隨著數控技術的高速發展以及網絡化制造的日益興起，STEP - NC 和NCML 技術隨之產生。STEP - NC 為CAD/CAM 與CNC之間建立了無縫連接，NCML成功地在定制加工零件的買賣雙方定義了一個清晰的接口。STEP - NC 與NCML都是為制造者提供高質量的信息，并且促進設計與制造的雙向通訊，但兩者之間還是有所不同。

1 STEP - NC 標準簡介

傳統的ISO6983 采用G、M 代碼指定機床軸的運動，其本質是面向過程，描述如何加工，這種標準已遠不能滿足數控技術高速發展的需要。為了克服ISO6983的諸多缺點，STEP - NC（ISO4649）應運而生。STEP - NC 是STEP（the Standard for the Exchange of Product model data）標準向數控領域的擴展，重新規定了CAM和CNC之間的數據接口，其本質是面向對象，描述加工什么。STEP - NC 要求CNC系統直接使用符合STEP標準的CAD三維產品數據模型（包括工件幾何數據、設置和制造特征等），加上工藝信息和刀具信息，直接產生加工程序來控制機床。STEP - NC 采用工作步驟（Workingsteps）指定加工過程，工作步驟將加工特征和具體操作聯系起來，由CNC將其轉化為軸的運動和刀具操作。

STEP - NC 產品數據描述使用EXPRESS 語言。產品數據模型包括文件頭（HEADER）和數據（DATA）兩部分。文件頭部分包含加工程序文件名、作者、日期和組織等總的信息，數據部分包含所有幾何和加工信息。工程（Project）是文件執行的起點；工作計劃（Workplan） 包括一系列工作步驟； 工作步驟將操作（Operation）與工件上某處特征（Feature）聯系起來；每一個操作描述要做什么以及使用什么策略和參數設置。圖1 是簡化的STEP - NC 產品數據模型。

2 數控標記語言NCML

2.1 XML和NCML

XMLeXtensible Markup Language，可擴展標記語言）是網絡上的一種通用數據格式，意在提供Web 上的結構化信息交換機制，從而將Web 從發布媒體轉換為一個應用程序處理環境。但由于XML本身只是表達數據的一種規范，需要結合具體的應用行業指定不同的數據規范，才能體現其生命力，因此包括很多分支，而NCML便是其中之一。

NCML是應用XML語言定義的數控標記語言，它成功地定義了用于網絡上實現零件加工代碼的交互和共享。由于NCML從本質上說是用XML 標記的語言，因此NCML 具有XML本身的一些優勢，比如能夠實現不同數據源之間的數據交換，能夠實現數據的分布式處理等。作為一種使能技術，NCML允許買方賣方企業通過Internet上的電子商務來定制加工零件。NCML描述加工零件的過程規劃，能夠被現代數控機床轉化成刀具軌跡。

2.2 NCML的組成結構

NCML已建立了自己的DTD（Document Type Definition），組成結構如圖2 所示。

由圖2可以看出，NCML文檔的根元素是“零件描述”，它包含5個部分：

（1）文件頭（header）：包括零件規格、地址和備忘錄三部分文本信息。零件規格包括零件的名稱、數量和版本日期；地址包括姓名、電話以及電子郵件等；備忘錄可以增加一些附加的信息或者對零件的說明。

（2）工件（workpiece）：工件元素詳細說明工件的外形，比如是立方體還是圓柱體。工件的材料也可以在這一元素中進行說明。

（3）主體（body）：這是NCML 組成結構的最主要元素，用來描述工件是如何進行加工的。按照加工計劃，該元素又劃分為“設置（setup）”、“式樣（pattern）”和“操作（operation）”三個子元素。

（4）刀具裝置（tool - set）：詳細說明工件加工所使用的刀具類型以及具體的參數。虛擬刀具是NCML 中非常重要的概念，通過這個概念用戶可以簡單容易地定義加工特征，比如孔、型腔等。制造特征和與它相關聯的刀具一起定義了NCML 的一個操作，所有的操作均與由點和曲線所組成的幾何尺寸相關聯。例如，一個孔由一個點定義，一個型腔由一條封閉曲線定義。圖3指出了兩種不同刀具下的孔操作代碼，注意到同一個幾何特征可以按照所選的刀具不同而生成不同的加工外形，圖3(a)的孔為簡單孔，圖3(b)的孔為沉頭孔。

（5）公差庫（tolerance - lib）：公差在設計和制造中具有非常重要的作用。在公差庫元素中包括一個或幾個“公差設定”子元素，其中涉及尺寸公差和同軸度等公差。在設置、式樣和操作等元素中都會涉及到公差。

2.3 NCML 程序實例

本小節給出一個簡化的NCML 程序實例，工件示意圖如圖4 所示。工件的外形為一長方體，具體的加工操作分為三部分：型腔①、孔②和型腔③。以下給出程序的具體代碼，注意到程序中出現的符號“// ”以及緊隨其后的文字是對程序的說明，在實際的程序中并無此符號和漢字( 程序略) 。

圖4 工件

3 STEP - NC 與NCML的區別

STEP - NC 與NCML都是為制造者提供高質量的信息，并且促進設計與制造的雙向通訊。但兩者之間也有一些差別。STEP - NC 的目的在于描述加工行為的完整信息，CNC 能夠直接執行STEP - NC 進行實際加工； 而NCML目的在于完成設計與制造功能之間清晰的接口，不必一定要提供完整的加工行為的信息，因此NCML 比STEP - NC 簡單。“虛擬刀具”概念被NCML 使用，在STEP - NC中沒有這個概念。盡管NCML 只有很少的特征類型，但是通過“虛擬刀具”的概念可以描述所有包含在STEP - NC 中的加工特征。NCML 的相對簡單使它有可能發展一些基于電子商務的附加特征，比如報價單助手（Quotation Helper）。而STEP - NC 目前還沒有類似的功能。STEP - NC 與NCML 的比較如表1 所示。

4 STEP - NC 與NCML 的聯系

ISO于1999 年11 月推出了ISO10303 - 28 標準（即“產品數據表達與交換：實施方法：EXPRESS驅動的XML數據表示”），旨在利用XML的網絡化數據處理能力，結合STEP良好的應用基礎，利用二者的相似點，建立EXPRESS到XML的映射關系，在網絡上實現產品信息的處理。目前，國內外各科研機構已對該方面進行了較深入的研究。

STEP - NC 與NCML都是為制造者提供高質量的信息，并且促進設計與制造的雙向通訊。由于STEP - NC 是STEP向數控領域的擴展，其描述語言也是EXPRESS；而NCML 從本質上講也是用XML標記的語言，因此STEP - NC 與NCML之間必然存在比較密切的關系。NCML已建立了自己的DTD，因此EXPRESS語言即可向NCML轉化。由圖1 和圖2 可以看出，STEP - NC 的產品數據和NCML的組成結構具有一定的相似性。可以使用NCML描述STEP - NC 產品數據模型，使用NCML語言描述的STEP - NC 產品數據模型，更加準確簡潔，非常適合網絡驅動的數字制造。

5 結束語

STEP - NC 和NCML都是一門新興的技術，正確處理好二者之間的區別，有效利用好二者之間的聯系，將有助于產品信息從設計到制造的集成，有利于網絡驅動的數字制造。