数字化造船标准体系框架构建

张军涛，杨 盛

(中国舰船研究院，北京 100192)

数字化造船标准体系框架构建

张军涛，杨 盛

(中国舰船研究院，北京 100192)

随着信息技术和造船技术的迅猛发展，数字化造船已成为信息时代船舶工业发展的重要标志，而现有的标准体系还不能完全覆盖和满足数字化造船设计、建造等需求。本文对数字化造船技术内涵进行了分析，并结合标准需求，提出数字化造船标准体系框架。

船舶;数字化造船;标准体系

0 引言

随着信息化应用技术的迅猛发展，数字化已广泛融入现代制造技术，数字化造船已成为信息时代船舶工业发展的重要标志。标准化是数字化造船技术实现的重要保障。数字化造船的核心是信息和数据的生成、交换、共享和集成，较之传统的船舶工业流程，数字化造船将更加倚重标准化规范、引导和支撑。作为发展中的新兴技术，数字化造船涉及船舶工业实践的全过程，是一项非常复杂的系统工程，其涉及的标准化领域十分宽广，现有的标准体系还不能完全覆盖和适用于数字化造船的设计、建造、经营决策、管理控制等需求。因此，要发展数字化造船，必须优先研究、制定和修订各个技术领域的数字化造船标准，通过不断完善，形成适应于数字化造船新模式下的船舶工业标准体系。

数字化造船由船舶设计数字化、船舶建造数字化、经营决策与管理控制数字化、系统集成数字化和支撑环境数字化这5个方面组成。在计算机技术和信息技术的支持下，5部分内容紧密衔接，形成数字化造船的整体框架。数字化造船的内涵随着科技和管理水平的不断提高而逐步演变。

数字化造船标准体系，是按照标准体系基本概念组成的数字化造船管理所需标准，是按其内在联系形成的有机整体，反映了我国数字化造船科研、生产、管理、使用保障等方面标准现状和发展方向。

1 数字化造船标准需求分析

标准对技术的发展起着规范、引导和支撑的作用，同时，标准的需求也体现了技术发展的需要，数字化造船的标准需求和体系的构建也必须紧密结合数字化造船技术发展的需要，能体现数字化造船技术5个方面的要求。除上述5个方面外，一些综合性和基础性的标准如术语、符号、信息分类和编码等技术标准也是数字化造船标准的重要方面，这在标准化的概念中被称之为基础标准。因此，数字化造船的标准需求可以分为6个方面:基础标准;数字化设计标准;数字化建造标准;数字化经营运作与管理标准;数字化系统集成标准;数字化支撑环境标准。以下分别对这6个方面进行论述和分析。

1.1 基础标准需求

数字化造船基础标准由术语和符号标准、应用语言标准、信息分类和编码标准、数据元和元数据标准、信息模型标准等组成。其中，术语与符号标准、信息分类与编码标准，以采用国际、国家、行业相关现行标准为主，并针对需求进行适当剪裁。

1)术语和符号标准:指数字化造船的术语和符号，包括标准体系框架中所有分支相关的术语标准，如产品数据管理等常见的词汇，而CAD，PDM等是常见的符号。

2)应用语言标准:是指计算机、系统建模、控制设备等通用装置所使用的标准化语言，用于数字化造船系统的开发语言，不同系统的开发语言可能不同。应用语言标准包括编程控制器语言标准，如C语言、C++语言、Java语言等开发语言标准，也包括脚本语言标准，如ASP/ASP.NET，JavaScript，PHP 等开发网页使用的语言标准，还包括机器人的编程语言、FMS单元控制语言等。

3)信息分类和编码:是指将信息按科学原则和方法进行分类并加以编码，作为在一定范围内信息处理和交换时共同遵守的原则。数字化造船系统中信息的分类和编码涉及的类型很多，例如设备附件编码、专业分类、材料编码、文档图纸编号、版本编号和托盘编码等，这是一个基础且必要的工作，涉及到厂所之间的数据交换问题。

4)数据元和元数据:数据标准化的对象是数据元和元数据。数据元作为对数据的“元素级”的描述，是建立各种应用系统数据的科学规范描述，是实现异地、异构应用系统之间数据无缝集成与交换的基石。一般理解为数据元是可以访问的最小数据单位，例如数据库一条记录中的一个字段。

元数据是对数据资源的描述，即描述数据的数据。元数据标准是描述某类资源的具体对象是所有规则的集合。不同类型的资源可能有不同的元数据标准，一般包括完整描述一个具体对象所需的数据项集合、各数据项语义定义、著录规则和计算机应用时的语法规定。一般理解为元数据是用来描述系统中各类数据类型的名字、意义、描述、来源、职责、格式、用途以及其他数据联系等的数据，也成为数据字典。

5)信息模型:信息模型标准是指通过总结企业信息系统与企业信息活动、管理活动的基本规律，明确企业管理活动(决策)所需的信息支持，形成能反映产品研发及企业管理过程的信息活动情况的企业信息模型标准。

