管子加工車間工藝設(shè)計(jì)軟件包的開(kāi)發(fā)

王　真　丁煒杰　鄭鵬飛　黃　宏　胡世南

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海　200063)

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管子加工車間工藝設(shè)計(jì)軟件包的開(kāi)發(fā)

王真丁煒杰鄭鵬飛黃宏胡世南

(中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海200063)

【摘要】闡述了管子加工車間工藝設(shè)計(jì)軟件包的開(kāi)發(fā)過(guò)程，綜合使用Asp.net、Office VBE與SketchUp API開(kāi)發(fā)環(huán)境，該軟件具有工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、工藝知識(shí)庫(kù)管理、三維建模功能。本軟件包的開(kāi)發(fā)旨在規(guī)范化工藝設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)人員的計(jì)算機(jī)應(yīng)用水平。

【關(guān)鍵詞】造船工藝；管子加工車間；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；軟件包

【DOI】10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.02.14

1開(kāi)發(fā)背景

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工程設(shè)計(jì)當(dāng)中的廣泛應(yīng)用，實(shí)用而且功能強(qiáng)大的工藝專業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件包必然成為船廠工藝設(shè)計(jì)的一個(gè)重要工具。我國(guó)的煤礦開(kāi)采、機(jī)械設(shè)計(jì)、石油化工、水電、金屬鑄造等行業(yè)，都開(kāi)發(fā)有成熟的CAD軟件包。

中船九院工藝專業(yè)已經(jīng)普及設(shè)計(jì)過(guò)程的CAD應(yīng)用，但仍存在設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程不規(guī)范、CAD工具應(yīng)用自動(dòng)化程度較低等不足，在設(shè)計(jì)手段軟件化方面落后于土建、公用專業(yè)。作為船舶工業(yè)建設(shè)的“國(guó)家隊(duì)”，中船九院成立六十余載承擔(dān)了我國(guó)絕大多數(shù)船廠的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)任務(wù)，掌握著我國(guó)主要船廠的工藝設(shè)計(jì)方案及參數(shù)，這些數(shù)據(jù)資源既是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的參考標(biāo)的，又是制造業(yè)服務(wù)化趨勢(shì)下中船九院進(jìn)軍船廠全生命周期服務(wù)業(yè)務(wù)的珍貴資源，是中船九院獨(dú)有的歷史積淀，有待進(jìn)行知識(shí)工程建設(shè)。使用軟件包進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，可以減輕設(shè)計(jì)人員工作量，減少查閱資料的時(shí)間，使他們把精力集中到工藝設(shè)計(jì)上[1]。

軟件包開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)船體、舾裝、涂裝三大工藝專業(yè)的情況進(jìn)行反復(fù)討論與醞釀，最終選取舾裝專業(yè)的管子加工車間作為開(kāi)發(fā)的示范試點(diǎn)。待開(kāi)發(fā)成功后，逐步推廣到船體、涂裝專業(yè)。

2開(kāi)發(fā)目標(biāo)

2.1需求分析

軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)由經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝設(shè)計(jì)人員與軟件開(kāi)發(fā)人員組成。開(kāi)發(fā)前期，經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)內(nèi)外多輪討論，軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)總結(jié)出工藝專業(yè)在設(shè)計(jì)過(guò)程中有以下問(wèn)題需要解決：

1)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程不規(guī)范；

2)工藝項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料零散；

3)不同人員在設(shè)計(jì)指標(biāo)取值上差距較大；

4)CAD工具應(yīng)用自動(dòng)化程度較低；

5)工藝專業(yè)沒(méi)有三維設(shè)計(jì)，游離于公司BIM設(shè)計(jì)之外。

2.2總體目標(biāo)

根據(jù)前期的需求分析，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)明確了軟件研發(fā)目標(biāo)，即開(kāi)發(fā)一款具有工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、工藝知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理和繪圖制圖功能的船廠工藝設(shè)計(jì)軟件包。

軟件包成果可作為工藝專業(yè)在方案、可研設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)工具。其中CAD工具二次開(kāi)發(fā)的圖形、模型插件，亦可在初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)的多專業(yè)BIM協(xié)同設(shè)計(jì)中進(jìn)行銜接使用。

2.3開(kāi)發(fā)思路

(1)在軟件包的“工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)”、“工藝設(shè)計(jì)計(jì)算程序”以及“三維CAD工具”三項(xiàng)開(kāi)發(fā)內(nèi)容中，“工藝設(shè)計(jì)計(jì)算程序”占據(jù)主導(dǎo)地位，而在“工藝設(shè)計(jì)計(jì)算程序”起靈魂作用的是“管子車間的工藝設(shè)計(jì)思想”，包括以下三個(gè)方面：

