船舶产品信息模型与PDM系统

摘要目前各大船厂和设计院所已基本完成了设计技术手段的改造,引进了造船CAD系统,但由于没有建立统一的产品数据模型,缺乏有效的产品数据管理手段,使得信息资源不能共享,难

摘要目前各大船厂和设计院所已基本完成了设计技术手段的改造,引进了造船CAD系统,但由于没有建立统一的产品数据模型,缺乏有效的产品数据管理手段,使得信息资源不能共享,难以实现工作协同。本文提出了产品数据模型的分类和船舶产品数据模型的框架,介绍了产品数据管理(PDM)系统STAR——PDM的功能架构及实现。

1 概述
    近年来,国内造船行业通过技术引进和自行开发,在船舶设计的信息化方面取得了很大的进展,特别是在3维设计等技术手段上、在硬件设施条件上与造船发达国家相比,差距已逐步缩小,可以说已基本完成了船舶设计技术手段的信息化改造。但是,在对产品相关数据的全生命周期的管理上、对设计过程和生产过程的管理上与国外造船企业相比还存在相当大的差距,信息的流动不通畅,信息资源的利用不充分,使企业信息化的整体效益远未充分发挥出来。目前,国内造船企业信息化过程中,如下问题被清晰地突显出来:
 
    1.1由于没有建立一体化的产品信息模型,设计过程中生成的大量设计信息,如产品形状、结构、布置、工艺、材料、设备、采购等等信息,不能准确、完整、顺畅地传送到其他后续的设计生产管理系统中。虽然有的工厂实现了从CAD系统提取部分物料信息,如船体零件、管子零件数据的抽取,但仅仅是局部设计信息到生产信息的传递,不能做到实时的信息共享。使大量的有价值的信息资源在信息传递过程中被丢失,信息资源的利用率相当低。
 
    1.2舰船产品是相当复杂的产品,产品的研制往往涉及到许多不同的专业、不同的设计建造单位、不同的配套企业。这些不同专业的单位和企业所使用的信息系统平台往往是各不相同的,这使得在同一产品的研制过程中信息的交换十分困难,不能做到设计的协同、生产的协同。在设计生产过程中的变动,不能及时反映到相关专业和单位,不能快速地、柔性地应对产品的变化和建造过程中的各种变化,大大影响了研制进程。
 
    1.3在目前已开发的设计、生产、管理等信息系统中,系统所处理的信息对象往往仅从系统自身的要求出发,没有建立统一的信息模型和信息交换规约,在不同的系统中不能保持信息的一致性和完整性。这不仅影响处理结果的准确性、并造成大量信息冗余,而且使原本是具有有机联系的相互关联信息,因为信息系统的相互独立而被人为地割裂开来,形成了一个个信息“孤岛”,使信息资源不能共享,致使信息的一致性不能保证,并造成大量信息的重复生成和处理,形成了很大的资源浪费。
 
    基于上述问题,目前很多企业愈来愈深刻地意识到,要发挥信息化的整体优势;要提高信息化的整体效益;要提升企业信息化的整体水平,一个十分重要的基础性工作是:开展对信息模型及其交换标准的研究,包括产品信息模型、企业资源信息模型、和业务过程信息模型,其中产品信息模型及产品数据管理系统是首先要解决的问题。




 
2 船舶产品信息模型的要求
信息模型是用形式化的方法实现对现实世界的描述,信息系统则是对信息模型的建立、加工和处理,通过信息系统的运行来实现对产品的设计和控制产品的生产过程。产品信息模型的建立需要从信息资源规划和企业应用集成(EAl)的角度、从整个研发、生产、运行、维护全生命周期信息一体化的角度去考虑和规划,建立统一的信息模型和对应不同设计生产要求的信息视图。
 
2.1 满足系统集成的需要
    系统集成需要对产品生命周期中各信息系统所涉及的产品信息进行统一的描述与表达,建立完整的、无二义性的产品信息模型,实现系统间产品信息的共享和信息资源的重用。
 
2.2 满足并行工程的需要
    要实现设计和生产的协同;要实现各专业、各部门间的工作协同,需要建立产品的一体化模型支持不同专业部门、不同设计生产环节的并行作业。产品信息的每一个变化,都能够实时地反映到各个相关作业中。
 
2.3 满足先进制造理论应用发展的需要
    随着集成制造、精益生产、敏捷制造、并行工程、虚拟制造、供应链管理等先进制造理念在造船行业的逐步推进,均对信息模型及标准化提出更高的要求。如敏捷制造强调的是企业间的动态联盟,发挥各个企业专业化的优势,协同工作,形成虚拟企业,灵活应对市场的变化和要求。需要建立标准化的信息模型来适应企业间、异构系统间信息交换的要求。




