基于PDM的船舶并行协同设计研究

分 类 号 密 级 U D C 单位代码 10151 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 宋晶晶 申请学位级别 硕士 学科与专业 船舶与海洋结构物设计制造 论文完成日期 2009 年 6 月 论文答辩日期 2009 年 6 月 26 日 指导教师 刘寅东 职称 教授 学位授予单位 大连海事大学 答辩委员会主席 The Research of Naval Parallel Collaborative Design based on PDM A thesis Submitted to Dalian Maritime University In partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineering By Song Jingjing （ Naval Architecture and Ocean Engineering） Thesis Supervisor: Professor Liu Yindong June 2009 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下 ,独立进行研究工作所取得的成果，撰写成博 /硕士学位论文 “ 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 ” 。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公 开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文 收录到中 国优秀博硕士学位论文 全文数据库（中国学术期刊（光盘版）电子杂 志社）、中国学位论文全文数据库（中国科学技术信息研究所）等数据库中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。 保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 保 密 在 年解密后适用本授权书。 不保密 （请在以上方框内打“” ） 论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 中 文 摘 要 摘 要 船舶设计是一个多专业、多系统、大规模的协同工作过程，周期长、过程复杂。 各专 业人员在同一时间、 不 同空间 ， 计算机网络的不同界面上设计同一产品时 ， 设计过程 需要各个专业进行频繁的协调。 由于这些相互独立的系统的数据存储和处理方式不同，不能实现各系统间信息的自动传递与交换，从而形成了 信息孤岛 ，使处于企业各部门和产品开发各阶段的数据的完整性、安全性 ， 以及与船舶产品相关信息的正常流动难以得到保障。随着信息技术和计算机技术的发展，在分布式虚拟环境中将现有的船舶 CAD/CAM/CAE 紧密集成起来 ， 并构成一个集论证、设计、建造、试验、服务于一体的并行协同设计系统成为了一种发展趋势。 船舶并行协同设 计 改变了传统的设计流程，使传统的船舶设计研制阶段之间的差别进一步模糊，用户更多地参与设计过程以及早期审批设计，使许多传统的分阶段设计工作能够平行地进行，以最大限度地提高船舶设计质量，大大缩短了船舶设计时间，降低船舶制造成本，提高企业的管理水平，增强企业的竞争能力和创新能力 。 本论文针对产品数据管理这种技术进行分析和研究，阐述了产品数据管理基本概念、总结了国内外研究现状，介绍了 PDM 系统体系结构和 产品数据管理软件 Windchill 软件 。重点 研究 了 船舶设计团队的组建 、 设计文档的管理 、文档审签流程、项目 计划 管理 、 船舶设计数据库 等 内容 ，并 通过对 Windchill 软件的二次开发 ， 实现并完善了这些 内容 ， 从而构 建 出船舶并行协同设计系统 。 关键词： 船舶 并行协同设计 ；分布式虚拟环境；产品数据管理 ； Windchill 英 文 摘 要 ABSTRACT Naval design is a multi-disciplinary, multi-system, large-scale collaborative, long cycle and complex process. The professional designers design the same product in the different interface of computer networks at the same time and the different design space. The design process needs various profession frequent coordination. Becouse of the different storage and processing way, can not transmit information and exchange automatically, so that it is difficult to ensure data integrity, security, and the normal flow of ship products information. With the development of information and computer technology, make the existing ship design tools CAD / CAM / CAE tightly integrated to constitute a demonstration, design, construction, testing, service in one parallel collaborative system, it is a trend of development. Ship parallel collaborative system has changed the traditional design process, makes traditional ship design and research phase to further blurr,users can involve in the design process as well as the early approval design, so that many traditional phases of design work can be carried out in parallel, to maximize the quality of ship d esign, greatly reduce the ship design time and shipbuilding costs, it can also improve the management level of enterprises and enhance their competitiveness and innovative ability. This paper researches product data management， and explains the basic concepts of product data management, sums up the research at home and abroad, introduces the PDM system and PDM software-Windchill. Focuses on creating team, the management of design document, document approval process, project management, ship design database, and so on. Through the secondary development of Windchill software to achieve and improve the function, build ship parallel collaborative system. Key words: Parallel Collaborative Design； Distributed Virtual Environment； Product Data Management； Windchill Secondary Development 目 录 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 国内外船舶总体设计数字化的现状 . 1 1.1.1 概述 . 1 1.1.2 国外船舶设计总体设计数字化的现状 . 1 1.1.3 国内船舶总体设计数字化的现状 . 2 1.2 船舶设计特点 及信息化要求 . 3 1.2.1 船舶设计具有以下特点 . 3 1.2.2 船舶设计的信息化要求 . 4 1.3 船舶设计制造目前的状况 . 5 1.4 并行工程 . 