基于PDM的船舶初步设计管理系统的开发衰减器

基于PDM的船舶初步设计管理系统的开发

基于PDM的船舶初步设计管理系统的开发 2011年12月03日 来源： 船舶设计是一项庞大的系统工程，需要很多专业的配合和协作才能完成。船舶设计涉及到的周期长，文件和电子文档也非常多。而初步设计是船舶设计中最关键的一环，是详细设计和生产设计的基础和依据，在这个阶段里船舶的主要性能和特性都要被确定。初步设计的设计信息变更频繁，设计者的设计理念在反复分析论证中进行最优化。基于产品数据管理（Product Data Management, PDM）技术，为快速精确的信息交流共享构建框架和并存环境是一种可行的解决方法。本文针对船体初步设计，提出了基于PDM技术开发船舶初步设计管理系统的思路，目的是实现船舶初步设计的系统化管理，为今后实现船舶从合同、设计、建造、使用到维护的全生命周期内以科学控制进度为手段的管理打下了基础。1 国内外研究进展近年来，如何加强对船舶设计制造过程的信息数据管理成为船舶行业研究的热点。Myung-II Roh等人提出了了语义产品模型数据结构的构想，据此开发了初步船体结构建模系统，利用产品模型数据结构在初步设计阶段快速生成3D CAD模型及相应管系模型，并能精确提取生产材料信息。Soon-Hung Han等人采用在网络中集成异种CAD数据库的数据增强方法，实现了各设计阶段的数据交换。Ho-Jin Hwang，Dave Carswell等人针对设计过程中二维图至三维图的数据转换，分别开发了一种自动识别设计信息系统，通过非均匀有理B样条曲面法，或特征参数输入法，在初步设计阶段就可以从二维图中提取设计信息生成三维船模。Kyu-Kab Cho等人针对自动焊接系统的生产调度和操控开发了自动焊控制系统，利用专业知识数据库，进行焊接参数的决策。Soon-Sup Lee等人开发了基于网络的船舶数据信息管理系统，致力于利用集成系统框架集成并存的知识数据库，是船舶设计的良好支持系统。国内在将PDM技术应用于船舶设计制造领域也取得了广泛的应用。某文献提出了基于工作流管理的舰船设计流程、舰船研制评估系统和基于PDM的舰船三维设计并行协同设计系统，实现了舰船设计流程的自动化、舰船研制评估过程的动态平衡，并使许多传统的分阶段设计工作能够平行地进行。某文献提出了一种基于PDM技术的异地协同设计系统，集成异地的计算机应用系统，实现信息和知识的共享。某文献[8]提出了一个基于PDM的船舶三维模型管理系统，通过产品生命周期的管理实现了模型图纸的审批流程和有效管理及快速检索。某文献提出了船舶生产设计PDM系统应用UML和Rational Rose进行建模分析，对系统的开发起到了"蓝图"作用。某文献描述了数字化造船和数字化造船企业的内涵及其组成，对数字化造船的总体目标、开发和应用总体实施架构和造船企业实施数字化造船信息集成总体方案进行了阐述和探讨。某文献探讨了PDM技术在造船行业中实施的关键技术，并介绍了系统构架和应用实例。某文献构造了基于集成数据模型的PDM和ERP系统集成框架，给出了构造集成框架的关键步骤并分析了其实现方法。2 Windchill简介2.1 Windchill简介Windchill是PTC(Parametric Technology corpo-ration)公司推出的协同产品商务平台，用来管理产品和工序的整个生命周期。Windchill可以很好地解决文档管理问题和项目与围绕项目的数据(文档等)的关联问题；其提供的生命周期和工作流程管理功能，可以保证通过执行规范的并且符合业务实际的业务流程来对过程进行管理；它具有基于Web的架构体系，因此还可以在离散的业务环境中来保证担任不同角色的用户可以根据系统赋予自己的权限参与到船舶设计过程中来；为各应用系统提供良好的集成框架，可利用本身提供的标准接口方便信息传递和交互。2.2 Windchill体系结构Windchill为基于Web的三层B/S结构。Windchill采用基于Java2企业版（J2EE）模型的三层结构，优于原来在PDM系统中普遍采用的客户/服务器两层结构，使系统不仅可以运用于各种平台，并且具备了更好的开发性和动态更新的功能。3 船舶初步设计管理系统的开发船舶初步设计管理系统的总体目标是建立一个分布式产品数据管理环境，实现信息共享及CAD/CAE/CAM系统和其他应用系统的集成。它基于快速发展的计算机和信息技术，集成了船舶初步设计相关的数据和信息。它包含了相关系统、应用程序、数据库、硬件和软件，基于知识管理理念，目的在于通过共享和使用知识信息来促进技能。3.1 系统构造根据船舶初步设计过程的特点和Windchill软件本身的功能，建立的PDM系统的体系结构如图1所示。它由与设计制造相关的各种技术信息数据的底层服务层、Windchill基础构架、PDM应用组件、应用系统和统一的用户界面组成。

