船舶管系通艙件設(shè)計(jì)管理方法與應(yīng)用實(shí)踐

雷洪濤， 賈成軍， 王 炎

(江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 上海 201913)

0 引 言

船舶產(chǎn)品相比其他產(chǎn)品而言，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且零件繁多、系統(tǒng)龐大，其設(shè)計(jì)建造具有多專業(yè)、多變更的特點(diǎn)，導(dǎo)致在設(shè)計(jì)各個(gè)階段，專業(yè)之間及專業(yè)內(nèi)部都存在著頻繁的技術(shù)交流、信息反饋和設(shè)計(jì)變更，設(shè)計(jì)中常處于邊設(shè)計(jì)、邊更改、邊制造的重復(fù)過程。如果不加以管控，將造成設(shè)計(jì)責(zé)任無法追溯、設(shè)計(jì)狀態(tài)不能跟蹤、模型權(quán)限不可控制等問題。為保證船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的完整性、有效性、一致性和可跟蹤性，需要對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行有效管控，不僅需要保證設(shè)計(jì)過程的過程控制和權(quán)限控制，而且需要正確、及時(shí)地傳遞設(shè)計(jì)信息。

1 船舶設(shè)計(jì)管理現(xiàn)狀

船舶產(chǎn)品常處于邊設(shè)計(jì)、邊更改、邊制造的迭代設(shè)計(jì)過程，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)狀態(tài)很難實(shí)現(xiàn)有效管控。目前業(yè)內(nèi)針對(duì)船舶設(shè)計(jì)更改管理研究較少，國內(nèi)外針對(duì)船舶設(shè)計(jì)過程進(jìn)行研究的文獻(xiàn)也較為少見，現(xiàn)有可查閱文獻(xiàn)大多針對(duì)設(shè)計(jì)成熟度進(jìn)行研究，通常將設(shè)計(jì)與管理分開，設(shè)計(jì)與管理為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的過程，未能實(shí)現(xiàn)基于設(shè)計(jì)流程驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)管理。另外，現(xiàn)有船舶設(shè)計(jì)管理可參考研究大多只停留在理論階段，并沒有應(yīng)用于實(shí)際船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)之中。

三維體驗(yàn)平臺(tái)融合CATIA端三維設(shè)計(jì)和ENOVIA端產(chǎn)品設(shè)計(jì)管理，在飛機(jī)和汽車設(shè)計(jì)制造行業(yè)得到廣泛的推廣和應(yīng)用[1]，但在船舶行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段。雖然該平臺(tái)為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)管理提供可能，但尚無有效功能和方法實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)管理，業(yè)內(nèi)更是鮮有文獻(xiàn)針對(duì)該平臺(tái)開展船舶設(shè)計(jì)更改管理研究。

2 船舶管系通艙件設(shè)計(jì)管理方法

為實(shí)現(xiàn)船舶設(shè)計(jì)過程的有效管控，以船舶管系通艙件為研究對(duì)象，利用三維體驗(yàn)平臺(tái)成熟度的理念，重點(diǎn)圍繞基于設(shè)計(jì)流程驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)管理、設(shè)計(jì)管理流程梳理、設(shè)計(jì)管理流程與設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)聯(lián)等方面展開相應(yīng)研究，最終實(shí)現(xiàn)通過設(shè)計(jì)流程驅(qū)動(dòng)管系通艙件的設(shè)計(jì)管理。

2.1 基于設(shè)計(jì)流程驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)管理

傳統(tǒng)的船舶設(shè)計(jì)管理方法中，設(shè)計(jì)過程與管理過程相互獨(dú)立，管理人員有時(shí)無法完全了解和控制設(shè)計(jì)人員的任務(wù)狀態(tài)。為解決這些問題，研究基于設(shè)計(jì)流程驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)管理的方法，通過在設(shè)計(jì)流程中管控設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)象成熟度的方式[2]，使得設(shè)計(jì)和管理實(shí)現(xiàn)有效融合。