6 1.4.1 并行工程的特点 . 6 1.4.2 并行工程与传统设计开发模式的比较 . 6 1.4.3 船舶并行协同设计对 PDM 的需求 . 6 1.4.4 并行协同集成体系、层次、架构分析 . 9 1.5 本论文的主要研究内容 . 11 第 2 章 基于 PDM 的船舶并行协同设计 . 12 2.1 PDM 系统的主要功能 . 12 2.1.1 电子仓库 . 12 2.1.2 工作流与过程管理的功能 . 13 2.1.3 产品结构管理 . 15 2.1.4 变更管理 . 15 2.1.5 项目管理 . 16 2.2 Windchill 功能架构 . 18 2.3 Windchill 体系结构 . 19 2.3.1 数据层 . 20 2.3.2 服务层 . 20 2.4 Windchill 的应用开发 . 21 2.4.1 面向 对象建模 . 21 2.4.2 Windchill 对象模型 . 21 2.4.3 图形对象模型开发 . 22 2.4.4 系统生成 . 22 2.5 基于 PDM 的船舶并行协同设计总体框架 . 22 第 3 章 船舶设计团队的组建及权限赋予 . 24 3.1 Windchill PDM 中创 建组织、组、用户 . 24 3.1.1 创建组织 . 24 3.1.2 创建用户 . 24 3.1.3 创建组 . 25 3.2 角色的定制 . 27 3.2.1 角色层次图 . 27 3.2.1 角色定制过程 . 28 3.3 Windchill PDM 中创建团队 . 29 3.4 项目的创建及团队的建立 . 30 3.5 权限管理 . 33 3.5.1 访问控制规则 . 33 3.5.2 权限设置 . 34 3.5.3 设置首选项 . 35 第 4 章 船舶设计文档管理 . 37 4.1 文档属性 . 37 4.1.1 文档类型和所属部门的客户化 . 38 4.1.2 创建文档页面上添加密级属性 . 39 4.1.3 设计文档属性修改后示例 . 45 4.2 文档的拟制与提交 . 46 4.3 文档的存储 . 46 4.4 文档的修改过程 . 47 4.5 文档的版本管理 . 48 第 5 章 船舶设计文档审签流程 . 49 5.1 船舶设计制造流程 . 49 5.2 船舶设计文档生命周期的创建 . 49 5.3 工作流模板设计 . 53 5.4 审签页面开发 . 54 5.5 文档的审签流程示例 . 58 5.6 变更管理 . 61 5.6.1 变 更管理流程 . 61 5.6.2 变更管理团队 . 62 5.6.3 变更管理权限设置 . 62 5.6.4 变更管理示例 . 63 第 6 章 项目计划管理 . 68 6.1 项目计划管理方法 . 68 6.1.1 管理选项 . 68 6.1.2 通过交付项来管理项目计划 . 68 6.1.3 通过工作细分结构计划来管理项目 . 68 6.2 项目运作方式 . 69 6.2.1 手动计划运作 . 69 6.2.2 自动计划运作 . 69 6.3 定义项目交付项 . 70 6.4 定义项目里程碑 . 70 6.5 交付项与里程碑的关联 . 71 6.6 项目计划的创建方式 . 72 6.6.1 手动创建 计划 . 72 6.6.2 通过现有项目创建计划 . 72 6.7 项目计划管理示例 . 73 第 7 章 船舶设计数据库 . 76 7.1 船舶设计数据库内容 . 76 7.2 设置默认单位和来源 . 77 7.3 定制产品所处生命周期阶段 . 78 7.4 船舶设计数据库示例 . 79 结论 . 81 参考文献 . 82 附录 . 84 攻读学位期间公开发表论文 . 96 致 谢 . 97 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -1 - 第 1 章 绪论 1.1 国内外船舶总体设计数字化的现状 1.1.1 概述 船舶设计数字化技术是以现代知识集成的理念、方法为指导，将数字化并行设计技术、智能管理技术以及先进造船模式形结合的现代先进船舶设计技术，可综合应用于现代船舶的设计、测试与试验、管理和维护全生命周期的各阶段和各方面。而在分布式并行协同设计环境中实现船舶的数字化并行设计和评估，以虚拟样机和数字仿真为核心的数字化测试与试验，以现代造船模式和业务流程建模为核心的数字化管理，这代表了现代船舶设计的发展方向。因此，本论文研究对促进我国船舶设计理念和技术创新，形成船舶总体设计的新概念、新方法、实现船舶设计手段的 数字化和设计系统的集成化具有重要的意义 1。 1.1.2 国外船舶设计总体设计数字化的现状 1）信息化时代现代化的造船模式是一个发展的、动态的和不断寻求最佳状态的过程 90 年代初期，美国海上系统司令部几百名工程师接受了现代船舶并行协同生产方法和可生产性设计方面的训练。在初步设计期间制定了想象性的建造策略，这是 虚拟船厂 的关键，以便协助设计者从设计一开始就处理好可生产性。日本、韩国已经从 整体制造 、 分段制造 、 分道制造 过渡并已完成 集成制造 到当前正在发展的 敏捷制造 阶段。 2）船舶产品开发设计网 络化，实现异地协同设计 造船信息化建设中的船舶 CAE、 CAD、 CAT、 CAPP、 CAM、 PDM、 PLM 等都建立在网络上，实现船舶开发设计单位、船东、制造单位、供货单位、质保部门、船检部门等机构，实现资源共享，实现实时异地协同设计、检验、测试、定货与制造 2。 3）船舶产品配套电子商务化 第 1 章 绪论 - 2 - 船舶产品中大量设备、材料的订购计划、订购谈判和订购实施将都在国际互联网上进行，有效降低采购成本，提高采购质量，缩短配套设备的运行周期，电子商务网上交易已成为造船信息化建设的重要内容 3。 4）船舶产品设计、试验、测试和制 造技术智能和虚拟化 虚拟现实和虚拟仿真技术的成熟应用，将更适合于柔性较大的造船产品，虚拟设计、虚拟试验、虚拟测试和虚拟装配制造、先进的国家在造船产品中都已有成功应用的案例。 5）造船企业管理集团化和虚拟化 Web 技术已成为造船企业信息化建设的重要技术支撑，已完成 C/S 到 B/S 过渡，造船企业将设计、船舶模块制造、零件制造、部件安装和总装分成多个独立的企业，各自独立经营、企业为集团形式，但实质以虚拟构造。造船的信息化建设的模式不再是工厂型，而是虚拟集成型 4 5 6。 6）企业绿色化、清洁化和小型化 随着现代造船模式的建立，信息化时代的造船将物流管理作为整个船舶系统的重要组成部分，无论是原材料还是中间产品，将不再是工厂存放或极少存放，原材料利用率由于造船信息化应用将得到极大的提高，因此船厂不再设置大型仓库，大型场地，企业由大、全、乱变为小、清、精 7。 1.1.3 国内船舶总体设计数字化的现状 我国造船工业从 1970年开始，采用 CAD/CAM技术，使造船生产效率和加工质量有了较大的提高。 80年代后期，随着造船 CAD/CAE和 MIS技术的发展，产品设计开始丢掉图版，新产品开发设计周期有效缩短，船舶企业现代 化管理水平得到提高。 90年代中后期，国际先进的造船软件系统开始引进应用，骨干船厂应用三维建模技术建立产品电子信息模型。新技术的应用使国内造船水平上了新的台阶，产品建造总周期得到了有效缩短，产品建造质量明显提高。 CAD/CAM技术的深入应用为推进集成制造技术提供了信息源头， CIM技术和 CIMS开始在我国船厂应用。 CIMS的应用使产品制造和管理信息集成，从而能够实现制造信息高度共享和企业制造资源优化，全面提高企业运行效率 8。 我国数字化造船技术应用取得了很大成绩，但与造船强国相比存在如下问题： 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -3 - 1）数字化应 用的重点仍集中在解决技术与工程问题上，没有与企业的业务流程、运营模式和管理变革有效结合，尚未有效地促进体制创新、管理创新，难以发展数字化应有的效益。 2）产品设计、制造、管理信息一体化的集成度较低，数字化设计、制造、管理生产线各主线尚未贯通。 3）有些重要数字化技术领域的应用尚为空白或刚起步，如船舶虚拟设计、虚拟建造和产品数据管理等技术，因此产品先期研制水平低、周期长，数字化管理缺乏完整信息资源。 4）船舶制造资源优化配置技术的应用处于较低水平，企业的生产管理和协调仍以现场调度型为主，满足精细管理要求的造船 管理信息系统研究和应用尚处于初级阶段，管理基本还处于粗放型。 船舶核心软件基本从国外引进，将难以掌握数字化造船主动权。 世界造船强国加大数字造船 投入力度，以保持市场垄断地位。 先进造船国家的造船企业信息化建设已达到很高的水平，但是为了更牢固地垄断国际造船市场，这些国家正在以更大的投入发展数字化造船 。 1.2 船舶设计特点及信息化要求 1.2.1 船舶设计具有以下特点 1）分阶段、渐进式设计。船舶设计可分为合同设计、初步设计、船级社审定、详细设计和生产设计多个阶段。整个船舶设计过程是一个不断完善、不断细化的设 计过程。 2）多专业的协同设计。船舶设计包含总体、结构、舾装、轮机、空调和电气等多项专业设计，设计过程中，各专业之间的技术交流频繁。 3）多方参与的协同设计。船舶初步设计过程中，船舶设计所与船东、船厂之间的技术交流、设计更改频繁，多方的设计协同贯穿在整个设计过程中。 