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第 5章 產品模組資料交換標準 ISO-10303 (STEP)

前 言

在電腦輔助同步工程環境中，一個符合設計、分析、模擬、製造、組裝、

及檢測等之資料需求的電子化產品資料模組，將可縮短產品開發時程，增加跨領

域專業的整合與溝通效率。產業界對工程資料的基本要求，除了長期儲存與再利

用外，更隨著電腦科技的進步與應用的普及化，繼而進一步期望工程資料或產品

資訊能以自動化的方式在不同系統的軟硬體間做交換與分享。

儘管現代化企業環境中，電腦化資料或數位資訊雖已成為不同專業團隊間

溝通的主要媒介，然而在實際應用時因缺乏具前瞻性之標準共識和可被產業界接

受之國際統一資料交換格式，目前產品資料管理環境中普遍存在下列問題［１］：

1. 資料在產品生命週期之演進中，因設計變更或資料應用的傳遞等因素，常造成資訊之流失，而使產品資料喪失完整性與一致性。

2. 不同電腦輔助（CAX）系統所產生之不相容資料，使跨領域專業之整合性不易達成。

3. 資料於不同軟體系統間交換時需有轉換器（Translator）作翻譯，轉譯過程耗時且轉換器之版本維護不易。

4. 只記錄產品靜態資料，無適當的系統化方法保存程序（Process）資料，如製程與相關生產設備資源等。

上述問題皆凸顯出一個能支援現代化產業提升生產力的資料交換與分享之

國際標準，其迫切性和需要性實無庸置疑。

何謂 STEP？

IGES (Initial Graphics Exchange Specification) 原為 1980 年代發展出來之電腦輔助設計（CAD）幾何資料交換格式，亦是過去 20 年來 CAD／CAM／CAE應用之主要資料交換標準。又如以個人電腦為工作平台的 Auto CAD軟體，由於被中小企業廣泛的使用，使得其提供之 DXF資料格式儼然成為個人電腦上工程幾何資料交換之適用標準。但隨著產品資料管理需求的演進，歐美先進國家於

1990 年代紛紛投入新一代產品資料標準之研發與建構。國際標準組織（International Organization of Standard - ISO) 於 1994 年整合各國對標準化產品資料研發之努力，由工業自動化系統技術委員會（ISO TC184）負責制定之數位化產品模組資料表示方法和交換技術等，正式推出 ISO－10303國際產品模組資料交換標準（Standards for Exchange Product Model data - STEP）。

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STEP的目標

由於 CAX系統的普及化，漸而形成所謂自動化孤島的現象，組織內各單位使用之電腦系統由於功能不同，各類電子化產品資料不斷產生，這些大量不相容

資料不但造成人工管理困難，而且系統間之資料轉換需求也使得維護負擔遽增。

我們瞭解對同樣的產品結構或產品資訊，由於各領域之專業機能考量，產品資料

應該維持不同部門所需要的資料語意結構（View），例如一個產品有其對應之EBOM (Engineering Bill of Materials)與MBO（Manufacturing Bill of Materials），如果各電腦輔助系統之機能和產出之資料模式未能在事先做有效之整合性考

量，則往往造成後續應用資料交換之困難，使得各 CAX系統之水平或垂直整合溝通無法實行，更何況產品生命同期中不同專業領域在不同產品壽期時程所需之

資料非常繁多，以一個零件來講，從幾何/尺寸/公差資料、分析/模擬資料、製造/組裝/測試資料等極為繁雜，且各類資料間常有相互之限制關係或一定之關連條件，如何以資訊模組化技術來達成產品生命週期資訊標準化需求，進而支援產品

資料管理效率，提升異質系統整合品質，加速和縮短產品開發時程，是現代化產

業增加競爭力和因應全球化趨勢的重要課題之一。

針對 CAX系統大環境之應用需求，ISO會員國各標準化產品資訊專家在設計發展 STEP時即研擬出六大重點目標［２］：

1. 它是產品資訊標準，而非只是資料交換標準。 2. 能完全表示產品整體生命週期各領域所需之資料。 3. 能與其他現有之相關標準相容。 4. 能同時涵蓋產品資料與程序（Process）資料之描述。 5. 使用時與電腦環境無關，亦即具備應用時之獨立性 (Independent of

Computing Environment)。 6. 具備有效性驗證以確保使用品質（Implementation Validity）。

STEP之應用

STEP 不僅是產品資料交換標準，它同時具備有完整之電腦語言性質與架構，其發展技術所支援之資訊使用方式、資料保存、與分享等功能和產品全壽期

資料表示能力 [ISO 10303-1, 1994]，使得 PDM系統所應提供之產品發展策略，如同步工程、企業整合、品質管控，和電子商務等機能得以展開。由於 STEP標準的架構中包括了資料構模（data modeling），且應用協定（Application Protocol）中也包含了流程分析，因此 STEP之應用不只是在資料交換的使用角度上著力，更應該是以建置標準化應用系統時所使用的方法論來看待此一國際標準。目前

STEP在 CAD/CAM/CAE、PDM、CALS等相關領域有下列實質上之應用模式：

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1. 取代 IGES和 DXF資料格式之 CAD資料交換國際標準。 2. PDM系統之產品全壽期資料交換國際標準。 3. CALS產品生命週期資料整合之標準資訊模組。 4. 提供軟體工程標準化資訊模組語言 （Information modeling language

-EXPRESS）。 5. 提供 CAX系統標準化檔案格式（STEP-file format）[ISO 10303-21]。 6. 提供資料庫管理系統，電腦化輔助系統與應用軟體之標準化 API（SDAI-Standard Data Access Interface）[ISO 10303-22]。

5.1 標準化技術與 STEP架構

5.1.1 STEP技術

根據 ISO文件，STEP的定義如下：

“STEP是一個能用來完整表達產品生命周期資料的中立結構 (Neutral Mechanism)。其完整性包含了檔案交換，資料建構，產品資料庫分享與存取之標準格式與方法。中立性則說明了除了資料結構獨立於所有 CAx軟體系統外，資料不論在中衛體系間或供應商與客戶間之傳輸皆能保持其原始資料之完整性與

功能。”

STEP發展時 ISO採用 ANSI/SPARC資料庫管理系統發展之 DBMS三層式架構（Three-layer architecture）[D. Tschtizis ＆ A. Klug, 1978]。同時也引用了參考模組（Topical Reference Model）概念、物件導向式電腦資訊定義語言 (Object-Oriented Information Definition Language)的方法和標準化資料存取介面與格式（Standard Data Access Interface and STEP file format）。ANSI的 DBMS三層式發展架構包含：

（1） 外部層（external layer）：對應於某特殊或專業之應用領域的相關資訊。

（2） 概念層（conceptual layer）：應用領域專業資訊之關連性、限制條件、及資料格式和架構等的邏輯表示法。

（3） 內部層（internal layer）：概念資訊模組之電腦檔案描述與資料格式架構系統。

STEP所採用之三層式架構技術，則定義了應用層、邏輯層、和物理層：

（1） 應用層（Application layer）：利用應用資訊模組來表示不同產品之各種資訊。不同參考模組（Topical reference model）之內容可用來作為描述不同應用領域之物件或建構應用系統時之標準資訊表示元件。

