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摘 要 STEP是为实现产品数据共享而被研发的世界公认的关于未来数字化产品数据的交换标准。当前的工业发达国家正致力于研发制造业领域的STEP，而且已经形成了一种面向对象且遵从STEP标准的数据模型，这种数据模型被称作STEP-NC。本文即介绍STEP的相关概念、关键技术，并着重介绍STEP在制造业中的影响，并展望STEP的自动化制造前景。
关键词 机械制造；STEP；自动化制造；前景
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-003-02
由于CAX技术的广泛应用和飞速发展，再加上经济全球化程度的不断加深，共享产品数据在制造业中的重要性得到大幅提高。截止当前，据调查数据统计结果显示，由于各地区产品数据不兼容，致使全球制造产业领域直接损失达上千亿美元，而间接损失更是庞大到难以统计。这种因资源的不共享所造成的损失，如果能够加强全球的联合建设，是可以完全避免的。对于资源不共享而造成的巨大的经济损失，人类其实早已形成了共识，为此，国际标准化组织ISO在世界范围内组织了两百多名专家致力于产品数据的新标准的研发。在经过了数年的努力之后，产品模型数据的转换标准——STEP终于被研发出来。
1994年，STEP作为国际标准（ISO-10303）被正式确定下来，CAD系统中开始广泛地应用STEP，并最后实现了CAD系统之间的数据共享；而STEP的应用还在不断地向其他的领域中扩展。但是，尽管STEP在不断地被各领域应用，数据系统仍然是沿用惯常的ISO6983，在这种情况下，制造模型与设计模型之间还是存在着不兼容的现象，这无疑阻碍了制造业技术的深层发展。情况的转折点是1997年OPTIMAL计划的提出，并且当时STEP-NC已经被开发出来。STEP-NC，作为一种数据接口，是面向对象且完全遵从STEP标准的。
在STEP-NC的研究中，先后有美国、韩国、日本、瑞士等国家对此项目的不懈研究，并且都取得了很大的进展。
1 关于STEP
STEP作为产品信息的交换与表达的国际标准，其目的就是为了实现产品数据的共享，它涉及拓扑、几何、属性、公差、装配关系等的交换与表达。关于STEP的最大优点，当数它的可扩展性和结构的开放性。在描述信息方面，STEP拥有属于自己的语言，这种语言被称作EXPRESS，而EXPRESS作为当前唯一广泛应用的语言，用于描述三维实体复杂性。
STEP包括信息模型和基层结构两大部分。信息模型，是定义与行业相关的资源信息以及应用协议的；而基层结构，则是规定了文件的格式、并规定检测与编程界面等之类的问题。现阶段，除了电子和通用机械之外，绝大多数的行业都仍然处于应用协议的开发、完善阶段。而到目前，在相关的工程制造方面和设计方面，已经完成了STEP应用协议制定的一共只有40个左右。
2 STEP的关键技术
STEP-NC自1997年的研发以来，制造业中关于STEP的应用已经成为工业化国家中的热点研究对象。在所有的热点研究课题中，美国有Super Model项目、欧洲有MATRAS计划和OPTIMAL、日本有Digital Master项目、韩国有STEP-NC项目，这些都是十分有代表性的项目。而上述热点研究国家主要都是集中在数据库、标准以及STEP-NC的控制器这三个方面的研究。
1）数据库的研究。对于STEP-NC所涵盖的特殊定义、几何模型、工艺流程、公差定义等等这些信息都是必须通过一个相同的智能接口，才能完整地被集成到一个产品模型的数据库中。在数据库的研究当中，STEP Tools公司是最具代表性的，主要因为该公司于新世纪两千年开始了“超级模型”——Super Model的项目研究。“超级模型”项目的英文全称是Model Driven Intelligent Control of Manufacturing，该项目主要是为了建立一个包含可直接驱动数据铣床、零件所有制造特征的数据库，之后再向PDM、数控车削等目标的扩展。STEP Tools公司最终在“超级模型”项目中开发了两项新技术，分别是EXPRESS-X和STEP/XML，由于这两项技术的应用中，数控编程都是被简化了的，因此，给CNC可以在因特网上直接查找产品数据奠定了坚实的基础。
