基于PDM的船舶异地协同设计技术研究

 

基于PDM的船舶异地协同设计技术研究

严晓光^1,2, 黄彪²，肖斌²

(1. 华中科技大学机械科学与工程学院，湖北武汉 430074；

2. 武汉开目信息技术有限 责任公司，湖北武汉 430223)

发表于《船舶工程》2006年第六期（总第166期）

摘要：船舶产品的协同设计的需求包括在异地的设计所和造船厂之间集成各种计算机应用系统，管理各种设计成果，实现信息和知识的共享。基于船舶设计特点，提出了一种基于PDM技术的异地协同设计系统及其技术路线和设计方案，结合已实现的原型系统介绍了系统的协同设计工作流程及实现效果。

关键词：船舶；异地；协同设计；PDM

中图分类号：TP391.72     文献标识码：A

文章编号：

 

Research into the Technology of Ship Remote Collaborative Design Based on PDM

Yan Xiaoguang Huang Biao Xiao Bin

1.School of Mechanical Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, 430074; 2.Wuhan Kaimu Information Technology Co. Ltd. 430223

Abstract: The requirements of ship collaborative design include remotely integrating various kinds of computer application software, managing design objects and data, sharing information and knowledge between the institute and shipyard. A remote collaborative design system and its technical solution and process are presented on the basis of ship design, and the work flow and operation effects are elaborated of the realized prototype system.

Key words：ship；remote; collaborative design；PDM

 

1 引言

为了适应市场需求，缩短产品的设计周期，提高产品的设计水平和质量，需要在产品设计全过程中，实现设计信息的充分沟通和共享，实现协同设计。

以船舶设计为例，船舶产品是典型的复杂巨型产品系统。船舶建造涉及的空间广，除了船体之外，各种船上设备来自于船舶行业内外众多的设备供应商。船舶设计涉及船机电各种专业之间的协同，可以说船舶产品是一种具有典型集成特性的产品。

设计是船舶产品制造周期中的一个核心环节，协同设计问题也是船舶制造业的首要问题。船舶设计可以分为合同设计、初步设计、送审设计、详细设计、生产设计等多个阶段，设计周期占用整艘船舶交船期的60～70%；各设计阶段又分别由设计所和造船厂承担。以往各阶段及各厂所的设计信息都呈现为孤岛，协同设计能力差已成为阻碍我国船舶工业快速发展的关键瓶颈。

为了提高集成特性产品的异地协同设计能力，需要在产品设计全过程中，实现各阶段设计信息、理念及资源的共享[1]。既要考虑产品设计中各专业之间的协调一致，又要满足造船厂与设计所之间的并行与协同。

船舶类集成特性产品的协同设计不仅仅是狭义地基于CAD系统，在设计所和船厂之间交换设计思想和数据，一起观察、分析设计效果，修订设计数据和方案；更多、更广义的协同设计还包括集成各种计算机应用系统，协同管理各种数据，实现信息和知识的共享[2]。为此，一种可行的解决方法就是基于PDM(Product Data Management, 产品数据管理)技术，综合应用B/S、C/S模式，建立能满足异地协同设计要求的产品数据管理系统，使已有的设计成果等信息能够并行使用或重复应用，使规范的设计信息能够按照一定的流程为众多有关人员及其他产品所共享[3]。

 

2 技术路线和设计方案

基于PDM的异地协同设计技术的业务逻辑、底层数据结构以已有的C/S版PDM系统为基础。针对异地协同设计的需要，采用B/S和C/S混合模式，增加一组与C/S模式下各个功能模块对应的基于B/S架构的Web应用模块[4]。

2.1 技术路线

(1) 设计对象的全生命周期管理

使用PDM系统的对象管理模块建立设计对象、技术文档的全生命周期模型，通过对象的版本管理、更改管理保证设计对象、技术文档的安全性和一致性。

通过对象的分类管理实现设计对象、技术文档的高效检索和查询。

使用对象的编码管理，结合二次开发，建立设计所与造船厂之间编码体系的桥梁，使双方的技术交流更方便。

(2) 设计资源统一管理

在PDM系统中建立与设计对象和设计过程密切相关的信息库，包括对象数据库、项目数据库、工作流程模型库、组织结构库等。

对相对PDM系统而言的外部设计资源库，如设备库、行业规范和标准知识库等，PDM系统通过开放的数据库工具“资源管理器”与这些数据库紧密集成，可以直接查询数据库中的信息，还可以将外部设计资源库中的信息直接导入PDM系统。

