STEP – standard pro výměnu výrobních dat 13DFA Ing. Martin Molhanec, CSc. 13. přednáška

Co je to STEP?  ST andard for E xchange of P roduction data.  ISO standard (ISO 10303).  Standard STEP podporuje geometrii, topologii, vztahy, atributy, skládání a konfiguraci výrobních dat

Standard STEP se skládá z více částí

Description Methods  Vysvětlují jak popsat svět kolem nás (reálný svět).  V našem případě – výrobní data (production data).  Jsou založeny na analytických metodách softwarového inženýrství.  Využívají objektové paradigma.  EXPRESS language (ISO ).

Příklad popisu lineárního materiálu SCHEMA materials; ENTITY linear_material; name : STRING; young_modulus : REAL; coef_thermal_expansion : REAL; shear_modulus : REAL; yield_stress : REAL; ultimate_stress : REAL; poissons_ratio : REAL; END_ENTITY; END_SCHEMA (* materials *);

Implementation Methods  Popisují mapování mezi formální specifikací standardu STEP (EXPRESS language) a reprezentací použitou při implementaci standardu STEP.  V současnou době existují následující části ISO 10303: 21 (STEP file format) 22 (Abstract STEP Data Access Interface – SDAI) 27 (Java™ language-based SDAI) 28 (STEP data in XML) products are under development

STEP file format ISO ; HEADER; /* * Exchange File generated by ST-DEVELOPER v1.4 * Conforms to ISO */ FILE_DESCRIPTION ((''), '1'); FILE_NAME ('materials_data', ' T12:13:37-04:00', (''), (''), 'ST-DEVELOPER v1.4', '', ''); FILE_SCHEMA (('MATERIALS')); ENDSEC; DATA; #10 = LINEAR_MATERIAL ('Alumina', $, , $, $, $, $ ); #20 = LINEAR_MATERIAL ('Ceramic', $, , $, $, $, $ ); ENDSEC; END-ISO ;

Application Protocols  Aplikační protokoly (části 2xx) definují formální modely v určité aplikační oblasti.  Některé aplikační protokoly: –AP203: Configuration controlled design –AP210: Electronic assembly, interconnect and packaging design –AP212: (Electrotechnical design and installation)

Jazyk EXPRESS  Objektově orientovaný  Člověkem čitelný  Počítačově orientovaný  Jeho struktura je podobná ostatním objektově orientovaným jazykům  Datový model je podobný ERM (Entity- relationship model )

Jazyk EXPRESS  EXPRESS-C (EXPRESS with static and behavioural modelling capabilities)  EXPRESS-G (Graphical language)  EXPRESS-I (Instantiation language)  EXPRESS-M (Mapping definition language)  EXPRESS-P (Process definition language)  EXPRESS-V (Extension of EXPRESS which enables the creation of views)  EXPRESS-X (Merger of M and V)

Příklad jazyka EXPRESS-G (Graphical language)

Jednoduchý příklad dědičnosti

Schema  Je tvořeno souborem mezi sebou navzájem svázaných (vzájemně se odkazujících) objektů typu ENTITY, jejichž prostřednictvím je možno popsat danou předmětnou oblast.  Je to také objekt nejvyšší úrovně zastřešující definice dalších objektů, např. entit.

Objekt ENTITY  Základní informační objekt  Soubor atributů a metod  Formát ENTITY name_of_entity; END_ENTITY;  Rozlišujeme různé typy atributů –explicitní (EXPLICIT) –odvozené (DERIVED) –inverzní (INVERSE)

EXPRESS language (definice bodu) ENTITY Point; x: REAL; y: REAL; END_ENTITY;

EXPRESS language (definice 3D bodu) ENTITY Point3D SUBTYPE OF (Point); z : REAL; END_ENTITY;

Typy dat  Základní datové typy –prostá data (SIMPLE) –agregovaná (AGGREGATE) –vyjmenovaná (NAMED) –generická (GENERIC) –výčtová (ENUMERATION) –výběrová (SELECT)  Vazby ( relace, dědičnost )  Pravidla ( UNIQUE, WHERE, RULE )

Agregované typy  Bag : Netříděná kolekce. Soubor prvků, který může obsahovat jak určitý, tak libovolný počet prvků, které se mohou opakovat. Hodnoty NULL nejsou dovoleny. Duplicitní hodnoty jsou dovoleny.  List : Tříděná kolekce. Seznam prvků, který je určen pro definovaný nebo libovolný počet prvků s možností zakázat opakování stejných Hodnoty NULL nejsou dovoleny. Duplicitní hodnoty jsou dovoleny.  Set : Netříděná kolekce. Nepřipouští se opakování. Nejsou dovoleny ani hodnoty NULL, ani duplicitní hodnoty.  Array : Tříděná kolekce pevné velikosti. Jsou dovoleny hodnoty NULL i duplicitní hodnoty, možno zakázat opakování stejných prvků. a : ARRAY [0:3] OF ARRAY [1:17] OF OPTIONAL INTEGER

Více typů dědičnosti  ONEOF –potomek může být pouze jednoho podtypu. Je to pouze muž nebo pouze žena.  AND – potomek je vždy všemi podtypy. Je to student i zaměstnanec.  ANDOR – nedefinuje žádná pravidla. Je to student nebo zaměstnanec nebo student i zaměstnanec.

