船用舾裝基礎(chǔ)庫的快速構(gòu)建和實船應(yīng)用

代芬芬， 劉永珍， 王 炎， 錢麗萍， 張振寧

(江南造船集團(tuán)(有限)責(zé)任公司， 上海 201913)

0 引 言

目前，我國船舶企業(yè)已具備建造大多數(shù)船型的條件，但與以先進(jìn)設(shè)計和建造技術(shù)為核心競爭力的國外造船企業(yè)相比，我國船舶企業(yè)船舶生產(chǎn)設(shè)計的自動化和標(biāo)準(zhǔn)化程度還不高。當(dāng)前各國造船企業(yè)都在倡導(dǎo)和大力推進(jìn)“數(shù)字化造船”(數(shù)字化造船是指以數(shù)字化建模仿真與優(yōu)化為特征，將信息技術(shù)全面應(yīng)用于造船的全過程中)，國內(nèi)的數(shù)字化造船也正在推進(jìn)，一些大型造船廠正在逐步實現(xiàn)船舶產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計、制造、管理、經(jīng)營和決策等全過程的數(shù)字化，并突出信息化建設(shè)服務(wù)于造船的各個階段[1]。

生產(chǎn)設(shè)計是船舶設(shè)計與建造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，生產(chǎn)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)機制不完善，不僅會造成設(shè)計人員大量重復(fù)勞動，而且會大大影響現(xiàn)場作業(yè)人員的工作效率。通過統(tǒng)一舾裝物資基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，建立完整的船用舾裝物資基礎(chǔ)數(shù)字資產(chǎn)體系，依托生產(chǎn)設(shè)計軟件平臺開發(fā)符合實際需求的舾裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，完善舾裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理模式，打造一個完善的標(biāo)準(zhǔn)化船用物資庫，實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)系統(tǒng)與供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)的信息集成，使各階段的信息能及時、準(zhǔn)確、完整地互通，使船舶物資數(shù)據(jù)統(tǒng)一在設(shè)計管理平臺上流通，保證訂貨、生產(chǎn)設(shè)計和現(xiàn)場領(lǐng)貨分配等產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)高度一致，為實現(xiàn)船舶產(chǎn)品設(shè)計與制造全過程的數(shù)字化提供數(shù)據(jù)支撐[2]。

1 舾裝基礎(chǔ)部件屬性

1.1 船用物資屬性和分類

對船用物資進(jìn)行合理分類，創(chuàng)建物料名稱字典和數(shù)字資產(chǎn)，為船用舾裝物資建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，通過程序批量處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)船用舾裝基礎(chǔ)物資在多個平臺之間的快速集成，創(chuàng)建一個公共標(biāo)準(zhǔn)庫，滿足各型船的需求[3]。部件庫資源共享可大幅減少設(shè)計人員重復(fù)建模的工作量。從源頭上規(guī)范物資屬性，統(tǒng)一設(shè)計規(guī)范，減少物資屬性上下游不一致產(chǎn)生的建造差錯，提高物資設(shè)計、采購和配送的整體質(zhì)量，為構(gòu)建面向型號工程的設(shè)計、生產(chǎn)、物資、物流和品質(zhì)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)一體化集成應(yīng)用信息化管理平臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐[4]。

船用物資屬性一般可按功能分為船體結(jié)構(gòu)、動力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和船舶保障系統(tǒng)等4類，軍用艦船還包含作戰(zhàn)系統(tǒng)和航空保障系統(tǒng)等；船用物資自然屬性主要有名稱、標(biāo)準(zhǔn)、型號、規(guī)格、材質(zhì)和重量等，一型船涉及的物資數(shù)以萬計，各部門根據(jù)自身的業(yè)務(wù)需求對物資屬性的定義存在差異，結(jié)合生產(chǎn)設(shè)計軟件平臺，物資分類不僅要滿足各部門的需求，而且要滿足設(shè)計和生產(chǎn)需求[5]。綜合船用物資的兩大屬性特點，按照物資大類、物資中類、物資小類、物資類別和物料名稱對船用物資進(jìn)行分類，并用簡明數(shù)字對分類進(jìn)行標(biāo)識，形成船用物資代碼。

1.2 舾裝部件命名規(guī)則

在生產(chǎn)設(shè)計過程中，對于舾裝部件的引用，通過部件名查詢基礎(chǔ)部件并將其引用到模型中，舾裝各部件的命名規(guī)則必須滿足造船CAD軟件平臺對部件編碼規(guī)則的要求，主要包含以下幾點：

