船舶管系通艙件設計管理方法與應用實踐

雷洪濤， 賈成軍， 王 炎

(江南造船(集團)有限責任公司， 上海 201913)

0 引 言

船舶產品相比其他產品而言，不僅結構復雜，而且零件繁多、系統龐大，其設計建造具有多專業、多變更的特點，導致在設計各個階段，專業之間及專業內部都存在著頻繁的技術交流、信息反饋和設計變更，設計中常處于邊設計、邊更改、邊制造的重復過程。如果不加以管控，將造成設計責任無法追溯、設計狀態不能跟蹤、模型權限不可控制等問題。為保證船舶產品設計數據的完整性、有效性、一致性和可跟蹤性，需要對設計過程進行有效管控，不僅需要保證設計過程的過程控制和權限控制，而且需要正確、及時地傳遞設計信息。

1 船舶設計管理現狀

船舶產品常處于邊設計、邊更改、邊制造的迭代設計過程，導致其設計狀態很難實現有效管控。目前業內針對船舶設計更改管理研究較少，國內外針對船舶設計過程進行研究的文獻也較為少見，現有可查閱文獻大多針對設計成熟度進行研究，通常將設計與管理分開，設計與管理為兩個相對獨立的過程，未能實現基于設計流程驅動設計管理。另外，現有船舶設計管理可參考研究大多只停留在理論階段，并沒有應用于實際船舶生產設計之中。

三維體驗平臺融合CATIA端三維設計和ENOVIA端產品設計管理，在飛機和汽車設計制造行業得到廣泛的推廣和應用[1]，但在船舶行業的應用還處于起步階段。雖然該平臺為實現設計管理提供可能，但尚無有效功能和方法實現船舶設計管理，業內更是鮮有文獻針對該平臺開展船舶設計更改管理研究。

2 船舶管系通艙件設計管理方法

為實現船舶設計過程的有效管控，以船舶管系通艙件為研究對象，利用三維體驗平臺成熟度的理念，重點圍繞基于設計流程驅動的設計管理、設計管理流程梳理、設計管理流程與設計任務的關聯等方面展開相應研究，最終實現通過設計流程驅動管系通艙件的設計管理。

2.1 基于設計流程驅動的設計管理

傳統的船舶設計管理方法中，設計過程與管理過程相互獨立，管理人員有時無法完全了解和控制設計人員的任務狀態。為解決這些問題，研究基于設計流程驅動設計管理的方法，通過在設計流程中管控設計任務對象成熟度的方式[2]，使得設計和管理實現有效融合。

研究發現，將任務定義為獨立的對象，可有效實現設計與管理過程的融合。任務對象作為獨立的數據類型，可定義必要的屬性信息，同時也可關聯設計模型、執行人員、審核人員、參考文檔等。任務對象間也可定義必要的關聯關系，包括從屬關系、串并聯關系等。基于上述定義的屬性和關系，設計任務的執行過程受到嚴格的管控，管理人員只需通過跟蹤任務對象成熟度狀態，即可實現設計任務的管理[3]。

根據任務內容和任務場景的不同需創建不同的任務對象類型，管系通艙件設計任務對象類型分為任務指令(CO)、任務執行(CA)和更改請求(CR)，如表1所示。

表1 管系通艙件任務對象類型

設計任務的管理主要與任務對象的成熟度管理相關，通過對設計對象成熟度的管控可清楚了解各項設計任務的設計內容和設計狀態[4]。以CA對象為例，當設計任務達到一定階段時，通過切換CA成熟度狀態實現對設計任務的控制，進而實現CA的過程管理。所以，任務對象成熟度劃分的科學性將決定管理過程的復雜程度。經研究歸納，管系通艙件設計任務對象、模型成熟度及成熟度之間的關系如圖1所示，審核過程自下而上完成，流程關閉過程自上而下完成。

圖1 管系通艙件設計任務對象、模型成熟度及成熟度之間的關系

2.2 設計管理流程梳理

為有效實現基于設計流程驅動的設計管理，針對管系通艙件的設計特點，對其設計管理流程進行梳理，主要包括設計任務分配、設計任務交接及設計CR等3方面內容[5]。

管系通艙件設計任務分配主要指專業主辦人員將設計任務下發至專業相關設計人員的過程。需要專業主辦人員和設計人員兩種角色共同參與，通過基于設計流程驅動的設計管理，創建CO及CA對象，完成任務創建、分派、執行、審核過程，最終實現設計任務的閉環管控過程。管系通艙件設計任務分配管理流程如圖2所示。

