基于PDM的舰船计算书自动生成技术

朱佳文，肖鹏安中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

基于PDM的舰船计算书自动生成技术

朱佳文，肖鹏安
中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

舰船的研制是一项涉及专业面广、流程复杂的系统工程，传统的舰船计算书编制流程繁琐，存在质量隐患。针对计算书编制流程复杂的问题，提出一种新的基于PDM的计算书自动生成系统。该系统利用Office软件的数据交互技术等信息化手段，将舰船设计标准和规范以程序的方式嵌入到计算书模板文件中，同时利用Office在线编辑技术，在PDM中建立基于模板的计算书开放式管理框架，实现计算书文件数据与PDM系统数据的实时交互。该系统的上线运行提升了专业人员设计过程中的计算准确度和计算效率，在舰船总体设计过程中为设备配置、初步方案的形成奠定了良好的基础，同时也加强了舰船设计过程中的质量管控，沉淀了设计知识。

计算机辅助设计；计算书；自动生成；模板；船舶设计

0　引言

舰船工程是一门涵盖众多学科的综合性科学技术［1］，不仅涉及的专业面广泛，而且流程复杂。我国船舶设计院所的主要任务是输出大量的专业技术文档，包括工程图纸、计算书和技术说明书等。随着船舶行业和信息化技术的飞速发展，利用信息化技术来改进产品研制流程，从而提高设计师的工作效率，并且提升产品研制周期和质量，已经成为当今船舶行业发展的趋势［2-5］。

目前，许多研究设计单位利用产品数据管理（PDM）系统［6］来管理产品研制过程中产生的各类专业技术文档。在舰船的各个设计阶段［7］，设计师需要编制大量的计算书文档，在编制计算书的过程中，有时需要查阅各种设计标准与规范，而且会遇到大量、复杂的数学公式，对于每一项数据都需要手动操作计算软件来获得计算结果，然后再将计算结果写入到计算书文档中。另外，在舰船产品的研制过程中，设计师针对同一份计算书需要多次试算以达到理想的结果，重复计算也会浪费大量时间。而且，由于计算书模板的管理不够规范，专业设计人员对计算书格式的频繁改动可能会给计划管理带来很多不便，并可能造成严重的质量问题。

针对上述问题，通过对舰船计算书自动生成技术的研究，将设计一种基于PDM的舰船计算书自动生成系统。该系统的上线运行能够实现舰船计算书的自动生成，保证计算书编制过程中计算精度和格式的一致性，可大幅提高设计师的工作效率，既可缩短舰船研制周期，也可提高舰船的设计质量。

1　传统的计算书编制方式

1.1流程简介

目前，许多设计院所通过PDM系统来管理产品研制过程中产生的各类设计文档（包含图纸、计算书等），以提升整体工作效率。在PDM系统中，舰船计算书的任务流程一般按照编制、校对、标检、审定等环节进行，并且设计人员的主要工作集中在编制环节。

设计师在PDM中接到计算书的编制任务时，首先需要在自己的电脑上编制计算书文件，在编制过程中，有时需要查阅船舶行业的设计标准与规范，例如灭火剂浓度、管径型号、供水强度、消火栓压力等各类设计参数的取值；此外，计算书中的很多设计数据是通过计算软件获得，这就需要编制人员手动操作计算软件，再将计算结果写入计算书中；最后，编制人员将计算书文件上传到PDM中，校对、标检、审定人员再依次审阅完成各自的流程。

1.2存在的问题

随着产品研制任务的不断加重，传统的计算书编制方式对设计人员的工作效率产生了不良影响，主要问题如下：

1）计算量大。

在计算书的编制过程中，存在着大量数学公式和阈值函数的运算，无论是编制环节还是校对、标检、审定等环节，设计师都需要利用计算软件对设计数据进行核准，这样就会在数据处理环节花费大量的时间，严重影响工作效率。

