0 前言
船舶設計研發是船舶制造企業業務過程的起點，也是企業各業務單元信息流的源頭。因此設計研發信息化往往成為船舶制造業開展信息化建設的突破口。而在設計研發信息化中，信息化應用系統建設是最大的難點，也是決定其成敗的關鍵。開展設計信息化應用系統建設應立足于對目前企業設計研發業務存在問題的分析，以解決實際問題為目標，同時考慮目前的信息化系統建設現狀，長遠規劃，分步實施，使信息化建設與常規業務開展協調一致進行。
1 設計部現狀及存在問題
1.1 信息化系統建設現狀及存在問題
該船廠設計研發業務信息化系統現狀如表1所示，從內部來看，其信息化系統建設尚存在欠缺點，從整個企業角度看，設計研發業務已形成信息孤島，難以和其他業務單元形成有效的信息流通。
表1 信息化系統應用現狀
該廠設計部部署了采用B/S架構的設計數據管理軟件，該系統實現了PDM中圖文檔管理的部分功能，但其與Tribon沒有進行集成，在存儲圖紙時，需要出圖后導出DXF圖紙，較為繁瑣。
1.2 設計研發業務現狀及存在問題
業務問題會給信息化系統建設帶來阻礙，同時信息化系統的欠缺與不足也會成為設計深度、廣度、準確度提升所不可逾越的鴻溝。這里主要從三個方面總結該廠設計研發業務中存在的問題。
1.2.1 設計信息編碼體系
設計信息編碼體系的制定工作量較大，與設計部的人員配置不足形成矛盾，因而設計部并沒有開展該項工作，而是順延到物資部門進行，但該編碼僅由分管不同類型物資的主管憑個人經驗制定，無固化標準。
1.2.2 歷史設計數據梳理
該廠設計部對如下三種不同的歷史數據的梳理情況如下：
●三維設計模型：該廠針對生產設計的參數化三維模型數據庫建立尚存欠缺，只是進行了一部分的端切、型材以及小型零部件的模型數據庫建立，而消防設備、管舾裝件以及門窗等設備未能實現參數化驅動。
●圖紙：設計數據管理軟件可以實現基本的圖紙管理功能，但由于沒有實現與CAD的集成，無法保證存檔圖紙的實時更新與完整性，單船主管采用紙質圖紙存檔的情況依然存在，這些因素都大大降低了存檔圖紙對后續船舶設計工作的參考價值。
●設計錯誤：該廠生產設計的錯誤率較高，以某型散貨船為例，即便排除內部協調修改的錯誤，生產設計錯誤仍可達760余處；針對錯誤率匯總分析只是停留在收集、匯總錯誤階段，沒有形成錯誤分析文件供后續設計工作參考。
1.2.3 設計流程
該廠的設計流程中存在如下問題：
●設計流程存在冗余環節：各專業間CAD系統的異構導致船體專業與其他專業間設計信息流轉實時性差、數據損失嚴重，使得設計流程中增加了不必要的環節。例如，機裝、甲裝、電裝、舾裝專業需要以船體專業建立的模型為背景，但由于上述限制，這些專業需要在于SPD中進行船體及舾裝件的快速建模的基礎上，才可開展設計工作。
●設計更改流程未能規范化管理：在設計更改方面，由于沒有軟件支持，在發生設計更改時，由設計部下發紙質修改通知單，具體的部門間協調工作由造船管理部完成，無固化的設計更改流程。
2 設計研發業務改進及對信息化系統的要求
2.1 設計信息編碼體系
如圖1所示，設計信息編碼體系是企業內其他編碼體系通過映射機制集成的根源[1]。該廠可借鑒SFI船舶編碼標準來制定設計信息編碼體系，同時考慮項目類型及信息化系統建設對編碼體系的影響，該編碼體系應隨著船舶項目和信息化系統建設的更迭不斷完善、深化。
圖1 設計信息編碼體系構成及主導作用
構建設計信息編碼體系是進行設計研發業務信息化系統建設的必備基礎，同時也對信息化系統提出了要求：為了保障設計信息編碼體系在全廠信息編碼體系中的主導作用，需要將現有的設計信息孤島與后續業務單元相貫通，即在設計部內部，應通過實施統一的CAD系統來打破船體專業與其他專業的信息交流屏障；在整個企業中，通過部署PDM并實現PDM系統與CAX、ERP之間的集成來使ERP的使用擴展到設計業務中，連接起從設計到物資及后續環節的信息流通渠道。
2.2 歷史設計數據梳理
對應前面對該廠在歷史設計數據梳理方面的現狀及問題分析，應在信息化應用系統的推動下，在三維設計模型、圖紙、設計錯誤三個方面進行改進：
●三維設計模型：應在實施CAD、PDM并實現二者集成的基礎上，構建形成設計研發業務的產品資源體系；針對舾裝件、小型設備、型材端切等，建立參數化驅動模型，使各專業共享數據模型資源，提高協同設計效率。
●圖紙：以CAD的出圖模塊與PDM的圖紙入庫功能無縫集成為技術基礎[2]，充分利用PDM的電子圖檔管理功能，實現設計圖紙的實時入庫、更新、查詢、版本管理。
●設計錯誤：設計錯誤的統計、整理與分析通常意義上需借助知識管理平臺實現，但考慮到知識管理系統在國內船舶行業應用尚無成熟的解決方案，可借助PDM來在局部上實現該功能，其余部分以業務模型構建為主；實際上，PDM的諸多模塊與知識管理系統存在功能重疊，知識管理平臺也是以PDM的圖文檔管理、產品結構管理、項目管理等模塊為基礎來實現其功能的[3]。
