1 问题的提出

　　在船舶的设计和制造过程中，船体总体及分部的面积、质量、质心位置的确定非常重要，但由于船体制造数据量庞大，使得这部分工作相当复杂和费时。传统的做法是在对船体各部分进行几何模型简化的基础上来得到粗略的估算值，但即使是这样，整个计算过程仍显繁琐，效率低下，而且计算结果的精度也较低，其已成为整个船舶设计制造过程中的瓶颈。随着造船技术的发展和精度的不断提高，对以上数据的精度要求也越来越高，依托于计算机进行准确与快速的计算已成为必要。

　　2 系统的定位

　　2.1 目标及原则

　　船舶的设计与制造是一项巨大而复杂的工程，对于整个工程的全面把握与控制非常重要和必要，因此在把握总体结构的基础上从整个工程中选取相对简单却又迫切需要解决的环节作为设计的切入点无疑是最佳的选择。根据上述需求分析可知，对船体总体及分部结构面积、质量和质心位置的准确与快速计算正是目前急需解决的关键环节。

　　PDM是一门用来管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术，是企业CAD/CAPP/CAM的集成平台，是解决当前企业生产与管理的最佳方案之一。依据国家标准化指导性文件《企业应用产品数据管理(PDM)实施规范》，针对船体数据及结构的特性设计船体数据计算管理系统，在充分考虑与其他各环节关系的基础上解决当前问题，为其扩展为企业应用级PDM系统做好准备。

　　2.2 系统的功能

　　完整的PDM系统涵盖了非常丰富的功能，如：文档管理及数据仓库、产品配置管理、工作流程管理、分类及编码、项目管理、查看和圈注、设计检索及零件仓库、扫描和图像服务、电子协作、工具和集成、通信和通告服务以及数据传输和数据翻译等等。

　　但一个企业的信息管理系统不一定要包括全部功能，需要什么样的功能主要由需求分析的结果决定，本系统根据目前所要解决的问题，主要包含文档管理及数据仓库、产品配置管理、分类及编码3方面的功能。

　　3 系统实现的步骤

　　3.1 数据仓库的建立

　　船舶制造涉及方方面面，其完整的PDM系统所包含的数据将非常全面，如图1所示。

　　为了建立完备的企业级PDM系统，从一开始就需考虑船体的设计分类与装配工艺流程对整体要研究方向为侧控技术、误差处理、机电一体化。数据库的影响，协调系统内各数据库之间的关系，同时也要考虑其与CAD/CAM系统及后续程序的数据集成问题。

　　图1 型船整体数据库结构框图

　　3.1.1 各数据库之间的关系

　　由图1可知，船舶数据库包含内容相对较多，各数据库间有的是相对独立的关系，但更多的是密切的关联关系。这种关系既存在于各库之间以及各子库之间，也存在于各子库的子表之间，其关系相当复杂。

　　船体数据库与同处设备库中的电气数据库、通用机械数据库、轮机数据库则是相对独立的关系，而同级的这些数据库又会被上级的各数据库进行调用。船体数据库的被调用情况见表1。

　　表1 船体数据库被调用情况

　　船体数据库的结构符合由整体到局部的自顶向下的层次关系，而数据计算的工作流则是由局部到整体的自底向上的一个过程，见表2。

　　表2 数据库结构组成表

　　通过设置数据库中对应部件的关键字索引标识数据所处的层次位置，通过设置数据表中的相应字段标识数据的归类项目来建立二维关系数据库，从而实现库间以及表间数据的自由调用。

　　3.1.2 数据的集成与交换

　　a.与CAD系统的数据集成。

　　PDM系统是由CAD系统发展而来的，其与CAD的信息共享和集成是实施PDM工程成功的首要和关键环节，是建立PDM数据库结构时需考虑的主要因素。目前PDM与CAD的集成方式主要有封装集成、接口集成和紧密集成3类，其数据交换又分为单向和双向2种模式。根据总厂设计部门CAD系统提供的原始资料为工程图纸与船体关键点坐标序列及坐标点归属和结构信息导出文档，本系统采用接口集成的单向数据交换方式。接口程序通过判断文档包含的结构标识符将对应关键点坐标数据导入数据库相应位置，并通过人机交互界面补齐文档中缺少而在图纸中反映的其他相关数据。

　　b.与其他系统的数据交换。

　　PDM系统还应考虑为后续工序及其他程序系统提供必要的数据。以船体数学放样为例，放样数据的组合形式与原有数据存放形式有很大区别，但放样数据信息可从原有数据表中提取或通过插值计算得到。根据船体型线交互三向光顺的原理按照水平、纵、横方向的坐标排序，依据其所属部件位置的特征值提取或插值得到光顺数据，提供给相应程序进行数学放样，其具体数据排列格式则取决于与后续处理程序的接口协议的制定。

