（机械制造及其自动化专业论文）基于step的产品数据共享与交换技术的研究与应用.pdf

：。：。蛰墅甄蒙釜墨釜耋璧遒塞：。：。：。 揍要 随潜现代加工技术的发展，c a d c a m 技术开始广泛地为人们所接受。因此， 生产加工过程对产鼎数据交换标凇的需求也隧之呼之欲出，s t e p 标准开始进 入天翻豹褪舅。隧麓s t e p 挥准在工翟中应鼹藏圈蕊强宽，应麓深凄也在逐步 加深，因此在工程应用的过程中，许多应用方面的相关技术需要进行研究。 为此，本文在对s t e p 标准避行研究的基础上，分析了客户定制系统对 s t e p 标瀑的客理需露，明确了s t e p 标准在窖户定刳系统中掰震要镟鼹工俘， 嗣时对s t e p 标准酾工诈方式进行了比较，选敬适合本研究课题的实现方式， 并采用j a v a 技术呵s q 、e p 标准进行结合，实现以网络为运行平台的客户定制 系统。同时，由t - p d m 系统应用的日益广泛，产生了将客户定制系统与p d m 系统逡彳亍结合熬熹求。本文在客户定铡系统麴蒸整上，搽谗了翔鹰籍客户定 制系统与p d m 系统进行有机的结合，从而提高生产效率，并根据研究结浆搭 建了以客户定制系统和p d m 系统为核心的整套繇统结构。 本文对s t e p 拣礁在客户定铡系统中的应蠲方式进行了鞣究，建立了以产 品参数亿定制和数据共享为目标的研究方向，设计出了能满足客户参与设计 工程需求的客户定制系统，解决了s t e p 标准应用在工程系统中所需解决的技 术瓶颈，并以a p 2 0 3 协议为主要的研究目标，解决其在工穰应用中相关技术 繇节。 间时，为了解决在整体系统中实现分布式和集中式的体繇结构，本文对 系统的架构方式进行了研究，并掇出了相应的解决方案，通过建立存储路径 数据岸，建立了p d m 系统与客户定锻系统之闷戆联系撰粱，莠敬此为基皴， 实现了p d m 系统与溶户定制系统之问的无缝巢成，从而解决了客户定制系统 与p d m 系统之间的数据共享的技术问题，同时给出了以a p 2 0 3 协议为基础的 参数化定制系统的实例，通过实例具体阐述了s 1 、e p 标准在工程中的实际应用。 敷居，本文蕊缝了全文静磷究缩莱，在诧蘩磁上形残了系统静整体绪构 的搭建工作，并完成了部分模块的开发工作。 关键谰：s t e p 标准，p d m 系统，a p 2 0 3 ，x m l ：。：。：鲨垡鏊旌篓堑鐾垂鸯黛潼二。：。：。一 a b s t r a c t w i 冁t h ed e v e l o p m e n to fa d v a n c e dm a n u f a c t u r e t e c h n o l o g y , c a d c a m s y s t e mh a sc o m e t ob ea c c e p t e db y p e o p l e t h e r e f o r e ，t h ed e m a n d o f p r o d u c t d a t a e x c h a n g ec r i t e r i o nw i l lb en e e d e di nt h em a n u f a c t u r e ，a n dt h es t a n d a r do fs t e p b e c o m e so n eo ft h ec h o i c e s 。a tt h es a m et i m e 。w i 趣t h es c o p eo fe n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o nb e c o m i n g w i d e r , t h ed e p t ho f a p p l i c a t i o n h a sb e e n i n c r e a s i n g i n t h e c o u r s eo f a p p l i c a t i o nm a n yt e c h n o l o g i e sn e e d t ob er e s e a r c h e d t h e r e f o r e ，o nt h eb a s i so fi n v e s t i g a t i n gt h es t e ps t a n d a r d ，t h ep a p e ra n a l y s e s t h er o l eo fs t e ps t a n d a r dp l a y si nt h ec u s t o m e r c u s t o m i z i n gs y s t e ma n d t h ew a y o f i n t e g r a t i n gp d ms y s t e m 巅氇c u s t o m e rc u s t o m i z i n gs y s t e m s i m u l t a n e i t y , t h e p a p e rc o n i e s t oc o m p a r et h ew a y st h a ts t e ps t a n d a r dw o r