（机械设计及理论专业论文）船舶管系设计物料清单系统设计与实现.pdf

摘要 船舶管系是联系主、辅机械及有关设备，保证船舶正常航行的重要船舶动力装置。 长期以来，在船舶管系设计过程中始终采用手工统计方式进行物料管理。由于手工统计 存在效率低下及错误率高等弊端，因此船舶管系设计过程中需要运用先进的技术手段来 处理大量复杂的物料数据。在此背景下，对船舶管系设计过程中的物料清单制作过程进 行了深入的剖析，设计并实现了由物料数据自动提取、数据智能处理和用户视图生成三 个主要子系统组成的船舶管系设计物料清单系统。 首先对国内外船舶管系设计物料清单系统研究现状进行综述，然后综合运用物料清 单技术和c a d 技术对实际的船舶管系设计环境进行了深入的需求分析，提出了系统的总 体设计方案，并分别对系统的数据流、运行模式、功能模块、数据结构和产品树进行了 设计，确定了系统的c s 运行模式并且划分了系统主要的功能模块。随后，应用o b j e c t a r x 技术进行物料信息提取功能实现，并对物料信息数据汇总统计功能的设计与实现进 行了阐述。系统的用户视图表达模块的功能是将物料信息以特定的视图方式表达给用 户。在对用户视图表达方案进行分析和讨论的基础上，运用a c t i v e x 技术实现了用户视 图表达功能。最后，叙述了船舶管系设计物料清单系统的构建和集成功能的设计与实现 方法，整合了系统主、辅功能模块，建立了系统接口。 船舶管系设计物料清单系统已在实际的造船设计生产中得到应用，达到了提高生产 效率和设计规范化程度以及缩短设计周期的目的。 关键词： c a d ；a u t o o a d 二次开发；物料清单；船舶管系；o b j e c ta r x ：a c t iv e x a b s t r a c t s h i pp i p i n g i st h e i m p o r t a md e v i c e w h i c hc o n t a c t st h em a i nm e c h a n i s ma n dt h e a c c e s s a r ya n de n s u r e st h es a f en a v i g a t i o no f t h es h i p f o ral o n gt i m e ，i nt h ep r o c e s so ft h e s h i pp i p i n gd e s i g n ，h a n d c r a f t e ds t a t i s t i c i st h ed o m i n a t i n gm e t h o dt oa c h i e v et h em a t e r i a l m a n a g e m e n t d u e t ot h ed e f e c to ft h em e t h o d ，s u c ha st h el o we f f i c i e n c ya n dh i g he r r o rr a t e ， t h ea d v a n c e dt e c h n o l o g yi sn e e d e dt od e a lw i t ht h el a r g ea n dc o m p l e xi n f o r m a t i o nj nt h e p r o c e s so fd a t ad i s t i l l i n t e l l i g e n ts t a t i s t i ca n dt h ef a s tt r a n s f e r u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，t l l i s p a p e rr e s e a r c h e st h eb i l lo f m a t e r i a lo ft h es h i pp i p i n gs y s t e m ，t h e nd e s i g n sa n dr e a l i z e st h e m a t e r i a ld a t aa u t o m a t i c d i s t i l l i n g ，i n t e l l i g e n ts t a t i s t i ca n d t h ec r e a t i o no f t h eu s e rv i e w f i r s t l yt h i sp a p e rs u m m a r i z e st h er e s e a r c ha c t u a l i t yo f t h ef i e l do f e n g i n e e r i n gb i l l o f m a t e r i a li ns h i pp i p i n gs y s t e m ，t h e na n a l y z e st h eu s e rr e q u i r e m e n to ft h ea c t u a le n v i r o n m e n t i nt h es h i pp i p i n gd e s i g nu s i n gt h et e c h n o l o g