（机械电子工程专业论文）基于net平台的船体套料数据管理系统.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 船体套料是船体设计制造过程的一个重要环节，套料过程是船体数据管理的集中体 现，直接影响船体制造的钢材利用率，关系着造船企业的经济效益。本文以大连船舶重 工套料部门的船体套科工作为实际背景，通过套料数据管理系统的开发，实现了船体套 料工作的信息化和自动化，提高了工作效率，减少了原材料消耗，缩短了设计周期。 本文在总结产品数据管理技术的发展现状和发展趋势的基础上，通过长期的企业实 地调研，分析了当前船体套料流程和存在的问题，针对船体套料自动化的发展要求，提 出了将产品数据管理技术和计算机辅助设计技术相结合的面向数据管理的构建方法，建 立了套料数据管理系统的总体方案和功能模型，详细确定了各功能模块的作用，同时对 主要的关键技术进行了研究，提出了动态创建套料信息数据库的办法解决了大数据量信 息存储问题，并利用基于角色控制的理论解决了权限划分和系统安全的问题。 系统立足于船体套料的实际工作，重点对方案中零件数据管理、套料设计c a d 子 系统和钢材数据管理进行了需求分析、详细设计和实现。系统基于c s 结构模式，提供 强大的客户端功能，选用s o ls e r v e r 2 0 0 0 作为数据库系统，采用m i c r o s o f tv i s u a ls t u d i o 2 0 0 5 集成开发环境实现程序的设计和团队协同开发。论文在零件数据管理方面研究了基 于d x f 文件的零件优化存储问题，实现了图形信息与关系数据库的结合；在套料设计 子系统中运用全新的o b j e 川m x n e t 技术对a u t o c a d 2 0 0 7 进行二次开发，解决了生成 块文件和套料图存储等技术难题；在钢材数据管理中，使用统一建模语言u m l 进行程 序流程设计和分析，并给出了部分设计流程图。 本论文探索了一种将产品数据管理理念和计算机辅助设计技术结合并成功运用于 船体套科设计的方法。系统己经开发完成，并在企业成功实施，获得用户的一致好评。 关键词：船体套料；产品数据管理；n e t 平台；权限管理；数据库 大连理工大学硕士学位论文 t h eh u l l n e s t i n g d a t am a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do n n e tp l a t f o r m a b s t r a c t a s 瓤i m p o r t a n tp a r to fs h i p b u i l d i n g , h u l ln e s t i n gp l o c e s si st h ee o n c e n l r a t e d e m b o d i m e n to fh u l ld a t am a n a g e m e n t , w h i e l ad i r e c t l ya f f e c t st h es t e e lu s i n gr a t eo fh u l l m a n u f a c t u r e ，a n dh a sc l o s er e l a t i o nt ot h ee c o n o m i cb e n e f i to ft h es h i p b u i l d i n ge n t e r p r i s e i n t h i sp a p e r 。t a l d n gn e s t i n gd e p a r t m e n t sh u l ln e s t i n gw o r ko fd a l i a ns h i p b u i l d i n gi n d u s t r ya s i t sb a c k g r o u n d , t h eh u l l n e s t i n gp d ms y s t e md e v e l o p e dw i t ha p p l y i n gc a d - r e l a t e d t e c h n o l o g yt ot h ed e s i g no fp d ms y s t e m i n t h em e a n t i m e ，i n f o r m a t i o n i z a t i o na n d a u t o m a t i z a t i o ni nh u l ln e s t i n gw o r ki sr e a l i z e d , a sw e l l 嬲t h ew o r ke f f i c i e n c yi si m p r o v e d , t h e e _ , o r s u l l l eo f t h er a wc u td o w na n dt h ed e s i g np e r i o do f p r o c e s s e dm a t e r i a l sr e d u c e d o nt h eb a s eo fs 岫m 舡i z i n gt h ed e v e l o