朱佳文,肖鵬安中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心,湖北武漢430064
基于PDM的艦船計(jì)算書自動(dòng)生成技術(shù)
朱佳文,肖鵬安
中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心,湖北武漢430064
艦船的研制是一項(xiàng)涉及專業(yè)面廣、流程復(fù)雜的系統(tǒng)工程,傳統(tǒng)的艦船計(jì)算書編制流程繁瑣,存在質(zhì)量隱患。針對(duì)計(jì)算書編制流程復(fù)雜的問(wèn)題,提出一種新的基于PDM的計(jì)算書自動(dòng)生成系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用Office軟件的數(shù)據(jù)交互技術(shù)等信息化手段,將艦船設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以程序的方式嵌入到計(jì)算書模板文件中,同時(shí)利用Office在線編輯技術(shù),在PDM中建立基于模板的計(jì)算書開(kāi)放式管理框架,實(shí)現(xiàn)計(jì)算書文件數(shù)據(jù)與PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。該系統(tǒng)的上線運(yùn)行提升了專業(yè)人員設(shè)計(jì)過(guò)程中的計(jì)算準(zhǔn)確度和計(jì)算效率,在艦船總體設(shè)計(jì)過(guò)程中為設(shè)備配置、初步方案的形成奠定了良好的基礎(chǔ),同時(shí)也加強(qiáng)了艦船設(shè)計(jì)過(guò)程中的質(zhì)量管控,沉淀了設(shè)計(jì)知識(shí)。
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì);計(jì)算書;自動(dòng)生成;模板;船舶設(shè)計(jì)
艦船工程是一門涵蓋眾多學(xué)科的綜合性科學(xué)技術(shù)[1],不僅涉及的專業(yè)面廣泛,而且流程復(fù)雜。我國(guó)船舶設(shè)計(jì)院所的主要任務(wù)是輸出大量的專業(yè)技術(shù)文檔,包括工程圖紙、計(jì)算書和技術(shù)說(shuō)明書等。隨著船舶行業(yè)和信息化技術(shù)的飛速發(fā)展,利用信息化技術(shù)來(lái)改進(jìn)產(chǎn)品研制流程,從而提高設(shè)計(jì)師的工作效率,并且提升產(chǎn)品研制周期和質(zhì)量,已經(jīng)成為當(dāng)今船舶行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)[2-5]。
目前,許多研究設(shè)計(jì)單位利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)[6]來(lái)管理產(chǎn)品研制過(guò)程中產(chǎn)生的各類專業(yè)技術(shù)文檔。在艦船的各個(gè)設(shè)計(jì)階段[7],設(shè)計(jì)師需要編制大量的計(jì)算書文檔,在編制計(jì)算書的過(guò)程中,有時(shí)需要查閱各種設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,而且會(huì)遇到大量、復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式,對(duì)于每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都需要手動(dòng)操作計(jì)算軟件來(lái)獲得計(jì)算結(jié)果,然后再將計(jì)算結(jié)果寫入到計(jì)算書文檔中。另外,在艦船產(chǎn)品的研制過(guò)程中,設(shè)計(jì)師針對(duì)同一份計(jì)算書需要多次試算以達(dá)到理想的結(jié)果,重復(fù)計(jì)算也會(huì)浪費(fèi)大量時(shí)間。而且,由于計(jì)算書模板的管理不夠規(guī)范,專業(yè)設(shè)計(jì)人員對(duì)計(jì)算書格式的頻繁改動(dòng)可能會(huì)給計(jì)劃管理帶來(lái)很多不便,并可能造成嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。
針對(duì)上述問(wèn)題,通過(guò)對(duì)艦船計(jì)算書自動(dòng)生成技術(shù)的研究,將設(shè)計(jì)一種基于PDM的艦船計(jì)算書自動(dòng)生成系統(tǒng)。該系統(tǒng)的上線運(yùn)行能夠?qū)崿F(xiàn)艦船計(jì)算書的自動(dòng)生成,保證計(jì)算書編制過(guò)程中計(jì)算精度和格式的一致性,可大幅提高設(shè)計(jì)師的工作效率,既可縮短艦船研制周期,也可提高艦船的設(shè)計(jì)質(zhì)量。
1.1流程簡(jiǎn)介