(3) 以PDM为基础搭建并行协同设计平台

通过PDM系统对象管理模块中的版本管理和生命周期管理，结合对象的预发布功能，为并行协同设计提供数据平台。

通过PDM系统的项目管理，驱动产品设计任务在多专业、多阶段同时展开，从而实现并行设计。

通过PDM系统的工作流管理，实现电子文档的设计流程管理和更改流程管理，保证设计对象在并行协同设计过程中的数据一致性。

通过PDM系统自带的邮件模块以及集成的即时通讯工具，为并行协同设计提供技术交流的工具。

(4) 以系统集成和通信工具为基础搭建异地协同设计平台

通过PDM系统与Portal门户的集成，使异地用户可以通过Internet获得产品设计的项目管理、工作流程管理以及对象管理的信息，从而实现异地非实时同步的协同设计。

通过集成即时视频通讯工具，实现异地间实时交流。

(5) 实现与主流设计应用软件的集成

以船舶制造业为例，Tribon软件是船舶设计领域的专业软件，世界范围内约有1/3的船舶设计所、造船厂使用该软件从事船舶的初步设计、详细设计直至生产设计。我国大部分船舶设计所和造船厂均购买了该软件。此外，AutoCAD二维图形设计软件的使用范围也相当广泛。因此，在基于PDM技术、面向船舶协同设计的异地协同设计平台上首先实现与Tribon、AutoCAD应用软件系统的集成。

2.2 设计方案

设计方案以国产开目PDM4.0.2和国产达梦数据库（DM4）为基础，通过整合实时协作、项目管理、对象管理、更改管理、工作流管理、组织权限管理等功能模块，构建产品异地协同设计平台，实现跨越组织框架、分布于不同地域的设计所和造船厂的设计部门之间进行协同设计。

(1) 系统功能及应用架构

基于PDM技术的船舶协同设计系统功能及应用架构分为专业设计、应用平台、功能模块、数据平台等4个层次，参见图1。
 
图1 基于PDM技术的船舶协同设计系统层次图

(2) 混合模式的PDM系统架构

支持船舶异地协同设计的PDM系统体系结构采用B/S和C/S混合的模式，参见图2。

图2 使用C/S和B/S混合模式的PDM系统架构图

图2中对象管理、更改管理、项目管理和工作流程管理在保留原有C/S功能模块的基础上，针对异地协同的应用要求，开发了相应的B/S应用模块，并提供与Portal门户的接口。组织和权限管理采用C/S模块，也提供与Portal的接口。PDM系统的其他功能模块采用C/S模块，不提供与Portal的接口。

在这种以同一个数据库为基础的混合应用模式下，设计所的技术人员先在C/S功能模块中完成设计操作结果，随后造船厂的技术人员可以通过Portal以B/S方式访问PDM系统中的对象信息和项目、任务信息，下载待评审文档等。各方可以针对设计过程中的问题提出反馈意见，进行异地交流。

 

3 系统工作流程

3.1 创建项目及启动工作流程

设计项目批准后，各方联合制订、批准项目计划。通常设计所先开始设计工作，管理人员以C/S方式登录专用网络的PDM系统，创建设计项目，进行工作任务分解，安排项目成员并分派任务。任务分派后，PDM系统会自动向相关人员发送邮件。

同时系统管理员为该船舶项目建立文档目录，并上传项目的相关文档资料。各方设计人员登录Portal后，可以了解到项目计划、各专项任务的设计负责人以及各设计人员的任务，并明确项目中与自己有关的协同设计人员。

设计人员接受任务后，按照设计要求启动相应的内部工作流程，创建相关的设计文档对象。

3.2 设计过程中的协同

明确需要完成的设计文档对象后，设计所的设计人员在内部网络环境中使用设计软件、按照任务要求绘制设计草图或对象。对于设计对象，要求设计所与造船厂在船舶设计项目启动后，分别在各自的应用软件系统中建立相同的船舶初始模型。