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（2） 邏輯層（Logic layer）：利用正式之資訊模組化語言（EXPRESS）來定義參考模組內之物件（object），並針對不同應用主題定義出各種標準資訊參考模組，EXPRESS語言則是針對 STEP標準需求所設計的物件導向資訊模組定義語言 (object-oriented information modeling language)。

（3） 物理層（Physical layer）：定義標準資料交換格式，並架構資料儲存和分享等資料溝通相關之介面技術和實踐方法。

三層式架構使得不同領域觀點的釐清與實際應用上的整合得以實踐。綜合

上述 STEP的發展技術，此國際產品資訊交換標準包含了以下二種資訊模組之應用：

（1） 資源資訊模組（conceptual or logic layer）：以 EXPRESS語言所定義的基礎資源模組（Generic and Integrated Resource Model）。例如：幾何，拓樸，產品結構，構型管理（Configuration Management）等基礎資源資訊模組。

（2） 應用資料模組（external or application layer）：以各特殊應用領域為目標的物件導向資訊模組，例如 AP-214（Application Protocol)是專為汽車業定義之機械設計相關資訊模組，該 AP之內容有關機械零件之幾何形狀、尺寸、公差、材質等定義皆直接來自於各相對應之資源

資訊模組。

5.1.2 STEP架構

STEP文件將此國際標準所涵蓋的內容分類並編號成不同的部（Part），以借此反應其架構和做系統性之內容陳述。此架構亦明白表示了上節所述 STEP採用之方法與技術，以及此標準在設計時之目標需求。STEP文件名稱分類如下：

Part 1-9 導論（Introductory） Part 11-19 描述法 (Description method) Part 21-29 實踐方法 (Implementation method) Part 31-39 一致性測試方法與架構 (Conformance testing

methodology and frame work) Part 41-99，101-199 整合資源模組 (Integrated Resources-IR) Part 201-299 應用協定模組 (Application Protocols-AP) Part 301-399 摘要測試案例組 (Abstract Testing Suites-ATS) Part 501-599 應用解釋架構 (Application Interpreted

Constructs-AIC)

圖 5.1表示了 STEP標準的內容、分類以及其架構與三層式技術方法之關

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係。STEP的架構如圖所示。Part 1為概論與基本大綱; Part 10系列為描述方法，它包含 EXPRESS系列語言參考手冊; Part 20系列為建構方法，它包含 STEP檔案交換結構、編碼與標準資料存取界面; Part 30系列為測試方法與架構; Part 40與 100系列為整合資源參考模組，它包含基本資源模組與應用資源模組; Part 200系列為應用協議; Part 1200系列為各應用協議之測試實例組。

圖 5.1中最上層之應用協定，中間層之整合資源與描述方法，和下層之實踐方法分別對應於應用層（外部層），概念層（邏輯層）、與物理層（內部層）。各

整合資源以正式之資料描述法（EXPRSS語言）定義之。對於每一個不同專業領域之應用協議（Application Protocol）模組則是以整合資源模組（IR）或應用解釋架構（AIC）為基礎元素，利用 EXPRESS語言所定義出來。每一個應用協議（AP）配合實踐方法訂定之標準格式與介面，形成 STEP標準之應用模式。同時各應用協定亦有配套之摘要測試案例組，可配合一致性測試方法和架構來驗證

應用協定之可靠性、有效性和完整性。

如圖 5.1左欄所示，STEP文件結構分為四大類：Part 11-19為資料描述語言（Data specification language），Part 41-49、101-199、201-299、501-599為各種EXPRESS資訊模組構造之資料描述架構（Data specification architecture），Part 21-29為各模組物件資料之創成、存取和編輯等方式技術的資料取用架構（Data access architecture），Part 31-39及 301-399則分別為測試各應用協定在實際使用時的標準測試方式和一致性測試（Conformance testing）案例組。

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圖 5.1 STEP標準的內容、分類以及其架構

Application protocols201 Explicit draughting202 Associative draughting203 Configuration controlled design204 Mechanical design using boundary representation205 Mechanical design using surface representation207 Sheet metal die planning and design208 Life cycle management—change process209 Composite and metallic structural analysis and related design 210 Electronic assembly , interconnect , and packaging design211 Electronic test, diagnostics and remanufacture212 Electrotechnical design and installation213 Numerical control process plans for machined parts214 Core data for automotive mechanical design215 Ship arrangement216 Ship moulded forms217 Ship piping218 Ship structures219 Dimensional inspection process planning for coordinate measuring using tactile and video sensors220 Process planning, manufacturing and assembly of layered electronic products221, 222, 223, 224, 225 , 226, 227, 228, 229, 230 … ect.

Integrated resourcesGeneric41 Fundamentals of product description and support42 Geometric and topological representation43 Representation structures44 Product structures configuration45 Materials46 Visual presentation47 Shape variation tolerances49 Process structure, property and representationApplication101 Draughting104 Finite element analysis105 Kinematics106 Building construction core model

Application interpreted constructs

501 Edge-based wireframe502 Shell-based wireframe503 Geometrically bounded 2D wireframe504 Draughting annotation505 Drawing structure and administration506 Draughting elements507 Geometrically bounded surface508 Non-manifold surface509 Manifold surface510 Geometrically bounded wireframe511, 512, 513, 514 … ect.

Description methods11 The EXPRESS language reference manual12 The EXPRESS–I language reference manual

Implementation methods21 Clear text encoding of the exchange structure22 Standard data access interface specification23 C++ language binding24 C language binding 26 Interface Definition Language (IDL) binding

Conformance testing methodology and framework

31 General concepts32 Requirements on testing laboratories and clients33 Structure and use of abstract test suites34 Abstract test methods35 Abstract test methods for SDAI implementations

Abstract test suites

301 ATS for 201302 ATS for 202303 ATS for 203304 ATS for204305 ATS for205ect.

Data specification architecture

Data

Specificationlanguage

Application (external) layer

Logical (conceptual) layerPhysical (internal) layer

Conform

ancetesting

Data

access architecture

Application protocols201 Explicit draughting202 Associative draughting203 Configuration controlled design204 Mechanical design using boundary representation205 Mechanical design using surface representation207 Sheet metal die planning and design208 Life cycle management—change process209 Composite and metallic structural analysis and related design 210 Electronic assembly , interconnect , and packaging design211 Electronic test, diagnostics and remanufacture212 Electrotechnical design and installation213 Numerical control process plans for machined parts214 Core data for automotive mechanical design215 Ship arrangement216 Ship moulded forms217 Ship piping218 Ship structures219 Dimensional inspection process planning for coordinate measuring using tactile and video sensors220 Process planning, manufacturing and assembly of layered electronic products221, 222, 223, 224, 225 , 226, 227, 228, 229, 230 … ect.

