基于PDM的舰船三维设计并行协同设计系统研究

李华

1.武汉理工大学 交通学院 武汉 430063;2.中国船舶重工集团公司 北京 100861

目前，国际上舰船设计技术正在出现革命性的变化，其中并行协同设计技术连同计算机辅助(CAX)系统与数据库紧密结合起来的舰船设计过程将越来越充分地显示其优越性。

基于PDM的舰船三维设计并行协同设计系统是以PDM系统作为支撑平台[1-2]，在网络环境下，应用并行协同设计技术和计算机辅助技术使不同专业的设计人员并行协同地完成同一产品的设计。

它改变了传统的设计流程，使传统的舰船设计研制阶段之间的差别进一步模糊，用户更多地参与设计过程以及早期审批设计；使许多传统的分阶段设计工作能够平行地进行, 最大限度地提高舰船设计质量，大大缩短了舰船设计所需要的时间，提高了企业竞争力。

1 意义及目标

以三维设计为依托为不同专业的设计人员在进行三维设计时提供一个并行设计协同设计系统，能够按照系统功能定义自顶向下分解设计任务，船体、电装、舾装设计人员可以在此环境下分别并行地进行分段或区域的设计。各专业设计人员在同一时间、同一设计空间中，在计算机网络的不同界面上设计同一产品。该系统可以进行并发数据访问的控制，满足并行设计过程协作的要求。系统的目标为：

1) 提供一个信息共享的舰船三维设计并行协同设计平台，整合三维设计工具(CADDS5)和可视化工具(Visualizer，ProductView)。尽早发现并消除舰船设计过程中各专业之间出现的冲突，提高舰船设计质量和协作效率。

2) 建立一个集中的电子设计数据管理库，实现对三维设计数据的集中存储和基于角色的数据访问控制体系。加强电子数据的安全性，有效管理和控制舰船设计过程中产生的大量技术文件和数据，保证图纸和模型数据的一致性、有效性。

3) 对舰船三维设计数据和相关文档进行有效组织和存取，保证电子数据的版本有效性，维护产品数据之间的关联关系，提高信息检索效率。

4) 建立三维模型的电子化审签工作流程管理机制，提高舰船设计流程的自动化与规范化，提高工作效率，有效管理设计签审历史记录。

5) 为各级领导提供一个有效的可视化平台，实时地并行监控舰船设计过程，及时、准确地了解舰船设计质量和进度，获得实时产品数据和管理信息，尽早发现舰船设计过程中出现的问题。

2 体系架构及系统功能实现

舰船三维设计并行协同设计系统体系架构见图1。

图1 舰船三维设计并行协同设计系统体系架

2.1 并行协同

舰船设计是一个多专业、多系统、大规模的协同工作过程，周期长、过程复杂，因此三维设计过程中需要各个专业进行频繁的设计协调，进行设计的空间干涉检查、可装配性分析等。通过三维设计工具(CADDS5)和可视化工具(Visualizer，ProductView)的整合，并将可视化工具集成到Optegra系统中，设计人员能够随意利用可视化工具查看部件/装配，进行参考或干涉检查，因而能够及时发现设计过程中可能出现的冲突，提高设计质量和协作效率。而且，当设计人员对设计内容进行更新时，相关的其他专业设计人员能够自动获得通知，并能够及时获得最新版本的设计数据进行新的协调，保证设计的正确性以及在建造过程中一次成功。

设计人员能够根据管理指令快速、及时地获得正确的信息，作为完成其工作任务的依据，并把设计结果提交给系统，为后续流程的参与人员及时提供共享信息。

2.1.1 数据存储管理

在并行协同设计系统Optegra中主要涉及CAMU 产品结构 (装配)和CADDS5 3D 模型(部件)两种数据类型。

在Optegra系统中，逻辑上是采用项目来组织数据的，部件/装配都存储在项目中。项目只有一个级别，名称必须唯一。

由于舰船分型号和阶段进行设计，设计过程则按照专业进行组织，可将某个舰船型号某个阶段的某个专业映射为Optegra中的一个项目，该专业设计者设计的部件/装配都存储在该项目中。此外，根据需要创建一个公共项目，用以存放标准部件、通用部件，所有专业的设计人员都可以浏览和查看公共项目中的模型。

Optegra中的项目可按舰船型号+阶段代码+专业代码的规则命名。

物理上部件/装配的名称、编号、属性、版本等信息是存储在Oracle数据库中的，部件/装配本身则存储在存储池中。当部件/装配被检入Optegra Vault时，系统会根据各存储池的空间资源情况，自动地做一平衡选择，将部件/装配存入适当的存储池中，终端用户不需要关心后台部件/装配是如何在存储池中存储的。

2.1.2 访问控制

访问控制主要是通过一系列的定义来控制某个用户对某个部件/装配的读写权限，即确定一个特定的用户在一个特定的项目内是否能够访问处于某个特定状态的某个特定对象。为了保证某个用户能访问某个部件/装配，必须同时满足以下三个条件：用户必须属于部件/装配所在项目；用户的命令列表中必须包含相应的读、写命令；用户的读、写权限代码必须大于部件/装配在当前状态下的权限代码。