2）重复计算。

针对同一个子系统的计算书，在不同型号的舰船中可能运用了大量相同的数学公式；针对同一个PDM任务，同一份计算书有时需要多次试算以达到设计要求。以上情形中都存在重复计算的问题，浪费了大量时间。

3）质量隐患。

设计人员在运用计算软件、将计算结果录入计算书、调整计算书格式等过程中，偶尔可能会出现一些错误，而且不同计算书及设计文档的数据之间存在着关联，往往一处错误可能会导致连带错误，这样就会对舰船的研制带来质量隐患。

2　面临的需求

为了利用信息化技术提升舰船的研制效率，针对传统的计算书编制方式，设计师迫切需要一种能够实现计算书自动生成并集成于PDM的系统，其应满足以下功能：

1）系统的用户界面友好并与PDM集成。

为了不影响设计师对已有PDM的使用习惯，舰船计算书自动生成系统的界面应该友好，具有良好的可移植性，并且与已有的PDM系统风格保持一致，方便设计师使用。

2）系统自动完成运算并生成计算书。

舰船计算书中涉及的设计标准与规范等信息应该嵌入到该系统中，同时还要包括计算书的格式信息，设计师在输入基本设计参数后，该系统应能自动完成所有数学公式的运算，并且自动生成符合标准格式要求的计算书文件。

3）计算书支持在线修改和保存。

该系统在自动生成计算书文件后，设计师还可以对该文件进行在线修改和保存，在核准无误以后，设计师即可以完成任务流程。

3　新系统的设计

3.1系统架构设计及运行流程

为了满足设计师的需求，提升舰船研制效率，设计的舰船计算书自动生成系统主要包含2个部分，即PDM集成模块和舰船计算书模板程序库。

PDM集成模块是连接PDM与舰船计算书模板程序库的桥梁，它包含了用户界面，同时对模板程序进行管理。舰船计算书模板程序库存放于PDM服务器中，每一份计算书模板程序对应一个子系统，并且都嵌入了相应的设计标准、规范、格式等信息。

舰船的每一份计算书模板程序包含2份模板文件：Excel模板文件和Word模板文件。Excel模板文件中嵌入了带有舰船设计原理的VBA程序［8-10］；Word模板文件具有标准化格式，它的某些特定位置被插入了书签。利用Office软件的交互技术，Excel模板文件中的VBA程序可以通过书签控制Word模板文件并在其特定的位置插入指定的内容，如图1所示。

图1　计算书模板的架构图Fig.1 Frame diagram of calculation report template

系统上线运行后，可以按照以下方式运行：

1）计划人员在PDM中下达舰船某子系统计算书的任务包。

2）科长根据任务包，从模板库中选取对应的计算书模板程序，该系统将PDM服务器中对应的Excel模板与W ord模板以附件的形式自动关联到任务中。

3）编制人员在PDM中接到计算书的编制任务后，点击相应的按钮，Excel模板将显示在用户界面中。

4）编制人员在用户界面中输入设计参数，点击相应的按钮，该系统将依据输入的数据自动完成所有数学运算，同时自动生成符合格式要求的计算书文件。

5）编制人员对生成的计算书文件进行在线修改，检查确认后即完成计算书的编制任务。

6）校对、审核人员依次利用任务中附带的模板程序对计算书文件进行检查，并完成各自的工作流程。

PDM不保存计算书模板程序产生的过程数据，在编、校、审流程中依次存储每一个设计师最终的输入数据和计算书文件。舰船计算书自动生成系统的运行流程如图2所示。

图2　舰船计算书自动生成系统流程图Fig.2 Flow diagram of automatic generation system of calculation report for ships