 
3 船舶产品信息模型框架
3.1 产品数据模型

    产品数据模型是对产品设计和制造过程中所需信息的形式化描述,产品数据模型通常采用面向对象的方法,分析产品及其部件构成,以及它们的属性。包括:
    3.1.1产品定义信息,如:几何形状及其拓扑结构信息;物理特性信息。
    3.1.2产品配置信息,如:产品配置信息;版本状态及配置变更信息。
    3.1.3产品制造信息,如:工艺路线信息;成本构成信息。
 
    产品数据模型贯穿于产品的整个生命周期。在产品设计、采购、供应、生产、维护直至报废的全过程中,不同的系统所关心的可能只是产品数据模型的某些视图。产品数据模型是CAX(CAD/CAE/CAM/CAPP)系统的基础信息模型,对概念设计砌步设计系统主要涉及产品定义信息;对详细设计系统除了涉及产品定义信息外,还要涉及产品配置信息等;对工艺设计/生产设计系统除了将涉及产品定义信息、产品配置信息外、还要涉及产品制造信息。
 
    产品数据模型也是PDM、ERP系统中重要的基础信息模型,PDM是管理产品相关数据及产品开发过程的工具对于PDM系统更要求建立完整的、一体化的产品数据模型,供CAX、ERP、SCM系统共享。对于ERP系统则更多侧重于产品的配置和工艺信息。
 
3.2 船舶产品信息模型框架
    按船舶产品的结构采用面向对象的方法构造船舶产品信息模型框架,船舶的所有客观实体(如船体、分段、板架、设备、管件等)都是一个对象,所有的与设计、生产相关的属性数据均关联到特定的对象,设计生产的不同阶段面对的是同一产品数据模型的不同视图。
 
    如对于结构详细设计阶段,面对的是船舶模型的船体、分段、板、粱、连接件等对象,在设计过程中计算和生成它们的几何属性、力学属性、材料属性、位置属性、拓扑关系属性等等。船体结构的对象及属性分类如图1所示。
 
图1船体结构的对象



 
4 产品数据管理系统
    产品数据管理(PDM)系统是管理产品相关数据和产品研发过程的管理工具。主要包括两部分的功能,一是对产品数据的管理,即产品数据模型、图纸、文档、BOM结构、工艺流程等;另一是开发过程的管理,即更改、审批、发布等过程的管理和跟踪。
 
    产品数据管理通过对产品生命周期中各信息系统所涉及的产品信息进行统一的描述与表达,建立完整的、无二义性的产品数据模型,实现系统间产品信息的共享、不同专业和不同设计生产阶段的工作协同。
 
    借助于PDM系统可以自动跟踪产品的设计过程,管理工程文档资料、监视版本变化、设定工作流程、控制检人,检出权限等;可以进行项目管理、项目计划安排和人员控制等,使设计人员能够高效准确地建立、管理和使用产品相关数据,相互默契地协同工作。更重要的是PDM作为信息管理的核心,建立CAD/CAM/CAE/CAPP/ERP等系统间的公共信息模型,提供信息交换的平台。
 
4.1 STAR-PDM系统的功能架构
    STAR-PDM系统的功能架构如图2:系统通过PDM数据库实现产品信息的共享,通过CAD接口和ERP接口实现与CAD系统或ERP系统的信息交换。
 
系统主要模块包括:

4.1.1 项目管理
    项目立项、审批、分解、计划、监控。通过甘特图的显示和交互操作实现计划的安排和调度。
 
图2PDM系统的功能架构图
 
4.1.2 图档及相关数据的管理
    提供图文档的检入:检出机制;历史文档、过程文档、归档文档的控制机制;版本控制和版本比较;图纸预览与批注;产品设计变更的过程控制等。
 
4.1.3 BOM管理
    产品结构配置管理;BOM表管理;产品变型管理等。
 
4.1.4 工作流管理
    流程定义;流程监控;角色指派;作业流转等。
 
4.1.5 安全管理
    人员和角色管理;权限设定;操作日志记录等。
 
4.1.6 专业知识管理
    基本业务规则;基本图库、材料库;其他专业规范等。
 
4.2 目前的进展
    目前,PDM系统在以往开发的基础E进入系统整合和系统测试阶段。图3为系统的操作界面例。




 
5 结束语
    产品数据模型的研究是一项重要的基础工作,通过建立一体化的船舶产品数据模型,可以实现CAD/CAM/CAE/CAPP/ERP等系统间产品信息的共享,并为实现不同专业间工作的协同、实现设计与制造的工作协同奠定基础。PDM系统是管理产品数据和产品研制过程的重要工具,通过PDM系统可以有效地管理产品相关数据,管理设计过程,整合信息资源,协调工作流程,保证信息的一致性和完整性。PDM系统的导人将为船舶设计建造信息化增添新的活力。
 

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