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基于windchill的船舶异地协同设计 |
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作者：张文生 梁民 雷铭 |
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l 前言
船舶研制过程是一个庞大的系统工程，需要研究院所、制造厂进行密切协作。一方面，由于地域的差异，影响了研究院所与制造厂之间协作的效率；另一方面，由于市场竞争日益激烈，对企业的产品设计效率提出了更高的要求。因此，充分利用先进设计制造技术，进行结构调整与资源优化，实施厂所异地协同设计，实现企业核心业务的跨越式发展，已成为现代船舶制造业的必然趋势。
2 异地协同设计系统环境
2.1 异地协同设计系统环境构架
实现船舶产品的异地协同设计需要建立一个具有项目管理、文档管理、工作流管理、产品配置管理、变更管理和企业协作等功能的系统环境。这里采用Windchill软件作为异地协同设计系统环境的集成框架软件，该软件采用目前先进的软件体系架构，全面支持产品整个生命周期中有关产品结构和变化的管理和信息通讯，并提供了丰富的二次开发环境。
异地协同设计系统环境的基本方案是在厂所两地建立同样的产品数据管理体系架构，然后使用联邦式集成接口实现异地产品数据管理系统的集成，最后通过业务环境、业务流程的整合建立统一的协同设计环境。异地协同设计系统环境的构架图如图1所示。
异地协同设计系统环境构架图
2.2 联邦式集成接口
采用联邦式集成接口技术，可以建立起一个逻辑集中物理分布的联邦式制造数据中心，管理产品研制过程中的数据。
联邦式客户端架构是一种建立异地、异构产品数据管理系统中数据对象之间连接的机制，这里只讨论同构系统连接的情况。联邦式客户端架构为每一个存放在产品数据管理系统中的数据提供了一个唯一确定的标识UFID，该UFID由以下部分组成：某单位数据管理库中全局数据对象 ID@某单位数据管理库的域名。例如，某制造厂数据库中某一个全局数据对象ID为：VR：wt.pant.wTPaIt:1055l，而该制造厂数据库的域名为：cpcsenrer.chang.com，当该制造厂的数据对象提交到产品数据中心以后，产品数据中心记录的该数据的UFID为VR：wt.part.WTPart:1055l@cpcserver.chang.com。建立起异地产品数据管理系统之间的互联具体包括四个步骤：
确定需要连接信息系统类型；
确定信息系统名称；
定义每个信息系统类型可以执行的操作；
最终建立一个将要被执行的任务。
在联邦机制下建立的产品数据中心是一个逻辑集中、物理分散的数据管理系统，包括建立在一个中央数据库和分别建立在设计单位、制造单位的局部数据库。中央数据库和局部数据库之间通过“联邦”的机制进行互联，在权限允许的情况下可以实现对整个数据中心的数据进行访问，共同构成一个单一的产品数据中心。
联邦机制保证了每个数据对象在整个网络环境中是唯一确定的。全局数据根据业务需要通过异地数据接收发送过程传递到中央数据库中，因此，在整个异地联邦系统环境中存在中央数据库和本地数据库的两个映像，但它们的UFID、版本、有效性是完全一样的，这种一致性依靠异地数据接收发送流程(见2.3节)进行保证。而对于物理分布的局部数据来说，则在本地维护着数据的一致性、版本和有效性，当需要访问这些物理分布的局部数据时，通过全局数据在网络中的映像及其UFID，可以通过联邦服务获得局部制造数据库中与该数据相关的所有信息，包括属性、制造工艺文件、相关的工程信息、构型控制信息等。
这种逻辑集中物理分散的管理模式既能满足产品数据管理的正确性、一致性、有效性要求，而且又能满足生产效率上的要求。
2.3 异地数据接收发送管理
在异地联邦系统中，采用异地数据接收发送机制实现中央数据库与局部数据库的数据一致性。当用户访问局部数据库的文档对象，系统首先检查局部数据库中文档对象副本的更新日期，如果副本的更新日期与主站点上文档对象的更新日期相同，则读取局部数据库文件副本，否则就先更新本地文件的副本，再读取副本。
文件副本更新采用同步传输和异步传输两种模式。文档默认的异地传输模式采用异步传输，即在夜晚非工作时间，通过服务器间的同步工作，刷新主站点在副本站点的文件副本，这样可以减少工作时间内的网络开销。同步传输模式主要用于解决少量要求实时传输的情况，如当天、甚至当时就要文件的最新版，该模式可以通过手动的方式实现。
异地数据发送接收管理涉及的功能包括：
a.数据发送方进行数据发送单的创建；
b.数据接收方的接收准备；
c.数据清单的创建及相关文件的准备；
d.数据发送；
e.数据发送接收报告的生成；
f.数据发送接收报告的查询及删除等功能。
异地数据发放接收流程需要相应的技术约定提供保障，才能在工程实践中可靠运行，相应技术约定主要包括编制数据发送接收管理规定和数据包定义控制规定。异地数据发送接收流程如图2所示。
异地数据发送接收流程
3 异地协同工作模式
3.1 统一的项目管理
