協同設計的大型海洋工程論文范文
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目前海洋工程平臺設計過程中，經常存在這樣一種問題，當一個專業的模型數據發生修改且未及時反饋到其他專業去時，這就導致了其他專業的模型出現問題。海洋工程裝備制造企業期望提高目前各專業的自動化設計程度，包括開孔、補孔、現場開孔和開孔變更以及板材余料的管理和模型信息的檢查，以提高各專業內部、專業之間的協同性，使得數據及時同步更新共享，整個信息的流動減少依靠設計人員人工的書面報告類溝通的過程。
2協同設計組織分析
大型海洋工程裝備的研制過程通常分為初步設計、詳細設計、生產設計和制造等4個階段，各個階段涉及到大量的部門和專業。協同設計過程中各部門之間的聯動如表1所示。為了使產品的式樣、配合性、裝配性、品質等問題早期發現、早期解決，提高圖紙正確率。在開發設計階段，船體、管系、舾裝、電氣、制造等相關人員聚到一起，共同探討圖紙問題并實施對策，以謀求品質水平提高及后工程對應方法。
3協同設計情景分析
以初步設計階段為例，如圖1所示，海洋工程裝備企業作為主制造商，根據市場調研和需求進行產品開發立項，開發團隊通過信息收集、分析，提出創意和初步方案。結合企業自身實際情況和產品功能特點，進行產品分解，尋找合作伙伴，主制造商確定設計要求和主要參數，供應商需要確認是否滿足企業所提出的設計要求和主要參數，經確認后，主制造商需要分析現有技術難點和產品成本，以及是否開發產品平臺。通過線上與供應商討論技術難點解決方案和產品成本是否滿足要求，最后確定是否有必要開發產品平臺方案。之后主制造商企業研發部門進行草圖設計并與設計院、供應商、客戶反復溝通，修正設計。
4協同設計層次分析
層次分析法是將每個大系統逐步分成小系統，主要是挖掘每個子系統過程中的任務都會對各個參與專業人員進行交叉，通過細分任務，可以找到任務之間的關系，各個專業人員之間的關系，最終通過各個相關專業的協同交互使得資源互補。經層次分析，在海洋工程裝備研制中各個專業的協同屬于“多項目—多層次”協同。以船體開孔為例，項目、各專業人員、產品任務層次之間的結構關系如圖2所示，從縱向看同一個專業（例如管系專業），參與電纜管道圖、查詢與套料、開補孔、現場開孔、開孔變更等任務；從橫向來看，某一子任務也可能由多個專業共同完成（例如，任務開補孔由管系、船體、舾裝共同實現）。可得到如下4個協同要素，即協同對象、協同場所、協同者、協同時間。1）協同對象。協同項目需要處理的信息包括：各專業的計劃、審核執行情況、時間和建議、資源利用情況、庫存情況等。2）協同場所。各專業通過協同平臺進行TRI⁃BON模型數據交互，主要采用3種工作方式，包括虛擬的集中工作方式、中立協同工作方式或者簡單的工作包交換工作方式等。船體專業人員需在完整的項目執行期內始終與其他專業人員保持緊密聯系，形成真正的虛擬專業聯盟，并以船體專業為核心，建立集中式項目管理平臺。各專業采用物理集中或者虛擬集中的方式與管理平臺相連，船體專業人員、舾裝專業人員、管系專業人員之間可對相關數據和信息來直接訪問，從名義上來集中工作。該協同方式具有高效率、高安全性的優勢。當船體開孔進入詳細設計階段后，不需要船體專業時刻與舾裝管系等專業保持緊密聯系，采用中立的協同工作方式以滿足各專業間協同的需要，以便基于虛擬的項目管理平臺實現。總部提供協同平臺，各專業訪問平臺，船體、舾裝、管系等專業之間數據與信息不直接交互，通過信息平臺數據庫的更新實現生產設計中各專業協同。這需要協同雙方在協同之前定義數據/信息接口，并保證進行的數據包雙方都可讀取。3）協同者。舾裝、管系、船體、電裝等專業人員由于責任不同，相互之間的制約合作關系各不相同，故通過互動溝通平臺來交流，使整個項目“和諧”運作。4）協同時間。在船體開孔的生產設計階段中管系、船體、舾裝、電裝等專業的協同下完成協議圖中的分段工序圖、板材套料圖、開孔加強圖、電纜管道圖，各種管理信息文件，例如：前期資料整理和系統配置；板材登記、查詢與套料，出報表；開孔計劃、開補孔、現場開孔、開孔變更，最后出圖紙，并通過平臺進行數據模型交互。
