基于PDM的船舶三維模型管理系統(tǒng)的研究

1　引　言
　　船舶行業(yè)作為一個(gè)多品種小批量而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制造行業(yè), 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展之后, 必然積累大量豐富的文檔、圖紙、模型等技術(shù)資料。再加上船舶設(shè)計(jì)大多是以母型船改造法為主的設(shè)計(jì)模式, 以前的設(shè)計(jì)圖紙模型在未來(lái)的設(shè)計(jì)中也處于舉足輕重的地位。目前船舶行業(yè)雖然在設(shè)計(jì)過(guò)程中已擺脫了人工繪圖的階段, 但是在圖紙和模型的管理方面, 計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的大量電子圖紙和模型信息并沒(méi)有得到有效和系統(tǒng)管理, 使設(shè)計(jì)人員難以快速、準(zhǔn)確地獲得所需的資料, 反而降低了查詢速度和效率。同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程管理階段, 從任務(wù)的分解和圖紙的形成, 到圖紙的審校, 再到圖紙的會(huì)簽、存檔和圖紙的改版全靠人工來(lái)完成, 中間傳遞的也是紙質(zhì)介質(zhì)。由于整個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程沒(méi)有協(xié)調(diào)一致的管理機(jī)制, 不同部門使用不同版本的圖紙時(shí)有發(fā)生, 故圖紙的流動(dòng)過(guò)程無(wú)法跟蹤和監(jiān)控。這些問(wèn)題是目前一些大中型企業(yè)研究部門普遍存在亟需解決的問(wèn)題。

　　本文所介紹的船舶三維模型管理系統(tǒng)是基于PDM(Product Date Management, 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理) ,通過(guò)文檔管理的形式實(shí)現(xiàn)了三維模型技術(shù)資料的快速、準(zhǔn)確查詢及卡片設(shè)計(jì)的版本控制功能, 并具有進(jìn)行審批流程管理功能, 為今后實(shí)現(xiàn)基于Internet 結(jié)構(gòu)的模型文檔信息管理打下基礎(chǔ)。

　　2　系統(tǒng)軟件平臺(tái)選擇

　　產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)為企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理問(wèn)題提供了很好的解決方案。PDM系統(tǒng)不僅可以管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息, 而且可以管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的過(guò)程。目前PDM 技術(shù)的研究與應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)相當(dāng)普遍, 全球范圍商品化PDM軟件不下百種。國(guó)外的PDM 產(chǎn)品包括Metaphase,UGS 公司的IMAN , PTC 公司的Windchill, IBM公司的PM 等。國(guó)內(nèi)的PDM 產(chǎn)品有華中開(kāi)目、清華同方、南京同創(chuàng)等。但由于各個(gè)企業(yè)的實(shí)際情況不同, 很難做到將一種商品化PDM 軟件直接用于企業(yè)數(shù)據(jù)管理中。因此必須根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況, 結(jié)合軟件的功能, 制定合理的數(shù)據(jù)管理策略, 開(kāi)發(fā)出適合企業(yè)的數(shù)據(jù)管理功能。

　　針對(duì)這個(gè)問(wèn)題, 根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn), 我們選取一套基于PDM平臺(tái)的企業(yè)數(shù)據(jù)管理辦法和關(guān)鍵技術(shù)解決辦法, 并在PTC公司的Windchill的基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)和定制。Windchill 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)采用了所有現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 其結(jié)構(gòu)的各個(gè)層次基本上都是基于標(biāo)準(zhǔn)的In ternet、Web、Java 和Oracle 技術(shù)。Windchill 采用基于Java 企業(yè)版(J2EE) 模型的三層結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)優(yōu)于原來(lái)在PDM 系統(tǒng)中普遍采用的客戶ö服務(wù)器兩層結(jié)構(gòu), 使系統(tǒng)不僅可以運(yùn)用于各種平臺(tái), 并且具備了更好的開(kāi)發(fā)性和動(dòng)態(tài)更新的功能。

　　3　系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及結(jié)構(gòu)

　　PDM 是一門以軟件為基礎(chǔ), 管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括電子文檔、數(shù)字化文件、數(shù)據(jù)庫(kù)記錄等) 和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過(guò)程(包括工作流程和更改流程) 的技術(shù)。它提供產(chǎn)品全生命周期的信息管理,并可在企業(yè)范圍內(nèi)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造建立一個(gè)并行化的協(xié)作環(huán)境。

