李華

1.武漢理工大學(xué) 交通學(xué)院 武漢 430063;2.中國船舶重工集團公司 北京 100861

目前，國際上艦船設(shè)計技術(shù)正在出現(xiàn)革命性的變化，其中并行協(xié)同設(shè)計技術(shù)連同計算機輔助(CAX)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫緊密結(jié)合起來的艦船設(shè)計過程將越來越充分地顯示其優(yōu)越性。

基于PDM的艦船三維設(shè)計并行協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)是以PDM系統(tǒng)作為支撐平臺[1-2]，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，應(yīng)用并行協(xié)同設(shè)計技術(shù)和計算機輔助技術(shù)使不同專業(yè)的設(shè)計人員并行協(xié)同地完成同一產(chǎn)品的設(shè)計。

它改變了傳統(tǒng)的設(shè)計流程，使傳統(tǒng)的艦船設(shè)計研制階段之間的差別進一步模糊，用戶更多地參與設(shè)計過程以及早期審批設(shè)計；使許多傳統(tǒng)的分階段設(shè)計工作能夠平行地進行, 最大限度地提高艦船設(shè)計質(zhì)量，大大縮短了艦船設(shè)計所需要的時間，提高了企業(yè)競爭力。

1 意義及目標

以三維設(shè)計為依托為不同專業(yè)的設(shè)計人員在進行三維設(shè)計時提供一個并行設(shè)計協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，能夠按照系統(tǒng)功能定義自頂向下分解設(shè)計任務(wù)，船體、電裝、舾裝設(shè)計人員可以在此環(huán)境下分別并行地進行分段或區(qū)域的設(shè)計。各專業(yè)設(shè)計人員在同一時間、同一設(shè)計空間中，在計算機網(wǎng)絡(luò)的不同界面上設(shè)計同一產(chǎn)品。該系統(tǒng)可以進行并發(fā)數(shù)據(jù)訪問的控制，滿足并行設(shè)計過程協(xié)作的要求。系統(tǒng)的目標為：

1) 提供一個信息共享的艦船三維設(shè)計并行協(xié)同設(shè)計平臺，整合三維設(shè)計工具(CADDS5)和可視化工具(Visualizer，ProductView)。盡早發(fā)現(xiàn)并消除艦船設(shè)計過程中各專業(yè)之間出現(xiàn)的沖突，提高艦船設(shè)計質(zhì)量和協(xié)作效率。

2) 建立一個集中的電子設(shè)計數(shù)據(jù)管理庫，實現(xiàn)對三維設(shè)計數(shù)據(jù)的集中存儲和基于角色的數(shù)據(jù)訪問控制體系。加強電子數(shù)據(jù)的安全性，有效管理和控制艦船設(shè)計過程中產(chǎn)生的大量技術(shù)文件和數(shù)據(jù)，保證圖紙和模型數(shù)據(jù)的一致性、有效性。

3) 對艦船三維設(shè)計數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔進行有效組織和存取，保證電子數(shù)據(jù)的版本有效性，維護產(chǎn)品數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，提高信息檢索效率。

4) 建立三維模型的電子化審簽工作流程管理機制，提高艦船設(shè)計流程的自動化與規(guī)范化，提高工作效率，有效管理設(shè)計簽審歷史記錄。

5) 為各級領(lǐng)導(dǎo)提供一個有效的可視化平臺，實時地并行監(jiān)控艦船設(shè)計過程，及時、準確地了解艦船設(shè)計質(zhì)量和進度，獲得實時產(chǎn)品數(shù)據(jù)和管理信息，盡早發(fā)現(xiàn)艦船設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題。

2 體系架構(gòu)及系統(tǒng)功能實現(xiàn)

艦船三維設(shè)計并行協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)體系架構(gòu)見圖1。

圖1 艦船三維設(shè)計并行協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)體系架

2.1 并行協(xié)同

艦船設(shè)計是一個多專業(yè)、多系統(tǒng)、大規(guī)模的協(xié)同工作過程，周期長、過程復(fù)雜，因此三維設(shè)計過程中需要各個專業(yè)進行頻繁的設(shè)計協(xié)調(diào)，進行設(shè)計的空間干涉檢查、可裝配性分析等。通過三維設(shè)計工具(CADDS5)和可視化工具(Visualizer，ProductView)的整合，并將可視化工具集成到Optegra系統(tǒng)中，設(shè)計人員能夠隨意利用可視化工具查看部件/裝配，進行參考或干涉檢查，因而能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中可能出現(xiàn)的沖突，提高設(shè)計質(zhì)量和協(xié)作效率。而且，當設(shè)計人員對設(shè)計內(nèi)容進行更新時，相關(guān)的其他專業(yè)設(shè)計人員能夠自動獲得通知，并能夠及時獲得最新版本的設(shè)計數(shù)據(jù)進行新的協(xié)調(diào)，保證設(shè)計的正確性以及在建造過程中一次成功。