Integrated resourcesGeneric41 Fundamentals of product description and support42 Geometric and topological representation43 Representation structures44 Product structures configuration45 Materials46 Visual presentation47 Shape variation tolerances49 Process structure, property and representationApplication101 Draughting104 Finite element analysis105 Kinematics106 Building construction core model

Application interpreted constructs

501 Edge-based wireframe502 Shell-based wireframe503 Geometrically bounded 2D wireframe504 Draughting annotation505 Drawing structure and administration506 Draughting elements507 Geometrically bounded surface508 Non-manifold surface509 Manifold surface510 Geometrically bounded wireframe511, 512, 513, 514 … ect.

Description methods11 The EXPRESS language reference manual12 The EXPRESS–I language reference manual

Implementation methods21 Clear text encoding of the exchange structure22 Standard data access interface specification23 C++ language binding24 C language binding 26 Interface Definition Language (IDL) binding

Conformance testing methodology and framework

31 General concepts32 Requirements on testing laboratories and clients33 Structure and use of abstract test suites34 Abstract test methods35 Abstract test methods for SDAI implementations

Abstract test suites

301 ATS for 201302 ATS for 202303 ATS for 203304 ATS for204305 ATS for205ect.

Data specification architecture

Data

Specificationlanguage

Application (external) layer

Logical (conceptual) layerPhysical (internal) layer

Conform

ancetesting

Data

access architecture

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5.1.3 EXPRESS語言

EXPRESS並非程式語言，它是一個物件導向資訊模組化語言。被用來定義STEP內之各種資訊模組，如 AP、IR、及 AIC等。EXPRESS設計目標是為了定義與描述 STEP標準，它符合下列四點需求：

1. 具體描述或定義抽象概念或實物，這些資料元素稱之為物件（object） 2. 定義物件間之各種關係或限制條件。 3. 定義物件內容之相關操作及物件使用介面。 4. 不僅人（工程師）可容易讀懂，亦必需是電腦可處理（computer-possible）。

物件導向概念已成為軟體工程領域被廣為使用的方法論，它包含了三個主

要的物件導向概念 [Ellis and Stroustrup, 1991; Henderson, 1991]：

1. 類化與抽象資料型態（classification and abstract data type）。 2. 封裝與資訊隱藏（encapsulation and information hiding）。 3. 多樣化繼承（Ploymorphism through inheritance）[Booch and Vilot,1990]

EXPRESS語法及機能包含了上述三項基本物件導向概念。由於涵蓋產品生命週期之資訊模組通常很大而且具複雜性，構模語言不只要讓人容易讀懂及使

用，同時也需借電腦處理能力來協助編輯和解釋。例如 EXPRESS編譯器(compiler)即可將 EXPRESS資訊模組翻譯成應用程式可讀寫與操作的資訊程式碼。在EXPRESS語言可程式化環境裡，物件導向之特質如強健性（robustness），可擴張性（extendibility），再利用性（reusability），和相容性（compatibility）等資訊構模與軟體工程之品質將可提升。

發展以 STEP為基礎之應用程式，其軟體工具環境通常包含下列之功能：

（1） EXPRESS或 EXPRESS-G語言之編輯器及瀏覽器（Editor and Browser），用來編輯及瀏覽資訊模組，以方便瞭解與修改內容。

（2） 資料模組檢查器（schema checker），用來檢測 EXPRESS資料模組之內容、元件、關連性、及各限制條件是否合乎語法和格式等之一致

性與合法性，以減少編輯時的錯誤發生。 （3） EXPRESS編譯器，用來將資訊模組轉譯成 C＋＋或其他語言程式可

處理之物件類別碼（class），簡化物件類別之建立和管理。 （4） 資料庫轉譯器，以便使物件能儲存於特殊之資料庫管理系統，讓物件

資料能與通用之資料管理系統連線。 （5） IGES或 DXF檔案格式之翻譯器，做為與其他標準之 I/O介面，使能

夠與應用其他標準之軟體做整合。

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上述 STEP軟體發展工具或環境皆應符合 STEP Part 21-22之 STEP一致性和整體性技術規定，使能發揮物件導向軟體工程特性並與特定資料庫作聯絡，以

方便物件資料之管理和使用提升資料使用效能，進而縮短產品開發之時程。

5.1.4 EXPRESS語言

EXPRESS是一個概念模組化語言（conceptual schema language）可用來定義（1）特殊領域之物件，（2）物件之內涵資訊，及（3）各物件內或物件之間資訊相關性與限制條件。它並未提供輸出及輸入之敘述指令（I/O statement），EXPRESS資訊模組只描述資料結構、關連性及限制條件。

5.1.4.1 EXPRESS基本元素

EXPRESS主要之指令元素如下：

Schema Type Entity Algorithm Procedure Function Rule

--Schema：schema為定義某一特殊領域或用途之一組物件及其關連性和限制性

條件的資訊模組。Schema可以包含常數（Constant）、型態（Type）、物件（Entity）、函數（Function）、程序（Procedure）、及規則（Rule）等的定義。

--Type：

● 基本型態：REAL，INTEGER，NUMBER，BOOLEAN，LOGICAL，BINARY，STRING。

● 集合型態（Aggregation type）：ARRAY，LIST，SET，BAG。 例：ENTITY Aggregation-TYPE;

matrix：ARRAY [1:10] of --10*20之二維矩陣。 ARRAY [1:20] of REAL; Bag_of_points: BAG of Point; -- 0個以上無順序，可重複的點物件 Set_of_lines: SET [1:?] of Line; -- 最少有一條不可重複的線物件 List_of_circles: LIST [0:10] of Circle;-- 0到 10個有順序性的圓物件

END_ENTITY; ● 列舉型態（Enumeration type）

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● 選擇型態（Select type） ● 物件型態（Entity type）：使用者自定型態。

- ENTITY：ENTITY 利用一組屬性資料 (attribute) 來定義一個實體物件的內涵或

抽象概念的意義，屬性資料代表物件（Entity）之靜態資訊，該物件之動態資料或行為模式（behavior）則由相關之 rule及 algorithm（Function and/or Procedure）來規範。

- Algorithm：一個 Algorithm (Procedure或 Function) 是由一組指令所描述的資

料操作程式。Function（函數）對某些參數（Parameter）作處理後，傳回一個特定型態的值給呼叫者，而 Procedure（程序）則可以對一個以上之參數作改變，或傳回運算結果給呼叫程式碼。

- RULE：Rule用來對物件及其屬性作限制條件之敘述，和使用時之操作規範。

5.1.4.2 承襲性

EXPRESS 利用 supertype及 subtype二個繼承指令來定義物件（Entity）間之承襲性（Inheritance）關係。承襲性機制使得物件資料結構和程式碼能有立即之再使用性 （resuable）。當一個新的物件（Subtype Entity）被宣告繼承了某個物件（Supertype Entity）的屬性（Attribute）和限制條件（Constraint）後，使用者這亦可針對新物件的特質或需要而增加額外的屬性，限制條件、或處理程序

（Algorithm）。圖 5.2所示之 EXPRESS資料模組包括 6個有承襲關係之物件，同時此資料模組的 EXPRESS-G圖形表示法亦顯示於圖右。EXPRESS-G語法及符號將於 2、3、4節陳述。

