數字化造船標準體系框架構建

張軍濤，楊 盛

(中國艦船研究院，北京 100192)

數字化造船標準體系框架構建

張軍濤，楊 盛

(中國艦船研究院，北京 100192)

隨著信息技術和造船技術的迅猛發展，數字化造船已成為信息時代船舶工業發展的重要標志，而現有的標準體系還不能完全覆蓋和滿足數字化造船設計、建造等需求。本文對數字化造船技術內涵進行了分析，并結合標準需求，提出數字化造船標準體系框架。

船舶;數字化造船;標準體系

0 引言

隨著信息化應用技術的迅猛發展，數字化已廣泛融入現代制造技術，數字化造船已成為信息時代船舶工業發展的重要標志。標準化是數字化造船技術實現的重要保障。數字化造船的核心是信息和數據的生成、交換、共享和集成，較之傳統的船舶工業流程，數字化造船將更加倚重標準化規范、引導和支撐。作為發展中的新興技術，數字化造船涉及船舶工業實踐的全過程，是一項非常復雜的系統工程，其涉及的標準化領域十分寬廣，現有的標準體系還不能完全覆蓋和適用于數字化造船的設計、建造、經營決策、管理控制等需求。因此，要發展數字化造船，必須優先研究、制定和修訂各個技術領域的數字化造船標準，通過不斷完善，形成適應于數字化造船新模式下的船舶工業標準體系。

數字化造船由船舶設計數字化、船舶建造數字化、經營決策與管理控制數字化、系統集成數字化和支撐環境數字化這5個方面組成。在計算機技術和信息技術的支持下，5部分內容緊密銜接，形成數字化造船的整體框架。數字化造船的內涵隨著科技和管理水平的不斷提高而逐步演變。

數字化造船標準體系，是按照標準體系基本概念組成的數字化造船管理所需標準，是按其內在聯系形成的有機整體，反映了我國數字化造船科研、生產、管理、使用保障等方面標準現狀和發展方向。

1 數字化造船標準需求分析

標準對技術的發展起著規范、引導和支撐的作用，同時，標準的需求也體現了技術發展的需要，數字化造船的標準需求和體系的構建也必須緊密結合數字化造船技術發展的需要，能體現數字化造船技術5個方面的要求。除上述5個方面外，一些綜合性和基礎性的標準如術語、符號、信息分類和編碼等技術標準也是數字化造船標準的重要方面，這在標準化的概念中被稱之為基礎標準。因此，數字化造船的標準需求可以分為6個方面:基礎標準;數字化設計標準;數字化建造標準;數字化經營運作與管理標準;數字化系統集成標準;數字化支撐環境標準。以下分別對這6個方面進行論述和分析。

1.1 基礎標準需求

數字化造船基礎標準由術語和符號標準、應用語言標準、信息分類和編碼標準、數據元和元數據標準、信息模型標準等組成。其中，術語與符號標準、信息分類與編碼標準，以采用國際、國家、行業相關現行標準為主，并針對需求進行適當剪裁。

1)術語和符號標準:指數字化造船的術語和符號，包括標準體系框架中所有分支相關的術語標準，如產品數據管理等常見的詞匯，而CAD，PDM等是常見的符號。

2)應用語言標準:是指計算機、系統建模、控制設備等通用裝置所使用的標準化語言，用于數字化造船系統的開發語言，不同系統的開發語言可能不同。應用語言標準包括編程控制器語言標準，如C語言、C++語言、Java語言等開發語言標準，也包括腳本語言標準，如ASP/ASP.NET，JavaScript，PHP 等開發網頁使用的語言標準，還包括機器人的編程語言、FMS單元控制語言等。

3)信息分類和編碼:是指將信息按科學原則和方法進行分類并加以編碼，作為在一定范圍內信息處理和交換時共同遵守的原則。數字化造船系統中信息的分類和編碼涉及的類型很多，例如設備附件編碼、專業分類、材料編碼、文檔圖紙編號、版本編號和托盤編碼等，這是一個基礎且必要的工作，涉及到廠所之間的數據交換問題。

4)數據元和元數據:數據標準化的對象是數據元和元數據。數據元作為對數據的“元素級”的描述，是建立各種應用系統數據的科學規范描述，是實現異地、異構應用系統之間數據無縫集成與交換的基石。一般理解為數據元是可以訪問的最小數據單位，例如數據庫一條記錄中的一個字段。

元數據是對數據資源的描述，即描述數據的數據。元數據標準是描述某類資源的具體對象是所有規則的集合。不同類型的資源可能有不同的元數據標準，一般包括完整描述一個具體對象所需的數據項集合、各數據項語義定義、著錄規則和計算機應用時的語法規定。一般理解為元數據是用來描述系統中各類數據類型的名字、意義、描述、來源、職責、格式、用途以及其他數據聯系等的數據，也成為數據字典。

5)信息模型:信息模型標準是指通過總結企業信息系統與企業信息活動、管理活動的基本規律，明確企業管理活動(決策)所需的信息支持，形成能反映產品研發及企業管理過程的信息活動情況的企業信息模型標準。

