0 前言
船舶設(shè)計研發(fā)是船舶制造企業(yè)業(yè)務(wù)過程的起點，也是企業(yè)各業(yè)務(wù)單元信息流的源頭。因此設(shè)計研發(fā)信息化往往成為船舶制造業(yè)開展信息化建設(shè)的突破口。而在設(shè)計研發(fā)信息化中，信息化應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)是最大的難點，也是決定其成敗的關(guān)鍵。開展設(shè)計信息化應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)立足于對目前企業(yè)設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)存在問題的分析，以解決實際問題為目標，同時考慮目前的信息化系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀，長遠規(guī)劃，分步實施，使信息化建設(shè)與常規(guī)業(yè)務(wù)開展協(xié)調(diào)一致進行。
1 設(shè)計部現(xiàn)狀及存在問題
1.1 信息化系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀及存在問題
該船廠設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)現(xiàn)狀如表1所示，從內(nèi)部來看，其信息化系統(tǒng)建設(shè)尚存在欠缺點，從整個企業(yè)角度看，設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)已形成信息孤島，難以和其他業(yè)務(wù)單元形成有效的信息流通。
表1 信息化系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀
該廠設(shè)計部部署了采用B/S架構(gòu)的設(shè)計數(shù)據(jù)管理軟件，該系統(tǒng)實現(xiàn)了PDM中圖文檔管理的部分功能，但其與Tribon沒有進行集成，在存儲圖紙時，需要出圖后導(dǎo)出DXF圖紙，較為繁瑣。
1.2 設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及存在問題
業(yè)務(wù)問題會給信息化系統(tǒng)建設(shè)帶來阻礙，同時信息化系統(tǒng)的欠缺與不足也會成為設(shè)計深度、廣度、準確度提升所不可逾越的鴻溝。這里主要從三個方面總結(jié)該廠設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)中存在的問題。
1.2.1 設(shè)計信息編碼體系
設(shè)計信息編碼體系的制定工作量較大，與設(shè)計部的人員配置不足形成矛盾，因而設(shè)計部并沒有開展該項工作，而是順延到物資部門進行，但該編碼僅由分管不同類型物資的主管憑個人經(jīng)驗制定，無固化標準。
1.2.2 歷史設(shè)計數(shù)據(jù)梳理
該廠設(shè)計部對如下三種不同的歷史數(shù)據(jù)的梳理情況如下：
●三維設(shè)計模型：該廠針對生產(chǎn)設(shè)計的參數(shù)化三維模型數(shù)據(jù)庫建立尚存欠缺，只是進行了一部分的端切、型材以及小型零部件的模型數(shù)據(jù)庫建立，而消防設(shè)備、管舾裝件以及門窗等設(shè)備未能實現(xiàn)參數(shù)化驅(qū)動。
●圖紙：設(shè)計數(shù)據(jù)管理軟件可以實現(xiàn)基本的圖紙管理功能，但由于沒有實現(xiàn)與CAD的集成，無法保證存檔圖紙的實時更新與完整性，單船主管采用紙質(zhì)圖紙存檔的情況依然存在，這些因素都大大降低了存檔圖紙對后續(xù)船舶設(shè)計工作的參考價值。
●設(shè)計錯誤：該廠生產(chǎn)設(shè)計的錯誤率較高，以某型散貨船為例，即便排除內(nèi)部協(xié)調(diào)修改的錯誤，生產(chǎn)設(shè)計錯誤仍可達760余處；針對錯誤率匯總分析只是停留在收集、匯總錯誤階段，沒有形成錯誤分析文件供后續(xù)設(shè)計工作參考。
1.2.3 設(shè)計流程
該廠的設(shè)計流程中存在如下問題：