p m e n ts i t u a t i o na tp r e s e n ta n dt r e n do fp d m l e c h n o l o g y , a c c o r d i n gt ot h el o n g - t e r mi n v e s t i g a t i o na n dr e s e a r e l ao nt h es p o ti ne n t e r p r i s e ， t h ea c t u a lh u l ln e s l i n gf l o wa n de x i s t e n tp r o b l e m 黜a n a l y z e di nt h ep a p e r 趾o o d md e s i g n m e t h o dw h i c hc o m b i n i n gt h ep d mt e c h n o l o g ya n dh u l ln e s 血培t e c h n o l o g yi sc a r r i e do u tt o m e e tt h er e q u i r e m e n to ft h eh u l ln e s t i n gr o b o t i c i z e d , t h em a i np a r td e s i g ns c h e m ea n dt h e f u n c t i o nm o d e lo f n e s t i n gd a t am a n a g e m e n ts y s t e mi sc o n s t r u c t e d m e a n w h i l e ，t h ef u n c t i o no f e a c hm o d u l ei sd i s c u s s e di nd e t a i l ，a tt h es a m et i m e ，t h ek e yt e c h n o l o g yi sa l s or e s e a r c h e d t h ea p p r o a c h e so f d y n a m i ce s t a b l i s h i n gn e s t i n gi n f o r m a t i o nd a d a - b a s e t oa c c o m p l i s hb i gd a t a q u a n t i t ys t o r a g ea f ep r o p o s e d t h ep r o b l e m so f a c c e s sr i g h ta n ds y s t e ms e c u r i t ya l ea l s ow e l l r e s o l v e d t h i ss y s t e mi se s t a b l i s h e di nt h ea c t t l a lw o r k , n o to n l yt h er e q u i r e m e n ta n a l y s i sb u ta l s o t h ee l a b o r a t e d e s i g n a r ec a r r i e do u tt or e a l i z et h i s s y s t e mi n c l u d i n gp a r t d a t a m a n a g e m e n t , n e s t i n gd e s i g nc a ds u b - s y s t e m , a n ds t e e ld a t am a n a g e m e n t b a s e do nc s s m l c t u r ew h i c hc i t l lp r o v i d ep o w e r f u lc l i e n tf u n c t i o n , s q ls e r v e r 2 0 0 0d a t a b a 辩s y s t e ma r c s e l e c t e dt of i n i s ht h i ss y s t e mi nt h ev i s u a ls t u d i o n e te n v i r o n m e n tb yc o o p e r a t i n gw i t h g r o u p b yo p t i m i z i n gp a r ts t o r a g et e e l m o l o g yo nt h ep a r t d a t am a n a g e m e n ta s p c c t ，t h e c o m b i n a t i o no fg r a p h i c sa n dr e l a t i o nd a t a b a s ei sr e a l i z e d ；t h ea p p r o a c h e so fa p p l y i n g o b j e e t a r x n e tt ot h er e a l i z a t i o no fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n