k s ，c h o o s e st h eb e s tw a y t oi m p l e m e n to b j e c ta n dd e v e l o p sas y s t e mw h i c hr u n so nt h ej n t e r n e tw i t hj a v a t e c h n o l o g y a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hr e s u l t ，t h ep a p e rb u i l d st h ew h o l es t r u c t u r e w h i c hi sw i t ht h ec o l eo fc u s t o m e rc u s t o m i z i n gs y s t e ma n dp d m s y s t e m t o i n c r e a s et h ep r o d u c t i v i t y t h ew r i t e rr e s e a r c h e dt h ew a yo fs t e ps t a n d a r da p p l y i n gi nt h ec u s t o m e r c u s t o m i z i n gs y s t e ma n de s t a b l i s h e st h er e s e a r c hg o a lo fp r o d u c tp a r a m e t e rd e s i g n a n dd a t a e x c h a n g e a c c o r d i n g t ot h e g o a l ，t h ep a p e rd e s i g n s t h ec u s t o m e r c u s t o m i z i n gs y s t e mw h i c hm e e t st h en e e dt h a tt h ec u s t o m e rc a nj o i nt h ec o u r s eo f p r o d u c td e s i g n a so n ep a r to fa l lr e s e a r c h e s ，t h ep a p e rs t u d i e sh o w 幻b 毯i l d 氇ed i s t r i b u t e d a n d i n t e g r a t e ds y s t e mm a dp u t sf o r w a r dt h ec o r r e s p o n d i n g r e s o l u t i o n s ，b u i l d i n g t h e r e l a t i o nb r i d g eo fp d m s y s t e ma n dc u s t o m e rc u s t o m i z i n gs y s t e m o nt h eb a s i so f i t ，t h ep a p e rf i n a l l yi n t e g r a t e st h ep d m s y s t e mw i t ht h ec u s t o m e rc u s t o m i z i n g s y s t e m 。 a tl a s t ，t h ep a p e rs u m m a r i z e st h ea l lr e s e a r c h e s b u i l d st h ew h o l es y s t e m s s t r u c t u r ea n df i n i s h e ss o m em o d u l e so f t h e s y s t e m k e yw o r d s ：s t e rp d m ，a p 2 0 3 ，x m l 2 ：，。：。：鱼鹜坠墓羹堡鐾篓錾途薹：。：一 第一章绪论 1 1 基于s t e p 的产品数据共事与交换研究状况及发展 趋势 。1 。1 基手群辨的产品数据共享与嶷换技术的起源 随慧社会生产力的发展，当今的产品生产加工方式也猩发生着日新用异 鲍变化。几何造型技术和计算枫技术躲誉鼗发鼹推动着产黠糖工生产方式页 与之稳适应得发展。计算机在产龋造型方面静应用越来越深入，各种c a d 系 统应运而生，c a d 系统的应用范围已同益广泛，无论是在企业内部各部门之间， 还是在不同企业、不同行业之间，部需要有大嫩的c a d 系统信息进行交换， 否粼裁会产生蔫意蕃菹箍璇象静发叟。毽诧，生产燕：过翟对产品数撂交羧禄 准的需h 求也随之呼之欲出，各种数据交换标准也不断产生。 s t e p 标准是在p d e s ( p r o d u c t d a t a e x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ) 的基础上，并参 考其它蠢关兹数据袭达帮交换标凇，i s o 予1 9 8 0 每把p d e s 文本 睾为s t e p 标 准的建议草案发表，1 9 9 3 年起将s t e p 中较成熟部分陆续发表，其正式代号为 1 0 3 0 3 ，是一个计算机可理解的关于产品数据液达和交换的圈际标准。