朱佳文，肖鵬安中國艦船研究設(shè)計中心，湖北武漢430064

基于PDM的艦船計算書自動生成技術(shù)

朱佳文，肖鵬安
中國艦船研究設(shè)計中心，湖北武漢430064

艦船的研制是一項涉及專業(yè)面廣、流程復(fù)雜的系統(tǒng)工程，傳統(tǒng)的艦船計算書編制流程繁瑣，存在質(zhì)量隱患。針對計算書編制流程復(fù)雜的問題，提出一種新的基于PDM的計算書自動生成系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用Office軟件的數(shù)據(jù)交互技術(shù)等信息化手段，將艦船設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以程序的方式嵌入到計算書模板文件中，同時利用Office在線編輯技術(shù)，在PDM中建立基于模板的計算書開放式管理框架，實現(xiàn)計算書文件數(shù)據(jù)與PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時交互。該系統(tǒng)的上線運行提升了專業(yè)人員設(shè)計過程中的計算準(zhǔn)確度和計算效率，在艦船總體設(shè)計過程中為設(shè)備配置、初步方案的形成奠定了良好的基礎(chǔ)，同時也加強了艦船設(shè)計過程中的質(zhì)量管控，沉淀了設(shè)計知識。

計算機輔助設(shè)計；計算書；自動生成；模板；船舶設(shè)計

0　引言

艦船工程是一門涵蓋眾多學(xué)科的綜合性科學(xué)技術(shù)［1］，不僅涉及的專業(yè)面廣泛，而且流程復(fù)雜。我國船舶設(shè)計院所的主要任務(wù)是輸出大量的專業(yè)技術(shù)文檔，包括工程圖紙、計算書和技術(shù)說明書等。隨著船舶行業(yè)和信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，利用信息化技術(shù)來改進(jìn)產(chǎn)品研制流程，從而提高設(shè)計師的工作效率，并且提升產(chǎn)品研制周期和質(zhì)量，已經(jīng)成為當(dāng)今船舶行業(yè)發(fā)展的趨勢［2-5］。

目前，許多研究設(shè)計單位利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）系統(tǒng)［6］來管理產(chǎn)品研制過程中產(chǎn)生的各類專業(yè)技術(shù)文檔。在艦船的各個設(shè)計階段［7］，設(shè)計師需要編制大量的計算書文檔，在編制計算書的過程中，有時需要查閱各種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，而且會遇到大量、復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，對于每一項數(shù)據(jù)都需要手動操作計算軟件來獲得計算結(jié)果，然后再將計算結(jié)果寫入到計算書文檔中。另外，在艦船產(chǎn)品的研制過程中，設(shè)計師針對同一份計算書需要多次試算以達(dá)到理想的結(jié)果，重復(fù)計算也會浪費大量時間。而且，由于計算書模板的管理不夠規(guī)范，專業(yè)設(shè)計人員對計算書格式的頻繁改動可能會給計劃管理帶來很多不便，并可能造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題。

針對上述問題，通過對艦船計算書自動生成技術(shù)的研究，將設(shè)計一種基于PDM的艦船計算書自動生成系統(tǒng)。該系統(tǒng)的上線運行能夠?qū)崿F(xiàn)艦船計算書的自動生成，保證計算書編制過程中計算精度和格式的一致性，可大幅提高設(shè)計師的工作效率，既可縮短艦船研制周期，也可提高艦船的設(shè)計質(zhì)量。

1　傳統(tǒng)的計算書編制方式

1.1流程簡介

目前，許多設(shè)計院所通過PDM系統(tǒng)來管理產(chǎn)品研制過程中產(chǎn)生的各類設(shè)計文檔（包含圖紙、計算書等），以提升整體工作效率。在PDM系統(tǒng)中，艦船計算書的任務(wù)流程一般按照編制、校對、標(biāo)檢、審定等環(huán)節(jié)進(jìn)行，并且設(shè)計人員的主要工作集中在編制環(huán)節(jié)。

