船舶產品數據管理集成開發與應用

摘要：本文介紹了為縮短船舶產品的設計與生產周期，解決設計過程中產生的大量圖紙、文檔等技術資料的統一管理問題，實現對設計、制造和管理過程的跟蹤和信息的反饋，故需建立船舶產品數據管理集成開發與應用平臺。平臺以產品數據管理(PDM)技術為手段，通過研究開發船舶產品數據管理系統，實現船舶設計過程控制與設計數據的管理，并通過系統集成，實現設計數據向制造數據的轉換，為制造管理系統提供基礎數據。
關鍵字：船舶產品設計 產品數據管理 PDM系統集成 PDM

0 引言

造船生產計劃管理對提高生產管理水平和生產效率有著決定性的作用。解決設計制造和管理過程中產生的大量圖紙、文檔等技術資料的統一管理，實現對設計制造和管理過程的跟蹤和信息的反饋，包括版本的控制、設計更改的控制、設計計劃、設計工時等，提高船舶設計質量、降低設計成本，優化目前的管理方式，規范船舶產品的設計流程和變更流程，并集成現有的設計系統和制造管理等信息系統，實現產品設計信息、工藝信息和制造信息的集成管理，建立船舶PDM集成開發與應用平臺。

平臺以PDM技術為手段，實現船體設計、舾裝設計、涂裝設計工作流程和圖文檔的過程管理與控制，通過與生產、制造系統的集成，實現船體、舾裝、涂裝設計數據向生產、制造數據的轉換，為生產、制造系統提供基礎數據。

通過該項目開發和應用，在設計部門建立了一套適應于船舶企業的產品數據管理系統，并對船舶產品設計過程中、所產生的各類數據和流程進行全數字化存儲和管理，為船舶產品設計提供高效的數字化管理平臺。

1 PDM項目主要內容

1.1 功能模塊

船舶產品數據管理集成開發應用平臺主要包括3大模塊：船舶設計系統、船舶產品數據管理系統（即PDM系統）和制造管理系統。

1)設計系統。包括AutoCAD、SPD、Tribon等船舶設計工具，用于設計船舶產品，作為整個平臺的數據源，負責提供原始的設計數據。

2)產品數據管理系統。用于船舶設計數據及設計過程的管理，負責管理設計過程中產生的各類設計數據和輔助管理數據，并作為設計結果的管理中心，為后續制造管理系統提供統一的數據來源。船舶產品設計管理系統主要通過編碼管理、版本控制、流程管理、分類管理等現代信息管理手段管理船舶設計過程和設計數據，其管理內容主要包括：圖樣和技術文檔、專業協作單、送退審單、出圖單、改圖單（臨改單和永改單）、工務通知單、模型和屬性數據等，進行設計計劃、工時以及出圖管理，并進行定額和放樣任務的分配管理。

3)制造管理系統。包含計劃管理系統、設計工時管理系統、質量成本管理系統、企業資源配置計劃管理系統、船體建造管理系統以及其他制造管理系統，通過與PDM的信息交換，獲取各類設計數據，以供制造管理分析和應用。

整個集成開發與應用平臺以PDM為中心，實現設計、制造、管理信息共享和流轉。

1.2 項目創新點

通過船舶產品數據管理系統集成開發和應用，主要實現了以下管理創新：

1)國內領先的船舶產品數據管理系統；

2)船舶產品數據編碼管理體系和編碼庫；

3)對設計數據，包括圖樣和技術文檔、改圖單、工務通知單、專業協作單、出圖單及其他各類管理單證等，進行基于版本、電子流程、生命周期狀態的全數字化管理；

4)基于圖紙目錄的圖樣和技術文檔管理模式；

5)基于數字管理的送退審管理機制；

6)數字化出圖管理系統；

7)電子改圖管理模式，集成設計變更與設計質量管理；

8)與船舶設計工具SPD/Tribon的集成，對其設計模型和屬性進行有效管理；

9)基于設計計劃和設計任務的計劃與工時集成管理模式。

2 項目主要實施過程

2.1 產品設計數據管理機制

為實現有效管理船舶產品設計數據，PDM系統均提供一套完整的設計數據管理機制，主要采用以下管理方式：

1)分類管理。船舶產品設計過程會產生多種設計對象，不同對象的屬性、狀態等差異較大，為此采用不同對象分別定義不同的對象類型的分類管理，如屬性、存儲機制、生命周期、工作流、編碼方案。基于船舶設計數據的實際應用情況，將設計文檔分為圖樣和技術文檔、專業協作單、出圖單、工務通知單、改圖單等若干種文檔子類型。

2)版本管理。版本管理的目的是記錄開發過程中的數據變化，控制版本的生成、傳播，以減少不必要版本的生成。在PDM系統中通過版本化進行有效性控制及跟蹤文檔的變化歷史。

3)編碼識別。根據系統特性，系統內的對象必須有一個唯一的全局編號，便于識別、查找和解析。

4)生命周期標識。圖文檔在實際業務過程中會處于不同的業務技術狀態，因此在系統中采用了對象生命周期狀態來進行管理，并根據分類管理技術分別定義不同類型文檔的生命周期狀態。