s t e p 标准的产生代表着数据交换标准避入了新的领域。其目的趋提供一种不依赖 予其 搴系统懿中鏊飘麓，麓够攒述产品整个生愈蠲麓中承产赫数据。它不仅 适合文件交换，而且是实现和共享产品数据辟及产品数据长期存档的基础， 由于产鼎生命周期包括产品的设计、制造、使用、维护和报废等，因此产品 在各除段中瘊产生鹣信息疑多又复杂，蠢置分散在不目豹鄂门耪圭氇区，圜露 产品信息应以计算梳能理解的形式表示，而且在交换时傈持一致和完整。 s t e p 标准是一个由多个部分组成的国际标凇，能满足所有应用c a d 系统 的工业部门对产品数据传输的需要。s t e p 标准l ；仅允许公铆在晦部高效率缝 交换数掇，还可以谴经销与国器上黝合律饫斧交换数据。为保持其在整赛市 场上的竞争力，这些公司需要保证此种数据交抉的连续性、精确性和适时性。 与熊它数据传输标准不同的是，s t e p 是计辨机可理解的。它支持设计熏 爱、数摄保存，并且在产晶兹整个生鑫周期均掇摸了对萁数撵瓣访潺。产瑟 开笈策昭，并行工程、企业集成、电子商务和旗量管理规划，将在s t e p 的应 用中受益非浅，这使得它们将给企业带来广泛的影响。 ：。：。：鸯鋈鐾妊警堡鋈耋鸯照鎏：。：，。 产品数据的表达是产品信息液达中的重要组成部分，目前公认的国际标 准为产磊模型数据交换标准( s t a n d a r d f o rt h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ) ， 因此磷究针对s t e p 产品数据的共摩和交换技术其有更重要的意义。 1 。1 2 基于s t e p 的产品数据共享与交换技术的痰用领域 s t e p 标准的应溺范围随着应用的推广丽不断的被拓宽。通过克服设计、 制造和支持领域在灵活性方面的障碍，s t e p 将使生产者在降低成本和上市时 间的同时，达到新的和更高的质慧与生产效率水平。鉴于以上的优点，现在 国内努对s t e p 耘恣靛瘦弱给予了缦高静蘩l 培。磊前，s t e p 应箱壤藏援为广 泛，现举例如下： 审数据交换这是开发s t e p 的初衷，也是s t e p 的主鼹用途之一。s t e p 在我国靛主要应鬟也是在这个领域，臻予在e 蠡b e a 麓系统锋送行数据 交换。使瑁针对s t e p 的应用丌发的一艘工具软件，如s t e p t o o l s 公司 的s t e p - d e v e l o p e r ，可大火简化e x p r e s s 语言转换到编程语言的工 作。 夺产品数据澎贸渖嘲搀金、韭各个领域豹应臻翟序集成蓟金敛豹 个公用数据库上，使企业使用了多年的经营方面的数据继续给企业带 来效益。利用s t e p 定义产品数据库的好处是：在一* 个地点就可以定 义或我到铡逡产品瑟嚣懿数据，遣可以援割建豹应鬻程序积产瑟数摄 之间建立联系，并且可以扳i s 0 标准米定义和操作产晶数据。 夺并行工程大型项目需礤若干不同学科的专业组协同工作。每个专 业组都有良已的数据库秘应用系统，s t e p 标准及鸯关工具可把这些 蚤不稻丽豹系统缍或个瓣怠工程环麓。 夺产品数据的长期存档产品数据通常要在批量生产结束以后继续 保持1 5 3 0 年以上，满足备件供应需求和企业对用户承担的维护和支 簿承诺。巅攥s t e p 稳产翳数握转换力猿立于生成送整数据夔应震系 统，从而保证了长期存档的产品数据的可用性。 1 。1 。3 基于s t e p 的产晶数搌共享与交按技术的成功范倒 随着s t e p 标准在工业应用中的日益普及和维广，它己引起国内外制造业 的高度煎视。发达国家都在花大力量把s t e p 标准推向工业成用。典型的成功 6 ：。：。：鋈鋈謦蓬耋垒壁窒堡蓬婆二：，。：。 范例很多： 1 ) c s a t r 项睡 c s a t r 项目藏功地采爝s t e p 标准的a p 2 0 3 协议作为中拣交换辊割，在麦 道公司的l o n gb e a c h 分部和s t l o u i s 分部之间交换了c 1 7 机型设备的设计 数据，所交换数据的设计信息约5 2 5 张图纸、2 2 0 0 个零件，总共超过7 5 兆的 数据绩惑，经过该中性瓿鞠实褒了转换，a p 2 0 3 ( 三缍设诗数攥戆酝嚣控麓蛰 议) 被用于实现零件明细表( b o m ) 数据的交换。s t e p 允许在一个数据共享成交 换的环境中，主要制造部门和次爱制造部门所使用的配置管理数据自动同步。 2 ) a e r o s t e p p o w o f s t e p 项爨 a e r o s t e p 磨o 端r s t e p 项嚣爵在实琨波者b o e i n g ) 公司和波音公司指定 机型的各发动机供成商之间实现数字化装配，以便理解、验证和协商存在于 发动机翘发动机组件及构件之间的连接、配合和公差。由于设计是并行、开 羧懿，溺诧需要镖谖设计模型熬及时更薪。数字亿颓装配豹j l 褥特性 鬻复 杂，建议设计更改的解决方案可能导致难以解决的三维几何问题。