Složitější příklad (* Somerset house–místo, kde se zaznamenávají údaje o narození, sňatcích a úmrtích *) SCHEMA somerset_house; TYPE date = STRING; END_TYPE; TYPE official_number = STRING; END_TYPE; TYPE label = STRING; END_TYPE; TYPE male_or_female = ENUMERATION OF (stud, studmuffin); END_TYPE; (* osoba *) ENTITY subject; forename : label; surname : label; sex : male_or_female; birth_date : date; death_date : OPTIONAL date; DERIVE dead : BOOLEAN := EXISTS (death_date); (* odvozený atribut mrtvý *) WHERE (* pravidlo: osoba není mrtvá nebo zemřela později, než se narodila *) WR1 : NOT dead OR death_date > birth_date; END_ENTITY; pokračování >>

Složitější příklad (* všechny registrované sňatky *) ENTITY union; license : official_number; wife : subject; husband : subject; start_date : date; end_date : optional date; DERIVE divorced : BOOLEAN := EXISTS (end_date); (* odvozený atribut rozvedený *) WHERE WR1 : NOT EXIST (end_date) OR end_date > start_date; WR2 : wife.sex = studmuffin; WR3 : husband.sex = stud; END_ENTITY; pokračování >>

Složitější příklad (* potomek *) ENTITY issue; child : subject; mother : subject; marriage : OPTIONAL union; WHERE WR1 : NOT EXISTS (marriage) OR marriage.wife :=: mother; WR2 : mother.sex = studmuffin; WR3 : NOT EXISTS (marriage) OR marriage.start_date < child.birth_date; END_ENTITY; END_SCHEMA;

Příklad definice pohledu pomocí EXPRESS-X VIEW mother_in_law; (* tchýně *) FROM him, her : subject, birth : issue, knot : union; WHERE knot.husband :=: him; knot.wife :=: her; birth.child :=: her; NOT EXISTS (knot.end_date); SELECT man : label := him.forename; woman : label := her.forename; mum_in_law : subject := birth.mother; END_VIEW;

Ukázka formátu souboru pro přenos dat (Physical File) ISO ; HEADER; /* výměnný soubor */ FILE_DESCRIPTION(); FILE_NAME(); FILE_SCHEMA (('somerset_house')); ENDSEC; DATA; #10=SUBJECT ('George', 'Windsor',.stud., ' ', ' '); #20=SUBJECT ('Queen Mum', 'Something',.studmuffin., ' ', $); #30=SUBJECT ('Queen Elizabeth', 'Windsor',.studmuffin., ' ', $); #40=SUBJECT ('Philip', 'Windsor',.stud., ' ', $); #50=SUBJECT ('Margret', 'Windsor',.studmuffin., ' ', $); #60=SUBJECT ('Charles', 'Windsor',.stud., ' ', $);... pokračování >>

Ukázka formátu souboru pro přenos dat (Physical File) #160=UNION ('123', #20, #10, ' ', $); #170=UNION ('345', #30, #40, ' ', $);... #210=ISSUE (#30, #20, #160); #220=ISSUE (#50, #20, #160); #230=ISSUE (#60, #30, #170);... #380=MOTHER_IN_LAW ('Philip', 'Queen Mum', #20); ENDSEC; END-ISO ;

Vývojové nástroje 1) Nástroje k modelování informací poskytují rychlou definici produktových modelů pomocí jazyka EXPRESS, který je základem STEPu. 2) Vývojářské nástroje zjednodušují proces komunikace geometrie STEPu s existujícími databázovými formáty poskytnutím editorů, conformance tools, kompilerů EXPRESS a nástrojů pro definici schémat a rozhraní k ostatním běžným formátům produktových modelů např. k IGES a k programovacím jazykům jako jsou C++ a Java. 3) Nástroje správy dat pomáhají zjednodušit proces výměny dat poskytnutím funkcí vizualizace, překladů, verifikace a opravy dat. 4) Nástroje k publikování CAD dat ve formátu STEP na Internetu pomáhají snížit závislost na hardwarových platformách nebo CAD systémech a snižují náklady datové komunikace.

EXPRESS/STEP tools  ST-Developer ( aktuální verze 9.0) –software firmy STEP Tools, Inc. Slouží pro vytváření aplikací a práci se STEP daty, programování pomocí C/C++.  ST-Viewer ( aktuální verze 4.0 ) –software firmy STEP Tools, Inc. Interaktivní nástroj pro zobrazování 3D dat produktu a poskytuje uživateli levný přístup k 3D CAD informacím  WinSTEP (Version 3.0) –University of the Federal Armed Forces  J-SDAI –LKSoftWare GmbH  NIST Expresso –National Institute for Standards and Technology  EzExpress –free

EzExpress (editor for STEP definition files)

Ukázka rozhraní programu ST-Developer 9.0

Ukázka rozhraní programu ST-Viewer 4.0

JSDAI STEP – Book AP210

Závěr  Standard STEP je asi nejvýznamnější krok v oblasti výměny výrobních dat.  Je podporován těmi nejvýznamnějšími výrobci zejména v USA a západní Evropě, např. firmou General Electric, a dalšími.  Objektová bohatost a úplnost jazyka EXPRESS  Budoucnost zajištěna integrací s informační oblastí – především jazyka XML  Nicméně by tento objektově orientovaný standard měl být také v oblasti zájmu všech zájemců o objektově orientované paradigma, protože rozsah a snaha o úplnost objektového modelu je překvapující. Bohužel u nás o něm není slechu a vidu!

STEP