●設(shè)計流程存在冗余環(huán)節(jié)：各專業(yè)間CAD系統(tǒng)的異構(gòu)導(dǎo)致船體專業(yè)與其他專業(yè)間設(shè)計信息流轉(zhuǎn)實時性差、數(shù)據(jù)損失嚴重，使得設(shè)計流程中增加了不必要的環(huán)節(jié)。例如，機裝、甲裝、電裝、舾裝專業(yè)需要以船體專業(yè)建立的模型為背景，但由于上述限制，這些專業(yè)需要在于SPD中進行船體及舾裝件的快速建模的基礎(chǔ)上，才可開展設(shè)計工作。
●設(shè)計更改流程未能規(guī)范化管理：在設(shè)計更改方面，由于沒有軟件支持，在發(fā)生設(shè)計更改時，由設(shè)計部下發(fā)紙質(zhì)修改通知單，具體的部門間協(xié)調(diào)工作由造船管理部完成，無固化的設(shè)計更改流程。
2 設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)改進及對信息化系統(tǒng)的要求
2.1 設(shè)計信息編碼體系
如圖1所示，設(shè)計信息編碼體系是企業(yè)內(nèi)其他編碼體系通過映射機制集成的根源[1]。該廠可借鑒SFI船舶編碼標準來制定設(shè)計信息編碼體系，同時考慮項目類型及信息化系統(tǒng)建設(shè)對編碼體系的影響，該編碼體系應(yīng)隨著船舶項目和信息化系統(tǒng)建設(shè)的更迭不斷完善、深化。
圖1 設(shè)計信息編碼體系構(gòu)成及主導(dǎo)作用
構(gòu)建設(shè)計信息編碼體系是進行設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)建設(shè)的必備基礎(chǔ)，同時也對信息化系統(tǒng)提出了要求：為了保障設(shè)計信息編碼體系在全廠信息編碼體系中的主導(dǎo)作用，需要將現(xiàn)有的設(shè)計信息孤島與后續(xù)業(yè)務(wù)單元相貫通，即在設(shè)計部內(nèi)部，應(yīng)通過實施統(tǒng)一的CAD系統(tǒng)來打破船體專業(yè)與其他專業(yè)的信息交流屏障；在整個企業(yè)中，通過部署PDM并實現(xiàn)PDM系統(tǒng)與CAX、ERP之間的集成來使ERP的使用擴展到設(shè)計業(yè)務(wù)中，連接起從設(shè)計到物資及后續(xù)環(huán)節(jié)的信息流通渠道。
2.2 歷史設(shè)計數(shù)據(jù)梳理
對應(yīng)前面對該廠在歷史設(shè)計數(shù)據(jù)梳理方面的現(xiàn)狀及問題分析，應(yīng)在信息化應(yīng)用系統(tǒng)的推動下，在三維設(shè)計模型、圖紙、設(shè)計錯誤三個方面進行改進：
●三維設(shè)計模型：應(yīng)在實施CAD、PDM并實現(xiàn)二者集成的基礎(chǔ)上，構(gòu)建形成設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)的產(chǎn)品資源體系；針對舾裝件、小型設(shè)備、型材端切等，建立參數(shù)化驅(qū)動模型，使各專業(yè)共享數(shù)據(jù)模型資源，提高協(xié)同設(shè)計效率。
●圖紙：以CAD的出圖模塊與PDM的圖紙入庫功能無縫集成為技術(shù)基礎(chǔ)[2]，充分利用PDM的電子圖檔管理功能，實現(xiàn)設(shè)計圖紙的實時入庫、更新、查詢、版本管理。
●設(shè)計錯誤：設(shè)計錯誤的統(tǒng)計、整理與分析通常意義上需借助知識管理平臺實現(xiàn)，但考慮到知識管理系統(tǒng)在國內(nèi)船舶行業(yè)應(yīng)用尚無成熟的解決方案，可借助PDM來在局部上實現(xiàn)該功能，其余部分以業(yè)務(wù)模型構(gòu)建為主；實際上，PDM的諸多模塊與知識管理系統(tǒng)存在功能重疊，知識管理平臺也是以PDM的圖文檔管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、項目管理等模塊為基礎(chǔ)來實現(xiàn)其功能的[3]。
2.3 設(shè)計流程再造
開展設(shè)計業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)建設(shè)需要設(shè)計流程再造作為其指導(dǎo)思想和業(yè)務(wù)基礎(chǔ)。結(jié)合上面對該廠設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀的分析，其進行設(shè)計流程再造存在兩個關(guān)鍵點：
