数字化造船一体化数据平台关键技术研究
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摘要
随着中国造船企业信息化建设的迅速发展,各造船企业通过自身的开发或外部引进拥有了各种各样的CAX系统,通过这些信息化系统的使用,使得我国在数字化造船领域取得了长足的进步。但在船舶设计制造过程中,造船企业往往根据不同生产阶段的不同要求选用不同的CAX系统。由于这些异构的CAX系统是由不同厂商、在不同系统上、不同平台上开发完成,因此它们彼此之间很难实现信息共享与交换,形成了大量的信息“孤岛”。通过构建数字化造船一体化数据平台,采用基于STEP产品数据交换标准的船舶数据交换技术来实现数字化造船领域异构CAX系统的系统集成,以达到消除“信息孤岛”,实现数字化造船生产、管理和应用一体化的目的,不断提高我国造船行业的设计、制造和管理水平,提高造船质量,缩短造船周期,提升企业的市场竞争力。
     数字化造船一体化数据平台的主要目的就是构建无缝集成的企业信息化系统,其中的难点和重点就是要实现船舶产品数据的标准化。本文从船舶STEP标准和异构平台的数据交换与共享开始进行研究,采用STEP标准来描述船舶产品数据,以中性文件为基础的数据交换与共享的机制,开发出来中性文件的转换工具,解决了数据交换过程中的关键技术问题。论文的主要研究工作包括:
     1.通过对本文所涉及研究领域的发展现状进行综述,阐述了国内外船舶企业信息化的建设状况以及中国造船企业在信息化建设方面存在的问题。通过对现代造船模式和未来船舶工业发展的分析,总结出造船企业在未来的发展中所需解决的关键技术,提出数字化造船一体化数据平台关键技术所需解决的关键问题和主要内容。
     2.从数据交换与共享中所需要解决的问题开始,系统介绍了产品数据交换的基本原理。对STEP标准协议中EXPRESS信息建模语言和STEP中性文件的文件结构形式和数据组织方式进行了深入的说明;针对船舶产品模型数据的系统集成,对STEP协议中关于船舶行业的标准组成进行分析,为数据一体化平台关键技术研究奠定了理论基础。
     3.通过选取目前国内应用较广的三维软件TRIBON所完成光顺的船舶型线为数据来源,以其标准导出接口生成的IGES文件为研究对象,完成了AP216应用工具的开发,在此研究的基础上,利用开发的AP216应用工具得到的船舶型线的STEP中性文件在CATIA与ST-TOOLS中都很好的实现了重建,完成了型线数据从中性文件再到其他三维软件的转换工作。选取舱室布置为研究对象,针对STEP应用协议AP215系统研究某三维系统中的舱室数据向中性文件转换的问题,开发了AP215前置处理器,生成了中性文件,并在ST-TOOLS工具中对生成的中性文件进行重建,验证了转换系统的可行性。选取TRIBON系统船体模型和舾装模型为应用对象,根据EXPRESS模型到STEP中性文件的映射规则,系统分析从TRIBON系统中抽取的船体数据、舾装数据和STEP应用协议AP218、AP227中性文件之间的转换问题,建立中性文件转换系统。通过开发的转换工具,将提取的信息转换为STEP中性文件格式,完成数据交换工作,最后将生成的中性文件导入STEP工具ST-TOOLS中,完成数据交换及验证模型的准确性。
     4.通过对TRIBON系统的数据特点、SPAR管理系统的数据库结构、进度计划编制和财会系统数据集成方式的研究,提出依托中间文件将数据从TRIBON系统向SPAR系统转换的方法,最后编写数据转换工具程序,实现了两个系统之间的数据传递。运用工程分解法、关键路径法等理论,提出解决生产设计信息向生产管理信息转换的方法,搭建了以SPAR系统为核心的设计、生产、管理一体化平台。
With the rapid development of informationization construction in Chinese shipbuilding enterprises, many of them have various CAX systems through their own development or external introduction. Digital shipbuilding in China has been made considerable progress through the usage of the informationization system. However, in the process of ship design and manufacture, shipbuilding enterprises always choose different CAX systems in various production stages according to different requirements.The heterogeneous CAX systems are constructed in different platforms by different manufacturers for different system. Therefore, it is hard to realize information sharing and exchange between each other, which leads to a large amount of information island.Through constructing data platform of digital shipbuilding integration, the research eliminate the information island. The methods realize system integration of heterogeneous CAX systems in digital shipbuilding based on ship data exchange technology of STEP product data exchange standards. In order to fulfill the integration of digital shipbuilding manufacture, management and application, the research will constantly improve the level of our shipbuilding industry design, manufacturing and management, improve shipbuilding quality, shorten the shipbuilding period, and promote competitiveness of enterprise.
