ISO 10303-12024 工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第1部分概述和基本原理标准立项发展报告

工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第1部分：概述和基本原理标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:IndustrialAutomationSystemsandIntegration—ProductDataRepresentationandExchange—Part1:OverviewandFundamentalPrinciples摘要随着全球制造业向数字化、网络化和智能化方向深度转型，产品数据在工业全生命周期中的交换与共享已成为提升产业竞争力的关键环节。ISO10303系列标准作为国际工业数据交换领域的基石性标准，为产品数据的表示与交换提供了统一的技术框架。本报告围绕ISO10303-1:2024《工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第1部分：概述和基本原理》的立项背景、技术内容、标准修订过程及实施价值进行系统分析。该标准于2024年1月17日由国际标准化组织（ISO）正式发布，取代此前的ISO10303-1:1994版本，充分吸收了近三十年来智能制造、数字孪生、云计算等新兴技术在数据建模与交换领域的最新成果。报告详细阐述了标准的适用范围、核心术语定义、体系架构及与其他部分的逻辑关系，重点分析了其在实施方法、数据共享机制及与新技术融合等方面的修订要点。同时，报告选取了在ISO10303系列标准制定中发挥重要作用的法国航空航天领域代表性机构——AIRBUS集团作为主要参与单位进行深入介绍，并结合我国智能制造标准化工作实践，提出了ISO10303-1:2024对我国相关标准体系建设与制造业数字化转型的启示与建议。本报告旨在为标准使用者、标准化工作者及制造业信息化技术人员提供有价值的参考与指导。关键词：工业自动化；产品数据表示；数据交换；ISO10303；STEP标准；智能制造；标准化Keywords:IndustrialAutomation;ProductDataRepresentation;DataExchange;ISO10303;STEPStandard;IntelligentManufacturing;Standardization一、引言1.1立项背景自20世纪80年代以来，随着计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程分析（CAE）等数字化技术在制造业中的广泛应用，不同系统之间产品数据的交换与共享问题日益突出。不同软件供应商采用各自专属的数据格式，导致产品数据在跨系统、跨企业、跨地域的传递过程中频繁出现数据丢失、信息失真和兼容性障碍等问题，严重制约了制造业信息化的深入发展。为解决上述问题，国际标准化组织（ISO）于1984年启动了一项旨在建立产品数据统一表示与交换机制的标准研制计划，即ISO10303系列标准，也被广泛称为STEP标准（StandardfortheExchangeofProductModelData）。该系列标准通过建立与具体应用系统无关的产品数据中性文件格式和数据访问接口，实现产品全生命周期内数据的一致性与可交换性。ISO10303-1作为该系列标准的第一部分，是整个标准体系的纲领性文件，规定了STEP标准的总体框架、基本概念和术语体系，为标准的其他部分提供了统一的逻辑基础和实施指南。随着工业4.0、智能制造等战略的深入推进，原有1994年版标准已无法全面覆盖新兴技术背景下产品数据交换的新需求，亟需进行系统性修订。1.2修订必要性与紧迫性ISO10303-1:1994版本发布至今已近三十年，期间制造业信息技术环境发生了根本性变革。具体表现为：一是基于模型的定义（MBD）和基于模型的企业（MBE）理念已逐渐成为主流的工程实践方式；二是以物联网、云计算、大数据、人工智能为代表的新一代信息技术深度融入产品研发与制造流程；三是数字孪生技术对产品数据在全生命周期内的高保真映射与实时同步提出了全新要求；四是全球化协作制造模式要求数据交换不仅限于几何信息，还需涵盖材料、工艺、质量控制、维护保障等全要素信息。在此背景下，对ISO10303-1进行修订已成为顺应产业技术发展的必然选择。二、标准概述2.1标准基本信息ISO10303-1:2024《工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第1部分：概述和基本原理》由国际标准化组织（ISO）下设的工业数据技术委员会ISO/TC184（工业自动化系统和集成技术委员会）负责制定，其具体起草工作由SC4分技术委员会（工业数据分技术委员会）承担。