STEP 格式的现状和前景

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在早期的机械 CAD 中，不需要交换文件。MCAD 很少见，因此系统不兼容并不重要。但到 1976 年，MCAD 在美国空军中得到了如此广泛的应用，以至于有必要找到一种方法来降低将文件从设计人员传输到制造承包商的成本。解决方案是在一种称为初始图形交换规范（简称 IGES）的格式中找到的。

1.从 IGES 到 PDES 和 STEP

随着时间的推移，IGES 支持越来越多的特定于越来越多的 MCAD 系统的数据类型，但已经逐渐增长并变得笨拙。德国汽车工业随后开发了自己广泛使用的车辆表面形状数据交换标准 - VDA-FS。它是一个不方便的标准的现代替代品。

因此，IGES 指导委员会开始致力于定义新的总体文件格式 PDES（产品数据交换规范）。“PDES 旨在支持产品描述的所有方面，从最初的概念到产品设计、制造、维护和处置，”美国商务部表示，它与今天的 PLM 非常相似。

1985 年，委员会将 PDES 提交给 ISO 工作组，该工作组正在开发一种通用文件格式，其灵活性足以涵盖“从微芯片到战舰的所有内容”。STEP（产品模型数据交换标准）就是这样出现的。

STEP 是作为一种可扩展格式创建的，可以随着新技术的出现而扩展。它实现了对继承的支持——例如，辐条可以继承它所在的钢轮的属性。这些定义由面向对象的数据编程语言 EXPRESS 给出。

STEP 的第一期于 1995 年发行。今天，STEP 包含 800 个标准（见下图），其中四个面向最终用户，其余是可重用定义库：

AP203 用于实体模型 (1995)
AP214 组件 (2003)
AP242 注释 (2015)
AP242e2 公差（去年）

STEP概念/应用程序对象

此图显示了STEP和STEP-NC的概念或应用程序对象以及它们之间的关系，以及到定义的链接。这些定义对工程专业人员来说是有意义的，包括工件、工作计划和产品形状等高级概念。

浏览器文本搜索功能是查找概念的最快方式。避免使用Internet Explorer或Safari，它们显示图表，但不完全支持以下链接的SVG。所有其他浏览器都可以正常工作。更新2020年10月29日FDIS投票

2.加工步骤

IGES 的最初目标是使通用电气等制造商能够更轻松地使用来自使用不兼容 MCAD 文件格式的供应商的 3D 模型。这个过程看起来像这样，今天它仍然是这样的：

（1）CAD 操作员在不考虑生产过程的情况下制作图纸。

（2）CAM 操作员开发生产过程。

（3）CAM 软件中的后处理器生成包含机器指令的 G 代码。

C（4）NC 机床操作员密切监控加工过程，以确保设计的零件已正确制造。

Martin Hardwicke 告诉我，今天有一种直接从 CAD 转向 CNC 的愿望。

（1）CAD 操作员制作专注于制造的 3D 模型。

（2）CAD 中的后处理器会创建一个 STEP-NC 文件。

（3）CNC 机床使用 STEP-NC 进行自动化、优化加工（见下图）。

STEP 中添加了称为 STEP-NC（数控）的零件加工扩展：

（1）AP238 Precision 版本 1 (2005)

（2）用于精密组装的 AP238 版本 2（去年）

增加 AP242e2 容差允许 STEP 用于自动化制造。当您知道生产必须满足的公差后，您就可以将零件加工成这些公差。在此之前，机器控制是盲目的，没有关于允许什么的信息。

美国国家标准与技术研究所创建的测试文件展示了 AP242 表示和语义几何公差

CAM 本质上是复杂的。“以前，操作员明白这一点；现在软件必须解决这个问题，”AP242e2 的推出标志着 CAM 软件的大规模改写，并非所有公司都能负担得起。部分由于近年来这种变化，许多 CAM 公司（如 Cimitron、GibbsCAM、MasterCAM、SigmaNEST 和 Vericut）已被出售给山特维克等大公司。

每年，更多的过程数据被添加到 STEP-NC 中，以了解如何铣削、钻孔或锐化零件、如何驱动它、以什么速度等。关键是要知道应该进行哪些操作和顺序执行时考虑了最佳刀具路径。当数据量很大时，智能控制器软件应该能够处理所有这些。

自 2017 年以来，STEP-NC 已被用于为波音 787 等商用飞机制造数百万个 5 轴零件。STEP-NC 现在准备将数据直接从 CAD 传输到 2.5 轴 CNC 铣床。此外，他正在准备 3D 打印，与此相关， STEP-NC 称为“PDF 处理”。

3.ODA 扩展到 STEP

开放设计联盟开发代码，例如用于读取和写入 DWG 和 PDF 文件，联盟成员 CAD 软件公司将这些代码用于商业用途。通过代表 1,200 名成员开发代码，联盟免除了他们自己开发代码的需要。

五年前，该组织大幅扩展了其产品。从提供单独的 SDK（自 1998 年起），它已发展成为处理 CAD 和 BIM 文件的完整技术套件，包括 Web 协作、版本控制以及在支持内置实体建模和约束的任何平台上进行渲染。

今年早些时候，ODA 宣布支持 STEP，理由是 ODA 成员的强烈需求，因为现有的 STEP 库价格昂贵且免版税，ODA 主席 Neil Peterson 在接受采访时告诉我。在某些情况下，STEP 不作为单独的组件获得许可，而是作为一组转换器的一部分获得许可。一些库是公开可用的，但缺乏功能。他说，市场上没有可供小公司使用的具有成本效益的高质量图书馆。

STEP 如何融入开放设计联盟提供的 API/SDK

一些 ODA 成员只需要访问 STEP 文件。其他使用 ODA 的 IFC API 进行建筑设计的人同时想要：IFC 用于建筑设计，STEP 用于室内机床。ODA 将 STEP 支持视为一项长期优先事项。

鉴于 STEP 文件和 EXPRESS 编程语言极其复杂，我想知道如何快速完成这项工作。毕竟，近三年来，PDES 一直致力于解决这个问题。

“我们在国际金融公司获得了相关经验，”彼得森先生说。“与 IFC 一样，STEP 是使用 EXPRESS 模式定义的，因此我们可以使用我们为 IFC 开发的自动化框架来快速创建高质量的 STEP 解决方案。” 此外，ODA 是 PDES 的成员，该组织支持 STEP 标准，就像它在 IFC 上与 buildSMART 合作一样。ODA 从 PDES 接收测试数据，并与设置标准扩展的委员会合作。

ODA 图表如下所示：

（1）到今年年底，计划发布 STEP SDK 的初始版本，支持对 AP203、AP214 和 AP242 的读/写支持。

（2）到 2022 年底，ODA 计划在桌面、移动设备和 Web 上全面支持相同的三种标准，包括类似于 ODA 的 IFC 和 DWG 查看器的免费商业级 STEP 查看器。

（3）该联盟计划将 STEP 模型发布为 2D/3D PDF，并将 STEP 转换为 Navisworks 和 DWG 等格式。

从 ODA 获取 STEP API 的成本将是“免费的”。也就是说，每年支付 1,800 美元的 ODA 会员费的会员在 STEP 可用后无需支付任何额外费用，也不收取版税。这可能会压低其他 STEP 供应商的价格，例如美国的 STEP Tools、瑞典的 EPA 和德国的 ProSTEP。