yo fc a da n db o m a n de s t a b l i s h st h et o t a l s o l u t i o no ft h e s y s t e m s u b s e q u e n t l y ，t h i sp a p e rd e s i g n st h ed a t as t r e a m ，t h ep o l o g i c a l s t r u c t u r e jt h ef u n c t i o ns t r u c t u r e ，t h ed a t a b a s es t r u c t u r ea n dt h ea s s e m b l yt r e e s j 蚴e r e a f t e r 。t h e d i s t i l l i n gp r o c e s si sd e s c r i b e dw i t ht h eu s a g eo f t h eo b j e c ta r x t e c h n o l o g y t h e nt h ed e s i g n a n dt h er e a l i z a t i o no ft h ei n t e l l i g e n ts t a t i s t i c sp r o c e s si si l l u s t r a t e d t h e r e i n t o t h ei n t e l l i g e n t s t a t i s t i c sp r o c e s si st h es i g n i f i c a n te m b o d i m e n to ft h ei n t e l l i g e n c eo ft h e s y s t e m t h eu s e r v i e wd i s p l a yi st h ep r o c e s so fe s p e c i a l e x p r e s s i o no ft h es h i pp i p i n ge n g i n e e r i n gm a t e r i a l i n f o r m a t i o n o nt h eb a s i co ft h ed i s c u s s i o no ft h eu s e rv i e wp l a n ，t h i sp a p e re x p o u n d st h e r e a l i z a t i o no f t h eu s e rv i e wb a s e do nt h ea c t i v e x t e c h n o l o g ya n dt h ew o r dt e r n p l a t e f i n a l l y , t h ei n t e g r a t i o no ft h es y s t e mi sp r e s e n t e d t h i s p r o c e s sa c h i e v e st om a k e aw h o l ea p p l i c a t i o n s y s t e ma n d c o n s t i t u t e st h ei n t e r f a c ew h i c hm a k e st h e s y s t e m m o r ec o n v e n i e n tf o rt h eu s e r t h e e n g i n e e r i n gb i l l o fm a t e r i a lh a sb e e n a p p l i e d t ot h ef a c t u a l s h i pd e s i g na n d m a n u f a c t u r e ，a n da c h i e v e st h ei n t e n t i o no ft h ee f f i c i e n c ye n h a n c e m e n t t h ei m p r o v e m e n to f t h e e n t e r p r i s es t a n d a r d i z a t i o n ，a n dt h es h o r t a g eo f t h ed e s i g nc y c l e k e yw o r d s ：c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ：a u t o c a d r e d e v e i o p m e n t ：b il i o fm a t e r i a o b j e c ta r x ：a c t i v e x 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 一 - 一 1 绪论 物料清单( b i l lo fm a t e r i a l ，简称b o m ) 是组成部件的所有零部件、原材料的表 列“。它是企业里不同部门、不同流程间传递的基本数据。物料清单概念的提出由来已 久，最早可以追溯到二十世纪八十年代。