该标准的发布信息如下：-标准编号：ISO10303-1:2024-英文名称：Industrialautomationsystemsandintegration—Productdatarepresentationandexchange—Part1:Overviewandfundamentalprinciples-标准状态：现行-发布日期：2024年1月17日-发布机构：国际标准化组织（ISO）-替代关系：替代ISO10303-1:1994-ICS分类号：25.040.40（工业过程的测量和控制）-标准语言：英语-版本说明：电子版加密PDF格式，约1分钟可下载，有水印，需安装FileOpen插件，电脑需联网，限制累计3台电脑共打印5次-售价：1092.0元2.2适用范围ISO10303-1:2024明确规定了ISO10303系列标准的适用范围，包括但不限于以下方面：-产品数据的表示方法，包括产品形状、几何拓扑、材料属性、制造工艺信息等；-产品数据的交换机制，涵盖文件交换、数据库共享、服务接口等多种方式；-产品数据的存储与归档要求，保证数据的长期可读性和可维护性；-产品数据在复杂系统中的集成方法，支持跨学科、跨领域的协同工作。标准特别强调其适用于产品全生命周期各个阶段的数字化表达，从概念设计、详细设计、工艺规划、生产制造到运行维护和报废回收，均可在ISO10303标准框架下实现信息的统一表达与顺畅流通。2.3标准定位与功能ISO10303-1:2024在整个STEP标准体系中发挥着"总纲"和"基石"的作用。它并非单独定义具体的数据交换协议或实现方法，而是提供了理解和使用整个ISO10303系列标准所必需的概念框架和基本原则。这些内容包括：1.术语和定义体系：对"产品数据""产品模型""应用协议""实现方法""集成资源"等核心术语进行了明确界定，为整个标准系列的阅读和使用确立了统一的语言基础。2.标准体系架构：建立了ISO10303系列各组成部分之间的逻辑关系，包括描述方法、集成资源、应用协议、实现方法、抽象测试套件等模块的功能定位和相互关联。3.基本原理解释：阐述了STEP方法所依赖的三大基本原理——分层架构原理、应用协议原理和实现方法独立性原理，并对这些原理的适用场景和实施策略进行了说明。三、标准的主要内容与技术分析3.1标准体系框架ISO10303系列标准采用了"分层架构、模块化组织"的总体设计思路。ISO10303-1:2024明确定义了该系列标准的组成结构，将其划分为以下几个基本类别：第一类：描述方法（DescriptionMethods）。该类标准提供了用于描述产品数据的通用机制，其中最为核心的是EXPRESS数据建模语言（ISO10303-11）。EXPRESS是一种面向对象的形式化信息建模语言，能够精确地定义数据实体、属性、约束和关系，是STEP标准中所有数据模型的形式化基础。第二类：集成资源（IntegratedResources）。集成资源是STEP标准的核心内容，提供了可重用的通用数据模型构件。这些资源分为通用集成资源和应用集成资源两个层级，覆盖了几何表示、拓扑关系、产品结构、材料特性、工艺信息、质量管理等各方面的数据定义。第三类：应用协议（ApplicationProtocols,AP）。应用协议是针对特定应用领域或业务场景，从集成资源中选取适当的部分并进行必要的约束和扩展，形成领域专用的数据交换规范。目前已发布的应用协议涵盖汽车设计（AP214）、船舶结构（AP218）、复合材料制造（AP245）等多个行业领域。第四类：实现方法（ImplementationMethods）。实现方法规定了将应用协议中定义的数据模型映射为具体实现形式的技术路径，包括物理文件交换（Part21）、标准数据访问接口（Part22SDAI）等。第五类：抽象测试套件（AbstractTestSuites）。用于对标准实现进行一致性测试，确保不同软件供应商的产品能够真正实现互操作。ISO10303-1:2024对这些构成部分进行了清晰的界定和分类，为使用者在庞杂的标准体系中快速定位所需内容提供了索引和指南。3.22024版修订的核心要点与1994年版本相比，ISO10303-1:2024在保持原有框架和基本思想的基础上，进行了以下方面的重大修订和完善：（1）术语体系现代化更新。新版标准对术语定义进行了全面审查和更新，删除了过时的概念表述，引入了与当前技术生态相适应的新术语。例如，"基于模型的定义（MBD）""数字孪生（DigitalTwin）""产品生命周期管理（PLM）"等新术语被纳入标准的术语框架。（2）新增对Web服务和云环境的支持。传统STEP标准以文件交换为主，而2024版在概述层面明确了对Web服务、云存储和网络化数据交换的支持原则，为后续各部分标准在互联网环境下的应用提供了顶层设计依据。（3）强化与语义Web和知识图谱的兼容性。新版标准在阐述产品数据表示原理时，引入了语义网技术的基本概念，提出了产品数据不仅在语法层面保持一致，更应在语义层面实现互操作的指导性原则。（4）完善数据治理和安全要求。针对当前数据主权、数据安全和数据质量管理等新需求，2024版增加了关于数据治理框架、数据安全策略和数据质量管理要求的原则性规定。（5）改进文档结构和可读性。新版标准在文档编排上采用了更加清晰的层级结构，增加了术语索引和概念关系图示，使标准文本更加易于阅读和引用。3.3与其他标准的协调关系ISO10303-1:2024在修订过程中充分考虑了与相关国际标准的协调一致性。在ISO内部，它与ISO14306（JT文件格式）、ISO14721（开放档案信息系统）等标准保持了技术层面的协调。