管子加工車間工藝設計軟件系統關鍵技術

王 真

(中船第九設計研究院工程有限公司， 上海 200063)

管子加工車間工藝設計軟件系統關鍵技術

王 真

(中船第九設計研究院工程有限公司， 上海 200063)

針對傳統船廠工藝設計過程不規范，三維輔助設計軟件及協同設計應用不足等問題，結合工藝數據庫搭建，設計程序開發，參數化建模，三維出圖，協同設計等關鍵環節，開發管加工車間工藝設計軟件系統，不僅提升工藝設計水平和效率，同時為傳統船廠由設計建造向創新運營服務模式轉型打下技術基礎。

工藝設計;管子加工車間;三維參數化設計

0 引言

隨著國內船舶行業自動化、數字化以及智能化制造的升級發展，船廠對船舶設計院工藝設計手段提出了更高要求，以往傳統的船廠工藝設計存在設計過程不規范，三維輔助設計軟件及協同設計應用不足等問題,導致各設計環節存在信息不共享、信息與業務流程相互脫節等現象。本文以船廠管加工車間工藝設計為對象，從工藝數據庫管理平臺搭建、工藝設計程序開發、三維參數化建模、三維出圖以及協同設計等多個關鍵環節進行研究，開發滿足工藝各個設計階段需求且功能強大的可視化工藝專業輔助設計軟件系統。

1 管子加工車間工藝設計軟件系統設計

管子加工車間工藝設計軟件系統開發包括工藝數據庫管理平臺、工藝設計程序以及三維計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)工具3項主要內容。選取SketchUp 2015作為軟件系統的運行環境，結合Asp.net+Access，Office VBA，SketchUp API等開發環境，實現數據庫管理平臺開發、工藝設計程序、說明文檔自動生成、三維參數化設計、標注出圖等功能。

該系統主要包括基礎數據層和設計應用層2層結構。各個系統組成部分通過數據開發接口進行數據互通共享，工藝設計程序、各類設計過程文件人機交互采用B/S(瀏覽器/服務器)方式，三維 CAD設計平臺是通過SketchUp軟件，使用Ruby語言進行二次開發來實現的，系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構

2 管子加工車間工藝數據庫管理平臺開發

Access數據庫作為微軟推出的以標準JET為引擎的桌面型數據庫系統，具有操作簡單、界面友好等特點。該數據庫管理平臺選取Access 2010，使用SQL語言進行開發，運用數據庫程序接口(API)函數，采用動態鏈接庫(DLL)、動態數據交換(DDE)、對象的鏈接與嵌入(OLE)以及開放式數據庫訪問(ODBC)等技術，可以高效、快速地進行工藝數據庫管理平臺的開發工作[1]，包括：物量數據庫、工程數據庫、知識情報庫、指標數據庫、設備數據庫、提資數據庫、圖形數據庫，典型物量數據庫的數據表結構及其交互界面如圖2和圖3所示。

圖2 管子加工工藝數據庫

圖3 物量數據庫

3 管子加工車間工藝設計程序實現

工藝設計程序在整個軟件系統占據主導地位，其核心思想是管子車間的工藝設計思想原則，即“管子族”思想，先焊后彎主導工藝，兩化(工業化、信息化)深度融合，不僅體現工程項目特點，同時也體現設計者對業主需求、設計階段、項目性質、項目規模、社會環境等的把握。

通過與舾裝工藝設計人員進行反復溝通以及對車間現場進行實地調研，最終建立了一套規范完整的管子加工工藝設計流程體系。按設計階段劃分，工程設計分為規劃方案、項目建議書、可行性研究、初步設計、施工圖設計等5個階段；按項目性質劃分，又可分為新建項目與改擴建項目。不同設計階段與性質的項目，設計內容和設計深度均不同，圖4為工藝專業初步設計流程圖。在設計看板開發階段，開發人員采取C#和JavaScript進行ASP.NET開發[2]。圖5為初步設計新建廠區設計看板開發界面。

圖4 工藝專業初步設計流程

圖5 初步設計看板

3.1 程序安全保護

工藝設計程序僅為內部員工使用，用戶資料存放于服務器數據庫中。程序設置了用戶登陸模塊，是本程序的一道安全保障。實現登陸功能的關鍵技術是Count函數，使用該函數可以判斷用戶名和密碼在指定數據表中是否存在，從而驗證登陸用戶是否合法。為防止未注冊的用戶繞過注冊界面直接進入設計程序，采用Session對象進行注冊驗證。Session對象最大的優點是可以把某用戶的信息保留下來，讓后續的程序讀取[3]。不僅如此，為了保證系統數據的安全性，設計人員在每一階段的過程數據，程序都將會自動備份于用戶本地與網絡服務器端。

3.2 生成中間過程設計文件

為提高設計系統的整體性能和使用體驗，開發團隊通過中間文檔建立系統各組成部分的數據接口。工藝設計程序首先輸入工程設計代號及生產任務號，選擇項目的本地存放路徑，程序自動根據項目的工程設計代號及生產任務號在本地及服務器上分別創建文件夾，用于存放設計中所生成的過程數據文件，如圖6所示。ASP.NET通過Directory類的CreatDirectory方法創建文件夾，通過FInfo類的CopyTo方法實現將服務器自帶的資料傳輸到本地文件夾上，不僅如此,程序中采用System.Diagnostics.Process類的Start()函數對參考文件進行調用，使得工藝設計人員可以更加靈活地對項目參考資料進行引用和修正。

