基于工程項目的裝備設計數據管理系統(tǒng)研究

俞葉平

摘要：文章以降低工程設計過程中的人力支出為出發(fā)點，探討一種工程設計尤其是裝備設計的數據管理方法，在最大程度上實現(xiàn)工程的快速設計，提高工程設計復用使用效率?；诖耍恼略O計出一種基于項目的裝備設計數據管理系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的構思及架構進行了分析。

關鍵詞：工程項目；裝備設計；數據管理系統(tǒng)；工程設計；人力支出；快速設計 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP311 文章編號：1009-2374（2016）20-0014-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.007

1 概述

計算機CAD繪圖取代人工手繪已經有很長的一段歷史了，這是工程設計史上的里程碑。隨著CAD參數化、ERP管理系統(tǒng)等各種概念的提出，在現(xiàn)代工程設計中，計算機的應用不僅僅是完成CAD繪圖工作，進行簡單的文件歸檔、管理，而是應該加入數據存儲分析、匯總統(tǒng)計、共享、并行工作、人工智能等功能，這樣能夠更大程度上解放勞動力，提高生產效率。更為關鍵的是通過將企業(yè)的技術經驗進行數據化存儲，這些技術經驗能夠有效地傳承并能夠快速應用于工程實際，確保企業(yè)利益，可以說計算機技術的應用已遠遠超出原有CAD的概念。

目前許多公司都擁有了自己的設計管理系統(tǒng)，其主要是用于設計文件（如CAD圖紙、計算書等）歸檔存儲，所有的工程信息存放在文件中，如Word文檔，而不是以數據的形式存放在系統(tǒng)中，這就造成無法通過搜索獲得工程項目信息，只能是有目標的下載具體文檔文件，通過打開文檔才能看到具體信息。同樣的某個具體設備的信息也是存放在CAD文件中，必須通過打開文檔才能獲知設備參數等信息。這些都阻止了信息的快速獲取，也是此類管理系統(tǒng)最大的弊端。要想讓工程設計能夠快速反應、迅速形成施工文檔，復用以往類似工程設計是一個捷徑。復用可以節(jié)省設計人員、審核人員的人力支出，與參數化設計系統(tǒng)共同構成了快速設計的兩大要素，因此復用管理也是企業(yè)工程設計數據管理所必備的重要內容。當前的大部分數據管理系統(tǒng)不能有效地實現(xiàn)工程設計的復用功能，人為操作量大，系統(tǒng)體系不夠完善，比如在企業(yè)承接一個新的工程后，該工程是否能夠復用以往工程需要有熟知本企業(yè)工程情況的專家才能夠確定。在不能整體復用的情況下，能否局部復用也是需要較資深的設計人員才能夠確定，并且在確認后如何組織復用，如何有效分工也是一項繁瑣的工作，一般都是逐個下載零部件資料再進行分發(fā)。過程中如果發(fā)現(xiàn)有些許不一樣，甚至會出現(xiàn)復用不如新建的現(xiàn)象，造成設計人員、審核人員額外人力支出，并增加系統(tǒng)數據冗余。

本文以降低工程設計過程中的人力支出為出發(fā)點，探討一種工程設計數據管理的方法，能夠在最大程度上實現(xiàn)工程設計快速復用。本文將計算機網絡技術、數據庫技術、CAD技術有機結合起來設計出一種基于項目的數據管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要面向冶金工程裝備設計。

2 系統(tǒng)構思

2.1 “自上而下”模式

冶金工程是一項非常復雜、多樣化的工程，每一個工程都有其不同的特點，對所有設備、零部件進行系列化工作需要投入很多的人力，并且不能夠完全預期未來實際工程特點。目前很多企業(yè)采用“自下而上”的模式，投入大量人力去構建底層零部件，以滿足未來可能工程設計，縮短工程設計周期，但由于前面所述冶金工程的特殊性，這種模式并不適合冶金工程設計應用。

本文中設計的數據管理系統(tǒng)采用的是“自上而下”模式，即將數據以工程項目為單元進行存儲，并通過不斷積累，最終實現(xiàn)冶金工程的快速設計。工程數據存儲采用樹形層次關系結構，并將工程設計中的所有信息以數據的型式存入到數據中心，其中文檔（如CAD/CAE文件）以地址鏈接形式存放，這樣便于企業(yè)原有管理系統(tǒng)的維護，每個層級的信息都有獨立的標簽。

2.2 基于工程項目的數據存放模式

系統(tǒng)的數據存儲以項目為單元進行存放，項目采用完整的組織結構，并可以包含空項。以連鑄機工程作為例子，連鑄機工程下級存放了公司已建各種連鑄機工程，如圖1所示：

在具體的一個連鑄機工程項目中又劃分了若干區(qū)域，如平臺上設備、主機去設備、后區(qū)設備等，每個區(qū)域下包含了該區(qū)域所有可能存在的設備，如圖2所示：

每一個設備下面又包含了所有的零部件，如扇形段設備，如圖3所示：

在完成以上的數據架構后，系統(tǒng)中需要設計每一級對應的數據輸入窗口界面，能夠錄入每一級類目的特征、關系信息。如在第一級工程信息中，需包含工程建設時間、連鑄機機型等見表1：