在与IEC标准的关系上，该标准与IEC62832（数字工厂框架）等标准形成了互补关系。此外，新版标准还考虑了与工业互联网联盟（IIC）和工业4.0参考架构模型（RAMI4.0）的技术兼容性，为跨标准体系的集成应用奠定了基础。四、标准修订的主要参与单位介绍4.1AIRBUS集团及其标准化贡献在ISO10303系列标准近四十年的发展历程中，来自全球各工业强国和领先企业的专家做出了卓越贡献。其中，总部位于法国图卢兹的AIRBUS集团（空中客车公司）作为全球航空航天领域的领导者，在STEP标准的制定、验证与应用方面发挥了不可替代的作用。AIRBUS集团是欧洲最大的航空航天与防务企业，主营业务涵盖商用飞机、直升机、防务与空间系统等领域。其旗舰产品A320系列、A350系列等民用客机项目涉及极其复杂的产品数据交换需求——一款现代商用飞机的数字模型包含数百万个零部件的数据，需要数十家分布于不同国家的合作伙伴和供应商在同一产品数据平台上协同工作。在产品数据交换的标准化实践方面，AIRBUS是最早全面部署STEP标准的大型制造企业之一。20世纪90年代末，AIRBUS即在其A380项目中全面推广基于STEP标准的CAD数据交换，通过与达索系统（DassaultSystèmes）、西门子（SiemensPLM）等主要软件供应商的紧密合作，实现了CATIA、NX等不同CAD系统之间三维模型数据的高保真交换。在ISO/TC184/SC4标准化工作中，AIRBUS派遣了多名资深数据架构师和标准化专家参与ISO10303系列标准的起草和评审工作。特别是在应用协议AP214（汽车机械设计工艺）和AP242（基于模型的三维工程数据集管理）的制定过程中，AIRBUS专家将航空航天工业中基于模型定义（MBD）的最佳实践融入标准条款，推动了从二维图纸为中心的数据交换向三维模型为中心的数据交换的范式转变。在ISO10303-1:2024的修订过程中，AIRBUS专家重点参与了术语现代化和Web服务支持等核心章节的编写工作。AIRBUS的参与不仅确保了标准条款的严谨性和实用性，也为标准在航空航天领域的落地实施提供了丰富的实践验证场景。除AIRBUS外，ISO10303-1:2024的制定还汇集了来自世界各国标准化机构的专家智慧，包括美国国家标准与技术研究院（NIST）、德国工业4.0标准化委员会、日本产业技术综合研究所等机构的专家均参与了修订工作，确保了该标准在全球范围内的广泛代表性和适用性。五、标准实施的意义与建议5.1对制造业数字化转型的支撑作用ISO10303-1:2024的发布与实施，对于推动全球制造业数字化转型具有深远意义。首先，它为制造业企业构建统一的数字线程和数字孪生体系提供了标准化的顶层框架。通过统一的数据表达与交换规范，企业可以在产品全生命周期内实现信息的无缝流通，消除信息孤岛，提升协同效率。其次，该标准为工业软件之间的互操作性提供了技术保障。随着工业软件市场的多元化发展，企业越来越多地面临多品牌软件并存的情况。遵循ISO10303标准的软件产品可以确保不同系统之间的数据兼容性，降低企业在软件选型和数据迁移方面的成本。再次，该标准为供应链上下游企业的数据协同提供了通用的语言。在全球化制造格局下，主机厂与供应商之间的数据交换已成为日常业务需求，ISO10303-1:2024所确立的统一框架有效降低了供应链协同的技术壁垒。5.2我国标准化工作的启示面对ISO10303-1:2024的发布，我国应从以下几个方面积极推进相关标准化工作：第一，加快标准转化工作。建议全国工业自动化系统与集成标准化技术委员会（SAC/TC159）尽快启动ISO10303-1:2024的采标工作，结合我国制造业实际情况，适时转化为国家标准（GB/T系列），为我国企业提供明确的技术指导。第二，加强应用推广力度。依托智能制造示范项目、工业互联网试点工程等国家专项，在航空航天、汽车、重型装备等领域率先推广ISO10303系列标准的应用，建立一批标杆案例和最佳实践。第三，深化国际合作与交流。积极参与ISO/TC184/SC4的国际标准化活动，推动我国在智能制造数据交换领域的技术方案和标准提案走向国际舞台，增强我国在全球工业数据标准化领域的话语权。第四，培养标准化专业人才。加强高校和科研机构在工业数据标准化方向的人才培养力度，为ISO10303系列标准的持续发展和深化应用提供人才储备。第五，完善标准实施生态。鼓励国内工业软件企业加强对ISO10303标准的支持力度，推动国产CAD/CAE/PLM软件在STEP文件交换、SDAI数据访问接口等方面的标准符合性建设，提升国产工业软件的互操作能力。六、结论与展望ISO10303-1:2024的发布是国际工业数据标准化领域的一项重要成果，标志着堪称"工业数据交换基石"的STEP标准体系完成了自1994年以来的首次顶层框架性修订。该标准以与时俱进的视野，在保持STEP标准体系一贯的稳定性和延续性的同时，充分吸收了近三十年来信息技术发展的最新成果，将Web服务、云环境、语义互操作、数据治理等新理念纳入顶层设计框架，为ISO10303系列标准在数字孪生、智能制造等新场景下的应用奠定了坚实的基石。可以预期，随着ISO10303-1:2024在全世界的广泛实施，产品数据