基于PDM的艦船計算書自動生成技術

朱佳文，肖鵬安中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

基于PDM的艦船計算書自動生成技術

朱佳文，肖鵬安
中國艦船研究設計中心，湖北武漢430064

艦船的研制是一項涉及專業面廣、流程復雜的系統工程，傳統的艦船計算書編制流程繁瑣，存在質量隱患。針對計算書編制流程復雜的問題，提出一種新的基于PDM的計算書自動生成系統。該系統利用Office軟件的數據交互技術等信息化手段，將艦船設計標準和規范以程序的方式嵌入到計算書模板文件中，同時利用Office在線編輯技術，在PDM中建立基于模板的計算書開放式管理框架，實現計算書文件數據與PDM系統數據的實時交互。該系統的上線運行提升了專業人員設計過程中的計算準確度和計算效率，在艦船總體設計過程中為設備配置、初步方案的形成奠定了良好的基礎，同時也加強了艦船設計過程中的質量管控，沉淀了設計知識。

計算機輔助設計；計算書；自動生成；模板；船舶設計

0　引言

艦船工程是一門涵蓋眾多學科的綜合性科學技術［1］，不僅涉及的專業面廣泛，而且流程復雜。我國船舶設計院所的主要任務是輸出大量的專業技術文檔，包括工程圖紙、計算書和技術說明書等。隨著船舶行業和信息化技術的飛速發展，利用信息化技術來改進產品研制流程，從而提高設計師的工作效率，并且提升產品研制周期和質量，已經成為當今船舶行業發展的趨勢［2-5］。

目前，許多研究設計單位利用產品數據管理（PDM）系統［6］來管理產品研制過程中產生的各類專業技術文檔。在艦船的各個設計階段［7］，設計師需要編制大量的計算書文檔，在編制計算書的過程中，有時需要查閱各種設計標準與規范，而且會遇到大量、復雜的數學公式，對于每一項數據都需要手動操作計算軟件來獲得計算結果，然后再將計算結果寫入到計算書文檔中。另外，在艦船產品的研制過程中，設計師針對同一份計算書需要多次試算以達到理想的結果，重復計算也會浪費大量時間。而且，由于計算書模板的管理不夠規范，專業設計人員對計算書格式的頻繁改動可能會給計劃管理帶來很多不便，并可能造成嚴重的質量問題。

針對上述問題，通過對艦船計算書自動生成技術的研究，將設計一種基于PDM的艦船計算書自動生成系統。該系統的上線運行能夠實現艦船計算書的自動生成，保證計算書編制過程中計算精度和格式的一致性，可大幅提高設計師的工作效率，既可縮短艦船研制周期，也可提高艦船的設計質量。

1　傳統的計算書編制方式

1.1流程簡介

目前，許多設計院所通過PDM系統來管理產品研制過程中產生的各類設計文檔（包含圖紙、計算書等），以提升整體工作效率。在PDM系統中，艦船計算書的任務流程一般按照編制、校對、標檢、審定等環節進行，并且設計人員的主要工作集中在編制環節。

設計師在PDM中接到計算書的編制任務時，首先需要在自己的電腦上編制計算書文件，在編制過程中，有時需要查閱船舶行業的設計標準與規范，例如滅火劑濃度、管徑型號、供水強度、消火栓壓力等各類設計參數的取值；此外，計算書中的很多設計數據是通過計算軟件獲得，這就需要編制人員手動操作計算軟件，再將計算結果寫入計算書中；最后，編制人員將計算書文件上傳到PDM中，校對、標檢、審定人員再依次審閱完成各自的流程。

1.2存在的問題

隨著產品研制任務的不斷加重，傳統的計算書編制方式對設計人員的工作效率產生了不良影響，主要問題如下：

1）計算量大。

在計算書的編制過程中，存在著大量數學公式和閾值函數的運算，無論是編制環節還是校對、標檢、審定等環節，設計師都需要利用計算軟件對設計數據進行核準，這樣就會在數據處理環節花費大量的時間，嚴重影響工作效率。