tf o ra u t o c a d 2 0 0 7a 舶 p r o p o s e dt oa c c o m p l i s hs u c hf u n c t i o ma sc r e a t i n gb l o c kf i l e sc r e a t i n ga n dn e s t i n gd r a w i n g s t o r a g e ；o nt h es t e e ld a t am a n a g e m e n ta s p e c t , u s i n gt h eu m l c o n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ) ， t h ep r o c e s sf l o wh a sb e e nd e s i g n e da n dt h ef l o wc h a r t sh a v eb e e nd r a w n 一i i 基于n e t 平台的船体套料数据管理系统 t h i sp a p e rp r e s e n t st h ea p p r o a c ho fi n t e g r a t i n gp d mw i t hc a d t e c h n o l o g yw h i c hc a n b es u c c e s s f u l l yu s e di nh u l ln e s t i n gd e s i g n a tp r e s e n t , t h es y s t e mh a sb e e na c c o m p l i s h e d , a n dh a sb e e na p p l i e ds u c w 把s s f u l l yi nc o r p o r a t i o n , t h e r e f o r ei th a sb e e np r o v e dt h a tt h es y s t e m c a nm e e tt h en e e z lc o m m e n d a b l y k e yw o r d s ：h u l ln e s t i n g ) p d m ：n e tp l a f f o r m ；p r i v i l e g em a n a g e m e n t ) d a t a b a s e i i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学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“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学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。本人授权大连理 工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。 作者签名：多、1 轧 聊躲啦舰 洲年1 月己日 大连理工硕士学位论文 1绪论 1 1 课题背景 近年来中国船舶工业呈现出强劲增长势头，2 0 0 6 年的造船产量已经达到1 4 5 2 万载 重吨，占当年全球造船产量的近1 5 。我国己连续1 2 年成为世界第三造船大国，并与排 名前两位的韩国和日本明显缩小差距。 船体套料是船体设计制造过程的一个重要环节，套料过程是船体数据管理的集中体 现，直接影响船体制造的钢材利用率，关系着造船企业的经济利益。由于船体零件数量 巨大，在船体套料设计过程中产生大量的零件数据信息、零件图形信息和零 牛加工信息 和钢材数据信息。 大连船舶重工集团有限公司( 以下简称大连船舶重工) 去年造船总量达2 3 2 万载重 吨，成为中国最大、世界第六大造船企业。目前，大连船舶重工在船体套料过程中，随 着订单的不断增多，生产周期不断缩短，数据管理上的问题逐渐突显，原有的一些靠人 工加经验的管理办法和模式已经跟不上如今大量、复杂的管理要求。 随着船舶工业朝着信息化、自动化和智能化的方向不断前进，如何把先进的产品数 据管理技术和计算机辅助设计技术应用到船舶零件套料方面并加以发展，是我们历面临 的新课题。 1 2 产品数据管理技术发展概述及研究现状 1 2 1 产品数据管理的基本概念 产品数据管理以软件技术为基础，以产品为核心，以数据库作为数据存储和优化的 载体，是- - l 管理所有与产品相关信息和所有与产品数据相关过程的技术。产品数据管 理踞确面向制造企业，以产品为管理核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素， 它提供产品相关的所有信息管理【l j 。 1 2 2 产品数据管理系统的功能特点 产品数据管理( 简称p d m ) 系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关 信息和过程的机制和构架，其主要功能包括：电子数据存储、用户功能集和实用功能集。 ( 1 ) 电子数据存储功能是p d m 系统的最基本功能，是实现其他功能的基础。