　　將PDM 系統(tǒng)應(yīng)用于船舶制造企業(yè), 可以使船舶制造業(yè)中與產(chǎn)品相關(guān)的信息—— 描述產(chǎn)品的信息, 包括零件信息、配置、文檔、CAD 文件、權(quán)限信息⋯⋯等。PDM 系統(tǒng)易于管理和統(tǒng)一, 且能防止由于信息的重復(fù)、存儲(chǔ)格式的差別等帶來(lái)的一系列重復(fù)性的工作, 從而大大地提高了工作的效率。

　　船舶三維模型包括船舶設(shè)計(jì)中的各種零部件、設(shè)備以及裝配圖, 是造船行業(yè)中較為重要和基本的技術(shù)資料。傳統(tǒng)的管理方式是由設(shè)計(jì)部門繪制好零部件的三維模型, 然后打印出來(lái)交由校對(duì)、審核、審定等人員分別進(jìn)行審批, 然后歸檔保存。在這一過(guò)程中產(chǎn)生的一系列相關(guān)資料的管理質(zhì)量與效率取決于該管理人員的業(yè)務(wù)水平和記憶能力。本系統(tǒng)的指導(dǎo)思想就是利用計(jì)算機(jī)完成這個(gè)技術(shù)管理工作, 提供一些模型信息的常用查詢方法和手段, 并用卡片設(shè)計(jì)提供版本控制, 隨著模型的生成通過(guò)in ternet 傳給指定的人進(jìn)行審批。系統(tǒng)包括了從創(chuàng)建三維模型設(shè)計(jì)任務(wù)、模型設(shè)計(jì)實(shí)施直到模型設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行歸檔送交生產(chǎn)和存檔的全部過(guò)程。

　　整個(gè)版本控制工作是借助J2EE 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完成的。當(dāng)計(jì)劃部門完成規(guī)劃項(xiàng)目后(計(jì)劃過(guò)程包括了模型設(shè)計(jì)流程各人員的分配) , 模型設(shè)計(jì)人員接到任務(wù)(通過(guò)工作流下達(dá)任務(wù)) 開(kāi)始其設(shè)計(jì)工作; 設(shè)計(jì)工作完成時(shí), 提交對(duì)應(yīng)的說(shuō)明書(shū), 工作流通過(guò)計(jì)劃任務(wù)實(shí)施人員將校對(duì)任務(wù)發(fā)放給所有的校對(duì)人員; 所有的校對(duì)人員在線審定通過(guò)后, 提交審核人員在線審核;所有的審核人員審核后, 工作版本變?yōu)榘l(fā)放版本并對(duì)三維模型進(jìn)行歸檔。在校對(duì)審核過(guò)程中, 任何校對(duì)審核人員都可否定, 使校對(duì)或?qū)徍诉^(guò)程掛起。這時(shí),三維模型設(shè)計(jì)人員需重新考慮并完善其設(shè)計(jì)工作,再申請(qǐng)校對(duì)審核, 進(jìn)行發(fā)放處理。鑒于用戶對(duì)象主要是非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員, 不能要求其具有熟練的計(jì)算機(jī)操作水平, 故本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中盡量減少鍵盤(pán)輸入,而采用鼠標(biāo)操作配以各類提示, 并且系統(tǒng)具有較強(qiáng)的容許誤操作能力和錯(cuò)誤提示功能。在設(shè)計(jì)中采用了“事件驅(qū)動(dòng)”方法, 增強(qiáng)了人機(jī)界面的友好性和操作的靈活性。

　　4　系統(tǒng)功能模塊和關(guān)鍵技術(shù)

　　系統(tǒng)按照PDM (產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理) 的文檔管理模式, 反映模型文檔編號(hào)、名稱、所屬船舶型號(hào)等關(guān)系,以便更好地便于按文檔管理的形式管理, 因此三維模型的設(shè)計(jì)審批都是圍繞PDM 的文檔管理模式展開(kāi)。