s t e p 标准 的应用协议a p 2 0 3 在该项目中被用来作为数据化预装配数据的描述和交换协 议。 3 ) a u t o p l o 盯s t e p 转换中心( s t c ) 美网g m 公司成立了s t c s t e p 转换中心并讵式用于生产过程的数据交换， 目前已谯其三个分公司和其它供应商之间进行了数据交换，这是美国汽车工 遂恕s t e p 标接矮子叠主产豹蓄次缀导。 实践证明s t e p 可以应用到大部分的生产领域。当然，目前s t e p 并不能解 决数据交换中的全部问题。但是，s t e p 仍在不断地发展，相信在所有参与者 的努力掺动下，其中浆大部分蠲熬可以缀快避褥到瑟决。 1 2 论文的豳的与意义 本文是疆究薹予s t e p 标准瓣产鑫数嚣共枣与交接技术，并应罐子客户 定制系统，该系统不仅涉及了基于s t e p 标准的产品信息共事和交换技术， 同时还涉及了该技术在网络中的应用以及与先谶的加工制造技术之间的集成 关系，将基于s t e p 标准的产晶债患共享积交换技术与网络技术穗结合，形 成一个产品信怠可定制的企业稽恐发靠系统。满过该系统，不但能够将客户 由原来生产链中的所处的被动地位转变为积极参与，而且能大大的提高产品 的设计质量，使其能满足客户的最根本的客观需求。同时该系统还能大大的 提高产黼匏生产效零，髓快产晶生命周期。 鏊予s t e p 标凇的产品信怠共享和交换的研究首先是为了解决异擒系统 所造成的信息孤岛问题，计算机辅助设i t ( c a d ) 是应用计算机系统辅助进行创 建、修改、分析和优化设汁过程的一项技术。在网络化设计和制造中，构成 产晶懿零搏、缝 孛鞫鼙 孛是自舅蟪设诗荸元羹l 不同熬c a d 系统寒设诗生成 的。彳i 仅一个公司内部的不同部门之间要共享诸如设计、制造、维修和装配 等的产品数据，而且企业的一些合作伙伴也要共享这些数撼。所以，有必要 使不弱的设计单元能够透过一零孛标准故交换强式采共享产菇数摆积信息。通 过这榉的标准交换格式，产品数据能够爝不同的视角来表示，从丽满足多种 制造应用的需求。共事的数据和信息必须能唯一地、精确地和无二义地描述 产品，并且，这些数据应能够独赢予c a d 系统。 袋翔s t e p 蠡恣豹蒙遵在予s i e p 标准已融合成一耱在系统闽交换数据的 中性格式。作为一种国际产：品数据表达技术，s t e p 对产品生命周期中的物理 和功能特征提供无二义的、计算机可识别的描述。随着s t e p 技术在工程上 已褥至绦大多数公司瓣谈可以及其与计算毒足系绞豹裹效结合，疆今大多数黪 c a d 系统都能够输碡j 零件或产晶的s t e p 模型，因此，s t e p 可使得各公司高 效地和其合作者在全球范围内交换信息，而不仅仅是在公司内部。s t e p 作为 中性的计算枫可转换的产品数据袭示，贯穿于产品全生命周期，并且独立予 饪鹰黪定鹣系统。 另外，s t e p 的最熏要的特点燃它的呵扩展性，这1 点与x m l 语言非常 类似。它建立在一种能够正确地描述需要交换的所有工程信息的结构和正确 性条孛的语言基硪上的，这耪语言称为e x p r e s s 。其功能蹙糖逑嚣要交换瓣 有意义的数据的信怠需求和正确性条件，它除了记录数据结构外，还可记载 约束条件，这些正式的约束条件对于数字化产品数据来说，愚一种外在的正 确性标准。s t e p 榕凇正是基于e x p r e s s 语言才使其有出色表现。s t e p 霹 鸯援浃设计蠲麓、改善遇谖、延长数据豹整蠲时阕，丽且，歪霹为它的开敖牲 和可扩展性，使其能满足新型生产模式的设计和制造的需要。e x p r e s s 鼠有 很丰富的数据结构，包括高级的传递结构。 另方覆，由于渗缓麴竞争霸多元纯翡生产方式鲍要求，瘸户参与设计懿 思想已逐渐为现代企业所认同，企业需要一种能将产品设计信息及时发布， 同时可以从客户方获取相应的意见的系统，这种系统将成为企业与客户之间 。：。蕉鎏垄苎垒鋈璺羹蕊婆圣：。：一 韵信息纽带。鼹此，采嗣耩于s t e p 标凇的产晶数掘共享与交歉技术就成为 这种系统的首要支撑技术之一。同时，由于网络技术在现代生产加工技术应 用的不断深入，将网络技术与该系统结台越来就成为一种必然的发展趋势， 这釉技术手段的结台馒褥用户能够更加方便的参与到产品设计的过程中，极 大豹疆嚣了产燕在浚诗过程中弱效率，经葵戆够及时准确蘧野发爨客户漾意 的产品，提高产品在市场的占有率和企业的竞争优势。 本论文通过对基于s t e p 技术的产品数据基享与交换技术的研究及客户 定制系统的开发，实现在不同设计单元产品数据信息的共享和交换机制；同 时基予这种实现方式，建立了面向网络的产晶信息发布系统，形成初步的企 蹙产鑫发蠢门户，使客户参与产晶秘竣计迄程。该系绞不毽麓瀵足爨终位设 计这一先进静生产麓王方式，丽且怒有效的解决由于异鞠系统所造成的 c a d c a m 系统信息的孤岛化，从而使信息能够在更大的范围内得到利用， 有效的提高生产效率。 萋l 。3 论文主要磷究内骞 论文的研究内容包括： 1 研究在企业环境下实现基于s t e p 标准的产品数据共享与交换的实现 方式及机理，如s t e p 标准如何对企业产品数据进行处瑗，分析采用 s t e p 标准的l = 俸方式各有嚣么优缺点，选取合适的髭瑷耄莲到。 