     The main purpose of digital shipbuilding integration data platform is placed on the construction of enterprises informatization system for seamless integration, in which achieving the standardization of ship products data is the key and difficult research aspect.This paper analyses STEP standard of ship and data exchange and sharing of heterogeneous platform, taking STEP standard to describe ship products data. Data exchange and sharing mechanism based on neutral files are also proposed in this paper and converter of neutral files have been developed to solve the key point of technology in data exchange. The main research work includes:
     1. This paper summarizes the present construction situation of shipbuilding enterprises informatization at home and abroad and the problems of Chinese shipbuilding enterprises in the informatization construction by studying development state in the field concerned. The key technologies which should be solved in the future development are summarized in analysing modern shipbuilding mode and the development of shipbuilding industry. The paper proposes the key problem and main content of data platform of digital shipbuilding integration.
     2. This paper makes a systematic introduction to basic principle of products data exchange from the problems to be solved in data exchange and sharing. EXPRESS message information modeling language of STEP standard protocol and document structure and the mode of data management for STEP neutral file are thorough verified. Aiming at systems integration of ship product model data, the paper has made the brief introduction on shipbuilding industry standard in STEP protocol, lay a theoretical foundation for key technology data integration platform.
     3. By choosing smooth molded lines accomplished by the current domestic 3D software TRIBON system that are widely used for data sources, the research, which takes standard export interface IGES documents generated as a research object, completed the development of AP216 application tool. On the basis of this study, STEP neutral files of molded lines, obtained by developed AP216 application tool, are well reconstructed in CATIA and ST-TOOLS. The paper completed the conversion work of molded line data from neutral file to other 3D software. And selecting cabin arrangement as research object, the research develops AP215 processor, generats a neutral files, reconstructs neutral files generated in ST-TOOLS and verifies the feasibility of the conversion system.The paper aims to the problem of file conversion from the cabin research data of a 3D system, relying on AP215 system of STEP application protocols to neutral files.The research selects hull model and outfitting model of TRIBON system as applied objects. According to mapping rules from EXPRESS models to STEP neutral files, the system analysis, which establishes neutral file conversion system, extracts hull data, outfitting data and the transformation problems of Neutral files between AP218 and AP227 in STEP application protocols from TRIBON system. By the development of conversion tool, the paper converts extracted information into STEP neutral file format for data exchange and at last importing generated files into ST-TOOLS to complete data exchange and verify the accuracy of the models.
     4. Based on the data characteristic of TRIBON system, the database structure of SPAR management system and the research of data integration methods between schedule planning and accounting system, this paper puts forward data transformation method from TRIBON system to SPAR system relying on interim file and writes data conversion tool programs to realize the data transformation between two systems. By using work breakdown structure and the critical path method, the paper proposes the conversion method from production design information to production management information, building integration platform of production, design and management taking SPAR system as the core.