1.2 数字化设计标准需求

数字化设计标准是指执行加工实际产品之前有关活动所需的标准，即规范应用数字化产品开发工具对产品设计所涉及到的对象和活动进行表达、处理和控制，在数字空间中完成产品的设计过程的标准。数字化设计标准主要包括计算机辅助设计标准、计算机辅助工程标准、计算机辅助工艺标准、产品数据管理标准和数字化仿真与试验标准。

1)计算机辅助设计标准

计算机辅助设计标准主要有模型构建、预装配与模型综合、模型校验、数字样船等标准。

2)计算机辅助工程标准

主要指计算机辅助产品结构分析和设计标准、计算机辅助产品功能及性能分析和优化方法标准等。

3)计算机辅助工艺标准

计算机辅助工艺标准主要包括计算机辅助工艺设计标准、数字化工艺标准等。

4)产品数据管理标准

产品数据管理标准主要规范对所有与产品相关信息(包括零件信息、技术状态信息、文件、产品结构、权限等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)进行管理的技术。产品数据管理类标准涉及面广，领域跨度大，这方面的标准包括产品文档管理标准、产品结构与配置(构型)管理标准、工作流程管理标准等，还包括针对产品数据管理系统相关的标准，如PDM实施指南等标准。

5)数字化仿真与试验标准

数字化仿真与试验标准分支中所指的数字化仿真与试验都是针对产品的数字化仿真和试验，针对过程的仿真和试验，例如装配过程和生产过程的仿真等标准不在此标准分支下。

数字化仿真与试验标准主要包括数字化仿真标准、数字化试验及其优化评价标准等。

1.3 数字化建造标准需求

数字化建造涉及的范围很广，既包括数字化加工及装配设备、物料存储与输送系统和多层计算机网络控制系统等自动化设备，还包括以制造执行系统为核心的集成生产作业计划与执行控制技术在数字化制造车间的应用技术等。数字化建造标准涵盖了生产准备标准、制造执行标准、网络的数字化制造环境标准和检测标准。

1)生产准备标准

生产准备标准主要包括工艺数字化、工装数字化、生产资源配备等方面的标准。涉及的技术内容包括:工艺装备的建模与预装配以及柔性工艺装备设计标准;工装建模与预装配过程的方法、流程、分析和柔性工艺装备设计的原则、方法、环境;船体零件、铁舾件、管系零件、分段制造、总段制造等阶段数据准备、单元定义、制造单元能力定义等。

2)制造执行标准

制造执行标准包括制造执行系统体系结构、制造执行系统集成、车间生产过程控制、生产状态监控、生产信息跟踪采集、制造设备与系统控制等标准。

3)数字化制造环境标准

数字化制造环境针对制造过程数字化制造加工、环境监测等设备的指令控制、信息采集及反馈所涉及的标准。数字化制造环境标准包含数字化制造设备、数字化制造设备维护、制造设备重组、底层制造网络等标准。

4)检测标准

检测标准包括检测及诊断标准、检测评价标准等。

1.4 数字化经营运作与管理标准需求

数字化经营运作与管理标准需覆盖经营运作与管理所涉及到的管理领域，分为设计管理、制造管理、质量管理、经营管理和综合管理等标准。

1)设计管理标准

设计管理标准包括设计过程管理标准和设计资源管理标准。涉及的技术内容包括在数字化设计环境下，整个产品的设计过程中任务、流程、文档、数据的管理规范，各种软件、硬件、人员等资源配置标准和设计信息资源的规范，以及知识管理标准等内容。

2)制造管理标准

制造管理标准有生产策划管理标准、生产计划管理标准、制造流程管理标准和作业现场管理标准。涉及的技术内容包括各类典型船舶产品的中间产品划分、建造方法、施工要领、大中小日程的编制、中间产品的典型加工流程以及现场作业管理等内容。

3)质量管理标准

质量管理标准包括产品质量管理标准和质量体系运行管理标准2部分。质量管理标准是以信息系统运行环境下产品质量管理和质量体系运行管理所涉及管理对象而制定的相关标准，包括产品设计过程、建造过程以及采购过程中的工作流程、信息标准、文档的规范，中间产品的检测标准，船舶故障诊断的标准，质量记录的管理标准，以及质量体系运行管理的相关标准。

4)经营管理标准

经营管理标准是指数字化过程中涉及的为拓展业务并占领市场，提高经济效益的各项营销工作中任务、流程、文档和数据的统一规范和要求。经营管理标准包括市场开发管理标准、合同管理标准、售后服务管理标准和电子商务标准。

5)综合管理标准

综合管理标准主要包括:财务成本管理标准、人力资源管理标准、环境安全保卫管理标准、保密管理标准、供应链管理标准、制造资源管理标准和信息系统实施管理标准;典型商品化软件系统的应用标准，如ERP系统的实施、应用要求等标准都放在信息系统实施管理标准中考虑。另外在经营运作与管理标准其他分支中没有包含的标准都可以纳入综合管理标准中。

