船體分段智能車間制造執(zhí)行管控系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)研究

洪小彬 麥永輝 李英 時培培

（廣船國際科技信息中心）

0 前言

隨著船舶工業(yè)軟件的增多，在信息化水平不斷增高的背后，不可忽視的是各軟件之間的信息孤島問題始終存在，且有愈演愈烈的趨勢。各個軟件相互獨(dú)立，有著自己的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，這對軟件間的信息傳遞增加了難度，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式是通過txt、excel 文件或者其他中間文件作為數(shù)據(jù)傳輸交互的介質(zhì)，甚至需要手工錄入，這些方式極大拖慢了信息傳遞的效率，且兩個數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一，實(shí)時性、準(zhǔn)確性、唯一性皆無從談起。且不排除部分客戶在對這種數(shù)據(jù)共享方式深入了解后，能夠繞過這種機(jī)制直接通過底層訪問甚至私自修改數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的一致性受到威脅[1]。

1 項(xiàng)目概述

船體分段智能車間制造執(zhí)行管控系統(tǒng)（以下簡稱車間系統(tǒng)）是一套面向船舶制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。它要求實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息在車間內(nèi)快速傳遞和響應(yīng)，要實(shí)現(xiàn)這個功能，就必須要利用到多種多樣的軟件、硬件數(shù)據(jù)接口，以確保軟件數(shù)據(jù)的可靠性以及指令下達(dá)時的針對性、有效性。系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1。

其中，車間系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)主要來自于PDM 系統(tǒng)，PDM 是在AM 三維建模軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充開發(fā)的船舶產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺，收集了船舶設(shè)計(jì)的幾乎所有資料，只有打通PDM 與車間系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接橋梁，才能真正實(shí)現(xiàn)企業(yè)對于車間低成本、高質(zhì)量和精細(xì)化的管理需求。且兩個系統(tǒng)之間的接口性能直接影響到了車間系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的及時性、準(zhǔn)確性和完整性，進(jìn)一步影響系統(tǒng)的管理效率，故對接口有較高的要求。

圖1 船體分段智能車間制造執(zhí)行管控系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 接口特點(diǎn)

2.1 接口遵循的相關(guān)原則

可拓展性。該接口設(shè)計(jì)必須從兩個軟件的自身特點(diǎn)出發(fā)，能夠隨著軟件本身的升級而進(jìn)行更新，避免日后需要進(jìn)行大規(guī)模的代碼修改，甚至推翻重來，造成額外的維護(hù)成本。

高容錯性。系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)常常有規(guī)則之外的格式出現(xiàn)，該接口必須能夠?qū)Υ饲闆r有一定的處理能力，包括自動修正、錯誤提示等功能，避免因數(shù)據(jù)錯誤而影響到軟件的正常運(yùn)行。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸類型

目前船廠船體分段制造過程中通常是分階段、按不同區(qū)域來組織生產(chǎn)的，各個區(qū)域均存在其特有的生產(chǎn)流程，從鋼材的倉儲管理、預(yù)處理、下料、加工、集配、流水線生產(chǎn)（小組、中組、大組）、分段結(jié)構(gòu)的完整性報(bào)檢，整個生產(chǎn)流程涉及到多個工種、多種工序的協(xié)調(diào)作業(yè)。過程中每個工位、每道工序涉及的設(shè)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息包括零件圖、拼板圖、裝配圖、零件表、裝配物量表、切割物量表、焊接物量表、托盤表、材料清單等，這些都需要在與PDM 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的共享中獲取。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式

為了實(shí)現(xiàn)兩系統(tǒng)數(shù)據(jù)的跨平臺數(shù)據(jù)安全共享，在策劃階段，我們討論提出了多種接口設(shè)計(jì)方案，各個方案所利用的技術(shù)不盡相同，但都著重于如何打破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫對外封閉的特性，以及解決業(yè)務(wù)關(guān)系和存儲數(shù)據(jù)庫之間緊耦合的問題。如：使用抽象工廠將車間系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問類封裝，形成單獨(dú)的數(shù)據(jù)訪問層，在此層向業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)訪問接口；利用XML 文件數(shù)據(jù)格式本身的跨平臺性，將需要發(fā)布的數(shù)據(jù)保存成XML 文檔進(jìn)行存儲并發(fā)送到車間系統(tǒng)平臺，由車間系統(tǒng)解析并寫入數(shù)據(jù)庫；基于WCF通信服務(wù)[2]的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享，由客戶端通過調(diào)用在服務(wù)端的服務(wù)類，在服務(wù)端將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。由于前兩種方法都存在著嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，且并未真正解決數(shù)據(jù)庫與業(yè)務(wù)之間的緊耦合問題，而WCF 服務(wù)不但解決了上述問題，還將充分利用服務(wù)端資源，減少了客戶端電腦資源占用，降低客戶機(jī)配置要求，基于以上考慮，最終我們選擇了第三種方案進(jìn)行本項(xiàng)目的開發(fā)。

3 項(xiàng)目實(shí)施

結(jié)合實(shí)際需求，本項(xiàng)目將基于PDM 設(shè)計(jì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及SQL Server 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、WCF 通訊服務(wù)技術(shù)，使用C#語言在Visual Studio 2012 平臺上進(jìn)行該程序的開發(fā)，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)上增加發(fā)布接口。結(jié)合車間系統(tǒng)數(shù)據(jù)形式，將數(shù)據(jù)按規(guī)則轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)杰囬g系統(tǒng)中。方案架構(gòu)圖見圖2。

圖2 面向服務(wù)的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)共享方案架構(gòu)圖

3.1 數(shù)據(jù)連接層設(shè)計(jì)