引文
[1]赵东,周宏.数字化造船系统研究[J].船舶工程,2006(3):58-61页
    [2]赵东,王丁柱,孔惠敏等.数字化造船系统中的关键技术介绍[J].船海工程,2006(3):110-112页
    [3]程庆和,潘建辉,张荣.数字化造船信息集成和总体实施架构探讨[J].上海造船,2007,69(1):5-8页
    [4]谢子明.数字化造船四大关键技术等待突破[J].中国制造业信息,2006(8):19页
    [5]陈强.信息化提升传统造船产业[J].船舶工程,2010,32(S1):1-4页
    [6]陈小川,方明伦,俞涛.先进设计技术在船舶设计中的应用策略[J].机械设计与制造,2003(6):115-117页
    [7]徐凌洁,朱若凡.多项目管理在船舶综合日程计划系统中的应用研究[J].造船技术,2007(1):7-10页
    [8]程庆和.造船企业“数字化造船”实施探讨[J].上海造船,2008,75(7):6页
    [9]吕航.换将新绿百千重——张广钦解读“全面建立现代造船模式”[J].中国船检,2007(11):15页
    [10]邵四立.船舶行业建立实施CIMS体系标准之探讨[J].船舶工程.2004(1):59页
    [11]王新华,汪静君.造船信息化与“以人为本”的企业管理[J].微型机与应用.2007(3):174页
    [12]王文荣.数字化造船技术的现状与展望[J].中国制造业信息化.2008(11):27-29页
    [13]李彦庆.我国船舶工业竞争力及策略研究[J].舰船科学技术,2003,25(4):61-63页
    [14]孙东生.船舶工业信息技术发展历程和信息整合途径[J].造船技术,2003,(4):1-2页
    [15]张岩.船舶行业信息化现状与问题分析[J].微型机与应用,2006,(1):37-40页
    [16]张岩.数据解读船舶行业信息化状态[J].微型机与应用.2007(2):74-78页
    [17]曾芬芳.船舶企业信息化解决方案[J]. CAD/CAM与制造业信息化,2003,(9):20-23页
    [18]戴龙光.浅议我国造船行业信息化存在的问题[D].北京:北京机械工业自动化研究所,2009:1-13页
    [19]张岩.中国船舶行业信息化健康状况解析[J].E制造.2008(9):54-55页
    [20]张岩.船舶行业信息化现状与问题分析[J].E制造.2006(1-2):38页
    [21]刘洪滨,孙丽,齐俊婷.中国造船产业现状及走势分析[J].太平洋学报,2008(11):73页
    [22]现代造船编委会.现代造船工程[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998:32-45页
    [23]陈彬.造船成组技术[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2007:11-35页
    [24]吴强.舰船数字化制造系统的体系结构研究[J].中国造船,2005(4):65-71页
    [25]陈强.论中国造船企业的核心竞争力[J].中国造船,2004(1):5-11页
    [26]陈强.船舶制造系统的复杂性及其控制[J].中国造船,2002,43(1):1-5页
    [27]张贤中.最新缩短船舶建造周期的优化管理与技术设计及区域新造船模式适用全书[M].北京:北京机械工业出版社,2007:1-12页
    [28]Benthall L B T, Gischner B, et al. Evolution of STEP(ESTEP):An Interim Reprot on exchangeof shipbuilding Product Model Data Using STEP[J]. Journal of Ship Production,2002,18(2):92-98P
    [29]Benthall L B T, Downie B, Gischner B, et al. STEP for shipbuilding:A Solution for Product Model Data Exchange[J]. Journal of Ship Production,2003,19 (1):44-52P
    [30]Kim J, Han S. Encapsulation of geometric functions for ship structural CAD using a STEP database as native storage [J]. Computer-Aided Design. 2003,35:1161-1170P
    [31]Catley D. Prototype STEP data exchange in ship initial design and provision of an application programmer interface to Tribon.10th International Conference on Computer Applications in Shipbuilding, Cambrige, MA,1999
    [32]Erikstad S 0, Fathi D E. Applying the STEP shipbuilding protocols as basis for integrating in-house ship design application.10th International Conference on Computer Applications in Shipbuilding, Cambrige, MA,1999
    [33]Gischner B, Kassel B, Lazo P. Evolution of STEP(ESTEP):exchange of shipbuilding product model data[J]. Journal Ship Production. 2001,17(3):151-160P
    [34]Grau M, Koch T. Applying STEP technology to shipbuilding.10th International Conference on Computer Applications in Shipbuilding, Cambrige, MA,1999
    [35]Hwang H-J, Han S, Kim Y-D. Mapping 2D Midship Drawings into 3D Structural Models based on STEP AP218. Geometric Modelling and Processing-Theory and Applications,2002
    [36]Wyman J, Wooley D, B. Gischner et al. Development of STEP ship model database and translators for data exchange between shipyards[J]. Journal of Ship Production.1997,13(2):15-20P
    [37]L. Briggs T, C. Rando T. XML Schemas for Shipbuilding. International Conference on Computer Applications in Shipbuilding(ICCAS), Malmoe, Sweden,2002
    [38]Pekka Siltanen, Antti Parnanen. Information modeling for process industry:Comparison of integration standards 2005.11.29
    [39]Stephen Gordon.Ship STEP AP Application to Full-Ship Analysis Model neration 2007.7.31
    [40]Julian Fowler. STEP for Data Management, Exchange and Sharing. British Library.1995:P54.