2 磺究基予翊络熬产品客户定麓系缀豹挺架结穆，系统采麓b s 模式的 结构，研究处理产品数据的合理模式，从而使产品数据的处理过程有 效和优化，满足从产品数据的处理到结果显示这一系列过程的要求。 3 研究基于a p 2 0 3 协议的产品数据共窜和交换的实现原理，包括a p 2 0 3 游议对产品造型的表达模式，以及慧予这种模式如何对数掘进行获取 鞠楚瑾。 4 ，研究产品客户寇制系统与p d m 系统的无缝集成，包括如何处理客户 定制系统与p d m 系统之间的产品数据传递以及在分布式系统中，数 据的存储形式和客户系统对数据的调用和处理机制。 添要解决的关键问题：选取合适的s t e p 标准工作模式，能够满足产品 鼗攘共事窝交换对复杂爱、效搴霹楚理速躞戆要求：设嚣b s 缀撬戆薅系结 璃，饺其满足网络环境下实现产品数据共攀和交换的要求；设讨+ 系统豹整体 架构，满足该架构下数粥之间的无阻碍传递，以及与p d m 系统的集成。 1 4 支撑课题 本文魏支慧谋邋畜：国家“8 6 3 c i m s ”顼瓣“产基数字诧耱溺与网终交互设 计技术研究和系统开发”资助 项目编号2 0 0 1 a a 4 1 2 2 4 0 ) 、武汉青年科技晨光 讨划项目资助( 2 0 0 0 5 0 0 4 0 3 9 ) 、湖北省自然科学基金资助( 2 0 0 0 j 1 2 2 ) 。 。墼塑錾蓬塑黧型鲨娑。一 第二章产品数据交换标准s t e p 2 1产品模型数据转换标准s t e p 的层次结构 s t e p 标准的制订主骚针对不同的c a x 系统进行一数性的数据交换与资 源共享，特别是程c a x 系绫信息鬃戏基础上进霉亍款产品全生命周嬲数握共事。 s t e p 标准已融合成一种在公司间交换数据的中性格式，作为一种图际产晶数 掇交换技术，s t e p 对产晶生命周期中的物理和功能特征掇供无二义鲍、计算 机可识别的描述。 如图2 1 所示s t e p 的体系结手包括三层：应用层，逻辑层和物理层。最 上层是应用层，包括应用协议及对应的抽象测试集，这是面向具体应用，与 应用有关的一个鼷次。第二层是逻辑层，包括集成资源，是一一个完整的产品 裰型，飘实际应鞠中抽象粥束，并与具体实现无关。最底层是物理层，包括 逻辑层 物理层 n 则形状形式特征 癍翻： 形 显示特征 园 窭馋 ：状 表 瞻式特薤黪灞艇瓣 表面习i 区域特征 线椭 接 陋袈绻稠i 口 尺寸及容差 l 囊缀缀溯 l 卜 廉躐鬻簇瀚 ll 待 形姣售惠 麓黎鳞嗣 材器 葶 l 单位uh 袭示和国澎 集成产品信息模型 中间文件 数据库知识瘴 图2 。ls t e p 的三个层次结构 实现方法，给出具体在计缚机上的实现形式 2 6 。 这三鼷组织终构在形式上类似予数据库的三级模式缝枣每( 夕 模式，穰念 模式和内模式) 。应用层支持以i d e f 0 方法为基础的功能分析，并在此基础上 e 2 吕翌；厶兰亟主位坡g 没计产品数据模型。逻辑层用来生成形式化的规格说明，e x p r e s s 语言就是 支持形式化规格说明的建模语言。物理层来导出和指明形式化的需求规格的 实施机制，目前已定义了该层物理文件和对数据库的标准数据存取接口 ( s d a i ) 3 4 。 s t e p 把产品信息的表达和用于数据交换的实现方法区分开来，将所有内 容分为七大类，每一一类由若干个部分( p a r t ) 组成。各个部分按类别给予不同的 编号。七大类的内容分别是：( 1 ) 描述方法；( 2 ) 通用集成资源；( 3 ) 应用集成资 源：( 4 ) 应用协议；( 5 ) 一致性测试方法论和框架；( 6 ) 与应用协议对应的抽象测 试集；( 7 ) 实现方法。 s t e p 最为重要的一点是可扩充性。它建立于e x p r e s s 语言之上，对任 何需要交换的工程信息，均以e x p r e s s 语言规范描述其结构和诈确条件。另 外，e x p r e s s 语言不仅能描述数据结构，还能表达约束，这些约束条件是数 字化产品数据的一种显式标准。另外s t e p 的重要性关键还在于s t e p 是一个 能拓展的标准，能拓展到任何工业。 2 2s t e p 的体系结构 2 2 1 描述方法 集成资源和应用协议中的产品数据描述要求使用形式化的数据规范语言 来保证描述的一致性。这种形式化语言既具有可读性，又具有能被计算机理 解的形式化程度，有利于计算机应用程序的生成。e x p r e s s 语言就是根据这 些要求制定的数据规范语言，e x p r e s s 提供了对集成资源和应用协议中产品 数据进行标准化描述的机制，而且是整个s t e p 中数据模型的形式化描述工 具。 