1) 部件名必須具備唯一性；

2) 部件名最大長度為25位；

3) 各位代碼字符必須是A～Z范圍內(nèi)的英文字母(除O)，或0～9范圍內(nèi)的數(shù)字，包括符號“.”，不允許使用“*”“#”和“”等符號。

此外，為提高生產(chǎn)設(shè)計效率和質(zhì)量，部件命名規(guī)則還需體現(xiàn)以下幾點：

1) 為快速搜索，編碼中必須體現(xiàn)專業(yè)、部件類型和主要屬性信息；

2) 部件名中涉及的對照碼編制應(yīng)遵循一定的規(guī)則，使其具備可擴展性。

部件屬性信息能完整準(zhǔn)確地體現(xiàn)物資的固有屬性；能根據(jù)物資編碼需求，從造船軟件平臺中獲取所需物資的屬性。基于要求和船用物資分類特點，制訂船用舾裝物資設(shè)備部件、管系部件、風(fēng)管部件、鐵舾裝件和電裝部件等部件的命名規(guī)則及屬性信息填寫規(guī)則，主要涵蓋物資的物料名稱、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格和材質(zhì)等特性，使每個舾裝部件都具有唯一標(biāo)識。規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的部件屬性信息能滿足設(shè)計、制造和生產(chǎn)需要，為后續(xù)的物資物流管理提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時為采購、配套和生產(chǎn)等提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.3 舾裝部件屬性規(guī)范

為保證托盤數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時滿足部件訂貨、生產(chǎn)和安裝的需求，按照物料名稱對滿足國標(biāo)(GB/T)、廠標(biāo)(CB/T)和江南標(biāo)準(zhǔn)[JNS,江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司制定的標(biāo)準(zhǔn)]的管系、通風(fēng)、電氣和內(nèi)裝專業(yè)部件的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格和材質(zhì)等重要屬性信息的描述制訂規(guī)則；為準(zhǔn)確計算鐵舾件部件及通風(fēng)部件的焊縫長度和外表面涂裝面積，歸納整理各類型材橫截面周長的計算公式，在批量創(chuàng)建部件過程中，通過程序自動計算出所需數(shù)據(jù)，并將其自動存入CAD軟件平臺中的User Def Info信息欄。部分管附件屬性信息描述規(guī)范示例見表1。

表1 部分管附件屬性信息描述規(guī)范示例

1.4 舾裝部件連接屬性

舾裝各類型部件連接點在CAD軟件平臺上存在通用屬性和特殊屬性，連接點通用屬性有General、Volume和User Def Info等；連接點特殊屬性是由于專業(yè)、部件類型和調(diào)用原則不同，導(dǎo)致連接點定義和參數(shù)不同。管系部件有管材、管附件、閥件和閥附件等4類，連接形式分為外螺紋連接、內(nèi)螺紋連接、法蘭帶螺紋孔連接和法蘭不帶螺紋孔連接等；風(fēng)管部件有螺旋風(fēng)管部件、矩形風(fēng)管部件和扁圓風(fēng)管部件等3類，連接形式分為Rectangular和Circular；電氣部件有電纜貫穿件和電纜支撐件2類，連接形式分為Cable Transit和Cable Way；外舾裝部件按型材類型有12類，各類型材的連接點參數(shù)各不相同。因此，各舾裝專業(yè)部件連接屬性的研究和分類非常復(fù)雜，研究內(nèi)容不僅涉及船舶舾裝的專業(yè)特性，而且涉及CAD軟件平臺運行模式和特點，必須同時滿足專業(yè)和軟件要求，只有如此才能真正實現(xiàn)舾裝部件的快速創(chuàng)建。部分管附件連接點示圖和輸出文件見圖1。

圖1 部分管附件連接點示圖和輸出文件

2 舾裝部件管理系統(tǒng)開發(fā)

系統(tǒng)主要實現(xiàn)舾裝物資與CAD系統(tǒng)快速集成和舾裝部件屬性信息批量維護(hù)兩大功能，以快速創(chuàng)建管系、風(fēng)管、電氣、鐵舾、內(nèi)裝和設(shè)備等舾裝基礎(chǔ)部件數(shù)據(jù)，實現(xiàn)船用物資屬性信息與部件庫物資屬性信息的高度一致性，保證數(shù)據(jù)源的準(zhǔn)確性和唯一性。

2.1 舾裝物資與CAD系統(tǒng)快速集成批量創(chuàng)建部件

根據(jù)船用物資分類對船用物資進(jìn)行有序編排，并用簡明數(shù)字標(biāo)識物資的分類、名稱、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格和材質(zhì)等自然屬性，形成船用物資代碼，進(jìn)而構(gòu)建船用數(shù)字資產(chǎn)。數(shù)字資產(chǎn)庫底層表結(jié)構(gòu)設(shè)計對數(shù)字資產(chǎn)的應(yīng)用和維護(hù)管理有很大影響。針對船用物資的特點構(gòu)建數(shù)字資產(chǎn)表和其他輔助表，這些表在物理關(guān)系上是相互獨立的，但有些表元素之間是關(guān)聯(lián)的，利用其關(guān)聯(lián)關(guān)系建立所需的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。通過VB.NET調(diào)用CAD軟件平臺數(shù)據(jù)讀取和寫入函數(shù)，通過SQL Server技術(shù)融合管理各物資屬性信息，借助PYTHON將程序嵌套于CAD軟件平臺中，將各類船用物資的代碼批量寫入CAD軟件平臺部件庫中。根據(jù)物料名稱、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格和材質(zhì)等自然屬性和CAD平臺調(diào)用原則擬定規(guī)范的部件名稱；根據(jù)物資分類和同樣的屬性信息生成物資唯一標(biāo)識物資代碼。程序在批量處理數(shù)據(jù)源和監(jiān)測數(shù)據(jù)的正確性過程中，根據(jù)物資的屬性信息對部件名和物資代碼進(jìn)行綁定，從而建立物資與部件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；通過對SQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問存儲和WebService技術(shù)實現(xiàn)跨系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的傳輸與轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)船用舾裝物資與CAD軟件平臺快速集成，進(jìn)而將帶有物資代碼屬性的部件覆蓋于全船生產(chǎn)設(shè)計的各個階段，保證后續(xù)物資托盤清單、流通、核算和統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；應(yīng)用計算機進(jìn)行高效管理，減少人工錄入，實現(xiàn)船用物資的標(biāo)準(zhǔn)化管理和全供應(yīng)鏈數(shù)字跟蹤及管理，提高船用物資供應(yīng)精度，加快生產(chǎn)的進(jìn)度，提升船舶建造質(zhì)量。數(shù)據(jù)快速集成批量創(chuàng)建示意見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)快速集成批量創(chuàng)建示意

