王　真　丁煒杰　鄭鵬飛　黃　宏　胡世南

(中船第九設計研究院工程有限公司，上海　200063)

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管子加工車間工藝設計軟件包的開發(fā)

王真丁煒杰鄭鵬飛黃宏胡世南

(中船第九設計研究院工程有限公司，上海200063)

【摘要】闡述了管子加工車間工藝設計軟件包的開發(fā)過程，綜合使用Asp.net、Office VBE與SketchUp API開發(fā)環(huán)境，該軟件具有工藝設計計算、工藝知識庫管理、三維建模功能。本軟件包的開發(fā)旨在規(guī)范化工藝設計，提高設計人員的計算機應用水平。

【關(guān)鍵詞】造船工藝；管子加工車間；計算機輔助設計；軟件包

【DOI】10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.02.14

1開發(fā)背景

隨著計算機技術(shù)在工程設計當中的廣泛應用，實用而且功能強大的工藝專業(yè)計算機輔助設計(CAD)軟件包必然成為船廠工藝設計的一個重要工具。我國的煤礦開采、機械設計、石油化工、水電、金屬鑄造等行業(yè)，都開發(fā)有成熟的CAD軟件包。

中船九院工藝專業(yè)已經(jīng)普及設計過程的CAD應用，但仍存在設計計算過程不規(guī)范、CAD工具應用自動化程度較低等不足，在設計手段軟件化方面落后于土建、公用專業(yè)。作為船舶工業(yè)建設的“國家隊”，中船九院成立六十余載承擔了我國絕大多數(shù)船廠的規(guī)劃、設計、建設任務，掌握著我國主要船廠的工藝設計方案及參數(shù)，這些數(shù)據(jù)資源既是項目設計的參考標的，又是制造業(yè)服務化趨勢下中船九院進軍船廠全生命周期服務業(yè)務的珍貴資源，是中船九院獨有的歷史積淀，有待進行知識工程建設。使用軟件包進行工藝設計，可以減輕設計人員工作量，減少查閱資料的時間，使他們把精力集中到工藝設計上[1]。

軟件包開發(fā)團隊根據(jù)船體、舾裝、涂裝三大工藝專業(yè)的情況進行反復討論與醞釀，最終選取舾裝專業(yè)的管子加工車間作為開發(fā)的示范試點。待開發(fā)成功后，逐步推廣到船體、涂裝專業(yè)。

2開發(fā)目標

2.1需求分析

軟件開發(fā)團隊由經(jīng)驗豐富的工藝設計人員與軟件開發(fā)人員組成。開發(fā)前期，經(jīng)過團隊內(nèi)外多輪討論，軟件開發(fā)團隊總結(jié)出工藝專業(yè)在設計過程中有以下問題需要解決：

1)工藝設計計算過程不規(guī)范；

2)工藝項目設計資料零散；

3)不同人員在設計指標取值上差距較大；

4)CAD工具應用自動化程度較低；

5)工藝專業(yè)沒有三維設計，游離于公司BIM設計之外。

2.2總體目標

根據(jù)前期的需求分析，開發(fā)團隊明確了軟件研發(fā)目標，即開發(fā)一款具有工藝設計計算、工藝知識數(shù)據(jù)庫管理和繪圖制圖功能的船廠工藝設計軟件包。

軟件包成果可作為工藝專業(yè)在方案、可研設計階段的設計工具。其中CAD工具二次開發(fā)的圖形、模型插件，亦可在初步設計、施工圖設計的多專業(yè)BIM協(xié)同設計中進行銜接使用。

2.3開發(fā)思路

(1)在軟件包的“工藝設計數(shù)據(jù)庫”、“工藝設計計算程序”以及“三維CAD工具”三項開發(fā)內(nèi)容中，“工藝設計計算程序”占據(jù)主導地位，而在“工藝設計計算程序”起靈魂作用的是“管子車間的工藝設計思想”，包括以下三個方面：

