為了控制艦艇的買辦費(fèi)用，必須提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，從而確保在滿足客戶需求的基礎(chǔ)上降低艦艇的生命周期成本。以美國海軍為例，為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，在其LPD17兩棲船塢運(yùn)輸艦、弗吉尼亞級潛艇等型號艦艇的研制過程中采用了基于集成產(chǎn)品與過程開發(fā)(integrated product andprocess development，IPPD)的并行設(shè)計(jì)方法，有效地實(shí)現(xiàn)了縮短開發(fā)周期、降低買辦費(fèi)用、提高客戶滿意度等目標(biāo)。成功實(shí)施IPPD的關(guān)鍵之一是建立集成產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境(integrated product de-velopment environment，IPDE)，用于多學(xué)科集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)(integrated product team，IPT)開展協(xié)同設(shè)計(jì)。作為船舶2大平臺之一的動力系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)過程具有多階段、多學(xué)科、多目標(biāo)約束的特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞在很大程度上影響到整船的設(shè)計(jì)質(zhì)量。本文以IPPD的應(yīng)用為目標(biāo)，主要研究用于船舶動力系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(product data management，PDM)形式的工作組級IPDE的實(shí)現(xiàn)。

    1 基于PDM形式的船舶動力系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理

    目前實(shí)施PDM主要采用購買PDM軟件再用二次開發(fā)的方式進(jìn)行客戶化，使之與企業(yè)實(shí)際相適應(yīng)。這些商業(yè)PDM軟件具有運(yùn)行穩(wěn)定，功能強(qiáng)大和與某些特殊的軟件(如CAD軟件)集成較為緊密的特點(diǎn)。但是這些PDM軟件通常也存在采購和實(shí)施費(fèi)用高、專業(yè)針對性不強(qiáng)和功能閑置等問題。為了實(shí)現(xiàn)針對船舶動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的PDM技術(shù)并使其具有在較長時(shí)期內(nèi)進(jìn)一步增強(qiáng)和完善的功能，采用了通用編程語言開發(fā)PDM軟件。最終要建立的船舶動力系統(tǒng)分布式設(shè)計(jì)系統(tǒng)(marinemachinery system product data management，MMSPDM)的功能原理如圖1所示。該圖表示所有參與設(shè)計(jì)的軟件工具相關(guān)的數(shù)據(jù)均通過PDM軟件集中管理，或者軟件本身與PDM軟件集成。這些軟件分布在不同的計(jì)算機(jī)上，而PDM軟件的客戶端程序也同時(shí)安裝到這些計(jì)算機(jī)上。圖中的PDM巳包含了包括服務(wù)器端在內(nèi)的所有功能。

    圖1船舶動力系統(tǒng)分布式設(shè)計(jì)原理圖

    2 相關(guān)的技術(shù)方案

    2.1分布式開發(fā)環(huán)境的結(jié)構(gòu)

    MMSPDM開發(fā)目前主要針對局域網(wǎng)和Windows環(huán)境。對于局域網(wǎng)而言，通信速度快而且可選擇多種通信方式(協(xié)議)，具有良好的性能，適合于更緊密地合作和集成。運(yùn)行在局域網(wǎng)內(nèi)的分布式應(yīng)用程序也主要是Windows應(yīng)用程序，這類程序能夠很好地適應(yīng)和利用局域網(wǎng)的性能。其主要架構(gòu)也經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的二層邏輯應(yīng)用到三層邏輯(多層)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變r(jià)引，從而在物理上也可以實(shí)現(xiàn)多層次地分擔(dān)程序運(yùn)行任務(wù)。MMSPDM基于VS。NET環(huán)境開發(fā)，結(jié)合以上分析和VS。NET的特點(diǎn)，其分布式架構(gòu)的原理如圖2所示。

    圖2 MMSPDM開發(fā)架構(gòu)