由于船舶设计具有上述的特点，以及外部环境和我所内部发展需求，迫切的要求建立一个船舶三维一体化并行协同设计平台： 第 1 章 绪论 - 4 - 1）信息集成平台。要求建立统一的设计资源平台，保证协同设计过程中技术交流的畅通和非歧义性，提供统一的全船信息共享。 2）基于网络的设 计过程集成与管理系统。在信息集成的基础上，推行并行工程，实现对船舶设计的过程集成与管理。通过项目管理，明确任务分解和工作流程来有效地协调各参与方的工作计划，并监控各参与方的工作执行情况。 3）基于分布式网络异地协同环境。提供对船舶专业协同设计、部门协同设计、异地协同设计的支持。 1.2.2 船舶设计的信息化要求 随着计算机及其信息技术的发展，船舶设计工具得到不断的改善，各种船舶设计、计算软件得到普遍推广。由于船舶产品复杂程度不断提高，对船舶产品设计质量和效率提出了更高的要求。如何实现船舶产品综合设计能力的进一 步提升，最大限度地缩短研制周期，提高设计质量，降低成本，是研究院所在竞争中制胜的关键。为此，并行工程、虚拟设计、产品数据管理、敏捷制造等新的设计、管理理念越来越受到重视。 图 1.1 并行工程特征模型 Fig.1.1 Parallel engineer model 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -5 - 1.3 船舶设计制造目前的状况 通过近几年的大规模资金投入 ， 引进 Tribon、 NAPA、 NASTRAN、 PATRAN等国外先进的船舶 CAD、 CAE软件 ， 经过开发使用和推广 ， 在提高设计质量和效率上取得了明显的效果。但是，必须清醒地认识到，与世界先 进水平相比，我们的设计技术总体水平还不高，信息化技术应用水平还不高。主要存在以下矛盾： 1）船舶设计数字化与电子数据管理之间的矛盾 目前，造船设计已经普遍采用 NAPA、 Tribon、 PATRAN等软件进行船舶的初步设计、三维数据结构建模、 CAE分析计算，并且在 CAD与 CAE软件之间的数据交换进行了一定的开发。 CAD、 CAE软件的使用，提高了船舶产品数字化、电子化，由此产生了大量的电子文档，这些电子数据由各自的软件系统管理，没有达到全船信息的共享，仍然存在大量的 信息孤岛 。船舶产品局部数字化程度的提高与全船 数据信息的共享与管理落后存在矛盾，如何有效的管理地管理全船电子信息数据，是亟待解决的问题之一，可以归结为 信息集成与共享问题。 2）传统设计模式与现代设计方法之间的矛盾 船舶设计目前很大程度上沿用着传统的串行设计模式。传统的串行设计模式使得船舶设计周期延长，无法满足船体、结构、舾装、轮机等专业之间、部门与部门之间、设计所与外界之间的协同设计要求。另外，船舶设计流程的流转以及过程管理与控制还没有做到自动化，基本采用人工方式。如何应用并行工程和信息化管理技术，重构、优化设计模式和流程，实现设计过程集成、管理与 控制，这也是需要研究和解决的问题，可以归结为 过程的集成与管理问题。 3）现代网络化环境与设计方法之间的矛盾 目前网络化环境下针对跨区域动态联盟的并行工程，在国际上没有现成的经验可以借鉴，网络化协同设计技术往往牵涉大量的管理模式、过程、标准和规范，也没有现成的全套经验可以借鉴，但是这是解决我国船舶建造周期、成本、质量等瓶颈问题的突破口，具有重大的理论和工程意义。 第 1 章 绪论 - 6 - 1.4 并行工程 并行工程在国际上引起了各国的高度重视，并行工程的思想正在越来越多的企业及产品开发人员接受和采纳。并行工程是对传统的产品开发的一种 根本性的改进，是一种新的设计理念，是对传统串行开发过程而提出的一个新概念，是集成地、并行地设计产品及有关的各种过程的系统方法。 并行工程是一门综合的自动化制造技术，其哲理和技术并不是简单的发明或创造，而是集成了设计制造中许多新的技术、模式、思想，经过系统化的抽象发展而成的。 1.4.1 并行工程的特点 并行工程的特点可以概括为四个 C： 并行性（ concurrent）：产品和过程设计在同一时间框架内并行进行； 约束性（ constrains）：将过程约束引入产品设计，简化制造、装配，降低成本； 协调性（ coordination）：协调产品和过程设计，获得成本、质量和交货需要的最佳匹配； 一致性（ consensus）：产品和过程设计的重大决策建立在全组成员意见一致的基础上。 1.4.2 并行工程与传统设计开发模式的比较 并行工程与传统串行设计开发方式的根本区别在于并行工程把船舶产品开发的各个活动看成是一个整体、并行的、集成的过程，并从全局优化的角度出发，对集成过程进行并行管理与控制。并行工程的重要目标是使船舶设计制造一次性成功，缩短产品开发周期。提高船舶设计质量、降低生产成本 9 10 11。 1.4.3 船舶并行协同设计对 PDM 的需求 1）船舶产品设计信息及时共享 目前的设计模式仍热是传统的串行设计工作模式，在船舶初步设计（方案设计）、详细设计、施工设计各个阶段中使用不同的设计计算软件，各个阶段设计的结果和数据不能及时共享，需要有一个全船信息共享平台，各设计阶段、不同专业、不同地域之间基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -7 - 的信息流通带来困难。 2）有效的图文档管理 设计院所多年的设计积累，堆积了大量的手工和电子文件（包括文本、图纸、声像等），对这些文档的管理缺乏动态和静态的有效管理。 在船舶设计过程中，设计文档的内容是在不断的变化，对这种随着设 计过程流转的设计文档缺乏动态管理，主要表现在： 设计文档版本的一致性：船舶设计过程中经常发生设计的修改和变更，目前缺乏有效的版本管理，使得在设计中常常发生不同人使用的图纸、文档版本不一致的情况。 设计文档信息的完整性：一个设计内容不仅有图纸，而且包括与之相关的其它所有信息，这些信息都是相关联的。我们缺乏有效的手段管理船舶产品的完整信息。 产品文件管理的有序性：船舶设计产生的数据量非常大，历史数据和现在正在设计产生的数据，采用手工管理方式，难以做到有序管理，给设计重用、共享、查阅带来极大不便。 文档的静态管理 （对应于我所的档案信息中心的管理）包括两个方面： 一是文书的归档管理：主要指行政机关的红头文件的归档管理。 一是科技文档的归档管理：船舶设计结束后，所有设计文档进行归档。许多优秀船舶设计产品，是宝贵的知识财富，应该提供方便的查询，支持知识重用。由于目前在船舶设计过程中对设计文档的动态管理缺乏有效的手段，给后期的档案的静态管理也带来困难。 因此设计过程中对文档的动态管理至关重要，后期文档的静态管理高效性依赖于前期的动态管理。 构建一套完整的图文档管理框架，建立完整的设计数据模型，在同一平台中管理好设计人员本人 的设计数据，同时有效地利用其他人的设计数据，能快捷方便地获取平台中的可重用各类数据，有利于提高设计人员的设计效率和设计质量。 3）设计知识私有化严重，对知识产权保护需要强有力的手段 设计人员的设计都是基于个人计算机上的，设计相关的数据都是存放在个人电脑里，只有他本人清楚设计的过程、进度和效果，一旦该设计人员离开这个岗位，就很有第 1 章 绪论 - 8 - 可能这些设计知识就会遗失，甚至会被盗窃。这些设计知识不但没有能得到及时的共享、重用，而且更谈不上知识产权得到保护的，需要有一集成共享的数据管理平台，那么设计就会从一开始得到保护，设计过 程的历史全部在服务器中记录，服务器有安全等多方面的备份策略，确保企业的知识数据安全、规范和产权保护。 4）协同设计需求 船舶设计需要各个专业之间的协同配合，同时各部门之间、不同企业之间的协同交流也至关重要。由于信息的不流畅，目前仍然采用人工联络方式。我们需要一个协同设计环境，提供协同设计工具，保证设计信息的共享流畅，支持专业之间、部门之间、企业之间的在线协作。 5）项目监控管理的迫切需求 对项目管理的需求主要在： 计划管理 项目工作任务的分配 项目工时统计 项目进度的向上反馈、控制与管理 目前我们采用手工统 计进行项目管理，由于船舶设计的复杂性，使得在项目进度的控制、工作任务的分派与反馈、工作工时的统计上存在很多不完善。因此迫切希望建立完善的项目管理平台，使决策层能宏观把握项目的进展；中层管理人员有效分配工作任务、监控项目进度、调节项目资源冲突；基层设计人员能接收项目工作任务、及时反馈工作完成情况。形成人员和资源的良性优化配置。 6）工作流程的规范管理 信息平台建设既是信息化全面改造的过程，也是管理流程规范化的一场深刻变革。管理流程规范化是企业主要业务流信息化、网络化、建立公用协同工作平台的前提条件。PDM 的工 作流程管理提供了对船舶设计的过程进行集成管理与控制支持，通过设计模式、设计流程的重构与优化，推行并行协同设计。 7）信息集成度的需求 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -9 - 数字化船舶设计制造就是实现设计、建造、管理一体化。这就需要船舶产品制造全过程所有信息，包括设计、制造、计划、采购和财务成本管理都以统一的数字化标准表达，达到船舶产品全生产周期的一切活动均可以共享数据。这就要求设计、制造、管理信息高度的集成，只有这样才能产生较高的生产效率和质量。但由于信息集成建设正在起步中，有待于逐步实施信息集成系统。 由于 PDM 的开放性，可实现产品的异地、异 构设计。