2）重復計算。

針對同一個子系統的計算書，在不同型號的艦船中可能運用了大量相同的數學公式；針對同一個PDM任務，同一份計算書有時需要多次試算以達到設計要求。以上情形中都存在重復計算的問題，浪費了大量時間。

3）質量隱患。

設計人員在運用計算軟件、將計算結果錄入計算書、調整計算書格式等過程中，偶爾可能會出現一些錯誤，而且不同計算書及設計文檔的數據之間存在著關聯，往往一處錯誤可能會導致連帶錯誤，這樣就會對艦船的研制帶來質量隱患。

2　面臨的需求

為了利用信息化技術提升艦船的研制效率，針對傳統的計算書編制方式，設計師迫切需要一種能夠實現計算書自動生成并集成于PDM的系統，其應滿足以下功能：

1）系統的用戶界面友好并與PDM集成。

為了不影響設計師對已有PDM的使用習慣，艦船計算書自動生成系統的界面應該友好，具有良好的可移植性，并且與已有的PDM系統風格保持一致，方便設計師使用。

2）系統自動完成運算并生成計算書。

艦船計算書中涉及的設計標準與規范等信息應該嵌入到該系統中，同時還要包括計算書的格式信息，設計師在輸入基本設計參數后，該系統應能自動完成所有數學公式的運算，并且自動生成符合標準格式要求的計算書文件。

3）計算書支持在線修改和保存。

該系統在自動生成計算書文件后，設計師還可以對該文件進行在線修改和保存，在核準無誤以后，設計師即可以完成任務流程。

3　新系統的設計

3.1系統架構設計及運行流程

為了滿足設計師的需求，提升艦船研制效率，設計的艦船計算書自動生成系統主要包含2個部分，即PDM集成模塊和艦船計算書模板程序庫。

PDM集成模塊是連接PDM與艦船計算書模板程序庫的橋梁，它包含了用戶界面，同時對模板程序進行管理。艦船計算書模板程序庫存放于PDM服務器中，每一份計算書模板程序對應一個子系統，并且都嵌入了相應的設計標準、規范、格式等信息。

艦船的每一份計算書模板程序包含2份模板文件：Excel模板文件和Word模板文件。Excel模板文件中嵌入了帶有艦船設計原理的VBA程序［8-10］；Word模板文件具有標準化格式，它的某些特定位置被插入了書簽。利用Office軟件的交互技術，Excel模板文件中的VBA程序可以通過書簽控制Word模板文件并在其特定的位置插入指定的內容，如圖1所示。

圖1　計算書模板的架構圖Fig.1 Frame diagram of calculation report template

系統上線運行后，可以按照以下方式運行：

1）計劃人員在PDM中下達艦船某子系統計算書的任務包。

2）科長根據任務包，從模板庫中選取對應的計算書模板程序，該系統將PDM服務器中對應的Excel模板與W ord模板以附件的形式自動關聯到任務中。

3）編制人員在PDM中接到計算書的編制任務后，點擊相應的按鈕，Excel模板將顯示在用戶界面中。

4）編制人員在用戶界面中輸入設計參數，點擊相應的按鈕，該系統將依據輸入的數據自動完成所有數學運算，同時自動生成符合格式要求的計算書文件。

5）編制人員對生成的計算書文件進行在線修改，檢查確認后即完成計算書的編制任務。

6）校對、審核人員依次利用任務中附帶的模板程序對計算書文件進行檢查，并完成各自的工作流程。

PDM不保存計算書模板程序產生的過程數據，在編、校、審流程中依次存儲每一個設計師最終的輸入數據和計算書文件。艦船計算書自動生成系統的運行流程如圖2所示。

圖2　艦船計算書自動生成系統流程圖Fig.2 Flow diagram of automatic generation system of calculation report for ships

