多年来，人们提出了许多解决方案。其中最成功的方案已经标準化用于数据的交换。第一批是由欧美国家组织的，把重点放在在几何图形的数据交换，包括如法国的SET格式、德国的VDAFS格式和美国的IGES格式(initial graphics exchange specification)。之后在国际标準组织(ISO)的领导下，为了产生一个技术产品数据全方面的国际标準，人们做出了大量的努力，诞生了产品模型数据标準：STEP(standard for the exchange of product model data，产品模型数据交换标準)。

随着工业自动化和计算机技术的不断发展，工业界迫切需要综合性强、可靠性高的信息交换机制实现计算机辅助工程(CAx)系统之间的有效集成。STEP标準既是一种产品信息建模技术，又是一种基于面向对象思想方法的软体实施技术。它支持产品从设计到分析、製造、质量控制、测试、生产、使用、维护到废弃整个生命周期的信息交换与信息共享，目的在于提供一种独立于任何具体系统而又能完整描述产品数据信息的表示机制和实施的方法与技术。在设计和製造中， 许多系统过去常常要处理技术产品数据。每个系统有它自己的数据格式，所以相同的信息必然在多个系统中多次存储，这会导致了信息的冗余和错误。这个问题不是製造业所特有，只不过在製造业表现地更为突出，因为複杂的数据和三维数据让使用者们引起误解，和误差的扩大。据美国国家标準协会估计，数据不兼容的问题对于製造业意味着一个9 0 0亿元的损失… 。

STEP-NC自1997年的研发以来，製造业中关于STEP的套用已经成为工业化国家中的热点研究对象。在所有的热点研究课题中，美国有Super Model项目、欧洲有MATRAS计画和OPTIMAL、日本有Digital Master项目、韩国有STEP-NC项目，这些都是十分有代表性的项目。而上述热点研究国家主要都是集中在资料库、标準以及STEP-NC的控制器这三个方面的研究。
资料库的研究。对于STEP-NC所涵盖的特殊定义、几何模型、工艺流程、公差定义等等这些信息都是必须通过一个相同的智慧型接口，才能完整地被集成到一个产品模型的资料库中。在资料库的研究当中，STEP Tools公司是最具代表性的，主要因为该公司于新世纪两千年开始了“超级模型”——Super Model的项目研究。“超级模型”项目的英文全称是Model Driven Intelligent Control of Manufacturing，该项目主要是为了建立一个包含可直接驱动数据铣床、零件所有製造特徵的资料库，之后再向PDM、数控车削等目标的扩展。STEP Tools公司最终在“超级模型”项目中开发了两项新技术，分别是EXPRESS-X和STEP/XML，由于这两项技术的套用中，数控编程都是被简化了的，因此，给CNC可以在网际网路上直接查找产品数据奠定了坚实的基础。
标準的研究。当前已经制定的关于STEP和STEP-NC的标準，涉及的行业通常是汽车、飞机、造船业、机械设计、电子电路等。关于STEP-NC已经制定的标準草案（ISO-DIS-14649），它包括通用数据、基本概念及规则、铣削刀具、数控铣削加工等。目前正在制定中的STEP-NC标準有：放电加工、数控车削加工、监控、玻璃木材的铣削等等。
STEP-NC控制器。目前的STEP Tools公司正在研製工具机控制器的软体，这款软体是用于直接读取Super Model的。此外，还有POHANG科技大学（韩国）、Siemens公司（德国）等都在致力于控制器的积极研究。而在无数不少的研究当中，Siemens公司取得了丰硕的成果。

STEP标準基本描述

STEP标準不是一项标準，而是一组标準的总称，STEP把产品信息的表达和数据交换的实现方法区分成六类：1)描述方法(Description Methods)；

STEP标準内容

2)实现方法(Conformance Testing)；

3)集成资源(Implementation Methods):分一般资源和套用资源；

4)套用协定(Application Protocols)；

5)一致性测试方法论和框架(Conformance Testing)；

6)抽象测试集(Abstract Test Suites)。

STEP标準的组成结构如图所示。STEP 标準也可划分为两部分：STEP标準的数据模型和工具。数据模型包括通用集成资源、套用集成资源、套用协定；工具包括描述方法、实现方法、一致性测试方法和抽象测试套件。其中资源信息模型定义了开发套用协定基础的数据信息，包括通用的模型和支持特定套用的模型。产品数据的描述格式独立于套用，并且通过套用协定进行实施。套用协定定义了支持特定功能的资源信息模型，明确规定了特定套用领域所需的信息和信息交换方法，提供一致性测试的需求和测试目的。