2.3 設計流程再造
開展設計業務信息化系統建設需要設計流程再造作為其指導思想和業務基礎。結合上面對該廠設計研發業務現狀的分析，其進行設計流程再造存在兩個關鍵點：
●標準化：將設計流程劃分為幾個特定階段，在船型更迭的過程中，不斷應用和優化，借助PDM系統形成標準化的設計流程。
●并行化：實施并行設計尤其要求先進的管理技術與信息技術與之相適應，包CAD/CAE/CAPP一體化、PDM等[4]。
以企業調研為依據，結合以上兩個關鍵點，規劃了設計業務流程，作為PDM工作流管理的實施基礎。如圖2所示，基于該流程在設計信息系統的支持下開展并行設計工作，對于整個設計流程再造而言，CAD的二次開發也是必需工作[5]。
圖2 設計流程再造
3 信息化系統建設
3.1 信息化系統總體架構及建設路線
如圖3所示，在應用系統總體功能框架中，設計層是總體框架的基礎和核心，通過對歷史數據的統計、挖掘和分析為業務協同層的協調指揮、決策層的管理決策提供準確的數據支持。
圖3 應用系統總體功能框架
在明確設計研發系統在整體系統架構中所處的位置后，需要對其中子系統間的相關性進行分析，以對各應用系統實施順序、對集成應用前瞻性考慮的需求大小作出判斷。如圖4所示，在設計研發信息化系統中，PDM是匯聚CAX數據的中心，同時，PDM還起到設計信息流通至其他業務單元的“中轉”作用[6]。
圖4 以PDM為核心的的設計研發系統相關性分析
因此，該廠在進行設計研發業務的信息化系統建設時，若首先考慮PDM的可擴展化部署可以在很大程度上避免后期建設對前期建設的修改；但實際上，企業的信息化應用系統建設很難做到一步到位，一般需要在兩輪甚至更多輪循序漸進的過程中不斷的摸索與調整，“推翻重建”也難以避免。因此，建議在前幾輪建設中，在利用原有應用系統的基礎上，本著“急用先行”的原則，首先完成CAD的統一更換；在后期建設中，結合PDM在我國船舶行業的應用現狀，前瞻性的開展PDM實施，保證其開放性與長期使用的穩定性，并預留與CAX中間件/接口的開發能力。這樣，接下來應用系統建設便可以在原有架構上擴展，以盡可能減少對原有架構的修改。
3.2 以PDM為核心的集成開發
由前面的分析，為了保證設計研發業務信息化系統的整體性，消除內部信息孤島，開展以PDM為核心的集成開發是十分必要的，而進行集成開發關鍵在于合理選擇系統集成方式并理清系統間的接口數據內容。
3.2.1 系統集成方式選擇
在以PDM為核心的應用系統集成方面，表2列舉了三種可選集成方法，考慮到該企業設計研發應用系統的不確定性與多樣性，建議采用EAI中間件的方式來進行系統集成[7]。
表2 應用系統集成方法對比
考慮到信息化系統建設的階段性，也可以暫采用系統接口的方式來進行集成開發，后期再過渡到EAI中間件的方式。
3.2.2 與CAX的集成開發
如圖5所示，PDM是CAX的信息匯聚點，將以PDM為中心的系統間接口數據內容分析如下[8]：
圖5 以PDM為中心的系統間接口數據內容
1）PDM-CAD：CAD和PDM之間共有3類接口數據：
●模型：進行船舶設計時，設計產生的三維模型在PDM中進行統一管理；
●EBOM、圖紙、報表：CAD的數據輸出不僅包括了所建立的模型，還包括出圖模塊產生的圖紙和報表模塊產生的生產設計報表，這些數據都需要在PDM中進行歸檔管理，PDM則通過EBOM實現與CAD的信息傳遞；
●設計任務書：生產設計人員在進行設計時首先從PDM中獲取設計任務，設計工作完成后，將工作成果上傳至PDM提交審核；
在以上三類相關點中，我國多數船舶制造企業只在圖紙、報表、設計任務書幾個方面實現了CAD與PDM間的信息集成，對于模型和EBOM的集成尚不成熟，因此建議該廠可暫規避此相關點。
同時，在進行與CAD的集成開發時，要保證實現增量式的數據接收方法，因為邊設計、邊生產、邊修改是造船企業最顯著的特點，這就意味著CAD數據的抽取要根據技術資料的準備情況不斷的對新資料進行增量接收，因此應制定接口規范和描述約定以保證重復接收CAD數據的一致性和可重用性。
2）PDM-CAPP：CAPP和PDM之間共有3類接口數據：
●設計信息：CAPP需要從PDM中獲取瀏覽級的設計信息來進行工藝設計，進而為后續過程提供工藝過程信息；
●設計修改要求：在PDM中的設計更改流程觸發時，PDM將設計修改要求傳遞給CAPP，工藝設計人員在CAPP中完成對應的工藝設計修改；
●MBOM：工藝設計人員在CAPP中完成工藝設計任務后，生成MBOM，為了支持與PDM的信息集成，CAPP產生的工藝過程信息需要分解成基本信息單元存放于PDM的工藝信息庫中；
