PDM在舰船产品设计中的应用精密铸造

PDM在舰船产品设计中的应用

PDM在舰船产品设计中的应用 2011年12月04日 来源： 现代舰船研制具有研制周期长、阶段多，涉及专业种类复杂，参与机构人员众多等特点。随着舰船产品复杂程度的不断提高及各种高新技术在新型舰船中的广泛应用，加大了舰船产品研制风险和压力。在满足舰船使用要求的前提下，如何最大限度的缩短舰船产品研制周期、提高研发质量、降低成本，是舰船企业竞争制胜的关键。将PDM技术应用于舰船产品设计过程，实现舰船产品定义信息的数字化、知识化，是解决以上问题的一条有效途径。1 产品数据管理技术(PDM)PDM(production data management) 是一项用于管理“产品生命周期中需要的所有信息”的技术。包括与产品相关的所有信息———任何描述产品的信息，例如零部件信息、产品配置、文档、CAD文件、审批信息等；与产品相关的所有过程———过程的定义和管理，包括设计的组织者、设计人员、信息的控制，权限的审批和分发等。由于PDM系统的发展是随着计算机技术和信息技术发展起来的一种软件科学，它的功能也随着应用的扩大而不断改进，目前能够达到的主要支持水平为：电子仓库和文档管理、过程/ 工作流程管理、产品结构管理、产品配置管理、设计检索、零件分类管理与检索、工程变更管理、项目管理、工具和集成功能及其它功能(电子协作功能、扫描和成像功能、查看和圈阅功能) 等。目前，西方发达国家大力推行PDM 的开发应用，已将PDM 技术成功地应用到大型产品全生命周期信息管理系统，对设计、制造、服役、维护等信息进行一体化的科学管理。采用PDM 技术已成为代表船舶实际制造先进技术的主流和发展方向。如韩国现代重工工业公司、大宇重工工业公司及美国海军DD21 计划、美国的Ingalls 造船厂、Newport News 造船厂以及澳大利亚潜艇公司、俄罗斯Rubin & Admiralty船厂等。在国内舰船研制领域，PDM 的概念只是近年来才开始得到重视，目前仅在极少数单位开始了舰船PDM的研究、应用与实施工作。2 Windchill 系统及特点Windchill 是美国PTC ( parametric technology corporation) 公司开发的商用PDM 系统，它是基于WEB 的应用平台系统。作为一个先进的企业产品数据管理信息平台，该系统具有强大的二次开发能力，Windchill 的Information Modeler 提供了专业的面向对象RAD ( rapid application development) 应用程序开发工具，用于定制企业专用的PDM系统。Windchill 系统采用数据服务层、业务服务层、客户层的三层运行结构。其中数据服务层负责数据的存取，业务服务层用于管理业务规则、数据管理策略和用户验证，客户层负责与用户进行交互。Windchill 系统开发采用基于逻辑层的设计模式，具有如下特点：1) 系统设计使用标准的建模语言--UML；2) 使用图形化的建模工具e - Rational Rose，信息实体的表达和联系直观、准确；3)逻辑设计和物理设计联系紧密，逻辑设计到物理设计的转换由Windchill的组件Informaiton Modeler 自动生成，逻辑设计到物理设计可能不会出现偏差；4) 通过Informaiton Modeler 中的Windchill System Generator，程序体系结构、数据库模式可自动生成，省去了物理设计过程。3 基于Windchill 平台的系统开发3.1 舰船设计PDM系统需求及系统结构将PDM技术应用于舰船设计中，需要构造一个信息平台，创建型号产品设计过程中各部门各专业之间的协同工作环境，将来自各种信息源(包括CAD 系统和非CAD 系统) 的异构数据组合在一起，使各个专业和工作组在完整的产品模型和信息下协同设计，以型号产品开发流程为主线实现产品信息传递与共享；而且，该信息平台要有很好的安全性和保密性，在研制生命周期内不同的用户严格按照质量标准规定的权限访问和使用相关的产品和过程信息，确保信息产生和使用的安全性与可控性；基于该信息平台，可以按照质量标准定义的流程完成计划表的执行和技术状态更改控制，领导和管理部门能够实时地监控开发工作进度情况及计划执行情况；同时，能够针对不同的产品类型灵活定义不同的研发流程、定制产品和过程信息的属性；通过工作组级的管理工具，有效地管理工作使用CAD 软件所生成的产品数据，建立动态的、协同工作环境，适应快速变化和动态的设计环境；根据信息安全管理的定义，发布与共享综合的产品信息，保证正确的信息在正确的时间传递给正确的人。根据以上需求，可以建立舰船设计中PDM系统功能结构，如图1 所示。

