基于集成平台的船舶三维协同设计流程研究

苏绍娟 刘寅东 刘晓明

（大连海事大学交通装备与海洋工程学院1） 大连 116026）

（中国船舶工业集团公司第708研究所2） 上海 200011）

0 引 言

20世纪90年代随着信息化技术的发展，出现了不同形式的船舶计算机集成制造（computer integrated manufacturing，CIM）系统.自2000年以来，随着信息化技术和网络技术的进一步发展，为了缩短船舶设计、建造周期，实现船舶并行协同设计已经成为必然的技术选择.与此同时，现代船舶设计方式和理念也发生了根本性的改变.船舶设计从计算机辅助绘图到计算机辅助设计，从2D，3D几何模型到3DPDM模型；船舶工程从面向设计的工程到面向制造的工程，从串行工程到并行工程，等等.

船舶三维设计是一个多专业、多系统、大规模的协同工作过程，需要各个专业进行频繁的设计协同.以往的单用户CAD已不能满足设计人员的要求，设计者之间在设计时必须进行沟通和信息共享，以免造成不必要的数据不一致和重复设计.本研究将船舶三维CAD设计技术与PDM协同管理技术有机的整合到设计过程中，建立基于集成平台的船舶并行协同设计系统，从而提高设计效率.

目前，国内外已有比较典型的协同设计管理软件，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，它们基本上代表了现今PDM技术的最高水平.随着PDM技术逐渐为国内所重视，国内许多软件厂商也看到了PDM市场的巨大潜力，纷纷开发出自己的PDM产品，如清华大学英泰公司的Ti－PAM3.6和TiPLM、爱克斯特软件公司的XTPDM3.5、华中理工大学华中软件公司的INTEPDM、四川的TOPPDM、中科院的凯思公司、南京的同创公司及东北大学的阿尔派公司的产品等.

与其它产品相比，Windchill已经在一些国内、国外的船舶企业得到应用，并取得了较好的应用成果；Windchill的Web工作能力更加强大，提供了丰富的基于Web的开发工具，易于实现面向虚拟企业的分布式产品数据管理；Windchill可以通过本身提供的标准接口Info Engine实现与其它PDM软件如Metaphase以及ERP软件如BANN，Oracle Manufacturing等实现集成.目前，Windchill能够与Pro／E实现无缝链接；Windchill能够通过OPtegra与CADDS5紧密集成［1］，国内已经有设计所使用CADDS5进行舰船的三维设计，并通过与 Windchill的集成实现船舶设计并行协同管理；Windchill通过 Workgroup Manager for CATIA实现与CATIA 的集成［2－3］进行相关企业的并行协同设计管理.本文根据设计需要研究将Windchill与SolidWorks集成实现船舶三维协同设计流程管理.

1 SolidWorks与Windchill的集成平台的构建

SolidWorks是一套基于Windows平台的全参数化特征造型软件，它可以十分方便的实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图.SolidWorks二次开发通常有两种形式：一是独立应用程序（standalone application），用户程序作为一个独立的应用程序（＊.exe），通过API接口调用SolidWorks提供的服务，完成对SolidWorks的控制和操作；二是插件形式（AddIn application），用户程序作为一个插件（＊.dll）集成到SolidWorks中去.插件形式下，用户程序跟Solid－Works程序运行在同一进程空间，运行效率高，而且用户可以在SolidWorks中添加自己的菜单，工具栏，属性页等，使用户程序跟SolidWorks程序浑然容为一体［4］.

本文将采用第二种开发方式通过插件将SolidWorks和Windchill构建逆向工程的异地协同设计平台.Windchill其中的PDMLink模块提供了Workgroup Manager for SolidWorks中间件，通过该中间件船舶设计人员能够在Solid－Works工作界面中直接将设计模型检入到Windchill系统.在构建集成平台的过程中，依据船舶设计的特点对Windchill开箱即用的功能进行了一些定制开发，使其易用性得到了增强.

在安装完 Workgroup Manager for Solid－Works后，还需配置以下文件

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

通过Workgroup Manager for SolidWorks中间件的安装及配置，在SolidWorks菜单栏会增加windchill菜单条.

2 Windchill模型关系

Windchill维持CAD对象与Windchill对象及产品结构之间的关联.Workgroup Manager for SolidWorks使用以下 Windchill对象：Windchill CAD文档和Windchill企业部件 （WTPart）.