●標準化：將設(shè)計流程劃分為幾個特定階段，在船型更迭的過程中，不斷應(yīng)用和優(yōu)化，借助PDM系統(tǒng)形成標準化的設(shè)計流程。
●并行化：實施并行設(shè)計尤其要求先進的管理技術(shù)與信息技術(shù)與之相適應(yīng)，包CAD/CAE/CAPP一體化、PDM等[4]。
以企業(yè)調(diào)研為依據(jù)，結(jié)合以上兩個關(guān)鍵點，規(guī)劃了設(shè)計業(yè)務(wù)流程，作為PDM工作流管理的實施基礎(chǔ)。如圖2所示，基于該流程在設(shè)計信息系統(tǒng)的支持下開展并行設(shè)計工作，對于整個設(shè)計流程再造而言，CAD的二次開發(fā)也是必需工作[5]。
圖2 設(shè)計流程再造
3 信息化系統(tǒng)建設(shè)
3.1 信息化系統(tǒng)總體架構(gòu)及建設(shè)路線
如圖3所示，在應(yīng)用系統(tǒng)總體功能框架中，設(shè)計層是總體框架的基礎(chǔ)和核心，通過對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、挖掘和分析為業(yè)務(wù)協(xié)同層的協(xié)調(diào)指揮、決策層的管理決策提供準確的數(shù)據(jù)支持。
圖3 應(yīng)用系統(tǒng)總體功能框架
在明確設(shè)計研發(fā)系統(tǒng)在整體系統(tǒng)架構(gòu)中所處的位置后，需要對其中子系統(tǒng)間的相關(guān)性進行分析，以對各應(yīng)用系統(tǒng)實施順序、對集成應(yīng)用前瞻性考慮的需求大小作出判斷。如圖4所示，在設(shè)計研發(fā)信息化系統(tǒng)中，PDM是匯聚CAX數(shù)據(jù)的中心，同時，PDM還起到設(shè)計信息流通至其他業(yè)務(wù)單元的“中轉(zhuǎn)”作用[6]。
圖4 以PDM為核心的的設(shè)計研發(fā)系統(tǒng)相關(guān)性分析
因此，該廠在進行設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)的信息化系統(tǒng)建設(shè)時，若首先考慮PDM的可擴展化部署可以在很大程度上避免后期建設(shè)對前期建設(shè)的修改；但實際上，企業(yè)的信息化應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)很難做到一步到位，一般需要在兩輪甚至更多輪循序漸進的過程中不斷的摸索與調(diào)整，“推翻重建”也難以避免。因此，建議在前幾輪建設(shè)中，在利用原有應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，本著“急用先行”的原則，首先完成CAD的統(tǒng)一更換；在后期建設(shè)中，結(jié)合PDM在我國船舶行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀，前瞻性的開展PDM實施，保證其開放性與長期使用的穩(wěn)定性，并預(yù)留與CAX中間件/接口的開發(fā)能力。這樣，接下來應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)便可以在原有架構(gòu)上擴展，以盡可能減少對原有架構(gòu)的修改。
3.2 以PDM為核心的集成開發(fā)
由前面的分析，為了保證設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)的整體性，消除內(nèi)部信息孤島，開展以PDM為核心的集成開發(fā)是十分必要的，而進行集成開發(fā)關(guān)鍵在于合理選擇系統(tǒng)集成方式并理清系統(tǒng)間的接口數(shù)據(jù)內(nèi)容。
3.2.1 系統(tǒng)集成方式選擇
在以PDM為核心的應(yīng)用系統(tǒng)集成方面，表2列舉了三種可選集成方法，考慮到該企業(yè)設(shè)計研發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的不確定性與多樣性，建議采用EAI中間件的方式來進行系統(tǒng)集成[7]。
表2 應(yīng)用系統(tǒng)集成方法對比
考慮到信息化系統(tǒng)建設(shè)的階段性，也可以暫采用系統(tǒng)接口的方式來進行集成開發(fā)，后期再過渡到EAI中間件的方式。