設(shè)計人員能夠根據(jù)管理指令快速、及時地獲得正確的信息，作為完成其工作任務(wù)的依據(jù)，并把設(shè)計結(jié)果提交給系統(tǒng)，為后續(xù)流程的參與人員及時提供共享信息。

2.1.1 數(shù)據(jù)存儲管理

在并行協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)Optegra中主要涉及CAMU 產(chǎn)品結(jié)構(gòu) (裝配)和CADDS5 3D 模型(部件)兩種數(shù)據(jù)類型。

在Optegra系統(tǒng)中，邏輯上是采用項目來組織數(shù)據(jù)的，部件/裝配都存儲在項目中。項目只有一個級別，名稱必須唯一。

由于艦船分型號和階段進行設(shè)計，設(shè)計過程則按照專業(yè)進行組織，可將某個艦船型號某個階段的某個專業(yè)映射為Optegra中的一個項目，該專業(yè)設(shè)計者設(shè)計的部件/裝配都存儲在該項目中。此外，根據(jù)需要創(chuàng)建一個公共項目，用以存放標準部件、通用部件，所有專業(yè)的設(shè)計人員都可以瀏覽和查看公共項目中的模型。

Optegra中的項目可按艦船型號+階段代碼+專業(yè)代碼的規(guī)則命名。

物理上部件/裝配的名稱、編號、屬性、版本等信息是存儲在Oracle數(shù)據(jù)庫中的，部件/裝配本身則存儲在存儲池中。當部件/裝配被檢入Optegra Vault時，系統(tǒng)會根據(jù)各存儲池的空間資源情況，自動地做一平衡選擇，將部件/裝配存入適當?shù)拇鎯Τ刂?，終端用戶不需要關(guān)心后臺部件/裝配是如何在存儲池中存儲的。

2.1.2 訪問控制

訪問控制主要是通過一系列的定義來控制某個用戶對某個部件/裝配的讀寫權(quán)限，即確定一個特定的用戶在一個特定的項目內(nèi)是否能夠訪問處于某個特定狀態(tài)的某個特定對象。為了保證某個用戶能訪問某個部件/裝配，必須同時滿足以下三個條件：用戶必須屬于部件/裝配所在項目；用戶的命令列表中必須包含相應(yīng)的讀、寫命令；用戶的讀、寫權(quán)限代碼必須大于部件/裝配在當前狀態(tài)下的權(quán)限代碼。

通過對訪問控制機制的制定，Optegra系統(tǒng)本身可以提供一定的安全保護機制。主要依靠操作系統(tǒng)的權(quán)限和口令、Optegra系統(tǒng)的口令、用戶在Optegra系統(tǒng)中的權(quán)限角色以及歷史數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限機制，來層層控制對數(shù)據(jù)的訪問。

2.1.3 狀態(tài)控制

Optegra系統(tǒng)為存儲在項目中的每個部件/裝配都會設(shè)置一個狀態(tài)，針對產(chǎn)品設(shè)計的情況，在每個項目中可預(yù)先定義三個狀態(tài)：設(shè)計中、已發(fā)布、已發(fā)放。

部件/裝配在Optegra系統(tǒng)中的狀態(tài)從設(shè)計中狀態(tài)升級到已發(fā)布狀態(tài)時，通過觸發(fā)器機制作用。部件/裝配將被發(fā)布到Windchill系統(tǒng)中形成相應(yīng)對象，然后在Windchill中對相應(yīng)對象執(zhí)行審簽流程。當相應(yīng)對象在Windchill中執(zhí)行完審簽流程并達到已發(fā)布狀態(tài)后，系統(tǒng)自動將部件/裝配的狀態(tài)從已發(fā)布狀態(tài)升級到已發(fā)放狀態(tài)，從而保證Optegra系統(tǒng)中的部件/裝配和Windchill系統(tǒng)中的相應(yīng)對象最終狀態(tài)的一致性。

2.1.4 版本管理

部件/裝配的版本演化模型如下：每個部件/裝配的版本是由大版本和小版本組成的，對于CADDS5格式的數(shù)據(jù)對象，Optegra僅支持數(shù)字格式的大版本。當部件/裝配第一次存儲到Optegra Vault時，將生成該對象的初始版本。初始大版本取決于用戶在存儲界面中輸入的版本號，如果用戶不輸入，則初始大版本缺省為1。后續(xù)大版本將以初始大版本為基數(shù)，逐漸向上遞增。部件/裝配在Optegra中的狀態(tài)尚未達到已發(fā)放狀態(tài)，只記錄小版本的歷史。小版本的變化過程是通過修改者把部件/裝配從Optegra Vault檢出到本地，修改完成后再檢入到Optegra Vault實現(xiàn)的。小版本的變化過程為1.1→1.2→1.3→1.4 。當部件/裝配在Optegra中的狀態(tài)達到已發(fā)放狀態(tài)后，對修改者把部件/裝配從Optegra Vault檢出到本地，修改完成后再檢入到Optegra Vault時，將實現(xiàn)大版本之間的變化，例如從1.1版變成2.1版。一個完整的部件/裝配版本演變過程為1.1→1.2→1.3||2.1→2.2→2.3||3.1→3.2→3.3。版本的變化不會造成部件/裝配存儲在數(shù)據(jù)庫中的編號改變。