3.2关键技术分析

3.2.1计算书模板程序库

依据系统的架构设计，计算书模板程序库中的每一份模板都包含一个Excel模板文件和一个Word模板文件。在Excel模板文件中设置了相应的数据输入框，并将舰船计算书设计原理中的规范标准和计算公式翻译成VBA程序代码嵌入到Excel模板文件中。同时，按照相关的质量体系标准设置Word模板文件的格式，并在其中的指定位置插入书签。最后，通过VBA程序读取Excel模板文件的数据，运算后再向Word模板文件输入数据，以实现计算书的自动生成功能。

在整个过程中，需要利用Office软件的数据交互技术。VBA程序从Excel模板文件读取的数据都在Excel的单元格中，VBA程序输入到Word模板文件的数据主要分为3类：字符串、数学公式和表格。下面分别举例说明。

1）VBA程序读取Excel中C9单元格的字符串可以采用如图3所示的方式。

图3　读取字符串的流程图Fig.3 Flow diagram of reading string

图5　输入数学公式的流程图Fig.5 Flow diagram of writing mathematical formula

2）VBA程序将字符串x输入到Word中书签“Place”的位置，可以采用如图4所示的方式。

图4　输入数据的流程图Fig.4 Flow diagram of writing data

针对其他数学公式，也可以采用类似的方法，在添加数学函数时选取相应的函数名称即可。

4）VBA程序将Excel中从单元格C14到单元格F45区域的表格输入到Word中书签“Table”的位置，可以采用如图6所示的方式。

图6　输入表格的流程图Fig.6 Flow diagram of writing table

此外，将各类计算书中设计数据之间的关联关系转换为关联函数，将共用的设计标准和规范转换为阈值函数，汇集成函数库并存储于PDM数据库中，各类计算书模板程序在运行的时候均可调用这些关联函数和阈值函数，这样不仅可以杜绝连带错误，还可避免质量隐患。

3.2.2 PDM集成模块

图7　 PDM集成模块的模型图Fig.7 Modular diagram of integrationmodule in PDM

在图7所示的模型图中，WTDocument对象为PDM系统中的设计文档，CalculateTemplate对象为计算书模板，在继承设计文档的基础上，还添加了“设计标准”属性，用于描述该计算书模板是基于哪些规范或者标准而设计的，以供用户在选取模板时参考。同时，WTDocument对象与CalculateTemplate对象建立Link关系，一份设计文档对应于某一个版本的计算书模板。更进一步，同一个图号中不同版本的设计文档可以对应不同版本的计算书模板。

PDM集成模块的代码主要由JS代码和JAVA代码组成，下面将分别介绍代码的设计结构。

1）JS代码设计。

计算书模板维护页面和计算书文档任务页面用Ext-JS开发。

（1）计算书模板维护页面。

计算书模板维护包括2个类：一个是dse.calculate.MaintainPanel类，该类为计算书模板维护的主面板，包含init函数和deleteCalculateTemplate函数；另一个是dse.calculate.SaveCalculateTemplateW in类，该类为创建计算书模板和更新计算书模板的窗口，包含init函数和save函数。

（2）计算书编制提交任务页面。

使用现有的流程框架，创建CalculateTemplateSubmitPanel类。

在计算书文档任务页面中，主要实现的功能是调用Excel模板文件中的VBA程序。Excel文件中嵌入的VBA程序满足如下格式：

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

……

End Sub

用户点击生成计算书按钮时，由JS使用ntko控件操作Excel文件和Word文件，生成计算书的代码满足如下格式：

function（）｛

varobj_excel=xxx；//obj_excel变量为ntko控件生成的Excel对象

varobj_word=xxx；//obj_word变量为Word模板对象

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）；//运行VBA中的计算程序

Ext.Msg.alert（“Succe”，“计算书已生成！”）；｝

（3）计算书签审任务。

使用现有的流程框架，创建CalculateTemplateReviewPanel类。

2）JAVA代码设计。

在PDM原有的基础上，创建ext.dse.calculate. CalculateTemplateMgr类，该类继承ext.dse.http.BizObjMgr类，完成所有的计算书相关服务器操作，其所包含的主要方法如表1所示。