　　4-1　模型數(shù)據(jù)安全性控制

　　由于PDM 系統(tǒng)本身可以提供一定的安全保護(hù)機(jī)制, 因此對(duì)于三維模型數(shù)據(jù)的安全保密可以利用PDM 本身提供的分級(jí)訪問(wèn)控制機(jī)制, 通過(guò)一級(jí)一級(jí)的身份審核來(lái)保證數(shù)據(jù)的安全。對(duì)于一般的數(shù)據(jù),PDM 系統(tǒng)主要依靠操作系統(tǒng)的權(quán)限和口令、PDM系統(tǒng)的口令、用戶在PDM 系統(tǒng)中的權(quán)限角色以及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)權(quán)限機(jī)制, 來(lái)層層控制對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。例如用戶在登錄系統(tǒng)時(shí)需要輸入口令, 系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的用戶名和口令對(duì)用戶的身份進(jìn)行判斷, 同時(shí)確定該用戶所屬的工作組和相應(yīng)的角色, 并得出該用戶所具有的權(quán)限信息。這樣, 用戶在訪問(wèn)一個(gè)文件時(shí), 系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶的權(quán)限信息和文件的屬性綜合判斷用戶是否有權(quán)利進(jìn)行這次操作(可以進(jìn)行的操作有添加、刪除、更改和讀取) , 以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這份文件的安全控制。

　　4-2　三維模型文檔的生成

　　通過(guò)分析各種設(shè)備三維模型特性, 提取設(shè)備模型的屬性, 建立設(shè)備模型屬性卡片。對(duì)船舶三維模型的設(shè)備設(shè)計(jì)屬性主要包括: 設(shè)備名稱、規(guī)格(及船舶型號(hào))、最大尺寸、重量、重心、廠家、備注。同時(shí)對(duì)于用于裝配模型, 除了指定設(shè)備模型主文檔外, 還可以指定和導(dǎo)入其相關(guān)輔助文檔資料。其實(shí)現(xiàn)界面如圖1 所示:

　　在該界面中我們可以對(duì)生命周期和所屬項(xiàng)目進(jìn)行選擇確定, 以實(shí)現(xiàn)模型文檔的整個(gè)生命周期的控制管理, 如從編制到校對(duì), 到審核等等。同時(shí)我們還可以對(duì)模型文檔的整個(gè)過(guò)程作增、刪、查、改的操作。

　　4-3　三維模型審批工作流程的確定

　　目前在三維模型設(shè)計(jì)過(guò)程中大致有兩種模型,一種是與船舶型號(hào)相關(guān)的設(shè)備模型, 此類模型與特定船舶型號(hào)緊密相連, 設(shè)計(jì)的正確性有嚴(yán)格要求, 必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的編、校、審、提交過(guò)程, 入庫(kù)后變更管理必須有嚴(yán)格的權(quán)限控制。另一種是三維設(shè)計(jì)中積累數(shù)據(jù)庫(kù), 此類設(shè)備模型與工程聯(lián)系不緊, 屬性不嚴(yán)格, 主要用于演示性項(xiàng)目、研究課題、動(dòng)畫(huà)制作等, 管理模式較前者簡(jiǎn)單、方便。我們可以將他們?cè)O(shè)置為不同生命周期即可。分別為如圖2 所示:

　　4-4　信息查詢功能

　　為方便用戶對(duì)已有模型進(jìn)行快速查找, 系統(tǒng)還提供了其他多種查詢手段, 可按設(shè)備模型編號(hào)、名稱等相關(guān)屬性進(jìn)行分類查詢(搜索頁(yè)如圖3 所示, 可以根據(jù)任何一個(gè)屬性進(jìn)行搜索) , 并可顯示相應(yīng)的特性, 完成具體零件的檢索后, 就可以對(duì)屬性和文檔進(jìn)行瀏覽以及操作者相應(yīng)權(quán)限內(nèi)的操作。

　　5　結(jié)束語(yǔ)

　　基于PDM 的船舶三維模型管理系統(tǒng)通過(guò)文檔管理的方式實(shí)現(xiàn)了三維模型從繪制到歸檔工作流程的有效管理及快速準(zhǔn)確的檢索。這不僅對(duì)我國(guó)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(duì)于加速我國(guó)制造行業(yè)信息化的發(fā)展進(jìn)程、提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與技術(shù)管理能力具有重要的意義。利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)處理各類龐大的圖文信息無(wú)疑具有廣闊的發(fā)展前景。