基于PDM的船舶三维模型管理系统的研究

1　引　言
　　船舶行业作为一个多品种小批量而且结构复杂的制造行业, 经过长期的发展之后, 必然积累大量丰富的文档、图纸、模型等技术资料。再加上船舶设计大多是以母型船改造法为主的设计模式, 以前的设计图纸模型在未来的设计中也处于举足轻重的地位。目前船舶行业虽然在设计过程中已摆脱了人工绘图的阶段, 但是在图纸和模型的管理方面, 计算机所产生的大量电子图纸和模型信息并没有得到有效和系统管理, 使设计人员难以快速、准确地获得所需的资料, 反而降低了查询速度和效率。同时在设计过程管理阶段, 从任务的分解和图纸的形成, 到图纸的审校, 再到图纸的会签、存档和图纸的改版全靠人工来完成, 中间传递的也是纸质介质。由于整个产品的开发过程没有协调一致的管理机制, 不同部门使用不同版本的图纸时有发生, 故图纸的流动过程无法跟踪和监控。这些问题是目前一些大中型企业研究部门普遍存在亟需解决的问题。

　　本文所介绍的船舶三维模型管理系统是基于PDM(Product Date Management, 产品数据管理) ,通过文档管理的形式实现了三维模型技术资料的快速、准确查询及卡片设计的版本控制功能, 并具有进行审批流程管理功能, 为今后实现基于Internet 结构的模型文档信息管理打下基础。

　　2　系统软件平台选择

　　产品数据管理技术为企业产品数据的管理问题提供了很好的解决方案。PDM系统不仅可以管理所有与产品相关的信息, 而且可以管理所有与产品相关的数据产生的过程。目前PDM 技术的研究与应用在国内外已经相当普遍, 全球范围商品化PDM软件不下百种。国外的PDM 产品包括Metaphase,UGS 公司的IMAN , PTC 公司的Windchill, IBM公司的PM 等。国内的PDM 产品有华中开目、清华同方、南京同创等。但由于各个企业的实际情况不同, 很难做到将一种商品化PDM 软件直接用于企业数据管理中。因此必须根据企业的实际情况, 结合软件的功能, 制定合理的数据管理策略, 开发出适合企业的数据管理功能。

　　针对这个问题, 根据实际项目的实施经验, 我们选取一套基于PDM平台的企业数据管理办法和关键技术解决办法, 并在PTC公司的Windchill的基础上进行开发和定制。Windchill 系统的设计和开发采用了所有现代网络技术, 其结构的各个层次基本上都是基于标准的In ternet、Web、Java 和Oracle 技术。Windchill 采用基于Java 企业版(J2EE) 模型的三层结构。这种结构优于原来在PDM 系统中普遍采用的客户ö服务器两层结构, 使系统不仅可以运用于各种平台, 并且具备了更好的开发性和动态更新的功能。

　　3　系统设计思想及结构

　　PDM 是一门以软件为基础, 管理所有与产品相关的信息(包括电子文档、数字化文件、数据库记录等) 和所有与产品相关的过程(包括工作流程和更改流程) 的技术。它提供产品全生命周期的信息管理,并可在企业范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作环境。

　　将PDM 系统应用于船舶制造企业, 可以使船舶制造业中与产品相关的信息—— 描述产品的信息, 包括零件信息、配置、文档、CAD 文件、权限信息⋯⋯等。PDM 系统易于管理和统一, 且能防止由于信息的重复、存储格式的差别等带来的一系列重复性的工作, 从而大大地提高了工作的效率。

　　船舶三维模型包括船舶设计中的各种零部件、设备以及装配图, 是造船行业中较为重要和基本的技术资料。传统的管理方式是由设计部门绘制好零部件的三维模型, 然后打印出来交由校对、审核、审定等人员分别进行审批, 然后归档保存。在这一过程中产生的一系列相关资料的管理质量与效率取决于该管理人员的业务水平和记忆能力。本系统的指导思想就是利用计算机完成这个技术管理工作, 提供一些模型信息的常用查询方法和手段, 并用卡片设计提供版本控制, 随着模型的生成通过in ternet 传给指定的人进行审批。系统包括了从创建三维模型设计任务、模型设计实施直到模型设计文档进行归档送交生产和存档的全部过程。