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圖 5.2 EXPRESS 模組範例與繼承關係圖

5.1.4.3 其他屬性與規則條件

․導出屬性(derived attribute)：導出屬性是經由已知資料所計算或導引出來的屬性，例如：由 3個點所定義的圓其半徑和面積可以經由函數或特殊關係計算而得。

ENTITY Circle; P1, P2, P3: Point;

DERIVE Radius: REAL：＝f1(P1, P2, P3); --function f1 calculates the --radius of the circle area：REAL：＝PI＊radius**2;

END_ENTITY; ․反置屬性（Inverse attribute）：反置屬性規定了該物件與其他物件之某一屬性的關係。例如下列例子：一個點存在的必要條件是此點必需成為某條線的起始點。

ENTITY Line; Start, End: Point;

END_ENTITY; ENTITY Point;

X, Y, Z,:REAL;

1

SCHEMA Tree;ENTETY superEND_ENTITY;

ENTITY sub1SUBTYPE OF (super);

END_ENTITY;

ENTITY sub2ABSTRACT SUPERTYPE OF(ONEOF (sub3, sub4));

SUBTYPE OF (super);END_ENTITY;

ENTITY sub3SUBTYPE OF (sub2);

END_ENTITY;

ENTITY sub4SUBTYPE OF (sub2);

END_ENTITY;

ENTITY sub5SUBTYPE OF (super);

END_ENTITY;END_SCHEMA;

super

sub1 (ABS) sub2 sub5

sub3 sub4

1

SCHEMA Tree;ENTETY superEND_ENTITY;

ENTITY sub1SUBTYPE OF (super);

END_ENTITY;

ENTITY sub2ABSTRACT SUPERTYPE OF(ONEOF (sub3, sub4));

SUBTYPE OF (super);END_ENTITY;

ENTITY sub3SUBTYPE OF (sub2);

END_ENTITY;

ENTITY sub4SUBTYPE OF (sub2);

END_ENTITY;

ENTITY sub5SUBTYPE OF (super);

END_ENTITY;END_SCHEMA;

super

sub1 (ABS) sub2 sub5

sub3 sub4

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INVERSE Start-line: Line FOR Start;

END_ENTITY; ․唯一性條件限制（unique rule）：唯一性限制強制規定在某一資料庫中被指定的屬性（或若干屬性集合）必需要能完全不同於其他物件之屬性。例如下列中以

UNIQUE指定所規定之屬性 ”SSN_ID” 需有唯一性，同時 ”name” 和 ”project_ID” 二屬性之集合需符合唯一性限制條件。

ENTITY person;

name: STRING; address: STRING; project_ID: STRING; SSN_ID: STRING; UNIQUE name, project-ID;--joint uniqueness constraint SSN_ID; --simple uniqueness constraint

END_ENTITY; ․區域性條件限制（Local rule）：區域性限制以WHERE指令來描述物件中屬性之特殊關係，例如：單位向量物件之 3個分量（a, b, c）的平方和必需等於 1，以符合單位向量之數學定義。

ENTITY Unit_vector; a, b: REAL; c: OPTIONAL REAL; --attribute c can have null value WHERE Length_1: a**2+b**2+NVL(c, 0.0)**2=1.0; --NVL is a standard function that handles the OPTIONAL value of c END_ENTITY;

․跨模組參考介面敘述指令：EXPRESS提供 USE及 REFERENCE二種指令讓使用者描述資料模組間之參考和物件引用關係。USE用來宣告某物件之內容乃借用其他模組所定義之物件內涵。用 USE宣告之物件具有模組內物件相同之定義規範。以 REFERENCE宣告之物件則被當成是其他模組物件只允許資料被讀取（參考引用）。

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5.1.4.4 EXPRESS-G

․基本圖素 EXPRESS-G語言以圖形和符號表示資訊模組，以提供使用更便利的方式來

規劃資訊模組。EXPRESS-G包含三種不同種類的圖形符號：定義、關連性、及複合性符號。各種定義用符號可用來代表不同的物件、型態、與模組。關連性線

條則用來描述物件間之承襲性關係，物件和其屬性間之關係，以及模組間相互參

考之關係。複合性符號則是為了讓資訊模組在物件數量增多，和關係複雜化後能

夠作跨頁表達與記錄多重相關模組，故提供特殊符號以註記參考頁數編碼和參考

模組命名或別名之辨認用。圖 5.3詳列了 EXPRESS-G的基本符號與圖素分類。

77

圖 5.3 EXPRESS-G基本圖素

INTEGER

LOGICAL

NUMBER

BINARY

REAL

STRING

an-entity

a-schema

關連性符號

(Relationship)

細實線

(normal line)

虛線

(deshed line)

粗實線

(thick line)

複合性符號

(Composition)

跨模組參照

(inter-schema reference)

Super-subtype

Reference onto another pages

BOOLEAN

Optional attribute or schema-schema reference

頁數參照

(page reference)

定義性符號

(Definition)

基本型態符號

(simple type symbols)

型態定義符號

(type definition symbols)

物件符號

(entity symbol)

模組符號

(schema symbol)

a-dd-type an-enumeration a-select

Attribute

Page #, ref #name

alais

Schema def

Page #, ref #(#,#,... Reference onto this page

alias

Schema def. definition REFERENCEd

from another schema

defintion USEd

From another schema

78

圖 5.4 EXPRESS-G 模組範例

․EXPRESS-G模組

surface

Point=node curve

SCHEMA geom;ENTITY surface;END_ENTITY;

ENTITY curve;END_ENTITY;

ENTITY pointEND_ENTITY;END_SCHEMA ;SCHEMA top;USE FROM geom(curve, point AS node);REFERENCE FROM geom(surface);

ENTITY face;Bounds: LIST[1:?] of loop;Loc: surface;END_ENTITY;

ENTITY loopABSTRACT SUPERTYPE OF (ONEOF (eloop, vloop));END_ENTITY;

ENTITY eloopSUBTYPE OF (loop);bound: LIST[1:?] of edge;END_ENTITY;

ENTITY vloop SUBTYPE OF(loop);bound: vertex;END_ENTITY;

ENTITY edge;start: vertex;end: vertex;loc: curve;END_ENTITY;

ENTITY vertex;loc: node;END_ENTITY;

END_SCHEMA;

top geom

(b) Complete Schema-Level Model

geom.surfaceface

vertex

eloopvloop

edge

node

geom.point geom.curve

(a) Example Schema

loop

1

locloc

loc

boundsL[1:?]

Startend

boundboundL[1:?]

