基于Web的質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)研究

方 強(qiáng)，曾 暢，鞏常蘭，孔維禮，吳 軍

(1.中國艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064;2.華中科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，武漢 430074)

隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展及其在艦艇上的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代水面艦艇的技術(shù)含量和復(fù)雜程度越來越高。這給如何在水面艦艇研制的全生命周期過程中控制與保證艦艇設(shè)計(jì)質(zhì)量帶來了新的挑戰(zhàn)。為了提高艦船設(shè)計(jì)質(zhì)量，國內(nèi)外專家一直不懈地開展質(zhì)量特性分析方法的創(chuàng)新研究。Brian 等研究了面向質(zhì)量的設(shè)計(jì)理論與方法，提出將用戶需要的質(zhì)量主動(dòng)通過設(shè)計(jì)過程合成到產(chǎn)品中去，在達(dá)到高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)低成本的目標(biāo)［2］。Wu 研究了以試驗(yàn)設(shè)計(jì)和信噪比設(shè)計(jì)為工具的穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法，通過分析引起產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)或引起產(chǎn)品功能偏離目標(biāo)值的原因來選取合適的因素的實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量產(chǎn)品［3］。Carnevalli 探討了質(zhì)量功能展開方法，將用戶需求轉(zhuǎn)換成為產(chǎn)品特征、零部件特征、工藝特征、質(zhì)量與生產(chǎn)計(jì)劃等技術(shù)需求，使所設(shè)計(jì)和制造的產(chǎn)品能真正滿足顧客需求，該方法已被三菱重工神戶造船廠成功地應(yīng)用于船舶設(shè)計(jì)與制造中［4］。然而，開展水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)與分析，涉及大量的知識(shí)與信息(如設(shè)計(jì)過程信息、設(shè)計(jì)結(jié)果信息、設(shè)計(jì)知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)信息等)，而且具有結(jié)構(gòu)與關(guān)系復(fù)雜、模型構(gòu)造困難等特點(diǎn)。同時(shí)其設(shè)計(jì)過程需要在質(zhì)量特性信息流上，由分布在不同地理位置的眾多設(shè)計(jì)人員協(xié)同進(jìn)行。因此，水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)需要強(qiáng)有力的工具與系統(tǒng)的支撐，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間提供合適的設(shè)計(jì)方法與相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)與管理。基于此，本文基于B/S 模式，運(yùn)用最新的J2EE 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于Web 的水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)，使分散于不同地理位置的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行信息交換和業(yè)務(wù)過程交互成為可能。

1 質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的需求分析

質(zhì)量特性是水面艦艇質(zhì)量的載體，是水面艦艇達(dá)到相應(yīng)功能及性能需求的結(jié)構(gòu)、材料、工藝等設(shè)計(jì)參數(shù)及質(zhì)控要求，分為通用質(zhì)量特性和專用質(zhì)量特性。其中專用質(zhì)量特性是水面艦艇的各組成系統(tǒng)及其裝置滿足規(guī)定要求的質(zhì)量特性，如總體質(zhì)量特性和船體質(zhì)量特性等;通用質(zhì)量特性是水面艦艇的整體質(zhì)量特性，如可靠性、維修性、隱蔽性和生命力等。如圖1 所示，給出了質(zhì)量特性設(shè)計(jì)過程，包括概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)等階段。在每個(gè)階段，為了實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的質(zhì)量要求，需要開展質(zhì)量目標(biāo)制定、綜合設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)決策3 個(gè)質(zhì)量活動(dòng)，從而確定水面艦艇的結(jié)構(gòu)參數(shù)、容差及其工藝參數(shù)等，形成包括材料、外構(gòu)件和工藝的技術(shù)規(guī)范，樣機(jī)試驗(yàn)與試制規(guī)范，設(shè)計(jì)評(píng)審改進(jìn)和完善方案等等。由此可見，質(zhì)量特性形成依附于設(shè)計(jì)方案，是具體的質(zhì)量過程控制要求，中間蘊(yùn)含著從功能實(shí)現(xiàn)到質(zhì)量控制的復(fù)雜演化映射過程。

圖1 水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)水面艦艇設(shè)計(jì)過程的質(zhì)量驅(qū)動(dòng)性、系統(tǒng)規(guī)范性和并行性，提供設(shè)計(jì)質(zhì)量，水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)滿足如下需求。