STEP系统类型

几乎每一个主要的CAD/CAM系统包含由一个STEP套用协定(application protocols，AP’s)定义的一个读写数据的模组。在美国最普遍实现的协定称为AP-203。这个协定用来交换描述实体模型以及实体模型装配体的数据。在欧洲，一个非常相似的协定称为AP-214，完成的是相同的功能。

其中，构成核心体系的关键语言有：

1)描述语言：EXPRESS语言是STEP标準开发的面向对象的信息模型描述语言(ISO10303—11)，用以描述集成资源和套用协定，即是记录产品数据的建模语言，在STEP技术中处于基础和核心的地位。

2)实现语言：鑒于EXPRESS本身不是一种实现语言，STEP规定了若干通过映射关係来实现EXPRESS的语言。主要有：

·STEP p21档案(ISO10303—21)：p21档案採用自由格式的物理结构，基于ASCII编码，不依赖于列的信息(IGES有列的概念)，且无二义性，便于软体处理。p21档案格式是信息交换与共享的基础之一。其常用扩展名有stp、step、p21，因此常常被称作STEP档案或者p21档案。

·SDAI接口——Standard Data Access Interface (ISO10303—22)：是STEP中规定的标準数据存取接口，提供访问和操作STEP模型数据的操作集，为应用程式开发员提供统一的EXPRESS实体实例的编程接口需求规範。可用于更高层的资料库实现和知识库实现。

·STEP data in XMI(ISO10303—28)：提供STEP档案到XML的映射，XML是为Internet上传输信息而设计的一种中性的数据交换语言，是Internet/Intranet间存储和提取产品数据的主要语言T具。

3)套用协定(AP)：STEP利用套用协定(AP)来保证语义的一致性。套用协定指定了在某一套用领域巾，共享信息模型结构所需遵循的特定套用协定所规定的模型结构。通过套用协定，建立一种中性机制解决不同CAx系统之间的数据交换。已制订或正在制订的有关工程设计与製造方面的STEP套用协定有38个(AP-201～AP-238)。

2004年6月的STEP套用协定如下：

第201部分Explicit Drafting显式绘图；

第202部分Associative Drafting相关绘图；

第203部分Configuration Controlled Design配置控制设计；

第204部分Mechanical Design Using Boundary Representation用边界表达的机械设计；

第205部分Mechanical Design Using Surface Representation用曲面表达的机械设计；

第206部分Mechanical Design Using Wireframe Representation使用线框表达的机械设计；

第207部分Sheet Metal Dies and Blocks片金属的沖模和成块；

第208部分Life Cycle Product Change Process生命周期管理更改管理；

第209部分Design Through Analysis of Composite and Metallic Structures通过合成体和金属结构的分析进行设计；

第210部分Electronic Printed Circuit Assembly，Design and Manufacturing电子的印刷线路装配，设计和製造；

第211部分Electronics Test Diagnostics and Remanufacture电子测试诊断和再造；

第212部分E1ectrotechnical Plants电子技术设备；

第213部分Numerical Control Process Plans for Machined Parts加工件的数控处理规划；

第214部分Core Data for Automotive Mechanical Design Processes汽车机械设计处理的核心数据；

第215部分Ship Arrangement船的布置；

第216部分Ship Molded Forms船的模型形式；

第217部分Ship Piping船的管道；

第218部分Ship Structures船的结构；

第2I9部分Dimensional Inspection Process Planning for CMMs对CMMs进行空间的检验处理规划；

第220部分Printed Circuit Assembly Manufacturing Planning印刷电路的装配製造规划；

第221部分Functional Data and Schematic Representation for Process Plans工艺规划的功能数据和它的模式表达；

第222部分Design Engineering to Manufacturing for Composite Structures组合结构的设计工程学到式製造；