設(shè)計師在PDM中接到計算書的編制任務(wù)時，首先需要在自己的電腦上編制計算書文件，在編制過程中，有時需要查閱船舶行業(yè)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，例如滅火劑濃度、管徑型號、供水強度、消火栓壓力等各類設(shè)計參數(shù)的取值；此外，計算書中的很多設(shè)計數(shù)據(jù)是通過計算軟件獲得，這就需要編制人員手動操作計算軟件，再將計算結(jié)果寫入計算書中；最后，編制人員將計算書文件上傳到PDM中，校對、標(biāo)檢、審定人員再依次審閱完成各自的流程。

1.2存在的問題

隨著產(chǎn)品研制任務(wù)的不斷加重，傳統(tǒng)的計算書編制方式對設(shè)計人員的工作效率產(chǎn)生了不良影響，主要問題如下：

1）計算量大。

在計算書的編制過程中，存在著大量數(shù)學(xué)公式和閾值函數(shù)的運算，無論是編制環(huán)節(jié)還是校對、標(biāo)檢、審定等環(huán)節(jié)，設(shè)計師都需要利用計算軟件對設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行核準(zhǔn)，這樣就會在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)花費大量的時間，嚴(yán)重影響工作效率。

2）重復(fù)計算。

針對同一個子系統(tǒng)的計算書，在不同型號的艦船中可能運用了大量相同的數(shù)學(xué)公式；針對同一個PDM任務(wù)，同一份計算書有時需要多次試算以達(dá)到設(shè)計要求。以上情形中都存在重復(fù)計算的問題，浪費了大量時間。

3）質(zhì)量隱患。

設(shè)計人員在運用計算軟件、將計算結(jié)果錄入計算書、調(diào)整計算書格式等過程中，偶爾可能會出現(xiàn)一些錯誤，而且不同計算書及設(shè)計文檔的數(shù)據(jù)之間存在著關(guān)聯(lián)，往往一處錯誤可能會導(dǎo)致連帶錯誤，這樣就會對艦船的研制帶來質(zhì)量隱患。

2　面臨的需求

為了利用信息化技術(shù)提升艦船的研制效率，針對傳統(tǒng)的計算書編制方式，設(shè)計師迫切需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)計算書自動生成并集成于PDM的系統(tǒng)，其應(yīng)滿足以下功能：

1）系統(tǒng)的用戶界面友好并與PDM集成。

為了不影響設(shè)計師對已有PDM的使用習(xí)慣，艦船計算書自動生成系統(tǒng)的界面應(yīng)該友好，具有良好的可移植性，并且與已有的PDM系統(tǒng)風(fēng)格保持一致，方便設(shè)計師使用。

2）系統(tǒng)自動完成運算并生成計算書。

艦船計算書中涉及的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范等信息應(yīng)該嵌入到該系統(tǒng)中，同時還要包括計算書的格式信息，設(shè)計師在輸入基本設(shè)計參數(shù)后，該系統(tǒng)應(yīng)能自動完成所有數(shù)學(xué)公式的運算，并且自動生成符合標(biāo)準(zhǔn)格式要求的計算書文件。

3）計算書支持在線修改和保存。

該系統(tǒng)在自動生成計算書文件后，設(shè)計師還可以對該文件進(jìn)行在線修改和保存，在核準(zhǔn)無誤以后，設(shè)計師即可以完成任務(wù)流程。

3　新系統(tǒng)的設(shè)計

3.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計及運行流程

為了滿足設(shè)計師的需求，提升艦船研制效率，設(shè)計的艦船計算書自動生成系統(tǒng)主要包含2個部分，即PDM集成模塊和艦船計算書模板程序庫。

PDM集成模塊是連接PDM與艦船計算書模板程序庫的橋梁，它包含了用戶界面，同時對模板程序進(jìn)行管理。艦船計算書模板程序庫存放于PDM服務(wù)器中，每一份計算書模板程序?qū)?yīng)一個子系統(tǒng)，并且都嵌入了相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、格式等信息。