1.2 數字化設計標準需求

數字化設計標準是指執行加工實際產品之前有關活動所需的標準，即規范應用數字化產品開發工具對產品設計所涉及到的對象和活動進行表達、處理和控制，在數字空間中完成產品的設計過程的標準。數字化設計標準主要包括計算機輔助設計標準、計算機輔助工程標準、計算機輔助工藝標準、產品數據管理標準和數字化仿真與試驗標準。

1)計算機輔助設計標準

計算機輔助設計標準主要有模型構建、預裝配與模型綜合、模型校驗、數字樣船等標準。

2)計算機輔助工程標準

主要指計算機輔助產品結構分析和設計標準、計算機輔助產品功能及性能分析和優化方法標準等。

3)計算機輔助工藝標準

計算機輔助工藝標準主要包括計算機輔助工藝設計標準、數字化工藝標準等。

4)產品數據管理標準

產品數據管理標準主要規范對所有與產品相關信息(包括零件信息、技術狀態信息、文件、產品結構、權限等)和所有與產品相關過程(包括過程定義和管理)進行管理的技術。產品數據管理類標準涉及面廣，領域跨度大，這方面的標準包括產品文檔管理標準、產品結構與配置(構型)管理標準、工作流程管理標準等，還包括針對產品數據管理系統相關的標準，如PDM實施指南等標準。

5)數字化仿真與試驗標準

數字化仿真與試驗標準分支中所指的數字化仿真與試驗都是針對產品的數字化仿真和試驗，針對過程的仿真和試驗，例如裝配過程和生產過程的仿真等標準不在此標準分支下。

數字化仿真與試驗標準主要包括數字化仿真標準、數字化試驗及其優化評價標準等。

1.3 數字化建造標準需求

數字化建造涉及的范圍很廣，既包括數字化加工及裝配設備、物料存儲與輸送系統和多層計算機網絡控制系統等自動化設備，還包括以制造執行系統為核心的集成生產作業計劃與執行控制技術在數字化制造車間的應用技術等。數字化建造標準涵蓋了生產準備標準、制造執行標準、網絡的數字化制造環境標準和檢測標準。

1)生產準備標準

生產準備標準主要包括工藝數字化、工裝數字化、生產資源配備等方面的標準。涉及的技術內容包括:工藝裝備的建模與預裝配以及柔性工藝裝備設計標準;工裝建模與預裝配過程的方法、流程、分析和柔性工藝裝備設計的原則、方法、環境;船體零件、鐵舾件、管系零件、分段制造、總段制造等階段數據準備、單元定義、制造單元能力定義等。

2)制造執行標準

制造執行標準包括制造執行系統體系結構、制造執行系統集成、車間生產過程控制、生產狀態監控、生產信息跟蹤采集、制造設備與系統控制等標準。

3)數字化制造環境標準

數字化制造環境針對制造過程數字化制造加工、環境監測等設備的指令控制、信息采集及反饋所涉及的標準。數字化制造環境標準包含數字化制造設備、數字化制造設備維護、制造設備重組、底層制造網絡等標準。

4)檢測標準

檢測標準包括檢測及診斷標準、檢測評價標準等。

1.4 數字化經營運作與管理標準需求

數字化經營運作與管理標準需覆蓋經營運作與管理所涉及到的管理領域，分為設計管理、制造管理、質量管理、經營管理和綜合管理等標準。

1)設計管理標準

設計管理標準包括設計過程管理標準和設計資源管理標準。涉及的技術內容包括在數字化設計環境下，整個產品的設計過程中任務、流程、文檔、數據的管理規范，各種軟件、硬件、人員等資源配置標準和設計信息資源的規范，以及知識管理標準等內容。

2)制造管理標準

制造管理標準有生產策劃管理標準、生產計劃管理標準、制造流程管理標準和作業現場管理標準。涉及的技術內容包括各類典型船舶產品的中間產品劃分、建造方法、施工要領、大中小日程的編制、中間產品的典型加工流程以及現場作業管理等內容。

3)質量管理標準

質量管理標準包括產品質量管理標準和質量體系運行管理標準2部分。質量管理標準是以信息系統運行環境下產品質量管理和質量體系運行管理所涉及管理對象而制定的相關標準，包括產品設計過程、建造過程以及采購過程中的工作流程、信息標準、文檔的規范，中間產品的檢測標準，船舶故障診斷的標準，質量記錄的管理標準，以及質量體系運行管理的相關標準。

4)經營管理標準

經營管理標準是指數字化過程中涉及的為拓展業務并占領市場，提高經濟效益的各項營銷工作中任務、流程、文檔和數據的統一規范和要求。經營管理標準包括市場開發管理標準、合同管理標準、售后服務管理標準和電子商務標準。

5)綜合管理標準

綜合管理標準主要包括:財務成本管理標準、人力資源管理標準、環境安全保衛管理標準、保密管理標準、供應鏈管理標準、制造資源管理標準和信息系統實施管理標準;典型商品化軟件系統的應用標準，如ERP系統的實施、應用要求等標準都放在信息系統實施管理標準中考慮。另外在經營運作與管理標準其他分支中沒有包含的標準都可以納入綜合管理標準中。