1)“管子族”思想。管子族按類型成組，以加工過(guò)程為導(dǎo)向；

2)以先焊后彎工藝作為主導(dǎo)工藝，以充分體現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材的綠色制造思想；

3)兩化深度融合(自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化)，硬件軟件并重的思想。

(2)設(shè)計(jì)程序同時(shí)應(yīng)體現(xiàn)工程項(xiàng)目的特點(diǎn)，體現(xiàn)設(shè)計(jì)對(duì)業(yè)主需求、設(shè)計(jì)階段、項(xiàng)目性質(zhì)、項(xiàng)目規(guī)模、社會(huì)環(huán)境等的把握與滿足。

(3)設(shè)計(jì)程序的使用界面設(shè)計(jì)上，除了滿足(1)、(2)的要求外，靈活應(yīng)用不同的內(nèi)容表達(dá)方式，避免使用界面的生硬、枯燥。

(4)在軟件包的工藝流程圖、工藝布置圖、工藝設(shè)備表、設(shè)備圖形庫(kù)功能之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，使設(shè)計(jì)工作更便捷。

3軟件設(shè)計(jì)

軟件包的設(shè)計(jì)包括架構(gòu)設(shè)計(jì)、流程設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

3.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)功能上的架構(gòu)，主要是定義軟件包的各個(gè)功能模塊之間的關(guān)系。

軟件包包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層和設(shè)計(jì)應(yīng)用層兩層結(jié)構(gòu)。通過(guò)研究工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在兩個(gè)層次之間的信息交互，工藝設(shè)計(jì)軟件包的結(jié)構(gòu)如圖1所示。工藝計(jì)算、各類設(shè)計(jì)文檔人機(jī)交互采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)方式，CAD繪圖功能利用CAD設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)。

3.2流程設(shè)計(jì)

流程設(shè)計(jì)是針對(duì)管子加工車間工藝設(shè)計(jì)流程，將軟件包功能架構(gòu)轉(zhuǎn)換為軟件的過(guò)程描述。按設(shè)計(jì)階段劃分，工程設(shè)計(jì)分為規(guī)劃方案、項(xiàng)目建議書、可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)等五個(gè)階段；按項(xiàng)目性質(zhì)劃分，又可分為新建項(xiàng)目與改擴(kuò)建項(xiàng)目。不同設(shè)計(jì)階段與性質(zhì)的項(xiàng)目，有著各自的設(shè)計(jì)內(nèi)容、深度要求。典型的初步設(shè)計(jì)新建項(xiàng)目的工藝專業(yè)設(shè)計(jì)流程，見(jiàn)圖2所示。

考慮到現(xiàn)階段九院公司船廠工業(yè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)仍以AutoCAD二維制圖為主的狀況，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)按管子車間常用工藝設(shè)備的類型與規(guī)格整理DWG文件圖塊，在公司局域網(wǎng)建立FTP站點(diǎn)供設(shè)計(jì)人員使用AutoCAD調(diào)用。工藝設(shè)計(jì)計(jì)算的中間文檔通過(guò)Office VBA開(kāi)發(fā)，可以自動(dòng)生成提資文件、工藝設(shè)備表與工藝說(shuō)明書等Office文件，AutoCAD二維制圖由設(shè)計(jì)人員人工進(jìn)行。

同時(shí)，考慮到工程項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)漸成趨勢(shì)，軟件包開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)同步開(kāi)發(fā)了基于SketchUp的工藝方案參數(shù)化建模插件，初步實(shí)現(xiàn)了包括管子加工車間在內(nèi)的船廠主要廠房、設(shè)備、生產(chǎn)線的參數(shù)化建模與布局。工藝設(shè)計(jì)計(jì)算中間文檔不僅可以生成最終Office文檔，而且是SketchUp三維建模的參數(shù)數(shù)據(jù)源。對(duì)于方案、可研、項(xiàng)目建議書等無(wú)需多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)階段，使用SketchUp的LayOut出圖。對(duì)于初步設(shè)計(jì)、施工圖等設(shè)計(jì)階段，將SketchUp模型導(dǎo)入Bentley平臺(tái)后出圖。

3.3開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)

CAD軟件、Office軟件以及Web瀏覽器是工藝工程師設(shè)計(jì)過(guò)程中的常用工具。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)決定選取某一款CAD軟件作為軟件包的運(yùn)行環(huán)境，并充分利用Office軟件以及Web瀏覽器提供的便利功能，以這些軟件作為軟件包的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

(1)CAD繪圖制圖功能的開(kāi)發(fā)環(huán)境為SketchUp API；

(2)工藝計(jì)算功能的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Asp.net與Access；