它对产品提供单一的数据源，并可方便地实现对现有软件工具及新开发软件工具的封装，便于有效管理各子系统的信息。它提供过程的管理与控制，为并行工程的过程集成提供了必要的支持。并行工程包括所有设计、制造、测试、维护等职能的并行考虑， PDM 作为客户 /服务器结构的统一信息环境，它提供了支持并行工程运作的框架和基本机制。以 PDM 作为集成框架的CAD、 CAPP、 CAM 的面向并行工程的集成将更加有效。 以并行协同设计系统为支撑平台，集成企业各方面支持产品开发的各种信息，使得信息流动处于一种有序、可控的状态。不仅要保证 信息的全面性，还要保证信息的可靠性、一致性。最终实现正确的信息在正确的时间到达正确的人，实现企业全局信息的集成；要实现针对产品开发过程所需的各种 Cax 软件的集成，将 CAD/CAE/CAM 等软件纳入 PDM，通过各种工具软件的集成实现高效并行的设计；实现与企业内外的各种信息的交换和共享。 1.4.4 并行协同集成体系、层次、架构分析 并行设计的核心是过程的重组和并行优化，是对过程的集成与管理，并行设计的基础是信息集成。 PDM是以产品数据为中心，管理与产品有关的信息和与产品有关的过程的技术，是支持并行协同设计的使能 技术。以 PDM系统为基础平台，构建基于分布式网络并行协同设计平台是一个可行的技术路线。实施并行设计的首要前提是信息集成，PDM是信息集成的支撑平台 12。 并行协同集成体系的层次 第一层 ，数字化设计工具层。 利用 CAD/CAE等设计软件定义船舶产品的数字化信息，实现设计的数字化和自动化。 第 1 章 绪论 - 10 - 第二层 ，产品数据管理层。 利用 PDM等管理软件实现对产品数据信息的集成共享，利用项目管理、工作流程管理实现对设计过程的管理控制。 第三层 ，决策层。 这是更高层次的信息管理，面向领导和决策层。如 OA、 ERP、辅助决策管理系 统等。 目前没有哪一家软件产品能集成企业应用的所有应用系统，不可能希望一个系统能保罗万象。因此，对于上面的三个层次的集成要明确各个层次的集成与管理范围、适用对象、管理的数据对象等。 决策层（如 OA系统）的功能定位于办公文档的流转、人力资源信息、粗粒度的项目管理和计划管理等，对产品设计过程的管理（如项目管理、计划管理）的信息来源于产品数据管理层。由于 OA系统的局限性，不可能对底层的产品数字信息做详细的管理。 产品数据管理层定位于对产品数据信息的集成与共享、产品设计过程的集成与管理。其主要管理对象是 CAD、 CAE等产生的产品数据以及与数据有关的信息和设计过程。产品数据管理层为 CAD、 CAE提供了数据集成平台和为并行协同设计提供了过程集成与管理平台，并为决策层（如 OA）提供领导（决策者）关心的汇总数据。因此产品数据管理（ PDM）起到了一个信息集成的平台支撑作用。 数字化设计工具层主要是指 Tribon、 NASTRAN、 NAPA等 CAD、 CAE设计软件。这些软件的使用提高了船舶设计的质量和效率。然而带来的一个问题是：不同设计软件自成系统，数据格式和存储各不相同，给软件之间的数据交换带来困难。异构系统之间的数据交换应该与 信息集成统筹考虑，目前对这方面的研究主要有两个方面：一种是异构系统之间点对点的紧耦合数据集成；一种是基于某种平台（如 PDM），采用基于 Web服务的技术进行异构系统之间的松耦合数据集成。关于异构系统之间的数据交换另做讨论。 系统集成框架的构建有两种思路：一是自行开发，搭建系统框架原型；一是基于 PDM系统进行企业应用集成框架构建。自行开发周期长，风险大，系统框架的稳定性需要时间和实践应用的考验。我们主张基于 PDM系统，通过适量的二次开发，采用松耦合集成基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -11 - 或者单点登陆、统一的登陆界面等方法构建企业应用集成框架。 图 1.2 信息化集成层 次 架构 Fig.1.2 Informationize stage structure 1.5 本论文的主要研究内容 论文在分析船舶行业产品数据管理的基础上 ， 对 PDM的若干问题进行了研究 ， 并结合 PTC公司的 Windchill产品管理系统 ， 对其进行客户化 ， 并在此基础上设计了基于 PDM的并行协同设计系统。本文的研究内容如下：对 PDM及 Windchill做了详细的介绍和学习，并深入研究了产品数据管理及其相互关系；实现对工作流、生命周期的客户化及将他们与 用户创建、权限设置、 文档审签流程、 项目 计划 管理相结合，实现船舶的并行协同设计。 第 2 章 基于 PDM 的船舶并行协同设计 - 12 - 第 2 章 基于 PDM 的船舶并行协同设计 PDM 是以产品数据为中心，集成并管理所有与产品相关的信息、过程、人与组织的软件。 PDM 依据全局信息强调共享的观点，为不同地点、不同部门的人员营造了一个虚拟协同的工作环境，它是所有信息的主要载体，在产品开发过程中，可以对它们进行创建、管理和分发。从表面上看， PDM 系统是多种多样的。但是 PDM 系统都有一些基本的功能用来支持特定的产品开发需要。作为一个大型软件系统， PDM 的体系结构受到越来越多用户的关注。 2.1 PDM 系统的主要功 能 PDM 系统为企业提供了管理和控制所有与产品相关的信息以及与产品相关过程的机制与功能。 PDM 软件产品种类繁多，不同软件商提供的 PDM 系统，在功能上均有一定的差异。 PDM 的功能有两种划分方法，一种是按面向应用与系统支持的功能划分，将其分为电子仓库、面向用户的使用功能（包括文挡控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库和项目管理等）和实用化的支持功能（包括通知与通信、数据传输、数据转换、图象服务、系统管理等）；另一种是按软件功能模块划分，可划分为电子仓库和文档管理、工作流与过程管理、产品结构与配置管理、零件分 类管理、工程变更管理、项目管理、电子协作、集成工具、浏览和圈阅等。本节按照后者来介绍一般 PDM 系统的主要功能 13。 2.1.1 电子仓库 1） 电子仓库的概念 所谓电子仓库就是在 PDM 中实现某种特定数据存储机制的元数据（管理数据的数据）库及其管理系统。它保存所有与产品相关的物理数据和文件的元数据，以及指向物理数据和文件的指针。该指针指定存放物理数据的数据库记录和存放物理文件的文件系统与目录，如图 2.1 所示。 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -13 - 图 2.1 电子 仓库 Fig.2.1 Electronic data vault 2） 电子 仓库的功能 为保证数据的安全性、正确性和一致性。用户在存取 PDM 系统中的共享数据时，都要通过检人 (check in)与检出 (check out)操作以及相应权限检验 14。 检入操作主要实现将用户的私有信息放入电子仓库，而检出的功能主要是实现将电子仓库中的信息检出到用户个人工作区进行修改。只有对电子仓库有检 入 权限的用户可以将个人工作区内的对象检入到电子仓库中，并且一旦对象被检入到电子仓库后，它就属于该电子仓库的属主所有，而与原来的用户脱离属主关系。对该对象的访问权限的管理，全部由新属主负责。 般用户在权限 许可下，才能浏览电子仓库中的内容但不允许修改。只有对该电子仓库具有修改权限的用户，才能对电子仓库中的对象进行修改。当用户需要修改电子仓库中的对象时，必须将对象从电子仓库中检出，放到个人的工作区中进行修改，此时，电子仓库对该对象加锁，其他用户只能浏览对象的内容而不能进行操作。经过用户修改的对象再次放回到原来的电子仓库中并不覆盖原来的对象，而是生成新的版本，此时原对象才能解锁。这就为 PDM 系统控制其内部管理环境和外部应用之间的数据传递提供了一种安全的管理手段。 2.1.2 工作流与过程管理的功能 工作流与过程管 理的功能包括：定义并建立工作流程、运行并控制工作流程、察看流程中文档的状态等。 1）定义并建立工作流程 定义并建立工作流程的方法有：定义产品的开发流程、定义数据的审批流程、指派流程的用户。 文件管理系统 元数据库 数据库 第 2 章 基于 PDM 的船舶并行协同设计 - 14 - 在长期的生产实践中，每个企业都形成了自己的产品研制开发工作流程。一般来说，开发新产品首先需要分析市场需求，提出可行性分析报告，然后进行初步设计、样机生产、新产品鉴定等阶段。只有通过鉴定以后，才能开始定型设计，实现批量生产。上述过程只是粗线条的划分了产品开发的过程，实际上，在产品的生命周期中，工作流程是环环相扣的，工作流程 间存在着嵌套、分支的情况，一个工作过程还可包含一个具体的工作流程。 2）工作流程的运行 工作流程的运控器可以将每个参与人员的任务放到个人的工作任务列表单里，每个参与人员从计算机中可查看到自己工作任务列表单中列出的工作任务，在流程的规定下并行的工作。系统具有电子邮件接口时，还能在用户开机时同时提示目前已有工作任务的消息 15。 例如，数据进入审批流程时，设计人员将设计数据对象提交给工作流程，将自动进入工作流程运控器，并按照预先定义的审批流程运行。此时数据被自动 冻结 ，即使是数据的属主设计人员，暂时也无权对 该数据进行修改。