圖2 管系通艙件設計任務分配管理流程

在設計任務分配的整個流程中，伴隨著任務對象成熟度狀態的變化，當所有任務對象狀態達到完成時，任務流程達到閉環狀態。流程開始時，專業主辦人員創建CO對象，并在該對象下創建兩個串聯的CA對象，一個用于管控設計任務分配，另一個用于后續專業間設計任務交接。基于定義的串聯關系，只有當第1個CA對象任務完成后，第2個CA對象才能被執行。專業主辦人員首先通過第1個CA對象指派相關設計人員執行設計任務。當專業主辦人員將其成熟度切換至“工作中”時，設計人員收到來自專業主辦人員的任務分配，查看任務內容并開展設計工作；當設計任務完成時，將該CA對象成熟度提升至“審核中”，交由專業主辦人員審核設計成果。專業主辦人員收到來自設計人員的審核通知：若設計無誤，則審核通過，CA成熟度變為“完成”狀態，設計任務分配流程結束；若設計有誤，則專業主辦人員拒絕審核通過，CA成熟度降至“工作中”，交由設計人員執行設計修正。當設計任務分配流程閉環時，管系通艙件以列表形式自動呈現在任務交接中。設計任務發起專業主辦人員在CA對象中指派交接負責人后，切換成熟度狀態至“審核中”，發起交接請求，另一專業或區域主辦人員接收到交接申請，若審核通過，則交接流程閉環，同時CA對象及其所在的CO對象成熟度達到完成狀態。

設計CR主要指設計人員發現設計內容存在問題需要向專業主辦人員發起設計CR并執行設計更改的過程，與設計任務分配流程類似，區別在于需要設計人員創建CR對象，發起CR，若請求通過，再完成任務創建、分派、執行等過程，最終實現任務的閉環管控過程。

2.3 設計管理流程與設計任務的關聯

基于設計流程驅動的設計任務管理流程需要與設計任務進行關聯，以便在流程上跟蹤設計任務狀態及管控設計任務的修改權限。當設計任務分配給指定設計人員后，CA對象的名稱將作為設計任務的唯一標識貫穿整個CA過程，這就需要將該標識作為模型對象屬性添加到模型上，建立任務對象與模型對象的關聯關系，以便實現模型的權限管理及任務對象對設計內容的跟蹤。另外，在設計更改過程中，還需將更改信息批量添加到模型中，以便實現對更改內容的追溯。設計人員在遞交任務時通過批處理方式，將設計任務標識及相關屬性批量添加至模型上，并實時同步至相關聯的CA對象中，使其可同步顯示相關設計內容。

為有效實現設計管理，設計任務對象和設計模型需進行嚴格的權限管控。設計模型通過識別設計任務對象的成熟度狀態，對設計模型的編輯權限進行限制，避免出現設計任務內容被隨意修改導致設計管理出現偏差甚至失控。在通常情況下，CO權限歸創建者所有，其他人員無權進行任何操作；CA對象只有在“工作中”時，編輯權限才轉移至相應的設計任務分配人員，在其他狀態下，編輯權限歸創建者所有；CR對象雖然由設計人員創建，但是當設計人員遞交審核后，CR權限轉移至審核人員，設計人員再無編輯權限。設計模型的編輯權限與相關聯的CA對象成熟度狀態相關，當設計模型與CA任務關聯后，只有當CA對象成熟度狀態處于“工作中”時，設計人員才擁有編輯權限，其他狀態下設計模型處于鎖定狀態。

3 功能實現與應用實踐

基于三維體驗平臺，通過二次開發手段將研究的管系通艙件設計管理方法及流程以操作界面方式實現設計交互，主要分為管理端和設計端兩部分功能的實現，同時，管理端和設計端能夠實時共享所管理的數據內容。

3.1 管理端交互功能實現

依托三維體驗平臺ENOVIA端相關功能模塊，通過二次開發可實現流程驅動設計的管理方法實現。基于開發的管理交互界面，不僅可實現CO、CA、CR對象的快速創建、對象屬性更改及成熟度狀態切換等操作，而且可通過任務對象成熟度狀態變化限制設計人員操作執行權限，對設計過程中的設計行為進行有效的管理、記錄和跟蹤。管理端CO、CA創建交互功能界面如圖3所示。

圖3 管理端CO、CA對象創建

在整個流程過程中，通過WebService接口服務，實現郵件消息實時推送。例如，任務分配的CA對象成熟度狀態由“準備中”切換至“工作中”時，被分配的設計人員會收到相應郵件通知，通知內容全部從CA屬性中提取，主要包括CA名稱、任務描述、任務節點等信息。通過該消息推送方法，有效提高設計的協同效率。

3.2 設計端交互功能實現

設計端交互功能主要在三維體驗平臺的CATIA管路設計功能模塊實現。設計人員收到來自專業主辦人員的任務分配之后，開始執行建模任務工作，并通過開發的交互功能界面實現如下功能：

(1) 自動獲取被分配的CA任務名稱，并作為任務標識批量寫入管系通艙件模型之中，建立任務對象與任務內容的關聯。

(2) 一鍵輸出管系通艙件清單，并自動與CA對象進行關聯，可通過查看CA直接查看管系通艙件清單。

(3) 通過交互界面遞交任務后，直接提升CA任務成熟度，同時鎖定設計模型，并通知專業主辦人員審核管系通艙件設計任務。

4 總 結

以船舶管系通艙件為研究對象，成功研究出可應用于船舶行業的設計管理方法，目前該研究成果已在實船設計中得到應用，有效提高設計質量和設計效率，并取得設計人員的高度認可。該研究不僅實現三維體驗平臺在船舶制造領域設計管理方面的應用，而且也為船舶設計過程中其他專業的設計及更改管理過程提供借鑒和參考，具有一定的應用和推廣價值。