    中間層組件主要由。NET中的Remoting技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并將其駐留在服務(wù)器的Windows服務(wù)環(huán)境內(nèi)。Remoting可以認(rèn)為是DCOM的升級，但具有更強(qiáng)大的功能，如支持通過值或引用傳遞對象、回調(diào)，以及多種對象激活和生命周期管理策略等。在這里Remoting組件作為提供給用戶的遠(yuǎn)程接口，接受和處理用戶請求，而有關(guān)數(shù)據(jù)庫操作則采用CoM+服務(wù)和。NET服務(wù)組件完成。COM+服務(wù)中包含了事務(wù)、排隊(duì)組件(QC)、安全、松耦合事件(LCE)、JIT激活和對象緩沖池等服務(wù)。其中事務(wù)處理能很好地解決多個(gè)數(shù)據(jù)庫(表)同時(shí)更新的問題，在更新過程中發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)能使涉及的數(shù)據(jù)庫(表)自動恢復(fù)到更新前的狀態(tài)。數(shù)據(jù)庫采用了SQL Server，因?yàn)楹汀ET開發(fā)環(huán)境同屬一家，所以在。NET環(huán)境內(nèi)針對SQL Server內(nèi)置了經(jīng)過優(yōu)化的專用數(shù)據(jù)庫組件，使用更簡單，性能更好。

    該架構(gòu)還考慮到了將來的拓展。如果要將協(xié)同范圍擴(kuò)大到Intranet或Internet，則可以采用Web Service的方式調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯，其他Windows應(yīng)用程序或Web應(yīng)用程序可以引用Web Service來使用業(yè)務(wù)邏輯。同時(shí)，因?yàn)閃eb Service是基于XML的，所以為在異構(gòu)平臺使用MMSPDM提供了可行性。如果同時(shí)使用了其他類型的數(shù)據(jù)庫，則因?yàn)椴捎昧薈OM+服務(wù)，只需更改相應(yīng)服務(wù)組件，同樣可以實(shí)現(xiàn)事務(wù)處理和其他服務(wù)。

    2.2文檔管理功能

    文檔管理包括設(shè)計(jì)文檔的出入庫和版本管理。設(shè)計(jì)文檔以文件的方式存放在服務(wù)器的文件系統(tǒng)內(nèi)，而數(shù)據(jù)庫保存所有設(shè)計(jì)文檔的屬性，如路徑、版本、狀態(tài)、擁有者等等。用戶要求下載(出庫)某文檔時(shí)，如果被程序判斷擁有下載權(quán)限，則檢索數(shù)據(jù)庫獲得相應(yīng)文檔的路徑，根據(jù)路徑向客戶機(jī)發(fā)送該文件。上傳(入庫)的過程類似。在本系統(tǒng)內(nèi)對于文件傳輸采用了Remoting技術(shù)，將文件以分塊的方式賦給自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以單獨(dú)的程序集的方式編譯為dll文件，同時(shí)供Re—moting組件和客戶端引用)作為Remoting組件輸入輸出參數(shù)。

    例如，發(fā)送用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可定義如下。

對該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象的序列化、發(fā)送、接收和反序列化全部由Remoting組件自動完成。接收端經(jīng)過反序列化得到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象后，根據(jù)該對象提供的文件路徑和批次號將數(shù)據(jù)放入文件的相應(yīng)位置。這種方式能夠?qū)崟r(shí)返回遠(yuǎn)程執(zhí)行的結(jié)果(如文件是否正常寫入)，所以不需要專門的等待過程，而且由于Remoting組件代管了數(shù)據(jù)的發(fā)送接收等細(xì)節(jié)問題，可以不考慮數(shù)據(jù)校驗(yàn)。實(shí)踐證明以上方法具有編程簡單、快速、可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且容易實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密的功能。

    文檔以其狀態(tài)和版本進(jìn)行管理。狀態(tài)包括修改狀態(tài)、共享狀態(tài)、提交狀態(tài)、入檔狀態(tài)等。不同的狀態(tài)用戶具有不同的使用權(quán)限。而版本則是同一狀態(tài)的文件的變化過程的一個(gè)記錄。通過記錄文檔的所有版本，并存儲其父舨本的版本號等信息，可以追蹤設(shè)計(jì)過程。

    2.3權(quán)限管理

    對于PDM系統(tǒng)而言，其權(quán)限管理應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