而待审批的材料通过网络将展示到各审批人员面前，他们将在各自的审批窗口上同时进行不同的或相同的审批内容，如果不同的审批内容间并无因果关系的话。审批同意与否的意见，通过窗口上的不同按钮来表达，而表达审批意见的窗口只有审批人员才具有，这就杜绝了其他人员的篡改和越权行为。各项审批通过后，将对审批对象进行版本发放，使之成为正式版本，并自动存档，其他任何人员只能通过一定的方式，如通过任务历史管理器进行查阅，但不能再行修改。需要修改时，将按照另外的流程（即工程更改流程）进行。显然，由于网络资源共享，并行化 的过程管理大大提高了工作效率，使得企业的各业务流程更为有序、更为合理、更趋结构化而易于控制。 3）察看流程中文档的状态 在工作流运行的过程中，任何授权的用户均能看到流程执行的情况、流程中文档的确切位置、浏览过程的历史以及执行的结果注释。管理员可以根据过程的完成情况检查各个人员工作时间是否超期，以便作出相应决策。 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -15 - 2.1.3 产品结构管理 产品结构管理（ Product Structure and Configuration Management）是 PDM 的核心功能之一。作为产品数据组织与管理的一种形式，产品结构 管理以电子保险箱为底层支持，以材料清单（ Bill of Materials-BOM）为组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现对产品数据的组织、管理与控制。按照一定的规则向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述。通过建立相应的产品视图，企业的不同部门可以按其需要的形式对产品结构进行组织。而当产品结构发生更改时，可以通过网络化的产品结构视图来分析和控制更改对整个企业的影响。 产品结构管理主要包括产品结构层次关系管理、基于文件夹的产品 -文档管理和版本管理等。基本功能主要包括： 1) 产品材 料清单创建、修改与版本控制 ； 2) 支持对产品文档的查询 ； 3） 支持按部件查询装配的零件（子部件）和按零件（子部件）查询使用的部件 ； 4） 支持材料清单的多视图管理 ； 5） 系列化产品结构试图管理 ； 6） 支持与 MRP- 或 ERP 的集成。 2.1.4 变更管理 工程变更是生产过程中经常出现的重要活动，特别是在航空、航天、汽车等领域，尤为突出。在一个企业中，工程变更往往有规范的过程约束与流程控制，所以，它与工作流管理总是密不可分的。工程变更包括工程变更请求与工程变更指令两部分内容。下游人员（如生产人员、组装人员等）发 现问题后，必须及时向上游人员（如设计人员）提出更改请求。在提出更改请求时，要求说明更改原因，指明更改内容，并将更改请求提交流程管理部门进行审核与审批，只有通过审批签发的更改请求才能赋予实施。在接到正式的更改单进行修改，原信息修改完毕后，要求通知到相关人员，并要求修改相关受影响的信息。 第 2 章 基于 PDM 的船舶并行协同设计 - 16 - 例如，对正式会签的设计文件的更改，必须先提出更改请求，并填写相应工程更改单，提送有关人员会签，才能交由更改员更改设计文件底图。更改方法有划改、刮改、更换、增图、作废等类型。 如图 2.2 所示： 图 2.2 变更管理流程 Fig.2.2 Change management workflow 2.1.5 项目管理 项目管理（ Project Management）是在项目实施过程中实现其计划、组织、人员及相关数据的管理和配置，进行项目运动状态的监视，完成计划的反馈。项目管理是建立在工作流程管理基础之上的一种管理。到目前为止，项目管理在 PDM 系统中正在不断完善，许多 PDM 系统只能提供工作流程活动的状态信息。 在企业中，项目是围绕某个目标进行的所有活动的总称。一般来说，生产活动是以项目为单位进行组织和管理的，例如汽车厂按汽车的型号组织生产，机床厂按机床的型号组织生产。提高企业运行效率的关键是按现代化管理要求，对企业的运行机制进行管理，并根据产品的特点，按并行工程的要求，组建高效的产品开发小组，并对各小组的人员进行动态维护。传统的项目管理方式是项目负责人向执行人授权并负责监督项目的执行情况，项目执行人具体执行设计任务，并在设计过程中，随时将项目执行情况向上级反馈，任务是自顶向下传达，设计信息是自底向上反馈，形成一个带反馈的闭环。而现代的项目管理方式是项目负责人允许项目参加者拥有更多的权 责，尽量让他们从事他们感兴趣的工作。 项目管理即对系统的项目组织进行管理。包括项目自身信息的定义、修改以及与项目相关的信息，如状态、组织等信息的管理。项目管理模型的组成如下： 1) 项目和任务的描述 为了描述一个项目的完整过程，要提供如 项目 阶段 活动 任务 等模式来表达通知有关人员更改的内容 会审工程更改单 发布更改指 令令 更改有关内 容容 提出更改请求并提交工程更改 单单 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -17 - 项目中要进行的活动过程，使管理人员能够从粗到细、从整体到局部的把握和分析项目。在研制生产过程中，每个型号产品要分成若干任务，任务是项目的真正执行活动，对每个任务都要定义资源、时间估算，并要定义其前接任务和后续任务。在各独立的任务之间，既有 联系又相互独立，在定义与其他任务的联系时，要给出联系的对象。因此，在建立项目管理模型时，首先要将该产品的各项独立任务及完成该任务的有关人员编制成表，要规定每项具体任务的名称、从属关系及负责人员，列出该项目的文件清单。 2) 研制阶段的状态 在研制的过程中，每个项目的各项具体任务可能要经历若干不同的阶段，要给每个阶段设置适当的保密权限。只有特定的用户才能访问该项目某阶段相应的全部文件。每个项目中的各个阶段又分为两个状态：工作状态、完成状态。工作状态表示某阶段的工作未完成，当工作完成后工作状态会逐步过渡到完成状 态。 PDM 系统管理项目中各任务的输入输出数据对数据对象的审批、发放能够使任务的输入条件或输出条件得到满足，使任务的状态发生变化，并且将数据正确的交给使用成员，保证工作的正常开展。 3) 项目人员 PDM 系统提供人员的角色、工具、站点等基本的静态信息，区分参加各项工作的有关人员的身份，例如项目负责人、设计师、有关人员等。并且明确每项任务的执行、审核和报告人员。其中执行人员是该项目负责人，在该项目提交审批时必须通知的有关人员称为通知人员，该项目审批通过后必须通知的有关人员称为报告人员。 4) 项目研制流程 根据 需要定义该项目的研制流程，规定各阶段的读写权限，并规定工作状态区和完成状态区所对应的初始阶段，还要指定该项目中各个研制阶段的审批机制。 在产品开发中，由于各类人员知识、经验等的差异，冲突现象不可避免，它可能使整个开发过程停滞。 PDM 系统为协调产品开发活动、处理开发中的冲突事件提供了条件。到目前为止，项目管理在 PDM 系统中考虑得还较少，而项目管理正逐渐成为各方面研究的热点问题。 项目管理还应包括项目时间管理、费用管理、资源管理，并能够自动组织开发过程、监控项目执行过程和记录设计过程。 第 2 章 基于 PDM 的船舶并行协同设计 - 18 - 2.2 Windchill 功能架构 商品化 PDM 软件很多，与其它产品相比， Windchill 已经在一些国内外的船舶企业得到应用，并取得了较好的应用成果。另外 Windchill 的 Web 工作能力更加强大，提供了丰富的基于 Web 的开发工具，易于实现面向虚拟企业的分布式产品数据管理。目前，国内外很多设计所使用 CADDS5 进行船舶的三维设计， Windchill 能够通过 Optegra 与CADDS5、 Pro/E 实现紧密集成，在与 CADDS5、 Pro/E 的集成性能上，具有其它 PDM软件无可比拟的优越性； Windchill 可以通过本身提供的标准接口 Info Engine 实现与其它 PDM 软件如 Metaphase 以及 ERP 软件如 BANN、 Oracle Manufacturing 等实现集成。 Windchill 是 PTC 公司推出的一套集成应用软件，用来管理产品和工序的整个生命周期。它充分利用了 Internet 相关的信息技术，为系统提供了一种应用软件基础，从而保证能快速、高效的采用企业信息应用软件。协同产品开发方案 Windchill 致力于产品开发过程的数字化，目标是建立高可信度的、数字化的创新产品设计平台。通过功能强大的基于 Web 的数字化协作工具，可以高效、安 全的管理、访问并重用企业的数字化产品资源，在整个广义企业中共享产品开发资源，从而提高企业的竞争力 16 17。其核心功能模块包括： 1） Windchill Foundation：它是一个基于 WEB 和 JAVA 标准的模型驱动的基础软件平台，其核心功能包括跨企业文档、结构、生命周期、工作流和系统等管理项目。它定义了 Windchill软件平台的核心基础类库，是整个 Windchill 平台实现的基础。 2） Windchill Information Modeler：它提供了专业的面向对象的快速应用开发工具（ RAD），主要用于定制 Windchill以及建立专用协同产品商务（ CPC）应用程序。 