面向STEP-NC标准化过程与数控技术的走向
                                陈 虎
                    北京首科凯奇电气技术有限公司
0．引言
数控技术应经发展了半个多世纪，并且确实为制造业自动化和信息化奠定了重要的基础。传统的数控加工程序，大多遵循ISO6983（G/M代码）标准。该标准至今仍然是绝大多数数控系统遵循的基本程序输入的数据标准。ISO6983标准进约定了加工运动轨迹的基本定义（G代码），以及辅助加工过程的指令（M代码），并不包含加工过程的其他信息（攻击毛坯的集合信息，材料信息；刀具信息及工序信息等）。这些信息表述的欠缺在一定程度上制约了制造过程的信息集成和自动化管理。
针对上述问题，欧共体于1997年提出了OPTIMAL计划，将STEP（Standard for the Exchange of Product model date，ISO 10303）标准延伸到自动化制造的底层设备，开发了一种STEP-NC的数据模型，作为铣削加工编程的数据接口。该接口遵从STEP标准，具有面向对象的特征。STEP-NC将产品模型数据转换标准STEP扩展到CNC领域，重新制订了CAD/CAM与CNC之间的接口，它要求CNC系统直接使用符合 STEP标准的CAD三维数据模型（包括工件几何数据、参数配置和制造特征）、工艺信息和刀具信息直接产生加工程序。STEP-NC 作为数控技术中编程技术和数据交换的重要技术，正成为制造自动化领域的研究热点之一。正视STEP-NC技术的发展，正确评估该技术对NC技术乃至制造自动化技术的影响是非常必要的。本文仅就上述问题，谈一些意见和看法。

1．    STEP-NC与NC技术的关系
STEP-NC作为数控技术领域的一个技术热点，它的产生与发展与数控技术的发展有很多联系。但有几个基本问题必须澄清：

STEP-NC不是NC
有一种观点说STEP-NC是下一代数控的标准，或STEP-NC是下一代数控。这种概念是不准确的。NC技术的核心是要解决面向制造过程的运动控制问题和逻辑控制问题，而实际上SETP-NC并不涉及上述数控技术的核心控制问题。数控技术相关标准涵盖了从操作到电气等诸多方面的标准，STEP –NC是一个面向对象的新型NC编程数据接口国际标准（ISO 14649），它于1996年初开始制订，在2001年底成为国际标准草案（Draft International Standard, DIS），由国际标准化组织ISO/TC184工业数据技术委员会正式命名为ISO14649，其目的旨在取代在数控机床中广泛使用的ISO 6983标准。因此我们说STEP-NC不是NC，而是一套NC编程的标准。

STEP-NC不是ISO6983的高级语言版
在长期的技术发展和市场竞争的促进下，许多数控厂商都推出了带有各自应用特征的用户宏语言和兼容ISO 6983标准的数控语言扩展，其中相当多支持判断、循环、数学运算等高级语言特征。而STEP-NC不是简单的ISO 6983标准的扩展和延伸，可以说基本与ISO 6983标准没有太多的形式上的演进关系。准确地讲STEP-NC是STEP（Standard for the Exchange of Product model date，ISO 10303）标准的延伸，是将产品模型数据转换标准STEP扩展到CNC领域；因此STEP-NC不是ISO6983的高级语言版本，而是全新的，可以替代ISO6983的NC编程的信息模型。

2．STEP-NC编程的信息模型简介
STEP-NC借鉴了面向对象的模型思想，保留了STEP对产品的特征描述，在其信息模型中加入了面向制造的信息描述。STEP-NC以工步（workstep）为基本单位，工步是针对产品几何特征的特定加工操作，包括加工策略、刀具信息等。下图可以简要说明工件特征与工步的关系

 图1 STEP-NC工程中特征与工步的关系
为了方便语言的解析，避免二义性，STEP-NC文件语法采用沃思法（WSN: Wirth Syntax Notation）。WSN包括一组产生表达式，即：
元素 =  表示产生公式。。
实际的标准中采用了EXPRESS语言。EXPRESS语言包括TYPE（类型）和ENTITY（实体）说明、CONSTANT说明、约束规定和算法描述。下例是在用EXPRESS语言定义了一个实体类型：
--------------------------------------------------------------------------------------------------
TYPE
   primary_colour_abbreviation = ENUMERATION OF (r,g,b);
END_TYPE
；定义了颜色属性类型
ENTITY widget;
   attribute1: INTEGER;
   attribute2: STRING;
   attribute3: LOGICAL;
   attribute4: BOOLEAN;
   attribute5: REAL;
   attribute6: LIST[1:2]OF LOGICAL;
   attribute7: ARRAY[-1:3]OFINTEGER;
   attribute8: PRIMARY_COLOUR_ABBREVIATION;
END_ENTITY;
；定义了一种实体类型包含8种属性，其中有一种为自定义的颜色属性
#1=WIDGET(1,’A’,.T.,.F.,1.0,(.T.,.F.),(1,0,1,2,3),.R.);
；一个具体的实体，标号为#1，其中为各属性附初值

完整的基于EXPRESS语言的STEP-NC文件包括头段和数据段。
头段包含了与整个文件有关的信息，以专用记号“HEADER”开始，以“ENDSEC”结束。头段包含文件描述（file_discription）、文件名（file_name）、文件结构（file_schema）三部分。文件描述是对整个文件的功能做以诠释；文件名是详细地介绍了文件的各种属性，包括时间、作者、文件名等信息；文件结构指明了文件包含何种典型加工的结构。
数据段包括产品数据，是STEP-NC的核心部分，以专用记号“DATA”开始，后接实体实例，以专用记号“ENDSEC”结束。数据段是从三个方面对加工过程进行描述的：工件特征、工艺计划、操作。
实例：

HEADER；头段
FILE_DESCRIPTION((‘EXAMPLE 1’ ,
      ‘EXAMPLE PROGRAM’
      ‘1’)；文件描述信息
FILE_NAME(‘EXAMPLE1.STP’, 
‘2006