目前,許多設(shè)計(jì)院所通過(guò)PDM系統(tǒng)來(lái)管理產(chǎn)品研制過(guò)程中產(chǎn)生的各類設(shè)計(jì)文檔(包含圖紙、計(jì)算書等),以提升整體工作效率。在PDM系統(tǒng)中,艦船計(jì)算書的任務(wù)流程一般按照編制、校對(duì)、標(biāo)檢、審定等環(huán)節(jié)進(jìn)行,并且設(shè)計(jì)人員的主要工作集中在編制環(huán)節(jié)。
設(shè)計(jì)師在PDM中接到計(jì)算書的編制任務(wù)時(shí),首先需要在自己的電腦上編制計(jì)算書文件,在編制過(guò)程中,有時(shí)需要查閱船舶行業(yè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,例如滅火劑濃度、管徑型號(hào)、供水強(qiáng)度、消火栓壓力等各類設(shè)計(jì)參數(shù)的取值;此外,計(jì)算書中的很多設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是通過(guò)計(jì)算軟件獲得,這就需要編制人員手動(dòng)操作計(jì)算軟件,再將計(jì)算結(jié)果寫入計(jì)算書中;最后,編制人員將計(jì)算書文件上傳到PDM中,校對(duì)、標(biāo)檢、審定人員再依次審閱完成各自的流程。
1.2存在的問(wèn)題
隨著產(chǎn)品研制任務(wù)的不斷加重,傳統(tǒng)的計(jì)算書編制方式對(duì)設(shè)計(jì)人員的工作效率產(chǎn)生了不良影響,主要問(wèn)題如下:
1)計(jì)算量大。
在計(jì)算書的編制過(guò)程中,存在著大量數(shù)學(xué)公式和閾值函數(shù)的運(yùn)算,無(wú)論是編制環(huán)節(jié)還是校對(duì)、標(biāo)檢、審定等環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)師都需要利用計(jì)算軟件對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核準(zhǔn),這樣就會(huì)在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)花費(fèi)大量的時(shí)間,嚴(yán)重影響工作效率。
2)重復(fù)計(jì)算。
針對(duì)同一個(gè)子系統(tǒng)的計(jì)算書,在不同型號(hào)的艦船中可能運(yùn)用了大量相同的數(shù)學(xué)公式;針對(duì)同一個(gè)PDM任務(wù),同一份計(jì)算書有時(shí)需要多次試算以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。以上情形中都存在重復(fù)計(jì)算的問(wèn)題,浪費(fèi)了大量時(shí)間。
3)質(zhì)量隱患。
設(shè)計(jì)人員在運(yùn)用計(jì)算軟件、將計(jì)算結(jié)果錄入計(jì)算書、調(diào)整計(jì)算書格式等過(guò)程中,偶爾可能會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤,而且不同計(jì)算書及設(shè)計(jì)文檔的數(shù)據(jù)之間存在著關(guān)聯(lián),往往一處錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致連帶錯(cuò)誤,這樣就會(huì)對(duì)艦船的研制帶來(lái)質(zhì)量隱患。
為了利用信息化技術(shù)提升艦船的研制效率,針對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算書編制方式,設(shè)計(jì)師迫切需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算書自動(dòng)生成并集成于PDM的系統(tǒng),其應(yīng)滿足以下功能:
1)系統(tǒng)的用戶界面友好并與PDM集成。
為了不影響設(shè)計(jì)師對(duì)已有PDM的使用習(xí)慣,艦船計(jì)算書自動(dòng)生成系統(tǒng)的界面應(yīng)該友好,具有良好的可移植性,并且與已有的PDM系統(tǒng)風(fēng)格保持一致,方便設(shè)計(jì)師使用。
2)系統(tǒng)自動(dòng)完成運(yùn)算并生成計(jì)算書。
艦船計(jì)算書中涉及的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范等信息應(yīng)該嵌入到該系統(tǒng)中,同時(shí)還要包括計(jì)算書的格式信息,設(shè)計(jì)師在輸入基本設(shè)計(jì)參數(shù)后,該系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)完成所有數(shù)學(xué)公式的運(yùn)算,并且自動(dòng)生成符合標(biāo)準(zhǔn)格式要求的計(jì)算書文件。