当时伴随着产品数据管理( p r o d u c ed a t a d a n a g e m e n t 。简称p d m ) 、制造资源计划( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g t 简称 m r p i i ) 和企业资源管理( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，简称e r p ) 等多种企业信 息化管理概念模式的广泛提出，物料清单就作为p d m m r pi i e r p 的一部分，成为产 品结构和产品配置管理的关键技术之一”1 。 本论文提出的船舶管系设计物料清单系统( e n g i n e e r i n gb i l l o fm a t e r i a li n s h i pp i p i n gs y s t e m ，简称e b o m - s p s ) 是指运用关系型数据库技术基于c s 模式对船 舶设计过程中的管系组成部件的零部件、原材料属性信息进行提取和智能处理并生成用 户视图的应用。 1 1 技术背景 1 1 ，1 物料清单( b o m ) 技术简介 产品结构( p r o d u c es t r u c t u r e ) 在实际应用过程中往往就是指物料清单 ( b o m ) 因其在配置、构架、传输生产资料等生产过程中的核心位置，已经历史性 的成为了生产活动的中枢“。初期阶段，b o m 是作为p d m m r p i i 的一个模块产生并发展 的。从1 9 8 8 年，g a r w o o dd “提出b o m 概念后，人们逐渐开始把b o m 作为一个相对独 立的领域进行研究。 自二十世纪九十年代以来，随着企业信息化进程的深入，以及计算机辅助设计、计 算机网络和关系型数据库等相关领域技术的发展，物料清单技术的研究也逐步向纵深层 次延伸。从以设计物料清单( e n g i n e e r i n g8 1 1 io fm a t e r i a l ，简称e b o m ) 和制造物 料清单( m a n u f a c t u r i n gb i l lo fm a t e r i a l ，简称m b o m ) 为代表的物料清单视图构架 分化，到以波音公司为首发起从单一产品数据源( s i n g l es o u r c eo fp r o d u c td o t a ， 简称s s p d ) “3 为代表的数据清单构架整合；从基于数据库的数据存储方式，到基于x m l 的数据存储方式；从基于c s 的运行模式，到基于w e b 的运行模式栩，b o m 已经成为 企业信息化技术中最活跃的研究领域之一。 1 1 1 。1 b o m 的内涵 b o m 最早是作为可被计算机识别的产品结构出现的。当时是为了满足m r p 计算的需 要。在m r p 计算的输入中，用b o m 表示为生产某产品所需要的所有物料，以及物料之间 的结构和数量的关系。在计算过程中，根据主生产计划，以b o m 中的产品结构为物料分 解的依据，计算出所有物料的毛需求，然后结合物料的库存信息和物料的采购或生产提 日口期，计算出每一种物料的采购订单或生产计划。b o m 在m r p 中逻辑位置如下图所示， 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 图1 1b o m 与职p 的逻辑关系 f i g u r el1 t h el o g i cr e l a t i o n s h i po fb o m m r p 在b i r p 中，b o m 是以产品结构为框架，表达了为制造产品所需要的物料以及物料之 间层次关系和数量关系的一种数量结构形式。在工程实际中，对b o m 的概念有两种不同 层次的理解： l 、b o m 是一种描述了所制造产品的条目、成分或物料组成的清单文件，相当于明 细一览表，如结构物料清单和数量一览物料清单等。 2 、b o m 具有产品结构的含义，是对不同产品结构视图的别称，如设计b 0 1 , i 、制造 b o m 等。 在通常情况下，b o m 是在产品设计阶段产生的，然后由其他部门使用并扩展，b o m 信息可能包括产品结构定义、服务备件信息、物料采购计划、装配顺序、工程更改控 制、生产指令、订单信息、成本分析、价格、可用资源分析等内容。因此，b o m 是接受 客户订单、确定装配需要的可选件、计算累计提前期、编制生产与采购计划、配套领 料、跟踪物流及生产过程、追溯任务来源、计算成本、投标报价、改进产品的三化工作 ( 标准化、系歹q 化、通用化) 等都需要参照的重要文件。可以看出，上述各项业务涉及 销售、计划、生产、供应、物料、成本、设计、工艺等部门，因此b o m 本身体现了数据 共享和信息集成。而且，它随着客户需求的变化，工艺技术的改进等原因，处于动态的 变化状态中。 1 1 1 2 多视图b o m 的演变 企业都希望各个业务部门能依据统一的产品结构来组织数据并进行工作，这样可以 最好地保证数据的一致性和共享。