p d m 的电子仓库能管理企业现存的电子文档，还能够捕捉新生成的电子数据。捕捉的方式有 两种，一种是将p d m 命令嵌入到产生数据的其他应用系统( c a d 软件、字处理软件、 基于n e t 平台的船体套料数据管理系统 表格软件或者其他专用软件) ；另一种是将应用系统的命令嵌入到p d m 系统中。电子 仓库主要管理如下的两类信息：归档数据：有不同的应用系统产生的电子仓库控制 存储在文件系统之下的数据，如各种标准、c a d 模型、c a e 数据、维护记录以及操作 手册等。元数据：管理数据的数据，包括管理和控制归档数据以及维护系统运行的各 种管理数据，元数据存储在数据库中并支持p d m 系统的各种功能【2 1 。 ( 2 ) 用户功能集主要是为了让用户充分利用p d m 系统的数据存储，检索和管理的 能力，通过图形化的用户界面与用户进行信息交换，执行用户指定的操作。不同的用户 使用不同的用户功能集的子集。用户功能集具体分为五类：文档管理；过程与工作 流管理；0 产品结构与配置管理：分类检索管理； 项目管t 塑 3 1 。 ( 3 ) 实用功能集是为了实现p d m 系统的用户功能所提供的底层支持功能，它直接 与操作环境交互，并把它的功能与用户隔开，通过裁剪可使系统工作在不同用户的各自 特定的环境中，这部分功能主要包括以下五类：通信和通知服务：数据传输；数 据转换：图像服务；系统管理。 1 2 3 产品数据管理技术发展概述及研究现状 p d m 技术早在上世纪八十年代初期就已经出现，它源自于c a d 技术应用的不断扩 展和深入。p d m 技术最早用于进行c a d 系统的图纸管理，c a d 的广泛应用产生了大 量的数字化图纸，这些数字化图纸如何检索、存储和管理涉及到大量的数据管理问题， 从而产生了对p d m 技术的需求【4 】。 近年来，许多专家学者在制造数据管理领域进行了广泛的探索。蒋辉【5 】从分析b o m 的基本概念入手，结合产品生命周期中b o m 数据的变化过程，提出了基于b o m 演变 的制造数据管理，其研究体现了动态的制造数据管理思想，但是缺乏对制造过程几何信 息的定义和解释，无法支持制造全过程数字化需求。王建涛、方明伦等人【6 】建立了一个 集零件信息、材料库、标准件、产品结构及配置管理于一体的基于p d m 集成化数据管 理模型，其研究体现出信息集成的思想，却因船体零件工艺性特色而受到了应用上的限 制。b e n o f te y n a r d 等人 7 1 ，提出了基于u m l 的建模方法，对本文套料数据管理的定义 具有良好的借鉴意义。周丹霞、殷国富等人【耵，提出基于w e b 的制造数据集成化管理 思想，利用动态服务器网页技术，开发了基于浏览器服务器三层网络体系结构的制造数 据集成管理系统，包含工程项目管理、工艺文件管理、工艺资源管理、图文档管理、工 装管理、任务管理等，其研究采用了网络化制造技术，对本文的技术途径和系统架构具 有良好的借鉴意义。吴涛、宋豫川等人 川研究了基于的网络化制造数据转换和传输技术， 建立了一种网络化的数据转换和传输模式，实现企业数据库和标准的x m l 文档之间的 一2 一 大连理工硕士学位论文 相互转换。齐建军、刘爱军等人【1 0 1 研究了基于) a 几模式的制造数据集成规范，定义了 异构系统间数据交换的内容和格式，探讨了制造数据集成规范的制定方法和相关技术， 其研究对于建立制造数据传递标准和规范有重要意义。另外还有许多学者提出了不同的 制造数据管理方法，为本文的研究奠定了坚实的理论和技术基础。 综上所述，产品数据管理的研究和应用已经具备了一定的研究广度和深度。然而针 对不同的行业，其应用有各自不同的特点。 1 2 4 船体套料技术的发展 利用手工或电子计算机做出的零件图形，将其组合配置在钢板边框内进行合理排列 的作业称为套料。船体零件套料工作是船舶建造的重要工序。随着世界造船行业的迅猛 发展，竞争日益激烈，如何最大限度的降低生产成本，缩短造船周期等关系到我国造船 业的生死存亡的问题显得日益突出。近年来随着计算机技术不断进步，各国争相将计算 机辅助设计技术应用于造船的各道工序中，大大提高了生产效率。在造船成本中钢材( 尤 其是钢板) 的消耗量占有很大的比重，因此节约钢板的消耗量，是降低造船成本的一项 有效措施。将船体零件进行套料是合理利用钢材，提高钢材利用率的有效方法。 船体套料技术的发展经历7 三个阶段【l l 】： 第一阶段，是手工套料。 工作人员按照简单的几何要素做出零件图，先确定下料阶段，再进行套料。有的是 通过手工比例放样得出的。 第二阶段，是人工剪贴电子计算机辅助套料。 电子计算机绘制一定比例的零件图，经剪贴成套料图，输入每个零件的基准点，方 向点坐标和翻身信息。程序根据套料信息，自动找出每块套料钢板相邻零件两两相关边， 通过于涉处理，用变步长的迭代法确定与每个零件的最佳位置，确定零件之间的间隙。 然后依次进行切割路线优化，用比较法选择各封闭图形起始点，以形成统一坐标套料图 磁盘，再由绘图机绘制切割图。 第三阶段，是计算机辅助自动套料。 数据库向计算机输入零件数量、识别编码和可用板材尺寸。电子计算机接着将所有 零件按尺寸分类，计算重心，并使其外接一个多边形。程序利用某种规则将零件从大到 小的“抛到”板材上去套料。