　　整个版本控制工作是借助J2EE 网络结构完成的。当计划部门完成规划项目后(计划过程包括了模型设计流程各人员的分配) , 模型设计人员接到任务(通过工作流下达任务) 开始其设计工作; 设计工作完成时, 提交对应的说明书, 工作流通过计划任务实施人员将校对任务发放给所有的校对人员; 所有的校对人员在线审定通过后, 提交审核人员在线审核;所有的审核人员审核后, 工作版本变为发放版本并对三维模型进行归档。在校对审核过程中, 任何校对审核人员都可否定, 使校对或审核过程挂起。这时,三维模型设计人员需重新考虑并完善其设计工作,再申请校对审核, 进行发放处理。鉴于用户对象主要是非计算机专业人员, 不能要求其具有熟练的计算机操作水平, 故本系统在设计中尽量减少键盘输入,而采用鼠标操作配以各类提示, 并且系统具有较强的容许误操作能力和错误提示功能。在设计中采用了“事件驱动”方法, 增强了人机界面的友好性和操作的灵活性。

　　4　系统功能模块和关键技术

　　系统按照PDM (产品数据管理) 的文档管理模式, 反映模型文档编号、名称、所属船舶型号等关系,以便更好地便于按文档管理的形式管理, 因此三维模型的设计审批都是围绕PDM 的文档管理模式展开。

　　4-1　模型数据安全性控制

　　由于PDM 系统本身可以提供一定的安全保护机制, 因此对于三维模型数据的安全保密可以利用PDM 本身提供的分级访问控制机制, 通过一级一级的身份审核来保证数据的安全。对于一般的数据,PDM 系统主要依靠操作系统的权限和口令、PDM系统的口令、用户在PDM 系统中的权限角色以及历史数据库的访问权限机制, 来层层控制对数据的访问。例如用户在登录系统时需要输入口令, 系统根据用户输入的用户名和口令对用户的身份进行判断, 同时确定该用户所属的工作组和相应的角色, 并得出该用户所具有的权限信息。这样, 用户在访问一个文件时, 系统会根据用户的权限信息和文件的属性综合判断用户是否有权利进行这次操作(可以进行的操作有添加、删除、更改和读取) , 以此来实现对这份文件的安全控制。

　　4-2　三维模型文档的生成

　　通过分析各种设备三维模型特性, 提取设备模型的属性, 建立设备模型属性卡片。对船舶三维模型的设备设计属性主要包括: 设备名称、规格(及船舶型号)、最大尺寸、重量、重心、厂家、备注。同时对于用于装配模型, 除了指定设备模型主文档外, 还可以指定和导入其相关辅助文档资料。其实现界面如图1 所示:

　　在该界面中我们可以对生命周期和所属项目进行选择确定, 以实现模型文档的整个生命周期的控制管理, 如从编制到校对, 到审核等等。同时我们还可以对模型文档的整个过程作增、删、查、改的操作。

　　4-3　三维模型审批工作流程的确定

　　目前在三维模型设计过程中大致有两种模型,一种是与船舶型号相关的设备模型, 此类模型与特定船舶型号紧密相连, 设计的正确性有严格要求, 必须经过严格的编、校、审、提交过程, 入库后变更管理必须有严格的权限控制。另一种是三维设计中积累数据库, 此类设备模型与工程联系不紧, 属性不严格, 主要用于演示性项目、研究课题、动画制作等, 管理模式较前者简单、方便。我们可以将他们设置为不同生命周期即可。分别为如图2 所示:

　　4-4　信息查询功能

　　为方便用户对已有模型进行快速查找, 系统还提供了其他多种查询手段, 可按设备模型编号、名称等相关属性进行分类查询(搜索页如图3 所示, 可以根据任何一个属性进行搜索) , 并可显示相应的特性, 完成具体零件的检索后, 就可以对属性和文档进行浏览以及操作者相应权限内的操作。

　　5　结束语

　　基于PDM 的船舶三维模型管理系统通过文档管理的方式实现了三维模型从绘制到归档工作流程的有效管理及快速准确的检索。这不仅对我国庞大的船舶行业及各种制造行业有积极的影响, 尤其是对于加速我国制造行业信息化的发展进程、提高产品开发与技术管理能力具有重要的意义。利用计算机信息技术处理各类庞大的图文信息无疑具有广阔的发展前景。