(c) Complete Entity-Level Model

surface

Point=node curve

SCHEMA geom;ENTITY surface;END_ENTITY;

ENTITY curve;END_ENTITY;

ENTITY pointEND_ENTITY;END_SCHEMA ;SCHEMA top;USE FROM geom(curve, point AS node);REFERENCE FROM geom(surface);

ENTITY face;Bounds: LIST[1:?] of loop;Loc: surface;END_ENTITY;

ENTITY loopABSTRACT SUPERTYPE OF (ONEOF (eloop, vloop));END_ENTITY;

ENTITY eloopSUBTYPE OF (loop);bound: LIST[1:?] of edge;END_ENTITY;

ENTITY vloop SUBTYPE OF(loop);bound: vertex;END_ENTITY;

ENTITY edge;start: vertex;end: vertex;loc: curve;END_ENTITY;

ENTITY vertex;loc: node;END_ENTITY;

END_SCHEMA;

top geom

(b) Complete Schema-Level Model

geom.surfaceface

vertex

eloopvloop

edge

node

geom.point geom.curve

(a) Example Schema

loop

1

locloc

loc

boundsL[1:?]

Startend

boundboundL[1:?]

(c) Complete Entity-Level Model

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EXPRESS-G並未提供表達限制性條件的符號，但若物件定義中使用WHERE指令或 UNIQUE敘述來指定特殊限制條件，則可利用 ”*” 號作註解提示。圖四顯示了一個 EXPRESS模組範例及其對應之 EXPRESS-G符號。在EXPRESS-G 裡字串可用來代表物件屬性的名稱（role name），通常屬性名稱被放在物件與該屬性的關係線上。每條關係線之起始與終端方向，則以一小圓圈代

表該關係的終點方向。例如圖四中一個 ”face”物件被一個以上的 ”loop” 物件所圍成，即 ”face” 物件的屬性 ”bounds” 可以是一個以上的”loop”物件。所以在表達時物件 ”face” 到物件 “loop” 的關係線上有該屬性名稱 ”bounds” ，同時小圓圈置於 ”loop” 端，代表 ”loop” 是 ”face” 物件之一個屬性（attribute）的型態。

在一條屬性關係線上亦可說明聚集（aggregation）之型態，例如”face”物件

之屬性 ”bounds: LIST[1:?] OF loop”，在關係線上就以 ”L[1:?]” 表示之。若關係線上無聚集型態說明，則在實線上其對應性 (cardinality) 為 1，在虛線上（optional relation）之對應性則可為 0或 1。

一個 EXPRESS物件可以是承襲性結構（inheritance tree）中的一部份，此

物件可以有顯性的 (explicit)，導出的 (derived)，或反置 (inverse) 屬性。在EXPRESS-G中除了普通顯性的屬性外，導出的屬性應以 ”(DER)” 冠於該屬性名稱前，反置屬性則用 ”(INV)” 符號加以區別。在 super/subtype之繼承關係上，小圓圈端代表子物件（subtype）。若父物件（supertype）被宣告成 ABSTRACT，則如圖四所示在 EXPRESS-G中需以 ”(ABS)” 符號置於該物件定義符號框內。若繼承關係中有 ”ONEOF” 指定敘述，則承襲性關係線上可用 ”1” 來註記。例如圖五中之 ”eloop” 和 ”vloop” 被宣告成 ONEOF（ABS）loop的子物件，故在代表承襲性關係線之粗線的 T型分叉處註記有 ”1” 之符號。

5.1.5 SDAI 與 STEP file

STEP 的實踐方法，Part 20 系列，定義了資料存取標撙方法與架構。STEP的資料交換與分享技術分為四個層次，即 (1) 檔案交換層次 (STEP physical or text file format)，(2) 軟體輔助工作檔交換層次 (working form or software assisted activity file)，(3) 分享式資料庫層次 (shared database)，和 (4) 分享式知識庫層次 (intelligent knowledge-based system)。現階段大多數 STEP資料存取應用方式，大都尚處於使用 Part 21所定義的物理層標準檔案格式作輸出與輸入。此種作法屬檔案存取實踐層次 (file implementation level)。為了因應資料直接從使用環境分享的趨勢，STEP Part 22定義了一個直接對應用資料操作的資料庫實踐層次 (database implementation level)，此資料存取介面標準稱為 SDAI – Standard Data Access Interface。

80

SDAI 是一組 API (Application Programming Interface) 函數，它可直接操控由 EXPRESS語言定義的資訊模組。所謂 API是一組可呼叫之函數或程式，用來創成、刪除、修改、和訊問各物件之內容與屬性資料。API可透過與高階程式語言之配合 (binding)，直接與資料儲存系統（包含資料庫管理系統）之資料結構與內容溝通。圖五顯示了三種 SDAI的 binding 結構 [Loffredo, 1998]。此三種 binding 結構分別對應於前節所述之 STEP資料交換與分享技術的前三個層次。

圖 5.5 三種 SDAI的實踐方法

SDAI 資料模組包含了四個部分：

（1） 辭典模組 (dictionary schema): 定義物件資料辭典 (data dictionary) 之結構；

（2） 區分模組 (session schema): 提供描述 SDAI 應用狀態之資料結構； （3） 群體模組 (population schema): 提供描述 SDAI 所操控之物件組織與

管理架構； （4） 參數資料模組 (parameter data schema): 提供描述 SDAI 所操作之函

數的資料格式與型態定義。

SDAIApplication

SDAI or otherApplication

SDAI or otherWorking FormBinding Part 21

Files

Import/ExportPrograms Database

SDAIApplication

Modified Working Form SDAI Binding Database

WorkingFormCache

DatabaseDirect SDAI Binding

Upload/Download SDAI binding structure

Cached SDAI Binding Structure

Direct SDAI Binding Structure

81

SDAI 的操作演算 (operation) 種類有：

(1) Environment operation: 開啟 SDAI 執行區段 (session)。 (2) Session operation: 處理資料儲存系統之執行區段與註冊。 (3) Repository operation: 在資料儲存系統內創建 SDAI模組和模組實例

(schema instance)。 (4) Schema instance operation: 輔助SDAI模組實例 (schema instance) 之操

作，查驗 EXPRESS限制條件與參考條件之合法性。 (5) SDAI model operation: 創建實用物件(entity instance)，設定存取模式

(read/write 或 read only)。 (6) Scope operation: 創建並管理實用物件間之關連性。 (7) Type operation: 檢查繼承性關係與資料型態於應用領域內之合理性。 (8) Entity instance operation: 瀏覽和操作應用資訊模組與 SDAI模組內之實用

物件。 (9) Application instance operation: 刪除、操作、和檢查應用資訊模組內之實

用物件。 (10) Aggregate operation: 操作、檢查、和修改聚集物件 (instance of

aggregates)。

資料庫導向系統漸成為工程或商業應用軟體發展之主流。分享是資料庫應

用技術可加速同步工程之整合，圖 5.6比較了兩種不同的資料分享和交換技術 [Liu et al. 2000]。分享式環境在整合效能上比利用檔案交換的方式更具時效性、可擴張性、與可維護性。因為若以檔案交換方式則每套系統間必需配置一雙向之