5協同設計互動分析
UML（UnifiedModelingLanguage）分析圖通過將協同過程的場景活動詳細的描述出來，畫出與之相對應的序列圖，從中取出事件或者活動的執行主角、信息傳遞方向等信息，結合后續協同信息流分析，可以構建出完整的協同應用場景。以船體開孔過程為例，抽取出各專業協同化的本質屬性，即本體由項目信息、協同流程、組織機構及文檔組成。部門分為專業類型、專業角色以及專業層級。協同流程的本體則由計劃、活動、協同過程狀態和協同過程流組成。計劃的安排囊括了內部計劃、協同計劃、時間節點；活動為組成任務的各個基本活動單元，包括如圖3所示：矩形上方輸入信息、矩形下方輸出信息、上級活動和本活動細節以及活動發生的先后次序。當開孔計劃存在著問題（比如遺漏孔）或者孔的位置出現錯誤等要進行開孔變更或者補孔時，協同設計互動如圖4所示。在規定期限內船體專業根據管系、電裝、舾裝等專業要求的預開孔和預加強原則和相關信息，駁回舾裝專業的開孔計劃，舾裝專業需要進行檢查并且重新申請補孔計劃或者開孔變更計劃，與此同時還要通知管系、電裝等專業。船體專業人員對申請補孔計劃或者開孔變更計劃進行確認，并更新信息平臺中的Tribon模型信息。最終信息更新后反饋給各專業。通過平臺獲取開孔信息后，各專業進行活動間所依存關系的溝通并獲得反饋，優先是信息傳遞到協同項目管理平臺，其次接受信息并處理信息，通常方法是確認或者拒絕、刪除或者更改，最后把信息更新給所有需求專業人員。
6示例驗證
以船體零部件設計數據同步為例，船體零部件數據功能可以同步指定分段的船體零部件數據到系統中間數據庫，以完成以下任務：1）根據分段或模塊號，從Tribon系統中將最新的船體零部件數據同步至數據庫中，系統自動生成新版本；2）根據搜索條件，查詢最新版本的船體零部件數據；3）支持船體零部件數據的導出功能。【船體零部件數據】同步的操作步驟如下：1）從“系統目錄”->“設計數據同步”進入【船體零部件數據】界面（見圖5）；2）在圖5所示“同步信息”區域中，選擇需要同步的零部件模塊名或分段號；3）如圖6所示，在彈出的“分段及模塊”篩選器窗口中，可通過模糊查詢，快速檢索到具體的模塊名或分段號，如：輸入“10%”可檢索出以“10”開頭的所有模塊名或分段號。根據搜索出來的結果，點擊具體的模塊名或分段號，同時“分段及模塊”篩選器窗口將自動關閉，返回到【船體零部件數據】界面；4）在【同步船體零部件數據】界面中（見圖7），即可看到已選擇的分段或模塊，然后再點擊【同步船體零部件數據】按鈕，將Tribon系統中符合要求的最新船體零部件數據同步到協同設計平臺中。5）若數據同步成功，如圖8所示，則在【船體零部件數據】界面中可查看已同步成功的數據，統將自動生成新版本，同時還將本次同步的數據和上次版本進行對比，在“調整標記”中記錄其變更狀態。
7結束語
鑒于大型海洋工程裝備研制過程中，涉及到的組織部門多、各專業之間信息傳遞不方便、重復浪費現象嚴重等特點，本文提出了一種協同設計的作業模式，從組織分析、情景分析、層次分析、互動分析等4個方面進行闡述；以船體設計數據同步為例，說明這種模式對于解決大型海洋工程裝備的研制過程中數據傳遞不及時的問題，提高信息傳遞速度和效率，減少返工和重復的次數，減少甚至消除其中的浪費具有重要意義。
作者：陳國洋尹導吳欠欠李淼許虓寧單位：上海振華重工（集團）股份有限公司上海交通大學機械與動力工程學院