圖6 創建項目目錄

用戶使用工藝設計程序需要對設計過程的數據進行保存。程序提供了Word及Excel兩種文件格式的保存方法。引用Microsoft.Office.Interop.Excel.dll及Word.dll，分別添加對Word及Excel相應函數的引用，利用Excel.Workbook及Word.Document的SaveAs()函數，對設計看板數據進行保存，生成的中間過程設計文件如圖7所示。

圖7 生成過程文件

部分程序實現代碼如下：

System.Data.DataTableDTable = (System.Data.DataTable)ViewState["dt"];

string M_Kb4_Path = Server.MapPath("./pdf") + "M0_Kb4.dll";

object missing = System.Reflection.Missing.Value;

Microsoft.Office.Interop.Excel.Workbookm_workbook = m_excel.Application.Workbooks.Open(M_Kb4_Path, missing, missing,

missing, missing, missing, missing, missing, missing, missing, missing);

Microsoft.Office.Interop.Excel.Worksheetm_Worksheet = (Microsoft.Office.Interop.Excel.Worksheet)m_workbook.ActiveSheet;

string K_path2 = strPath + "過程文件夾" + "" + "看板3.生產綱領.xlsx";

m_excel.Application.DisplayAlerts = false;//不顯示提示對話框

int count = DTable.Rows.Count;

for (int i = 0; i

for (int j = 0; j

{

m_Worksheet.Cells[i + 1, j + 1] = DTable.Rows[i][j].ToString();

}

}

3.3 工藝說明文件自動生成

依據設計程序看板的中間過程文件，對其相關數據進行分類、歸并，使用Office自帶的VBA軟件開發進行窗體界面設計，一鍵生成滿足工藝人員需求的說明書。對于一些可以自動化生成的工藝文檔，可以在一些Office模板文件上添加控件，開發數據自動填寫功能。例如，可以在車間設備用電資料表的Word文件里，添加“自動填表”和“自動清除”按鈕，如圖8所示。對于設計文件的中間文檔，可以在工藝設計說明模板文件上添加控件進行內容拼接與格式設置。圖9為工藝說明文件控件界面。

圖8 車間設備用電資料表控件

圖9 工藝說明文件的控件界面

4 基于SketchUp Ruby的三維CAD工具開發

4.1 管子加工車間三維參數化設計

三維設計能準確地表達設計人員的設計意圖，更符合人們的思維方式和設計習慣，有助于設計決策，縮短周期，提高設計效率。本系統的三維CAD設計組成部分是通過SketchUp 2015軟件平臺進行二次開發得到的，使用Ruby語言可實現在三維環境中對設計程序的調用[5]。通過讀取設計程序中間過程文件生成的車間布置圖和設備表的相關參數，實現廠房和內部設備的參數化建模，在此基礎上，工藝人員可以進行工藝各個階段的三維設計工作，并可以實時簡單地對自己的工藝方案進行調整，如圖10所示。

圖10 管子加工車間及設備參數化建模

4.2 三維出圖及標注

在使用三維參數化模塊進行三維設計后，設計人員可以使用SketchUp軟件的Layout工具進行三維出圖工作，將三維工藝布局導入Layout模塊中，程序調用不同的項目圖框模板，自動生成滿足工藝人員需求的二維設計圖紙。同時，在該環境中實現圖紙的標注說明工作，若項目需要，可將該圖紙導出通用的.dwg或.Obj格式文件，與其他各專業(建筑、結構、公用等)在BentleyProjectWise平臺進行二維或三維協同設計。

5 小結

船廠設計是一項非常復雜的系統工程，本文從管子車間工藝數據庫管理平臺搭建、設計程序開發、過程文件生成、三維參數化設計軟件實現等方面探索了傳統船廠管子車間工藝設計與信息技術的融合，目前該系統已在多個工程項目中得以成功應用。隨著計算機技術的不斷發展，考慮到工程建設的實際需要，設計流程規范性、數據多平臺兼容性以及三維協同設計都將是工程設計行業的必然趨勢。

[1] (美)JENNINGS R.深入Access 2010[M].李光杰,周姝嫣，張若飛，譯.北京：中國水利水電出版社，2012.

[2] 陳景輝.基于Asp.net技術的網頁設計與實現[J].科技與創新，2015(16)：85-87.

[3] 戴明星，陳正奎.Web 網站的安全代碼設計[J].信息安全與通信保密， 2010(10) : 92-94．

[4] 伍云輝. 精通Excel VBA[M]. 北京：電子工業出版社，2013.

[5] THOMAS D, FOWLER C，HUNT A.Programming Ruby[M].2版.孫勇，姚延棟,張海峰，譯.北京：電子工業出版社，2007.

Key Technology of Process Planing Software System in Pipe Processing Workshop

WANG Zhen

(China Shipbuilding NDRI Engineering Co., Ltd., Shanghai 200063, China)

Aiming at the questions that traditional shipyard technological design process is de-normalized and that 3D collaborative CAD softwares are less applied, a process design software system of pipe processing workshop is presented. The key links of this software system include technological database design, program development, parameterized modeling, 3D drawing and collaborative design. This software system will raise the level and efficiency of technological design and lay a technological foundation for traditional shipyard model innovation transformation.

technological design; pipe processing workshop; 3D parametric design

王 真(1988-)，女，助理工程師,主要從事數字化仿真及虛擬現實開發。

1000-3878(2017)01-0077-06

U662

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