2）标准的研究。当前已经制定的关于STEP和STEP-NC的标准，涉及的行业通常是汽车、飞机、造船业、机械设计、电子电路等。关于STEP-NC已经制定的标准草案（ISO-DIS-14649），它包括通用数据、基本概念及规则、铣削刀具、数控铣削加工等。目前正在制定中的STEP-NC标准有：放电加工、数控车削加工、监控、玻璃木材的铣削等等。
3）STEP-NC控制器。目前的STEP Tools公司正在研制机床控制器的软件，这款软件是用于直接读取Super Model的。此外，还有POHANG科技大学（韩国）、Siemens公司（德国）等都在致力于控制器的积极研究。而在无数不少的研究当中，Siemens公司取得了丰硕的成果。
3 机械制造领域中的STEP
STEP在机械制造领域中的扩展主要指向CAM领域和CNC领域的扩展。STEP的诞生，在CAM领域主要是实现了系统间数据的共享，但是因为还是存在着技术问题，这一数据共享是需要通过设计者对各种信息的多重转换，才能最终实现数据共享的效果。而在CNC领域，自动化制造的基础设备是数控机床，数控机床从研发至今一直沿用的开放式CNC数控程序都是G，M代码。而一律沿用G，M代码，使得目前的编程标准存在众多的问题，如现场编程困难，不能真正实现智能化，单向传输数据无法支持先进的制造模式，覆盖面窄造成系统间的不兼容，不支持高速加工和五轴铣以及生产效率低等等。
4 基于STEP的自动化制造前景 STEP给机械制造业带来的便利是有目共睹的，不容乐观的现实情况是，目前制造业中的大部分STEP的标准都还没有形成，STEP-NC技术的研究也还是处于初始的起步阶段。但是，依据目前制造业的发展趋势，且据有关专业的数据统计与研究显示，STEP一定会越来越深刻的影响自动化制造技术，而且会在制造业中进行一个全新的变革。作为专业人士，在此坚信STEP在自动化制造中的远大发展前景。
1）淘汰G，M代码。由上文的第4大部分可知，当前的数控机床从研发至今一直沿用的开放式CNC数控程序都是G，M代码（ISO-6983），而G，M代码明显存在着众多的弊端，因此一定会有更加高效、更具描述性、更易理解与操作的数控语言将G，M代码取而代之。
2）广泛应用STEP-NC控制器。由于CNC生成最终的加工程序可以实现完全自动化且不需要任何的后续处理，所以业内人士有理由相信STEP-NC控制器不久就会被研发出来。想必到时的CNC系统，在读取网络相关数据信息时是十分的智能和便捷。
3）重新划分CAD、CNC、CAM各自的功能。为了支持机床的自适控制，并且实现上游工序可以清楚看到加工的实际情况，以达到提高加工质量的效果，需要实现CAD/CNC/CAM三者的双向无缝连接。因此，需要重新划分CAD、CNC、CAM各自的功能。
4）提高生产效率。根据STEP Tools公司最新的研究数据显示：应用STEP-NC能使当前的生产数据准备时间缩短75%，加工时间缩短50%。
5）实现数据兼容。可以预见管理系统，如PDM、ERP等等，都将延伸向生产现场，那时把全部CAX系统都加诸于同一个标准准则之下，从而完全消除长期困扰人们的数据不兼容问题，人类的制造业也不会再因为数据的不兼容而损失上千亿美元的社会财富。并且可以预见，管理系统也将会为并行工程、网上制造、敏捷制造等等这些先进的制造技术与模式提供更好的技术基础。
参考文献
[1]史友平.变电站综合自动化中微机保护单元设计[J].现代商贸工业，2010（11）.
[2]苏玉玲，徐亚品.电厂热工自动化技术的现状及发展[J].经营管理者，2011（14）：5-15.
[3]汪涛.PLC在饮料包装自动化控制中的应用及前景[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2010（10）.