但实际中，由于不同阶段的人员对产品有不同的视角 和需求，使得b o m 必须符合特定阶段的要求，比如，设计人员关心的是产品的产品功 能，他必须提供完整的产品组成结构描述：而工艺人员关心的是零部件的可加工性和可 装配性，他必须按照工艺能力和精度要求给出最省时最经济的工艺计划，并可能为了易 于加工和装配而将产品结构的父子关系重新安排；计划人员关心的则是库存、制造产品 所需要的时间等，并根据实际的制造过程来制定生产计划，他可能在b o m 中添加了“虚 拟件”来简化计划的安排。视角和需求的差异必然导致b o m 的变化，因此产生不同视角 的b o m 称为“多视图b o m ”。在产品的生命周期过程中，多视图b o m 所经历的演变过程 一般包括订单b o m 、设计e b o m ( e n g i n e e r i n gb o m ) 、工艺p b o m ( p r o c e s sb o m ) 、制 造m b o i ( m a n u f a c t u r i n gb o m ) 、客户c b o m ( c u s t o m e rb o m ) 等几个阶段。其中e b o m - p b o m 一 m b o m 的过程是整个演变过程中的关键。b o m 的转化体现了产品生命周期内的数 据流，是企业组织产品数据的依据。 一2 一 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 产品设计 工艺设计车侧制造 图1 2 不同阶段的b 删视幽 f i g u r e1 2t h ev i e w so fd i f f e r e n tp h a s eb o m s 本论文所涉及的主要是设计b o m ( e b o m ) ，它也是目前应用最广泛的一种b o m 。 e b o m 是针对企业的设计部门对产品结构的定义，并反映产品设计结构的b o m 形式。设 计结构区别于装配结构和制作结构，是工程设计人员按照客户订单合同中的产品功能要 求来确定产品需要包括哪些零部件，以及这些零部件之间的结构关系，是按所谓的设计 分离面划分的产品结构。物料的设计属性是产品功能要求的具体体现，如重量、寿命、 外观等等。 e b o m 的生成是随着产品各零部件设计的逐一完成而形成的。在以图纸为数据载体 的时代，e b o m 的结构和属性散布在图纸的目录和明细表中，将各类零部件的明细表级 联起来就形成了e b o m 。目前很多p d m 已经可以使产品设计( c a d ) 的结果自动生成 e b o m 。 工艺b o m 和制造b o m 是工艺设计阶段和装配制造阶段的b o m 形式，它们的功能和物 料表述侧重点与设计b o m 有所不同。由于本论文主要对设计b o m 进行分析和实现，因此 其他b o g 视图形式就不再赘述，详情请参考相关文献。一”。 1 1 1 3 以b o m 为核心的数据集成 任何一件产品一般都要经过由设计一 制造一 销售一 使用一 维护一 废弃( 回收) 的过 程，产品由产生到消亡的过程称为产品的生命周期( p r o d u c tl i f ec y c l e ) 。在产品生 命周期中，b o i l 是连接各个阶段的重要信息。在典型的制造企业中，工程设计部门根据 客户的需求设计产品，从而产生设计b o m ，工艺部门再按照设计b o m 来进行零部件和装 配工艺的设计产生工艺b o m 和制造b o m ，计划部门也根据制造b o m 进行生产加工的原材 料配套并制订作业计划，售后服务和技术支持部门根据客户b o m 来进行产品维修和维 护。所以b o m 贯穿了企业生产活动的始终，通过b o m 这条线索，将产品中相关的数据、 过程、人员组织起来，就可以将产品生命周期中不同的阶段和过程进行连接并实现信 息、过程、企业的集成。下面本节就介绍一下b o m 在企业c a d 和e r p 中的数据集成作 用。 设计部门既是b o m 的设计者，又是b o m 的使用者。单一零件诸如图号、物料名称、 重量、体积、设计修改审核号、物料生效日期等各种信息；总图( 由零件、组件部件等 装配而成) 还包括包装、装件清单、技术文件、产品说明书、保修单等等信息，这些都 是b o m 信息的组成部分。在设计部门中，通常所说的b o m 实际上是零件明细表，是一种 技术文件，偏重于产品信息汇总。 设计部门按照某种类型产品的图号来组织b o m 信息。设计部门在接到订单后按照订 单的要求，一般情况下有三种设计思路自顶而下形式设计、自底而上形式设计、自 中间向两边设计形式。无论哪一种设计方式，在图号的组织上都是一致的，都是按照图 一3 一 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 号来合并产品信息，形成该产品的总明细表、标准件汇总表、外购件汇总表、外协件汇 总表等，在需要的时候还能生成产品图纸目录( 满足没有运行e r p 系统的客户或外协工 厂) 。有时一个同样的零件由于属于不同的产品，可能有了不同的零件号，因此不一定 考虑企业物料编码的唯一性。需要说明的是，在形成物料清单后，每一种物料都有唯一 的编码，即物料号。设计部门中的零件明细表信息转化成e r p 系统中的b o m 信息，需要 设计部门、工艺部门和生产部门的共同协作。以及p d m 设计产品关系特眭的管理来解决 零件明细清单与b o m 表之问的异同信息。