3）PDM-CAE：CAE分析人員根據CAD設計人員的分析申請，從CAE系統上調用PDM服務，從中獲取相關 CAD 模型和設計約束條件等信息，分析完成后，將分析結果導入PDM并通知設計人員。
3.2.3 與ERP的集成開發
為了消除設計業務的信息孤島，勢必要進行PDM與ERP的集成開發[9]。如圖6所示，PDM向ERP提供的數據有：工藝過程信息（存儲在PDM的工藝信息庫中）、設計物料清單、圖紙、報表。ERP利用PDM提供的這些基礎數據，制訂主生產計劃、物料需求計劃、采購計劃以及車間作業計劃等。PDM除了要向ERP提供信息外，還要從ERP系統中獲取設備資源信息和原材料信息，以滿足CAPP系統的運行。
圖6 PDM與ERP間接口數據內容
3.3 主要應用系統實施風險分析
分別從業務上線、軟件更換、系統集成、二次開發四個指標來分析主要應用系統的實施風險，如表3、表4所示。四個評價指標含義如下：
●業務上線：對于原先沒有系統支持的設計業務，在系統實施的最初階段，難以構建具體的業務框架，且正常的設計業務不能停止，因此新舊體系間的沖突難以避免。
●軟件更換：分為業務調整、數據轉移兩個子指標。
●系統集成：為了保證應用系統功能的有效使用，需要進行與其他應用系統的集成來實現數據的高效互通。
●二次開發：若應用系統局部不能適應企業業務需求，需進行二次開發。
表3 CAD實施風險分析
表4 PDM實施風險分析
3.4 對現有CAD的處理方式
目前在不同專業間應用異構CAD的方式已經嚴重制約了該廠設計工作的順利開展，因此必須對現有CAD系統進行統一。CAD的更換應考慮歷史設計數據的復用問題，在分析歷史設計數據復用價值的基礎上，考慮業務的平穩過渡，給出建議的處理方式，如表5所示。
表5 歷史數據的復用價值及建議處理方式
圖紙數據是企業設計知識積累的基礎形式，具備長期利用價值，在更換CAD系統時，保留起來較為容易，在信息化系統建設的前期階段，可暫時考慮利用現有的圖紙管理系統或FTP服務器來進行保留，在部署了PDM系統之后，可以將圖紙入庫到PDM進行統一梳理。
對于基礎數據庫，由于現有CAD數據庫的封閉性，難以實現到基礎數據庫到其他CAD系統的轉移，即便轉移可實現，也必然伴隨數據的失真，人工修復的工作量未必比重建的工作量小。因此，必須開展基礎數據庫的重建。
而工程數據庫僅對于系列船存在復用價值，同時考慮企業在更換CAD系統需要經歷設計模式的調整期，且須保障此階段設計、生產工作的正常進行，因此對工程數據庫建議采用逐步過渡的方式來進行保留：
●第一階段：新舊CAD同時開展工作，新CAD組的工作重點應放在設計模式與設計軟件的磨合上，舊CAD組重點保障設計工作的正常進展。
●第二階段：通過虛擬機運行舊CAD的方式來實現工程數據的瀏覽級保留。
●第三階段：舊CAD廢止，全面采用新CAD系統開展設計工作。
結論
針對某船舶制造企業的設計研發業務現狀，找出由于信息化系統建設的不足對設計研發業務產生的制約，結合設計研發業務的改進對信息化系統建設做了較為深入的探討，為該船企設計研發信息化建設乃至全廠信息化建設作了基礎性鋪墊。將這些經驗與觀點在此分享，希望能為國內船企的信息化建設提供借鑒與參考。
[參考文獻]
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[2]馬李曄,楊鵬舉,劉天，CAD產品數據管理淺談，中國電子商情，2008。
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[7]Jinyoul Lee, Keng Siau, Soongoo Hong，Enterprise integration with ERP and EAI，Communications of the ACM，2003。
[8]GUO P, JIN J, LIANG G，Study on Information-Sharing-Oriented Integration of PDM, CAX and MRP-Ⅱ，Mechanical Science and Technology，2004。
[9]Jx Gao, Hayder Aziz, Pg Maropoulos，Application of product data management technologies for enterprise integration，International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2003。
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