Windchill信息建模工具提供了一个模型驱动的应用程序开发环境，并嵌入了一流的面向对象分析、设计工具 Rational Rose 和应用开发工具 Symantec Visual Caf，允许客户迅速建立并执行 100%的 Java 和以 Web 为中心的企业信息管理解决方案。这些定制的应用程序能够充分利用 Windchill Foundation 和 Windchill Lifecycle Application 的核心服务，促进整个企业内重要产品 与流程信息的加速交流。 3） Windchill PDM：它支持产品结构及其相关更改信息的管理和交换， 可以定义和基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -19 - 无缝控制多个部门和系统的更改动作，以简化产品的升级和更新。 Windchill PDM 的基础是基于 Web 的标准开放式体系结构，它利用 Web 的强大功能来解决实施 PDM 时遇到的问题。 4） Windchill Info*Engine：它是一种企业信息存取构架，能让企业建立一些专用业务应用或信息门户，用于汇合保存在多个数据源的信息。使用 Windchill Info*Engine 的信息访问功能和基于 Web 的综合 应用编辑功能，广义企业的成员可以方便的参与产品生命周期的任何阶段，从而生产出更高质量的产品，并以更快的速度把产品推向市场。 5） Windchill Product View：它的设计目标是不仅要提高产品设计和开发小组内的效率和交流能力，而且要提高整个广义企业内的效率和交流能力。它涉及设计、销售、技术支持、财务、品质保证、制造和装配等部门以及供应商和客户。它提供基于 Web 的信息可视化功能，能让用户以 Web 方式访问产品生命周期中涉及到的几乎所有类型的信息，从而支持企业协作。 2.3 Windchill 体系结构 图 2.3 Windchill 基于 Web 的 3 层 B/S 结构 Fig.2.3 B/S structure of Windchill based on Web 第 2 章 基于 PDM 的船舶并行协同设计 - 20 - Windchill 采用的是基于 B/S 的结构，是美国 PTC 公司推出的协同产品商务平台，用来管理产品的整个生命周期。图 2.3 为 Windchill 基于 Web 的 3 层 B/S 结构，分别为客户端表示层、业务逻辑层（服务层）、数据库支持层。其中表示层提供统一的跨平台客户端界面，业务逻辑层以 JavaBean 的形式提供业务逻辑驱动，数据库支持层对整个平台的数据存储和控制 提供支撑 18 19。 2.3.1 数据层 数据层包括一个 Oracle9i关系数据库，所有的持久数据都驻留在该层。 Winchill 使用 Oracle 数据库服务器的对象关系功能来存储数据对象，它使用一个永久对象管理器（ Persistent Object Manager, POM）来实现对象到关系的映射并通过 Java 数据库连接接口 JDBC(Java DataBase Connectivity)连接到一个基本的对象关系数据库（ Oracle8i）中。 通常，数据库服务和 Windchill 服务安装在同一个硬件环境 中，但是这也不是必须的，对于一个大型的站点，数据库可以分布在不同的主机上运行。这时有一点要注意的是数据服务和 Windchill 服务安装在不同主机上时，会增加数据操作时网络堵塞的几率。 2.3.2 服务层 服务层包括四个基本的组件，这些组件共同运作一起提供数据访问，客户分布与合作，以及所有用户的权限控制和安全性。它们是： 1) HTTP Web Server 服务器主机需要一个 Web 服务器， Web 服务器通过 HTTP 需求负责分发所有的HTML 文件和 Java Applet 到客户端。此外， Web 服务器端一个非常重要的 作用是控制用户权限，来保证系统的安全性。 HTTP Web 服务器是 Windchill核心技术的焦点。 2) HTTP 网关（ GateWay） HTTP 网关通过 Web 浏览器作为一个 CGI（共用网关接口）程序和 Servlet（服务小程序）运行，是客户端和 Windchill 服务器间连接的起始点，负责接收来自浏览器的HTTP 请求，并负责向 Method Server 代理这些请求，一旦请求被处理，就产生一个 HTTP响应，通常表现为嵌有 Applet 程序的 HTML 页面。 3) 方法服务器（ Method Server） 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -21 - 方法服务器是一个负责执行所有业务逻辑和业务规则的 Java 应用程序，它通过 Java RMI 将客户小应用程序与方法服务器通讯。它根据客户端请求动态装载 Java 应用程序和文件，执行代表业务对象的所有方法。方法服务器是唯一与数据库直接通讯的Windchill 进程，负责管理所有的数据库事务，保持多个数据库之间的连接，通过使用共享数据库进行登陆系统。 4) 服务器管理器（ Server Manager） 服务器管理器是运行在所有服务器主机上的 Java 应用程序，对于每一个 Windchill服务器来说，包括有一个服务器管理器 和若干个 Method Server。 Server Manager 是通过运行服务器上的 Java VM（虚拟机），监控 Method Server 的性能，还可以维护用户会话凭据，并管理后台管理和其他系统管理功能。 2.4 Windchill 的应用开发 Windchill Information Modeler（信息建模工具）提供了专业的面向对象的快速应用开发（ RAD）工具，它主要用于定制 Windchill 以及建立和部署专用协同产品商务（ CPC）应用程序。 Windchill 信息建模工具提供了一个模型驱动式应用程序开 发环境，并嵌入了一流的面向对象分析、设计工具 Rational Rose 和应用程序开发的工具 Symantec Visual Caf， 允许客户能够迅速建立并执行 100%的 Java 和 Web 为中心的企业信息管理解决方案。这些定制的应用程序能够充分利用 Windchill Foundation 和 Windchill Lifecycle Application 套件的核心服务，促进整个企业内重要产品和流程信息的加速交流 20。 2.4.1 面向对象建模 面向对象建模是利用 Windchill开发企业特定生命周期应用程序的第一 步。 Windchill Information Modeler 提供包括 Windchill Foundation 对象模型在内的建模模块，给予应用程序开发者以最大的帮助。这些建模模块加上最好的图形开发工具，可以使开发者致力于解决业务方面的问题，而完全不用操心技术的可行性和基础体系结构方面的问题。 2.4.2 Windchill对象模型 应用开发者不必从头开始进行应用模型的建模工作，他们可以继承 Windchill 对象模型内嵌的文档管理等基础类和服务，开发解决任何问题所需的功能。例如，无须重新第 2 章 基于 PDM 的船舶并行协同设计 - 22 - 建立修订版本控制、存取 管理或通知作业等已有的方法，因为这些类都属于 Windchill对象模型的一部分， Windchill 中的 Rational Rose 支持统一建模语言 UML。采用这种开始方式，应用开发者能以图形方式定义一个包括 Windchill Foundation 类和企业特殊应用程序类的复合对象模型，从而建立一个功能丰富的解决方案，使得部署和建立客户化的 Windchill 以及新开发专门的应用程序都能够象 Web 本身一样方便 21 22。 2.4.3 图形对象模型开发 利用 Windchill 内嵌的 Rational Rose 所提 供的业界标准统一建模语言（ UML），应用开发者可以用图形方式来定义包含 Windchill 基本对象类和企业特定应用类结合在一起的对象模型，进而产生功能丰富的解决方案，同时，充分保留了增加产品附加值和差异性的空间。另一个好处是业界的标准和最好的工具可以大幅度降低培训的需求，确保长期的生产力和投资回报率。 2.4.4 系统生成 通过用 Windchill Foundation 类及其扩展类以及企业的增值应用程序类建立的综合对象模型， Windchill 的系统生成工具可以产生最优产品（例如 Java 代码和数据定义语言 DDL） ，它们被部署在 Windchill Foundation 运行体系结构的客户机、服务器和数据库层。开发人员能把精力集中在业务逻辑而不是重复性编程工作上，所以可以大大提高生产率和质量。 Windchill 系统生成工具包括下列功能：（ 1）建立基于 Java 的 Windchill Foundation 类。 Windchill 系统生成器产生 100%Java 应用程序代码。这些代码是用专门针对其体系结构而优化的复合 Foundation 类和客户特殊类编写而成的。一旦生成了接口和客户类，那么就可以开始开发多层应用程序。（ 2） Windchill 系统生成工具可以生成SQL 脚本，该脚本能利用 DDL 来建立或修改 Oracle 数据库模式，从而进一步提高开发过程的效率。 