国際規格 10303-21

STEPファイルは、広く使用されている^[1] STEPのデータ交換形式です。ISO 10303は、コンピュータ支援設計（CAD）の3Dオブジェクトや関連情報を表すことができます。STEPファイルはASCII構造のため、通常は1行に1つのインスタンスがあり、読みやすいです。STEPファイルの形式は、ISO 10303-21交換構造のクリアテキストエンコーディングで定義されています。^[2]

ISO 10303-21は、 ISO 10303-11で規定されたEXPRESSデータモデリング言語で特定のスキーマに準拠したデータを表現するためのエンコードメカニズムを定義しています。STEPファイルはp21ファイルやSTEP物理ファイルとも呼ばれます。ファイル拡張子.stpと.stepは、ファイルにSTEPアプリケーションプロトコルに準拠したデータが含まれていることを示し、拡張子.p21は他のすべての目的に使用されます。^[3]

ISO 10303-21 の使用は STEP に限定されません。Industry Foundation Classesおよび以前の CIMSteel Integration Standard (CIS/2) では、建物情報モデリングデータのEXPRESSスキーマを定義し、ISO 10303-21 を交換エンコーディングとして指定しています。

注意すべき詳細:

• 最初の版である ISO 10303-21:1994 にはいくつかのバグがありましたが、技術訂正によって修正されました。したがって、代わりに第 2 版を学習することをお勧めします (以下を参照)。
• 第 2 版 ISO 10303-21:2002 には、いくつかのデータ セクションの訂正と拡張が含まれています。
• 第3版のISO 10303-21:2016では、外部参照、ZIPベースのアーカイブ内の圧縮された交換構造のサポート、デジタル署名、UTF-8文字エンコーディングをサポートするために、アンカー、参照、署名のセクションが追加されました。^[4]
• パート 21 では 2 つの適合クラスが定義されています。これらは、複雑なエンティティ インスタンスをエンコードする方法のみが異なります。
  • 適合クラス 1 は常に使用され、よりコンパクトな、いわゆる内部マッピングを強制します。
  • 実際には使用されていない適合クラス 2 は、常に外部マッピングを強制します。理論的には、ポストプロセッサは一部のスーパータイプの処理方法を認識しているかもしれませんが、指定されたサブタイプを認識していない可能性があるため、これにより AP の相互運用性が向上します。
• パート 21 の第 1 版では、いわゆる短縮名の使用が義務付けられていますが、第 2 版では省略可能です。ただし、実際には短縮名が使用されることはほとんどありません。
• 第 2 版では、複数のデータ セクションを使用できます。ただし、実際には、ほとんどの実装では単一のデータ セクション (第 1 版のエンコーディング) のみが使用されます。

典型的な例は次のようになります。

ISO-10303-21;
ヘッダ;
ファイルの説明(
/* 説明 */ ('単一部品の最小限の AP214 の例'),
/* 実装レベル */ '2;1');
ファイル名（
/* 名前 */ 'デモ',
/* タイムスタンプ */ '2003-12-27T11:57:53',
/* 著者 */ ('Lothar Klein')、
/* 組織 */ ('LKSoft'),
/* プリプロセッサバージョン */ ' ',
/* originating_system */ 'IDA-STEP',
/* 認証 */ ' ');
FILE_SCHEMA (('AUTOMOTIVE_DESIGN { 1 0 10303 214 2 1 1}'));
ENDSEC;
データ;
#10=組織('O0001','LKSoft','会社');
#11=PRODUCT_DEFINITION_CONTEXT('部品定義',#12,'製造');
#12=APPLICATION_CONTEXT('機械設計');
#13=アプリケーションプロトコル定義('','automotive_design',2003,#12);
#14=PRODUCT_DEFINITION('0',$,#15,#11);
#15=PRODUCT_DEFINITION_FORMATION('1',$,#16);
#16=PRODUCT('A0001','テストパート1','',(#18));
#17=PRODUCT_RELATED_PRODUCT_CATEGORY('パーツ',$,(#16));
#18=PRODUCT_CONTEXT(''、#12、'');
#19=適用された組織割り当て(#10、#20、(#16));
#20=ORGANIZATION_ROLE('id 所有者');
ENDSEC;
END-ISO-10303-21;

上記の例に示すように、ファイルは最初のキーワードISO-10303-21;に続いて 2 つのセクションに分割されます。

HEADERセクションは、指定された順序で 3 ～ 6 個のグループで構成される固定構造を持ちます。データ フィールドtime_stampとFILE_SCHEMAを除き、すべてのフィールドに空の文字列を含めることができます。

