基于仿真的舰船研制评估系统PDM集成框架研究

舰船研制评估是个极其复杂的过程。在传统的舰船研制评估中，各应用工具、系统自成体系，形成所谓的“信息孤岛”;研制评估中会产生大量的文件和图样，传统的手工管理这些数据会浪费大量的人力资源和空间资源，即使是存储在计算机上的文档，也因为数量巨大，而无法进行高效的管理;长期以来，产品的开发沿用传统的顺序工程方法，但因为该方法在设计的早期不能全面地考虑设计的可制造性、可装配性、质量保证等多种因素，导致所制造的产品存在诸多缺陷和对设计的多次更改，造成设计改动量大、产品开发周期长、成本高等状况。

这些问题都严重制约了舰船研制评估的效率，产品数据管理(PDM)正是解决这些问题的一种新途径。PDM是以软件为基础，管理与产品相关的信息(包括电子文档、数字化文件、数据库记录等)和所有与产品相关的过程(包括审批/发放过程、工程更改过程、一般工作流程等)的技术。它提供产品全生命周期(包括市场需求调研、产品开发、产品设计、销售、售后服务)的信息管理，并可在企业范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作环境。

1、Windchil介绍

Windchil是PTC(Parametirc Technoloyg corporation)公司推出的一种功能强大的PDM系统，可以很好地解决舰船研制评估中的文档管理问题和项目与围绕项目的数据(文档等)的关联问题;其提供的生命周期和工作流程管理功能，可以保证通过执行规范的并且符合业务实际的业务流程来对过程进行管理;它具有基于Web的架构体系，因此还可以在离散的业务环境中来保证担任不同角色的用户可以根据系统赋予自己的权限参与到型号研制评估过程中来;为各应用系统提供良好的集成框架，方便信息的传递和交互。

2、体系结构

舰船研制评估PDM系统的体系结构见图1。

整体体系结构分五层，最下一层是硬件环境、网络、操作系统、数据库，这些都取决于具体PDM软件对其的支持，例如:选用Windchil，只能选用Windows平台和Oracle数据库等。然后是PDM的服务层，现在较为通用的大型PDM软件均采用面向对象结构，向下通过自己的数据处理逻辑直接与数据库交互，向上提供基本服务供应用组件使用。PDM应用层主要是各种功能相对集中的应用模块，其实各模块之间有着密切的联系，只是根据其功能把它们划分开，根据针对舰船研制评估的分析，确定采用设计团队管理、文档管理、项目管理、变更管理四项主要功能，作为集成框架，还需要封装各应用工具，并和特定的工具实现数据接口。最上层是对使用者和管理者一致的PDM客户端界面。

3、系统功能组成

3.1文档管理

文档不等同于一个电子文件，它是用来组织这些电子文件的，表明这些电子文件是谁拟制的，是什么类型的文件，这些电子文件需要谁审批，它可以比喻为“卷宗封皮”。文档管理是首先实现的功能。舰船研制评估文档是对Windchill标准文档类(WTDocument)进行客户化扩展后生成的客户化文档类。

3.1.1文档的拟制与提交

用文档拟制工具(Office,CAD等)拟制项目相关的电子文件。

进人PDM系统，在个人文件柜下建立一个文档对象，填写需要手工填写的属性;把第一步中产生的电子文件作为主要文件加人到该文档的主要文件栏位中，然后保存;把新建的文档从个人文件柜中检人到项目共享文件柜的相应目录下，完成该电子文档的提交。

3.1.2文档的版本管理

文档的版本演化模型如下:任何一个文档的版本由大小两种版本构成，大版本变化序列为A-B-C-D，小版本变化序列为1-2-3-4。因此，一个文档完整的版本信息示例为:A.1,B.2,文档在未达到审批状态以前的修改，只记录小版本的历史。小版本的变化过程是通过修改者把文档从项目文件柜中检出到个人文件柜，修改完成后再检人到项目文件柜实现的。小版本的变化过程为A.1-A.2-A.3-A.4。当文档的状态达到审批状态和发放状态后，对文档的修改不仅需要严格的设计变更过程控制，而且需要实现大版本之间的变化，例如从A.2版变成B.1版。这种变化需要通过修订(Revise)对文档进行修订，并使得版本升级。一个完整的文档版本演变过程为A.1-A.2-A.311B.1-B.21}C.1-C.2-C.3。版本的变化不会造成文档编号的改变。

3.1.3文档的生命周期与工作流程

以文档工作流程为核心实现文档的传递，保证文档传递的真实性、一致性和完整性;通过文档的生命周期控制文档拟制一审批各个环节中文档的成熟度。在实施过程中，需要针对不同类型的文档建立不同的生命周期和工作流程。这部分工作将包括各种文档的生命周期分析和工作流程分析。

3.1.4文档的检索和查询

文档的快速检索和利用有利于减少辅助工作时间，提高用户的工作效率。同时又能改善用户对系统的接受程度。Windchil提供了4种检索方式:基于文档属性的检索、基于文档存储地点的检索、基于文档关联性的检索、基于全文本检索。

3.1.5文档的借阅

文档借阅管理分为电子文档的借阅管理和纸质文档的借阅管理两部分。对于电子文档的借阅，需要通过启动借阅申请流程，触发文档查阅审批流程，申请批准后，档案室登记借阅，并把该文档发送给借阅人。而对于纸质文档的借阅，则是通过填写借阅单的方法来保留借阅记录。

