STEP- NC的基本原理是基于製造特徵进行编程，它告诉CNC的是“加工什幺”，而不是直接对刀具运动进行编程，以及告诉CNC“如何加工”的具体动作.加工流程是以工作步骤(working step)作为基本单位，将特徵与技术信息联繫到一起，每个工作步骤只定义一种操作(“乾什幺’，如何乾等”，仅能用一种刀具和一种策略).STEP- NC通过任务描述(钻中心孔、钻孔、粗加工、精加工…)把工件的加工程式传到加工车间，在车间可以根据实际的需要对加工程式进行修改，修改后的加工过程信息可以保存并返回到设计部门，使经验和知识能更好地交换和保留，也实现了产品生命周期数据的共享。

为了在CAM系统和CNC系统之间进行信息交换时完整全面的表达信息，必须建立合适的数据模型(如图1所示)。ISO14649使用面向对象的方式定义的数据模型避免了信息的丢失，它把每一个加工步骤都定义成独立的对象，每个对象又包含各种描述性的属性.通过严格的分离几何数据、运算元据、加工数据等这些数据，简化了信息的存储和访问，使不同模组之间可进行信息的交换.零件的加工过程被定义成一个工步序列，一个基于几何信息的工步确定了哪些操作被执行，而这种面向对象的操作本身又包含了工艺信息、刀具信息、加工策略等。

图1

随着数控技术的迅猛发展，控制系统由早期的硬体连线方式发展到现在的基于PC的开放式数控系统。儘管硬体技术和软体技术的飞速发展给CNC的高速/高精度加工奠定了基础，但NC加工中所採用的编程方式还是基于19世纪60年代所开发的ISO6983（G/M代码） 标準，这种代码仅仅包括一些简单的运动指令（如G01、G02）和辅助指令（如M03、M08），而不包含零件几何形状、刀具路径生成、刀具选择等信息，使得CNC与CAD/CAM通道之间形成瓶颈。数控加工中编程困难、设计与加工等信息不能完全共享的问题限制了数控系统的进一步发展，使其面临新的变革。

为了解决这些问题，欧共体于1997年提出了OPTIMAL计画，将STEP（Standard for the Exchange of Product model date，ISO 10303）标準延伸到自动化製造的底层设备，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标準，具有面向对象的特徵。STEP-NC将产品模型数据转换标準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标準的CAD三维数据模型（包括工件几何数据、参数配置和製造特徵）、工艺信息和刀具信息直接产生加工程式。

欧美已经启动了几个有关STEP-NC的项目，如：OPTIMAL、MATRAS、STEP-NC和Super Model Project等。其中欧洲的STEP-NC项目旨在实现和测试铣削加工数据接口，共有20多个CAD/CAM、NC和数控工具机领域的企业和研究机构参与了该项目的研究工作。2001年，符合STEP-NC标準的二维半和三维数控铣削加工过程已经在Siemens、FIDIA公司以及欧洲开放式体系结构 OSACA的CNC原型系统中得以实现，其性能在实验室环境中已得到验证。原型系统已在第一个用户——Daimler Chrysler公司进行评价，已测试了多面体零件的钻孔加工和二维半数控铣削加工过程，下一步将是测试三维数控铣削加工过程。

2000 年，美国STEP Tools公司在国家标準技术协会NIST的资助下起动了为期3年的“超级模型”（Super Model）项目。该项目（全称为Model Driven Intelligent Control of Manufacturing）的主要目标是建立一个适合于铣削、车削的资料库和软体工具，验证CNC工具机能否直接读取3D设计和製造数据，进行快速、安全和智慧型化的零件製造。2001年，Super Model 项目与韩国开展的国际IMS STEP-NC项目中的内容合併。2000年6月韩国POHANG科技大学的STEP-NC技术国家研究实验室NRL-SNT开始了为期5年（分2个阶段进行）的STEP-NC研究计画，重点开展车削STEP-NC中从数据模型到智慧型化加工相关技术的研究。日本于2001年启动了名为“数字大师” （DIIGITAL MASTER）的项目，虽然该项目未列入国际IMS STEP-NC项目中，但研究工作与STEP-NC建模有关。国际IMS STEP-NC项目于2001年启动，参加的国家与地区有欧盟、瑞士、美国以及韩国等，并于2003年在德国的亚琛（Aachen）市开始实施了一个 IMS STEP-NC车间。

