基于集成平臺的船舶三維協(xié)同設(shè)計流程研究

蘇紹娟 劉寅東 劉曉明

（大連海事大學(xué)交通裝備與海洋工程學(xué)院1） 大連 116026）

（中國船舶工業(yè)集團(tuán)公司第708研究所2） 上海 200011）

0 引 言

20世紀(jì)90年代隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了不同形式的船舶計算機(jī)集成制造（computer integrated manufacturing，CIM）系統(tǒng).自2000年以來，隨著信息化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為了縮短船舶設(shè)計、建造周期，實(shí)現(xiàn)船舶并行協(xié)同設(shè)計已經(jīng)成為必然的技術(shù)選擇.與此同時，現(xiàn)代船舶設(shè)計方式和理念也發(fā)生了根本性的改變.船舶設(shè)計從計算機(jī)輔助繪圖到計算機(jī)輔助設(shè)計，從2D，3D幾何模型到3DPDM模型；船舶工程從面向設(shè)計的工程到面向制造的工程，從串行工程到并行工程，等等.

船舶三維設(shè)計是一個多專業(yè)、多系統(tǒng)、大規(guī)模的協(xié)同工作過程，需要各個專業(yè)進(jìn)行頻繁的設(shè)計協(xié)同.以往的單用戶CAD已不能滿足設(shè)計人員的要求，設(shè)計者之間在設(shè)計時必須進(jìn)行溝通和信息共享，以免造成不必要的數(shù)據(jù)不一致和重復(fù)設(shè)計.本研究將船舶三維CAD設(shè)計技術(shù)與PDM協(xié)同管理技術(shù)有機(jī)的整合到設(shè)計過程中，建立基于集成平臺的船舶并行協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，從而提高設(shè)計效率.

目前，國內(nèi)外已有比較典型的協(xié)同設(shè)計管理軟件，如PTC公司的 Windchill，EDS公司的TeamCenter，MatrixOne公司的 e－Matrix，IBM公司的SmartTeam，SAP公司的mySAP等，它們基本上代表了現(xiàn)今PDM技術(shù)的最高水平.隨著PDM技術(shù)逐漸為國內(nèi)所重視，國內(nèi)許多軟件廠商也看到了PDM市場的巨大潛力，紛紛開發(fā)出自己的PDM產(chǎn)品，如清華大學(xué)英泰公司的Ti－PAM3.6和TiPLM、愛克斯特軟件公司的XTPDM3.5、華中理工大學(xué)華中軟件公司的INTEPDM、四川的TOPPDM、中科院的凱思公司、南京的同創(chuàng)公司及東北大學(xué)的阿爾派公司的產(chǎn)品等.

與其它產(chǎn)品相比，Windchill已經(jīng)在一些國內(nèi)、國外的船舶企業(yè)得到應(yīng)用，并取得了較好的應(yīng)用成果；Windchill的Web工作能力更加強(qiáng)大，提供了豐富的基于Web的開發(fā)工具，易于實(shí)現(xiàn)面向虛擬企業(yè)的分布式產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理；Windchill可以通過本身提供的標(biāo)準(zhǔn)接口Info Engine實(shí)現(xiàn)與其它PDM軟件如Metaphase以及ERP軟件如BANN，Oracle Manufacturing等實(shí)現(xiàn)集成.目前，Windchill能夠與Pro／E實(shí)現(xiàn)無縫鏈接；Windchill能夠通過OPtegra與CADDS5緊密集成［1］，國內(nèi)已經(jīng)有設(shè)計所使用CADDS5進(jìn)行艦船的三維設(shè)計，并通過與 Windchill的集成實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計并行協(xié)同管理；Windchill通過 Workgroup Manager for CATIA實(shí)現(xiàn)與CATIA 的集成［2－3］進(jìn)行相關(guān)企業(yè)的并行協(xié)同設(shè)計管理.本文根據(jù)設(shè)計需要研究將Windchill與SolidWorks集成實(shí)現(xiàn)船舶三維協(xié)同設(shè)計流程管理.