设计部门产生的设计b o m 经p d m 处理后传送给 e r p 系统。 除了设计部门与b o m 有关外，生产部门、产品成本核算部门、物料需求计划 ( m r p ) 系统、销售部门等等也与b o m 有着紧密的联系，而这些联系是通过企业e r p 来 实现的。生产部门使用1 3 0 m 来决定零件或最终产品的制造方法，决定领取的物料清单； 产品成本核算部门利用b o m 中每个自制件或外购件的当前成本来确定最终产品的成本和 对产品成本维护，有利于公司业务的报价与成本分析；物料需求计划( m r p ) 系统中 b o m 是m r p 的主要输入信息之一，它利用b o m 决定主生产计划项目时，动态确定物料净 需求量，知道需求哪些自制件和外购件。需要多少，何时需要，标准用料与实际用料的 差异分析；销售部门通过i n t e r n e t 访问数据库，可以方便地报价，提供准确的零件设 计信息与追踪制造流程等自助服务，客户还可以自己下订单购买产品备件。 b o m 是任何管理系统的基础，它几乎与企业中的所有职能部门都有关系。为此，要 想提高生产管理系统的效率，b o m 准确与否是十分重要的。即使数据已经相对准确，但 也不能忽视人在b o m 中的主体作用，对于特殊变化，应该能够利用手工在系统中对b o m 信息的内容进行增加、删除和修改等编辑工作，可以顺利完成任务。 1 1 2 船舶管系设计技术简介 船舶管系是船舶动力装置的重要组成部分，它联系主、辅机械及有关设备，保证船 舶正常航行、停泊以及船员和旅客的需要，因此船舶管系设计是船舶动力装置设计不可 缺少的内容。管系设计的优劣不仅关系到动力装置和船舶的性能，而且直接影响到船舶 建造的周期”3 。从整船设计及制造的生产进度和工艺安排来看，管系制作和安装要考虑 的因素复杂多变，往往要在船体大合龙完工、船舱设备定位后才能进行。船舶管系的制 作安装占整个造船工作量的2 0 3 0 ，直接影响生产进度啪。正是由于船舶管系设计的 重要性和复杂性，国内外造船企业纷纷采用现代化工程设计工具，如各种c a d c a m 软 件- 对船舶管系设计工作进行改造，以降低设计误差、提高工作效率。 早在上世纪九十年代，在船舶设计软件中，管系设计模块就已经成为不可或缺的一 个重要组成部分。随着三维立体、动态建模等技术的发展，船舶管系设计逐步向仿真 化、智能化方r a j 发展。目前市场上的船舶设计软件主流产品，如贝尔德公司生产的 s h i p c o n s t r u c t o r 、瑞典t r i b o ns o l u t i o n s 公司的t r i b o nm 1 、法国d a s s a u l t 公司的 c a t i a 等，都将管系设计作为系统中的重要模块之一，并不断推出更新的版本来满足用 户的需求。 - 4 - 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 1 2 选题 1 2 1 课题所属的研究领域 本课题属于计算机辅助设计( c a d ) 研究领域，是在大连理工大学机械工程学院 c a d c g 研究所开发的船舶管系设计物料清单系统( e b o m s p s ) 的基础上提出的。课题 根据国内某大型造船企业的实际需求，如厂家实际的物料编码汇总方式、产品树结构、 用户视图模式等，提出了一整套船舶管系设计物料清单系统解决方案，并开发出一套软 件实现了e b o m s p s 理论模型。其中运用到a u t o c a d 二次开发、工程图样信息提取、 a c t i v e xa u t o m a t i o n 等多种计算机辅助设计技术。 1 2 2 国内外船舶管系设计物料清单系统研究现状 船舶设计制造具有周期长、信息量大、管理复杂等特点，客观上要求采用先进的技 术处理设计、生产、经营中的大量复杂数据，实现数据的共享和快速准确传递。在以产 品为导向的新的造船模式下，船体的零部件信息管理也变得比以往更加重要。在此需求 的引导下，相关专业领域的专家学者做了大量细致的研究工作。物料清单技术是围绕物 料信息提取、汇总统计以及用户视图表达等过程展开的。本节就结合当前国内外船舶管 系设计物料清单系统研究现状对物料清单技术在船舶管系设计中的几个关键技术进行说 明。 1 2 2 1 物料信息的提取 物料信息是存储于工程设计图样中满足功能要求的零部件的设计参数体现。物料信 息以可视的图形数据或文字信息表达出来，或以非图形数据存储于图形实体中。如何将 这些散列于工程图样中的物料信息进行提取转化为计算机可处理的数据是物料清单系统 面临的首要问题。 根据物料信息存储方式的不同，物料信息提取可分为显式信息提取和隐式信息提 取。显式信息提取即对工程图样中可视的图形数据或文字信息提取，最典型的就是对工 程图样的标题栏和明细栏的信息提取“。隐式提取是对图样中存储在图形实体中的非图 形数据进行提取，最典型的是对图形块属性的提取“。目前随着船舶制造企业信息化的 发展，企业物料信息更多的采取隐式存储方式。从最原始的手工命令提取法“”，到应用 基于工程设计软件的二次开发技术的智能提取“。“。，隐式物料信息的提取方式向着自 动化、智能化方向发展。 根据被提取的工程图样应用的设计软件的不同，物料信息提取还可以分为基于不同 设计软件，如a u t o c a d 、u g 、p r o e 等等，的物料信息提取。