    [41]BHANDARKAR M P, NAGI R. STEP-based feature extraction from STEP geometry for agile manufacturing [J].Computers in Industry,2000(41):3-24P
    [42]ZHANG Y, ZHANG Ch. WANG H P(Ben). An Internet based STEP data exchange framework for virtual enterprises [J]. Computers in Industry,2000, (41): 51-63P
    [43]罗金炎.STEP应用协议AP216(船模外形)实施方法的研究[D].北京:中国船舶科学研究中心.2001:34-58页
    [44]刘文礼.AP216应用工具研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学.2001:20-50页
    [45]张法富.STEP应用协议AP216实施方法的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学.2009:18-35页
    [46]严明.STEP应用协议AP215(船舶布置)实施方法的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学.2009:15-26页
    [47]谭菲.船舶STEP标准AP218实施方法的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学.2009:11-18页
    [48]仲崇明.STEP应用协议AP227的实施方法的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大 学.2009:27-42页
    [49]张思荣.AP201应用工具研制[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学.1995:10-11页
    [50]单贵.AP217应用工具的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2000:14-16页
    [51]李玉刚.面向数字化造船的XML及其相关标准应用研究[D].大连:大连理工大学.2007:21-23,28-29页
    [52]李玉刚,纪卓尚,林焰.船舶STEP标准现状及其应用研究[J].舰船科学技术,2008,30(1):29-33页
    [53]邱长华,杨静通,史冬岩等.基于STEP的船舶产品数据交换技术[J].船舶工程,2006(2):58-61页
    [54]卓秉鸿.应用STEP与XML标准建立资讯整合架构于船厂协同作业环境2003(6):45-72页
    [55]祝海涛.支持船舶敏捷制造的新一代数控系统体系结构的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2006:1-5页
    [56]陈燕凡.基于STEP标准的船舶设计数据描述[D].大连:大连理工大学,2005:15-18页
    [57]薛开,张家泰,邱长华等.基于STEP标准船舶结构应用协议(AP218)实施方法的研究[J].哈尔滨工程大学学报,2000,21(6):22页
    [58]李欣.AP218实施方法的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2000:10,28-29,31-33页
    [59]尹卫星.基于STEP标准的CAD模型数据交换质量研究[D].大连:大连理工大学,2005:32-45页
    [60]陈廉清.STEP中以文件交换形式实现产品信息交换的研究[J].机械科学与技术,2000,19(1):171-173页
    [61]宁晓明,杨小虎,董金祥.SDAI实现中若干关键技术的研究[J].计算机辅助设计与图形学学报.2001:33-36页
    [62]程敬云,张圣坤,陆蓓.国外船舶工业STEP标准应用研究情况[J].造船技术.2000(1):15-20页
    [63]杨子江.面向虚拟企业的STEP信息集成研究[D].杭州:浙江大学,2003:11-21页
    [64]任蕾.基于STEP标准的几何信息提取和模型重建[D].长春:吉林大学,2008:54-56页
    [65]朱大培,徐永安,杨钦等.基于STEP标准的数据交换的研究与实现[J].计算机工 程与设计.2001,22(4):21-23页
    [66]张伟.基于STEP的CAD/CAPP/CAM集成技术研究[D].南京:南京航空航天大学,2006:21-30页
    [67]曾伟.飞行器并行工程中的产品数据交换机制[D].长沙:国防科学技术大学,2004:35-45页
    [68]杨占勇,陈铭,赵永顺等.基于STEP/AP建模方法的研究[J].北京航空航天大学学报,2001,27(4)
    [69]仇晓黎,易红,吴锡英.XML在基于STEP的产品数据表达中的应用[J].计算机集成制造系统.2003,6(9):489-492页
