三維設(shè)計數(shù)據(jù)中間格式STEP標(biāo)準(zhǔn)淺析

盛希 趙衛(wèi)民 李偉 苑琦

【摘要】本文著重探討了STEP標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于數(shù)據(jù)存檔的可行性，為未來STEP的進(jìn)一部開發(fā)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化；三維設(shè)計數(shù)據(jù)；歸檔；STEP

近年來，隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)正不斷應(yīng)用于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)以及社會發(fā)展中。在制造業(yè)中也不例外，數(shù)字化技術(shù)正在不斷完善自動化制造技術(shù)以及相關(guān)的管理辦法。在未來的發(fā)展中，數(shù)字化技術(shù)在提升制造業(yè)創(chuàng)新能力和產(chǎn)品競爭力中扮演著重要的角色。在當(dāng)前的制造行業(yè)中，采用最多的制造技術(shù)是以MBD為基礎(chǔ)的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計和制造技術(shù)，在當(dāng)前產(chǎn)品的制造生產(chǎn)中，三維數(shù)字化模型逐步成為設(shè)計的主要數(shù)據(jù)來源。因此，在目前產(chǎn)品的制造生產(chǎn)中，為了便于同類產(chǎn)品或者高一級產(chǎn)品的制造，三維設(shè)計數(shù)據(jù)的歸檔已經(jīng)成為各個制造商所面臨的嚴(yán)峻問題。除此之外，對于使用壽命較長的產(chǎn)品，其設(shè)計數(shù)據(jù)的檔案利用期限必須要求大于產(chǎn)品的壽命，而隨著計算機軟硬件的更新和升級，較早歸檔的設(shè)計數(shù)據(jù)能否被利用也是一個目前急需解決的問題?？傊?，在當(dāng)前新的形勢下，如何實現(xiàn)三維設(shè)計數(shù)據(jù)可靠歸檔，如何保證三維設(shè)計數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化是項目管理人員急需解決的問題。

目前，國外有些國家已經(jīng)采用了先進(jìn)的、規(guī)范的歸檔辦法實現(xiàn)對三維設(shè)計數(shù)據(jù)的歸檔。本文研究了當(dāng)前三維數(shù)據(jù)的歸檔背景，討論了以中性化表達(dá)、存儲和可視化瀏覽技術(shù)實現(xiàn)三維設(shè)計數(shù)據(jù)的存檔可行性。

一、基于中間格式的歸檔方案研究

首先，傳統(tǒng)的原始格式只針對一種CAD，而且傳統(tǒng)原始的格式根據(jù)軟件的不同有不同的格式。如PRO/E軟件對應(yīng)的原始格式的后綴為.asm，Solidworks軟件對應(yīng)的原始格式的后綴為.sldasm，Invetor軟件對應(yīng)原始格式的后綴為.iam。原始格式的文件只能被指定的軟件所識別和讀取。

中間數(shù)據(jù)格式又被稱為中性化數(shù)據(jù)格式?；谥虚g數(shù)據(jù)格式可以實現(xiàn)不同版本、不同廠商或者不同品牌CAD數(shù)據(jù)模型之間的相互轉(zhuǎn)換。中間數(shù)據(jù)格式是目前新型衍生出來的一種CAD格式，優(yōu)勢在于可以被絕大部分的CAD軟件所識別。

當(dāng)前常用的中間數(shù)據(jù)格式主要是區(qū)別于CAD格式的，該格式是由標(biāo)準(zhǔn)化組織所定義的，常見的此類中間數(shù)據(jù)格式有：JT，DXF，STEP-ISO等。除此之外，還有一種中間數(shù)據(jù)格式是基于標(biāo)準(zhǔn)化定義的基礎(chǔ)上，衍生出不同CAD廠商均可以讀取和識別的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，從而可以實現(xiàn)三維設(shè)計數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換。

據(jù)研究統(tǒng)計：常用的中間數(shù)據(jù)格式主要有基于CAD的DXF文件，國際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用的STEP軟件和美國標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用下的IGES軟件。除此之外，還有更高一級別的法國標(biāo)準(zhǔn)的SET標(biāo)準(zhǔn)和德國的VDA-FS標(biāo)準(zhǔn)。