1)質(zhì)量特性分析。水面艦艇是是一個(gè)非常復(fù)雜的海上工程建筑物，涉及到眾多系統(tǒng)、設(shè)備和裝置，其質(zhì)量特性指標(biāo)也繁多，為此需要從質(zhì)量工程“關(guān)鍵少數(shù)，次要多數(shù)”的角度開展質(zhì)量特性重要度分析，識(shí)別設(shè)計(jì)中關(guān)鍵質(zhì)量特性。同時(shí)，需要質(zhì)量特性沖突消減機(jī)制，當(dāng)質(zhì)量特性之間產(chǎn)生沖突時(shí)，可以進(jìn)行綜合分析。

2)質(zhì)量特性評(píng)價(jià)。水面艦艇研制過程受到眾多因素的影響與制約，其質(zhì)量特性值并非與設(shè)計(jì)規(guī)定的目標(biāo)值完全一致。為此需要開展質(zhì)量特征評(píng)價(jià)，從設(shè)計(jì)空間中找到滿足質(zhì)量特性目標(biāo)要求的設(shè)計(jì)，并進(jìn)一步找到最優(yōu)設(shè)計(jì)，從而有效地控制水面艦艇的設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3)信息共享與集成。水面艦艇設(shè)計(jì)模式日益趨向網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)同化、并行化、敏捷化和個(gè)性化。為此需要對(duì)水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)信息進(jìn)行系統(tǒng)管理，在保證信息完整性、一致性、可追溯性和安全性的前提下，使得設(shè)計(jì)過程中的各種信息得到充分共享。同時(shí)需要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)質(zhì)量特性信息源的集成，以實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的信息集成，避免信息資源浪費(fèi)。

2 質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)的技術(shù)需求，給出水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的主要功能模塊，包括質(zhì)量特性設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成和系統(tǒng)管理等，如圖2 所示。

1)質(zhì)量特性設(shè)計(jì)模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)質(zhì)量特性設(shè)計(jì)信息的分析、評(píng)價(jià)與管理，包括質(zhì)量特性指標(biāo)體系構(gòu)建、質(zhì)量特性綜合分析、質(zhì)量特性綜合評(píng)價(jià)、質(zhì)量BOM 管理與維護(hù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)等功能。

2)系統(tǒng)集成模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與其他現(xiàn)有的信息系統(tǒng)和設(shè)計(jì)開發(fā)工具的信息集成功能，包括信息采編器、信息封裝發(fā)布、信息查詢與調(diào)用等功能。

3)系統(tǒng)管理模塊。該模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行日常管理與維護(hù)，包括注冊(cè)登陸管理、用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)庫管理與維護(hù)等功能。

圖2 水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)功能模塊

2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程分析

質(zhì)量特性設(shè)計(jì)是一個(gè)由眾多設(shè)計(jì)人員參與的，根據(jù)各自的角色職責(zé)，利用各自的工具執(zhí)行所分配任務(wù)的復(fù)雜過程，具體包括概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)四個(gè)設(shè)計(jì)階段。如圖3 所示，給出水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程的UML 序列圖。

圖3 中，每個(gè)設(shè)計(jì)階段都由設(shè)計(jì)質(zhì)量目標(biāo)制定與分析、設(shè)計(jì)質(zhì)量綜合設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)3 個(gè)活動(dòng)。質(zhì)量目標(biāo)制定與分析活動(dòng)是從質(zhì)量特性屬性層中提取出最為關(guān)鍵的質(zhì)量特性指標(biāo)以及質(zhì)量特性指標(biāo)間耦合與沖突的消減。質(zhì)量綜合設(shè)計(jì)活動(dòng)是通過分析影響質(zhì)量特性的可控因素和不可控因素，采用系統(tǒng)化和模塊化的方式進(jìn)行反復(fù)迭代，使每一步的輸出都滿足規(guī)定的質(zhì)量目標(biāo)。質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)活動(dòng)是以規(guī)定的質(zhì)量目標(biāo)為依據(jù)，從設(shè)計(jì)空間中找到滿足要求的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步找到最優(yōu)設(shè)計(jì)。

圖3 質(zhì)量特性設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程的UML 序列圖

3 基于Web 的質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)開發(fā)

3.1 系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)是基于B/S 模式的，其軟件架構(gòu)采用了目前流行的一種Web 應(yīng)用程序開源框架，即Struts 2.0、Spring 2.5 和Hibernate 3.2 集成框架，并選取Tomcat 6.0 作為系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器，MS SQL Server 2000 作為系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)庫。如圖4 所示，其軟件架構(gòu)主要包括業(yè)務(wù)表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)處理層、數(shù)據(jù)訪問層和信息系統(tǒng)層等。