5)工作流控制。不同圖文檔對應著不同的業務處理流程，在PDM系統中，分別定義不同的工作流來處理對應電子文檔的流程，并自動更新圖文檔的生命周期狀態。

6)動靜態權限控制。為保證系統內各類文檔數據的有效性，對數據進行訪問權限控制。總體采用嚴格控制修改權限的原則，具體采用動靜態權限控制方式。靜態權限主要用于控制類型和存儲位置等的查看權限，動態權限主要用于控制對象在特定生命周期狀態、工作流節點的修改、修訂等權限。

2.2 編碼管理

編碼管理是整個船舶產品數據管理集成開發應用正常運行的主要支撐模塊，鑒于船舶產品對象多、編碼規則復雜，大量使用了分類編碼方式，同時考慮后續編碼類型擴展情況，故采用了一套相對獨立的編碼管理系統。

編碼管理系統需實現編碼類別和編碼規則的管理和維護功能，包括下述7個子功能模塊：

1)訪問權限控制。編碼系統是系統運行的基礎支持模塊，只有具有特定權限的管理人員才能訪問該功能，對編碼類型和規則進行維護，因此需具備權限訪問控制功能。

2)編碼規則導入。提供批量導入編碼規則功能，簡化編碼規則的初始化工作，特別適用于大批量數據的編碼規則，如工程區分的編碼規則、按區域和不按區域舾裝的生產設計圖紙編碼規則。

3)編碼獲取。提供在創建圖樣和技術文檔、工務通知單、專業協作單以及改圖單等各類單證和其他設計對象時獲取符合企業編碼規范的編碼功能。

4)編碼校驗。對進入系統的各類設計對象編碼進行自動校驗，檢查是否符合對應類型的編碼規則，同時判斷是否在系統內重號。

5)編碼解析。提供簡單明了的編碼解析功能，自動分解編碼碼段，并提供各碼段的含義。

6)編碼類型管理。根據船舶設計數據的對象不同，提供不同對象類型對應的編碼類型管理，方便擴展編碼類型。

7)編碼規則管理。提供編碼規則維護功能，對編碼的組成、碼段的數據類型等進行管理，便于編碼的擴展維護。

2.3 圖樣和技術文檔管理

圖樣和技術文檔是PDM所需要管理的主要文檔對象。其主要包含審簽、送審、發布、入庫、出圖等業務過程，因此在系統中定義圖樣和技術文檔的生命周期狀態為：正在提交審簽、重新工作、正在審閱、送審中、已發布、已入庫。

圖樣和技術文檔有嚴格的審簽程序文件，該程序文件規定的完整審簽環節為“編制→校對→標檢→審核→會簽→審定→批準”，其中一般性圖樣和技術文件可以只進行“編制→校對→標檢→審核”。

在PDM系統中的審簽流程需包括如下節點：編制、校對、標檢、審核、會簽、審定、批準、送審，并根據具體情況，動態判斷所需執行環節。

在審簽流程的不同階段，系統自動設定圖樣和技術文檔的生命周期狀態，便于及時準確地把握設計的進度和狀態。

2.4 送退審管理

送退審是船舶企業在產品設計和制造過程中非常重要的一項業務。根據船東和船級社對圖樣和技術文檔的審核意見進行修改。并對反饋意見進行管理，對圖文檔的送退審信息進行跟蹤。

1)送退審業務管理策略。基于上述送退審業務，在系統中采用“送審單”來組織管理送審文檔，用“退審意見單”來組織管理船東、船級社和第三方的退審意見。并通過建立送審單、退審意見單與送審文檔間建立多對多的關聯關系，實現對送審文檔的送退審信息進行跟蹤。并采用類似圖文檔管理方式進行管理，即采用版本管理、編碼識別、生命周期標識、工作流控制和權限控制，其權限控制只采用動態權限控制修改權限。同時為保證送退審圖紙狀態的唯一性，送審單和退審意見單與送審文檔的關聯關系采用關聯小版本方式管理。

2)送退審業務對象狀態和業務流程處理。送退審業務過程中，需要通過生命周期狀態對送退審業務對象狀態進行標識。送審單的業務狀態包括：正在工作、提交審簽、重新工作、已提交、已送出；退審意見單的狀態包括：正在工作、結果判定中、已處理。對應于送退審單的狀態，還定義了相關的工作流程，實現流程任務驅動送退審業務狀態的變化。

2.5 專業協作單管理

專業協作是設計過程中一種常用的業務，專業協作單用于記錄專業之間的委托設計、執行協作任務以及最終的協作結果。其電子審簽流程：編制、提出方主管審核、協作方主管審核、執行協作任務、校對協作結果；對應的協作單生命周期為：正在工作、提交審簽、正在審閱、已指派、已執行。跟蹤協作單可以實施了解協作任務的審批狀態、完成進度和最終結果。