在接口內(nèi)部通過SQL 語句直接訪問數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)提取需要選擇相對應(yīng)的連接池參數(shù)，如最大連接數(shù)和最小連接數(shù)，它應(yīng)該與數(shù)據(jù)庫訪問量相對應(yīng)，過大會造成資源浪費(fèi)，過小則會影響使用性能。

3.2 數(shù)據(jù)操作層設(shè)計(jì)

根據(jù)需要構(gòu)建SQL 訪問語句，本項(xiàng)目接口要求實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的增、刪、查、改等功能，一條完整的查詢語句應(yīng)該滿足如圖3 所示的格式。

3.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用層設(shè)計(jì)

本層是對3.2 所描述的數(shù)據(jù)操作層進(jìn)行進(jìn)一步封裝，屏蔽所有的SQL 語句，構(gòu)建可讀性、可操作性更加良好的數(shù)據(jù)訪問接口。根據(jù)增、刪、查、改功能，將本層分為4 大功能部分，分別對應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)添加類、數(shù)據(jù)刪除類、數(shù)據(jù)查找類、數(shù)據(jù)更新類。

圖3 焊接物量SQL 查詢語句格式

3.4 數(shù)據(jù)服務(wù)類

提供客戶對數(shù)據(jù)訪問時的身份、權(quán)限驗(yàn)證從而保證了信息傳輸過程中的數(shù)據(jù)安全，并能將客戶端傳進(jìn)的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將不同信息轉(zhuǎn)換成所需要的格式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的高效跨平臺數(shù)據(jù)共享。

3.5 發(fā)布權(quán)限管理

借助PDM 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理平臺，對數(shù)據(jù)發(fā)布權(quán)限進(jìn)行精細(xì)化管理，詳細(xì)分為設(shè)計(jì)、放樣、外板、焊接幾個模塊，各模塊又分為設(shè)計(jì)人員、校對人員、以及主辦幾個不同的權(quán)限，分管不同模塊的數(shù)據(jù)發(fā)布。發(fā)布時記錄信息，確保發(fā)布人能對所發(fā)布的每一條數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)。權(quán)限管理界面見圖4。

3.6 客戶端發(fā)布界面

借助PDM 現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理平臺，將從AM 模型中抽取的裝配、零件、套料板、焊接信息按批次、分段分別整理成零件表、切割圖、加工圖、裝配物量、切割物量、焊接物量等等數(shù)據(jù)，由校對人員校對后以分段為單位發(fā)布。各物量發(fā)布界面見圖5、圖6、圖7 所示。

圖4 權(quán)限管理界面

裝配信息包括：零件內(nèi)部名、外部名、船號、區(qū)域、批次、分段、流向、工位、重量、表面積、所屬套料母材等。

圖5 裝配物量發(fā)布界面

切割信息包括：套料圖號、鋼板號、線跨、規(guī)格、數(shù)量、所套零件、余料信息、利用率、切割長度、切割空程、劃線長度、劃線空程等。

圖6 切割物量發(fā)布界面

圖7 焊接物量發(fā)布界面

焊接信息包括：分段名、組立、組立流向、焊縫零件名、零件厚度、零件規(guī)格、零件坡口、焊接類型、焊接方法、焊接高度、焊接位置、焊接長度等。數(shù)據(jù)按焊接類型、焊接方法、焊角高度、焊接位置分類整理。

4 成果評價

船體分段智能車間制造執(zhí)行管控系統(tǒng)與PDM信息接口的開發(fā)，能完全滿足車間管控系統(tǒng)對生產(chǎn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的需求，實(shí)現(xiàn)船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)與車間管控系統(tǒng)的對接。通過與其他信息共享方式的對比，基于WCF 的通訊服務(wù)接口不但真真切切地實(shí)現(xiàn)了跨平臺的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)交互共享，而且能有效降低數(shù)據(jù)傳輸時的資源占用，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹虚g數(shù)據(jù)體積大小，提升了跨平臺數(shù)據(jù)共享的安全性、提高了數(shù)據(jù)共享效率[6]。通過該接口的開發(fā)，為船舶產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理提供唯一數(shù)據(jù)來源，保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的唯一性。通過數(shù)據(jù)集成，為車間系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)源，消除了兩個系統(tǒng)間的信息孤島問題，為兩種管理軟件架起數(shù)據(jù)橋梁，結(jié)合車間系統(tǒng)的現(xiàn)場管控模塊能夠有效提高車間的管理效率，真正做到設(shè)計(jì)指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，達(dá)到精細(xì)化管理的水平。通過裝配、切割、焊接數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，車間系統(tǒng)能夠及時、準(zhǔn)確地知曉設(shè)計(jì)的變更，從而以最快的速度做出相應(yīng)的反應(yīng)，最大限度地減少設(shè)計(jì)變更對生成所帶來的影響，能夠切實(shí)提高船舶生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，對縮短船舶生產(chǎn)周期，降低船舶生產(chǎn)成本具有一定的作用。通過兩個系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)聯(lián)動，能更真實(shí)反映各種變更質(zhì)量反饋，為提高船舶生產(chǎn)質(zhì)量提供具體分析數(shù)據(jù)，暴露船舶設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種更改問題，有利于公司對船舶設(shè)計(jì)分析、控制、考核工作的開展。

5 結(jié)束語

未來船舶車間管理發(fā)展趨勢必將走向工業(yè)互聯(lián)，更加注重傳統(tǒng)制造信息系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)之間的信息連接，跨平臺的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通是船舶行業(yè)車間管理走向信息化、智能化必須解決的問題，本項(xiàng)目為解決上述問題提供了一個典型的范例。