数据模型，在标准中把它的主要内容按照软件的实施分为6个级别：级别1：除形状之外的配置管理设计信息。

级别2：级别1 + 几何边界线框模型、曲面模型、或由两者共同表示的形状；

级别3：级别1 + 拓扑线框模型表示的形状；

级别4：级别1 + 拓扑流形曲面模型表示的形状。

级别5：级别1 + 小平面边界表示的形状。

级别6：级别1 + 高级边界表示的形状。

其中级别1实际上是CAD设计所需要的管理和配置方面的信息模型，是其它各级别的前提，级别2至6之间是独立的，无任何依赖关系。不同的系统实现方法可以对应不同的级别。SC4中目前正在制定的应用协议应该说覆盖了制造业的绝大部分领域，如机械应用、汽车制造、建筑、造船、电工电子等。甚至现在有一个新的标准项目是专门针对家具产品数据的应用协议。值得一提的是AP214-汽车核心数据。这个应用协议虽然还没有成为正式标准，现在已经受到了工业界，特别是汽车工业的极大重视。目前很多CAD软件能够提供的STEP 数据交换接口主要支持AP203和AP 214 。