一、概述

数字化已成为全球技术、经济、社会发展的趋势，以数字化促进制造业研制技术、管理方法的变革和创新，对提升我国航空制造业的自主创新和市场竞争能力具有重要意义。当前，国内飞机产品的研制基本上都采用基于MBD的数字化协同设计和制造技术，三维数字化模型已经成为飞机设计制造的唯一数据源。伴随着这种信息化的飞速发展，电子档案尤其是3DCAD文件的归档与管理，已经成为航空行业各级单位所面临的难题。同时，对于飞机这种长生命周期的产品的技术资料存档期限往往要求30年以上，甚至更长。其间，伴随着计算机软、硬件平台会经历多次更新换代，原始存档数据是否还能重用的问题也是困扰档案管理人员的问题。因此，迫切需要探索3DCAD电子文件归档的相关技术，并形成相应的归档标准，实现电子档案进馆的标准化和规范化。

放眼先进国家和国际知名企业的解决途径，标准化的数据表达方式、交换格式和语言已经占据了主导地位，应用这样的标准进行归档存储和交互利用，相应的成功案例和报道不断出现，然而这些先进的标准似乎在我国国防科技企业并没有发挥出应有的作用，到底存在哪些问题，我们应如何改进其应用方法，这些标准及其应用工具能不能解决企业面临的问题？针对这些问题都需要进行系统的研究。本文正是在这种背景下，对于不依赖于具体厂商的具体3DCAD软件的，利用中间格式文件标准，基于中性化表达、存储和可视化浏览技术进行三维模型数据交换、存档和长期保管利用的可行性方案进行了研究和探讨。

二、3DCAD数据归档方案研究

(一)中间格式的概念

CAD中间数据格式，也被称为交换格式或中性格式，是方便不同品牌、厂商和版本的CAD系统之间交互数据而衍生出的模型格式，是CAD模型的一种特定格式，这种格式的模型文件可被绝大多数CAD系统识别和读取。

与中间格式相对应，原始格式是指基于某一种CAD系统创建的，并由该系统默认识别的格式，通常以文件扩展名进行识别，比如Inventor的*.iam格式，SolidWorks的*.sldasm格式等等。这种格式往往可被指定的系统读取和编辑，但是每种系统必然存在自身指定的原始格式文件。

目前存在的中间数据交互方式，主要是由标准化组织定义的独立于CAD厂商的格式，如图1所示，例如：IGES，STEP-ISO，VDA-FS，DXF，ParasolidXT，JT等。还有一种是如图2所示，在标准化组织定义的基础上，定义出各CAD厂商均能接受的标准数据格式，实现各系统之间的数据交换。

目前中间格式数据交换的图形文件标准主要有：AutoCAD的DXF文件，美国标准IGES及国际标准STEP。其他一些较为重要的标准还有：在ESPRIT资助下的CAD-I标准；德国的VDA-FS标准(主要用于汽车工业)；法国的SET标准(主要应用于航空航天工业)等。

(二)基于中间格式归档的项目

目前，在国际上一些有影响的大公司联合开发了有关项目，如欧洲空中客车、MUT等公司，围绕产品数据长期存档课题开发了LOTAR项目，即基于STEP中性格式的长期归档和检索项目—LongTermArchivingandRetrieval(LOTAR)。目标是开发数字化的数据(包括3DCAD和PDM数据)长期归档的标准，定义可审计的归档和检索过程。另外，在国际标准中，ISO《工业自动化系统与集成产品数据表达与交换》和《开放式存档信息系统参考模型(OAIS)》适用于产品数据的长期存档。ISO是一项用于产品数据交换、共享和存档的标准，其面向应用的各类应用协议贯穿于产品整个生命周期，而且具有中性化的数据格式，使它在产品的覆盖面和数据格式两个关键因素上满足产品数据长期存档的要求。OAIS为描述长期存档系统的基本概念框架提出了参考模型，以便于人们规划、开发、运行存档系统。

LOTAR把数据归档当做一个全生命周期过程来处理，主要包括：数据产生、数据准备、数据摄入、数据存储、数据检索提取、数据利用以及数据移除等阶段，如图3所示，在LOTAR项目中针对每个阶段，都形成了相应的标准，并且构建了一个支持产品数据从产生到最终归档的完整的标准体系，如图4所示，这些标准(已经建立的)目前已经在欧洲航宇、斯奈克玛、达索航空、空客的型号研制中得到应用。