　　3.2 配置管理的实现

　　船体各部分之间的联系不仅包括船体各分段、分部、分面、线段和点之间的一对多的装配关系，而且包括了相关的制造数据、成本数据和维护数据。通过对以上数据和关系的配置管理，可以灵活、高效地实现对产品相关数据的检索和查询，输出完整的BOM表，并保证数据的安全性和完整性。

　　3.2.1 配置目标

　　根据目前的需求和系统的定位，系统主要实现以下目标：

　　a.集中管理船体数据资源及使用权限。

　　将船体设计数据与总体及分部结构面积、质量和质心等计算数据统一管理，以达到计算的自动化和快速高效性。同时分配各部门人员对数据访问的透明度和权限，以保证原始数据的准确性和计算数据的有效性。

　　b.保证数据的惟一性和有效性。

　　在数据集中管理的前提下，可以实现数据的惟一性储存，这样可保证由此产生的计算数据的有效性，从而保证不同BOM表中相同数据的一致性和有效性。

　　c.灵活的船体数据配置模式。

　　灵活的数据配置模式为后续的不同工序提供有效的数据组合，如加工、放样、焊接及炳装中的涂装作业等，这些数据组合有的以报表形式提供，有的以数据流文档形式提供。

　　3.2.2 结构树

　　根据船舶分段装配流程，每一阶段的制造半成品对其制造所需部件的需求是相关需求，因此本系统对船体的组织结构采用产品结构树的方式来表示。一条船即为一棵树，根节点为整船，各级枝节点是船体各级组成部件，形象地表达了船体各级部件间的相互关系。船体配置结构树，如图2所示。

　　图2 船体配置结构树

　　3.2.3 结构配置管理

　　结构配置的目标是把产品定义的全部数据，包括几何信息、分析结果、技术说明、工艺文件等，都与产品结构建立联系，使用户能很方便地知道某一项变化所造成的影响。

　　结构的配置取决于产品BOM表的输出要求，本系统目前以输出BOM表来显示各部分的质心坐标和面积为主要目的，产品结构的配置应以符合船体分段装配工艺流程为原则，按照工艺制作的不同阶段组织结构并输出相应的BOM表。

　　以船舶制造的工艺流程为主线将船体全部数据组织起来并与船体结构建立联系，可以很方便地知道某一项数据变化时其对相应部分所造成的影响。将船体结构树与相关文档进行关联，各部件按照相互之间的装配关系组织起来，系统的原始数据、计算结果等按照部件名称归类，这样就可以很方便地进行检索与修改。相应的归类界面如图3所示。

　　图3 船体分部BOM表

　　3.3 分类方法与编码原则

　　为了对船舶大量的数据进行方便地使用和维护，需要采用一定的分类方法将船体数据分组存放，其分组原则应与船体的部件分类规则相一致，为了实现分类则需要对部件进行编码。

　　3.3.1 分类及检索

　　根据现代船舶分段装配工艺，对各部件按其几何形状所属范畴进行分类，其具体分类情况见表3。

　　表3 船舶形体分类表

　　各部件分类后放入不同的数据表中，而其所属配置则由相应的键值来记录。利用SQL语言，以部件的键值为索引可以实现快速的检索功能。

　　3.3.2 部件编码

　　部件编码由部件大类标识符与部件编号组成的字符串表示，见表4。

　　表4 船舶分部编码表

　　部件大类标识符表示了该部件所属的大类，而部件编号则用于区分同一大类中的不同部件，这样由这两部分组成的字符串在整个数据库中具有惟一性。部件编码除用于标识部件自身以外，还用于记录其所属的上级部件与其包含的下级部件，即由部件编码去记录船体各部件之间的从属关系，基于此才能实现以上所说的树状结构。

　　4 结束语

　　按照以上步骤设计的船舶数据管理系统符合PDM管理规范，既实现了目前需求的功能，又从大处着眼，使系统从一开始就符合企业级系统的需求，从而为系统的进一步扩展打好扎实的基础，同时对船舶制造业的PDM系统的实现作了初步的探讨与尝试。

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