基于PDM的船舶三維模型管理系統的研究

1　引　言
　　船舶行業作為一個多品種小批量而且結構復雜的制造行業, 經過長期的發展之后, 必然積累大量豐富的文檔、圖紙、模型等技術資料。再加上船舶設計大多是以母型船改造法為主的設計模式, 以前的設計圖紙模型在未來的設計中也處于舉足輕重的地位。目前船舶行業雖然在設計過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, 計算機所產生的大量電子圖紙和模型信息并沒有得到有效和系統管理, 使設計人員難以快速、準確地獲得所需的資料, 反而降低了查詢速度和效率。同時在設計過程管理階段, 從任務的分解和圖紙的形成, 到圖紙的審校, 再到圖紙的會簽、存檔和圖紙的改版全靠人工來完成, 中間傳遞的也是紙質介質。由于整個產品的開發過程沒有協調一致的管理機制, 不同部門使用不同版本的圖紙時有發生, 故圖紙的流動過程無法跟蹤和監控。這些問題是目前一些大中型企業研究部門普遍存在亟需解決的問題。

　　本文所介紹的船舶三維模型管理系統是基于PDM(Product Date Management, 產品數據管理) ,通過文檔管理的形式實現了三維模型技術資料的快速、準確查詢及卡片設計的版本控制功能, 并具有進行審批流程管理功能, 為今后實現基于Internet 結構的模型文檔信息管理打下基礎。

　　2　系統軟件平臺選擇

　　產品數據管理技術為企業產品數據的管理問題提供了很好的解決方案。PDM系統不僅可以管理所有與產品相關的信息, 而且可以管理所有與產品相關的數據產生的過程。目前PDM 技術的研究與應用在國內外已經相當普遍, 全球范圍商品化PDM軟件不下百種。國外的PDM 產品包括Metaphase,UGS 公司的IMAN , PTC 公司的Windchill, IBM公司的PM 等。國內的PDM 產品有華中開目、清華同方、南京同創等。但由于各個企業的實際情況不同, 很難做到將一種商品化PDM 軟件直接用于企業數據管理中。因此必須根據企業的實際情況, 結合軟件的功能, 制定合理的數據管理策略, 開發出適合企業的數據管理功能。

　　針對這個問題, 根據實際項目的實施經驗, 我們選取一套基于PDM平臺的企業數據管理辦法和關鍵技術解決辦法, 并在PTC公司的Windchill的基礎上進行開發和定制。Windchill 系統的設計和開發采用了所有現代網絡技術, 其結構的各個層次基本上都是基于標準的In ternet、Web、Java 和Oracle 技術。Windchill 采用基于Java 企業版(J2EE) 模型的三層結構。這種結構優于原來在PDM 系統中普遍采用的客戶ö服務器兩層結構, 使系統不僅可以運用于各種平臺, 并且具備了更好的開發性和動態更新的功能。

　　3　系統設計思想及結構

　　PDM 是一門以軟件為基礎, 管理所有與產品相關的信息(包括電子文檔、數字化文件、數據庫記錄等) 和所有與產品相關的過程(包括工作流程和更改流程) 的技術。它提供產品全生命周期的信息管理,并可在企業范圍內為產品設計和制造建立一個并行化的協作環境。

　　將PDM 系統應用于船舶制造企業, 可以使船舶制造業中與產品相關的信息—— 描述產品的信息, 包括零件信息、配置、文檔、CAD 文件、權限信息⋯⋯等。PDM 系統易于管理和統一, 且能防止由于信息的重復、存儲格式的差別等帶來的一系列重復性的工作, 從而大大地提高了工作的效率。

　　船舶三維模型包括船舶設計中的各種零部件、設備以及裝配圖, 是造船行業中較為重要和基本的技術資料。傳統的管理方式是由設計部門繪制好零部件的三維模型, 然后打印出來交由校對、審核、審定等人員分別進行審批, 然后歸檔保存。在這一過程中產生的一系列相關資料的管理質量與效率取決于該管理人員的業務水平和記憶能力。本系統的指導思想就是利用計算機完成這個技術管理工作, 提供一些模型信息的常用查詢方法和手段, 并用卡片設計提供版本控制, 隨著模型的生成通過in ternet 傳給指定的人進行審批。系統包括了從創建三維模型設計任務、模型設計實施直到模型設計文檔進行歸檔送交生產和存檔的全部過程。