3.2.2 與CAX的集成開發(fā)
如圖5所示，PDM是CAX的信息匯聚點，將以PDM為中心的系統(tǒng)間接口數(shù)據(jù)內(nèi)容分析如下[8]：
圖5 以PDM為中心的系統(tǒng)間接口數(shù)據(jù)內(nèi)容
1）PDM-CAD：CAD和PDM之間共有3類接口數(shù)據(jù)：
●模型：進行船舶設(shè)計時，設(shè)計產(chǎn)生的三維模型在PDM中進行統(tǒng)一管理；
●EBOM、圖紙、報表：CAD的數(shù)據(jù)輸出不僅包括了所建立的模型，還包括出圖模塊產(chǎn)生的圖紙和報表模塊產(chǎn)生的生產(chǎn)設(shè)計報表，這些數(shù)據(jù)都需要在PDM中進行歸檔管理，PDM則通過EBOM實現(xiàn)與CAD的信息傳遞；
●設(shè)計任務(wù)書：生產(chǎn)設(shè)計人員在進行設(shè)計時首先從PDM中獲取設(shè)計任務(wù)，設(shè)計工作完成后，將工作成果上傳至PDM提交審核；
在以上三類相關(guān)點中，我國多數(shù)船舶制造企業(yè)只在圖紙、報表、設(shè)計任務(wù)書幾個方面實現(xiàn)了CAD與PDM間的信息集成，對于模型和EBOM的集成尚不成熟，因此建議該廠可暫規(guī)避此相關(guān)點。
同時，在進行與CAD的集成開發(fā)時，要保證實現(xiàn)增量式的數(shù)據(jù)接收方法，因為邊設(shè)計、邊生產(chǎn)、邊修改是造船企業(yè)最顯著的特點，這就意味著CAD數(shù)據(jù)的抽取要根據(jù)技術(shù)資料的準備情況不斷的對新資料進行增量接收，因此應(yīng)制定接口規(guī)范和描述約定以保證重復(fù)接收CAD數(shù)據(jù)的一致性和可重用性。
2）PDM-CAPP：CAPP和PDM之間共有3類接口數(shù)據(jù)：
●設(shè)計信息：CAPP需要從PDM中獲取瀏覽級的設(shè)計信息來進行工藝設(shè)計，進而為后續(xù)過程提供工藝過程信息；
●設(shè)計修改要求：在PDM中的設(shè)計更改流程觸發(fā)時，PDM將設(shè)計修改要求傳遞給CAPP，工藝設(shè)計人員在CAPP中完成對應(yīng)的工藝設(shè)計修改；
●MBOM：工藝設(shè)計人員在CAPP中完成工藝設(shè)計任務(wù)后，生成MBOM，為了支持與PDM的信息集成，CAPP產(chǎn)生的工藝過程信息需要分解成基本信息單元存放于PDM的工藝信息庫中；
3）PDM-CAE：CAE分析人員根據(jù)CAD設(shè)計人員的分析申請，從CAE系統(tǒng)上調(diào)用PDM服務(wù)，從中獲取相關(guān) CAD 模型和設(shè)計約束條件等信息，分析完成后，將分析結(jié)果導(dǎo)入PDM并通知設(shè)計人員。
3.2.3 與ERP的集成開發(fā)
為了消除設(shè)計業(yè)務(wù)的信息孤島，勢必要進行PDM與ERP的集成開發(fā)[9]。如圖6所示，PDM向ERP提供的數(shù)據(jù)有：工藝過程信息（存儲在PDM的工藝信息庫中）、設(shè)計物料清單、圖紙、報表。ERP利用PDM提供的這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制訂主生產(chǎn)計劃、物料需求計劃、采購計劃以及車間作業(yè)計劃等。PDM除了要向ERP提供信息外，還要從ERP系統(tǒng)中獲取設(shè)備資源信息和原材料信息，以滿足CAPP系統(tǒng)的運行。
圖6 PDM與ERP間接口數(shù)據(jù)內(nèi)容
3.3 主要應(yīng)用系統(tǒng)實施風(fēng)險分析
分別從業(yè)務(wù)上線、軟件更換、系統(tǒng)集成、二次開發(fā)四個指標來分析主要應(yīng)用系統(tǒng)的實施風(fēng)險，如表3、表4所示。四個評價指標含義如下：
●業(yè)務(wù)上線：對于原先沒有系統(tǒng)支持的設(shè)計業(yè)務(wù)，在系統(tǒng)實施的最初階段，難以構(gòu)建具體的業(yè)務(wù)框架，且正常的設(shè)計業(yè)務(wù)不能停止，因此新舊體系間的沖突難以避免。
●軟件更換：分為業(yè)務(wù)調(diào)整、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移兩個子指標。