在图1 中，文档管理主要进行舰船设计过程中所有电子文档的管理(包括文档、CAD 文件、三维模型、变更文件等)；对于纸质文档(主要是指产品图档及设计文件) 的管理，记录文档存放地点，以方便查找；对于所管理的文档可增加分类属性，方便查询；在文档管理中进行用户的存取权限控制(包括读、修改、创建、删除等)；可以进行文档修改及文档版本管理；而且通过建立文档和舰船产品零部件之间的内容、描述和参考关系，围绕产品零部件来管理和获取文档。产品结构管理主要是在PDM 系统中管理舰船产品的结构，进行产品结构描述，并实现产品中部件版本及有效性控制；可以进行多视图管理(主要指工程视图与制造视图之间的转换)；可以根据需求定制产品的属性描述(包括规格、重量属性、材料属性和产品零部件状态属性等)，而且决策人员可以随时监控这些属性；可以使用产品浏览器浏览产品结构中的零部件。设计更改管理包括建立更改请求、更改通知和更改活动提出单位的属性；建立更改请求与更改通知、更改通知与更改活动之间的联系；建立更改活动与产品零部件或文档之间版本管理之间的关系；以工作流程支持所有设计变更的过程；提供更改请求、更改通知单及更改活动的管理。生命周期管理可以定义新型号产品开发生命周期；管理新产品过程的业务对象( Part 、Document) 的生命周期状态；定义设计更改过程中业务对象的生命周期；管理过程更改过程中的业务对象的生命状态。工作流程管理主要是由工作流程来定义工作人员、完成时间的关联，并管理产品的设计过程、设计变更过程、设计评审、图档发布等。Windchill 接口主要是提供常用舰船CAD 系统(如CADDS5 系统) 到Windchill 间的接口，使CADDS5 中建立产品零部件名称、属性和产品结构能发布Windchill 中提供给企业内用户使用；进行产品设计部门内部的AUTOCAD、CADDS5 的工具封装工作，实现在Windchill 中激活这些工具，并且能够在Windchill 中管理这些应用工具产生的信息。3.2 舰船设计PDM开发流程PDM系统的实施通常有：组建队伍；需求分析；软件选型；系统设计(硬件、软件选择，职能部门地位任务，人员分工权限等)；详细设计(人员、产品和工作三类模型，目标实现途径，输入/ 输出要求等)；二次开发(利用开发工具，进行客户化定制)；安装与设置(第一次安装是在需求分析阶段、为用户设置一个PDM 系统的基本软件环境。主要目的在于开展需求分析；第二次安装是在二次开发结束后，对硬件和软件的安装调试)；人员培训(前期培训，后期培训)；试运行(在初始阶段以某一个产品为试点，与原来的管理体系平行开展工作，在取得经验后，再推广到一个系列的产品，乃至整个企业的全部产品信息的管理。一旦技术成熟，取得经验以后，才能用PDM系统来取代原来的管理系统) 。图2为舰船PDM系统开发流程图。

在舰船设计PDM系统开发过程中，需求分析是最为重要的步骤之一，在此阶段需要完成5 个方面的工作(5W) 。1) 规划舰船产品相关的数据—WHAT，包括规划产品相关的数据及刻划产品相关的数据特征。2) 规划系统的用户和用户组—WHO，包括规划系统的用户和用户组及不同的权限分配策略。3) 规划产品数据的存储策略—WHERE，按照部门、项目、数据类型确定舰船产品的存储策略。4) 规划舰船设计活动的生命周期—WHEN，包括规划生命周期、规划设计项目、规划设计工作流。5) 规划舰船产品数据的存取策略—HOW，包括规划通知规则、规划索引规则。3.3 开发环境采用Windchill 定制的企业专用PDM系统在运行时，包括以下组件：操作系统—Windows NT 4.0/Windows2000，Solaris 2.6，HP - UX10.2 or 11；数据库—Oracle 8.0.4 Relational Database with JDBC driver；Java 虚拟机( e.g.JRE)； HTTP Web 服务器( Microsoft IIS 3.0，Netscape Enterprise Server 3.0)； 支持Java 的Web 浏览器—Microsoft Internet Explorer 4.01 SP2/ 5，Netscape 4.5.1/ 4.6.2；搜索引擎—Verity Search 97； SMTP 邮件服务器—e.g.Netscape Messaging Server。Windchill 开发组件[7]包括操作系统(Windows NT 4.0 / Windows 2 0 0 0 )，Java 开发工具包JDK 1.1.7B，对象建模工具(Rational Rose 2000E)，Java集成开发环境(Symantec Visual CaféExpert 4.0a) 。数据服务层中数据库采用Oracle 8.1.6 关系型数据库，可存储结构化和非结构化数据，数据库能分布在专用数据服务器和Windchill 主机中。

业务服务层是指Windchill 服务器，它包括4个组件： HTTP Web 服务器、HTTP 网关、Method Server、Server Manager。HTTP 网关的作用是通过WEB 服务器，Java 应用程序作为一个CGI 程序或者是小服务器程序运行，用于处理客户端的请求，响应HTTP 请求并委托给服务器中相应的处理器；Method 服务器用于服务器上运行的Java 应用(支持多服务器并发处理、支持后台队列处理)，负责业务规则和业务逻辑，提供数据存储(所有的数据存取通过共享的单用户ORACLE 连接池，使用多线程并发服务器结构)，和客户程序之间交互(Applets—使用直接的Java RMI 调用，HTML —委托HTTP 网关调用)；Server Manager 用于管理在服务器上运行的Java 应用程序，管理多个并行的Method Server 的负载均衡，缓冲用户授权和跟踪用户活动。客户层采用Web 浏览器，执行Windchill applets，显示HTML 页面和表单，允许.class 文件从本地文件系统加载，并且能够进行自动维护。3.4 应用实例结合舰船设计中产品数据管理的实际需求，利用Windchill 平台进行了舰船PDM系统的开发，完成了系统的框架搭建及部分功能模块的实现，系统的部分功能在实践中得到了应用。图4～6为系统的部分界面示例。

4 结束语由于舰船设计PDM 系统的开发及实施涉及面广、信息工作量大、周期长、投入大，而且在开发及实施过程中还要按照管理制度科学化的要求调整企业现有管理模式，因此，它的复杂程度远远超过一般应用程序、管理系统的开发及推广应用。(end)

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