根据所定标准对每个零件的位置进行检查，并把每种情况 以最佳位置储存起来，直到不能将更多的零件安排到板材上去。零件最佳位置精确定位 后，进行自动“搭桥”用切割路线将零件切割边缘连起来，然后绘制切割图，输出切割 磁盘，并记下余料尺寸。 基于n e t 平台的船体套料数据管理系统 船舶行业是产品数据最繁多最复杂的行业之一，船体套料过程又是零件和钢材数据 最集中的数据处理阶段，因此如何使产品数据管理技术应用到套料过程中是一个新的研 究领域。如何管理和重用好各个系统产生的数据，使得他们在整个零件加工过程都能发 挥作用，解决数据种类繁多，数据重复冗余，数据检索困难，数据的安全性及共享管理 较差等问题，如何找到一条能够真正集成化地管理产品数据和过程的道路，能够有效地 缩短了船舶制造周期，提高产品质量，增强企业的市场竞争能力是本文研究的问题。 1 3 课题研究意义 1 3 1 理论意义 船体的制造过程大概可以分成船体设计( 包括船体内部平面板架结构、外板型材生 成和曲面板架的生成、装配焊接工艺设计等) 、船体套料、船体零件加工、装配和焊接 等几个重要步骤。船体套料工作是船舶建造的重要工序之一，它上承船体设计部门，下 接零件制造车间，同时还肩负着合理地选用板材，提高材料的利用率，降低产品的制造 成本的重要职责。从狭义上讲，它的实质是如何解决不规则零件二维布局优化的问题 1 2 】， 从广义上讲，它是融汇了设计、工艺镑4 造、数据管理、统计汇总、优化分析于一体的复 杂的集成制造过程。 传统的研究方法认为，船体零件套料优化排样问题是一个纯粹的数学问题，属于具 有最高计算复杂性的n p 完全问题，而且至今还无法找到解决该问题的有效多项式算法。 只能通过遗传算法、模拟退火算法进行近似求解【1 3 “5 1 。再加上船舶生产的实际过程( 按 分段批量制造组装) 和套料的具体要求( 具体区分每个零件) 使得通过算法改进提高船 体套料效率变得更加困难，从而使套料工作陷入单纯最求利用率的误区。 研究套料数据管理系统的目的在于从广义上解决船体套料问题，它从系统的角度把 套料工作放入整个船舶制造的流程中，它能够实现从船体设计到船体套料再到零件加工 的数据无缝链接，使套料算法与套料设计工作有机的结合在一起。系统作为船体套料的 工作平台，所有与套料相关的工作都按照工序展开，它提供了数据支持、数据流程控制、 数据管理等全方位的技术服务功能，通过套料数据管理系统可以使复杂的套料工作变得 简单轻松、提高工作者的效率。目前，成熟的套料数据管理系统国内还没有出现，大部 分都是局限于套料算法的研究上，而没有把先进的p d m 技术和c a d 技术结合到一起。 因此，套料数据管理系统的研究具有重要意义。 大连理工硕士学位论文 1 3 2 应用价值 本课题是大连船舶重工承担的“十一五”国防科工委“船舶制造加工自动化技术开 发研究”项目的子课题，本文以大连船舶重工套料部门的船舶套料工作为实际背景，主 要负责解决当前在船体套料过程中的管理和技术问题。项目要求通过套料数据管理系统 的开发应用，能够实现套料设计工序的自动化和下料生产过程的综合优化，提高工作效 率，合理利用钢材、降低生产成本。 ( 1 ) 大连船舶重工是我国最大的船舶制造企业，该项目的研究使我有机会结合我 国大型企业的实际情况，在实践中研究产品数据管理系统的技术原理、结构模型及实施 策略，探索符合我国国情的企业的信息化建设道路。 ( 2 ) 本项目确立了同时从数据管理模式和优化套料技术两个方面，为套料设计和 零件加工提供高效实用的技术解决方案的基本研究思路，即管理与技术双管齐下，这是 实现优化下料、提高材料利用率的有效途径。该项研究对相近应用问题具有较大的指导 意义。 ( 3 ) 毛坯的下料生产是产品零部件制造过程中的第一道工序，通过该系统的成功 应用，将使大连船舶重工有效的提高套料数据管理水平，提高原材料的利用率和劳动生 产率，有效降低成本，产生明显的经济效益和社会效益。同时也是现代造船工业实现现 代集成制造系统的一种探索。 1 4 论文的主要研究内容 论文对船体套料技术和产品数据管理技术的研究现状进行了详细的总结，认真分析 船体套料工作的实际流程，针对当前存在的问题，提出了将p d m 技术和c a d 技术相结 合的面向数据管理的构建方法，建立了套料数据管理系统的总体方案和功能模型，详细 确定了三大功能模块的作用。并对构成系统的重要组成部分进行了详细的设计和研究工 作，包括i l 、，c 设计模式的实现，利用动态数据库创建技术解决了海量数据存储的难题， 利用基于角色的访问控制技术从用户管理的角度实现数据的安全访问。 论文详细介绍了零件套料数据管理、套料设计c a d 子系统、钢材数据管理的设计 方案和主要实现技术。在零件数据管理子系统中，研究了零件图形信息d x f 文件的特点， 利用了图形代码的可调换性和可拼接性，提出了根据实际需要对图元信息进行特征分类 存储优化的方法，并利用s q ls e v e r 设计实现了一种高性能、扩展性强的图形数据库。 在套料设计c a d 子系统中，提出了改进的套料流程和功能模型，并根据本文设计的功 能模型，应用o b j e c t a r x n e t 技术和c # 语言在a u t o c a d 2 0 0 7 上开发了套科设计子系统中 基于n e t 平台的船体套料数据管理系统 的主要功能模块，解决了混套等关键技术问题，提高了钢材利用率。