標準檔案轉譯程式 (translator) 。

圖 5.6 分享式資料庫環境和檔案交換環境

Translator BTranslator A

System A System BSystem A

SDAIapplication 1

SDAI calls

SDAIapplication 2

System B

SDAI code

STEP files

The Shared databaseenvironment

The file exchangeenvironment

82

圖 5.7 利用一個具有兩處形狀特徵的機械零件為例，來說明 STEP標準檔案格式。該零件為一直徑與高皆為 0.6的圓柱體，底端有一深 0.35直徑為 0.2的孔，孔徑之公差為+0.001到-0.000；頂端之另一形狀特徵為直徑 0.2高 0.3 之圓柱突出。該零件之 STEP檔案如圖五(b)所示。 STEP file 之字母符號依序排列，不像 IGES 格式有欄位之限制。一個 STEP 檔包含標題部分 (Header section) 和資料部分 (Data section)。STEP file之文法格式是以韋式語法 (Wirth Syntax Notation) 所定義。

圖 5.7(b) 中 @150=RIGHT_CIRCULAR_CYLINDER (#140, 0.6, 0.6); 為描述零件本體(圓柱體)之物件，@270=IMPLICIT_DEPRESSION (#140, #260); 為描述孔之物件，@350=IMPLICIT_ PROTRUSION (#330, #340); 為描述圓柱體突出之物件，@510=PART ('Robot Head', 'RH-1', #150, (#280, #360), ( )); 為描述此零件(PART)之物件，第一個屬性為零件名稱 'Robot Head'，第二個屬性為零件編號 'RH-1'，第三個屬性為零件主體幾何形狀 #150，第四個屬性為零件形狀特徵集合 (#280, #360)，第五個屬性為零件主體幾何形狀之公差資訊，應為此屬性為 OPTIONAL 於圖七(a)上未有標示，故於此可空白省略 ( )。

(a) 具孔及圓柱突出之柱狀零件

0.35

0.300.60

0.60

0.20

0.20+0.001

-0.000

0.35

0.300.60

0.60

0.20

0.20+0.001

-0.000

0.20+0.001

-0.000

83

(b) 範例零件之 EXPRESS 檔案

圖 5.7 機械零件範例與 EXPRESS 檔案

5.1.6 整合資源資訊模組

整合資源模組是由 EXPRESS語言所定義的一組資訊模組，他包含了二類的整合性資源：（1）具一般適用性的基礎資源模組（Generic Model）和（2）支援特定應用或提供特定應用相類似領域使用的應用資訊模組（Application Model）。此二種資源模組是組成各應用協議（AP）的主要產品資料結構，由於以 EXPRESS語言定義，在使用時便不受實踐方法（Implementation）的限制，而具備實用獨立性，整合資源資訊模組在 STEP標準中皆透過各應用協議以間接方式使用之。

基礎資源資訊模組包含了：

Part 41： Fundamentals of product description and support

此模組包含了三個主要部分，即基礎產品描述資源（Generic product description resources）基礎管理資源（Generic management resources），和支援資源（Support resources）。

ISO-10303-21;HEADER;/*user defined information*/ENDSEC;

DATA;@110=DIRECTION (0.0, 0.0, 1.0);@120=DIRECTION (1.0, 0.0, 0.0);@130=CARTESIAN_POINT (0.0, 0.0, 0.0);@140=AXIS1_PLACEMENT (#130, #110, #120);@150=RIGHT_CIRCULAR_CYLINDER (#140, 0.6, 0.6);@210=TOLERANCE_RANGE (0.001, 0.0);@220=SIZE_PARAMETER_DIMENSION (#210, 0.2);@230=SIZE_PARAMETER_DIMENSION (( ), 0.35);@240=FORM_FEATURE_LENGH_PARAMETER (#220, 0); /*diameter of the hole */@250=FORM_FEATURE_LENGH_PARAMETER (#230, 0); /*depth of the hole */@260=CONSTANT_DIAMETER_AXISYMMETRIC_FEATURE_SWEEP (#240, #250);@270=IMPLICIT_DEPRESSION (#140, #260);@280=FORM_FEATURE ('Hole, depression', #270);@310=FORM_FEATURE_LENGH_PARAMETER ((( ), 0.2), 0);/*diameter of the pad */@320=FORM_FEATURE_LENGH_PARAMETER ((( ), 0.3) 0); /*depth of the pad */@330=AXIS1_PLACEMENT (((0.0, 0.0, 0.6), #110, #120);@340=CONSTANT_DIAMETER_AXISYMETRIC_FEATURE_SWEEP (#320, #310);@350=IMPLICIT_PROTRUSION (#330, #340);@360=FORM_FEATURE ('Pad, protrusion', #350);@510=PART ('Robot Head', 'RH-1', #150, (#280, #360), ( ));ENDSEC;

END-ISO-10303-21;

84

Part 42：Geometric and topological representation

此模組包含了三個子模組，即幾何（Geometry），拓樸（Topology），和幾何形狀（Geometric shapes）模組。幾何元件有：placement，Cartesian transformation operator，point，vector，direction，curve，surface。拓樸元件有：vertex，edge，path，loop，face，face bound，vertex shell，wire shell，connected face set，和 connected edge set。幾何形狀元件有: surface model，wireframe model，geometric set，solid model，constructive solid geometric primitives，(如 sphere, right circular cone, right circular cylinder, torus, block, right angular wedge)，Boolean result，和 half-space solid。

Part 43：Representation structures

此模組定義了產品表示的基本結構，賦予Part 42中所定義之元件集合與Part 41中之各種表示元件有關連性，例如：Part 42中所定義之點、向量，和位置（Placement），在附予關連性後可形成一”座標系統”。Part 41、42、與 43在應用上由 Part 43形成前後文（context）之連結，是產品資料表示最基本之共通元素。

Part 44：Product structure configuration

此模組亦包含了 3個子模組，即產品結構模組（Product structure schema），構型管理模組（configuration management schema），和產品概念模組（Product concept schema）。產品結構模組用來指定在 Part 41中所定義之產品關係，例如：某產品是其他若干產品組裝或加工而成。構型管理模組則提供產品生產計畫，版

本（version），和相關性之資料結構。產品概念模組則允許使用者定義產品之功能說明。

Part 45：Materials

此模組包含描述（1）材料之組成及確認材質特性之材料特質定義模組（definition schema）；(2)材質表示方法和有效性條件的（property representation schema）；及（3）指定量測方法及度量單位之不確定性和可靠度敘述之合格性測量模組（qualified measure schema）。

Part 46：Visual presentation

此模組包含了螢幕上物件視覺呈現（presentation）的四個子模組，即組織（organization schema），定義（definition schema），發表（appearance schema），及資源（resource schema）模組。

Part 47：shape variation tolerances

此模組包含了定義（1）基準參考資料（datum）之 shape aspect definition schema, (2)位置及大小尺寸之 shape dimension schema和（3）各種尺寸及幾何公

85

差之 shape tolerance schema。

Part 49: Process structure, property and representation

此模組可用來定義產品處理程序之操作方法，條件定義，資源設備使用，

和製程相關特性之表示法。

應用整合資源（Application Integrated Resources）則有：

Part 101: Draughting Part 102: Ship structure Part 103: Electrical applications Part 104: Finite element analysis Part 105: Kinematics Part 106: Building construction core model