(3)設(shè)計(jì)文檔自動(dòng)生成功能的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Office VBE。

3.4數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

為提高軟件包的整體性能和使用體驗(yàn)，需通過(guò)數(shù)據(jù)接口將Asp.net 與 Access環(huán)境下開(kāi)發(fā)的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算功能，以及Office VBE環(huán)境下開(kāi)發(fā)的文檔自動(dòng)生成功能通過(guò)數(shù)據(jù)接口集成到SketchUp中。開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)將Office中間文檔，作為Asp.net、Office VBE、SketchUp API三者之間的公共數(shù)據(jù)接口。

3.5數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)選用Access 2010作為軟件包的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件。軟件包的數(shù)據(jù)庫(kù)由船舶產(chǎn)品管子物量庫(kù)、典型工程母型庫(kù)、工藝知識(shí)情報(bào)庫(kù)、工藝設(shè)計(jì)指標(biāo)庫(kù)、工藝設(shè)備庫(kù)、項(xiàng)目提資庫(kù)等部分組成。

3.6界面設(shè)計(jì)

友好的用戶界面是保證軟件能為普通用戶所接受的先決條件[2]。軟件包的使用界面包括三部分。

(1)軟件包SketchUp主界面

開(kāi)發(fā)SketchUp工具欄和命令按鈕作為軟件包各個(gè)功能模塊的入口；

(2)基于web開(kāi)發(fā)的工藝計(jì)算程序界面

點(diǎn)擊工具欄命令按鈕后，可以進(jìn)入工藝計(jì)算程序的登錄界面和使用界面[3]，如圖3～4所示；

(3)Office文檔的界面

在Office模板文件上添加控件，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)自動(dòng)填寫功能。例如，可以在車間設(shè)備用電資料表的word文件里，添加“自動(dòng)填表”和“自動(dòng)清除”按鈕[4]，如圖4所示。

4軟件包與協(xié)同設(shè)計(jì)的銜接

中船九院主要的BIM設(shè)計(jì)軟件為BentleyMicrostation，協(xié)同設(shè)計(jì)管理軟件為Bentley ProjectWise，而工藝設(shè)計(jì)軟件包的三維CAD功能是基于SketchUp軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，因此設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要考慮工藝設(shè)計(jì)軟件包在初步設(shè)計(jì)與施工圖設(shè)計(jì)階段與其他專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題，解決方案見(jiàn)表1所示。

5軟件包開(kāi)發(fā)成果與小結(jié)

目前開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成完初步設(shè)計(jì)新建項(xiàng)目階段成果，其中包含 “工藝設(shè)計(jì)計(jì)算程序”， “工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)”、“工藝設(shè)備二維DWG圖塊FTP站點(diǎn)”，并開(kāi)發(fā)了Office文檔一鍵生成功能以及SketchUp參數(shù)化建模插件。管子加工車間工藝設(shè)計(jì)軟件包的開(kāi)發(fā)內(nèi)容將工藝專業(yè)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式與信息技術(shù)的相結(jié)合，并對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件SketchUp進(jìn)行了較為深度的定制開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)，是本軟件包的亮點(diǎn)與特色。

同時(shí)軟件包開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)也認(rèn)識(shí)到，與勘察設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)的先進(jìn)企業(yè)相比，中船九院的工藝設(shè)計(jì)軟件包開(kāi)發(fā)工作，仍處于起步階段[5]，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)在后續(xù)研究中，會(huì)進(jìn)一步將軟件包與院內(nèi)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行深度對(duì)接，并與現(xiàn)有BIM軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上，搭建“建造+運(yùn)營(yíng)”的創(chuàng)新服務(wù)模式，延伸工業(yè)設(shè)計(jì)院原有的業(yè)務(wù)鏈，為業(yè)主提供了更多的增值服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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Development of CAD Software for Pipe Workshop Technology Design

Wang Zhen, Ding Weijie, Zheng Pengfei, Huang Hong, Hu Shinan

(ChinaShipbuildingNDRIEngineeringCo.,Ltd.，Shanghai200063,China)

Key Words：Shipbuilding Technology；Pipe Workshop；CAD；Software Tool

Abstract:This paper describes the development process of the CAD software for pipe workshop technology design. The software is developed under Asp.net, Office VBE and SketchUp API. This software has the function of design calculation, knowledge database and 3D modeling. The object of the software is to guide the technology design and improve the level of computer application.

【作者簡(jiǎn)介】王真(1988-)，女，助理工程師，研發(fā)工程師。主要從事數(shù)字化仿真及虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)工作。

【中圖分類號(hào)】TU275.3;TU201.4

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1674-7461(2016)02-0090-04