本论文中所开发的 套料数据管理系统已经得到了部分的应用，得到用户的认可。 全文的结构安排如下： 第一章绪论介绍船体套料的相关背景知识，论述了套料数据管理系统的重要作 用，并详细介绍了产品数据管理技术、船体套料技术的发展情况和国内外研究现状，规 划了本文的主要研究内容。 第二章套料数据管理系统的总体方案 从总体上对系统进行了功能模型的划分， 利用m v c 设计模式建立了系统的软件模型。同时，对数据库构建进行了重点介绍。 第三章套料零件数据管理子系统开发 介绍了零件数据管理子系统的功能模型， 重点介绍了基于特征分类的零件图形信息的存储方案，零件数据管理系统的各项功能和 具体实现。 第四章基于n e t 技术的套料设计子系统开发重点介绍了套料设计c a d 系统的 功能模型、数据结构设计方案，详细论述了各功能的实现过程。 第五章钢材数据管理子系统开发详细介绍了钢材数据管理子系统的功能模型， 并实现了钢材数据导入、编辑、零件套料汇总、查询库存信息、报表打印等功能。 第六章基于角色的权限管理开发实例介绍了基于角色的权限管理技术和在系 统管理中的开发工作，并介绍了权限管理的模型和实例，实现了多用户多角色的系统解 决方案。 最后对文章的结论进行了阐述。 一6 一 大连理工硕士学位论文 2 套料数据管理系统的总体方案 2 1 套料工作现状分析 2 1 1 套料工作概述 套料是船舶设计制造过程中的重要环节，船体零部件通常是从一定规格的原材料上 ( 主要包括板材和型材) 用切割机等设备切割下来，再经过压弯、滚装等整形工艺，最 后经过焊接，装配得到的。船体的套料设计是零部件设计中的最后一道设计环节，它直 接影响了毛坯下料的生产，它对船舶的制造成本和生产周期有巨大的影响。 大连船舶重工的套料部门的主要任务就是对船舶零部件进行套料设计，生成包括套 料图、零件清单和数控指令等与下料加工相关的数据和信息，同时负责统计汇总钢材的 利用率和用板情况。 在套料的整个过程中，主要涉及到套料、计划、设计、采购、制造五个部门，其各 个部门之间的主要协作关系如图2 1 所示： 图2 1 套料设计过程各部门协作关系图 f i 9 2 1 t h ef i g u r eo f d o p a r t m e n t sc o o p o r 砸i o nr e l a t i o n s h i pi nn e s t i i l gd e s i g np r o c e s s 套料工作的整个流程复杂，大致按照各步骤彼此的逻辑关系，以套料设计工作为核 心，将套料过程大致分为套料前数据准备、套料设计、后处理三个部分。下面简单介 基于n e t 平台的船体套料数据管理系统 绍一下套料工作流程： ( 1 ) 套科前数据准备 首先，套料部门总负责人以整船为单位对计划任务进行分解，组成工作小组，规定 项目负责人。然后，由项目负责人根据计划纳期的要求完成船只的详细任务分配方案， 具体分配到每个成员。工作小组成员按照任务完成相关批量的零件图形信息和加工信息 的数据文件格式转化和导入数据库、母材信息的整理工作。 ( 2 ) 套料优化设计 每个套料设计人员根据分配的任务，在计划完成的时间期限内，利用套料设计c a d 子系统从数据库中提取出相关的零件数据，在a u t o c a d 中完成套料设计工作，并产生 结果文件，由系统将上述结果信息导入到相应的数据库表中。 ( 3 ) 套料后处理 在完成套料设计后，需要根据存储在数据库中的零件、材料信息生成各种生产用的 表格，例如：配套表、材料领取表、切割指令等文档，然后将套料图纸连同上述文档发 放到对应的制造部门；利用套料后的结果，进行钢材利用率、工作负荷的统计和查询， 便于领导进行决策。 2 1 2 现状分析 通过双方的共同探讨和调查研究，目前的套料工作在以下几个方面有进一步提高的 空间： ( 1 ) 数据库技术落后，需要更新换代。数据库有分段库、批量库( 手工库、数控库) 、 板材库、型材库，数据量大( 一条船的零件数以十万为基数) ，目前采用f o x b a s e 管理， 其数据管理功能落后，冗余严重，已经不适合目前的工程数据管理的需求； ( 2 ) 缺乏数据安全和权限控制。由于采用公共文件服务器方式，所有生成数据放 在服务器相应的以船名字命名的文件夹下，保密性差，所有的资源任何人都可访问，安 全性极低，缺乏日志管理、权限管理。 ( 3 ) 缺乏项目管理机制，无法及时的了解工程进行情况，无法准确计算工作者的 工作量，不能很好的跟踪和控制设计流程、发现问题。 ( 4 ) 统计汇总计算功能无法满足发展的需求，很多情况下需要重新人工统计，影 响工期，不能及时的为管理者提供决镶依据。 ( 5 ) 各个环节虽然能够实现自动化，但是没有形成一个完整的数据平台，各个环 节之间不能相互联系，在套料过程中生成过多的中间文件和冗余信息，降低整体效率。 因此，为了提高套料工作总体效率，加强套料设计的项目管理，优化套料设计流程， 大连理工硕士学位论文 解决数据库更新换代，完善数据统计等问题，开发一套船体套料数据管理系统是非常重 要的。 2 2 需求分析 建立船体套料数据管理系统，根本目的是为了综合优化套料设计过程，提高套料效 率，减少原材料消耗，缩短设计周期，并满足与企业信息化系统实现无缝连接的需求。 