又如在每一個零件中應包含該零件所有的特征信息，這些特征信息能夠體現(xiàn)其唯一的特性，如扇形段設備中的分節(jié)輥零件，它應包含的信息見表2：

此外，設備層次的零部件中不僅僅包含特征信息，還應根據上下級關系錄入關系數據、文件關聯(lián)、使用反饋等信息，見表3。此類數據信息，在經過計算機匯總統(tǒng)計后，能夠快速地為后期的BOM表自動生成、圖紙目錄自動生成、制造采購等提供支撐。

2.3 數據管理系統(tǒng)構成

本文中的數據管理系統(tǒng)包括數據中心、檢索模塊、生成模塊、校驗模塊、歸檔模塊和管理模塊。其中數據中心是系統(tǒng)的核心，是其他模塊的根本。檢索模塊是關鍵，檢索功能的成功代表著系統(tǒng)功能的成功。生成模塊、校驗模塊、歸檔模塊是具體操作，最少的人為參與是其設計的目標。管理模式用于權限用戶的管理，系統(tǒng)數據的管理，如用戶權限范圍、設備屬性的增減等。圖4表達了各個模塊之間的關系：

2.3.1 數據中心。數據中心是系統(tǒng)的核心，以數據庫作為實際存在，其包含了工程所有的類目的信息如CAD/CAE文件、工程信息數據、用戶數據等。還應包括內部的信息數據，如零部件間的上下級關系，零部件重量、數量等，如圖5所示，具體實例見2.2節(jié)。

2.3.2 檢索模塊。檢索的目的是讓無知者獲取已有的信息，能夠快速得到工程所需資料，快速響應工程設計、工程報價。

本文中的系統(tǒng)的檢索功能能夠實現(xiàn)針對性檢索，即通過選擇屬性標簽，如鑄坯厚度、設備型式等，輸入對應的參數，得到對應的已有工程或設備。

企業(yè)承接到的連鑄機新項目中鑄坯厚度為200mm，結晶器的振動要求液壓驅動，扇形段要求采用三鉸點型式。項目設計負責人通過選擇以上對應的屬性標簽，輸入對應的參數，如果本企業(yè)有承接過類似的工程，系統(tǒng)將反饋這些工程的結果。設計負責人通過查看這些結果的其他數據信息，確定是否復用結果中的工程或者是采用整體復用或者局部復用。

成功的檢索功能能夠使企業(yè)的技術經驗積累得到良好的展現(xiàn)，為企業(yè)的長遠發(fā)展奠定基礎。

2.3.3 生成模塊。管理系統(tǒng)是服務于人，減少人的工作量，并設置規(guī)則，減少人為的錯誤。因此，生產模塊的設計需要考慮到智能、全面。根據企業(yè)的工作流程，應用計算機技術實現(xiàn)自動化作業(yè)，提高生產效率，降低錯誤發(fā)生率。

設計負責人在承接到新的設計任務后需要在系統(tǒng)中生成一個新的項目，并根據檢索結果，選擇項目下設備是為新設計、復用還是部分復用。確定新項目構成方案后，進行任務分配，并指引設計人員獲取設計資料，設計人員在此基礎上進行設計或修改，并錄入相關數據信息。

2.3.4 校驗模塊。校驗功能服務于生產模塊和歸檔模塊。在工程設計過程中，按照企業(yè)規(guī)則實現(xiàn)對過程進行校驗，降低返工頻率。

2.3.5 歸檔模塊。企業(yè)的每一個新項目的完成又是一次技術經驗積累，是對系統(tǒng)數據的完善。

新項目的工程設計在校驗合格后，進入歸檔工作。歸檔中上傳的文檔需在數據中心中進行二進制碼比對，如果數據中心中已含有該文檔，文檔不上傳，系統(tǒng)將指定已存在文檔鏈接到對應類目中。如此操作可以有效地避免數據冗余，增強系統(tǒng)的可持久性。

2.3.6 管理模塊。企業(yè)的技術經驗積累是企業(yè)的核心價值，其重要性不言而喻，因此系統(tǒng)的各級別用戶權限范圍需要進行設定，該設定功能在管理模塊下實現(xiàn)。

系統(tǒng)數據的管理也是一項重要內容，如及時備份能夠避免因突發(fā)事件造成數據的丟失。

此外，隨著技術的不斷進步，裝備的功能、結構型式將不斷變化，其屬性標簽將不斷變化，管理模塊還將實現(xiàn)設備屬性標簽的管理。

3 結語

相比于當前的管理系統(tǒng)，本文中的數據管理系統(tǒng)要求設計人員輸入較多的數據信息，在系統(tǒng)數據不完善情況下，需要花費較多的人力。然后隨著工程項目逐漸增多，系統(tǒng)數據逐漸完善，數據錄入的工作將會簡化成為數據選擇或數據局部修改。前期的數據錄入為后續(xù)的工作提供了數據支撐，通過計算機技術，可以實現(xiàn)BOM表自動生成、套圖目錄自動生成、采購清單自動匯總、制造信息自動生成，甚至將系統(tǒng)應用于項目前期，自動生成技術附件等。

本文中的管理系統(tǒng)不是否定以往系統(tǒng)，它可以借用原系統(tǒng)信息，尤其是CAD信息。它是針對有冶金工程的特點，對冶金裝備設計進行管理，有效地利用原有系統(tǒng)的數據地址，不與其他系統(tǒng)沖突。

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