通过对访问控制机制的制定，Optegra系统本身可以提供一定的安全保护机制。主要依靠操作系统的权限和口令、Optegra系统的口令、用户在Optegra系统中的权限角色以及历史数据库的访问权限机制，来层层控制对数据的访问。

2.1.3 状态控制

Optegra系统为存储在项目中的每个部件/装配都会设置一个状态，针对产品设计的情况，在每个项目中可预先定义三个状态：设计中、已发布、已发放。

部件/装配在Optegra系统中的状态从设计中状态升级到已发布状态时，通过触发器机制作用。部件/装配将被发布到Windchill系统中形成相应对象，然后在Windchill中对相应对象执行审签流程。当相应对象在Windchill中执行完审签流程并达到已发布状态后，系统自动将部件/装配的状态从已发布状态升级到已发放状态，从而保证Optegra系统中的部件/装配和Windchill系统中的相应对象最终状态的一致性。

2.1.4 版本管理

部件/装配的版本演化模型如下：每个部件/装配的版本是由大版本和小版本组成的，对于CADDS5格式的数据对象，Optegra仅支持数字格式的大版本。当部件/装配第一次存储到Optegra Vault时，将生成该对象的初始版本。初始大版本取决于用户在存储界面中输入的版本号，如果用户不输入，则初始大版本缺省为1。后续大版本将以初始大版本为基数，逐渐向上递增。部件/装配在Optegra中的状态尚未达到已发放状态，只记录小版本的历史。小版本的变化过程是通过修改者把部件/装配从Optegra Vault检出到本地，修改完成后再检入到Optegra Vault实现的。小版本的变化过程为1.1→1.2→1.3→1.4 。当部件/装配在Optegra中的状态达到已发放状态后，对修改者把部件/装配从Optegra Vault检出到本地，修改完成后再检入到Optegra Vault时，将实现大版本之间的变化，例如从1.1版变成2.1版。一个完整的部件/装配版本演变过程为1.1→1.2→1.3||2.1→2.2→2.3||3.1→3.2→3.3。版本的变化不会造成部件/装配存储在数据库中的编号改变。

2.2 并行监控

通过Optegra与图形服务器的集成，可实现对设计过程的实时、并行监控。图形服务器专门用来存储Optegra Vault中部件/装配的可视化图，采用了B/S 结构。需要查看可视化图的用户，只需通过IE浏览器即可访问图形服务器，并借助可视化工具(Visualizer或ProductView)查看转换后的部件/装配对象。每当设计人员将设计结果检入Optegra Vault，则激活一触发器，实时地将部件转换成可视化工具(Visualizer或ProductView)可识别的格式，并将转换结果存储在图形服务器上；并且当装配中的某个组件发生变化，并重新发布到图形服务器后，该装配的可视化图将自动更新。在图形服务器中保存的是每个大版本下的最新小版本。

各级领导在桌面上通过IE浏览器就可以实时地并行监控设计过程，及时、准确地了解舰船设计质量和进度，获得实时舰船设计数据和管理信息，从而能尽早发现舰船设计过程中出现的问题。

2.3 与项目管理系统——Windchill的集成

Windchill系统是通过生命周期与工作流程的紧密集成有效地展开项目工作的。项目的生命周期可以划分为若干个阶段，例如：编制、审签、发放等。

通过Optegra Vault与Windchill紧密地集成，建立Optegra与Windchill中的对象、存储组织、版本等严格的映射关系来保证舰船设计过程中协作数据的有效性、一致性。设计完成的三维模型和装配通过Optegra Gateway发布数据到Windchill中，生成部件和产品结构，根据部件编码，将该部件作为交付物关联到项目计划工作项中，纳入到Windchill的相应项目中进行管理。发布过程中系统后台会通过定制的监听机制检查该部件是否按照计划节点中规定的命名方式进行命名和编码，如果不是则拒绝发往Windchill并提供相应错误日志文件；如果命名符合规定，则依据名称和编号自动将此部件同计划节点相关联，并将计划节点中指定的审签流程赋予该部件作为其审签流程。

部件采用电子审签流程，可以大大提高工作效率和可控性，能够从宏观上掌控部件工作流程审签的平均时间以及审签过程中的时间瓶颈(从流程历史记录中可以查看流程在审签过程中任何一个环节的停留时间，从而掌握流程审签的时间瓶颈)。可以充分利用项目管理提供的这种功能，建立三维模型的电子化审签工作流程管理机制，提高设计流程的自动化与规范化，提高工作效率，有效管理设计审签历史记录。

3 结束语

当前，舰船设计企业所面临的客观环境和条件与过去相比有很大的不同，现有的设计手段和管理流程面对很多困难，将基于PDM的舰船三维设计并行协同设计系统应用于舰船设计领域，无疑将会极大地提高舰船企业的总体效益和整体管理水平。这不仅对我国庞大的船舶行业及各种制造行业有积极的影响，尤其是对于加速我国制造行业信息化的发展进程、提高产品开发与技术管理能力具有重要的意义。

[1] 李 明，孙东生，陈慈慧，龚英弢. 船舶并行协同设计管理研究[J]. 船舶工程，2005(6):114.

[2] 李俊华，朱英富，应文烨，王宇澄.产品数据管理在造船企业中的作用及实施方法探讨[J]. 船海工程，2003(1):39.