1)“管子族”思想。管子族按類型成組，以加工過程為導向；

2)以先焊后彎工藝作為主導工藝，以充分體現(xiàn)節(jié)能、節(jié)材的綠色制造思想；

3)兩化深度融合(自動化、數(shù)字化、智能化)，硬件軟件并重的思想。

(2)設計程序同時應體現(xiàn)工程項目的特點，體現(xiàn)設計對業(yè)主需求、設計階段、項目性質(zhì)、項目規(guī)模、社會環(huán)境等的把握與滿足。

(3)設計程序的使用界面設計上，除了滿足(1)、(2)的要求外，靈活應用不同的內(nèi)容表達方式，避免使用界面的生硬、枯燥。

(4)在軟件包的工藝流程圖、工藝布置圖、工藝設備表、設備圖形庫功能之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，使設計工作更便捷。

3軟件設計

軟件包的設計包括架構(gòu)設計、流程設計、開發(fā)環(huán)境設計、數(shù)據(jù)接口設計、數(shù)據(jù)庫設計、界面設計等內(nèi)容。

3.1 架構(gòu)設計

架構(gòu)設計是系統(tǒng)功能上的架構(gòu)，主要是定義軟件包的各個功能模塊之間的關(guān)系。

軟件包包括基礎數(shù)據(jù)層和設計應用層兩層結(jié)構(gòu)。通過研究工藝設計數(shù)據(jù)在兩個層次之間的信息交互，工藝設計軟件包的結(jié)構(gòu)如圖1所示。工藝計算、各類設計文檔人機交互采用B/S(瀏覽器/服務器)方式，CAD繪圖功能利用CAD設計的功能實現(xiàn)。

3.2流程設計

流程設計是針對管子加工車間工藝設計流程，將軟件包功能架構(gòu)轉(zhuǎn)換為軟件的過程描述。按設計階段劃分，工程設計分為規(guī)劃方案、項目建議書、可行性研究、初步設計、施工圖設計等五個階段；按項目性質(zhì)劃分，又可分為新建項目與改擴建項目。不同設計階段與性質(zhì)的項目，有著各自的設計內(nèi)容、深度要求。典型的初步設計新建項目的工藝專業(yè)設計流程，見圖2所示。

考慮到現(xiàn)階段九院公司船廠工業(yè)項目設計仍以AutoCAD二維制圖為主的狀況，開發(fā)團隊按管子車間常用工藝設備的類型與規(guī)格整理DWG文件圖塊，在公司局域網(wǎng)建立FTP站點供設計人員使用AutoCAD調(diào)用。工藝設計計算的中間文檔通過Office VBA開發(fā)，可以自動生成提資文件、工藝設備表與工藝說明書等Office文件，AutoCAD二維制圖由設計人員人工進行。

同時，考慮到工程項目的三維設計漸成趨勢，軟件包開發(fā)團隊同步開發(fā)了基于SketchUp的工藝方案參數(shù)化建模插件，初步實現(xiàn)了包括管子加工車間在內(nèi)的船廠主要廠房、設備、生產(chǎn)線的參數(shù)化建模與布局。工藝設計計算中間文檔不僅可以生成最終Office文檔，而且是SketchUp三維建模的參數(shù)數(shù)據(jù)源。對于方案、可研、項目建議書等無需多專業(yè)協(xié)同設計的設計階段，使用SketchUp的LayOut出圖。對于初步設計、施工圖等設計階段，將SketchUp模型導入Bentley平臺后出圖。

3.3開發(fā)環(huán)境設計

CAD軟件、Office軟件以及Web瀏覽器是工藝工程師設計過程中的常用工具。開發(fā)團隊決定選取某一款CAD軟件作為軟件包的運行環(huán)境，并充分利用Office軟件以及Web瀏覽器提供的便利功能，以這些軟件作為軟件包的開發(fā)環(huán)境。

(1)CAD繪圖制圖功能的開發(fā)環(huán)境為SketchUp API；

(2)工藝計算功能的開發(fā)環(huán)境為Asp.net與Access；

(3)設計文檔自動生成功能的開發(fā)環(huán)境為Office VBE。

3.4數(shù)據(jù)接口設計

為提高軟件包的整體性能和使用體驗，需通過數(shù)據(jù)接口將Asp.net 與 Access環(huán)境下開發(fā)的工藝設計計算功能，以及Office VBE環(huán)境下開發(fā)的文檔自動生成功能通過數(shù)據(jù)接口集成到SketchUp中。開發(fā)團隊將Office中間文檔，作為Asp.net、Office VBE、SketchUp API三者之間的公共數(shù)據(jù)接口。

