Прикладные протоколы, вводимые в стандартах STEP, создаются для однозначного понимания спецификаций приложений разными пользователями информационных моделей.
Прикладным протоколом в STEP называют информационную модель определенного приложения, которая описывает с высокой степенью полноты множество сущностей, имеющихся в приложении, вместе с их атрибутами, и выражена средствами языка Express. Предполагается, что эта модель содержит в себе описание данных любой конкретной задачи соответствующего приложения, т.е. практические информационные модели прикладных задач оказываются частными случаями прикладных протоколов. Другими словами, прикладной протокол выражает онтологию приложения, поскольку под онтологией понимают совокупность концепций, объектов, отношений и ограничений, выражающих семантику определенной предметной области.
Прикладные протоколы в стандарте ISO 10303 содержатся в томах, начиная с N=201. Прикладные протоколы принято обозначать аббревиатурой AP с указанием номера, например, AP203, AP214. Для связи прикладной системы со STEP используемые ею данные должны быть описаны в соответствующем AP.
Как правило, прикладной протокол включает большое число сущностей и их атрибутов, описания AP составляют десятки страниц на языке Express или десятки рисунков на языке Express-G. Поэтому целесообразно использовать приемы группирования тесно взаимосвязанных сущностей для более лаконичной характеристики AP. Такими группами являются единицы функциональности (UoF — Units of Functionality). Используют также понятие классов (CC — Conformance Classes) для классификации используемых моделей.
Ниже дана краткая характеристика большинства имеющихся к настоящему времени прикладных протоколов. Их число может расширяться за счет разработки новых протоколов.
. Explicit draughting; явное черчение. При использовании протокола оперируют такими понятиями, как структура чертежа, аннотация, геометрическая форма детали, группирование. В число сущностей входят спецификация, утверждение, номер листа, организация-исполнитель, слой, вид и т.п.
. Associative draughting; ассоциативное черчение. Протокол, относящийся к описанию конструкторской документации. В протоколе фигурируют данные, в значительной мере пересекающиеся с данными протокола AP201 и сгруппированные по UoF следующим образом:
  1. структура документации (иерархия, заголовки, утверждающие подписи);
  2. связь с изделием (версия, изготовитель);
  3. аннотация формы изделия (2D или 3D CAD-модель);
  4. связь модели с ее визуализацией (масштаб);
  5. форма аннотации (месторасположение аннотации, символы, заполняемые позиции);
  6. оформление документов (шрифты, цвета);
  7. размеры (допуски);
  8. группирование деталей по тем или иным признакам.
. Configuration controlled design; проектирование с управляемой конфигурацией. Это один из важнейших прикладных протоколов. В нем унифицированы геометрические модели, атрибуты и спецификации: сборок; 3D поверхностей, разделенных на несколько классов; параметры управления версиями и внесением изменений в документацию и др.
Описание протокола AP203 на языке Express представляет собой схему, в которой можно выделить следующие части:
  1. ссылки на заимствованные из стандартов ISO 10303-41, 42 и 44 интегрированные ресурсы. Это ссылки на такие сущности, как контексты приложения и продукции, свойства изделий, массо-габаритные характеристики, расположение координатных осей, типы кривых и поверхностей, указатели статуса контракта, предприятия, исполнителей, даты и т.п.;
  2. описания некоторых обобщенных типов, объединяющих с помощью оператора SELECT ряд частных типов;
  3. описания сущностей, выражающих конструкции изделий. Представлены 6 классов геометрических моделей. Класс 1 предназначен для задания состава изделий без описания геометрических форм. Класс 2 включает каркасные модели с явным описанием границ, например, в виде координат точек и определяемых с их помощью линий. В классе 3 каркасные модели дополнены топологической информацией, т.е. данными о том, как поверхности, линии или точки связаны друг с другом. Класс 4 служит для описания поверхностей произвольной формы. Классы 5 и 6 включают твердотельные модели, так называемые BREP (Boundary representation). К первому из них относятся тела, границы которых аппроксимированы полигональными (фасеточными) поверхностями, состоящими из плоских участков. В классе 6 поверхности, ограничивающие тела, могут быть как элементарными (плоскими, квадратичными, тороидальными), так и представленными моделями в форме Безье, B-сплайнов и др.;
  4. описание других используемых сущностей, относящихся к конфигурации изделия, например, таких как вносимое в проект изменение с соответствующими атрибутами.
. Mechanical design using boundary representation; конструирование механических деталей на основе твердотельной модели. В протоколе введены такие сущности, как имя изделия, шифр, версия, сборочный узел, модель (элементарная, фасеточная или универсальная BREP-модель), цвет, ширина линий представления и т.п.
. Sheet metal die planning and design; проектирование штампов для листовой штамповки.
. Composite and metallic structural analysis and related design; анализ композитных и металлических конструкций; комбинирование данных геометрии и управления конфигурацией с данными для анализа, например, по методу конечных элементов. Поддерживаются статический и частотный анализ, 3D сеточные модели для анализа по МКЭ, вводятся определения свойств сборок, средства для представления свойств композитных и однородных материалов.
. Electronic assembly, interconnect and packaging design; компоновка и проектирование межсоединений в электронной аппаратуре, управление конфигурацией и представление данных о печатных платах и сборках при их проектировании и при передаче данных на производственную стадию. В протоколе используются данные о форме и материале изделия, размещении компонентов и имеющихся ограничениях, проводящих и изолирующих слоях, вносимых изменениях в проект и т.д.