2.2 舾裝部件庫屬性信息數(shù)據(jù)維護(hù)

舾裝部件維護(hù)功能主要包括部件查詢和部件屬性信息修改。CAD設(shè)計系統(tǒng)原有的部件查詢工能只局限于通過部件名稱查詢部件，查詢條件過于單一，設(shè)計員無法根據(jù)需求快速查找部件。二次開發(fā)的查詢功能可根據(jù)部件名稱、物料名稱、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)格和材質(zhì)等屬性信息篩選部件，或根據(jù)任意屬性匹配查詢部件，彌補了目前CAD軟件平臺查詢的缺點。根據(jù)部件屬性信息修改功能，可自動批量抽取軟件平臺舾裝部件，并自動匯總所有部件屬性信息，通過窗口直觀顯示各項信息。根據(jù)部件庫中物資代碼與各屬性信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，系統(tǒng)自動判斷信息的正確性，通過一鍵操作，批量更新完善風(fēng)管、電氣、鐵舾、內(nèi)裝和設(shè)備等舾裝各專業(yè)基礎(chǔ)部件的屬性信息；批量按專業(yè)和連接形式等對部件進(jìn)行自動分類；批量將正確屬性信息反寫入CAD軟件平臺中。批量反寫數(shù)據(jù)功能打破了原有系統(tǒng)Components模塊單獨修改屬性信息的模式，實現(xiàn)了批量維護(hù)部件庫屬性數(shù)據(jù)的功能。通過分析軟件自身創(chuàng)建部件的各環(huán)節(jié)和設(shè)計模塊調(diào)用部件的原則，二次開發(fā)系統(tǒng)在維護(hù)數(shù)據(jù)過程中批量模擬了該過程，并在各環(huán)節(jié)嵌入了詳細(xì)、明確的錯誤提示，包括操作提示和數(shù)據(jù)信息提示，提供給用戶明確的數(shù)據(jù)更改方向和內(nèi)容，填補了原有系統(tǒng)Components模塊系統(tǒng)功能在錯誤提示處理上的空白，快速有效地保證了導(dǎo)入數(shù)據(jù)的正確性。系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)界面見圖3。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)界面

3 舾裝部件管理系統(tǒng)實船應(yīng)用

目前，該項目的研究成果已應(yīng)用到化學(xué)品船、科考船、散貨船和汽車運輸船等民用船及部分重要高新產(chǎn)品上，應(yīng)用范圍涉及所有船用物資，共批量快速創(chuàng)建部件十萬多件。通過對研究成果進(jìn)行大力推廣應(yīng)用，大大提高了物資規(guī)范性管理水平，減少了物資屬性不統(tǒng)一引起的設(shè)計差錯；通過將數(shù)字資產(chǎn)與CAD平臺集成，提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量；基于船用數(shù)字資產(chǎn)，實現(xiàn)了設(shè)計與制造之間設(shè)計數(shù)據(jù)流的互通，一定程度上降低了建造成本。圖4為系統(tǒng)實船應(yīng)用案例。

圖4 系統(tǒng)實船應(yīng)用案例

4 結(jié) 語

從舾裝部件管理系統(tǒng)在多種船型上的實際應(yīng)用效果來看，無論是在經(jīng)濟(jì)效益方面，還是在社會效益方面，與以往相比都有了非常顯著的提高。同時，在開發(fā)過程中吸取了國外先進(jìn)的船舶生產(chǎn)設(shè)計理念，并結(jié)合自身特點進(jìn)行了擴展和延伸。這樣既有助于掌握和控制生產(chǎn)設(shè)計總體框架，又能大大提升設(shè)計能力和設(shè)計質(zhì)量，對實現(xiàn)區(qū)域化、精細(xì)化造船有重要作用，為實現(xiàn)造船信息化奠定堅實的基礎(chǔ)，具有非常好的應(yīng)用前景。后續(xù)將逐漸建立和完善生產(chǎn)設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)機制，真正實現(xiàn)全船的數(shù)字化三維設(shè)計，為提高設(shè)計效率和質(zhì)量及實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。