    [70]仇晓黎,易红,吴锡英.应用XML技术实现基于STEP的产品数据交换和共享[J].中国制造业信息化,2004,2(33):88-91页
    [71]仇晓黎,易红,吴锡英等.STEP/XML产品数据模型转换编译系统的实现[J].成组技术与生产现代化,2004,(4):7-10页
    [72]仇晓黎.网络化设计和制造信息共享中的STEP和XML技术[J].成组技术与生产现代化,2001,(3):8-10页
    [73]张和明,熊光楞,张玉云等.基于STEP的并行产品开发信息集成及设计版本管理技术[J].机械工程学报,1999,35(2):1-5页
    [74]罗金炎.基于STEP标准的船舶工程数据共享研究[J]船舶工程,2004,26(3):72-75页
    [75]杨义,涂海宁,夏芳臣等.基于STEP和XML技术的接口研究[J].南昌大学学报,2003,9(3):34-37页
    [76]赵福民.基于XML与STEP的网络化产品信息集成[J].制造业自动化,2001:67-69页
    [77]刘春,赵震,彭颖红.XML的冲模设计专家系统中的应用[J].计算机应用与研究,2001:14-17页
    [78]简琤诤峰,谭建荣.基于XML的STEP产品数据网上描述与识别[J].计算机辅助设计与图形学学报,2001,11(13):983-990页
    [79]唐贵川.基于STEP的产品数据交换模型映射实现与知识建模[D].杭州:浙江大学,1998:34-50页
    [80]郭福全,丘宏俊,关文天.基于XML的STEP产品数据信息的描述与处理[J].现代制造工程,2006(5):33-35页
    [81]时兵.基于STEP的三维实体特征提取与模型重建技术研究[D].长春:吉林大学,2003:1-12页
    [82]苟凌怡.基于XML的产品信息集成关键技术研究[J].计算机辅助设计与图形学学 报,2002(2)::65-67页
    [83]冯明初.基于XML的船舶产品信息集成环境研究[J].船海工程,2006(2):42-44页
    [84]王敏,吴波应用STEP和XML进行产品信息共享[J].机械与电子2007(7):58-60页
    [85]肖育林,谷正气,李伟平等.XML在STEP数据交换中的应用[J].机械与电子,2005(8):59-61页
    [86]韦银星,吴锡英.STEP后处理器的设计及实现[J].计算机集成制造系统,1997,3(2):21-24页
    [87]闫强.船舶STEP实施工具的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2001:23-46页
    [88]王振伟,杜平安,于亚婷.基于STEP的XML特征建模方法研究[J].计算机集成制造系统,2004,10(9):21-26页
    [89]周晓,卢炎麟.基于STEP和XML的机械产品远程协同设计系统[J].制造业自动化,2005,27(1):20-22页
    [90]成益鑫,梁龙,冷文浩.用于船型数据交换模型的J2EE技术分析[J].船海工程,2010(4):114-117页
    [91]蔡尊德,林焰,纪卓尚.基于XML的船舶线型表达与网上发布[J].中国造船,2004,4(45):91-97页
    [92]王能建,邱长华.支持协同设计的船舶设计过程模型研究[J].中国造船,2005,1(46):66-70页
    [93]肖贵英.TRIBON与CATIA船体模型交互技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2009:3-4页
    [94]陈海斌.TRIBON与CADDS 5i间船体造型数据交换研究[D].大连:大连理工大学,2006:1-15页
    [95]徐辉.TRIBON与CATIA船体数据交换研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2007:35-37页
    [96]吴强.舰船数字化制造的若干关键技术[J].中国造船,2005,46(2):75-80页
    [97]严俊,施平.武昌造船厂信息化建设实践[J].船海工程,2004(2):47-50页
    [98]雷兆虹.不同CAD系统中产品数据交换方法[J].机械与电子,2004:37页
    [99]ISO 10303-1. Industrial automation systems and integration-Product data representation and exchange-Part 1:Overview and fundamental principles[S].2005
    [100]ISO 10303-21, Industrial Automation Systems and Integration Product Data Representation and Exchange-Part 21:Implementation Methods[S].2004
    [101]ISO 10303-21. Industrial automation systems and integration-Product data representation and exchange-Part 21:Clear text encoding of exchange structure[S].2002