三、STEP标准的先进性及作用

STEP是国际标准化组织(ISO)所属技术委员会TC(工业自动化系统技术委员会)下的“产品模型数据外部表示”分委员会SC4所制定的数据交换国际标准。STEP是一个由多个部分组成的ISO标准。它的基本部分已经完成并公布，但是多数正在开发中。这部分标准除了专门的工业信息外，还包括了一些通用领域如测试过程、文件格式和编程接口。如今，STEP已经成为国际公认的CAD数据文件交换全球统一标准，许多国家都依据STEP制订了相应的国家标准。我国有关STEP系列标准的制订工作由CSBTSTC/SC4完成，STEP在我国的对应标准号为GB。

1.STEP的先进性

STEP允许采用不同的实现技术，便于产品数据的存取、传输和归档。其中STEP在下述几个方面有着明显的优越性：一是经济效益显著；二是数据范围广、精度高，通过应用协议消除了产品数据的二义性；三是易于集成，便于扩充；四是技术先进、层次清楚，分为通用资源、应用资源和应用协议等部分。

STEP的先进性主要表现为以下几个方面：

(1)数据交换效率高、安全性好

STEP标准不仅允许企业在内部高效率地交换数据，还可以让他们与国际上的合作伙伴交换数据。为保持其在世界市场上的竞争力，这些公司需要保证此种数据交换的连续性、精确性和适时性，使其达到新的和更高的产品质量与生产效率水平。

与其它数据传输标准不同的是，STEP是计算机可理解的。它支持设计重用、数据保存，并且在产品的整个生命周期均提供了对其数据的访问。

(2)实用性

STEP针对不同的领域制定了相应的应用协议，根据标准化组织正在制定的STEP应用协议看，该标准所覆盖的领域比较广泛，除了包括目前已经成为正式的国际标准的二维工程图、三维配置控制设计以外，还将包括一般机械设计和工艺、电工电气、电子工程、造船、建筑、汽车制造、流程工厂等，正是基于这一优点，STEP被应用于众多领域。

(3)可扩充性

STEP的重要特点之一是它的可扩充性。它建立于这样一种语言之上：对任何需要交换的工程信息，这种语言均能规范描述其结构和正确性条件。这种语言就是EXPRESS语言，它能拓展到任何工业。一个能拓展的标准一旦发布，就不会过时。EXPRESS语言除数据结构外还描述约束。一致性准则可以防止二义性。

(4)国际性

STEP标准是国际性的，由用户开发而不是供应商。用户驱动的标准是面向结果的，而厂家驱动的标准是面向技术的。STEP已经而且在国际范围内继续适应技术的发展，因而可用于产品数据的长期存档。可以用于国际范围内的数据交换。

(5)独立性

STEP为产品在它的生命周期内规定了惟一的描述和计算机可处理的信息表达形式。这种形式独立于任何特定的计算机系统，并能保证在多种应用和不同系统中的一致性。

2.STEP的作用

STEP提供了描述产品数据的中性机制，能够保证在产品整个生命周期中做到信息共享或交换而不丢失任何信息。STEP不仅能够描述几何信息，而且还包括参数化数据、特征、非几何数据，比如公差、表面光洁度和加工计划等。STEP还将进一步扩展以包含设计规划和加工知识等高层次的设计信息。因此STEP最终会成为产品交换和数据共享的标准，它的作用也将越来越大。

STEP标准的重要作用主要表现在以下几方面的应用：

(1)数据交换及数据共享

这是开发STEP的初衷，也是STEP的主要作用之一。STEP在我国的主要应用也是在这个领域，用于在CAD/CAM系统中进行数据交换。产品信息的交换，应该包括信息的获取、传输、存贮等。STEP提供的数据交换方式有文件交换、应用程序界面、数据库实现和知识库实现。STEP自己定义了标准的中性文件格式，通过中性文件来实现产品信息交换。

(2)产品数据库

STEP可把企业各个领域的应用程序所生成的产品数据集成到企业的一个公用数据库上，使企业多年积累的数据继续给企业带来效益。利用STEP定义产品数据库的好处是：在一个地点就可以定义或找到制造产品所需的数据，也可以把制造的应用程序和产品数据之间建立联系，并且可以按ISO标准来定义和操作产品数据。