• ファイルの説明
  • 説明
  • 実装レベル。このファイルのバージョンと準拠オプション。可能なバージョンは、1994 年の元の標準の場合は "1"、1995 年の技術訂正の場合は "2"、第 2 版の場合は "3" です。準拠オプションは、複雑なエンティティ インスタンスの内部マッピングの場合は "1"、外部マッピングの場合は "2" です。多くの場合、ここには値 __'2;1'__ が見つかります。外部マッピングを強制する値 '2;2' も使用できますが、使用されることは非常にまれです。値 '3;1' と '3;2' は、2001 標準で定義されている、複数の DATA セクション、複数のスキーマ、および FILE_POPULATION サポートを含む拡張 STEP ファイルを示します。
• ファイル名
  • この交換構造の名前。ファイルシステム内のファイル名に対応するか、このファイル内のデータを反映する場合があります。このフィールドの使用方法については厳密なルールはありません。
  • time_stamp は、このファイルが作成された時刻を示します。時刻は、国際データ時刻形式ISO 8601で示されます。たとえば、2003 年 12 月 27 日正午の 2 分前は、 2003-12-27T11:57:53 となります。
  • この交換構造を作成した人の名前と郵送先住所
  • 組織その人が所属する組織
  • preprocessor_versionこのSTEPファイルを生成するシステムの名前とそのバージョン
  • originating_systemこの STEP ファイルに含まれる情報を最初に作成したシステムの名前とそのバージョン。
  • 承認このファイルを承認した人の名前と郵送先住所。
• FILE_SCHEMA。データ セクションの情報を管理する 1 つまたは複数のExpressスキーマを指定します。第 1 版のファイルの場合、スキーマ バージョンのオプションの ASN.1 オブジェクト識別子とともに 1 つの EXPRESS スキーマのみをここにリストできます。第 2 版のファイルでは、複数の EXPRESS スキーマを指定できます。

最後の 3 つのヘッダー グループは、第 2 版のファイルでのみ有効です。

• FILE_POPULATION は、EXPRESS スキーマに準拠する有効な集団 (エンティティ インスタンスのセット) を示します。これは、複数の data_sections からデータを収集し、他のデータ セクションから参照されるインスタンスを収集することによって行われます。
  • 指定された集団が属し、検証できる EXPRESS スキーマであるgovernmenting_schema 。
  • determination_method は、どのインスタンスが母集団に属するかを判断します。 SECTION_BOUNDARY、INCLUDE_ALL_COMPATIBLE、INCLUDE_REFERENCED の 3 つのメソッドが事前定義されています。
  • 管理対象セクション、エンティティ インスタンスが完全に母集団に属するデータ セクション。
  • FILE_POPULATION の概念は、SDAI の schema_instance に非常に近いものです。残念ながら、標準化プロセス中に、これらの概念を統合する合意に達することができませんでした。そのため、JSDAI は、schema_instance から欠落しているすべての情報をカバーするために、インテリジェントなコメントとして FILE_POPULATION にさらに属性を追加します。これは、インポートとエクスポートの両方でサポートされています。
• SECTION_LANGUAGE を使用すると、すべてのデータ セクションまたは特定のデータ セクションにデフォルトの言語を割り当てることができます。これは、名前や説明などのエンティティの文字列属性をどの言語で指定するかを指定する機能を提供しない Express スキーマに必要です。
• SECTION_CONTEXT は、すべてのデータ セクションまたは単一のデータ セクションに追加のコンテキスト情報を指定する機能を提供します。これは、たとえば STEP-AP で、特定のデータ セクションがどの適合クラスをカバーしているかを示すために使用できます。

