协同设计的大型海洋工程论文范文

1协同设计的需求分析

目前海洋工程平台设计过程中，经常存在这样一种问题，当一个专业的模型数据发生修改且未及时反馈到其他专业去时，这就导致了其他专业的模型出现问题。海洋工程装备制造企业期望提高目前各专业的自动化设计程度，包括开孔、补孔、现场开孔和开孔变更以及板材余料的管理和模型信息的检查，以提高各专业内部、专业之间的协同性，使得数据及时同步更新共享，整个信息的流动减少依靠设计人员人工的书面报告类沟通的过程。

2协同设计组织分析

大型海洋工程装备的研制过程通常分为初步设计、详细设计、生产设计和制造等4个阶段，各个阶段涉及到大量的部门和专业。协同设计过程中各部门之间的联动如表1所示。为了使产品的式样、配合性、装配性、品质等问题早期发现、早期解决，提高图纸正确率。在开发设计阶段，船体、管系、舾装、电气、制造等相关人员聚到一起，共同探讨图纸问题并实施对策，以谋求品质水平提高及后工程对应方法。

3协同设计情景分析

以初步设计阶段为例，如图1所示，海洋工程装备企业作为主制造商，根据市场调研和需求进行产品开发立项，开发团队通过信息收集、分析，提出创意和初步方案。结合企业自身实际情况和产品功能特点，进行产品分解，寻找合作伙伴，主制造商确定设计要求和主要参数，供应商需要确认是否满足企业所提出的设计要求和主要参数，经确认后，主制造商需要分析现有技术难点和产品成本，以及是否开发产品平台。通过线上与供应商讨论技术难点解决方案和产品成本是否满足要求，最后确定是否有必要开发产品平台方案。之后主制造商企业研发部门进行草图设计并与设计院、供应商、客户反复沟通，修正设计。

4协同设计层次分析

层次分析法是将每个大系统逐步分成小系统，主要是挖掘每个子系统过程中的任务都会对各个参与专业人员进行交叉，通过细分任务，可以找到任务之间的关系，各个专业人员之间的关系，最终通过各个相关专业的协同交互使得资源互补。经层次分析，在海洋工程装备研制中各个专业的协同属于“多项目—多层次”协同。以船体开孔为例，项目、各专业人员、产品任务层次之间的结构关系如图2所示，从纵向看同一个专业（例如管系专业），参与电缆管道图、查询与套料、开补孔、现场开孔、开孔变更等任务；从横向来看，某一子任务也可能由多个专业共同完成（例如，任务开补孔由管系、船体、舾装共同实现）。可得到如下4个协同要素，即协同对象、协同场所、协同者、协同时间。1）协同对象。协同项目需要处理的信息包括：各专业的计划、审核执行情况、时间和建议、资源利用情况、库存情况等。2）协同场所。各专业通过协同平台进行TRI⁃BON模型数据交互，主要采用3种工作方式，包括虚拟的集中工作方式、中立协同工作方式或者简单的工作包交换工作方式等。船体专业人员需在完整的项目执行期内始终与其他专业人员保持紧密联系，形成真正的虚拟专业联盟，并以船体专业为核心，建立集中式项目管理平台。各专业采用物理集中或者虚拟集中的方式与管理平台相连，船体专业人员、舾装专业人员、管系专业人员之间可对相关数据和信息来直接访问，从名义上来集中工作。该协同方式具有高效率、高安全性的优势。当船体开孔进入详细设计阶段后，不需要船体专业时刻与舾装管系等专业保持紧密联系，采用中立的协同工作方式以满足各专业间协同的需要，以便基于虚拟的项目管理平台实现。总部提供协同平台，各专业访问平台，船体、舾装、管系等专业之间数据与信息不直接交互，通过信息平台数据库的更新实现生产设计中各专业协同。这需要协同双方在协同之前定义数据/信息接口，并保证进行的数据包双方都可读取。3）协同者。舾装、管系、船体、电装等专业人员由于责任不同，相互之间的制约合作关系各不相同，故通过互动沟通平台来交流，使整个项目“和谐”运作。4）协同时间。在船体开孔的生产设计阶段中管系、船体、舾装、电装等专业的协同下完成协议图中的分段工序图、板材套料图、开孔加强图、电缆管道图，各种管理信息文件，例如：前期资料整理和系统配置；板材登记、查询与套料，出报表；开孔计划、开补孔、现场开孔、开孔变更，最后出图纸，并通过平台进行数据模型交互。

