3D数据流行格式之 IGES & STEP

摘自：
http://hi.baidu.com/%BF%AD%C8%F1%CB%BC/blog/item/2f70d11319e6f1c4c3fd78e2.html

https://littletaotao.wordpress.com/2011/03/01/3d%E6%95%B0%E6%8D%AE%E6%B5%81%E8%A1%8C%E6%A0%BC%E5%BC%8F%E4%B9%8B-iges-step/

作者：凯锐思 CADRISE

随着CAD/CAM技术的广泛应用，产品的几何模型或产品的完整信息模型以计算机可以理解的数据结构存贮在计算机内部。企业间、企业内部不同的职能部门间经常需要进行产品信息的交换，由于CAD/CAM系统的不同，产品模型在计算机内部的表达也不相同，直接影响到设计和制造部门和企业间的产品信息的交换和流动。导致了产品数据交换标准的制订。1980年，由美国国家标准局(NBS)主持成立了由波音公司和通用电气公司参加的技术委员会，制订了基本图形交换规范IGES（Initial Graphics Exchange Specification），并于1981年正式成为美国的国家标准。

IGES
是指初始图形交换规范(Initial Graphics Exchange Specification)被定义基于Computer-Aided Design (CAD) & Computer-Aided Manufacturing (CAM) systems (电脑辅助设计&电脑辅助制造系统)不同电脑系统之间的通用ANSI信息交换标准。最初开发IGES是为了能在计算机绘图系统的数据库上进行数据交换。IGES开发吸取的思想主要来自波音公司的CAD/CAM集成信息网和通用电气公司的中性数据库。IGES草案（IGES 1.0）于1980年1月发表，最初范围仅限于工程图纸所需的典型几何、图形和标注元素（Entity）。1980年春季，美国国家标准所(ANSI)Y14.26委员会经表决，接受IGES作为产品数据交换标准的一部分，于1981年1月发表。与此同时，一个旨在维护IGES标准的委员会成立，致力于IGES的发展和应用。IGES作为ANSI标准发表以后，IGES委员会把注意力放在扩展IGES到新的领域，为此设立了一些委员会研究新增的应用领域。1982年IGES 2.0版本发表，包括了电子和有限元两个委员会完成了工作。1986年IGES 3.0发表，包括了工厂规划和建筑结构工程两个委员会的工作。在几何表示方面，IGES 3.0支持曲面和三维线框表示，只是对IGES 1.0有所改变，这在实际的CAD系统数据交换中是不够的，因为CAD数据很大部分以实体形式出现。IGES在CAM－I 的协助下开发出实体模型数据的实验规范ESP(Experimental Solids Proposal)，ESP能处理边界表示模型、CSG模型和装配体，其中的CSG部分成功地用于福特汽车公司的PADL-2系统、通用汽车公司的GMSolid和通用电气公司的TRUCE系统之间的数据交换。1988年6月发表的IGES 4.0包括了CSG模型，而实体的边界模型则包含在IGES以后的版本中。从1981年的IGES 1.0版本到1991年的IGES 5.1版本，和最新的IGES 5.3版本，IGES逐渐成熟，日益丰富，覆盖了CAD/CAM数据交换的越来越多的应用领域。作为较早颁布的标准，IGES被许多CAD/CAM系统接受，成为应用最广泛的数据交换标准。符合期初制订IGES标准的目的：建立一种信息结构用来产品定义数据的数字化表示和通信，以及在不同的CAD/CAM系统间以兼容的方式交换产品定义数据。在IGES标准中定义了五类元素：曲线和曲面几何元素、构造实体几何CSG元素、边界B-Rep实体元素、标注元素和结构元素。元素类型号100到199一般保留为几何元素的类型号。

STEP
：是指产品模型数据交换标准(Standard For The Exchange of Product Model Data)。1983年12月，国际标准化组织所属技术委员会TC184(工业自动化系统技术委员会)下的“产品模型数据外部表示”(External Representation of Product Model Data)分委会SC4所制定的国际统一CAD数据交换标准，到1994年已完成了其中12个分号标准。1995年美国波音公司等11家航空工业巨头决定采用STEP标准；美国海军采购零件规定采用STEP标准；欧共体参与GFM(通用工程分析模型项目)等11家公司和研究机构包括工业用户，采用了STEP方法，并支持当前的软件和工业应用范围；日本、韩国政府及大企业也都纷纷立项发展STEP技术。我国也已采用STEP标准。她提供了一种不依赖具体系统的中性机制，旨在实现产品数据的交换和共享。这种描述的性质使得它不仅适合于交换文件，也适合于作为执行和分享产品数据库和存档的基础。发达国家已经把STEP标准推向了工业应用，它的应用显著降低了产品生命周期(PLM)内的信息交换成本，提高了产品研发效率，成为制造业进行国际合作、参与国际竞争的重要基础标准，是保持企业竞争力的重要工具。它涉及到了建筑、工程、结构、机械、电气、电子工程及船体结构等无所不包的所有产品领域。在产品数据共享方面，STEP标准提供四个层次的实现方法：ASCII码中性文件；访问内存结构数据的应用程序界面；共享数据库以及共享知识库。STEP标准具有简便性、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，实现信息的无缝连接。STEP 是一个范围很广的标准，目前商用CAD系统包含很多应用协议(AP)，例如：AP 203 配置控制设计(Configuration Controlled Design) 主要针对通用机械设计中产品的配置管理、曲面和线框模型、实体模型的小平面边界表示和曲面边界表示等；AP 214 汽车机械设计过程的核心数据(Core Data For Automotive Mechanical Design Process)主要针对汽车行业的解决方案。STEP标准在我国的对应标准号为GB16656
。STEP标准存在的问题是整个体系极其庞大，标准的制订过程进展缓慢**。