第223部分Exchange of Design and Manufacturing DPD for Composites複合结构的产品数据交换；

第224部分Mechanica1ProductDefinitionforProcessPlanning处理规划的机械产品定义；

第225部分Structural Building Element Using Explicit Shape Rep使用显式形状Rep的结构建筑元素；

第226部分Ship building Mechanical Systems造船机械系统；

第227部分Plant Spatial Configuration工厂空间配置；

第228部分Building Services建筑服务；

第229部分Design and Manufacturing Information for Forged Parts铸造部件的设计和製造信息；

第230部分Building Structure frame steelwork建筑结构框架：钢结构；

第231部分Process Engineering Data工艺工程数据；

第232部分Technical Data Packaging技术数据的打包信息；

第233部分Systems Engineering Data Representation系统工程数据表示；

第234部分Ship Operational logs，records and messages船的操作日誌、记录和信息；

第235部分Materials Information for products产品的材料信息；

第236部分Furniture product and project家具的生产和设计；

第237部分Computational Fluid Dynamics计算流体动力学；

第238部分Integrated CNC Machining集成CNC加工；

第239部分Product Life Cycle Support产品生命周期维护；

第240部分Process Planning工艺规划。

第242部分Managed model based 3D engineering。

STEP标準层次概念

整个STEP系统分为三个层次：套用层、逻辑层和物理层，其关係如图2所示。最上层是套用层，包括套用协定及对象的抽象测试集，这是面向具体套用的一个层次。第二层是逻辑层，包括集成通用资源和集成套用资源及由这些资源建造的一个完整的产品信息模型。它从实际套用中抽象出来，并与具体实现无关。它总结了不同套用领域中的信息相似性，使STEP标準的不同套用间具有可重用性，达到最小化的数据冗余。最低层是物理层，包括实现方法，用于实际套用标準的软体的开发，给出具体在计算机上的实现形式。

step的层次组织结构

三层中所对应的标準由三个不同的委员会负责制定。每一层採用了不同的信息建模工具，套用层採用了IDEF0，IDEF1X，NIAM，EXPRESS；表达层则採用了EXPRESS。

式化定义语言EXPRESS

EXPRESS是一种面向对象的非程式语言，用于信息建模，既能为人所理解，又能被计算机处理(通过EXPRESS编译程式)。EXPRESS主要用来描述套用协定或集成资源中的产品数据，使描述规範化，它是STEP中数据模型的形式化描述工具。EXPRESS语言採用模式(schema)作为描述数据模型的基础。标準中每个套用协定，每种资源构件都由若干个模式组成。

每个模式内包含类型(type)说明、实体(entity)定义、规则(rule)、函式(function)和过程(procedure)。实体是重点，实体由数据(data)和行为(behavior)定义，数据说明实体的性质，行为表示约束与操作。

作为一种形式化描述语言，EXPRESS吸收了Ada，C，C++，Modula 2，Pascal，PL/1，SQL多种语言的功能，有强大的描述信息模型的能力，但又不同于程式语言，不具有输入与输出语句。

简述如下：

1)丰富的数据类型

EXPRESS规定了丰富的数据类型，常见的有：

·简单数据类型。包括NUMBER，REAL，INTEGER，STRING，BOOLEAN，LOGICAL，BINARY。

·聚合数据类型。有数组(ARRAY)、表(LIST)、集合(SET)和包(BAG)。

·命名数据类型。由用户定义，包括实体(ENTITY)和类型(TYPE)。

·构造数据类型。包括枚举(ENUMERATION)和选择(SELECT)。

2)模式中的各种说明

模式(schema)是EXPRESS描述对象的主体，也即概念模式，所以首先进行模式说明，然后在模式中再通过各种说明来进行描述，这些说明包括类型说明、实体说明、常数说明、函式说明、过程说明、规则说明，这些说明是相互并列的，其中重要的是对实体的说明。

一个实体说明的结构如下：

ENTITY实体标识符；

[子类，超类说明]：

[显式属性]；

[导出属性]；

[逆向属性]；

[惟一性规则]；

[值域约束]；

END-ENTITY；

【例1】定义圆为实体，使用了导出属性。

ENTITY circle；

center：point；

radius：REAL；

DERIVE

area：REAL：=PI*radius**2；

END-ENTITY；

【例2】定义单位向量为实体，使用值域约束，即单位向量长度必须为1。

ENTlTY Unit-vector；

a，b，e：REAL；

WHERE

length：a**2+b**2+c**2=1.0；

END-ENTITY；

【例3】定义实体A2及它的超类B2，C2

ENTITY A2；

SUPERTYPE OF(B2，C2)；

END-ENTITY；

3)表达式

可进行算术运算(加、减、乘、除、乘方、取模等)，关係运算(等于、小于、大于等)，BINARY运算(索引与连线)，逻辑运算(逻辑与、或、非、异或)，字元串运算(比较、索引、连线)，聚合运算(索引、交、和、差、子集、超集等)，实体运算(关係比较、属性访问、组访问、複杂实体构成等)。

4)执行语句

如赋值、case、if-then-else、ESCAPE、过程调用、REPEAT、RETURN和SKIP语句等，和一般程式设计语言一样丰富。

5)各种内部常量、函式和过程

如常量PI，SELF，函式SIN，COS，…，EXITS，HIINDEX，SIZEOF，TYPEOF等，过程INSERT等。

6)接口语句

常用语句有USE FROM，即使用另一模式中的类型或实体名，效果等于在本模式中说明一样；还有REFERENCE FROM，即引用另一模式中的实体、类型等，但在本模式内它们不能独立地实例化。

STEP的三层组织结构、参考模型及形式化定义语言EXPRESS，一起构成了STEP方法学。

STEP标準优点

STEP标準具有简便、可兼容性、寿命周期长和可扩展性的优点，能够很好的解决信息集成问题，实现资源的最优组合，实现信息的无缝连线。