2.5 基于 PDM 的船舶并行 协同设计总体框架 产品数据管理软件 Windchill 软件在本论文中主要涉及两个模块： Windchill PDM 和Windchill ProjectLink。其中 Windchill PDM 包括承担者管理器、团队管理器、域管理、基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -23 - 进程管理器及产品结构浏览器。承担者管理器主要实现对用户、组、组织的管理，组由用户组成， 用于与 组织相关联；团队管理主要针对实际工作实现角 色与用户的对应；域管理又称权限管理，是船舶并行协同设计的前提；进程管理器包括文档审签和变更管理，变更管理是在文档达到审定阶段后，针对文档中仍存在的问题进行更改的过程。 产品结构管理器相当于一个设计数据库，实现对船舶设计过程中的所有文档的管理，包括他们的属性信息 ，审签流程等。 图 2.4 基于 PDM 的船舶并行协同设计总体框架 Fig.2.4 The structure of Naval Parallel Collaborative Design based on PDM 第 3 章 船舶设计团队的组建及权限赋予 - 24 - 第 3 章 船舶设计团队的组建及权限赋 予 3.1 Windchill PDM 中创建组织、组、用户 3.1.1 创建组织 我们以 船舶设计技术研究所 这个组织为例，在 Windchill Foundation & PDM 中，通过 承担者管理器 来创建组织， 如图 3.1 所示： 图 3.1 船舶设计技术研究所 Fig.3.1 The institute of ship design technology 3.1.2 创建用户 用户也是通过 承担者管理器 来创建，创建用户需要输入的信息包括：用户名、全名、密码、邮件地址、电话号码、所属组织，以及用户和个 人文件柜所属域等 22。用户创建后，可以根据用户名和密码来登录 Windchill，来完成相应用户的工作，如 图 3.2 所示： 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -25 - 图 3.2 用户信息 Fig.3.2 The user information 3.1.3 创建组 以 船舶设计技术研究所 这个组织分例，将其分为：船体设计室、轮机设计室、电气设计室、武备设计室。船体设计室又可以细分为总体设计组、结构设计组、舾装设计组。 各设计组又包括一定的设计人员。如 图 3.3、 3.4、 3.5、 3.6、 3.7 所示： 图 3.3 组织船舶设计技术研究所下 各 设计室 Fig.3.3 The design studio of ship design technology institute 第 3 章 船舶设计团队的组建及权限赋予 - 26 - 图 3.4 船体设计室下的三个设计组 Fig.3.4 Design group of naval design studio 图 3.5 总体设计组成员 Fig.3.5 Design team members 图 3.6 结构设计组成员 Fig.3.6 Design of structure team members 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -27 - 图 3.7 舾装设计组成员 Fig.3.7 Design of outfit team members 3.2 角色的定制 3.2.1 角色层次图 Windchill 中提供的角色不完全符合船舶设计过程中角色的需要 23，因此需要根据需要增加相应的角色，船舶设计过程中角色为： 总 工 程 师船 体 主 任 设 计 师 轮 机 主 任 设 计 师 电 气 主 任 设 计 师总 体 设 计 组 结 构 设 计 组 舾 装 设 计 组总 体 设 计 人 员 一 总 体 设 计 人 员 二 . . . . . . 图 3.8角色层次图 Fig.3.8 Role level 第 3 章 船舶设计团队的组建及权限赋予 - 28 - 3.2.1 角色定制过程 1）在 C:ptcWindchillsrcwtproject RoleRB_zh_CN.rbinfo 中添加如下代码： ZONGTI DESIGNERS.value=总体设计人员 ZONGTI DESIGNERS.shortDescription=总体设计人员 ZONGTI DESIGNERS.order=850 STRUCTURE DESIGNERS.value=结构设计人员 STRUCTURE DESIGNERS.shortDescription=结构设计人员 STRUCTURE DESIGNERS.order=860 XIZHUANG DESIGNER.value=舾装设计人员 XIZHUANG DESIGNER.shortDescription=舾装设计人员 XIZHUANG DESIGNER.order=870 ZONGTI LEADER.value=总体组长 ZONGTI LEADER.shortDescription=总体组长 ZONGTI LEADER.order=880 STRUCTURE LEADER.value=结构组长 STRUCTURE LEADER.shortDescription=结构组长 STRUCTURE LEADER.order=890 XIZHUANG LEADER.value=舾装组长 XIZHUANG LEADER.shortDescription=舾装组长 XIZHUANG LEADER.order=900 ZONGENGINEER.value=总工程师 ZONGENGINEER.shortDescription=总工程师 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -29 - ZONGENGINEER.order=910 NAVALDESIGNER.value=船体主任设计师 NAVALDESIGNER.shortDescription=船体主任设计师 NAVALDESIGNER.order=975 LUNJIDESIGNER.value=轮机主任设计师 LUNJIDESIGNER.shortDescription=轮机主任设计师 LUNJIDESIGNER.order=980 DIANQIDESIGNER.value=电气主任设计师 DIANQIDESIGNER.shortDescription=电气主任设计师 DIANQIDESIGNER.order=985 2）在外壳程序中用 enumCustomize 对 RoleRB_zh_CN.rbinfo 文件进行编译，然后用Ant f makejar.xml 对 RoleRB_zh_CN.RB.ser 文件进行更新。 3.3 Windchill PDM 中创 建团队 文档审签流程中需要将任务具体分配到各个角色上，通过团队再将角色具体对应到个人，因此需要在 Windchill Foundation & PDM 中，通过 进程管理器 中的团队管理器来创建团队，在团队管理器中点击 创建 ，并输入团队名称，选择可用的角色，在参与者中将角色指定到具体的人员。以 总布置图 的审签流程中需要的人员为例，建立 33m巡逻船设计团队，在文档审签过程中需要设计者、校对者、审核者、标检者、审定者，分别由总体设计人员、总体组长、标检员、船体主任设计师、总设计师来完成，如图 3.9、3.10 所示 ： 第 3 章 船舶设计团队的组建及权限赋予 - 30 - 图 3.9 创建团队 Fig.3.9 Create team 图 3.10 针对团队 选定角色、指定参与者 Fig.3.10 Choose role and designate participants 3.4 项目的创建及团队的建立 项目的创建采用自动的方式来完成，这种自动方式的实现主要是依靠在关键文档对应流程中预先定义的操作来完成的，这些关键文档一般为项目任务书文档。 在项目创建时，系统会根据关键文档中的属性信息来自动设定项目的类型。同时在有关文件柜中创建用来保存该项目文档的子目录。在此基础上， 系统会自动创建该项目基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -31 - 的缺省项目团队，并在该项目的项目负责人属性中填入缺省的项目负责人。如果项目是子项目的话，系统还会自动设定项目的子项目标记。 Windchill 软件中项目管理由 Windchill ProjectLink 模块来控制，以 33m巡逻船 这个项目为例，步骤如下： 1） 在站点下的组织中将 图 3.11 中创建的组织添加到 Windchill ProjectLink 中。 图 3.11 项目管理模块 中 添加组织 Fig.3.11 Add organization into Project Management 2） 在自动出现的组 织下，点击创建者，并将应具有创建项目权限的用户加入创建者中，如 图 3.12 所示： 图 3.12 设置项目创建者 Fig.3.12 Setting project creator 第 3 章 船舶设计团队的组建及权限赋予 - 32 - 3） 以所指定的项目创建者的用户名和密码重新登录 Windchill，则在 Windchill ProjectLink 中的项目自动出现创建项目按钮，点击创建项目，并在创建项目的过程中指定项目团队。