IGES vs STEP
：IGES是一套美国国家标准，它使得图形和基本的几何数据可以在绘图和造型系统之间交换。然而，几何交换仅仅是数据交换的一部分，产品数据涵盖许多图形和几何以外的东西。因此急需一种不依赖于任何系统的机制，它能够描述产品整个生命周期内的产品数据。基于上述需求，开发了产品模型数据交换的标准STEP：用于产品数据交换和共享的国际标准。相对而言，IGES在几何数据的处理方面取得了很大的成就。熟悉IGES的用户亦逐渐转换到STEP标准。在几何方面STEP不逊色于IGES，并且在其它方面提供了更加广泛的应用，由此可知，从IGES转移到STEP是一个明智的选择。GM公司的STEP转换中心对IGES和STEP在曲面交换方面进行了一项重大比较结果如下：1)从UG到CATIA的11次交换中，采用STEP的成功率为99%，而采用IGES的成功率只有69%；2)从CATIA到UG的9次交换中，采用STEP的成功率为99%，而采用IGES的成功率仅有66%；3)从UG到Pro/E的转换使得文件变大是一个问题，但是采用STEP转换后的文件远比采用IGES转换的文件要小；4)从Pro/E到UG的12次交换中，采用STEP的成功率为100%，而采用IGES的成功率只有98%*。在大约60%的实例中，STEP 提供更好的交换机制；有8%的实例，STEP和IGES提供相同的结果；32%的实例，IGES比STEP交换的效果要好一些。平均地讲，IGES转换后的文件更大一些。总的来说，STEP实施效果要优于相应的IGES实施效果。

结果表明：99.8%的曲面模型可以成功地采用STEP进行转换；99.5%可以成功地采用VDA-FS进行转换；92.6%可以成功地采用IGES进行转换。对于曲面模型的转换，VDA-FS比IGES的效果要好。就文件大小而言，VDA-FS 格式创建的文件要比IGES和STEP文件大许多；STEP文件比IGES文件稍微小一点，由于VDA-FS文件非常大，所以其处理时间也比IGES和STEP要长。STEP的前置处理时间比IGES稍微短一些，而IGES的后置处理时间稍微短一些。总的来说，STEP和IGES的文件大小和处理时间基本相当，这些性能指标都远远好于VDA-FS。在德国进行的测试表明，如今STEP已经有能力替代VDA-FS。因此，欧宝（OPEL）公司向其供应商宣布，希望供应商们今后采用STEP代替VDA-FS作为中性文件进行数据交换。许多供应商都纷纷表示，自己已经计划采用STEP。对于曲面模型的转换，STEP将是首选。 日本的V-CALS工作组包括JAMA （日本汽车制造协会）、JAPIA（日本汽车配件行业协会）和 IT经销商三个主要机构，他们从1996年5月到1998年3月互相协同工作，以支持STEP标准的AP214的开发工作。他们还进行各种活动以促进STEP的实际应用。作为工作组的活动之一，包括20多个实例的数据交换测试在丰田、尼桑、马兹达、三菱、雅马哈、誉出和Denso等公司内部的CAD系统上进行。这些系统主要处理线框和曲面模型，开发的转换器主要针对AP203的曲面和线框模型数据。目前，全面验证和测试的结果表明，对于IGES文件达到90%的成功率，对于STEP文件达到95%的成功率。同时，测试结果还表明，采用STEP 的转换时间和转换文件大小与采用IGES的效果基本相当。 在澳大利亚，尽管汽车行业联盟会（FCAI）和汽车产品制造商联盟（FAPM）的测试受到一定的限制，他们还是取得了相近的成就。参与测试的有GM Holden集团的两个汽车设计所和两个部件供应商。使用的CAD系统包括ALIAS、CATIA、CV-CADDS5、IDEAS、Pro/E和UG。对测试例子的研究表明，与IGES相比，STEP转换器产生的实体模型和曲面模型效果要好一些，并且处理时间更短。大多数的转换过程是针对AP203的，还有一些是针对AP214的。 综上所述，STEP不仅仅在几何方面不逊色于IGES，而且还解决了IGES在图形和几何以外等许多方面所欠缺的东西。因此，围绕STEP进行的产品数据交换，受到了越来越多的欢迎，并且STEP在其它方面提供了更加广泛的应用，这使得熟悉IGES的用户亦逐渐转换到STEP上来。由此可知，从IGES转移到STEP是一个明智的选择，STEP正在成为全球产品数据交换的利器。