    (1)由于涉及的管理對象(如人員、文檔等)很多，針對不同的管理對象要有專門的管理權(quán)限，即只有相應(yīng)權(quán)限的用戶才能訪問特定的對象；

    (2)應(yīng)當(dāng)與設(shè)計(jì)過程相適應(yīng)。對同一個(gè)任務(wù)(或者文件)，在設(shè)計(jì)的不同階段賦給相關(guān)人員的權(quán)限是動態(tài)變化的，比如文件歸檔后就連該文檔的設(shè)計(jì)者都不能再修改；

    (3)應(yīng)當(dāng)高效、方便地實(shí)現(xiàn)權(quán)限管理，從而為PDM的實(shí)施奠定良好基礎(chǔ)。

    鑒于以上因素，本系統(tǒng)提出了一種RBAC模型和基于操作的授權(quán)模式相結(jié)合的權(quán)限管理模型，具有以下特點(diǎn)：

    (1)取消了系統(tǒng)管理員。在項(xiàng)目啟動的初始狀態(tài)，以一個(gè)開發(fā)人員初始賬號和管理人員初始賬號驅(qū)動，分別負(fù)責(zé)初始任務(wù)的下達(dá)和設(shè)計(jì)人員賬號的添加；

    (2)采用多極授權(quán)模式。在項(xiàng)目負(fù)責(zé)人向下布置任務(wù)后，該任務(wù)的負(fù)責(zé)人自動擁有該任務(wù)的所有權(quán)限，并可根據(jù)需要向其他用戶授權(quán)，避免了權(quán)限的集中管理；

    (3)交叉驗(yàn)證。用戶登錄時(shí)，根據(jù)該用戶的角色設(shè)置菜單等資源。用戶的操作權(quán)限以數(shù)據(jù)集(DataSet)的方式存儲在內(nèi)存當(dāng)中，使得用戶瀏覽項(xiàng)目時(shí)進(jìn)一步迅速控制相關(guān)界面元素是否可用。當(dāng)用戶要執(zhí)行某項(xiàng)操作時(shí)，系統(tǒng)將重新檢索權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫，再次驗(yàn)證該用戶是否具有該操作權(quán)限；

    (4)授權(quán)過程記錄。當(dāng)用戶對其他用戶進(jìn)行權(quán)限設(shè)置時(shí)，這次設(shè)置過程的時(shí)間，對其他用戶權(quán)限的添加和刪除的項(xiàng)目都由專門的數(shù)據(jù)表以SQL語言字符串的形式進(jìn)行記錄，以備需要時(shí)調(diào)用。

    2.4過程管理

    MMSPDM具備了一定的過程管理功能。在任務(wù)發(fā)布時(shí)，要求輸入任務(wù)的具體內(nèi)容、完成時(shí)間、負(fù)責(zé)人、審批人員等信息。發(fā)布完成后會自動通知負(fù)責(zé)人接受任務(wù)。而當(dāng)任務(wù)產(chǎn)生的文檔加入到項(xiàng)目結(jié)構(gòu)樹時(shí)會通知所有用戶發(fā)生的更改。如果進(jìn)入了提交狀態(tài)則自動通知審閱人進(jìn)行審閱并確定是退回還是人檔。任務(wù)狀態(tài)的變化流程如圖3所示。

    圖3 任務(wù)狀態(tài)變化流程圖

    任務(wù)的狀態(tài)由其在項(xiàng)目結(jié)構(gòu)樹上的節(jié)點(diǎn)的顏色來表示。如是否已被接收、正在進(jìn)行、已完成等。

    2.5軟件集成

    之所以采用自行開發(fā)PDM軟件的方式，主要目的之一也是為了實(shí)現(xiàn)更加客戶化的軟件集成。MMSPDM的使用環(huán)境內(nèi)包含的軟件有CAD軟件、辦公軟件、動力系統(tǒng)選型、軸系設(shè)計(jì)和機(jī)艙布置設(shè)計(jì)等相關(guān)軟件，如果將MMSPDM和這些軟件很好地集成則可以實(shí)現(xiàn)MMSPDM更為方便的應(yīng)用。本系統(tǒng)主要采用了接口交換和緊密集成2種集成方式。