3.5數(shù)據(jù)庫設計

開發(fā)團隊選用Access 2010作為軟件包的數(shù)據(jù)庫管理軟件。軟件包的數(shù)據(jù)庫由船舶產(chǎn)品管子物量庫、典型工程母型庫、工藝知識情報庫、工藝設計指標庫、工藝設備庫、項目提資庫等部分組成。

3.6界面設計

友好的用戶界面是保證軟件能為普通用戶所接受的先決條件[2]。軟件包的使用界面包括三部分。

(1)軟件包SketchUp主界面

開發(fā)SketchUp工具欄和命令按鈕作為軟件包各個功能模塊的入口；

(2)基于web開發(fā)的工藝計算程序界面

點擊工具欄命令按鈕后，可以進入工藝計算程序的登錄界面和使用界面[3]，如圖3～4所示；

(3)Office文檔的界面

在Office模板文件上添加控件，開發(fā)數(shù)據(jù)自動填寫功能。例如，可以在車間設備用電資料表的word文件里，添加“自動填表”和“自動清除”按鈕[4]，如圖4所示。

4軟件包與協(xié)同設計的銜接

中船九院主要的BIM設計軟件為BentleyMicrostation，協(xié)同設計管理軟件為Bentley ProjectWise，而工藝設計軟件包的三維CAD功能是基于SketchUp軟件進行開發(fā)的，因此設計團隊需要考慮工藝設計軟件包在初步設計與施工圖設計階段與其他專業(yè)的協(xié)同設計問題，解決方案見表1所示。

5軟件包開發(fā)成果與小結(jié)

目前開發(fā)團隊已經(jīng)完成完初步設計新建項目階段成果，其中包含 “工藝設計計算程序”， “工藝設計數(shù)據(jù)庫”、“工藝設備二維DWG圖塊FTP站點”，并開發(fā)了Office文檔一鍵生成功能以及SketchUp參數(shù)化建模插件。管子加工車間工藝設計軟件包的開發(fā)內(nèi)容將工藝專業(yè)傳統(tǒng)設計方式與信息技術(shù)的相結(jié)合，并對三維設計軟件SketchUp進行了較為深度的定制開發(fā)，實現(xiàn)工藝設計與三維設計的關(guān)聯(lián)，是本軟件包的亮點與特色。

同時軟件包開發(fā)團隊也認識到，與勘察設計行業(yè)內(nèi)的先進企業(yè)相比，中船九院的工藝設計軟件包開發(fā)工作，仍處于起步階段[5]，開發(fā)團隊在后續(xù)研究中，會進一步將軟件包與院內(nèi)協(xié)同設計平臺進行深度對接，并與現(xiàn)有BIM軟件平臺進行數(shù)據(jù)集成應用，在此基礎上，搭建“建造+運營”的創(chuàng)新服務模式，延伸工業(yè)設計院原有的業(yè)務鏈，為業(yè)主提供了更多的增值服務。

參考文獻

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[5]楊斌. 機械工廠設計CAD軟件開發(fā)[J].工廠建設與設計，1993 (6):22-27.

Development of CAD Software for Pipe Workshop Technology Design

Wang Zhen, Ding Weijie, Zheng Pengfei, Huang Hong, Hu Shinan

(ChinaShipbuildingNDRIEngineeringCo.,Ltd.，Shanghai200063,China)

Key Words：Shipbuilding Technology；Pipe Workshop；CAD；Software Tool

Abstract:This paper describes the development process of the CAD software for pipe workshop technology design. The software is developed under Asp.net, Office VBE and SketchUp API. This software has the function of design calculation, knowledge database and 3D modeling. The object of the software is to guide the technology design and improve the level of computer application.

【作者簡介】王真(1988-)，女，助理工程師，研發(fā)工程師。主要從事數(shù)字化仿真及虛擬現(xiàn)實開發(fā)工作。

【中圖分類號】TU275.3;TU201.4

【文獻標識碼】A

【文章編號】1674-7461(2016)02-0090-04