企业数据分析建模（工业软件核心技术-产品模型数据交换标准STEP）

工业软件是制造业、建筑业等诸多行业等基础，产品设计与制造离不开工业软件支撑。

我国工业软件基础薄弱，CAD/CAE/CAM/BIM等软件市场全面被国外软件把持，软件基础性技术缺乏，甚至了解工业软件底层研发等人员，比芯片技术人员还要紧缺。

STEP：产品模型数据交换标准（STandard Exchange of Product data model），1988年ISO制定的描述整个产品生命周期内产品信息的标准，它提供了一种不依赖具体系统的中性机制，旨在实现产品数据的交换和共享。这种描述的性质使得它不仅适合于交换文件，也适合于作为执行和分享产品数据库和存档的基础。发达国家已经把STEP标准推向了工业应用。它的应用显著降低了产品生命周期内的信息交换成本，提高了产品研发效率，成为制造业进行国际合作、参与国际竞争的重要基础标准，是保持企业竞争力的重要工具。

STEP（ISO 10303–产品模型数据交换标准）文件也称为第21部分文件，文件扩展名为.stp、.STEP或.p21。STEP文件用于表示零件、组件以及用于计算机辅助设计（CAD）、制造（CAM）、分析（CAE）和检验（CMM）软件之间的数据交换和互操作性的产品和制造信息（PMI）。PMI由定义产品几何和产品规格的注释和属性组成，包括用于指定几何尺寸和公差（GD&T）的注释（标注）。

支持步骤AP242、AP203、AP214等。

在机械CAD的早期，没有必要交换文件。MCAD非常罕见，系统不兼容并不重要。但到了1976年，MCAD已经变得足够普遍，美国空军需要一种方法来降低将文件从设计层转移到制造承包商的相关成本。该解决方案是以一种名为“初始图形交换规范”（缩写为IGES）的通用格式找到的。

从IGES到PDES再到STEP

随着时间的推移，IGES支持越来越多的MCAD系统特有的数据类型，因此变得冗长和笨拙。在德国，汽车行业提出了自己广泛使用的汽车蒙皮表面数据交换标准VDA-FS。现代替代品所需要的。

因此，IGES指导委员会开始研究一种新的文件格式PDES（产品数据交换规范），以更好地定义一种包罗万象的格式：“PDES被设想为支持产品描述的所有方面，从最初的概念到产品设计、制造、支持和处置，”美国商务部说，听起来很像今天的PLM。

1985年，该委员会将PDE贡献给了一项ISO倡议，该倡议创建了一种通用的文件格式，该格式足够灵活，可以处理“从微芯片到战舰的任何东西”。这被称为STEP，即“产品模型数据交换标准”

• AP203 for solid models (1995)
• AP214 for assemblies (2003)
• AP242 for annotations (2015)
• AP242e2 for tolerances (last year)

STEP对于加工

IGES的最初目的是使通用电气等制造商更容易处理供应商使用不兼容MCAD文件格式提供的3D模型。这个过程看起来是这样的，而今天仍然是这样的：

（1）CAD操作员绘制图纸时不考虑制造过程

（2）CAM操作员设计制造过程

（3）CAM软件中的后处理器生成指示机器的G代码

（4）CNC操作员密切监督加工，确保初始零件正确制造

今天的愿望是直接从CAD转到CNC，

（1）CAD操作员使3D模型适合制造

（2）CAD中的后处理器生成STEP-NC文件

（3）数控机床使用STEP-NC进行自动化、优化加工（参见下图）

STEP已扩展到零件加工，称为STEP-NC（数控）：

AP238精密加工第1版（2005年）

AP238精密装配第2版（去年）

正是添加了AP242e2公差，使STEP扩展到自动化制造。当您知道制造业需要满足的公差时，您可以将零件加工到这些公差。在此之前，机器控制是盲目的，不知道什么是允许的。

A NIST-created test file showing AP242 presentation and semantic geometric tolerances

CAM具有固有的复杂性。哈德威克先生说：“以前，运营商已经解决了这个问题；现在，软件必须重写才能解决这个问题。”。这一变化意味着对CAM软件的大规模重写，这不是所有公司都能负担得起的。部分由于这一行业变化，许多CAM公司——如Cimitron、GibbsCAM、MasterCAM、SigmaNEST和Vericut——近年来已将自己卖给了较大的公司，如Sandvik。