由于许多大型船舶企业在设 计过程中可能用到多种设计软件，物料信息可能散布于多种格式的工程图样中，因此， 跨图形设计平台的物料信息提取就日益成为物料信息提取技术发展的趋势。目前，物料 清单技术已经从对单一图形设计平台物料信息提取发展到运用中间件技术进行跨图形设 计平台信息提取“1 。 一5 一 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 1 2 2 2 物料信息的智能处理 最初的物料清单系统是将提取出来或手工输入的物料信息直接存储，不加任何汇总 统计。随着物料清单在m r p 和e r p 等企业信息化解决方案中的数据集成作用越来越明 显，物料清单的智能化要求也越来越高，从开始简单的物料分类，到数据排序、数据合 并汇总，最后到目前的聚类分析，物料清单系统对信息的处理越来越智能。 聚类分析来源于数据挖掘技术，它是将一群物理的或抽象的对象，根据它们之间的 相似程度，分为若干组，其中相似的对象构成一组的过程。聚类与分类不同的是后者所 学习获取分类预测模型所使用的数据是已知类别归属，属于有教师监督学习方法，而聚 类分析所分析处理的数据均是无事先确定类别归属，属于无教师监督学习方法。通过聚 类分析，物料清单系统可以更有效的对物料信息进行汇总统计等智能化处理。在物料清 单系统中运用聚类分析技术标志物料信息处理已经向人工智能方向迈进。 1 2 2 3 物料清单系统的应用模式 总体来讲，船舶管系设计b o m 系统有两种应用模式：一种可以称为“嵌入模式”， 即作为整船b o m 系统中的一个模块嵌套在船舶辅助设计软件中，如贝尔德公司的 s h i p c o n s t r u c t o r ；一种可以称作为“外挂模式”，即在现有的船舶辅助设计软件下根 据企业自身特点进行二次开发，如大连理工大学船舶c a d 中心为渤海造船厂开发的b s c m s 系统中的b o m 模块就是基于t r i b o n 的二次开发“”。这两种应用模式不存在绝对的 好坏之分，只是分别适用于不同的企业需求。下面，就通过一个表格对这两种应用模式 进行对比。 表1 i 船舶管系设计b 咖系统模式对照表 t a b l e1 1t h ec o n t r a s to fs h i p p i p i n ge b ( ms y s t e mp a t t e r n s 从表1 1 中可以看出，由于嵌入模式将b o m 与设计绘图过程结合在一起，因此对绘 图软件平台存在一定的依赖性，但与软件内其他模块的接口性能优于外挂模式，比较适 合整船设计工作统一用同一种辅助设计软件的造船企业：而外挂模式由于其良好的绘图 软件平台兼容性和可扩展性，因为比较适合部门分别应用不同的辅助设计软件，并经常 对物料信息结构进行变动的企业。 1 2 3 任务的提出和需求分析 船舶管系设计总体上分为原理设计和详细设计两个阶段。原理设计是由船舶设计部 门根据管系设计原则对船舶每一个系统的管系物料进行位置布置并提出规格数量上的要 求的过程。原理设计结束后生成原理设计工程图样和船舶管系设计物料清单，采购部门 根据物料清单购买相应的物料。详细设计则是由船舶装配部门根据原理设计工程图样和 一6 一 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 具体物料对管系物料的连接、定位和安装等具体装配细节进行设计的过程a 详细设计后 船舶管系就可以进行装配施工了。下图为船舶管系设计装配流程图： 圈1 3 船舶管系设计装配流程图 f i g u r e1 3t h ef l o wc h a r to fs h i pp i p i n gs y s t e md e s i g n a s s e m b l e 在船舶管系原理设计阶段，需要根据在辅助设计软件中设计完成的船舶管系工程图 样进行零件( 如：阀件、附件、管件等) 的材料、数量、标准号等物料信息的统计t 生 成单个系统( 如：主辅机燃油系统、机舱蒸汽系统等) 的分类物料明细表和整船管系汇 总物料清单。 船舶管系设计物料清单统计的传统方法是由工程设计人员手工统计。首先要对不同 类型的零件进行编号，以零件的标准号或图号、名称、规格、材料代码、重量和备注6 项属性为标准，将属性值相同和相近的零件编号相邻排列，然后统计出每个系统每类 物料( 如管件) 的数量，其中将6 项属性值全部相同的零件作为一组零件，在数量上进 行累加，最后再将整条船的全部系统统计起来，汇总出每一类物料的数量，生成全船的 物料清单。 目前国内大部分造船企业的管系物料清单系统仍停留在手工统计阶段。由于每个系 统中的物料数量比较大( 从1 0 0 至2 0 0 0 不等) ，由人手工统计时，不但需要细心和足 够的耐心，而且非常浪费时间，大大延长了工作周期。并且，如果无意问遗漏个别零 件，如果在检查过程中发现，就需要对已编号的物料重新编号，更糟糕的是如果在物料 汇总过程中没有发现这个错误，就将会为以后的工作带来更大的麻烦。 针对这种情况，课题结合国内某大型造船企业的实际需求，应用c a d 技术和关系型 数掘库技术。开发了一套适用于船舶管系设计的物料清单系统( 简称e b o m - s p s ) 。