团队成员权限的定义需要根据用户对那些数据具有读、写、管理权限来实现。同一用户 在不同项目中可以承担不同的角色，可以拥有不同的数据访问 权限。如 图 3.13、 3.14 所示： 图 3.13 创建项目 Fig.3.13 Create project 图 3.14 为项目团队 添加成员 Fig.3.14 Add team members to project 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -33 - 3.5 权限管理 3.5.1 访问控制规则 在 Windchill Foundation & PDM 中，通过 策略管理器 进行权限管理，即域管理，域是定义一组管理策略（如访问控制、建立索引和通知）的管理区域，与域相关联的对象受域的策略约束 24。 Windchill 容器提供了用于收集和查找 相关信息的框架， windchill 解决方案中的容器组具有分层关系，在 Windchill PDMLink 和 Windchill ProjectLink 中创建容器前，应先确定所需的域，并在创建容器时，使用创建这些域及其访问控制策略的模板。 如图 3.15： 图 3.15 基本的容器分级结构 Fig.3.15 Basic hierarchical structure of containers 容器策略项包括以下内容： 1）基于域的访问控制规则，该规则建立针对特定承担着、对象类型、生命周期状态和域组合的访问控制。 2）索引建立规则，用于定义当指定对象类型和域组合的对象进行特定生命周期状态时，将对象包含到的集合，集合用于创建索引列表，索引列表有助于改善搜索对象时的性能。 3）通知规则，该规则定义当某个对象类型和域组合发生指定事件时要通知的承担者。 将文档从用户个人文件柜移到共享文件柜所需的权限： 1）需要对文档所在的容器具有 读取 权限，因为该文档驻留其中。 2）需要文档所属域中（即个人文件柜的域）对该文档具有 读取 权限，以便将其选定进行移动，因为该文档的访问受到限制。 第 3 章 船舶设计团队的组建及权限赋予 - 34 - 3）需要在文档移动后的所属域中（即共享文件柜 的域）对该文档具有 读取 权限，以便对其进行查看，因为该部件的访问受到限制。 4）需要对源文件夹和目标文件夹（即个人文件柜和共享文件柜）具有 修改 权限，因为文档要入夹，并且文件夹内容要变更。 5）如果源文件夹和目标文件夹处于不同的域中，则文档移动时其域将变更，因为文档受域管理，并从其所在文件夹继承域，变更域时，需要在源文件夹（个人文件柜）的域中对文档具有 删除 权限，在目标文件夹（共享文件柜）的域中对文档具有 创建 权限。通常，个人文件柜与共享文件柜处于不同域中。 6）如果要将文档检入共享文件柜，则在个人 文件柜中还需对文档具有 修改 权限，因为检入后，文档的属性要发生变化。 3.5.2 权限设置 以 总布置图 的审签流程中的权限设置为例，设计者对文档具有 完全控制 权限，设计者需要将文档从个人文件柜检入共享文件柜，因此对共享文件柜、共享文件夹具有读取、修改 权限，校对者、审核者、标检者、审定者对文档都应具有 读取 权限。权限设置如图 3.16、 3.17 所示： 图 3.16 创建 权限管理域 Fig.3.16 To create management domain of rights 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -35 - 图 3.17 设置权限 Fig.3.17 Set permissions 3.5.3 设置首选项 Windchill 中通过设置域管理的首选项，来设置创建文件柜、文件夹时域的选择 25，点击首选项管理器，在搜索对象中输入 /wt/admin/displayDomains，将其值改为 true，则创建文件柜时将出现 文件柜的域 选择图框，如图 3.18、 3.19 所示： 图 3.18 设置首选项 Fig.3.18 Set preferences 第 3 章 船舶设计团队的组建及权限赋予 - 36 - 图 3.19 设置文件柜权限 Fig.3.19 Set permissions counter of file 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -37 - 第 4 章 船舶设计文档管理 4.1 文档属性 为了便于文档的管理和系统的简化，根据面向对象的思想，抽象出各类文档的共性，即文档的属性，如表 4.1 所示。 表 4.1 文档属性 Tab.4.1 Document properties 序号 属性名称 备注 1 主要文件 文档的主要文件 2 号码 文档的编号，必须是唯一的 3 名称 4 标题 5 类型 根据表 4.2 文档类型 6 部门 文档创建者所隶属的部门 7 说明 对文档的简要说明 8 密级 分 高 、 中 、 低 9 位置 文档的存储位置 10 生命周期 决定文档审批流程执行的步骤 11 项目 项目团队 其中部门可分为船体、轮机、电气，船体中由包括总体、结构、舾装。文档的类型可按照表 4.2 将其分为若干类。 第 4 章 船舶设计文档管理 - 38 - 表 4.2 文档类型 Tab.4.2 Document type 序号 文档类型 1 任务书 2 论证报告 3 计算书 5 2D图纸 6 3D模型 . . . . . . 对应于上述的文档属性， Windchill 中通过创建文档页面将其提交至数据库，因为Windhcill 是一个通用 的产品数据管理软件，需要对文档的类型和所属部门进行客户化，并且处于军事需要，还要在创建文档页面上增加属性：密级。 4.1.1 文档类型和所属部门的客户化 在 ptcWindchillsrcwtdoc 下的 DocumentTypeRB_zh_CN 文件中添加下面的代码： $TaskBook.value=任务书 $DemonstrateDocument.value=论证报告 $IllustrateDocument.value=说明书 $CalculateDocument.value=计算书 $2DDocument.value=2D 文档 $3DDocument.value=3D 文档 在 ptcWindchillsrcwtdoc 下的 DepartmentListRB_zh_CN 文件中添加下面的代码： HULL.value=船体 ENGINE.value=轮机 ELECTRONIC.value=电气 TOTAL.value=总体 STRUCTURE.value=结构 基于 PDM 的船舶并行协同设计研究 -39 - OUTFIT.value=舾装 用 enumCustomize 和 Ant f makejar.xml 工具对这两个文件进行编译。从而生成新的文 档类型和部门文件。 4.1.2 创建文档页面上添加密级属性 1）打开 srcwtWTDesigner.mdl。将其另存为 nei.mdl，保存在srcextnei目录下。 2）在 Rational Rose 中打开 Logical View 包中的 Main 视图，用工具 Dependency or Instantiates 连接 ext 包和 java 包、 ext 包和 wt 包，表明 ext 包中的类将引用 java 包和 wt包中的类 26 27 28。 3）在 ext 包里创建 nei 的包，在 nei 包中创建 doc 包。在 doc 包的 Main 视图中，添加一名为 WTDocument 的类，它来自 wt.doc 包，是 Windchill 标准文档类。 4）在 Main 视图中添加另一个类 NEIDocument，它是我们的客户化文档类，用工具Generalization 与 WTDocument 连接，表明它是 WTDocument 的子类，将继承WTDocument 类的所有属性和方法。 图 4.1 java包的引用 Fig.4.1 the quote of java package 第 4 章 船舶设计文档管理 - 40 - 5） NEIDocument 类除了具有 WTDocument 类中的所有属性外，还有一枚举类型属性：密级，故在 Main 视图中创建 SecretLevel 类，它是 wt.fc 包中 EnumeratedType 类的子类，并通过工具 Unidirectional Aggregation 与 NEIDocument 类相连，表明一个NEIDocument 文档类实例有一个 SecretLevel 类实例，即一个文档有一个密级。双击Unidirectional Aggregation 在 Role A General 中 Role 中添 secretLevel。在 Role A Detail中 Multiplic 项选择 1，选中 Navigable 项，在 Role B Detail 中确保 Navigable 不选，选中Ag