研究發(fā)現(xiàn)，將任務(wù)定義為獨(dú)立的對(duì)象，可有效實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與管理過程的融合。任務(wù)對(duì)象作為獨(dú)立的數(shù)據(jù)類型，可定義必要的屬性信息，同時(shí)也可關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)模型、執(zhí)行人員、審核人員、參考文檔等。任務(wù)對(duì)象間也可定義必要的關(guān)聯(lián)關(guān)系，包括從屬關(guān)系、串并聯(lián)關(guān)系等?；谏鲜龆x的屬性和關(guān)系，設(shè)計(jì)任務(wù)的執(zhí)行過程受到嚴(yán)格的管控，管理人員只需通過跟蹤任務(wù)對(duì)象成熟度狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的管理[3]。

根據(jù)任務(wù)內(nèi)容和任務(wù)場(chǎng)景的不同需創(chuàng)建不同的任務(wù)對(duì)象類型，管系通艙件設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)象類型分為任務(wù)指令(CO)、任務(wù)執(zhí)行(CA)和更改請(qǐng)求(CR)，如表1所示。

表1 管系通艙件任務(wù)對(duì)象類型

設(shè)計(jì)任務(wù)的管理主要與任務(wù)對(duì)象的成熟度管理相關(guān)，通過對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象成熟度的管控可清楚了解各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和設(shè)計(jì)狀態(tài)[4]。以CA對(duì)象為例，當(dāng)設(shè)計(jì)任務(wù)達(dá)到一定階段時(shí)，通過切換CA成熟度狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)CA的過程管理。所以，任務(wù)對(duì)象成熟度劃分的科學(xué)性將決定管理過程的復(fù)雜程度。經(jīng)研究歸納，管系通艙件設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)象、模型成熟度及成熟度之間的關(guān)系如圖1所示，審核過程自下而上完成，流程關(guān)閉過程自上而下完成。

圖1 管系通艙件設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)象、模型成熟度及成熟度之間的關(guān)系

2.2 設(shè)計(jì)管理流程梳理

為有效實(shí)現(xiàn)基于設(shè)計(jì)流程驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)管理，針對(duì)管系通艙件的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，對(duì)其設(shè)計(jì)管理流程進(jìn)行梳理，主要包括設(shè)計(jì)任務(wù)分配、設(shè)計(jì)任務(wù)交接及設(shè)計(jì)CR等3方面內(nèi)容[5]。

管系通艙件設(shè)計(jì)任務(wù)分配主要指專業(yè)主辦人員將設(shè)計(jì)任務(wù)下發(fā)至專業(yè)相關(guān)設(shè)計(jì)人員的過程。需要專業(yè)主辦人員和設(shè)計(jì)人員兩種角色共同參與，通過基于設(shè)計(jì)流程驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)管理，創(chuàng)建CO及CA對(duì)象，完成任務(wù)創(chuàng)建、分派、執(zhí)行、審核過程，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的閉環(huán)管控過程。管系通艙件設(shè)計(jì)任務(wù)分配管理流程如圖2所示。

圖2 管系通艙件設(shè)計(jì)任務(wù)分配管理流程

在設(shè)計(jì)任務(wù)分配的整個(gè)流程中，伴隨著任務(wù)對(duì)象成熟度狀態(tài)的變化，當(dāng)所有任務(wù)對(duì)象狀態(tài)達(dá)到完成時(shí)，任務(wù)流程達(dá)到閉環(huán)狀態(tài)。流程開始時(shí)，專業(yè)主辦人員創(chuàng)建CO對(duì)象，并在該對(duì)象下創(chuàng)建兩個(gè)串聯(lián)的CA對(duì)象，一個(gè)用于管控設(shè)計(jì)任務(wù)分配，另一個(gè)用于后續(xù)專業(yè)間設(shè)計(jì)任務(wù)交接。基于定義的串聯(lián)關(guān)系，只有當(dāng)?shù)?個(gè)CA對(duì)象任務(wù)完成后，第2個(gè)CA對(duì)象才能被執(zhí)行。專業(yè)主辦人員首先通過第1個(gè)CA對(duì)象指派相關(guān)設(shè)計(jì)人員執(zhí)行設(shè)計(jì)任務(wù)。當(dāng)專業(yè)主辦人員將其成熟度切換至“工作中”時(shí)，設(shè)計(jì)人員收到來自專業(yè)主辦人員的任務(wù)分配，查看任務(wù)內(nèi)容并開展設(shè)計(jì)工作；當(dāng)設(shè)計(jì)任務(wù)完成時(shí)，將該CA對(duì)象成熟度提升至“審核中”，交由專業(yè)主辦人員審核設(shè)計(jì)成果。專業(yè)主辦人員收到來自設(shè)計(jì)人員的審核通知：若設(shè)計(jì)無誤，則審核通過，CA成熟度變?yōu)椤巴瓿伞睜顟B(tài)，設(shè)計(jì)任務(wù)分配流程結(jié)束；若設(shè)計(jì)有誤，則專業(yè)主辦人員拒絕審核通過，CA成熟度降至“工作中”，交由設(shè)計(jì)人員執(zhí)行設(shè)計(jì)修正。當(dāng)設(shè)計(jì)任務(wù)分配流程閉環(huán)時(shí)，管系通艙件以列表形式自動(dòng)呈現(xiàn)在任務(wù)交接中。設(shè)計(jì)任務(wù)發(fā)起專業(yè)主辦人員在CA對(duì)象中指派交接負(fù)責(zé)人后，切換成熟度狀態(tài)至“審核中”，發(fā)起交接請(qǐng)求，另一專業(yè)或區(qū)域主辦人員接收到交接申請(qǐng)，若審核通過，則交接流程閉環(huán)，同時(shí)CA對(duì)象及其所在的CO對(duì)象成熟度達(dá)到完成狀態(tài)。