艦船的每一份計算書模板程序包含2份模板文件：Excel模板文件和Word模板文件。Excel模板文件中嵌入了帶有艦船設(shè)計原理的VBA程序［8-10］；Word模板文件具有標(biāo)準(zhǔn)化格式，它的某些特定位置被插入了書簽。利用Office軟件的交互技術(shù)，Excel模板文件中的VBA程序可以通過書簽控制Word模板文件并在其特定的位置插入指定的內(nèi)容，如圖1所示。

圖1　計算書模板的架構(gòu)圖Fig.1 Frame diagram of calculation report template

系統(tǒng)上線運行后，可以按照以下方式運行：

1）計劃人員在PDM中下達(dá)艦船某子系統(tǒng)計算書的任務(wù)包。

2）科長根據(jù)任務(wù)包，從模板庫中選取對應(yīng)的計算書模板程序，該系統(tǒng)將PDM服務(wù)器中對應(yīng)的Excel模板與W ord模板以附件的形式自動關(guān)聯(lián)到任務(wù)中。

3）編制人員在PDM中接到計算書的編制任務(wù)后，點擊相應(yīng)的按鈕，Excel模板將顯示在用戶界面中。

4）編制人員在用戶界面中輸入設(shè)計參數(shù)，點擊相應(yīng)的按鈕，該系統(tǒng)將依據(jù)輸入的數(shù)據(jù)自動完成所有數(shù)學(xué)運算，同時自動生成符合格式要求的計算書文件。

5）編制人員對生成的計算書文件進(jìn)行在線修改，檢查確認(rèn)后即完成計算書的編制任務(wù)。

6）校對、審核人員依次利用任務(wù)中附帶的模板程序?qū)τ嬎銜募M(jìn)行檢查，并完成各自的工作流程。

PDM不保存計算書模板程序產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)，在編、校、審流程中依次存儲每一個設(shè)計師最終的輸入數(shù)據(jù)和計算書文件。艦船計算書自動生成系統(tǒng)的運行流程如圖2所示。

圖2　艦船計算書自動生成系統(tǒng)流程圖Fig.2 Flow diagram of automatic generation system of calculation report for ships

3.2關(guān)鍵技術(shù)分析

3.2.1計算書模板程序庫

依據(jù)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計，計算書模板程序庫中的每一份模板都包含一個Excel模板文件和一個Word模板文件。在Excel模板文件中設(shè)置了相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入框，并將艦船計算書設(shè)計原理中的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和計算公式翻譯成VBA程序代碼嵌入到Excel模板文件中。同時，按照相關(guān)的質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置Word模板文件的格式，并在其中的指定位置插入書簽。最后，通過VBA程序讀取Excel模板文件的數(shù)據(jù)，運算后再向Word模板文件輸入數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)計算書的自動生成功能。

在整個過程中，需要利用Office軟件的數(shù)據(jù)交互技術(shù)。VBA程序從Excel模板文件讀取的數(shù)據(jù)都在Excel的單元格中，VBA程序輸入到Word模板文件的數(shù)據(jù)主要分為3類：字符串、數(shù)學(xué)公式和表格。下面分別舉例說明。