该 系统利用企业工程设计软件实际应用中使用的是a u t o c a d2 0 0 0 通过物料图样 原型提供的属性和实体句柄来获取图形实体与非图形数据之问的( 间接) 关联性，并使 用二次开发工具对工程图样中包含属性信息的物料图样原型进行属性提取，然后根据提 取出来的属性值对物料进行了重新编号，同时用新生成的件号更新工程图样中的相应物 料的属性值，并根据数据库中的物料信息打印出物料清单。 1 2 4 课题的应用价值 在目前船舶设计制造信息化、智能化的大发展趋势下，人工统计物料信息、开列物 料清单对于大型船舶设计制造企业来讲显然满足不了高效、快捷的需求。船舶管系设计 的物料清单系统( 简称e b o m s p s ) 的出现正好满足了企业在这方面的需求，它的应用 价值体现在以下两个方面： 1 、 e b o m s p s 提高了船舶管系b o m 的生成效率，降低了船厂设计成本。随着全 球船舶设计制造业的激烈竞争，效率就是生产力，效率就是经济效益。以 往用4 5 人需要一周左右时间才能完成的工作，现在只要一个人用一两天 时间就能完成，缩短了船舶管系的设计制造工期，而且最大限度的避免了 船舶管系设计物料请单系统设计与实现 潜在的人为失误因素，这无疑是提高了船舶管系设计的生产率。而且，在 目前我国船舶制造企业制造大型船舶普遍超期的情况下，提高劳动生产率 缩短造船周期无疑将将为企业带来直接的经济效益。 2 、e b o m s p s 提升了企业设计部门的规范化程度。大型船舶的设计工作往往由 船厂的多个部门协同完成，但部门之间的b o m 公文以及部分设计人员的标 注习惯往往不同( 如将1 9 9 7 写成9 7 等) ，这样会给最终的整船管系b o m 的汇总统计造成不必要的麻烦。使用e b o m s p s 后，不但各个部门汇总上来 的表格都是遵循企业标准的，而且一些由于人为造成的录入不规范也可以 通过软件得到控制。 3 、e b o m s p s 为船舶制造企业实施e r p 或m r p i i 提供了数据集成基础。作为企 业信息化中的重要基础性数据交换平台，b o m 表在企业生产结构、资源管 理等诸多领域的作用越来越明显。e b o m s p s 将信息技术应用于传统船舶制 造业，并且为企业实施e r p 或m r p i i 做好了基础性的准备工作。 1 3 课题的研究内容与预期目标 1 3 1 研究内容 本论文作者承担了大连理工大学c a d & c g 研究所与国内某大型造船企业的合作项 目“船舶管系设计物料清单系统”的主要研究开发工作，并对相关技术进行了研究。本 文对这些研究工作加以总结和论述，其中包括船舶管系设计物料清单系统的总体设计方 案，船舶管系设计物料信息的提取及汇总统计，物料清单用户视图表达，物料清单系统 构建与集成等技术内容。 船舶管系设计物料清单系统的总体设计 船舶管系设计物料清单系统的总体设计是对e b o m s p s 的运行模式、数据信息流方 式以及系统功能和核心模块进行系统设计的过程。该部分内容将在论文第二章进行论 述。 船舶管系设计物料信息的提取及汇总统计 船舶管系设计物料信息的提取及汇总统计功能是整个系统的核心模块之一。它是对 将物料数据从工程图样中经过转化和智能处理以满足用户对物料数掘要求的过程进行研 究。该部分内容将在论文第三章进行论述。 物料清单用户视图表达 物料清单用户视图表达功能是整个系统的核心模块之一。它是对经过处理的物料信 息数据以特定的视图方式展现给用户的过程进行研究。该部分内容将在论文第四章进行 论述。 物料清单系统构建与集成 物料清单系统构建与集成是将系统的辅助功能与核心功能组成一个完整而独立的系 统，并处理与a u t o c a d 的接口和入机接口等问题。该部分内容将在论文第五章进行论 述。 一8 一 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 1 3 2 预期达到的效果 根据实际工程需求，本课题预计开发一套可以在实际船舶管系设计环境下自动提 取、汇总统计、存储、表达物料信息的软件，其主要技术性能和特点如下： 1 、物料信息的自动提取功能，即可以在a u t o c a d 下自动提取存储于图形块中的物 料信息。 2 、物料信息汇总统计功能，即可以对原始物料信息进行排序汇总等智能化处理。 3 、物料报表打印功能，即可以将经过处理的物料信息输出到w o r d 中进行打印。 4 、a r x 程序自动加载，即启动a u t o c a d 的同时将a r x 程序加载。 5 、统计功能与图形绘制功能并行处理，即在对工程图样进行统计的同时，可以对 图形进行操作。 6 、统计和报表并行工作，即对图形进行统计的同时可以生成报表。 一9 一 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 2 总体方案设计 船舶管系设计物料清单系统是整个船舶物料信息管理系统的子系统，它负责将管系 原理设计工程图样中的物料信息经过提取、汇总统计等过程的处理最终生成用户视图。 为了实现上述功能，首先需要对系统的数据流、运行模式、功能模块、数据结构和产品 树等方面进行全面系统的设计。