1 SolidWorks與Windchill的集成平臺的構(gòu)建

SolidWorks是一套基于Windows平臺的全參數(shù)化特征造型軟件，它可以十分方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖.SolidWorks二次開發(fā)通常有兩種形式：一是獨(dú)立應(yīng)用程序（standalone application），用戶程序作為一個獨(dú)立的應(yīng)用程序（＊.exe），通過API接口調(diào)用SolidWorks提供的服務(wù)，完成對SolidWorks的控制和操作；二是插件形式（AddIn application），用戶程序作為一個插件（＊.dll）集成到SolidWorks中去.插件形式下，用戶程序跟Solid－Works程序運(yùn)行在同一進(jìn)程空間，運(yùn)行效率高，而且用戶可以在SolidWorks中添加自己的菜單，工具欄，屬性頁等，使用戶程序跟SolidWorks程序渾然容為一體［4］.

本文將采用第二種開發(fā)方式通過插件將SolidWorks和Windchill構(gòu)建逆向工程的異地協(xié)同設(shè)計平臺.Windchill其中的PDMLink模塊提供了Workgroup Manager for SolidWorks中間件，通過該中間件船舶設(shè)計人員能夠在Solid－Works工作界面中直接將設(shè)計模型檢入到Windchill系統(tǒng).在構(gòu)建集成平臺的過程中，依據(jù)船舶設(shè)計的特點(diǎn)對Windchill開箱即用的功能進(jìn)行了一些定制開發(fā)，使其易用性得到了增強(qiáng).

在安裝完 Workgroup Manager for Solid－Works后，還需配置以下文件

1）Change directory to the ＜ WindchillI－nstall＞／codebase：windchill wt.tools.boot.MakeJar jar＝wmSolidWorks＿config.jar

2）Change directory to the＜Windchill Install＞／codebase／wmSolidWorks：windchill com.icubed.legend.dmc.ui.DMCCreate

3）Change directory to the the＜Windchill Install＞／codebase：windchill com.icubed.setup.ServerUpdate

通過Workgroup Manager for SolidWorks中間件的安裝及配置，在SolidWorks菜單欄會增加windchill菜單條.

2 Windchill模型關(guān)系

Windchill維持CAD對象與Windchill對象及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián).Workgroup Manager for SolidWorks使用以下 Windchill對象：Windchill CAD文檔和Windchill企業(yè)部件 （WTPart）.

Windchill CAD文檔包含一個設(shè)計文件（如3D圖紙），該設(shè)計文件被視為 Windchill CAD文檔的主要內(nèi)容.Windchill CAD文檔還包含次要或?qū)С龅膬?nèi)容，例如可視化圖像和其他替代表示形式.

圖1顯示了CAD文檔和部件之間的典型鏈接或關(guān)聯(lián).

圖1 Windchill CAD文檔和WTPart對象模型關(guān)系示意圖

三維模型的導(dǎo)入流程：進(jìn)入SolidWorks系統(tǒng)→打開要檢入的SolidWorks裝配→進(jìn)入裝配關(guān)系導(dǎo)入流程→提取裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系組成裝配圖→進(jìn)入Windchill對導(dǎo)入的模型進(jìn)行管理和維護(hù).

3 船舶3D模型在集成系統(tǒng)中的可視化管理實(shí)例

以船體145－180分段設(shè)計模型為例，實(shí)現(xiàn)SolidWorks與Windchill PDMLink的集成平臺在船舶協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中的應(yīng)用.

1）船舶專業(yè)設(shè)計人員在SolidWorks中進(jìn)行船舶三維設(shè)計，設(shè)計完成后在本地電腦上通過SolidWorks的Windchill菜單欄將模型檢入到Windchill PDMLink如圖2所示，檢入過程中通過登錄界面如圖3所示系統(tǒng)檢查用戶是否有檢入權(quán)限.

