基于集成平臺的船舶三維協同設計流程研究

蘇紹娟 劉寅東 劉曉明

（大連海事大學交通裝備與海洋工程學院1） 大連 116026）

（中國船舶工業集團公司第708研究所2） 上海 200011）

0 引 言

20世紀90年代隨著信息化技術的發展，出現了不同形式的船舶計算機集成制造（computer integrated manufacturing，CIM）系統.自2000年以來，隨著信息化技術和網絡技術的進一步發展，為了縮短船舶設計、建造周期，實現船舶并行協同設計已經成為必然的技術選擇.與此同時，現代船舶設計方式和理念也發生了根本性的改變.船舶設計從計算機輔助繪圖到計算機輔助設計，從2D，3D幾何模型到3DPDM模型；船舶工程從面向設計的工程到面向制造的工程，從串行工程到并行工程，等等.

船舶三維設計是一個多專業、多系統、大規模的協同工作過程，需要各個專業進行頻繁的設計協同.以往的單用戶CAD已不能滿足設計人員的要求，設計者之間在設計時必須進行溝通和信息共享，以免造成不必要的數據不一致和重復設計.本研究將船舶三維CAD設計技術與PDM協同管理技術有機的整合到設計過程中，建立基于集成平臺的船舶并行協同設計系統，從而提高設計效率.

目前，國內外已有比較典型的協同設計管理軟件，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今PDM技術的最高水平.隨著PDM技術逐漸為國內所重視，國內許多軟件廠商也看到了PDM市場的巨大潛力，紛紛開發出自己的PDM產品，如清華大學英泰公司的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、南京的同創公司及東北大學的阿爾派公司的產品等.

與其它產品相比，Windchill已經在一些國內、國外的船舶企業得到應用，并取得了較好的應用成果；Windchill的Web工作能力更加強大，提供了豐富的基于Web的開發工具，易于實現面向虛擬企業的分布式產品數據管理；Windchill可以通過本身提供的標準接口Info Engine實現與其它PDM軟件如Metaphase以及ERP軟件如BANN，Oracle Manufacturing等實現集成.目前，Windchill能夠與Pro／E實現無縫鏈接；Windchill能夠通過OPtegra與CADDS5緊密集成［1］，國內已經有設計所使用CADDS5進行艦船的三維設計，并通過與 Windchill的集成實現船舶設計并行協同管理；Windchill通過 Workgroup Manager for CATIA實現與CATIA 的集成［2－3］進行相關企業的并行協同設計管理.本文根據設計需要研究將Windchill與SolidWorks集成實現船舶三維協同設計流程管理.

1 SolidWorks與Windchill的集成平臺的構建

SolidWorks是一套基于Windows平臺的全參數化特征造型軟件，它可以十分方便的實現復雜的三維零件實體造型、復雜裝配和生成工程圖.SolidWorks二次開發通常有兩種形式：一是獨立應用程序（standalone application），用戶程序作為一個獨立的應用程序（＊.exe），通過API接口調用SolidWorks提供的服務，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程序運行在同一進程空間，運行效率高，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方式通過插件將SolidWorks和Windchill構建逆向工程的異地協同設計平臺.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計人員能夠在Solid－Works工作界面中直接將設計模型檢入到Windchill系統.在構建集成平臺的過程中，依據船舶設計的特點對Windchill開箱即用的功能進行了一些定制開發，使其易用性得到了增強.

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模型關系

Windchill維持CAD對象與Windchill對象及產品結構之間的關聯.Workgroup Manager for SolidWorks使用以下 Windchill對象：Windchill CAD文檔和Windchill企業部件 （WTPart）.

Windchill CAD文檔包含一個設計文件（如3D圖紙），該設計文件被視為 Windchill CAD文檔的主要內容.Windchill CAD文檔還包含次要或導出的內容，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聯.

圖1 Windchill CAD文檔和WTPart對象模型關系示意圖

三維模型的導入流程：進入SolidWorks系統→打開要檢入的SolidWorks裝配→進入裝配關系導入流程→提取裝配結構關系組成裝配圖→進入Windchill對導入的模型進行管理和維護.

3 船舶3D模型在集成系統中的可視化管理實例

以船體145－180分段設計模型為例，實現SolidWorks與Windchill PDMLink的集成平臺在船舶協同設計系統中的應用.

1）船舶專業設計人員在SolidWorks中進行船舶三維設計，設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所示系統檢查用戶是否有檢入權限.

2）船體結構是由零件、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）構成的.檢入到集成系統中的三維模型由船舶設計總工程師進行合理的分解，最終在Windchill PDMLink中建立船舶設計的產品結構樹，如圖4所示.然后在windchill中進行審簽流程.

圖2 三維模型檢入到windchill

圖3 設計人員登錄windchill

3）在管理平臺Windchill中進行船舶三維模型的審簽流程 船舶設計過程中的模型審簽一般歷經設計、校對、審核、標檢、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分段進行結構分解

圖5 文檔審簽示意圖

在審簽工作流模板中，存在審閱批準和不批準兩種情況，此時要在屬性中加入路由條件，這里通過代碼實現，其代碼如下.

具體的審簽流程如下.

1）設計者把“145－180分段”設計完成后，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，在productview中查閱所建的分段，如圖6所示，在審閱后認為“145－180分段”中沒有問題，選擇批準，文檔進入“升級”狀態，文檔將升級到審核階段.

圖6 productview中查閱三維模型

3）若校對者發現文檔中還存在問題，選擇不批準文檔，則文檔進入修改狀態，修改（設計者）接收到修改任務，將文檔檢出到本地電腦的Solid－Works，進行修改并保存，然后再檢入到 Windchill完成修改，重新按照“設計－校對－審核－標檢－審定－歸檔”進行審簽.期間版本將從A.1變為A.2，直至文檔進入“歸檔”狀態.

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

4 結束語

本文把船舶三維模型的設計工作納入到項目中進行管理，并建立三維模型的電子化審簽工作流程管理機制，使設計完成的三維模型發布數據到PDM管理軟件Windchill中，自動將三維模型的可視化結果關聯到產品結構中，進行三維模型設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，及時發現產品的設計、建造、維護過程中可能出現的沖突，解決設計過程中出現的問題，對設計過程實施并行、動態、實時控制.

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

［2］林有娣，張瑞乾，季向遠.異地協同設計平臺在車身逆向工程中的應用［J］.管理技術，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］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2010，34（3）：431－434.

［4］侯曉林，顏 濤.SolidWorks異地協同設計系統的實現［J］.中國制造業信息化，2007，36（3）：30－36.

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