本章就是在对上述几方面的总体方案设计进行讨论的基 础上，结合系统的核心模块方案设计方案讨论，对系统的整体设计轮廓进行描绘，最终 对系统运行环境和开发工具加以说明。 2 1e b o m - s p s 系统总体方案设计 e b o m s p s 系统总体方案设计包括5 个方面：数据流设计、运行模式设计、功能模 块设计、数据结构设计和产品树设计。数据流设计是对整个系统数据流转的过程进行设 计，该过程可以认为是整个系统运行过程的抽象。数据流决定了实现系统的运行模式和 系统功能。数据结构和产品树设计为实现系统功能提供了逻辑保证。 2 1 1 e b o m - s p s 系统数据流 原始物料信息存储在工程图样的图形实体的属性中，e b o m s p s 通过提取过程将原 始数据转化为计算机可识别的信息存储在客户端机器中。之后，e b o m s p s 客户端通过 排序、汇总统计等智能化处理，对原始物料信息数据进行处理，然后存储到后台数据库 中。由于在此过程中，客户端也有可能从服务器端得到数据，因此数据流是双向的。当 用户需要得到物料清单时，用户操作e b o m s p s 客户端向后台数据库发出打印请求，后 台将相关的物料信息数据传到请求打印的客户端，实现打印操作。下图描述了整个 e b o m s p s 系统数据流过程。 图2 1e b o m - s p s 系统数据流 f i g u r e2 1t h ed a t as t r e a mo fe b o m - s p s 2 1 2e b o m 一8 p s 系统运行模式 在系统实现方式方面，e b o m s p s 采用c l i e n t s e r v e r 模式来满足系统数据流的要 求，即前台应用程序与后台数据库两大部分。前台应用程序是后台的数据库与船舶管系 1 0 罗一 船舶管系设计物料情单系统设计与买批 一 设计工程图样和用户的操作界面和视图平台，一方面它将从工程图样中提取来的物料信 息存储到后台数据库，一方面它又将存储在后台数据库中的已经经过汇总统计的物料信 息通过适当的视图方式表达给用户。后台的数据库存储整个系统的数据，并且进行主要 的数据处理。 幽2 2 髓伽- s p s 系统运行模式示意幽 f i g u r e 2 2t h et o p o l o g i c a ls t r u c t u r eo f 髓0 m 巧p s 2 1 3e b o m - s p s 系统功能模块 船舶管系设计物料清单系统( 简称e b o m - s p s ) 的核心模块为：信息提取、信息汇 总统计及存储、用户视图表达三部分。除了这三部分核心模块外，系统还需要材料管 理、标准件管理、系统名管理、船管理、图管理、物料查找、物料属性修改等七个辅助 模块，并与工程设计软件实际应用中使用的是a u t o c a d2 0 0 0 集成应用软件系 统。下图为e b o m s p s 系统功能模块图： 船舶管系物料清单系统 核心模块 网 辅助模块 | | 量 图2 3e b o i - s p s 系统功能模块图 f i g u r e 2 3t h ef u n c t i o ns t r u c t u r eo fe b o m _ s p s 物 料 属 性 修 改 船舶管系设计物料清单系统设汁与实现 在辅助模块中，材料管理、标准件管理和系统名管理是对物料信息中的三个对应 属性的标准化模块；船管理和图管理是对产品树中物料的上两级结点进行关联管理；物 料查找和物料属性修改是对工程图样中的物料信息进行相应的处理。这些辅助模块的具 体功能的实现以及整个e b o m s p s 的构建和集成将在本论文第五章进行详细描述。 2 1 4e b o m - s p s 系统数据结构 e b o m s p s 用1 1 个数据表实现对船舶管系物料信息的管理与存储，它们分别是：船 名存储表、船舶系统图表、材料描述表、管件明细表、附件明细表、阀件明细表、标准 件存储表、系统存储表、附件临时表、管件临时表、阀件临时表。下面这幅e m s p s 系统数据结构图描述了各个表的字段结构和表之间的关系： 熟b 蛾鳓；魄戮鑫 h l ! m r i n k i d 图2 4e b o m - s p s 系统数据结构图 f i g u r e2 4e b o m - s p sd a t a b a s es t r u c t u r e 在这些表中存储船舶管系物料信息的有6 个表，管件明细表、附件明细表、阀件 明细表、附件临时表、管件临时表和阀件临时表，其中临时表用作临时存储物料信息以 一1 2 船舶管系设计物料清单系统设计与实现 及对物料信息进行统计汇总工作，然后将最终的数据存储在明细表中。这些存储物料信 息数据表的操作将在本论文的第三章进行详细介绍。船名存储表、船舶系统图表、材料 描述表、标准件存储表、系统存储表作为船舶管系系统参数，在整个系统中起辅助作 用，它们的操作将在本论文第五章进行详细描述。 2 1 5e b o m - s p s 系统产品树设计 在工程应用中，设计对象大都具有复杂的组成结构。产品是一个具有复杂结构的 典型设计对象，产品由部件组成，部件由子部件组成，最简单的子部件就是零件。这种 以产品为最高层次的层次结构描述了一种产品对象的组成结构以及组成对象之间的联 系。在产品层次结构中，每个组成对象是其中