3.2關鍵技術分析

3.2.1計算書模板程序庫

依據系統的架構設計，計算書模板程序庫中的每一份模板都包含一個Excel模板文件和一個Word模板文件。在Excel模板文件中設置了相應的數據輸入框，并將艦船計算書設計原理中的規范標準和計算公式翻譯成VBA程序代碼嵌入到Excel模板文件中。同時，按照相關的質量體系標準設置Word模板文件的格式，并在其中的指定位置插入書簽。最后，通過VBA程序讀取Excel模板文件的數據，運算后再向Word模板文件輸入數據，以實現計算書的自動生成功能。

在整個過程中，需要利用Office軟件的數據交互技術。VBA程序從Excel模板文件讀取的數據都在Excel的單元格中，VBA程序輸入到Word模板文件的數據主要分為3類：字符串、數學公式和表格。下面分別舉例說明。

1）VBA程序讀取Excel中C9單元格的字符串可以采用如圖3所示的方式。

圖3　讀取字符串的流程圖Fig.3 Flow diagram of reading string

圖5　輸入數學公式的流程圖Fig.5 Flow diagram of writing mathematical formula

2）VBA程序將字符串x輸入到Word中書簽“Place”的位置，可以采用如圖4所示的方式。

圖4　輸入數據的流程圖Fig.4 Flow diagram of writing data

針對其他數學公式，也可以采用類似的方法，在添加數學函數時選取相應的函數名稱即可。

4）VBA程序將Excel中從單元格C14到單元格F45區域的表格輸入到Word中書簽“Table”的位置，可以采用如圖6所示的方式。

圖6　輸入表格的流程圖Fig.6 Flow diagram of writing table

此外，將各類計算書中設計數據之間的關聯關系轉換為關聯函數，將共用的設計標準和規范轉換為閾值函數，匯集成函數庫并存儲于PDM數據庫中，各類計算書模板程序在運行的時候均可調用這些關聯函數和閾值函數，這樣不僅可以杜絕連帶錯誤，還可避免質量隱患。

3.2.2 PDM集成模塊

圖7　 PDM集成模塊的模型圖Fig.7 Modular diagram of integrationmodule in PDM

在圖7所示的模型圖中，WTDocument對象為PDM系統中的設計文檔，CalculateTemplate對象為計算書模板，在繼承設計文檔的基礎上，還添加了“設計標準”屬性，用于描述該計算書模板是基于哪些規范或者標準而設計的，以供用戶在選取模板時參考。同時，WTDocument對象與CalculateTemplate對象建立Link關系，一份設計文檔對應于某一個版本的計算書模板。更進一步，同一個圖號中不同版本的設計文檔可以對應不同版本的計算書模板。

PDM集成模塊的代碼主要由JS代碼和JAVA代碼組成，下面將分別介紹代碼的設計結構。

1）JS代碼設計。

計算書模板維護頁面和計算書文檔任務頁面用Ext-JS開發。

（1）計算書模板維護頁面。

計算書模板維護包括2個類：一個是dse.calculate.MaintainPanel類，該類為計算書模板維護的主面板，包含init函數和deleteCalculateTemplate函數；另一個是dse.calculate.SaveCalculateTemplateW in類，該類為創建計算書模板和更新計算書模板的窗口，包含init函數和save函數。

（2）計算書編制提交任務頁面。

使用現有的流程框架，創建CalculateTemplateSubmitPanel類。

在計算書文檔任務頁面中，主要實現的功能是調用Excel模板文件中的VBA程序。Excel文件中嵌入的VBA程序滿足如下格式：

Public Sub generate（exl1 As Variant，wd1 As Variant）

……

End Sub

用戶點擊生成計算書按鈕時，由JS使用ntko控件操作Excel文件和Word文件，生成計算書的代碼滿足如下格式：

function（）｛

varobj_excel=xxx；//obj_excel變量為ntko控件生成的Excel對象

varobj_word=xxx；//obj_word變量為Word模板對象

obj_excel.Activate（true）；//激活ntko控件，使其位于最前端

obj_excel.Active Document.sheets（1）.generate （obj_excel.ActiveDocument，obj_word.ActiveDocument）；//運行VBA中的計算程序