一年又一年，STEP-NC为了解如何铣削、钻孔或车削零件、如何导入、运行速度等所需的过程数据添加了更多数据。关键是要知道哪些操作必须以最小可行刀具路径的顺序进行。当数据丰富时，控制器上的智能软件应该能够解决其余问题。

自2017年以来，STEP-NC每年都被用于为波音787等商用飞机加工数百万个5轴零件。现在，STEP-NC正在为机身上的特征直接CAD到CNC 2.5轴铣削做准备。此外，它正在为3D打印做好准备，这使得哈德威克先生将STEP-NC称为“加工的PDF”

STEP是一种可扩展的格式，可以随着新技术的出现而扩展。它处理继承，例如轮辐继承其所在钢轮的属性。定义由面向对象的数据编程语言EXPRESS确定。

STEP的第一个版本于1995年发布。有时您还会看到它被称为“AP203”（应用程序协议级别2的缩写）。如今，STEP由800个标准组成（参见下图），其中四个是针对最终用户的，其余的是可重用定义库。

STEP（产品数据交换标准）是一种流行的中性三维CAD文件格式，可在各种CAD程序（如CATIA、Creo、SolidWorks、NX、Inventor等）之间进行互操作。

STEP是使用EXPRESS建模语言编写的ISO标准（ISO 10303-242:2020）。

它详细介绍了许多应用程序协议（AP）。在本文中，我们将讨论与机械CAD设计、三维几何和产品信息有关的AP203、AP214和AP242。

AP203适用于机械零件和组件的表示。AP214适用于数据的表示有关汽车设计。今天AP203文件通常包含边界表示模型、装配数据和数量有限的其他产品信息。

AP214文件通常包含颜色，层，和通用资源。边界表示法的模型是一个CAD模型代表它的边界。例如，一个表面模型由只有表面使用，使模型。固体模型包括几何信息，如表面，曲线，并指出，和拓扑信息，比如边缘，顶点，面临着。几何信息提供了数据模型的形式，和拓扑信息提供这些几何元素之间的连接性和几何元素的程度。

相同点：AP214 AP203均支持的实体、面的输入和输出。

区别是：STEP AP203标准不具有任何颜色，AP214标准具有颜色的。

STEP AP242是最新的标准，兼容STEP AP203和STEP AP214具备更丰富的信息。

来自CATIA和SolidWorks等CAD软件的本地CAD文件格式是专有的，不能直接转换或转换为其他专有CAD系统。

通过导出为中性CAD格式（如STEP），它允许下游的互操作性。

更重要的是，随着公司转向基于模型的定义，远离传统的基于纸面的工作流，STEP，特别是AP 242，已成为与部门、供应商、分包商和客户进行CAD下游互操作的最流行的文件格式。

AP242还包括PMI（产品制造信息），如GD&T、BOM以及用于构建和测量零件或组件的其他元注释和注释。现在，各种工作流程都可以来自单一的真实来源。

对于设计而言，这是不同设计系统（CAD到CAD或CAD到CAE）之间的互操作性。

对于制造业而言，这是将产品定义传输到制造/测量软件（CAD到CAM或CAD到CMM）。

STEP AP 203 vs 214 vs 242：哪一个是最好的？

STEP AP 242是更好的格式，因为它结合了AP 203和AP 214。因为它是MBD/MBE工作流的未来证明，所以它是首选格式。

ISO/TC 184/SC 4（STEP管理委员会）已退出与AP 203和AP 214的未来工作。

然而，由于MBD/MBE工作流仍处于早期采用阶段，AP203/214继续在模型几何中流行。

AP203和AP214作为国际标准被撤销（ISO生命周期阶段95.99）。随着2014年AP242的发布，它们被弃用。STEP用户应遵循CAx实施者论坛的工作，跟踪其供应商对AP242的实施覆盖率，Thomas Hedberg，ASME MBE标准委员会主席。

如上表所述，主要CAD软件供应商可以查看、导入和导出STEP文件。MBDVidia是我们领先的MBD CAD翻译工具，可将本地CAD文件转换为MBD就绪文件，如STEP AP 242、QIF和其他文件。