. Electrotechnical design and installation; проектирование и монтаж электротехнических изделий. В протоколе описываются электротехнические системы на стадиях проектирования, монтажа, поставки. Имеются средства для представления функциональной декомпозиции систем, физического размещения оборудования и кабельных соединений, информационного обмена между частями систем, документирования, управления конфигурацией и др. (Но в протоколе не рассматриваются вопросы изготовления, моделирования, тестирования аппаратуры). Примеры используемых в стандарте объектов: электротехнические системы и приборы, функциональный продукт, место размещения (installation location), сигнал, терминал, проект, контракт, интерфейс, цепь, соединение (connectivity), порт. Отдельную группу составляют объекты, представляемые графически, и др.
В протоколе описывается ряд опций, которые могут быть использованы в моделях. Состав этих опций зависит от класса формы. Всего в протоколе 4 класса (CC — conformance classes):
  1. CC1 — проектные данные (классификация, конфигурация, документация с двумерными схемами, структура) без функциональных аспектов и инсталляции;
  2. CC2 — класс 1 с добавлением функциональной информации (распределение функций между частями системы, информационные потоки и др.);
  3. CC3 — класс 1 с информацией об инсталляции (двумерные чертежи с геометрической и пространственной информацией, схемы размещения оборудования);
  4. CC4 — полная совокупность данных — единиц функциональности протокола AP212, т.е. объединение CC1, CC2 и CC3.
. Core Data for Automotive Mechanical Design Processes; основные данные для проектирования механических частей автомобилей. Имеются средства для представления данных по структуре и геометрии изделий, презентации проектов, моделированию, производственным процессам (числовое управление, допуски, материалы) и др.
В стандарте введено 19 классов моделей (Conformance Classes), классы различаются видом модели (поверхностная, твердотельная, каркасная), наличием данных по кинематике, допускам, управлению конфигурацией.
Геометрические группы родственных понятий (сущностей, атрибутов), фигурирующих в приложении, сведены в AP214 в несколько UoF, имеющих непустые пересечения. Это:
Среди других UoF можно отметить:
. Ship arrangement: расположение частей судна. Затрагиваются такие аспекты, как декомпозиция на пространственно выделенные части (например, грузовые отсеки, машинное отделение, каюты, переборки), форма корпуса, водоизмещение и т.п.
. Ship moulded form; форма судна. Описываются общие характеристики, размеры, гидростатика, протяженные внутренние поверхности, геометрия надстроек.
. Ship structures; устройство судна. В этом приложении рассматриваются характеристики внутреннего устройства судна.
. Functional data and their schematic representation for process plant; функциональная модель и ее схемное представление для производственных процессов. Протокол предназначен для описания иерархического построения предприятий химического, нефтеперерабатывающего производства, атомной энергетики. Рассматриваются состав оборудования, система трубопроводов, характеристики потоков в них.
: Exchange of design and manufacturing product information for casting parts; обмен проектными и технологическими данными для литейного производства. В протоколе предусмотрены следующие аспекты приложения: литье в песчаные формы, моделирование процессов литья, литейное оборудование и материалы, процессы плавления, заливки, охлаждения, экстракции, контроль и тестирование.
. Mechanical product definition for process plans using machining features; описание механических деталей для планирования станочной обработки. Имеются средства для описания особенностей конструкции деталей (например, отверстий, бобышек, буртов), требований к качеству обработки, свойств материалов, геометрической формы и др. В протоколе выделены следующие основные единицы функциональности: особенности объекта обработки и свойства обрабатываемых заготовок (UoF включает такие сущности, как выступы, фаски, отверстия, путь обработки, параметры материала, обрабатываемой поверхности, процесса и др.), характеристики обработки (сущности, задающие форму и размеры материала, удаляемого при обработке), допуски на контролируемые параметры, характеристики профиля (сущности, позволяющие по 2D профилям получать 3D формы), управляющая документация (например, требования заказчика, порядок использования ресурсов), внесение исправлений в документацию, административные данные (автор, организация, утверждение), реквизиты (описание заказа на необходимые производственные ресурсы).
: Building elements using explicit shape representation; элементы строительных конструкций с явным представлением их формы.
. Plant spatial configuration; пространственная конфигурация предприятий.
. Technical data packaging core information and exchange; представление и обмен технических данных. Протокол посвящен взаимодействию систем управления данными разных проектирующих систем. Объектами описания служат проектные данные как выраженные средствами прикладных протоколов, так и не соответствующие стандартам STEP. Это чертежи, программы для оборудования с ЧПУ, модели проектируемых объектов, спецификации, бизнес-документация и др.
. Systems engineering data representation — системы представления инженерных данных. Имеются в виду данные (единицы функциональности), характеризующие состояния системы и ее параметры (например, цена, производительность, надежность, технологичность, контролепригодность и т.п.), связанные с требованиями к продукту, его функциональной архитектурой, поведением, управлением конфигурацией. Рассматриваются как количественные, так и лингвистические (в том числе нечеткие) переменные вместе с единицами измерения.
Materials information for the design and verification of products - данные о материалах для проектирования и верификации изделий.
. Furniture product data and project data
. Fluid dynamics - гидрогазодинамика.
. Application interpreted model for computerized numerical controllers; протокол посвящен вопросам числового программного управления.
. Product life cycle support; описываются понятия, относящиеся к информационной поддержке жизненного цикла промышленных изделий.
. Process plans for machined products - планирование технологических процессов