1.5 系统集成标准需求

系统集成标准主要包括系统集成所涉及的集成框架与参考模型标准、应用系统集成接口标准、组织管理模式和工作流程标准、互操作标准、数据交换标准等。

1)集成框架与参考模型标准

集成框架与参考模型标准主要包括数字化造船系统建模框架、层次结构划分原则、集成框架以及产品集成数据模型等标准。

2)应用系统集成接口标准

应用系统集成接口标准将主要规范应用系统内部以及应用系统对外信息输入输出接口，也包括同一应用系统各功能模块间及组件间的接口标准。

3)组织管理模式和工作流程标准

组织管理模式和工作流程标准主要规范设计制造一体化过程中工作团队的定义、协同流程定义、数据发放和接收、技术状态管理以及系统管理和安全保密要求等标准。

4)互操作标准

互操作标准主要支持对数据的加工操作，也包括对软件之间的互操作标准，属于集成技术标准。

5)数据交换标准

数据交换方面的标准主要以如何应用 IGES、STEP等标准更好地实现应用系统的数据交换为主。

1.6 支撑环境标准需求

支撑环境标准包括计算机硬件与网络标准、数据库标准、软件工程标准、信息技术安全标准等。

1)计算机硬件与网络标准

计算机硬件标准主要是指支撑企业信息化建设和过程的计算机硬件标准，即:为了使计算机系统具有较高的总体效用，考虑软件与硬件的结合，以及用户要求和软件要求等制定的相关标准。

通信与网络标准包括车间级网络、企业级网络、集团公司级网络等建设、运行和管理中所涉及的通信和网络技术标准，这方面标准如开放系统互连(OSI)标准、TCP/IP标准等。

2)数据库标准

数据库技术标准包括对于分布式数据库、面向对象数据库等相关的web数据管理标准、数据仓库与数据挖掘技术标准、数据库应用开发方法标准和数据库语言标准等。

3)软件工程标准

随着信息技术的发展，软件工程的范围从简单的使用程序设计语言编写程序扩展到整个软件生存期，从软件计划制定、需求分析、设计、实现、测试、评估、安装和检验、运行和维护直到软件淘汰。同时还有许多技术管理工作以及确认与验证工作常常是跨越软件生存期各个阶段的专门工作。所有这些方面都属于软件工程标准的工作范围。

4)信息技术安全标准

信息技术安全标准重点包括基础信息安全技术标准、系统与平台信息安全标准、信息安全测试与评估标准和信息安全法律法规。

2 数字化造船标准体系框架构建

通过上述研究，形成数字化造船标准体系框架如图1所示，体系框架以数字化设计标准、数字化建造标准为主线，以数字化经营运作与管理标准为核心，以基础标准、系统集成标准、支撑环境标准为支撑。

图1 数字化造船标准体系框架Fig.1 Digital shipbuilding standard system framework

3 结语

建立科学的层次清晰的数字化造船标准体系，是数字化造船标准化工作的一项重要基础性工作，可以规范和引导数字化造船的设计、建造、生产、经营与管理等工作，保证科研和生产的顺利进行。同时也是今后制修订标准的重要依据，为标准化行政管理机构在决策标准化发展方向、制定标准化政策、调控标准化年度计划等提供有效的技术支持。

［1］GB/T 13016—2009，标准体系表编制原则和要求［S］.

［2］中国船舶重工集团公司标准化研究中心、上海市标准化协会船舶专业委员会.船舶工业标准化工作指南［M］.上海:上海科学普及出版社，2007.

［3］吴伟仁.军工制造业数字化［M］.北京:原子能出版社，2005.

［4］国防科技工业标准化研究中心.国防科技工业信息技术应用标准体系细化研究［R］.北京:国防科技工业标准化研究中心，2008.

［5］郑朔昉.构建数字化标准体系推进标准编制与实施［J］.数字军工，2007，(1):48 －51.

［6］严俊.数字化造船企业初探［J］.舰船科学技术，2006，28(1):5－9.

Standard system framework construction of digital shipbuilding

ZHANG Jun-tao，YANG Sheng
(China Ship Research and Development Academy，Beijing 100192，China)

With the rapid development of information technology and shipbuilding technology，digital shipbuilding has become an important indicator of the development of shipbuilding industry in the information age.The existing standards can not be completely covered and met the needs of digital shipbuilding design and construction.Meaning of the digital shipbuilding technology has been analyzed.Combined with standard demand，standard system framework of digital shipbuilding has been proposed.

ship;digital shipbuilding;standard system

U662.9

A

1672－7649(2011)06－0121－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.06.028

2011－05－06

“十一五”国防科技工业技术基础科研计划重点研究课题资助(B0820061800)

张军涛(1981－)，男，助理工程师，主要从事船舶标准化研究。