船体零件套料数据管理系统主要应从以下几个方面满足设计需求。 2 2 1 海量数据存储与管理需求 在套料过程中，最重要的就是如何解决海量数据存储与管理的难题，船体零件数量 巨大，种类繁多，一艘船的零件数能达到数百万个，如何使用先进的数据库设计方案解 决海量零件信息的存储、查询、删除、更新等操作的同时又满足速度性能要求是设计的 关键问题。 套料设计过程中产生很多重要信息，如项目计划信息、零件尺寸及属性信息、人员 配置信息、工作负荷信息等。这些需要在工作小组内实现不同程度的共享，以提高产品 设计开发的效率、保证数据的一致性和完整性。 2 2 2 信息安全需求 信息安全涉及以下三个方面： 设计过程中产生的重要文件和数据，需要定期备份； 不同的人员对文件、数据的操作权限各不相同； 要对重要文件及零件数据的录入、修改、删除等操作进行跟踪记录。 保护系统、数据的安全，防止无关人员使用、更改数据，使有关人员能够各司其职。 2 2 3 系统开发需求 系统软件开发过程，要满足下面要求，以实现系统的良好的性能： 实用性能解决企业开发中所碰到的问题，真正提高套料设计及生产效率、增强数 据管理的能力，并为以后的发展打下基础； 可靠性保证系统和信息的可靠性； 可扩展性充分考虑现有的信息系统及其接口要求，正确估计出今后企业发展和系 统扩展的需要，在系统软硬件配置、网络选型、数据库选择等方面预留可发展的空间， 保证系统的柔性、开放性和可扩展性； 易维护性具有友好的用户界面，便于企业人员自己的维护和管理。 基于n e t 平台的船体套料数据管理系统 2 3 总体功能模型及各功能介绍 根据需求分析以及对套料工作流程的分析，确立套料数据管理系统的总体功能模 型，如图2 , 2 所示。 一 矗_ ( 茸3肇苫。昌。叫露皇霄暑暑再盆叫皇ij錾z。五-0j ia暑暑葺ii。昌nj。蛊一q强聋 到j肆器霄g擦j篁剐缸骣巅砗怖n“墨 大连理工硕士学位论文 系统将实现的主要功能划分为三大子系统：船体套料零件数据管理( 零件信息导入、 图形信息导入、属性检查、信息汇总) 、套料设计c a d 子系统( 生成块文件、存储套 料图、属性检查、套科图信息查询、) 、套料母材数据管理( 母材数据导入、编辑、查 询、汇总母材库、领取表统计表打印、钢材利用率统计) 。为了保证数据的完整性和安 全性增加了系统管理子模块。 2 3 1 船体套料零件数据管理子系统 套料零件数据管理模块是实现套料设计过程的基础，承担着套料设计的全部数据预 处理任务。该模块的功能包括： ( 1 ) 零件信息导入。将t r i b o n 工作站生成的零件属性信息导入数据库中，自动 生成船体零件b o m 数据清单，为套料做好数据准备工作。 ( 2 ) 零件信息编辑。通过选择批量、分段可以查看零件b o m 数据清单，同时还支 持通过件号筛选和编号筛选的功能。并对已经进入数据库的零件信息进行检查、核对、 校验，补充剩余数据。 ( 3 ) 零件图形信息导入。将t r i b o n 工作站生成的零件图形文件d x f 中的图形信 息分解，进行优化处理，存储到数据库中，为套料做好数据准备工作。 ( 4 ) 零件信息查询。根据套料需要，提供全部零件信息的查询功能。可以按照批 量、分段、下料方式等多种组合条件方式查询，并可以打印零件配套表。 2 3 2 套料设计g a d 子系统 ( 1 ) 生成块文件。在a u t o c a d 中实现从数据库中读取零件的图形信息和属性信息； 把需要进行套料的零件以块的形式存储在a u t o c a d 的内存中，能够实现反复的读取和 删除；使套料程序能够从系统中读取有效的数据信息，进行套料。 ( 2 ) 存储套料图。实现手工数控混套和批量代用。实现对生成的c a d 套料图的存 储功能，把与套料图相关的数据( 如每个零件的定位信息等) 存储到相应的数据库中； 通过优化套料数据流程、设计专门完成该功能的表格，从数据存储的角度解决相关技术 难题。 ( 3 ) 套料图信息查询。查询套料图相关信息，如套料图号、生成日期、制图人、 同时可以准确查出每张套料图包含哪些零件和零件的定位信息( 包括x y 坐标，旋转角 度、是否镜像等) 、余料信息。 ( 4 ) 属性检查。以批量为单位对套料数据进行全面检查，主要的检查指标有件号、 枚数、材质、厚度：根据加工需要分配套料图上的零件左右弦、正反曲。优化相关的分 基于n e t 平台的船体套料数据管理系统 目a 方法。 2 3 3 船体套料钢材数据管理子系统 ( 1 ) 母材数据导入。根据套料部门需要，物资部门生成实际订货的母材数据信息。 根据钢材订货清单将母材信息导入到数据库中，再根据实际订货修改清单做迸一步的修 改，为计算钢材利用率准备数据，为实际套料过程中查询库存情况提供依据；提供各种 规格型材的断面面积、理论重量表格，可以进行实时更新。 ( 2 ) 母材数据编辑。根据套料部门需要，生成物资部门实际订货的型材数据信息。 根据实际订货修改清单做进一步的修改，为实际套料过程中查询库存情况提供依据。 ( 3 ) 汇总母材库。实现套料程序从管理系统的数据库中读取母材的信息，来修改 母材的库存情况；按照订货其次、批量统计用板情况。为计算钢材利用率提供数据。 ( 4 ) 报表打印。根据套料结果信息，以分段为单位，按照需要分别打印数控板材 领取表、手工板材领取表、型材领取表等各种表格。同时，可以访问相应的切割指令文 件、套料图，并按照需要打印零件定位信息表、数控套料图、手工套料图等表格。 ( 5 ) 钢材利用率计算。根据母材的规格材质等信息计算理论重量，根据发放的钢 材领取表，实时计算并统计船体钢材的领取重量、实耗重量，自动计算船体钢材的利用 率。 2 3 4 系统管理子系统 ( 1 ) 用户管理功能模块。负责系统登录；实现在网络内部自动搜索服务器，提供列 表，动态连接服务器和数据库的功能；使用户正确登录系统，全面控制用户的操作范围 和权限，保证企业数据信息的安全性和保密性；实现人员的添加、编辑、查询、修改、 ( 2 ) 角色权限管理模块。将使用人员划分为不同角色，如：系统管理员、总负责人、 项目负责人、套料设计人员等；实现用户的分级管理，不同的用户对文档拥有不同的操 作权限，在系统运行过程中，实现产品数据在允许的权限范围内被有效的访问，确保数 据传递给所需的用户。 ( 3 ) 系统备份。设置套料数据库、数控零件图纸、结果文件的备份方式，考虑是否 覆盖、时间间隔、权限等因素，进行自动备份。 ( 4 ) 系统日志及配置管理。日志管理通过为图文档建立事件日志，对所有入库、查 询、删除等事件自动记录，进行事件跟踪。系统对操作者的登录系统，下载文件及各种 数据库操纵都将自动记录，以利于查清数据去向。定期将系统日志传递给项目负责人和 相关主管，及时发现用户的非法操作。 大连理工硕士学位论文 2 4 系统的软件模型 2 4 1 系统的体系结构 随着软件系统的规模和复杂性的增加，软件体系结构的选择成为比数据结构和算法 的选择更为重要的因素。软件的体系结构表示了一个软件系统的高层结构，是一种高层 次上的抽象1 1 6 1 。 本系统采用c s 体系结构。结构图如图2 3 所示。c s ( c l i e n t 客户机s e r v e r 服务器) 体系结构是传统的软件系统体系结构，它需要在客户机和服务器上同时安装软件才能使 用，而且主要的事务逻辑都在客户端实现。目前大多数应用软件系统都是c s 形式的两 层结构。这种模式的优点是，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分 配到客户端和服务器端来实现，降低了系统的通讯开销。 图2 3 系统的c s 体系结构简图 f i 9 2 3t h es k e t c ho f c ss a u c a l r ei nt h es y s t e m 2 4 2m v c 设计模式 面向对象技术的目的之一就是提高软件的重用性，而对设计模式、设计方案的重用 则从更深的层次上体现了重用的意义和本质【1 7 】。所谓设计模式就是软件设计中的用来解 决问题的一些较好的经验方法【l 羽。常用的设计模式有命令者模式、观察者模式、m v c 模式等等。本系统中使用命令者模式设计菜单【1 9 】，观察者模式设计自定义空件，m o d e l v i e wc o n t r o l l e r ( 简称m v c ) 模式设计系统的整体框架。在这种设计模式下，一个应用 基于n e t 平台的船体套料数据管理系统 被分为3 个部分：模型( m o d c l ) 、视图( v i e w ) 和控制( c o n t r o l l e r ) ，每个部分负责 不同的功能。模型是指应用程序的数据，以及对这些数据的操作；视图是指用户界面； 控制负责视图和模型之间的同步，也就是说，根据用户界面的操作完成对程序数据的更 新，将程序数据的改变及时反映到用户界面上【2 0 】。 视图代表用户交互界面。随着应用变得越来越复杂，界面处理也变得越来越复杂。 一个应用往往会使用许多不同的视图，m v c 设计模式对视图的处理仅限于对用户请求 的响应和视图上数据的处理，而不包括视图上的业务逻辑的处理。业务逻辑的处理有模 型进行处理。 模型即业务逻辑的处理以及业务规则的制定。业务逻辑的处理过程对视图和控制来 说是透明的，不可见的。视图向模型请求数据，模型接受请求后进行处理，最后返回处 理结果。模型的设计是m v c 的核心。 控制部分接收用户请求，将模型与视图匹配在一起，共同完成用户的请求。划分控 制部分的作用十分明显，它清楚地告诉用户，它是一个分发器，选择什么样的模型，选 择什么样的视图，可以完成什么样的用户请求。控制层不做任何数据处理。 m v c 专门为那些需要以相同的数据提供给多个用户界面的应用程序而设计的。它 很好地实现了数据层与表示层的分离，特别适用于开发与用户图形界面有关的应用程 序。m v c 设计模型的业务流程如图2 4 所示，该图形象地描述了视图、模型、控制3 个部分之间的协作关系。 选择 匕= = 爿 查询 图2 4m v c 设计模式 f i 9 2 4m v cc l e - s i g np a t t e r n 处理 大连理工硕士学位论文 使用m v c 设计模式的优点是使程序结构更加清晰，能增强代码稳定性。对于业务 逻辑和数据、用户界面、用户请求处理和数据同步这三部分来讲，用户界面发生变动的 可能性最大，其次是控制部分，业务逻辑是最稳定的。所以这种模块功能的划分有利于