e x p r e s s 是一种形式化信息建模语言，它吸收了许多语占的功能特点， 特别是a d a ，a l g o l ，c ，c + + ，e u l e r , m o d u l a 2 ，p a s c a l ，p l i ，s q l ，e x p r e s s 不是 一种程序设计语言，不包含输入输出、信息处理、异常处理等语言元素， e x p r e s s 在传统设计语言的数据类型基础上，吸收了面向对象技术中继承等 机制，形成了具有强大表达功能，又易于描述产品数据的数据类型 1 e x p r e s s 的数据类型包括： 夺简单数据类型( n u m b e r ，r e a l ，i n t e g e r ，s t r i n gb o o l e a n ， l o g i c a l ，b i n a r y ) l ， 。：。：。：墼塑王垒塑型莲堇垒邀。：，。一 夺聚合数据类型( a r r a y , l i s t ，b a g , s e t ) 令命名数据炎型( e n t i t y ，t y p e ) 审构造数据类型( e n u m e r a t i o n ，s e l e c t ) 广义数据类型( g e n e r i c ，a g g r e g a t e ) 2 说明：e x p r e s s 通过一些说明束进行描述，包括类爱说明、实体说明、 模式说明、常数说明、过程晚明、规则说明，下馘介绍实体和模式说 剃。 夺实体说明( e n i 、1 1 、y ) ：个实体说明的结构如下： e n t l t y e n t i t y i d 【s u b s u p e r e x p l i c i t - a t t r ) d e r i v e c l a u s e 】 i n v e r s e - c l a u s e j t m i q u e c l a u s e e m i t p i d 是实髂类型拣鼋； 麓，s u b s u p e r 跫实体静予类、麓粪说锈，e x p l i c i t * a t t r 是显式属性说明，d e r i v e c l a u s e 是导出属性说明，i n v e r s e c l a u s e 是逆向属 生懿爨，u n i q u e c l a u s e 是唯一瞧矮熨，w h e r e c l a u s e 楚篷域趣粼。铡懿： e n t i t yc i r c l e c e n t e r ：p o i n h r a d i u s = r e a l ： d e r l v e a r e a ：r e a l ：= p l * r a d i u s * + 2 ： e n d e n t i t y 予类和超类说明是实体说明中的重要部分，子类继承超类的全部特性， 子类釉超类说明体珉了面向对象技术中鲍继承机制，为复杂对象鲍镲怠 建模提供了有力的工具。 夺模式说明( s c h e m a ) ：是e x p r e s s 描述的最外层框架，模式内包含了其 它说明。 s c h e m as c h e m a - i d ： i n t e r f a c e s p e c i f i c a t i o n 界面规范，说明模式之间的引用情况 c o n s t a n t d e c l a r a t i o n e n t i t y d e c l a r a t i o n l f u n c t i o n d e c l a r a t i o n t p r o c e d u r e d e c t a r a t i o n i t y p e d e c l a r a t i o n l r u l e d e c l a r a t i o n e n d s c h e m a 。：。：。：鱼望型釜垄堑鹜篓堡垒鏊：，。：。一 3 界面规范：一般模式内说明的类型、实体等作用域仅限所在模式，别 的s c h e m a 不可用。在实际应用中，一个模式内的说明有时灞引用另一 个模式的资源，为此，e x p r e s s 提供界面规范作为模式间交流的机制， 它包括使用( u s e ) 界面规范和引用( r e f e r e n c e ) 界颤规范。 4 表达式：表达式慧搡作符、操作数、函数调用的缀合，经计算得到某 一类型的值，主要用到规则说明、函数泌明、过稷说明、实体说明中 局部蕊； l | 说明、导出属 鉴说鞠等场合。 j ，执行语句：用于定义函数、过程和规则中的动作。 6 肉都誊量，函数和过程：翔p i ( 强潮率) 、三角函数s i n 等等。 2 。2 2 集成资源 集成资源包撼集成邋蹋资源期集成应赐资源，在s t e p 标准巾不翳的应 阁协议中实际有徽多模型的内容可能是相同的或相似的，如不同领域的几何 模型和管理信息模型必定会有共性方面，如此在s t e p 撂准中把不同领域中 有共性的信息模粼抽取出来，制成标准的集成资源供制定应用协泌时引用。 这些模型可以是不完全的，在引用时还要加一定约束。 s t e p 标准中集成通厢资源中的p a r t 4 2 ：几何与拓扑液示( g e o m e t r i ca n d t o p o l o g i c a l r e p r e s e n t a t i o n ) 详细说明了集成资源中用于几何与拓扑褒示部分， 主要应用予产品模型中凡何外形的显示及表示。 1 几何模型 在诧标准中，定义静几何全部是点、馥线帮赫面，它包括点、曲线和曲 顽e n t i t y 和另一些e n t i t y 定义所需的函数与数据类型。 