2.6 出圖管理

出圖管理是設計業務向生產業務轉換的必要途徑，根據實際的業務，系統提供了4種類型的出圖管理：底圖入庫、底圖已入庫、工作圖、底圖退回。

根據不同的出圖類型，系統定義了對應的出圖單生命周期狀態，并定義對應的電子審簽流程和流程參與角色；由流程的流轉來驅動出圖單的狀態，出圖單隨著出圖文檔編制了新的出圖計劃，會作自動更新。

對于底圖入庫和已入庫類型的出圖單，系統直接從設計部門延伸到檔案館，實現電子入庫和曬發。

所有類型的出圖單，完成了審簽流程，都會自動啟動下發流程，用于下發接收反饋，便于查詢出圖下發接收情況。

2.7 項目計劃管理

項目計劃管理主要用于設計部門計劃的編制，設計計劃分為3個階段，即送審設計、詳細設計和生產設計。送審設計計劃用于控制圖樣和技術文檔的送審節點；詳細設計計劃用于控制專業內部的設計進度；出圖計劃進行出圖進度控制。

系統根據實際的項目計劃管理要求，提供項目和計劃的建立與拷貝功能，并將各類計劃與系統中的圖樣和技術文檔關聯管理，當圖樣和技術文檔審簽流程、送審流程或出圖流程到達一定節點，由系統自動驅動計劃狀態的更新，并同步更新企業資源配置計劃管理系統的出圖計劃完成情況；同時提供計劃的重新計算與手動調整功能；根據設計出圖的統計要求，提供計劃進度和計劃狀態完成報表。

2.8 TRIBON/SPD模型和屬性集成管理

Tribon/SPD是船舶企業常用的設計工具，通過Tribon/SPD與PDM的集成管理，Tribon/SPD只需要將原始的設計數據及屬性信息按照約定格式提供給PDM，由PDM按照各應用系統需求處理并產生適用的數據提供給各制造管理系統應用，實現船舶設計數據的有效管理和應用。

Tribon/SPD與PDM的集成管理包括2部分：輕量化可視化模型，用于脫離設計環境瀏覽應用，并進行全船裝配和標注；格式化屬性數據，用于PDM內產品結構重構，并據此生成分段零件明細、托盤管理表等各類統計數據，用于定額、工藝項目、套料、集配以及各制造部門作為領料依據。

2.9 設計變更與設計質量成本集成管理

船舶設計變更主要包括改圖管理和工務通知單管理。改圖管理主要是設計改圖，其中又包括臨改單和永改單兩種改圖方式；而工務通知單主要處理非改圖性的設計變更事務。

設計質量成本集成管理主要是設計變更與質量成本管理系統的集成管理，設計人員在PDM中開工務通知單或改圖單時，系統會自動將單據的各類數據及單據發送到設計質量成本管理系統，作設計質量成本分析。

設計質量成本集成管理一方面減輕了設計部門重復錄入數據的工作量，并統一了更改數據的數據源，實現更改數據的共享，消除了因數據源差異造成的數據不一致現象；另一方面，使操作簡單化：設計部門所有的操作均在PDM中，其他部門通過質量成本管理系統完成改圖數據的接收和統計分析。

2.10 設計工時集成管理

設計工時管理包含針對在PDM內進行管理的文檔、模型、放樣和定額等對象開具任務單。文檔包括：圖樣和技術文檔、專業協作單、永改單、臨改單、工務通知單等；模型包括：船體分段、舾裝托盤。系統在文檔流程審簽過程中，建模與放樣任務分配過程中，自動生成派工任務單，其類型包括：針對圖樣技術文檔和其他單證有編制、校對等任務單；針對模型有建模、放樣、放樣校對、套料、外板、定額等任務單；針對定額有編制定額、校對定額、編制工藝項目、校對工藝項目等任務單。

派工任務單的產生與更新方式均在后臺由系統自動生成，滿足了PDM系統內管理的文檔和模型自動開任務單的要求，同時在PDM系統內提供頁面支持實際工時反饋，提供基于圖檔的計劃與工時統計功能，為后續的設計負荷平衡提供必要的基礎數據。

3 實施效果

船舶產品數據管理系統已經在公司設計部門得到了全面應用。其中包括圖樣和技術文檔管理、專業協作管理、送退審管理、改圖管理、工務通知單管理、出圖管理、設計工時集成管理等。在運行期間共有5個不同型號的8個產品40多條船舶在系統內進行數據管理。管理的各類設計數據在系統內進行電子審簽和出圖，實現與檔案館連接進行電子入庫、曬圖和發圖控制，并通過PDM系統進行開改圖單和工務通知單，實現了與企業內部(OA)網集成，同時通過與設計計劃、設計工時系統集成管理，實現設計過程、計劃、工時一體化管理。

4 結語

船舶產品數據管理集成開發與實際應用情況表明，以PDM為數據中心的船舶集成應用可以給船舶企業在設計、制造、管理等各方面帶來有效的提升，具有良好的應用前景，且還有很大的提升空間，后續研究的重點在于：

1)基于產品結構的船舶產品模型數據集成管理方式研究；

2)進一步分析船舶制造管理業務，改進系統之間的集成管理方式，充分發揮PDM的數據中心的功能。