●系統(tǒng)集成：為了保證應(yīng)用系統(tǒng)功能的有效使用，需要進行與其他應(yīng)用系統(tǒng)的集成來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效互通。
●二次開發(fā)：若應(yīng)用系統(tǒng)局部不能適應(yīng)企業(yè)業(yè)務(wù)需求，需進行二次開發(fā)。
表3 CAD實施風(fēng)險分析
表4 PDM實施風(fēng)險分析
3.4 對現(xiàn)有CAD的處理方式
目前在不同專業(yè)間應(yīng)用異構(gòu)CAD的方式已經(jīng)嚴重制約了該廠設(shè)計工作的順利開展，因此必須對現(xiàn)有CAD系統(tǒng)進行統(tǒng)一。CAD的更換應(yīng)考慮歷史設(shè)計數(shù)據(jù)的復(fù)用問題，在分析歷史設(shè)計數(shù)據(jù)復(fù)用價值的基礎(chǔ)上，考慮業(yè)務(wù)的平穩(wěn)過渡，給出建議的處理方式，如表5所示。
表5 歷史數(shù)據(jù)的復(fù)用價值及建議處理方式
圖紙數(shù)據(jù)是企業(yè)設(shè)計知識積累的基礎(chǔ)形式，具備長期利用價值，在更換CAD系統(tǒng)時，保留起來較為容易，在信息化系統(tǒng)建設(shè)的前期階段，可暫時考慮利用現(xiàn)有的圖紙管理系統(tǒng)或FTP服務(wù)器來進行保留，在部署了PDM系統(tǒng)之后，可以將圖紙入庫到PDM進行統(tǒng)一梳理。
對于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，由于現(xiàn)有CAD數(shù)據(jù)庫的封閉性，難以實現(xiàn)到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫到其他CAD系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移，即便轉(zhuǎn)移可實現(xiàn)，也必然伴隨數(shù)據(jù)的失真，人工修復(fù)的工作量未必比重建的工作量小。因此，必須開展基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的重建。
而工程數(shù)據(jù)庫僅對于系列船存在復(fù)用價值，同時考慮企業(yè)在更換CAD系統(tǒng)需要經(jīng)歷設(shè)計模式的調(diào)整期，且須保障此階段設(shè)計、生產(chǎn)工作的正常進行，因此對工程數(shù)據(jù)庫建議采用逐步過渡的方式來進行保留：
●第一階段：新舊CAD同時開展工作，新CAD組的工作重點應(yīng)放在設(shè)計模式與設(shè)計軟件的磨合上，舊CAD組重點保障設(shè)計工作的正常進展。
●第二階段：通過虛擬機運行舊CAD的方式來實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的瀏覽級保留。
●第三階段：舊CAD廢止，全面采用新CAD系統(tǒng)開展設(shè)計工作。
結(jié)論
針對某船舶制造企業(yè)的設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，找出由于信息化系統(tǒng)建設(shè)的不足對設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)產(chǎn)生的制約，結(jié)合設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)的改進對信息化系統(tǒng)建設(shè)做了較為深入的探討，為該船企設(shè)計研發(fā)信息化建設(shè)乃至全廠信息化建設(shè)作了基礎(chǔ)性鋪墊。將這些經(jīng)驗與觀點在此分享，希望能為國內(nèi)船企的信息化建設(shè)提供借鑒與參考。
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本文標題：某船舶制造企業(yè)設(shè)計研發(fā)業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)建設(shè)探討
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