圖4 質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

1)業(yè)務(wù)表現(xiàn)層。業(yè)務(wù)表現(xiàn)層是用戶與系統(tǒng)之間交互的接口，用戶通過Web 瀏覽器等訪問系統(tǒng)。開發(fā)采用Struts 2.0 框架，綜合運(yùn)用JSP、Servlet、HTML、JavaScript、CSS、自定義標(biāo)簽庫和第三方標(biāo)簽庫等技術(shù)，使得開發(fā)出的用戶界面能夠完全滿足人機(jī)交互的要求，并且具有結(jié)構(gòu)層次分明、代碼復(fù)用性好等特點(diǎn)。

2)業(yè)務(wù)處理層。業(yè)務(wù)處理層是整個(gè)框架的核心，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)功能模塊的實(shí)現(xiàn)，包括基礎(chǔ)層、核心層和功能層?；A(chǔ)層是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)權(quán)限與安全、應(yīng)用服務(wù)配置和運(yùn)行監(jiān)控等業(yè)務(wù);核心層主要負(fù)責(zé)定義系統(tǒng)涉及到的各種業(yè)務(wù)過程，支持系統(tǒng)管理員以過程控制方式對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行管理;功能層主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能模塊。該層開發(fā)采用Spring 2.5 框架，通過IOC 容器、AOP、DAO、ORM 等組件為業(yè)務(wù)表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)訪問層提供業(yè)務(wù)服務(wù)和管理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的各種業(yè)務(wù)功能。

3)數(shù)據(jù)訪問層。數(shù)據(jù)訪問層主要負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)邏輯對(duì)底層支撐數(shù)據(jù)庫的訪問。通過數(shù)據(jù)訪問層，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中各種表單僅僅做局部調(diào)整時(shí)，只需要修改接口中的數(shù)據(jù)表示，而不需要觸動(dòng)業(yè)務(wù)表現(xiàn)層代碼和業(yè)務(wù)處理層代碼。該層開發(fā)采用Hibernate 3.5 框架，通過Session、SessionFactory、Transaction、Query 和Configuration 等5 個(gè)接口，將系統(tǒng)運(yùn)行中各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對(duì)象存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，或者從數(shù)據(jù)庫中獲取信息重新裝配數(shù)據(jù)對(duì)象。

4)信息系統(tǒng)層。信息系統(tǒng)層主要負(fù)責(zé)對(duì)質(zhì)量特性設(shè)計(jì)中涉及到信息系統(tǒng)(如PDM、TRIBON、ERP 等)進(jìn)行統(tǒng)一管理，以保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。該層開發(fā)采用XML Schema 和Web Services 等技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)集成接口。

此外，該系統(tǒng)通過實(shí)現(xiàn)與第三方的一些特殊應(yīng)用工具集成，為其他工具的開發(fā)提供支持，如利用i-Report/Jasper-Report 開發(fā)報(bào)表系統(tǒng)和利用jBPM 開發(fā)業(yè)務(wù)流程控制工具等。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的開發(fā)遵從J2EE 技術(shù)框架和Web 服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)現(xiàn)界面如圖5 所示。系統(tǒng)測(cè)試合格后部署于服務(wù)器上，授權(quán)的設(shè)計(jì)人員通過IE 瀏覽器訪問該系統(tǒng)，能夠分布式協(xié)同地開展質(zhì)量特性指標(biāo)體系構(gòu)建、質(zhì)量特性綜合分析、質(zhì)量特性綜合評(píng)價(jià)、質(zhì)量BOM 管理與維護(hù)等工作。

圖5 質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的用戶界面

4 結(jié)束語

本文通過分析水面艦艇質(zhì)量特性綜合設(shè)計(jì)的功能與技術(shù)需求，采用最新的信息技術(shù)，設(shè)計(jì)了水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)的功能模塊、業(yè)務(wù)流程和技術(shù)框架，進(jìn)而開發(fā)了相應(yīng)的原型軟件系統(tǒng)。水面艦艇質(zhì)量特性設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):

1)靈活性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要具有一定的靈活性，可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行功能擴(kuò)展，能夠隨需而變地滿足不同設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)改變的需求，提高整個(gè)系統(tǒng)的可適應(yīng)性和可維護(hù)性。

2)集成性。集成性是該系統(tǒng)的重要目標(biāo)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)和設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的集成需求。原先孤立的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)過整合、集成后，應(yīng)該進(jìn)行綜合查詢，保證數(shù)據(jù)的完整性、一致性、可追溯性和安全性。

3)重用性。該系統(tǒng)能夠最大化重用內(nèi)部的遺留系統(tǒng)資源，從而減少重復(fù)開發(fā)量。

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