3)計(jì)算書支持在線修改和保存。
該系統(tǒng)在自動(dòng)生成計(jì)算書文件后,設(shè)計(jì)師還可以對(duì)該文件進(jìn)行在線修改和保存,在核準(zhǔn)無(wú)誤以后,設(shè)計(jì)師即可以完成任務(wù)流程。
3.1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行流程
為了滿足設(shè)計(jì)師的需求,提升艦船研制效率,設(shè)計(jì)的艦船計(jì)算書自動(dòng)生成系統(tǒng)主要包含2個(gè)部分,即PDM集成模塊和艦船計(jì)算書模板程序庫(kù)。
PDM集成模塊是連接PDM與艦船計(jì)算書模板程序庫(kù)的橋梁,它包含了用戶界面,同時(shí)對(duì)模板程序進(jìn)行管理。艦船計(jì)算書模板程序庫(kù)存放于PDM服務(wù)器中,每一份計(jì)算書模板程序?qū)?yīng)一個(gè)子系統(tǒng),并且都嵌入了相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、格式等信息。
艦船的每一份計(jì)算書模板程序包含2份模板文件:Excel模板文件和Word模板文件。Excel模板文件中嵌入了帶有艦船設(shè)計(jì)原理的VBA程序[8-10];Word模板文件具有標(biāo)準(zhǔn)化格式,它的某些特定位置被插入了書簽。利用Office軟件的交互技術(shù),Excel模板文件中的VBA程序可以通過(guò)書簽控制Word模板文件并在其特定的位置插入指定的內(nèi)容,如圖1所示。
圖1 計(jì)算書模板的架構(gòu)圖Fig.1 Frame diagram of calculation report template
系統(tǒng)上線運(yùn)行后,可以按照以下方式運(yùn)行:
1)計(jì)劃人員在PDM中下達(dá)艦船某子系統(tǒng)計(jì)算書的任務(wù)包。
2)科長(zhǎng)根據(jù)任務(wù)包,從模板庫(kù)中選取對(duì)應(yīng)的計(jì)算書模板程序,該系統(tǒng)將PDM服務(wù)器中對(duì)應(yīng)的Excel模板與W ord模板以附件的形式自動(dòng)關(guān)聯(lián)到任務(wù)中。
3)編制人員在PDM中接到計(jì)算書的編制任務(wù)后,點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕,Excel模板將顯示在用戶界面中。
4)編制人員在用戶界面中輸入設(shè)計(jì)參數(shù),點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕,該系統(tǒng)將依據(jù)輸入的數(shù)據(jù)自動(dòng)完成所有數(shù)學(xué)運(yùn)算,同時(shí)自動(dòng)生成符合格式要求的計(jì)算書文件。
5)編制人員對(duì)生成的計(jì)算書文件進(jìn)行在線修改,檢查確認(rèn)后即完成計(jì)算書的編制任務(wù)。
6)校對(duì)、審核人員依次利用任務(wù)中附帶的模板程序?qū)τ?jì)算書文件進(jìn)行檢查,并完成各自的工作流程。
PDM不保存計(jì)算書模板程序產(chǎn)生的過(guò)程數(shù)據(jù),在編、校、審流程中依次存儲(chǔ)每一個(gè)設(shè)計(jì)師最終的輸入數(shù)據(jù)和計(jì)算書文件。艦船計(jì)算書自動(dòng)生成系統(tǒng)的運(yùn)行流程如圖2所示。
圖2 艦船計(jì)算書自動(dòng)生成系統(tǒng)流程圖Fig.2 Flow diagram of automatic generation system of calculation report for ships
3.2關(guān)鍵技術(shù)分析
3.2.1計(jì)算書模板程序庫(kù)
依據(jù)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì),計(jì)算書模板程序庫(kù)中的每一份模板都包含一個(gè)Excel模板文件和一個(gè)Word模板文件。在Excel模板文件中設(shè)置了相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入框,并將艦船計(jì)算書設(shè)計(jì)原理中的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算公式翻譯成VBA程序代碼嵌入到Excel模板文件中。同時(shí),按照相關(guān)的質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置Word模板文件的格式,并在其中的指定位置插入書簽。最后,通過(guò)VBA程序讀取Excel模板文件的數(shù)據(jù),運(yùn)算后再向Word模板文件輸入數(shù)據(jù),以實(shí)現(xiàn)計(jì)算書的自動(dòng)生成功能。