Ext.Msg.alert（“Succe”，“計算書已生成！”）；｝

（3）計算書簽審任務。

使用現有的流程框架，創建CalculateTemplateReviewPanel類。

2）JAVA代碼設計。

在PDM原有的基礎上，創建ext.dse.calculate. CalculateTemplateMgr類，該類繼承ext.dse.http.BizObjMgr類，完成所有的計算書相關服務器操作，其所包含的主要方法如表1所示。

同時，還創建了ext.dse.calculate.Temp lateToDocLinkMgr類，該類繼承ext.dse.http.BizObjMgr類，完成所有的計算書模板與設計文檔關聯的服務器操作，其所包含的主要方法如表2所示。

表1　 CalculateTemplateMgr類的主要方法Tab.1 The main methodsof CalculateTem plateMgr class

表2　 TemplateToDocLinkMgr類的主要方法Tab.2 The main methods of TemplateToDocLinkMgr class

4　系統測試及分析

根據以上設計思想，針對船舶系統專業的計算書進行試點，編制了某船11個子系統的計算書模板程序，并集成到PDM測試系統中試運行，每份計算書模板程序均在10 s內即完成了所有運算并自動生成了計算書文件。

更進一步地，利用以上設計思想，在各專業設計師的配合下，可以針對艦船其他專業的計算書進行模板程序的開發，開發后的模板程序既能集成于PDM運行，也能在單機上運行，并且具備良好的可移植性。

另外，利用以上設計思想開發的計算書模板程序具備易修改性。艦船計算書的設計原理可能會隨著時間的推移不斷發生變化，根據系統的架構設計思想，計算書的設計原理嵌入在Excel模板的VBA程序中，因此，程序開發人員根據專業設計人員的需求，能夠及時對計算書模板程序進行修改，以保證計算書自動生成系統的正常運行。

5　結語

本文通過分析傳統的計算書編制方式，對基于PDM的艦船計算書自動生成技術進行了研究，將艦船設計標準和規范以程序的方式嵌入到計算書模板文件中，利用Office在線編輯技術在PDM中設計了一種實現艦船計算書自動生成的系統，該系統部署上線后，大幅提高了專業設計人員編制計算書的計算準確度和計算效率，在艦船總體設計過程中為設備配置、初步方案形成奠定了良好的基礎，其在提升艦船研制周期的同時，還可以加強艦船設計過程中的質量管控，沉淀設計知識。

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［責任編輯：易基圣］

Autom atic generation technology of calcu lation reports during the ship design process based on PDM

ZHU Jiawen，XIAO Peng'an China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

The conventional approaches to compile the calculation report for vessels are both tedious and have potential quality issues.Aiming at the problem，a new automatic generating system of the calculation report is presented in this paper，based on PDM and utilizing the data exchanging technologies in Office software.Particularly，the criterions in vessels are embedded into the temp lates of calculation reports，with the help of informational technologies.Meanwhile，the online editing function of Office software is used to establish the openmanagement frame of the calculation reports in PDM based on templates，which successfully achieves the interaction between the data of calculation reports and the data of PDM in real time.The proposed online system will significantly enhance the calculation precision and efficiency of the designing process，and build a solid foundation for the equipment configuration aswell as the preliminary scheme formation.Plus，this system will strengthen the quality control in the designing process of vessels and precipitate the know ledge of designing.

CAD；calculation report；automatic generation；template；ship design

U662.9

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2015.04.003

2014-10-09網絡出版時間：2015-7-28 17:25:06

朱佳文（通信作者），男，1985年生，博士，工程師。研究方向：船舶數字化設計。E-mail：77306854@qq.com肖鵬安，男，1972年生，高級工程師。研究方向：船舶數字化設計