5协同设计互动分析

UML（UnifiedModelingLanguage）分析图通过将协同过程的场景活动详细的描述出来，画出与之相对应的序列图，从中取出事件或者活动的执行主角、信息传递方向等信息，结合后续协同信息流分析，可以构建出完整的协同应用场景。以船体开孔过程为例，抽取出各专业协同化的本质属性，即本体由项目信息、协同流程、组织机构及文档组成。部门分为专业类型、专业角色以及专业层级。协同流程的本体则由计划、活动、协同过程状态和协同过程流组成。计划的安排囊括了内部计划、协同计划、时间节点；活动为组成任务的各个基本活动单元，包括如图3所示：矩形上方输入信息、矩形下方输出信息、上级活动和本活动细节以及活动发生的先后次序。当开孔计划存在着问题（比如遗漏孔）或者孔的位置出现错误等要进行开孔变更或者补孔时，协同设计互动如图4所示。在规定期限内船体专业根据管系、电装、舾装等专业要求的预开孔和预加强原则和相关信息，驳回舾装专业的开孔计划，舾装专业需要进行检查并且重新申请补孔计划或者开孔变更计划，与此同时还要通知管系、电装等专业。船体专业人员对申请补孔计划或者开孔变更计划进行确认，并更新信息平台中的Tribon模型信息。最终信息更新后反馈给各专业。通过平台获取开孔信息后，各专业进行活动间所依存关系的沟通并获得反馈，优先是信息传递到协同项目管理平台，其次接受信息并处理信息，通常方法是确认或者拒绝、删除或者更改，最后把信息更新给所有需求专业人员。

6示例验证

以船体零部件设计数据同步为例，船体零部件数据功能可以同步指定分段的船体零部件数据到系统中间数据库，以完成以下任务：1）根据分段或模块号，从Tribon系统中将最新的船体零部件数据同步至数据库中，系统自动生成新版本；2）根据搜索条件，查询最新版本的船体零部件数据；3）支持船体零部件数据的导出功能。【船体零部件数据】同步的操作步骤如下：1）从“系统目录”->“设计数据同步”进入【船体零部件数据】界面（见图5）；2）在图5所示“同步信息”区域中，选择需要同步的零部件模块名或分段号；3）如图6所示，在弹出的“分段及模块”筛选器窗口中，可通过模糊查询，快速检索到具体的模块名或分段号，如：输入“10%”可检索出以“10”开头的所有模块名或分段号。根据搜索出来的结果，点击具体的模块名或分段号，同时“分段及模块”筛选器窗口将自动关闭，返回到【船体零部件数据】界面；4）在【同步船体零部件数据】界面中（见图7），即可看到已选择的分段或模块，然后再点击【同步船体零部件数据】按钮，将Tribon系统中符合要求的最新船体零部件数据同步到协同设计平台中。5）若数据同步成功，如图8所示，则在【船体零部件数据】界面中可查看已同步成功的数据，统将自动生成新版本，同时还将本次同步的数据和上次版本进行对比，在“调整标记”中记录其变更状态。

7结束语

鉴于大型海洋工程装备研制过程中，涉及到的组织部门多、各专业之间信息传递不方便、重复浪费现象严重等特点，本文提出了一种协同设计的作业模式，从组织分析、情景分析、层次分析、互动分析等4个方面进行阐述；以船体设计数据同步为例，说明这种模式对于解决大型海洋工程装备的研制过程中数据传递不及时的问题，提高信息传递速度和效率，减少返工和重复的次数，减少甚至消除其中的浪费具有重要意义。

作者：陈国洋尹导吴欠欠李淼许虓宁单位：上海振华重工（集团）股份有限公司上海交通大学机械与动力工程学院