在整個(gè)過(guò)程中,需要利用Office軟件的數(shù)據(jù)交互技術(shù)。VBA程序從Excel模板文件讀取的數(shù)據(jù)都在Excel的單元格中,VBA程序輸入到Word模板文件的數(shù)據(jù)主要分為3類:字符串、數(shù)學(xué)公式和表格。下面分別舉例說(shuō)明。
1)VBA程序讀取Excel中C9單元格的字符串可以采用如圖3所示的方式。
圖3 讀取字符串的流程圖Fig.3 Flow diagram of reading string
圖5 輸入數(shù)學(xué)公式的流程圖Fig.5 Flow diagram of writing mathematical formula
2)VBA程序?qū)⒆址畑輸入到Word中書簽“Place”的位置,可以采用如圖4所示的方式。
圖4 輸入數(shù)據(jù)的流程圖Fig.4 Flow diagram of writing data
針對(duì)其他數(shù)學(xué)公式,也可以采用類似的方法,在添加數(shù)學(xué)函數(shù)時(shí)選取相應(yīng)的函數(shù)名稱即可。
4)VBA程序?qū)xcel中從單元格C14到單元格F45區(qū)域的表格輸入到Word中書簽“Table”的位置,可以采用如圖6所示的方式。
圖6 輸入表格的流程圖Fig.6 Flow diagram of writing table
此外,將各類計(jì)算書中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系轉(zhuǎn)換為關(guān)聯(lián)函數(shù),將共用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范轉(zhuǎn)換為閾值函數(shù),匯集成函數(shù)庫(kù)并存儲(chǔ)于PDM數(shù)據(jù)庫(kù)中,各類計(jì)算書模板程序在運(yùn)行的時(shí)候均可調(diào)用這些關(guān)聯(lián)函數(shù)和閾值函數(shù),這樣不僅可以杜絕連帶錯(cuò)誤,還可避免質(zhì)量隱患。
3.2.2 PDM集成模塊
圖7 PDM集成模塊的模型圖Fig.7 Modular diagram of integrationmodule in PDM
在圖7所示的模型圖中,WTDocument對(duì)象為PDM系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)文檔,CalculateTemplate對(duì)象為計(jì)算書模板,在繼承設(shè)計(jì)文檔的基礎(chǔ)上,還添加了“設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”屬性,用于描述該計(jì)算書模板是基于哪些規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的,以供用戶在選取模板時(shí)參考。同時(shí),WTDocument對(duì)象與CalculateTemplate對(duì)象建立Link關(guān)系,一份設(shè)計(jì)文檔對(duì)應(yīng)于某一個(gè)版本的計(jì)算書模板。更進(jìn)一步,同一個(gè)圖號(hào)中不同版本的設(shè)計(jì)文檔可以對(duì)應(yīng)不同版本的計(jì)算書模板。
PDM集成模塊的代碼主要由JS代碼和JAVA代碼組成,下面將分別介紹代碼的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
1)JS代碼設(shè)計(jì)。
計(jì)算書模板維護(hù)頁(yè)面和計(jì)算書文檔任務(wù)頁(yè)面用Ext-JS開(kāi)發(fā)。
(1)計(jì)算書模板維護(hù)頁(yè)面。
計(jì)算書模板維護(hù)包括2個(gè)類:一個(gè)是dse.calculate.MaintainPanel類,該類為計(jì)算書模板維護(hù)的主面板,包含init函數(shù)和deleteCalculateTemplate函數(shù);另一個(gè)是dse.calculate.SaveCalculateTemplateW in類,該類為創(chuàng)建計(jì)算書模板和更新計(jì)算書模板的窗口,包含init函數(shù)和save函數(shù)。
(2)計(jì)算書編制提交任務(wù)頁(yè)面。
使用現(xiàn)有的流程框架,創(chuàng)建CalculateTemplateSubmitPanel類。
在計(jì)算書文檔任務(wù)頁(yè)面中,主要實(shí)現(xiàn)的功能是調(diào)用Excel模板文件中的VBA程序。Excel文件中嵌入的VBA程序滿足如下格式:
Public Sub generate(exl1 As Variant,wd1 As Variant)
……
End Sub
用戶點(diǎn)擊生成計(jì)算書按鈕時(shí),由JS使用ntko控件操作Excel文件和Word文件,生成計(jì)算書的代碼滿足如下格式:
function(){