設(shè)計(jì)CR主要指設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容存在問題需要向?qū)I(yè)主辦人員發(fā)起設(shè)計(jì)CR并執(zhí)行設(shè)計(jì)更改的過程，與設(shè)計(jì)任務(wù)分配流程類似，區(qū)別在于需要設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建CR對(duì)象，發(fā)起CR，若請(qǐng)求通過，再完成任務(wù)創(chuàng)建、分派、執(zhí)行等過程，最終實(shí)現(xiàn)任務(wù)的閉環(huán)管控過程。

2.3 設(shè)計(jì)管理流程與設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)聯(lián)

基于設(shè)計(jì)流程驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)任務(wù)管理流程需要與設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以便在流程上跟蹤設(shè)計(jì)任務(wù)狀態(tài)及管控設(shè)計(jì)任務(wù)的修改權(quán)限。當(dāng)設(shè)計(jì)任務(wù)分配給指定設(shè)計(jì)人員后，CA對(duì)象的名稱將作為設(shè)計(jì)任務(wù)的唯一標(biāo)識(shí)貫穿整個(gè)CA過程，這就需要將該標(biāo)識(shí)作為模型對(duì)象屬性添加到模型上，建立任務(wù)對(duì)象與模型對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以便實(shí)現(xiàn)模型的權(quán)限管理及任務(wù)對(duì)象對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容的跟蹤。另外，在設(shè)計(jì)更改過程中，還需將更改信息批量添加到模型中，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)更改內(nèi)容的追溯。設(shè)計(jì)人員在遞交任務(wù)時(shí)通過批處理方式，將設(shè)計(jì)任務(wù)標(biāo)識(shí)及相關(guān)屬性批量添加至模型上，并實(shí)時(shí)同步至相關(guān)聯(lián)的CA對(duì)象中，使其可同步顯示相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容。

為有效實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)管理，設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)象和設(shè)計(jì)模型需進(jìn)行嚴(yán)格的權(quán)限管控。設(shè)計(jì)模型通過識(shí)別設(shè)計(jì)任務(wù)對(duì)象的成熟度狀態(tài)，對(duì)設(shè)計(jì)模型的編輯權(quán)限進(jìn)行限制，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)內(nèi)容被隨意修改導(dǎo)致設(shè)計(jì)管理出現(xiàn)偏差甚至失控。在通常情況下，CO權(quán)限歸創(chuàng)建者所有，其他人員無權(quán)進(jìn)行任何操作；CA對(duì)象只有在“工作中”時(shí)，編輯權(quán)限才轉(zhuǎn)移至相應(yīng)的設(shè)計(jì)任務(wù)分配人員，在其他狀態(tài)下，編輯權(quán)限歸創(chuàng)建者所有；CR對(duì)象雖然由設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建，但是當(dāng)設(shè)計(jì)人員遞交審核后，CR權(quán)限轉(zhuǎn)移至審核人員，設(shè)計(jì)人員再無編輯權(quán)限。設(shè)計(jì)模型的編輯權(quán)限與相關(guān)聯(lián)的CA對(duì)象成熟度狀態(tài)相關(guān)，當(dāng)設(shè)計(jì)模型與CA任務(wù)關(guān)聯(lián)后，只有當(dāng)CA對(duì)象成熟度狀態(tài)處于“工作中”時(shí)，設(shè)計(jì)人員才擁有編輯權(quán)限，其他狀態(tài)下設(shè)計(jì)模型處于鎖定狀態(tài)。