同时，还创建了ext.dse.calculate.Temp lateToDocLinkMgr类，该类继承ext.dse.http.BizObjMgr类，完成所有的计算书模板与设计文档关联的服务器操作，其所包含的主要方法如表2所示。

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

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

4　系统测试及分析

根据以上设计思想，针对船舶系统专业的计算书进行试点，编制了某船11个子系统的计算书模板程序，并集成到PDM测试系统中试运行，每份计算书模板程序均在10 s内即完成了所有运算并自动生成了计算书文件。

更进一步地，利用以上设计思想，在各专业设计师的配合下，可以针对舰船其他专业的计算书进行模板程序的开发，开发后的模板程序既能集成于PDM运行，也能在单机上运行，并且具备良好的可移植性。

另外，利用以上设计思想开发的计算书模板程序具备易修改性。舰船计算书的设计原理可能会随着时间的推移不断发生变化，根据系统的架构设计思想，计算书的设计原理嵌入在Excel模板的VBA程序中，因此，程序开发人员根据专业设计人员的需求，能够及时对计算书模板程序进行修改，以保证计算书自动生成系统的正常运行。

5　结语

本文通过分析传统的计算书编制方式，对基于PDM的舰船计算书自动生成技术进行了研究，将舰船设计标准和规范以程序的方式嵌入到计算书模板文件中，利用Office在线编辑技术在PDM中设计了一种实现舰船计算书自动生成的系统，该系统部署上线后，大幅提高了专业设计人员编制计算书的计算准确度和计算效率，在舰船总体设计过程中为设备配置、初步方案形成奠定了良好的基础，其在提升舰船研制周期的同时，还可以加强舰船设计过程中的质量管控，沉淀设计知识。

［1］邵开文，马运义.舰船技术与设计概论［M］.2版.北京：国防工业出版社，2014.

［2］姜广煜.基于NAPA大宽深比船舶总纵强度计算程序系统研究［D］.镇江：江苏科技大学，2008.

［3］李慧蕾.Tribon模型的数据提取方法及舰船规范测试应用研究［D］.镇江：江苏科技大学，2012.

［4］王瑶.海上单体高速客船结构规范设计系统开发［D］.武汉：武汉理工大学，2010.

［5］张星君，夏利娟，赵党.Tribon船体模型的数据信息文件快速生成的开发［J］.船舶工程，2010，32（1）：56-59. ZHANG Xingjun，XIA Lijuan，ZHAO Dang.Development of fast generation of data information documents for Tribon hullmodel［J］.Ship Engineering，2010，32 （1）：56-59.

［6］陈柘.制造业PDM系统的研究与实现［D］.南昌：南昌大学，2010.

［7］徐青.舰船总体设计流程分析［J］.中国舰船研究，2012，7（5）：1-7. XUQing.Analysisof the overallwarship design process ［J］.Chinese JournalofShip Research，2012，7（5）：1-7.

［8］黄维，陈烈军.利用VBA编制舵计算书模板［J］.船舶，2002（1）：60-63. HUANGWei，CHEN Liejun.VBA'sapplication on developing the temp late for rudder calculation［J］.Ship and Boat，2002（1）：60-63.

［9］周卫.基于VBA的Excel测量程序开发技术［J］.测绘通报，2005（6）：37-40. ZHOU Wei.The development of surveying programs with Excel based on VBA［J］.Bulletin of Surveying and Mapping，2005（6）：37-40.

［10］汪竹.用Excel中VBA编制船舶涂装管理系统［J］.江苏船舶，2002，19（5）：25-28.

［责任编辑：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网络出版时间：2015-7-28 17:25:06

朱佳文（通信作者），男，1985年生，博士，工程师。研究方向：船舶数字化设计。E-mail：77306854@qq.com肖鹏安，男，1972年生，高级工程师。研究方向：船舶数字化设计