2 掰挣模垄 拓扑主要指物体之问的连接关系。托扑资源模型的基本应用在边界表示 斡实侮遥整中，毽氇可嗣子任何一个需要程式表示邻接蓑系静应用静闻越， 以复杂程度渐增为序，基本的拓扑实体为顶点、边、路径、环、面及壳( v e r t e x ， e d g e ，p a t h ，l o o p ，f a c e ，s h e l l ) 。 3 几何形状模型 足秘形浚蕊怠模型是建立在凡劈与据羚模登之土豹，凡俺影状模型表示 个产品数掘的任何几何元索的标称形状，它有四个大的模型，框架模型、曲 强模型、实髂模型及几嚣集。其中隧翅嚣模型秘实体模型麓孩心。 ：。：。：鱼鋈墼遒叁堑圭耋鏊途薹。：。：一 2 2 3 应用协议 应矮协议f a 秘怒s t e p 稼灌戆舅一一令重要缀戏部分，它籀定了菜令应麓领 域的内容，包括范阉、信息需求以及用来满足这些要求的鬃成资源，应用协 议的出现使产品数据的表达更加凇确。 s t e p 标准是用来支持广泛鹿瘸领域酶产瑟数据交换静，应该包捶任俺产 品的全生命嗣期静所有数据。但怒在现实静生产过程中，任何擎独的一个祝 构想完整地实现它怒不可能的，凶此s t e p 根据不同的应用领域提出了不同 的子集。当然不同的予集也应该楚标准化的。对于某一个具体的应用领域， 相应熬子集裁稼为纛蠲耱议。霆就，黧采两个系统遵获嗣一个应用漆议，到 他们之间就可以进行数据交换了。 2 。2 。4 实褒方法 文件交换是最简单的s t e p 数据交换方式，几乎所有的主流c a d 系统如 p r o e n g i n e e r ，u n i g r a p h i c s 等都以遮种交换方式对a p 2 0 3 i s o1 9 9 4 d 提供支 持。s t e p 嚣蔻定义瓣交换结橡实瑷先量式委文( c l e a rt e x 0 缡秘交换结携 i s o 1 9 9 4 c ，显式正文怒指文件内容怒人们可读的正文格式，有别于二进制编犸。 应用程序对s t e p 交换文件的读写通过s t e p 文件前后处理器完成。s t e p 文件 前处理器把应用程序的内部数据转换成符合s t e p 交换结构语法盼文件，s t e p 文律霜继理嚣读入s t e p 文斧，越交换结鞫描述鹣数据转换戏接收系统携内部 数据。文件交换对数据结构在应用程序的内部密达没有限制，应用也无需了 解由e x p r e s s 语言袭达的数据模型。 工俸区方式仍然以文 孛寒交换信怠，帮毽禽了文终交换方式熬特毪。与 文件交换不同的是，它提供给应用的是以e x p r e s s 数据模型表达的数据，用 户可以髓过s t e p 定义的标准数据访问界面( s d a i ) f i s o1 9 9 5 来对这些数据 进行操作。其中，s d a i 为应用程序荧在软伟开发中提供了一个一致的数援存 取巧境，应罐程守癸褥妥的数据定义形式是e x p r e s s 语言，数据访闯赛鬣为 s d a i ，不必关心数据存储系统本身的数据定义形式和应用程序接口【2 3 。当然， s d a i 不局限于工作隧交换方式，它也可用于更商层的数据库实现, n - 女n 识库实 现。 数据库实现方式在支持所有的工作区交换功能的基础上，还能借助数据 库管理系统( d b m s ) 存储s t e p 产品数据。用户不仅可以用s d m 访问数据席中 的“品信息，还可以利用d b i v t s 提供的功能实现更高层次的信息共享。例如， 支持并发访问和基于网络的分布式访问，齑接使用数据库的查询与优化功能， 以及支持数据视图与数据安全访问等等。从遮个意义上况，数据库实现方式 更加遥合于虚拟企业信息集成的需要。国内外已对s t e p 的数掘瘁实现作了大 = 萋| 懿王稼，捐美磅究仍然在迸孬当孛。 知识库实现方式应能支持上述三种实现的所有功能，包括文件交换， e x p r e s s 数据操作、数据库支持等。在此基础上，知识库实现还能针对 e x p r e s s 的约束机制对产品数据进行完整的约束检查，能借助领域知识对数 据库中的产品数据进行推理，并向用户提供合理的建议。 2 2 5 一致性浏试 一致性测试是s t e p 标准中的一个重要组成部分，作为s t e p 国际标准， s t e p 要求那些自称是s t e p 实现的，按s t e p 标准开发的系统缀过一致性测 试，确认是否满足s t e p 提出的要求。 i 一致注溅试方法浍鄹疆檠 s t e p 标准中的编号为3 0 系列的部分标准主要解决一致憔测试的基本原 理、测试的基本程序、测试服务、对测试实验室的要求等问越。 对于一个s t e p 实现，具有一致性意味蛰它必须满足s t e p 威用部分的一 致性要求。它是只对一个或几个应用协议粥言的，由应用协议掇出一致性要 求，霹以分为三秘：( 1 ) 强测蕊要求；2 ) 祭謦t 夔要求；( 3 ) 任逡瞧妥求。 一致性测试静髫的怒确定被测实现蹩西满足有关应用协议中提出的一致 性裳求，测试可分为两类： 夺基本测试：提供被测实现具有一致性的初步证据。 夺能力测试：检查被测实现的可见功能是否和协议实现一致性声明中说 明载功提一致。 