3.2工程更改管理

通过PDM引人的更改管理功能，可以从如下几个方面对舰船研制评估的业务管理工作进行改进:对工程更改过程提供了完整的控制和管理手段，设计人员、管理人员可以随时追踪更改实施的情况;工程更改对象和产品数据对象、产品数据的版本管理能够紧密相关，在更改通知单中(对应的更改活动中)关联了更改前和更改后的产品数据，避免了更改过程中更改通知单无法清楚描述更改内容;可以根据业务需要选择复杂更改模型(对于重大更改)和简单更改模型(对于简单更改)，能够很好的管理对于一个更改申请所需要完成的所有相关更改;对更改过程进行完整的记录，其实质是一个知识积累的过程，可以增强后续设计人员了解产品设计改进、产品完善的过程，减小重复犯同样错误的几率，同时提高设计人员的技能。

典型的更改管理过程可以总结为如图2所示的流程。

图2 典型的更改管理过程

根据舰船研制评估的特点，更改过程将通过更改请求/更改通知单/更改活动三个对象来进行描述。在研制评估文档管理中，对已经走完审核审批流程成为发放状态的文档进行更改时，需经过严格的更改管理过程。用户需首先填写更改请求，一旦更改请求被审阅和批准，系统会通知相应的人员创建更改通知单，更改通知单中列举了实现更改的活动，更改活动中提供了更改的细节。

3.3项目管理

针对舰船研制评估对开发过程管理(项目管理)的需要，考虑对Windchil进行二次开发来实现。在Windchill中可以实现的项目管理功能有:将围绕项目的关键内容(文档)，业务流程等通过项目本身紧密的集成在一起;通过生命周期(项目关键阶段)与工作流程的紧密集成有效地展开项目工作;支持项目结构层次模板的重用;不同用户在离散环境下，有效地参与某型号研制评估过程中所涉及的活动。

3.3.1项目的分类和属性

为了对舰船研制评估过程以及所对应的项目进行管理，需根据对研制评估过程的分析，将其分类:研制类项目和评估类项目。并在PDM系统中开发所需要的项目对象类，其主要属性包括:项目名称、项目代号、项目负责人、子项目标记、项目类别、所处状态、各阶段预计完成时间。

3.3.2项目的创建

采用自动的方式来完成，这种自动方式的实现主要是依靠在关键文档对应流程中预先定义的操作来完成的，这些关键文档一般为项目任务书文档。在项目创建时，系统会根据关键文档中的属性信息来自动设定项A的某些属性。

3.3.3项目的生命周期和工作流程

项目的生命周期可以划分为若干个阶段，例如:立项、设计、评估等。Windchill系统可以利用生命周期管理功能模块长定义项目的各个阶段，各个阶段又可以和相应的工作流程(如项目任务书文档流程、评估流程等)相关联，流程中的每个活动可以指定不同的角色来完成，从而对项目进行展开。

3.3.4项目的用户管理

舰船研制评估根据项目管理来组织人员的组织和权限定义。Windchill系统提供以下功能来实现科研项目团队的组建。Windchill系统管理员可以为每个工作人员建立一个用户，用户可以按照职能处室建立用户组。项目立项后，项目负责人来指定参加项目的角色，并把各种角色分配到参与该项目的用户。团队成员权限的定义需要根据用户对哪些数据具有读、写、管理权限来实现。同一用户在不同项目中可以承担不同的角色，可以拥有不同的数据访问权限。

3.3.5项目的计划管理

在项目属性中，提供对项目阶段时间进行定义的机制，根据该计划安排，可以方便地实现对项目当前阶段进展情况的监控。其具体的做法是通过将项目当前阶段对应的计划完成时间与实际时间进行比较:如果当前时间还远没有到规定的计划完成时间，则计划在该阶段进展情况良好(绿灯);如果当前时间已经非常接近规定的计划完成时间，则计划对在该阶段进展情况进行报警(黄灯);如果当前时间已经超过当前阶段规定的计划完成时间，则计划对在该阶段进展情况给出更为严重的警告(红灯)。为了对项目已经完成阶段进行总结，可以采用这样的做法:如果本阶段是按期完成的，则计划对该阶段用绿灯进行标记;如果本阶段不是按期完成的，则计划对该阶段用红灯进行标记。

3.4与应用系统的集成

PDM系统集成了文档辅助生成工具、评估系统、协同仿真平台及其他应用工具。对这些工具的集成主要采用两种集成方式。

3.4.1将其纳人Windchil文档管理模式中

应用工具本身由活动执行者自行操作。但是其产生的结果文档由Windchil系统按文档管理模式统一管理，具体表现为:填写“文档管理”中描述的文档属性;按项目或部门把文档保存在相应位置;按项目或部门方式规范文档的访问权限规则;确定文档归类，归人相应的生命周期和工作流程管理。

3.4.2将其纳人Windchil过程管理模式中

分析应用工具对系统设计过程的影响，如:用此应用工具完成或辅助完成什么样的系统设计活动?此应用工具在系统设计过程中的哪些阶段使用?哪些成员使用?需要什么样的输人?产生什么样的输出?基于以上分析，将应用工具对过程的影响反映到系统设计过程中去，定义相应的工作流模板。

4、结束语

任何企业的PDM实施都不是一跳而就的事情，往往要经历很长的过程。PDM项目在技术上非常复杂，除了实施方要充分理解客户的需求，打造一个稳定、开放的软件环境之外，软件的使用和推广实际上是客户思想的一个转变过程。如何准确地认识、适应、加速这种转变过程成为PDM系统实施的一个关键点。