设计初步完成后，登录专用网络的PDM系统，打开工作流程中的任务，将设计草图上传到相应的文档对象中。如果设计过程较长，设计人员可以将设计的阶段成果上传到专用网络的PDM系统中。这样造船厂的设计人员通过Portal可以了解设计各阶段的进展情况，如果需要并具有权限，就可以下载或浏览设计过程的文档、对象等阶段成果。

如果造船厂的设计人员对设计草图等阶段成果有不同意见，可以通过Portal或PDM系统的邮件服务向该设计草图的责任人发送邮件，陈述设计意见，从而实现设计草图阶段的异地设计协同。必要时，各方可以预订即时通讯会谈与相关的设计协同人讨论设计过程中遇到的问题。

3.3 审核过程中的协同所、厂之间审核

设计文档、对象在设计所内完成并通过内部评审后，PDM系统将文档对象的版本标记为“设计所评审版”。此时，设计所的设计人员可以针对完成的文档、对象发起协同的评审流程，要求造船厂的技术人员评审设计成果。

评审流程启动后，利用PDM系统的邮件功能将评审任务通知到造船厂的设计人员。评审人员收到评审通知后，登录Portal，打开评审任务，下载或浏览评审的文档或对象，填写、提交评审意见表。PDM系统将保存评审意见并反馈给设计所的设计人员。

设计所的设计人员收到评审反馈后，可以根据评审意见修改设计文档，直至各方就设计文档、对象达成共识，通过评审。通过评审后，PDM系统将设计成果基线化，标记该成果的版本为“造船厂评审版”。审核过程中各方也可以通过即时通讯会谈来沟通、协调。

 

4 系统协同设计运行示例

基于PDM的船舶异地协同设计原型系统已实现，投入运行。利用该系统，在设计过程中设计所或造船厂都可以通过WEB访问portal，查看项目工作的进度，按给定的权限浏览或下载设计成果，参与工作流并提出意见。

用户可以通过门户界面，输入用户名登录门户系统，进入设计工作界面，参见图3。该界面中除返回首页选项外，还包括图3中所示的7个选项。其中设备资源、项目管理、对象管理等选项在具备权限时，设计所和造船厂的设计人员都可以通过Web实现资源共享；协作空间则是执行直接沟通的主要选项。

图3 设计工作界面

在“协同空间”标签页下包括短信平台、邮件信息、站内消息、视频会议等功能。以发起视频会议为例，会议发起人先选择要邀请与会的人员，点击“选择完毕”后，视频会议的消息将发送给这些人员，在他们的站内消息框内就会显示出“××邀请您参加会议”的信息。

当视频会议召开时，会议发起人点击“开始会议”，将进入协同设计的工作环境。该环境中包含设置共享、取消共享、获取桌面、申请发言、申请控制、白板等选项。点击“设置共享”，然后点击“获取桌面”，输入对方的IP地址，协同设计工作界面的顶部将出现一排操作功能按钮，通过它们可以远程操作对方机器，例如远程启动Tribon设计效果的展示。

 

5 结论

以船舶为代表的集成特性产品异地并行设计的技术和系统研究具有十分重要的意义。广义的异地协同设计需要集成各种计算机应用系统，协同管理数据，实现信息和知识的共享。利用基于PDM技术、C/S与B/S混合使用模式的协同设计系统可以实现设备资源、项目管理、对象管理等方面的异地协同工作。

课题的进一步工作包括稳定、完善本系统，更广泛地集成多种CAx应用系统，研究提高实时、异地并行设计的效率等内容。

 

参考文献：

[1]俞涛,刘丽兰,方明伦.面向企业异地协同设计与制造的MVPN的研究.机械设计与制造，2003年第2期.

[2]张友良, 汪惠芬.异地协同设计制造关键技术及系统实现.工程设计，2002年第2期.

[3]曹健,黄越,张申生.支持协同产品开发的产品数据管理模型研究.高技术通讯，2002年第3期.

[4]赖朝安,孙延明,王知衍等.基于Web的异地并行设计与制造系统研究.机床与液压，2001年第4期.