DATAセクションには、特定の Express スキーマに従ったアプリケーション データが含まれます。このデータのエンコードは、いくつかの単純な原則に従います。

• インスタンス名: 交換構造内のすべてのエンティティ インスタンスには、"#1234" という形式の一意の名前が付けられます。インスタンス名は正の数 (>0) で構成されている必要があり、通常は 2 ⁶³より小さくなります。インスタンス名は、STEP ファイル内でローカルにのみ有効です。同じコンテンツがシステムから再度エクスポートされた場合、同じインスタンスに対してインスタンス名が異なる場合があります。インスタンス名は、属性値または集約メンバーを通じて他のエンティティ インスタンスを参照するためにも使用されます。参照されるインスタンスは、現在のインスタンスの前または後に定義できます。
• 単一エンティティ データ型のインスタンスは、エンティティの名前を大文字で記述し、その後に括弧内に定義された順序で属性値を記述することで表されます。上記の例「#16=PRODUCT(...)」を参照してください。
• 複雑なエンティティ データ型のインスタンスは、内部マッピングまたは外部マッピングのいずれかを使用して STEP ファイルで表されます。
  • 複合エンティティ インスタンスが複数のリーフ エンティティで構成されている場合は、常に外部マッピングを使用する必要があります。この場合、すべての単一エンティティ インスタンス値は、上で定義したようにアルファベット順に互いに独立して指定され、すべてのエンティティ値は括弧内にグループ化されます。
  • 複合エンティティ インスタンスが 1 つのリーフ エンティティのみで構成されている場合、適合オプション 1 ではデフォルトで内部マッピングが使用されます。エンコーディングは、サブタイプ定義によって指定された追加の順序を持​​つ単一のエンティティ インスタンスのエンコーディングに似ています。
• 属性値のマッピング:
  • 明示的な属性のみがマップされます。逆属性、派生属性、再宣言属性は、その値が他の属性から推測できるため、リストされません。
  • 設定されていない属性値は「$」として示されます。
  • サブタイプで派生として再宣言された明示的な属性は、スーパータイプ属性の位置で「 * 」としてエンコードされます。
• その他のデータ型のマッピング:
  • 列挙値、ブール値、論理値は、「 .TRUE. 」のように先頭と末尾にドットが付いた大文字で表されます。
  • ^{文字列の値は[明確化が必要]}で与えられます。コードが 126 より大きい文字には、特別なエンコードが使用されます。ISO 8859 および 10646 で定義されている文字セットがサポートされています。一般的な 8 ビット (西ヨーロッパなど) または 16 ビット (Unicode) の文字セットは、STEP ファイルの文字列に直接使用できないことに注意してください。これらは、非常に特殊な方法でデコードする必要があります。
  • 整数と実数値は一般的なプログラミング言語と同じように使用されます
  • バイナリ値 (ビット シーケンス) は16 進数としてエンコードされ、二重引用符で囲まれます。先頭の文字は未使用のビット数 (0、1、2、または 3) を示し、その後に大文字の 16 進数エンコードされたデータが続きます。バイナリ値全体が 1 つの 16 進数としてエンコードされ、最上位ビットが最初の 16 進文字に、最下位ビットが最後の 16 進文字にエンコードされることに注意することが重要です。
  • 集合体 (SET、BAG、LIST、ARRAY) の要素は、括弧内に「,」で区切って指定します。
  • 定義されたデータ型に基づいてデータ型を選択する場合は注意が必要です。ここでは、定義されたデータ型の名前もマッピングされます。
• 詳細については、「Express から Java へのマッピング」も参照してください。^{[説明が必要]}

おそらく、STEP ファイルの唯一の利点は、多くの CAD ソフトウェアで広く採用されていることです。一方、その形式、特に EXPRESS データ モデリング言語には、いくつかの欠点があります。^[意見]

• 仕様は無料では入手できません（料金を支払う必要があります）
• STEP ファイルを順番に読み取ることはできません。エンティティは任意の順序で存在でき、ファイル内の他のエンティティを前方または後方に参照できます (上記の例のエンティティ #14 を参照)。したがって、解析する前にファイル全体をメモリに読み込み、トークン化する必要があります。^{[引用が必要]}
• この形式はストレージ効率が良くありません。たとえば、エッジに RGB カラー コードを割り当てるには少なくとも 6 つの他のエンティティが必要であり、変換を指定するには少なくとも 5 つの追加エンティティ (PLANE、AXIS2_PLACEMENT_3D、CARTESIAN_POINT、および 2 つの DIRECTION エンティティ) が必要です^{[引用が必要]}
• 形式は明確に定義されていません。たとえば、同じ三角形が STEP ファイルでさまざまな方法でエンコードされる可能性があります (FACET_BREP、ADVANCED_FACE、POLY_LOOP、EDGE_LOOP、MANIFOLD_SOLID_REPRESENTATION、SHELL_BASED_REPRESENTATION など)。インポーターは、STEP ファイルを一貫して読み取るために、すべてのバリアントを認識する必要があります。ほとんどの CAD ソフトウェアは、STEP エントリの完全なセットをサポートしていないため、STEP エンティティの特定のサブセットに制限されています。たとえば、Autodesk Knowledge Base のサポートされている STEP エンティティのリスト。^{[引用が必要]}
• その結果、ほとんどの CAD ソフトウェアには、何らかの「インポート後のジオメトリ データを修復する」機能がありますが、これが機能するかどうかはわかりません。^{[引用が必要]}

• 業界基礎クラス(IFC)
• 境界表現
• IGES
• STL (ファイル形式)
• DXF
• Open CASCADE テクノロジー- FreeCAD の構築に使用されたオープンソースの STEP ライブラリ

• ANSI ISO-10303-21 - ANSIの公式仕様
• STEP ファイル アナライザーおよびビューア - ISO 10303 Part 21 STEP ファイルを分析および表示します
• オンライン STEP ファイル ビューアー
• STEP ファイル ビューア
• STEPcode - NIST の STEP クラス ライブラリの後継。STEP ファイルのインポーターとエクスポーターを作成するための公式 C++ ライブラリです。