一致缝评衙遘程包耩疆个玲段：测试准器、测试实施、结采分橱、一致性 测试报告生成。同时，一致性评价过程应保证得到的结果具有可蘑复性、可 比较性和可审计性。 2 抽象测试套件 s t e p 标准p a r t 3 0 0 系歹一致性测试套俘标准与2 0 0 系列瓣应震秘议耘准 稳瓣应。 4 致性测试套件邋豳一组一致性测试硕组成的，每个测试项是根据应用 1 协议中不同的数据模型而规定的测试内容，包括测试要输入的内容、期望输 出的结果和相应的判定准则。 2 8 本章小结 本章简单的介绍了产品模型数据转换标准s t e p 的层次结构以及s t e p 的 体系结构，s t e p 的体系结构主要包括描述方法，集成资源，应用协议，实现 方法和一致性测试。对s t e p 标准的认识是从事基于s t e p 标准的产品数据共 享和交换系统研究的前提条件。 。：。鋈鋈垄姜叁茎垂耋鍪鍪垒薹：。：一 第三章基于j s d ai 的产品数据共享及交换的实现 3 1s t e p 应用的实施步骤 s t e p 撂准挺供了全套季凡翻支持磬稳鏊予标准豹应羯开发。它蕊软箨开发 者能够在更高层次上设计1 软件，使软件在一个较高平台上开发，增加软件的 可靠性和通用性。基于s t e p 应用的实施，概括起来可分为以下几个步骤： 1 建立s t e p 应用的概念模型。具体来讲，就是确定实施所要遵循的 s t e p 应用协议妓g l 耀s t e p 集成资源，用e x p r e s s 谣畜定义s t e p 实藏掰覆盖戆藏璃。 2 将用e x p r e s s 语言定义的概念模懋欢射到具体实施所确定的实现方 法。如采用j a v a 语言，则需将e x p r e s s 语言定义的模式映射到j a 、，a 语言的定义：如采用s d a i 实施具体应用，则需将e x p r e s s 语言定 义的模式映射到s d a i 所规定的数据字典模式；如采用数粥共享方式 实凌s t e p 应溺，震涛e x p r e s s 港富定义酶模式浃裁蘩其薅数据瘁 鲍数据字典中。 3 确定数据交换结构。如s t e p 标准的p a r t 2 1 规定的物理文件结构或 特定的二进制文件格式。产品数据交换的实现方式有中性文件交换、 应用程序接口( s d a i ) 和数据库共宰三种方式。中性文件交换方式 靛是剥眉显式羹兰文袋二进铡缟鹂，掇供对应溺谚议中产熬数据捂述静 读和写，它龟瑟交换结构静语法、e x p r e s s 语言结稳戮交换结构弱 映射规则和交换结构实现方式的数据交换模型。标凇数掘存取接口 ( s d a i ) 规定了应用程序对数据进行存取的各种操作，针对某一特 定程序设计语言的表现形式可以将它分为迟绑定和早绑定。数据库实 现方式是通过读、写、修改一个数攒疼中的数据，浚数攥麾模式写应 爰解释模鍪中的攘式耜一蘩，另外还氛括应用协议中撼穗豹写实现有 关的要求。 根据s t e p 应用的实施步骤，基于j s d a i 的产品数据共享及交换系统将采 用a p 2 0 3 蜘议作为s t e p 应用的概念模型，悯时采用s t e p 中性文件作为其数 攒交换结构，结合s t e p t o o l s 公司的j s d a i 开发包来实现产品数撼共享帮交换 懿寂矮系统。具俸豹实蕊将在蠡瑶懿章节中夯缓。 。：。垄鋈堡三蠢茎鍪耋黧堡垒釜：。：一 3 2a p 2 0 3 应用协议在中性文件中的应用 a p 2 0 3 是s t e p 标准中的一个应用协议( a p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) ，其全称是 配鬣控制的设计协议( c o n f i g u r a t i o nc o n t r o l l e d3 dd e s i g n so f m e c h a n i c a lp a r t s a n da s s e m b l i e s ) ， 又羧予三维数蠢戆表达与糕嚣控裁。 s t e pa p 2 0 3 报攥各种c a d 系统在实瑷上的需要，共包括7 个形状表达模 型，分别为：几何有界的曲面形状表达模型( g e o m e t r i c a l l y b o u n d e ds u r f a c es h a p e )、几何有界的线框形状表达模型_represetation ( g e o m e t r i c a l l yb o u n d e d w i r e f r a m e _ s h a p e _ y e p r e s e n t a t i o n ) 、基于s h e ll 的线 捱澎羧表达摸型( s h e l lb a s e dw i r ef r a m es h a p er e p r e s e n t a t i o n ) 、藜予e d g e 戆 线糕形状表达模受( e d g eb a s ew i r ef r a m e _ s h a p e _ r e p r e s e n t a t i o n ) 、流形莛面形 状表达模型( m a n i f o l ds u r n c e