二、STEP標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用研究

所謂STEP是由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO組織）下的一個分委員會制定的一個實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)交換的國際標(biāo)準(zhǔn)。簡單的說，STEP標(biāo)準(zhǔn)是ISO標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是由很多部分組成的，而且很多基本的組成部分已經(jīng)確定了，但是所公布的標(biāo)準(zhǔn)仍在開發(fā)中。STEP標(biāo)準(zhǔn)除了應(yīng)用于工業(yè)中外，還廣泛應(yīng)用于一般行業(yè)中的測試過程、資料格式以及編程的接口等。據(jù)研究表明，STEP標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被世界很多國家公認(rèn)為轉(zhuǎn)換CAD設(shè)計數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，而且很多國家根據(jù)STEP標(biāo)準(zhǔn)制定出了相關(guān)自身國家標(biāo)準(zhǔn)。我國根據(jù)STEP標(biāo)準(zhǔn)制定的標(biāo)準(zhǔn)為GB16656。

（一）STEP標(biāo)準(zhǔn)特性研究。STEP區(qū)別于其他標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢在于：STEP標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性，實用性，可擴充性以及國際性和獨立性。1.先進(jìn)性。STEP標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：設(shè)計數(shù)據(jù)之間的交換速度高、安全性高，值得注意的是基于STEP標(biāo)準(zhǔn)不僅可以實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，還可以實現(xiàn)國際公司的數(shù)據(jù)交換。區(qū)別于其他標(biāo)準(zhǔn)，STEP標(biāo)準(zhǔn)是能夠被計算機所理解。2.實用性。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織根據(jù)STEP標(biāo)準(zhǔn)、根據(jù)不同的行業(yè)領(lǐng)域制定了不同的應(yīng)用協(xié)議，而且這些應(yīng)用協(xié)議的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，除了傳統(tǒng)的二維工程圖、三維裝配圖外，還可以應(yīng)用于汽車、輪船、飛機、電氣工程和機械設(shè)計等領(lǐng)域中。因此，STEP具有較好的實用性。3.可擴充性?；贓XPRESS語言，STEP標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)⑷魏涡枰D(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確的描述其結(jié)構(gòu)和條件。該語言除了可以描述結(jié)構(gòu)外還能夠描述約束。4.國際性。STEP標(biāo)準(zhǔn)是由ISO組織開發(fā)的，該標(biāo)準(zhǔn)是由用戶開發(fā)的而不是由供應(yīng)商開發(fā)的。而且，STEP標(biāo)準(zhǔn)仍然在不斷地更新和升級，可以長期應(yīng)用于三維設(shè)計數(shù)據(jù)的歸檔。5.獨立性?；赟TEP標(biāo)準(zhǔn)可以為所制造的產(chǎn)品確定獨特的定義和計算機可以處理的表達(dá)形式。因此，STEP標(biāo)準(zhǔn)是獨立于任何形式的計算機系統(tǒng)。

（二）STEP標(biāo)準(zhǔn)的作用研究。根據(jù)相關(guān)研究表明，STEP標(biāo)準(zhǔn)的作用主要表現(xiàn)為以下幾個方面：1.STEP標(biāo)準(zhǔn)可以實現(xiàn)三維設(shè)計數(shù)據(jù)的交換和共享。該作用是STEP標(biāo)準(zhǔn)的主要作用之一。我國應(yīng)用STEP標(biāo)準(zhǔn)的主要目的在于實現(xiàn)CAD和CAM系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換。2.STEP標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)⒉煌袠I(yè)應(yīng)用系統(tǒng)所生成數(shù)據(jù)信息存儲于一個數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫中的信息能夠為將來企業(yè)的發(fā)展帶來很大的幫助。3.STEP標(biāo)準(zhǔn)可以實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)信息的長期存儲和保存。在信息技術(shù)高速發(fā)達(dá)的時代，軟硬件的更新?lián)Q代速度明顯加快，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)是很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的長期存檔。而STEP標(biāo)準(zhǔn)由于其軟件相對獨立的特性使得其可以實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)的長期存檔。

三、總結(jié)

在信息時代高速發(fā)展的時代，如何實現(xiàn)對以前產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)的可追溯性是當(dāng)前一個急需解決的問題。STEP標(biāo)準(zhǔn)由于其獨特的優(yōu)勢和目前應(yīng)用中發(fā)揮的作用在未來的一段時間內(nèi)成為數(shù)據(jù)信息存檔的關(guān)鍵手段之一。但是，STEP的開發(fā)僅僅是剛剛開發(fā)而已，在今后的制造業(yè)中還需投入大量的人力、物力和財力等。

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