韩国为了使CAD/CAM系统与CNC控制器能随时交换数据，STEP Tools公司建立了STEP-NC资料库的操作规範体系和自维护、管理体系。2000年，该公司完成了第一阶段的目标，在第三届IRB （Industrial Review Board）会议上演示了利用“超级模型”完成具有某种加工特性的加工对象铣削全过程。另外，该公司还与Lawrence Livermore国家实验室合作，在OMAC的基础上开发出了STEP-NC接口。

此后，STEP-NC 组织在世界範围内召开了一系列会议，如2001年在德国汉诺瓦（Hanover）召开了开展STEP-NC工作的会议，确定了最终用户、系统供应商、以及学术研究伙伴的组成。2001年10月在德国亚琛（Aachen）召开了用于铣削的会议，由最终用户对基于西门子的2维半铣削加工解决方案进行了检测及评估。2001年11月在义大利召开了STEP-NC的轮廓切削试验会议，对第一个用于木材、玻璃及石材轮廓切削的STEP-NC原型进行了检测及评价。 2002年8月在德国斯图加特讨论了车削工艺，制定了开展后续工作的时刻表。2001年12月在瑞士日内瓦会议上对第一个用于电火花加工的原型STEP- NC系统进行了测试及评估。2002年9月在德国乌尔姆讨论了将CMM集成到STEP-NC中的可能性。2002年11月在德国斯图加特会议中确定了检验、电火花加工以及轮廓切削中的关键要素。2002年10月IMS STEP-NC项目会议讨论了用于AP238协定的车削数据模型及相关注释。找到了车削模型中的注释解决方案。2002年12月在美国Boeing公司用 CATIL软体生成了一个STEP-NC零件程式，然后在西门子公司的一台具有STEP-NC功能的工具机上进行了运行，证明STEP-NC可支持多种不依赖于NC编程的工具机。2003年6月在德国斯图加特会议上介绍了铣削、车削、电火花加工以及轮廓切削的当前进展。2003年3月12日召开的IMS STEP-NC 会议，主要的议题是数据交换的方式，STEP Tools公司演示了将AP-203档案格式（STEP标準）快速转换成AP238档案格式（STEP-NC标準）的过程。2004年10月将在德国亚琛 （Aachen）召开STEP-NC检测方面的会议，内容涉及：讨论用于检测内容的数据模型定义的进展工作、讨论STEP-NC检测中关键问题的解决方案。

STEP-NC标準仅完成了一部分，国内外对基于STEP-NC的数控技术研究处于起步阶段，但其发展势头强劲。已获得的研究成果表明，该技术将对数控技术乃至机械製造业带来深远的影响，主要体现在以下几个方面：

数控工具机将废弃沿用已久的G、M等代码（ISO 6983），代之以更加高效、易于理解和操作更方便、描述性更强的数控语言。这种数控程式通过一系列的加工任务（工作步骤）描述製造过程中的所有操作，以面向对象（而不是面向动作）的编程使得现场编程界面大为改观。根据目前的进展推测，STEP-NC的广泛套用将在2021年实现，G、M代码将从此成为历史。

CAD/CAM/CNC之间可实现无缝连线。CAD/CAM与CNC的双向数据流动，使得设计部门能够清楚的了解到加工实况，并且可根据现场编程返回来的信息对生产规划进行及时快速的调整，生产效率可得到极大的提高。另外，CAD、CAM、CNC之间的功能将会重新划分：CAM系统的巨观规划将与CAD系统集成，微观功能将与CNC集成。

实现完全意义上的开放式智慧型数控加工。由于ISO-6983（G/M代码）的加工信息量过少，因此各工具机生产商对G代码都进行了基本语义外的扩展，造成各种类型的数控工具机控制系统之间互不兼容，阻碍数据的交流和信息共享，形成“信息孤岛”，难以实现系统的开放性。与此相反，如採用STEP-NC标準，其数据格式、接口标準完全一致，且STEP-NC数据包含了加工产品所需的所有信息，对于STEP-NC控制器而言，它只需要告诉CNC要加工的内容，具体动作由CNC自行决定，使程式具有良好的互操作性和可移植性，为CNC系统的开放性和智慧型化奠定了稳固的基础。

网路化设计/製造成为现实。现代製造企业通过网路共享各种信息，同时由于全球製造企业採用统一的 STEP-NC数据接口标準，企业之间的数据流动可以在基于PC机的CNC工具机与资料库伺服器之间直接进行，操作人员只需要对资料库中的三维工件模型进行简单的参数设定，就可以使工具机实现预期动作。不难想像，在基于网路化製造的基础上，大量的数位化产品模型资料库将会出现，数字製造更趋多元化。