异地协同设计系统采用基于产品的统一项目管理方式，通过产品、系统、子系统的分解方式，将整个产品研制项目分解为一个树状的层次结构，每个项目建立跨企业人员组成的项目组，项目组成员可以方便地查询双方在产品设计、制造各阶段的进度情况，包括与项目相关的文档资料。这种工作模式按照项目统一调配资源，使双方能够对工作任务和项目节点进行合理安排，这也适应“边设计边制造”的并行工作模式，可以提高产品研制过程的并行工作效率。
项目组建立的过程是，首先建立本地项目组，指定项目负责人，然后通过邀请的方式或合理的审批流程将所有相关人员加入到本地项目组中。项目负责人授予项目组成员相应的访问权限，使项目组内所有成员拥有统一的访问界面和项目数据资源。项目组按照项目树自顶向下进行任务分解和任务下达，层层向下细化分级，每一级的负责人只负责一级任务的规划，项目的执行情况由下至上层层汇总、归纳，每一级的负责人将项目组成员的汇报形成项目进度报告提交到上一层项目，最终形成一个计划与执行的闭环管理模式。
3.2 设计过程的协同
传统船舶设计过程是设计所完成设计、交付图纸到制造厂，然后制造厂进行生产设计、完成建造的过程。这是一个串行的过程，设计所的设计过程与制造厂相对独立，对于建造过程中的问题大多留到生产设计和建造过程中，通过技术协调和设计变更实现。在异地协同设计系统环境下，可以采用预发布技术，使这一串行工作方式并行化。设计所在设计过程中，根据设计的不同成熟度，将设计结果发布到制造厂，由制造厂根据建造过程的工艺要求对设计结果的可生产性进行校核，从而将建造过程中的主要问题，在设计过程中加以解决，最终实现面向生产的设计模式。
传统船舶设计过程协同是靠人与人之间的联系获得信息的，并通过纸质文档进行流转，异地协同设计系统使用网络和软件作为协同信息的交流平台，可以提高设计效率，节约流转成本。异地协同设计系统中具体的技术协同方式有生命周期、工作流、消息通知、电子邮件和网络会议等。
生命周期和工作流用于规范化设计过程的协同。在异地协同设计系统中，文档从编制到最终发放过程称为它的生命周期，整个生命周期定义多个技术状态，文档的状态标志设计的进度。工作流和生命周期绑定在一起，用于定义生命周期的所有工作任务和流转关系，采用工作流同步技术，可以建立工作流之间的关联，规范各设计流程的同步关系。
非规范化设计过程的协同采用多种方式实现，包括消息通知、电子邮件和网络会议以及传统的现场交流方式。消息通知是将工作任务或信息自动提交到用户的一种机制，用户通过检查任务列表就能够获得工作所需的所有信息，用户也可以自定义消息通知。电子邮件和网络会议作为技术协调的信息化工具，用于丰富异地设计人员建立联系的方法和途径。
3.3 数据安全共享
在异地企业范围内实现产品数据安全共享，能够使设计人员统一检索设计数据，提高设计效率，其核心内容是权限管理，主要包括权限管理策略的制定和权限管理的具体实现。权限管理策略主要分为两种，“先收后放”和“先放后收”。“先收后放”是指先收回所有用户权限，再将用户所需的访问权限赋予用户；“先放后收”则相反，先将所有权限都赋予用户。再将用户不应有的访问权限收回。“先收后放”适用于用户权限差异较大的情况，“先放后收”适用于用户权限差异较小的情况。对于目前船舶设计与制造单位的具体情况，在制定权限访问规则时，应主要采用“先收后放”，配合使用“先放后收”的权限策略，以严格控制数据资源的访问权限，确保产品信息数据的安全。
权限管理的具体实现主要采用域权限和角色权限两种管理方式。域是一个抽象的概念，异地协同设计系统中所有数据对象都必须属于一个或多个域，包括用户、用户组、文件夹和文档等，并形成一个分层的树状结构，然后通过定义用户对域结构树特定节点上的特定数据对象的访问权限实现权限管理。在默认情况下，域自动获得下一层域定义的权限。由于域权限对用户的权限定义是不随时间变化的，因此，可以看作是“静态权限”。与“静态权限”对应的是“动态权限”，即角色权限。当某个用户接收到一个工作任务时，需要获得对某些数据对象的临时访问权限，而完成工作后不再需要该权限，就要用到角色权限。角色权限是基于工作流的，可以根据工作流程规则，在工作流的活动节点上插入实现权限修改和恢复的代码，从而实现“动态权限”的管理。
4 结束语
本文结合我国船舶设计与建造相关工作流程的特点，探讨了基于Windchill软件建立异地协同设计的技术方案，其主要技术特点如下：
采用分布式数据管理方案，保证数据在异地访问的一致性：
采用统一的项目管理模式，提高设计建造过程的并行性；
采用统一的权限管理和工作流管理手段，消除异地用户环境的差异。
船舶制造业信息化是科技创新的重要组成部分，造船模式的转变，数字化造船的趋势，对船舶研制相关单位的信息化建设提出了更高的要求，深入研究数字化样船、虚拟仿真设计制造、异地协同设计等先进智能化设计技术，对提高船舶信息化水平、推动船舶技术进步、增强船舶研制能力具有重要意义。
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(8/11/2010) |
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