varobj_excel=xxx;//obj_excel變量為ntko控件生成的Excel對(duì)象
varobj_word=xxx;//obj_word變量為Word模板對(duì)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);//運(yùn)行VBA中的計(jì)算程序
Ext.Msg.alert(“Succe”,“計(jì)算書已生成!”);}
(3)計(jì)算書簽審任務(wù)。
使用現(xiàn)有的流程框架,創(chuàng)建CalculateTemplateReviewPanel類。
2)JAVA代碼設(shè)計(jì)。
在PDM原有的基礎(chǔ)上,創(chuàng)建ext.dse.calculate. CalculateTemplateMgr類,該類繼承ext.dse.http.BizObjMgr類,完成所有的計(jì)算書相關(guān)服務(wù)器操作,其所包含的主要方法如表1所示。
同時(shí),還創(chuàng)建了ext.dse.calculate.Temp lateToDocLinkMgr類,該類繼承ext.dse.http.BizObjMgr類,完成所有的計(jì)算書模板與設(shè)計(jì)文檔關(guān)聯(lián)的服務(wù)器操作,其所包含的主要方法如表2所示。
表1 CalculateTemplateMgr類的主要方法Tab.1 The main methodsof CalculateTem plateMgr class
表2 TemplateToDocLinkMgr類的主要方法Tab.2 The main methods of TemplateToDocLinkMgr class
根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想,針對(duì)船舶系統(tǒng)專業(yè)的計(jì)算書進(jìn)行試點(diǎn),編制了某船11個(gè)子系統(tǒng)的計(jì)算書模板程序,并集成到PDM測(cè)試系統(tǒng)中試運(yùn)行,每份計(jì)算書模板程序均在10 s內(nèi)即完成了所有運(yùn)算并自動(dòng)生成了計(jì)算書文件。
更進(jìn)一步地,利用以上設(shè)計(jì)思想,在各專業(yè)設(shè)計(jì)師的配合下,可以針對(duì)艦船其他專業(yè)的計(jì)算書進(jìn)行模板程序的開(kāi)發(fā),開(kāi)發(fā)后的模板程序既能集成于PDM運(yùn)行,也能在單機(jī)上運(yùn)行,并且具備良好的可移植性。
另外,利用以上設(shè)計(jì)思想開(kāi)發(fā)的計(jì)算書模板程序具備易修改性。艦船計(jì)算書的設(shè)計(jì)原理可能會(huì)隨著時(shí)間的推移不斷發(fā)生變化,根據(jù)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)思想,計(jì)算書的設(shè)計(jì)原理嵌入在Excel模板的VBA程序中,因此,程序開(kāi)發(fā)人員根據(jù)專業(yè)設(shè)計(jì)人員的需求,能夠及時(shí)對(duì)計(jì)算書模板程序進(jìn)行修改,以保證計(jì)算書自動(dòng)生成系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
本文通過(guò)分析傳統(tǒng)的計(jì)算書編制方式,對(duì)基于PDM的艦船計(jì)算書自動(dòng)生成技術(shù)進(jìn)行了研究,將艦船設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以程序的方式嵌入到計(jì)算書模板文件中,利用Office在線編輯技術(shù)在PDM中設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)艦船計(jì)算書自動(dòng)生成的系統(tǒng),該系統(tǒng)部署上線后,大幅提高了專業(yè)設(shè)計(jì)人員編制計(jì)算書的計(jì)算準(zhǔn)確度和計(jì)算效率,在艦船總體設(shè)計(jì)過(guò)程中為設(shè)備配置、初步方案形成奠定了良好的基礎(chǔ),其在提升艦船研制周期的同時(shí),還可以加強(qiáng)艦船設(shè)計(jì)過(guò)程中的質(zhì)量管控,沉淀設(shè)計(jì)知識(shí)。
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[責(zé)任編輯: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網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2015-7-28 17:25:06
朱佳文(通信作者),男,1985年生,博士,工程師。研究方向:船舶數(shù)字化設(shè)計(jì)。E-mail:77306854@qq.com肖鵬安,男,1972年生,高級(jí)工程師。研究方向:船舶數(shù)字化設(shè)計(jì)