STEP文件查看器

STEP文件分析器和查看器是NIST（国家标准与技术研究所）的免费工具，允许用户打开STEP文件并执行以下操作：

生成包含所有实体和属性信息的电子表格或CSV文件。

创建显示在web浏览器中的零件几何图形、图形PMI注释、补充几何图形和基准目标的可视化（视图）。

分析任何语义PMI、图形PMI和验证属性是否符合推荐做法。

检查基本语法错误。

QIF（质量信息框架）是一种较新的ISO标准格式，在MBD上具有最强大的作用域，尤其是用于自动化、分析和大数据的人机可读CAD下游的语义PMI。

这是一个非常现代的MBD，具有诸如公差和测量特性、支持装配级PMI等高级概念。在计量和质量部门享有极高的声誉。它在航空航天和国防部获得了先进MBD/MBE工作流程的支持。

STEP AP242项目：了解有关步骤AP242的更多信息。

STEP-NC（AP 238）：用于CNC和加工的质量信息。

STEP文件分析器和查看器：支持零件和部件、尺寸和公差、草图和补充几何图形以及基准目标的免费工具。

step 242

全球市场的竞争性质迫使制造商减少开支，并尽可能对不断变化的市场需求作出反应。成功的设计和制造企业及其供应链合作伙伴必须投资于最新的基于模型的开发和产品生命周期管理解决方案，以保持竞争力。基于模型的开发和产品生命周期管理包括多种必须共享数据的功能。如果这些功能是由同一软件供应商的工具提供的，那么系统集成是通过该供应商定义的单个通用数据交换框架实现的。单个供应商很少能够完全覆盖企业所需的所有功能，但是，随着时间的推移，很难维护这些功能，客户也变得依赖于该供应商。

如今，公司作为全球分布式企业的一部分，为其产品设计、制造和提供支持。收购、合并、首选供应商关系以及使用同类最佳解决方案的愿望导致了一组不同的软件应用程序，而不是单一的解决方案。大型原始设备制造商最初试图通过坚持所有供应商使用特定的软件解决方案来解决供应链集成问题。这种集成方法限制了供应商使用对其业务最有效的工具的自由，并增加了成本，因为供应商必须为每个客户维护不同的系统。

支持新功能和控制成本的成功方法是实施数据交换标准，该标准允许公司使用最具成本效益的解决方案集成产品生命周期的所有阶段，而不管企业其他部门采用何种解决方案。低成本CAD系统、查看器以及第三方工程分析和计算机辅助制造（CAM）系统使即使是小公司也有可能在高技术环境中进行成本竞争。

STEP标准侧重于产品数据表示，以支持CAD/CAE和PDM数据交换、系统集成、可视化和产品信息的长期保存。美国和欧洲的汽车和航空航天行业帮助建立了组织，以确保CAD和PDM信息互操作性规范的总体一致性。广泛实施的两步标准是由PDES，Inc.维护的AP 203和由ProSTEP iViP和SASIG维护的AP 214。AP 203主要由航空航天和国防工业支持。AP 214主要用于汽车行业。这两个标准在许多工业部门的供应链中都得到了广泛应用。

这两个标准共享相同的数据结构，但存在一些差异。与其追求昂贵的并行开发和维护工作，不如开发一种新的、收敛的STEP标准。

这一新标准是一个引入新功能、优化开发和维护资源以及加强主要制造业对STEP的接受和支持的机会。

STEP AP 242标准的主要技术影响包括：

基于模型的开发（MBD），

PDM集成和PDM服务，

长期存档（LTA），

供应链整合，

工程设计数据交换，包括复合材料，

先进产品制造信息（PMI），

机电一体化和需求管理…

STEP AP 242标准是对流行的可视化格式（如ISO 14739 PRC和ISO 14306 JT）的补充，并将支持高级数据内容，如高级PMI、复合材料和机电一体化。

航空航天部门（以及越来越多的汽车行业）的一个关键优先事项是需要解决长期产品模型维护（归档）。

航空航天和汽车工业感兴趣的其他领域包括机电一体化、参数化、电子、可持续性、数据质量以及材料数据交换，以符合环境法规。开发聚合标准为STEP增加了新的重要功能。由于采用单一的开发基础设施和利用新的快速开发和发布环境，STEP AP 242标准将大大降低开发成本。

步骤AP 242第1版提供了AP 203 ed2和AP 214 ed3涵盖的所有功能。它还包括新功能，例如：

“形状质量”模块源自步骤第59部分，并基于SASIG PDQ指南，

STEP AP 242业务对象模型和AP 239 PLC平台特定模型之间的PDM协调结果

STEP 3D细分几何体的新模型，

用于运动学和其他学科的步骤“外部元素参考”的新通用功能。

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