3.2 船舶初步设计管理系统船舶初步设计管理系统由基本的环境管理、应用工具的封装和集成、文档管理、流程管理、项目管理等模块以Windchill基本构架为基础经功能配置或应用开发实现。3.2.1 系统的应用开发本系统的开发利用了Windchill Information Modeler提供的专业面向对象的快速应用开发工具，进行Windchill的定制。以Rational Rose为对象建模软件，Java集成开发环境为Sysmatec Visual Cafe。利用Windchill开发的第一步是在Rational Rose中进行对象分析建模，利用Windchill系统生成器生成Java代码和数据定义语言等，最后利用内嵌的Symantec Visual Cafe可视化集成环境进行应用调试。3.2.2 文档管理船舶初步设计涉及到的文档众多，必须有效系统地管理。文档管理提供管理分布的数据库和技术信息数据的手段，系统集成地管理船舶初步设计中产生的大量资料。提高了设计数据的共享程度，使文档按项目的涵义有序地存放在统一的树状结构中，节省了设计人员查询设计信息和数据的时间，提高了工作效率，同时也增强了数据的安全性。文档管理针对船舶初步设计文档的类型分为技术资料管理和一般资料管理。一般资料管理管理与船舶初步设计项目联系不紧密的文档，如文件、专利、技术资料、相关的规范等，一般存储于Windchill存储库中。技术资料管理管理与项目紧密相连的文档，如初步设计图样和技术文件等，一般存储于Windchill的产品文件夹中。用户登陆系统时需输入用户名和密码，系统根据用户输入的用户名和密码判断用户身份，同时赋予用户相应的权限。用户可根据权限对文档进行创建、访问、搜索、查看、添加、删除和更改等操作。3.2.3 流程管理工作流管理主要实现设计与修改过程的跟踪与控制，包括工程数据的提交与修改控制或监视审批、文档的发布控制、自动通知控制等。它主要管理多个用户对数据进行操作时，数据的流动以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。工作流管理提供的流程动态监控功能，使相关人员能够了解当前工作的运行状态，合理调整进度和资源的使用。不同的文件有不同的流程要求，初步设计流程非常复杂，每个大流程都由一系列小流程组成，图2为船舶初步设计的船体图纸具体流程图定义。工作流程设计分为生命周期设计和工作流设计两部分来完成。生命周期的定义采用Windchill的生命周期管理器定义初步设计生命周期的各个阶段，然后分别建立各个生命周期的工作流。设计好生命周期和工作流以后，需要将工作流程和生命周期关联起来。在Windchill中创建各种对象来关联生命周期和工作流，在各个阶段的完成时刻，通过在关口的提交，设置判断条件，从而进入下个工作流进程，进而完成整个设计流程。图4所示为初步设计文档审批生命周期。例如，总布置图设计完成后，设计师在设计关口提交设计文档，从而启动了下一个工作流程--总布置图的审核流程。审核工作完成以后，由审核人员在审核关口进行提交，审核关口通过后，自动进入发放过程。在审签流程执行过程中，审签人员可通过ProductView打开设计结果审阅。如同意通过该设计结果，则将其推动到下一环节，系统会自动向下一状态的审签人员发送通知。如不同意，可在ProductView中对图纸进行圈阅和批注，并可在工作流中签署审签意见，然后发回给相应的设计者。

3.2.4 项目管理项目管理将项目的内容（文档）、业务流程等紧密集成，通过生命周期和工作流程展开项目工作。根据项目管理来组织人员的组织和权限定义，系统管理员可为每个工作人员建立一个用户，用户按照职能科室建立用户组。项目立项后，项目负责人指定参加项目的角色，并把角色分配到参与该项目的用户。同一用户在不同项目中可担任不同的角色，拥有不同的数据访问权限。3.2.5 与应用系统的集成与应用系统的集成体现在将初步设计的设计支持系统和应用工具纳入到Windchill的管理模式中进行管理，使设计工具按照初步设计的流程自动执行，将应用工具对过程的影响反映到系统设计过程中去，定义相应的工作流模板。与应用系统的集成使设计支持系统与已有船舶数据库相连，以使用设计阶段中要用到的船舶数据。通过开发的图形用户界面查询和提取所需的数据，设计过程中设计结果暂时存储在工作区中，随着设计的进行，设计信息被添加和修改。当设计结束后，工作区中的数据通过核对输入已有的船舶数据库中。初步设计管理系统包括存储规范和资料的文档管理系统、存储母型船资料的存储库管理系统、设计支持系统等。其中，设计支持系统由基本设计支持模块和基本计算模块组成。基本设计支持模块提供输入和搜索已有船舶数据、并根据已有船舶数据进行主要性能估算、推进系统确定、主机选择、重量估算、建造成本计算、以及曲面设计(eSurface)、横剖面结构设计(eSection)等功能。基本计算模块提供流体静力学计算（eHydro）、可浸长度计算（eFL）、浮态和稳性计算(eStabRiver)、干舷计算(eFreeboard)、兴波阻力计算（eWaveMaking）、破舱稳性计算(eDamage)和舱容计算(eVolume)等功能。另也包括阻力/推进行为分析模块（eResistence和ePropeller）、利用三维Panel理论的舒适性分析模块、利用主尺度进行的操纵性分析模块（eMan）和利用规范和经验公式计算船舶总纵强度的模块(eStructure)。通过在CAD 环境提取所需信息, 并将信息转化为XML 文档，可方便地在Internet环境下实现异构CAD之间信息的集成与传递。集成的各应用工具产生的数据经过Windchill的流程管理成为已发放状态，Windchill将已发放的数据写入数据库中，各应用工具通过从数据库中读取这些数据达到共享数据的目的。

4 结论与展望1)基于PDM的管理系统在船舶初步设计领域的应用，可以有效管理变更频繁的信息和数据，提高了初步设计的自动化、设计质量和效率，对于缩短船舶设计建造周期和实现造船自动化具有重要意义。2)本文建立了初步设计管理系统的文档管理系统、存储库管理系统，通过编程开发实现了系统与应用工具的集成，即设计支持系统，基本形成了船舶初步设计管理系统体系。3)更进一步的研究工作会将基于PDM的船舶初步设计管理系统思路应用于船体详细设计、生产设计等阶段，最终实现船舶全生命周期内的产品数据有效管理。(end)

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