1.5 系統集成標準需求

系統集成標準主要包括系統集成所涉及的集成框架與參考模型標準、應用系統集成接口標準、組織管理模式和工作流程標準、互操作標準、數據交換標準等。

1)集成框架與參考模型標準

集成框架與參考模型標準主要包括數字化造船系統建模框架、層次結構劃分原則、集成框架以及產品集成數據模型等標準。

2)應用系統集成接口標準

應用系統集成接口標準將主要規范應用系統內部以及應用系統對外信息輸入輸出接口，也包括同一應用系統各功能模塊間及組件間的接口標準。

3)組織管理模式和工作流程標準

組織管理模式和工作流程標準主要規范設計制造一體化過程中工作團隊的定義、協同流程定義、數據發放和接收、技術狀態管理以及系統管理和安全保密要求等標準。

4)互操作標準

互操作標準主要支持對數據的加工操作，也包括對軟件之間的互操作標準，屬于集成技術標準。

5)數據交換標準

數據交換方面的標準主要以如何應用 IGES、STEP等標準更好地實現應用系統的數據交換為主。

1.6 支撐環境標準需求

支撐環境標準包括計算機硬件與網絡標準、數據庫標準、軟件工程標準、信息技術安全標準等。

1)計算機硬件與網絡標準

計算機硬件標準主要是指支撐企業信息化建設和過程的計算機硬件標準，即:為了使計算機系統具有較高的總體效用，考慮軟件與硬件的結合，以及用戶要求和軟件要求等制定的相關標準。

通信與網絡標準包括車間級網絡、企業級網絡、集團公司級網絡等建設、運行和管理中所涉及的通信和網絡技術標準，這方面標準如開放系統互連(OSI)標準、TCP/IP標準等。

2)數據庫標準

數據庫技術標準包括對于分布式數據庫、面向對象數據庫等相關的web數據管理標準、數據倉庫與數據挖掘技術標準、數據庫應用開發方法標準和數據庫語言標準等。

3)軟件工程標準

隨著信息技術的發展，軟件工程的范圍從簡單的使用程序設計語言編寫程序擴展到整個軟件生存期，從軟件計劃制定、需求分析、設計、實現、測試、評估、安裝和檢驗、運行和維護直到軟件淘汰。同時還有許多技術管理工作以及確認與驗證工作常常是跨越軟件生存期各個階段的專門工作。所有這些方面都屬于軟件工程標準的工作范圍。

4)信息技術安全標準

信息技術安全標準重點包括基礎信息安全技術標準、系統與平臺信息安全標準、信息安全測試與評估標準和信息安全法律法規。

2 數字化造船標準體系框架構建

通過上述研究，形成數字化造船標準體系框架如圖1所示，體系框架以數字化設計標準、數字化建造標準為主線，以數字化經營運作與管理標準為核心，以基礎標準、系統集成標準、支撐環境標準為支撐。

圖1 數字化造船標準體系框架Fig.1 Digital shipbuilding standard system framework

3 結語

建立科學的層次清晰的數字化造船標準體系，是數字化造船標準化工作的一項重要基礎性工作，可以規范和引導數字化造船的設計、建造、生產、經營與管理等工作，保證科研和生產的順利進行。同時也是今后制修訂標準的重要依據，為標準化行政管理機構在決策標準化發展方向、制定標準化政策、調控標準化年度計劃等提供有效的技術支持。

［1］GB/T 13016—2009，標準體系表編制原則和要求［S］.

［2］中國船舶重工集團公司標準化研究中心、上海市標準化協會船舶專業委員會.船舶工業標準化工作指南［M］.上海:上海科學普及出版社，2007.

［3］吳偉仁.軍工制造業數字化［M］.北京:原子能出版社，2005.

［4］國防科技工業標準化研究中心.國防科技工業信息技術應用標準體系細化研究［R］.北京:國防科技工業標準化研究中心，2008.

［5］鄭朔昉.構建數字化標準體系推進標準編制與實施［J］.數字軍工，2007，(1):48 －51.

［6］嚴俊.數字化造船企業初探［J］.艦船科學技術，2006，28(1):5－9.

Standard system framework construction of digital shipbuilding

ZHANG Jun-tao，YANG Sheng
(China Ship Research and Development Academy，Beijing 100192，China)

With the rapid development of information technology and shipbuilding technology，digital shipbuilding has become an important indicator of the development of shipbuilding industry in the information age.The existing standards can not be completely covered and met the needs of digital shipbuilding design and construction.Meaning of the digital shipbuilding technology has been analyzed.Combined with standard demand，standard system framework of digital shipbuilding has been proposed.

ship;digital shipbuilding;standard system

U662.9

A

1672－7649(2011)06－0121－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.06.028

2011－05－06

“十一五”國防科技工業技術基礎科研計劃重點研究課題資助(B0820061800)

張軍濤(1981－)，男，助理工程師，主要從事船舶標準化研究。