2.2 并行監(jiān)控

通過Optegra與圖形服務(wù)器的集成，可實現(xiàn)對設(shè)計過程的實時、并行監(jiān)控。圖形服務(wù)器專門用來存儲Optegra Vault中部件/裝配的可視化圖，采用了B/S 結(jié)構(gòu)。需要查看可視化圖的用戶，只需通過IE瀏覽器即可訪問圖形服務(wù)器，并借助可視化工具(Visualizer或ProductView)查看轉(zhuǎn)換后的部件/裝配對象。每當設(shè)計人員將設(shè)計結(jié)果檢入Optegra Vault，則激活一觸發(fā)器，實時地將部件轉(zhuǎn)換成可視化工具(Visualizer或ProductView)可識別的格式，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲在圖形服務(wù)器上；并且當裝配中的某個組件發(fā)生變化，并重新發(fā)布到圖形服務(wù)器后，該裝配的可視化圖將自動更新。在圖形服務(wù)器中保存的是每個大版本下的最新小版本。

各級領(lǐng)導(dǎo)在桌面上通過IE瀏覽器就可以實時地并行監(jiān)控設(shè)計過程，及時、準確地了解艦船設(shè)計質(zhì)量和進度，獲得實時艦船設(shè)計數(shù)據(jù)和管理信息，從而能盡早發(fā)現(xiàn)艦船設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題。

2.3 與項目管理系統(tǒng)——Windchill的集成

Windchill系統(tǒng)是通過生命周期與工作流程的緊密集成有效地展開項目工作的。項目的生命周期可以劃分為若干個階段，例如：編制、審簽、發(fā)放等。

通過Optegra Vault與Windchill緊密地集成，建立Optegra與Windchill中的對象、存儲組織、版本等嚴格的映射關(guān)系來保證艦船設(shè)計過程中協(xié)作數(shù)據(jù)的有效性、一致性。設(shè)計完成的三維模型和裝配通過Optegra Gateway發(fā)布數(shù)據(jù)到Windchill中，生成部件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，根據(jù)部件編碼，將該部件作為交付物關(guān)聯(lián)到項目計劃工作項中，納入到Windchill的相應(yīng)項目中進行管理。發(fā)布過程中系統(tǒng)后臺會通過定制的監(jiān)聽機制檢查該部件是否按照計劃節(jié)點中規(guī)定的命名方式進行命名和編碼，如果不是則拒絕發(fā)往Windchill并提供相應(yīng)錯誤日志文件；如果命名符合規(guī)定，則依據(jù)名稱和編號自動將此部件同計劃節(jié)點相關(guān)聯(lián)，并將計劃節(jié)點中指定的審簽流程賦予該部件作為其審簽流程。

部件采用電子審簽流程，可以大大提高工作效率和可控性，能夠從宏觀上掌控部件工作流程審簽的平均時間以及審簽過程中的時間瓶頸(從流程歷史記錄中可以查看流程在審簽過程中任何一個環(huán)節(jié)的停留時間，從而掌握流程審簽的時間瓶頸)?？梢猿浞掷庙椖抗芾硖峁┑倪@種功能，建立三維模型的電子化審簽工作流程管理機制，提高設(shè)計流程的自動化與規(guī)范化，提高工作效率，有效管理設(shè)計審簽歷史記錄。

3 結(jié)束語

當前，艦船設(shè)計企業(yè)所面臨的客觀環(huán)境和條件與過去相比有很大的不同，現(xiàn)有的設(shè)計手段和管理流程面對很多困難，將基于PDM的艦船三維設(shè)計并行協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)用于艦船設(shè)計領(lǐng)域，無疑將會極大地提高艦船企業(yè)的總體效益和整體管理水平。這不僅對我國龐大的船舶行業(yè)及各種制造行業(yè)有積極的影響，尤其是對于加速我國制造行業(yè)信息化的發(fā)展進程、提高產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)管理能力具有重要的意義。

[1] 李 明，孫東生，陳慈慧，龔英弢. 船舶并行協(xié)同設(shè)計管理研究[J]. 船舶工程，2005(6):114.

[2] 李俊華，朱英富，應(yīng)文燁，王宇澄.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理在造船企業(yè)中的作用及實施方法探討[J]. 船海工程，2003(1):39.