1）VBA程序讀取Excel中C9單元格的字符串可以采用如圖3所示的方式。

圖3　讀取字符串的流程圖Fig.3 Flow diagram of reading string

圖5　輸入數(shù)學(xué)公式的流程圖Fig.5 Flow diagram of writing mathematical formula

2）VBA程序?qū)⒆址畑輸入到Word中書簽“Place”的位置，可以采用如圖4所示的方式。

圖4　輸入數(shù)據(jù)的流程圖Fig.4 Flow diagram of writing data

針對其他數(shù)學(xué)公式，也可以采用類似的方法，在添加數(shù)學(xué)函數(shù)時選取相應(yīng)的函數(shù)名稱即可。

4）VBA程序?qū)xcel中從單元格C14到單元格F45區(qū)域的表格輸入到Word中書簽“Table”的位置，可以采用如圖6所示的方式。

圖6　輸入表格的流程圖Fig.6 Flow diagram of writing table

此外，將各類計算書中設(shè)計數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系轉(zhuǎn)換為關(guān)聯(lián)函數(shù)，將共用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范轉(zhuǎn)換為閾值函數(shù)，匯集成函數(shù)庫并存儲于PDM數(shù)據(jù)庫中，各類計算書模板程序在運行的時候均可調(diào)用這些關(guān)聯(lián)函數(shù)和閾值函數(shù)，這樣不僅可以杜絕連帶錯誤，還可避免質(zhì)量隱患。

3.2.2 PDM集成模塊

圖7　 PDM集成模塊的模型圖Fig.7 Modular diagram of integrationmodule in PDM

在圖7所示的模型圖中，WTDocument對象為PDM系統(tǒng)中的設(shè)計文檔，CalculateTemplate對象為計算書模板，在繼承設(shè)計文檔的基礎(chǔ)上，還添加了“設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)”屬性，用于描述該計算書模板是基于哪些規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計的，以供用戶在選取模板時參考。同時，WTDocument對象與CalculateTemplate對象建立Link關(guān)系，一份設(shè)計文檔對應(yīng)于某一個版本的計算書模板。更進(jìn)一步，同一個圖號中不同版本的設(shè)計文檔可以對應(yīng)不同版本的計算書模板。

PDM集成模塊的代碼主要由JS代碼和JAVA代碼組成，下面將分別介紹代碼的設(shè)計結(jié)構(gòu)。

1）JS代碼設(shè)計。

計算書模板維護(hù)頁面和計算書文檔任務(wù)頁面用Ext-JS開發(fā)。

（1）計算書模板維護(hù)頁面。

計算書模板維護(hù)包括2個類：一個是dse.calculate.MaintainPanel類，該類為計算書模板維護(hù)的主面板，包含init函數(shù)和deleteCalculateTemplate函數(shù)；另一個是dse.calculate.SaveCalculateTemplateW in類，該類為創(chuàng)建計算書模板和更新計算書模板的窗口，包含init函數(shù)和save函數(shù)。

（2）計算書編制提交任務(wù)頁面。

使用現(xiàn)有的流程框架，創(chuàng)建CalculateTemplateSubmitPanel類。

在計算書文檔任務(wù)頁面中，主要實現(xiàn)的功能是調(diào)用Excel模板文件中的VBA程序。Excel文件中嵌入的VBA程序滿足如下格式：

Public Sub generate（exl1 As Variant，wd1 As Variant）

……

End Sub

用戶點擊生成計算書按鈕時，由JS使用ntko控件操作Excel文件和Word文件，生成計算書的代碼滿足如下格式：

function（）｛

varobj_excel=xxx；//obj_excel變量為ntko控件生成的Excel對象

varobj_word=xxx；//obj_word變量為Word模板對象

obj_excel.Activate（true）；//激活ntko控件，使其位于最前端

obj_excel.Active Document.sheets（1）.generate （obj_excel.ActiveDocument，obj_word.ActiveDocument）；//運行VBA中的計算程序

Ext.Msg.alert（“Succe”，“計算書已生成！”）；｝

（3）計算書簽審任務(wù)。

使用現(xiàn)有的流程框架，創(chuàng)建CalculateTemplateReviewPanel類。

2）JAVA代碼設(shè)計。

在PDM原有的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建ext.dse.calculate. CalculateTemplateMgr類，該類繼承ext.dse.http.BizObjMgr類，完成所有的計算書相關(guān)服務(wù)器操作，其所包含的主要方法如表1所示。