　　整個版本控制工作是借助J2EE 網絡結構完成的。當計劃部門完成規劃項目后(計劃過程包括了模型設計流程各人員的分配) , 模型設計人員接到任務(通過工作流下達任務) 開始其設計工作; 設計工作完成時, 提交對應的說明書, 工作流通過計劃任務實施人員將校對任務發放給所有的校對人員; 所有的校對人員在線審定通過后, 提交審核人員在線審核;所有的審核人員審核后, 工作版本變為發放版本并對三維模型進行歸檔。在校對審核過程中, 任何校對審核人員都可否定, 使校對或審核過程掛起。這時,三維模型設計人員需重新考慮并完善其設計工作,再申請校對審核, 進行發放處理。鑒于用戶對象主要是非計算機專業人員, 不能要求其具有熟練的計算機操作水平, 故本系統在設計中盡量減少鍵盤輸入,而采用鼠標操作配以各類提示, 并且系統具有較強的容許誤操作能力和錯誤提示功能。在設計中采用了“事件驅動”方法, 增強了人機界面的友好性和操作的靈活性。

　　4　系統功能模塊和關鍵技術

　　系統按照PDM (產品數據管理) 的文檔管理模式, 反映模型文檔編號、名稱、所屬船舶型號等關系,以便更好地便于按文檔管理的形式管理, 因此三維模型的設計審批都是圍繞PDM 的文檔管理模式展開。

　　4-1　模型數據安全性控制

　　由于PDM 系統本身可以提供一定的安全保護機制, 因此對于三維模型數據的安全保密可以利用PDM 本身提供的分級訪問控制機制, 通過一級一級的身份審核來保證數據的安全。對于一般的數據,PDM 系統主要依靠操作系統的權限和口令、PDM系統的口令、用戶在PDM 系統中的權限角色以及歷史數據庫的訪問權限機制, 來層層控制對數據的訪問。例如用戶在登錄系統時需要輸入口令, 系統根據用戶輸入的用戶名和口令對用戶的身份進行判斷, 同時確定該用戶所屬的工作組和相應的角色, 并得出該用戶所具有的權限信息。這樣, 用戶在訪問一個文件時, 系統會根據用戶的權限信息和文件的屬性綜合判斷用戶是否有權利進行這次操作(可以進行的操作有添加、刪除、更改和讀取) , 以此來實現對這份文件的安全控制。

　　4-2　三維模型文檔的生成

　　通過分析各種設備三維模型特性, 提取設備模型的屬性, 建立設備模型屬性卡片。對船舶三維模型的設備設計屬性主要包括: 設備名稱、規格(及船舶型號)、最大尺寸、重量、重心、廠家、備注。同時對于用于裝配模型, 除了指定設備模型主文檔外, 還可以指定和導入其相關輔助文檔資料。其實現界面如圖1 所示:

　　在該界面中我們可以對生命周期和所屬項目進行選擇確定, 以實現模型文檔的整個生命周期的控制管理, 如從編制到校對, 到審核等等。同時我們還可以對模型文檔的整個過程作增、刪、查、改的操作。

　　4-3　三維模型審批工作流程的確定

　　目前在三維模型設計過程中大致有兩種模型,一種是與船舶型號相關的設備模型, 此類模型與特定船舶型號緊密相連, 設計的正確性有嚴格要求, 必須經過嚴格的編、校、審、提交過程, 入庫后變更管理必須有嚴格的權限控制。另一種是三維設計中積累數據庫, 此類設備模型與工程聯系不緊, 屬性不嚴格, 主要用于演示性項目、研究課題、動畫制作等, 管理模式較前者簡單、方便。我們可以將他們設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

　　為方便用戶對已有模型進行快速查找, 系統還提供了其他多種查詢手段, 可按設備模型編號、名稱等相關屬性進行分類查詢(搜索頁如圖3 所示, 可以根據任何一個屬性進行搜索) , 并可顯示相應的特性, 完成具體零件的檢索后, 就可以對屬性和文檔進行瀏覽以及操作者相應權限內的操作。

　　5　結束語

　　基于PDM 的船舶三維模型管理系統通過文檔管理的方式實現了三維模型從繪制到歸檔工作流程的有效管理及快速準確的檢索。這不僅對我國龐大的船舶行業及各種制造行業有積極的影響, 尤其是對于加速我國制造行業信息化的發展進程、提高產品開發與技術管理能力具有重要的意義。利用計算機信息技術處理各類龐大的圖文信息無疑具有廣闊的發展前景。