Windchill CAD文档包含一个设计文件（如3D图纸），该设计文件被视为 Windchill CAD文档的主要内容.Windchill CAD文档还包含次要或导出的内容，例如可视化图像和其他替代表示形式.

图1显示了CAD文档和部件之间的典型链接或关联.

图1 Windchill CAD文档和WTPart对象模型关系示意图

三维模型的导入流程：进入SolidWorks系统→打开要检入的SolidWorks装配→进入装配关系导入流程→提取装配结构关系组成装配图→进入Windchill对导入的模型进行管理和维护.

3 船舶3D模型在集成系统中的可视化管理实例

以船体145－180分段设计模型为例，实现SolidWorks与Windchill PDMLink的集成平台在船舶协同设计系统中的应用.

1）船舶专业设计人员在SolidWorks中进行船舶三维设计，设计完成后在本地电脑上通过SolidWorks的Windchill菜单栏将模型检入到Windchill PDMLink如图2所示，检入过程中通过登录界面如图3所示系统检查用户是否有检入权限.

2）船体结构是由零件、部件、分段最后是总段组成的.如船体145－180总段是由舱口围板、横舱壁和甲板等组成的.而下一层的舱口围板又是由很多个型材（如舱口T型材）和板材（舱口围板）构成的.检入到集成系统中的三维模型由船舶设计总工程师进行合理的分解，最终在Windchill PDMLink中建立船舶设计的产品结构树，如图4所示.然后在windchill中进行审签流程.

图2 三维模型检入到windchill

图3 设计人员登录windchill

3）在管理平台Windchill中进行船舶三维模型的审签流程 船舶设计过程中的模型审签一般历经设计、校对、审核、标检、审定五个阶段才能归档［5］，具体过程如图5所示.

图4 对145－180分段进行结构分解

图5 文档审签示意图

在审签工作流模板中，存在审阅批准和不批准两种情况，此时要在属性中加入路由条件，这里通过代码实现，其代码如下.

具体的审签流程如下.

1）设计者把“145－180分段”设计完成后，在本地电脑上通过SolidWorks的Windchill菜单栏将模型提交到 Windchill系统中，如图2～3所示.

2）校对者通过查看工作列表收到审阅任务，在productview中查阅所建的分段，如图6所示，在审阅后认为“145－180分段”中没有问题，选择批准，文档进入“升级”状态，文档将升级到审核阶段.

图6 productview中查阅三维模型

3）若校对者发现文档中还存在问题，选择不批准文档，则文档进入修改状态，修改（设计者）接收到修改任务，将文档检出到本地电脑的Solid－Works，进行修改并保存，然后再检入到 Windchill完成修改，重新按照“设计－校对－审核－标检－审定－归档”进行审签.期间版本将从A.1变为A.2，直至文档进入“归档”状态.

4）模型审签的其他三个阶段：审核、标检、审定和上面所进行的流程相同，直至达到归档状态，完成三维模型的整个审签流程.

4 结束语

本文把船舶三维模型的设计工作纳入到项目中进行管理，并建立三维模型的电子化审签工作流程管理机制，使设计完成的三维模型发布数据到PDM管理软件Windchill中，自动将三维模型的可视化结果关联到产品结构中，进行三维模型设计流程的客户化定制.利用管理平台通过可视化的有效工具，及时发现产品的设计、建造、维护过程中可能出现的冲突，解决设计过程中出现的问题，对设计过程实施并行、动态、实时控制.

［1］肖 俊，郭进涛，李俊华.基于PDM的舰船三维设计并行协同设计系统研究［J］.船海工程，2007，36（3）：116－119.

［2］林有娣，张瑞乾，季向远.异地协同设计平台在车身逆向工程中的应用［J］.管理技术，2009（2）：109－112.

［3］王呈方，胡 勇，李继光.三维曲面船体外板成形加工的新方法［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2010，34（3）：431－434.

［4］侯晓林，颜 涛.SolidWorks异地协同设计系统的实现［J］.中国制造业信息化，2007，36（3）：30－36.

［5］郭进涛，李俊华，程 岚.基于工作流的舰船设计流程管理研究［J］.中国舰船研究，2007（1）：42－45.