(3)产品数据的长期存档

由于信息技术领域竞争的加强，软件产品的更新速度明显加快，部分软件工具甚至在一年内就有数次的升级要求，随之而来的就是原有数据文件的识别与存档问题。如何将过去的知识、资料有序地保留下来，支持几年甚至十几年后的查询已成为一个新问题，STEP与具体应用软件相对独立的特性使得它成为实现长期数据存档的一个首选方案。

四、推广STEP应用及归档的技术可行性

由于STEP具有理论上的先进性、体系结构上的完整性和可扩充性，覆盖的工程领域广泛，在实际应用中效率高、安全性好的特点，因此成为最有前途的数据交换、集成平台及长期存档管理的使用工具。通过近二三十年的完善与调整，STEP标准无论从技术内容、编制思路还是应用机制上都具有无可否认的先进性，PDES及各国、各行业展开的相关研究中也逐渐习惯于将STEP作为一种可信赖的基础工具使用，下面将就其技术内容探讨其应用可行性。

1.信息全面

从行业来说，STEP覆盖了机械、汽车、船舶、航空航天、电工电气、电子工程、建筑、流程工厂(如石油化工)等最主要的制造行业。虽然STEP开发的初衷是用于数据交换，但它并不是只在几个系统的公共元素一级来进行操作，而是提供了基于工业需求和现存的许多应用系统的超级集成模型，而且扩展到支持许多特殊的应用需求，从这个方面也可以说明STEP所表达信息的全面。

2.体系结构严密

STEP标准不仅包含的信息非常全面，而且体系结构也很完善，适于在计算机上实现。描述方法、实现方法、一致性测试构成了体系的基础部分；集成资源和应用协议是体系中的具有扩展能力的应用部分。体系的基础部分具有稳定性，保证了以往工作的有效性和标准的寿命。实现方法部分使标准与具体计算机实现做到了隔离，不受计算机技术改变带来的不利影响，又可以从技术进步中得益。

3.可扩充性

一个能拓展的标准一旦发布，就不会过时。STEP的可扩充性是由它的合理的体系结构来保证的，例如应用层、逻辑层和物理层的组织结构，可以描述约束的EXPRESS语言等等。实现形式的独立，意味着扩充产品数据表示时无须更改实现形式的定义，同样，增加一种新的实现形式，也不必更改现有的产品数据的表达。STEP一直处于不断的扩充和完善中，将来也还会不断扩充，其中包括旧应用协议的扩充。

4.国际公认，广泛的支持

STEP是国际性的，众多成员国和家参加了标准的制定，中国也是正式成员国。STEP吸收了此前许多标准的长处，成为目前最有权威性的信息表达与交换标准。它还吸引了世界上众多的研究机构、高等院校、软件开发商对其进行研究和改进。它一方面得到了来自工业界的广泛支持，同时也得到了应用软件开发商的支持。

5.成熟程度

从年SC4公布第一批关于STEP的建议草案以来，已经过了将近三十年。从建立标准体系、国际标准的数量、支持标准的软件开发等方面来看STEP已经被广泛接受，在技术上也越来越成熟。例如EXPRESS语言已经被广泛地用来描述数据结构，而不仅仅用于STEP范畴。

五、总结与建议

由于信息技术领域竞争的加强，硬件和软件产品的更新速度明显加快，如何将过去的知识、资料有序地保留下来，支持十几年甚至几十年后的查询是一个重要问题。像飞机这样的大型复杂产品，生命周期达到几十年，为了进行维护保养需要长期保存产品信息。STEP标准与具体应用软件相对独立的特性使得它成为实现长期数据存档的一个首选方案。

在PDM系统中除了保存原格式模型，同时保存相应的STEP文件应该还是可以做到的，这只是低水平的长期档案管理，更高水平的长期档案管理应该包括过程的标准化。除了STEP以外，长期档案管理的标准如《开放式存档信息系统参考模型(OAIS)》有待深入研究，可能还有一些相关标准有待开发。在研究这些标准的基础上可以制定出行业的长期档案管理标准，并可以开展试点工程。

虽然STEP标准在数据交换和长期归档中起到了非常重要的作用，但由于STEP标准的内容较多，软件支持情况参差不齐，要真正支持产品生命周期的数据描述，还需要国家有关部门投入人力、物力进行这方面的研究，并在经费、人员培训、组织经验交流等方面给予支持。

（转自《机电兵船档案》）