3 功能實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用實(shí)踐

基于三維體驗(yàn)平臺(tái)，通過二次開發(fā)手段將研究的管系通艙件設(shè)計(jì)管理方法及流程以操作界面方式實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)交互，主要分為管理端和設(shè)計(jì)端兩部分功能的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，管理端和設(shè)計(jì)端能夠?qū)崟r(shí)共享所管理的數(shù)據(jù)內(nèi)容。

3.1 管理端交互功能實(shí)現(xiàn)

依托三維體驗(yàn)平臺(tái)ENOVIA端相關(guān)功能模塊，通過二次開發(fā)可實(shí)現(xiàn)流程驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的管理方法實(shí)現(xiàn)?；陂_發(fā)的管理交互界面，不僅可實(shí)現(xiàn)CO、CA、CR對(duì)象的快速創(chuàng)建、對(duì)象屬性更改及成熟度狀態(tài)切換等操作，而且可通過任務(wù)對(duì)象成熟度狀態(tài)變化限制設(shè)計(jì)人員操作執(zhí)行權(quán)限，對(duì)設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)行為進(jìn)行有效的管理、記錄和跟蹤。管理端CO、CA創(chuàng)建交互功能界面如圖3所示。

圖3 管理端CO、CA對(duì)象創(chuàng)建

在整個(gè)流程過程中，通過WebService接口服務(wù)，實(shí)現(xiàn)郵件消息實(shí)時(shí)推送。例如，任務(wù)分配的CA對(duì)象成熟度狀態(tài)由“準(zhǔn)備中”切換至“工作中”時(shí)，被分配的設(shè)計(jì)人員會(huì)收到相應(yīng)郵件通知，通知內(nèi)容全部從CA屬性中提取，主要包括CA名稱、任務(wù)描述、任務(wù)節(jié)點(diǎn)等信息。通過該消息推送方法，有效提高設(shè)計(jì)的協(xié)同效率。

3.2 設(shè)計(jì)端交互功能實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)端交互功能主要在三維體驗(yàn)平臺(tái)的CATIA管路設(shè)計(jì)功能模塊實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員收到來自專業(yè)主辦人員的任務(wù)分配之后，開始執(zhí)行建模任務(wù)工作，并通過開發(fā)的交互功能界面實(shí)現(xiàn)如下功能：

(1) 自動(dòng)獲取被分配的CA任務(wù)名稱，并作為任務(wù)標(biāo)識(shí)批量寫入管系通艙件模型之中，建立任務(wù)對(duì)象與任務(wù)內(nèi)容的關(guān)聯(lián)。

(2) 一鍵輸出管系通艙件清單，并自動(dòng)與CA對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可通過查看CA直接查看管系通艙件清單。

(3) 通過交互界面遞交任務(wù)后，直接提升CA任務(wù)成熟度，同時(shí)鎖定設(shè)計(jì)模型，并通知專業(yè)主辦人員審核管系通艙件設(shè)計(jì)任務(wù)。

4 總 結(jié)

以船舶管系通艙件為研究對(duì)象，成功研究出可應(yīng)用于船舶行業(yè)的設(shè)計(jì)管理方法，目前該研究成果已在實(shí)船設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，并取得設(shè)計(jì)人員的高度認(rèn)可。該研究不僅實(shí)現(xiàn)三維體驗(yàn)平臺(tái)在船舶制造領(lǐng)域設(shè)計(jì)管理方面的應(yīng)用，而且也為船舶設(shè)計(jì)過程中其他專業(yè)的設(shè)計(jì)及更改管理過程提供借鑒和參考，具有一定的應(yīng)用和推廣價(jià)值。