5.2 應用協議（Application Protocol）

STEP應用協議定義了某特殊工程或應用領域中產品生命週期資料之內涵、種類、和使用方式。每個應用協議採用上節所述之整合資源模組，透過 AP之使用，STEP標準資料之交換與應用方法才能符合 STEP制定之精神。所以瞭解 AP之建構程序對於打算自行發展以 STEP為基礎之應用系統的使用者或想讓軟體能與 STEP相容的廠商是必修的課題。

圖 5.8展示了 AP之內容組成的主要概念。每個 AP之研發團對必需針對每個產品之應用機能與範圍，分析其所需求的相關資訊，並由各 IR所定義的資料模組中粹取出相對物件，並加以組織整理成應用導向之資訊模組。所謂應用內容

（Application context）導向之資訊模組，在 STEP中由於資料交換與分享任務達成之效能目標，它必需考量以下 5個向度之因素：

1. 產品型態（Product type）: 例如產品是船、汽車、電子組件、建築物、或化工廠等。

2. 生命週期階段（Life-cycle stage）: 例如應用於設計階段或製造階段之資料分享與交換等。

3. 專業領域（Discipline）: 例如機械工程領域或電子工程領域。 4. 功能（Function）: 例如製圖、製程規劃、有限元素分析等。 5. 技術（Technology）: 例如實現各功能所選用的特殊技術。

86

圖 5.8 AP的主要概念

5.2.1 AP發展程序

建構一個 STEP應用協議的程序有下列 5個步驟：

1 確定 AP之應用範圍。 2 發展應用參考模組。 3 建立應用解釋模組。 4 發展測試實例與驗證有效性。 5 完成一致性需求之文件記錄。

圖 5.9顯示了 AP發展步驟之順序與重點內容。

第一步所發展出的應用活動模組（Application Activity Model-AAM）包含了該應用領域所必需之資訊種類、內容和資料流通關係，通常 AAM可以用模組化程序敘述-技術來規劃記錄。例如：利用 IDEFO、NIAM、或 EXPRESS-G語言等

STEP 整合資源模組

(Integrated Resources)

特殊應用內容導向

之資訊模組

應用協議(AP)基礎架構

Product description

Tolerance

Representation structure

Materials

Product structure configuration

Shape (Geo. and Topology)

87

來描述特殊應用領域用的功能程序、和資料需求。

第二步所發展出來的應用參考模組（Application Reference Model-ARM）則包含了該應用領域所需的資料結構和模組化資料關係，通常資料元素在 ARM內以物件形式表示之。可用來定義 ARM的語言有 IDEFIX, NIAM, EXPRESS,或EXPRESS-G等。每個 ARM必需經由該應用領域專家之檢視以確保資料結構和內容的完整性，並以實例來測試產品資料之有效性。

第三個步驟則是遵循 STEP標準所定義的各種 IRs，依照 ARM的資料需求從各相關資源模組中選擇適當之資料元件（Entity）並將之組織成能代表 ARM需求的資料模組，經此標準化程序之資料模組稱為應用解釋模組（Application Interpreted Model-AIM），每個 AIM需經過應用領域專家和 STEP標準化專家之共同審查以確保 AIM中之 EXPRESS Model，在從 ARM對應轉換到 AIM的過程中，沒有資訊之遺失或應用時含意的改變等問題。

當 AIM完成後下一個步驟為發展一套摘要測試資料個案組( Abstract test suite-ATS)，以用來評量此一 AIM是否足以勝任將來產品資料交換的任務。每一個 ATS中的測試個案，此需詳細說明測試資料種類，使用方法和預期成果。測試方法和架構則統一於 STEP Part 33中有詳細說明。

最後一個步驟則是執行實際的測試評估，測試評估的內容必需包含此 AP之完整性和正確性，並分析使用時可能面臨之各種狀況下的一致性。

當然上述步驟必需反覆進行修正，各個階段性資料模組會經歷漸進式改

良，直到測試時能通過標準驗證程序的條件。當測試完成後，有效性確認結果和

實例分析數據皆需妥善記錄，如此一個 AP才能進入應用（Implementation）的階段。

88

圖 5.9 AP發展步驟之順序與重點內容

5.2.2 PDM 相關 STEP AP介紹

由於 AP的模組通常很大，由包含數百個到幾千個物件都有，故不適合於此章節中一一詳述。本節只針對 STEP AP所涵蓋之應用範圍作一橫向之敘述，有些 AP已通過 ISO章程正式成為國際標準，有些 AP則尚在發展階段，其內容有可能更改。表一列出 STEP 各應用協議及其發表狀態， IS (International Standard) 代表已發表之 ISO 國際標準，DIS (Draft International Standard) 表示此 AP 尚未通過 ISO會員國投票確認或尚在審查中，CD (Committee Draft) 代表此 AP 尚在

Feedback

確定 AP之應用範圍

What product is the AP concerned?What Functions?

發展應用參考模組

What information is required? What data structure is suitable?

建立應用解釋模組

How to represent the required information with STEP IRs?

發展測試實例與驗證有效性

What are the test cases? What are the test proposes?

完成一致性需求之文件記錄

How is the AP’s quality? How to use the AP?

Application Activity Model (AAM)

Scope, Aspect, Functions, Life Cycle, Product

Application Reference Model (ARM)

Construct Definitions Construct Assertions Construct Constraints

Application Interpreted Model (AIM)

Mapping Table AIM EXPRESS Short Form

Abstract Test Suite

EXPRESS-I Test Cases AP Prototype

Conformance Requirement

Validation Report Usage guide

89

負責委員會起草階段 ，CDC (Committee Draft for Comment) 表示草稿於徵詢專家建議階段。本節只針對和 PDM有密切關連性之 AP作簡述。

表 5.1 列出 STEP AP及正式發展中之 AP

Part Application Protocol Status Date201 Explicit draughting IS 1994202 Associative draughting IS 1995203 Configuration controlled design IS 1994204 Mechanical design using boundary representation CD 1994205 Mechanical design using surface representation CD 1994207 Sheet metal die planning and design DIS 1995208 Life cycle management –change process CDC 1995209 Composite and metallic structural analysis and related design CD 1996210 Electronic assembly, diagnostics and remanufacture CD 1994212 Electrotechnical design and installation CD 1996213 Numerical control process plants for machined parts DIS 1995214 Core data for automotive mechanical design CD 1995215 Ship arrangement 216 Ship moulded forms 217 Ship piping 218 Ship structures CDC 1996219 Dimensional inspection process planning for coordinate

measuring machines using tactile and video sensors

220 Process planning, manufacturing, and assembly of layered electronic products

CDC 1994

221 Functional data and their schematic representation for processplants

CDC 1995

222 Exchange of product data for composite structures 223 Exchange of design and manufacturing product information for

casting parts CDC 1995

224 Mechanical product definition for process plants using machining features

DIS 1997

225 Building elements using explicit shape representation DIS 1996226 Ship mechanical systems 227 Plant spatial configuration CD 1995228 Building services: heating, ventilation, and air conditioning

90

229 Exchange of design and manufacturing product information forforged parts

230 Building structural frame: steelwork 231 Process design and process specifications of major equipmentCDC 1996232 Technical data packaging core information and exchange

Part 203: Configuration controlled design

此 AP支援機械零組件之構型控制相關設計資訊之表示與交換，它包含 6個一致性類別（conformance class）：

1. Constructs representing configuration-controlled design information without shapes.

2. Wireframe models which have no surface topology. 3. Wireframe models with topology. 4. Manifold surface models with topology. 5. Faced boundary representations. 6. Advanced boundary representations.