[4]杨建平，刘艳玲.自动化记住在机械应用中的发展研究[J].中小企业管理与科技（上半月），2008（01）：3-4.
[5]马振华，李丹.论我国机械自动化的发展应该注意的几个问题[J].科技资讯，2008（15）：12-18.
关键词 机械制造；STEP；自动化制造；前景
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）031-003-02
由于CAX技术的广泛应用和飞速发展，再加上经济全球化程度的不断加深，共享产品数据在制造业中的重要性得到大幅提高。截止当前，据调查数据统计结果显示，由于各地区产品数据不兼容，致使全球制造产业领域直接损失达上千亿美元，而间接损失更是庞大到难以统计。这种因资源的不共享所造成的损失，如果能够加强全球的联合建设，是可以完全避免的。对于资源不共享而造成的巨大的经济损失，人类其实早已形成了共识，为此，国际标准化组织ISO在世界范围内组织了两百多名专家致力于产品数据的新标准的研发。在经过了数年的努力之后，产品模型数据的转换标准——STEP终于被研发出来。
1994年，STEP作为国际标准（ISO-10303）被正式确定下来，CAD系统中开始广泛地应用STEP，并最后实现了CAD系统之间的数据共享；而STEP的应用还在不断地向其他的领域中扩展。但是，尽管STEP在不断地被各领域应用，数据系统仍然是沿用惯常的ISO6983，在这种情况下，制造模型与设计模型之间还是存在着不兼容的现象，这无疑阻碍了制造业技术的深层发展。情况的转折点是1997年OPTIMAL计划的提出，并且当时STEP-NC已经被开发出来。STEP-NC，作为一种数据接口，是面向对象且完全遵从STEP标准的。
在STEP-NC的研究中，先后有美国、韩国、日本、瑞士等国家对此项目的不懈研究，并且都取得了很大的进展。
1 关于STEP
STEP作为产品信息的交换与表达的国际标准，其目的就是为了实现产品数据的共享，它涉及拓扑、几何、属性、公差、装配关系等的交换与表达。关于STEP的最大优点，当数它的可扩展性和结构的开放性。在描述信息方面，STEP拥有属于自己的语言，这种语言被称作EXPRESS，而EXPRESS作为当前唯一广泛应用的语言，用于描述三维实体复杂性。
STEP包括信息模型和基层结构两大部分。信息模型，是定义与行业相关的资源信息以及应用协议的；而基层结构，则是规定了文件的格式、并规定检测与编程界面等之类的问题。现阶段，除了电子和通用机械之外，绝大多数的行业都仍然处于应用协议的开发、完善阶段。而到目前，在相关的工程制造方面和设计方面，已经完成了STEP应用协议制定的一共只有40个左右。
2 STEP的关键技术
STEP-NC自1997年的研发以来，制造业中关于STEP的应用已经成为工业化国家中的热点研究对象。在所有的热点研究课题中，美国有Super Model项目、欧洲有MATRAS计划和OPTIMAL、日本有Digital Master项目、韩国有STEP-NC项目，这些都是十分有代表性的项目。而上述热点研究国家主要都是集中在数据库、标准以及STEP-NC的控制器这三个方面的研究。
1）数据库的研究。对于STEP-NC所涵盖的特殊定义、几何模型、工艺流程、公差定义等等这些信息都是必须通过一个相同的智能接口，才能完整地被集成到一个产品模型的数据库中。在数据库的研究当中，STEP Tools公司是最具代表性的，主要因为该公司于新世纪两千年开始了“超级模型”——Super Model的项目研究。“超级模型”项目的英文全称是Model Driven Intelligent Control of Manufacturing，该项目主要是为了建立一个包含可直接驱动数据铣床、零件所有制造特征的数据库，之后再向PDM、数控车削等目标的扩展。STEP Tools公司最终在“超级模型”项目中开发了两项新技术，分别是EXPRESS-X和STEP/XML，由于这两项技术的应用中，数控编程都是被简化了的，因此，给CNC可以在因特网上直接查找产品数据奠定了坚实的基础。