    [102]ISO 10303-41. Industrial automation systems and integration-Product data representation and exchange-Part 41:Integrated generic resources: Fundamentals of product description and support[S].2000
    [103]ISO 10303-42. Industrial automation systems and integration and exchange-Part 42:Integrated generic resource:Geometric and topological representation[S].2004
    [104]ISO 10303-215. Industrial automation systems and integration-Product data representation and exchange-Part 215:Application protocol:Ship arrangement[S].2004
    [105]ISO 10303-216. Industrial automation systems and integration-Product data representation and exchange-Part 216:Application protocol:Ship Moulded Forms[S].2005
    [106]ISO 10303-218. Industrial automation systems and integration-Product data representation and exchange-Part 218:Application protocol:Ship structures[S].2004
    [107]ISO 10303-224, Mechanic production definition for process planning using from feature[S].2005
    [108]IS010303-227 Idustrial automation systems and integration-Production data-representation and exchange-Part 227[S].2005
    [109]叶平.船舶管系工工艺[M].哈尔滨工程大学出版社,1996:1-10页
    [110]陈宁.计算机辅助船舶舾装生产设计[M].国防工业出版社,2006:130-136页
    [111]Donald Hearn, M.Pauline Baker.计算机图形学[M].清华大学出版社,2007:151-166页
    [112]杨建伟.现代CIMS技术发展探讨[J].科技信息,2008(2):21-28页
    [113]程斌.船舶及海洋工程导论[M].上海交通大学出版社,1996:1-5页
    [114]孙正兴.计算机图形学教程[M].机械工业出版社,2006:110-111页
    [115]袁红兵.计算机辅助设计与制造教程[M].北京:国防工业出版社,2007:33-36页
    [116]潘家轺,曹德弼.现代生产管理学[M].北京:清华大学出版社,2005:11-18页
    [117]韩文民,叶涛锋,梅健.约束理论在船舶生产组织中的应用探讨[J].江苏船 舶.2003(6):38-40页
    [118]曾胜荣.船厂应用JIT管理的可能性[J].造船技术.1992(6):8-9页
    [119]张新龙,贾建强.精益造船理论及其在国外的实践[J].船艇.2006(6):10-15页
    [120]刘萍.“融合”实现智能化敏捷制造的根本[J].中国制造业信息化.2007(20):23-24页
    [121]翁德伟.成组技术在造船工业中的开发与应用[J].成组技术与生产现代化.1992(Z1):19-23页
    [122]来可伟,殷国富.并行设计[M].北京:机械工业出版社,2003:11-13页
    [123]王关义.现代生产管理[M].北京:国防工业出版社,2003:124-133页
    [124]杨琼.TRIBON与SPAR数据接口技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2009:35-45页
    [125]夏平生.关键路径法与计划评审法[M].北京:电力工业出版社,1982:22-26页
    [126]倪蔚颖.蒙特卡洛模拟在项目成本风险分析中的应用[J].大众科技.2008(7):216页
    [127]朱安庆,周卫鹏,马晓平等.基于TRIBON的船体生产设计BOM表自动生成程序开发[J].江苏船舶.2004(6):3-4页

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