此一致性類別提供了描述設計方法、程序、表面精度要求、和材質等資訊，

同時亦包括了其他構型管理相關資訊物件。其中第一個 Conformance class是 AP 203應用時所必需使用的必要資訊，其他 5個 Conformance class與形狀表示法有關，可由使用者任選之，以提供產品在設計階段有不同幾何形狀表示方法。

Part 208: Life cycle management-change process

此 AP支援產品生命週期中因特定需求而必需作變更的產品改變資訊，變更的產品必需能被驗明確認，每次設計變更之原因和種類也要能詳加記錄，同時設

計變更之請求、核准、和正確性檢查亦需能確保敗。此 AP與後勤支援維護管理（Acquisition, Logistic Support, Maintenance Management）密切關係。

Part 210: Electronic assembly, interconnect, and packaging design

此 AP支援電子印刷電路組裝產品之設計資料表示標準，它包含了印刷電路產品之各零件連接方式，封裝型態，構型管理資料，幾何資料，及零件和組裝件

之品質、材料、物理條件、位置等資料物件。AP 210可應用於類比式、數位式、影音、微波領域之電子相關產品，其涵蓋之應用範圍相當廣泛。

Part 214: Core data for automotive mechanical design

此 AP支援交通工具機械領域專業之設計與製造相關資訊物件，它包含了（1）交通工具各子系統資料如車體、傳動系統、底盤、和內裝資訊，以及（2）

91

製造技術如沖壓、鑄造、彎管、車銑、塗裝、電銲、組裝等資訊。AP 214定義了產品、零件和組裝件之組配定義資料及構型管理控制資料。上述資料涵蓋了支

援下述機能之資訊需求：（1）設計變更、（2）供應商及合約資料、（3）設計階段產品許可核准之版本表示方法、（4）形狀外觀、（5）幾何特徵（Form feature）、（6）產品表示文件記錄、（7）機構學 (Kinematics)、（8）有限元素分析、（9）、材質、（10）表面精度與公差、（11）、標準零件、與（12）製程規劃等。這個由歐洲，尤其是德國所主導的AP，其範圍與內涵非常的大，它與其他AP如 201, 202, 204, 205, 207, 和 212等有共通分享之物件資料結構。

5.3 結論

台灣製造業之生存競爭早已跨越國界﹐如今隨著資訊科技之普及與資訊技

術如網路、資料庫、各式電腦硬體、和 CAD/CAM/CAE/CIM軟體系統之整合應用，使得高品質資訊(Information)成為許多公司提昇競爭力的策略資產之一。大約在 1980 年代中期，EDM/PDM (Electronic Data Management and Product Data Management)技術的出現提供了產品型態管理 (Product Configuration Management)的功能﹐意圖藉著對產品工程資料之基本結構設計、變更控制、與存取追蹤管制等，來提高資訊系統之效能。但是隨著業界對資訊品質的需求日

高，在 90 年代同步工程、TQM (Total Quality Management)、和 X導向設計（Design for X, 如Manufacturing、Assembly、Testing、與 Maintenance）等觀念的衝擊下，善用高品質資訊變成再提昇企業競爭力之要因之一。是故 EDM/PDM也隨著新觀念與需求的融入而演進成 PIM（Product Information Management）。

STEP所發展出來之內容並非只是產品資料交換標準而已，其相關之支援技術對於分享式資料庫環境與開放式資料系統皆屬必需。透過網路對不同企業和專

業的各種電腦系統作 STEP產品資料交換和分享的需求正日益增加。同時也使得電腦輔助同步工程能做跨領域之資訊整合。隨著 STEP標準之日趨成熟與 CALS應用之演進，相信產品資料工程 (Product Data Engineering) 會獨立成一個新的學科領域，其內容涵蓋: (1) 物件導向之標準化軟體工程，(2) EXPRESS之標準化資訊模組描述語言，(3) STEP化之標準產品定義，(4) 以各式 AP為基礎之標準化 STEP應用介面，(5) 無需資料轉譯器 (Translator-Free) 之開放/分享式整合資料庫系統。

企業整合體系(Enterprise Integration Framework)之內容需包含有: 整合企業各種活動與資訊之架構、方法、與各種相關之支援標準。STEP所主張的產品資料 Modeling方法與 CALS所推動的 Enterprise Modeling方法及 PDM系統目標，其共同精神之一皆是利用標準化來做整合之基礎。總言之，PDM系統的使命和STEP實現目的是為了符合下列之企業策略目標：

92

‧更快速的工程變更時程和減少工程變更次數； ‧縮短產品研發設計與製造周期； ‧高效率的工作程序管理； ‧改善並加強工作團隊的溝通； ‧敏銳的顧客反應能力。

未來之工程與產品資訊標準將會朝著企業整合體系之發展與應用一同演

進。

過去 10 年 ISO已成功的結合了美國 IGES/PDES組織與歐洲 CAD*I計畫之工程資訊標準化相關研究成果。STEP雖然是一個年輕的國際產品資料標準，然ISO各會員國所投入之人力與物力非常充足。STEP的成長與實用性之日趨成熟將使其成為資料格式、結構、表示、存取、交換、與分享的開放式自足系統。隨

著電腦軟硬體科技之進步與跨企業整合需求之昇高，相信 STEP標準和它所提供的相關技術將成為企業迎向標準化的努力上重要工具與方法之一。同時，NII架構下的電子商務環境將會是下個世紀企業營運與中衛體系整合的主要工具。所以

標準化的工程與產品資料 (如 STEP ISO 10303系列國際標準)、使用者介面、系統應用架構、與系統設計建構方法，將會是發展一個成功的 PDM系統所必需具備的重要條件。

習 題

1. 何謂 STEP（ISO-10303）？ 2. STEP之目標為哪六大項？ 3. 目前 STEP在 CAx、PDM、CALS等相關領域之應用模式為何？ 4. 試述 STEP標準化技術，即三層式架構 (Three Layer Architecture) 為何？ 5. 試述 STEP文件結構和類別？ 6. 何謂 EXPRESS語言，其目的為何？ 7. EXPRESS-G有哪種基本圖素？各圖形符號分別代表何用途？ 8. 何謂 SDAI？它屬於 STEP資料交換與分享技術四個層次的哪一種？ 9. 何謂 STEP整合資源資訊模組？ 10. 何謂 STEP應用協議（Application Protocol）? 11. AP發展程序和步驟為何？請簡述之。 11. 標準化產品資料工程（Product data Engineering）其內容涵蓋哪些主要課題？

93

參考資料

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