2）标准的研究。当前已经制定的关于STEP和STEP-NC的标准，涉及的行业通常是汽车、飞机、造船业、机械设计、电子电路等。关于STEP-NC已经制定的标准草案（ISO-DIS-14649），它包括通用数据、基本概念及规则、铣削刀具、数控铣削加工等。目前正在制定中的STEP-NC标准有：放电加工、数控车削加工、监控、玻璃木材的铣削等等。
3）STEP-NC控制器。目前的STEP Tools公司正在研制机床控制器的软件，这款软件是用于直接读取Super Model的。此外，还有POHANG科技大学（韩国）、Siemens公司（德国）等都在致力于控制器的积极研究。而在无数不少的研究当中，Siemens公司取得了丰硕的成果。
3 机械制造领域中的STEP
STEP在机械制造领域中的扩展主要指向CAM领域和CNC领域的扩展。STEP的诞生，在CAM领域主要是实现了系统间数据的共享，但是因为还是存在着技术问题，这一数据共享是需要通过设计者对各种信息的多重转换，才能最终实现数据共享的效果。而在CNC领域，自动化制造的基础设备是数控机床，数控机床从研发至今一直沿用的开放式CNC数控程序都是G，M代码。而一律沿用G，M代码，使得目前的编程标准存在众多的问题，如现场编程困难，不能真正实现智能化，单向传输数据无法支持先进的制造模式，覆盖面窄造成系统间的不兼容，不支持高速加工和五轴铣以及生产效率低等等。
4 基于STEP的自动化制造前景 STEP给机械制造业带来的便利是有目共睹的，不容乐观的现实情况是，目前制造业中的大部分STEP的标准都还没有形成，STEP-NC技术的研究也还是处于初始的起步阶段。但是，依据目前制造业的发展趋势，且据有关专业的数据统计与研究显示，STEP一定会越来越深刻的影响自动化制造技术，而且会在制造业中进行一个全新的变革。作为专业人士，在此坚信STEP在自动化制造中的远大发展前景。
1）淘汰G，M代码。由上文的第4大部分可知，当前的数控机床从研发至今一直沿用的开放式CNC数控程序都是G，M代码（ISO-6983），而G，M代码明显存在着众多的弊端，因此一定会有更加高效、更具描述性、更易理解与操作的数控语言将G，M代码取而代之。
2）广泛应用STEP-NC控制器。由于CNC生成最终的加工程序可以实现完全自动化且不需要任何的后续处理，所以业内人士有理由相信STEP-NC控制器不久就会被研发出来。想必到时的CNC系统，在读取网络相关数据信息时是十分的智能和便捷。
3）重新划分CAD、CNC、CAM各自的功能。为了支持机床的自适控制，并且实现上游工序可以清楚看到加工的实际情况，以达到提高加工质量的效果，需要实现CAD/CNC/CAM三者的双向无缝连接。因此，需要重新划分CAD、CNC、CAM各自的功能。
4）提高生产效率。根据STEP Tools公司最新的研究数据显示：应用STEP-NC能使当前的生产数据准备时间缩短75%，加工时间缩短50%。
5）实现数据兼容。可以预见管理系统，如PDM、ERP等等，都将延伸向生产现场，那时把全部CAX系统都加诸于同一个标准准则之下，从而完全消除长期困扰人们的数据不兼容问题，人类的制造业也不会再因为数据的不兼容而损失上千亿美元的社会财富。并且可以预见，管理系统也将会为并行工程、网上制造、敏捷制造等等这些先进的制造技术与模式提供更好的技术基础。
参考文献
[1]史友平.变电站综合自动化中微机保护单元设计[J].现代商贸工业，2010（11）.
[2]苏玉玲，徐亚品.电厂热工自动化技术的现状及发展[J].经营管理者，2011（14）：5-15.
[3]汪涛.PLC在饮料包装自动化控制中的应用及前景[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2010（10）.
[4]杨建平，刘艳玲.自动化记住在机械应用中的发展研究[J].中小企业管理与科技（上半月），2008（01）：3-4.
[5]马振华，李丹.论我国机械自动化的发展应该注意的几个问题[J].科技资讯，2008（15）：12-18.