同時，還創(chuàng)建了ext.dse.calculate.Temp lateToDocLinkMgr類，該類繼承ext.dse.http.BizObjMgr類，完成所有的計算書模板與設(shè)計文檔關(guān)聯(lián)的服務(wù)器操作，其所包含的主要方法如表2所示。

表1　 CalculateTemplateMgr類的主要方法Tab.1 The main methodsof CalculateTem plateMgr class

表2　 TemplateToDocLinkMgr類的主要方法Tab.2 The main methods of TemplateToDocLinkMgr class

4　系統(tǒng)測試及分析

根據(jù)以上設(shè)計思想，針對船舶系統(tǒng)專業(yè)的計算書進(jìn)行試點，編制了某船11個子系統(tǒng)的計算書模板程序，并集成到PDM測試系統(tǒng)中試運行，每份計算書模板程序均在10 s內(nèi)即完成了所有運算并自動生成了計算書文件。

更進(jìn)一步地，利用以上設(shè)計思想，在各專業(yè)設(shè)計師的配合下，可以針對艦船其他專業(yè)的計算書進(jìn)行模板程序的開發(fā)，開發(fā)后的模板程序既能集成于PDM運行，也能在單機上運行，并且具備良好的可移植性。

另外，利用以上設(shè)計思想開發(fā)的計算書模板程序具備易修改性。艦船計算書的設(shè)計原理可能會隨著時間的推移不斷發(fā)生變化，根據(jù)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計思想，計算書的設(shè)計原理嵌入在Excel模板的VBA程序中，因此，程序開發(fā)人員根據(jù)專業(yè)設(shè)計人員的需求，能夠及時對計算書模板程序進(jìn)行修改，以保證計算書自動生成系統(tǒng)的正常運行。

5　結(jié)語

本文通過分析傳統(tǒng)的計算書編制方式，對基于PDM的艦船計算書自動生成技術(shù)進(jìn)行了研究，將艦船設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以程序的方式嵌入到計算書模板文件中，利用Office在線編輯技術(shù)在PDM中設(shè)計了一種實現(xiàn)艦船計算書自動生成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)部署上線后，大幅提高了專業(yè)設(shè)計人員編制計算書的計算準(zhǔn)確度和計算效率，在艦船總體設(shè)計過程中為設(shè)備配置、初步方案形成奠定了良好的基礎(chǔ)，其在提升艦船研制周期的同時，還可以加強艦船設(shè)計過程中的質(zhì)量管控，沉淀設(shè)計知識。

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［責(zé)任編輯：易基圣］

Autom atic generation technology of calcu lation reports during the ship design process based on PDM

ZHU Jiawen，XIAO Peng'an China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

The conventional approaches to compile the calculation report for vessels are both tedious and have potential quality issues.Aiming at the problem，a new automatic generating system of the calculation report is presented in this paper，based on PDM and utilizing the data exchanging technologies in Office software.Particularly，the criterions in vessels are embedded into the temp lates of calculation reports，with the help of informational technologies.Meanwhile，the online editing function of Office software is used to establish the openmanagement frame of the calculation reports in PDM based on templates，which successfully achieves the interaction between the data of calculation reports and the data of PDM in real time.The proposed online system will significantly enhance the calculation precision and efficiency of the designing process，and build a solid foundation for the equipment configuration aswell as the preliminary scheme formation.Plus，this system will strengthen the quality control in the designing process of vessels and precipitate the know ledge of designing.

CAD；calculation report；automatic generation；template；ship design

U662.9

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.003

2014-10-09網(wǎng)絡(luò)出版時間：2015-7-28 17:25:06

朱佳文（通信作者），男，1985年生，博士，工程師。研究方向：船舶數(shù)字化設(shè)計。E-mail：77306854@qq.com肖鵬安，男，1972年生，高級工程師。研究方向：船舶數(shù)字化設(shè)計