2）船體結(jié)構(gòu)是由零件、部件、分段最后是總段組成的.如船體145－180總段是由艙口圍板、橫艙壁和甲板等組成的.而下一層的艙口圍板又是由很多個型材（如艙口T型材）和板材（艙口圍板）構(gòu)成的.檢入到集成系統(tǒng)中的三維模型由船舶設(shè)計總工程師進(jìn)行合理的分解，最終在Windchill PDMLink中建立船舶設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，如圖4所示.然后在windchill中進(jìn)行審簽流程.

圖2 三維模型檢入到windchill

圖3 設(shè)計人員登錄windchill

3）在管理平臺Windchill中進(jìn)行船舶三維模型的審簽流程 船舶設(shè)計過程中的模型審簽一般歷經(jīng)設(shè)計、校對、審核、標(biāo)檢、審定五個階段才能歸檔［5］，具體過程如圖5所示.

圖4 對145－180分段進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解

圖5 文檔審簽示意圖

在審簽工作流模板中，存在審閱批準(zhǔn)和不批準(zhǔn)兩種情況，此時要在屬性中加入路由條件，這里通過代碼實(shí)現(xiàn)，其代碼如下.

具體的審簽流程如下.

1）設(shè)計者把“145－180分段”設(shè)計完成后，在本地電腦上通過SolidWorks的Windchill菜單欄將模型提交到 Windchill系統(tǒng)中，如圖2～3所示.

2）校對者通過查看工作列表收到審閱任務(wù)，在productview中查閱所建的分段，如圖6所示，在審閱后認(rèn)為“145－180分段”中沒有問題，選擇批準(zhǔn)，文檔進(jìn)入“升級”狀態(tài)，文檔將升級到審核階段.

圖6 productview中查閱三維模型

3）若校對者發(fā)現(xiàn)文檔中還存在問題，選擇不批準(zhǔn)文檔，則文檔進(jìn)入修改狀態(tài)，修改（設(shè)計者）接收到修改任務(wù)，將文檔檢出到本地電腦的Solid－Works，進(jìn)行修改并保存，然后再檢入到 Windchill完成修改，重新按照“設(shè)計－校對－審核－標(biāo)檢－審定－歸檔”進(jìn)行審簽.期間版本將從A.1變?yōu)锳.2，直至文檔進(jìn)入“歸檔”狀態(tài).

4）模型審簽的其他三個階段：審核、標(biāo)檢、審定和上面所進(jìn)行的流程相同，直至達(dá)到歸檔狀態(tài)，完成三維模型的整個審簽流程.

4 結(jié)束語

本文把船舶三維模型的設(shè)計工作納入到項(xiàng)目中進(jìn)行管理，并建立三維模型的電子化審簽工作流程管理機(jī)制，使設(shè)計完成的三維模型發(fā)布數(shù)據(jù)到PDM管理軟件Windchill中，自動將三維模型的可視化結(jié)果關(guān)聯(lián)到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行三維模型設(shè)計流程的客戶化定制.利用管理平臺通過可視化的有效工具，及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、建造、維護(hù)過程中可能出現(xiàn)的沖突，解決設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，對設(shè)計過程實(shí)施并行、動態(tài)、實(shí)時控制.

［1］肖 俊，郭進(jìn)濤，李俊華.基于PDM的艦船三維設(shè)計并行協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)研究［J］.船海工程，2007，36（3）：116－119.

［2］林有娣，張瑞乾，季向遠(yuǎn).異地協(xié)同設(shè)計平臺在車身逆向工程中的應(yīng)用［J］.管理技術(shù)，2009（2）：109－112.

［3］王呈方，胡 勇，李繼光.三維曲面船體外板成形加工的新方法［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2010，34（3）：431－434.

［4］侯曉林，顏 濤.SolidWorks異地協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)［J］.中國制造業(yè)信息化，2007，36（3）：30－36.

［5］郭進(jìn)濤，李俊華，程 嵐.基于工作流的艦船設(shè)計流程管理研究［J］.中國艦船研究，2007（1）：42－45.