    像CAD軟件(本系統(tǒng)使用的是CATIA)和Word等辦公軟件一般都以COM服務(wù)器的形式提供接口，其他支持COM接口調(diào)用的編程客戶可以調(diào)用這些接口，而且這些軟件一般內(nèi)部集成了VBA或VBScript等腳本編輯環(huán)境，也就可以調(diào)用其他軟件的COM接口。這就為這些軟件與MMSPDM在接口層次上的雙向集成打下了基礎(chǔ)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與這類軟件的雙向集成，其原理如圖4所示。圖中MMSPDM軟件可以通過。NET中的Interop封送處理直接調(diào)用COM接口，而CATIA和Word可以同樣通過封送處理調(diào)用MMSPDM的面向非托管代碼(已輸出類型庫并注冊)的接口。

    圖4 CATIA，Word與MMSPDM的集成原理

    目前，對于軸系中軸段的自動生成已經(jīng)運(yùn)用了CATIA的COM自動化功能。而word除了提供其文檔所對應(yīng)的組件對象模型以外，還提供了其菜單、工具欄等資源的COM接口，用戶可通過編程定制Word的外觀。例如通過宏代碼可以在Word界面上添加菜單，該宏代碼存放在模板文件中，并在啟動Word時(shí)自動運(yùn)行。
對于自行開發(fā)的其他軟件如船舶動力裝置選型、動力裝置性能計(jì)算等則可實(shí)現(xiàn)更高層次的緊密集成，這時(shí)采用的方法是開發(fā)時(shí)直接相互引用程序集，組建解決方案。用戶可以在這些軟件內(nèi)調(diào)用MMSPDM提供的接口訪問設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及其他元件數(shù)據(jù)庫，同時(shí)在MMSPDM客戶端程序內(nèi)可直接查看這些軟件的輸入輸出數(shù)據(jù)或者圖形。但是有一個(gè)問題值得考慮，即這些軟件的數(shù)據(jù)的保存形式問題，例如軸系校中計(jì)算時(shí)需要格式化的截面參數(shù)。如果單純將數(shù)據(jù)保存在文本文檔(如Word文檔)或者數(shù)據(jù)庫中，可能影響通用性。本系統(tǒng)將設(shè)計(jì)結(jié)果以XML文檔的形式保存，這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的結(jié)構(gòu)化保存，同時(shí)又為跨平臺使用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    2.6其他問題

    CAD軟件生成的文檔往往只能在CAD軟件內(nèi)進(jìn)行瀏覽。如果審閱人沒有或不會使用CAD軟件，如何審閱CAD文檔就有了問題。這個(gè)問題的解決方案有：

    (1)在CAD軟件內(nèi)部導(dǎo)出零部件的各種視圖，以圖形文件的方式提供給審閱人；

    (2)購買專門的只限于瀏覽該類型CAD文檔的商業(yè)軟件，這類軟件的價(jià)格比CAD軟件要便宜得多；

    (3)通過格式轉(zhuǎn)換將CAD文檔轉(zhuǎn)換成通用格式(如VRML，3DXML等)，實(shí)現(xiàn)在通用的瀏覽器內(nèi)瀏覽。

    另外，設(shè)計(jì)人員在物理位置上分離較遠(yuǎn)的情況下要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信時(shí)，MMSPDM采用了集成Netmeeting的方法，即把Netmeeting作為一個(gè)組件來使用。在MMSPDM內(nèi)加入了相應(yīng)的菜單項(xiàng)來打開或調(diào)用相應(yīng)的Netmeeting的視頻電話、網(wǎng)絡(luò)白板等功能，進(jìn)一步協(xié)助完成協(xié)同設(shè)計(jì)。

    3 結(jié)束語

    本文以IPPD在船舶動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為背景，在充分利用多層架構(gòu)軟件思想的前提下，討論了船舶動力系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)支撐軟件MMSPDM的架構(gòu)和相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容。在某型艦虛擬機(jī)艙的生成過程中對本系統(tǒng)進(jìn)行了試用，結(jié)果表明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，較好地克服了文檔管理混亂等問題。目前軸系設(shè)計(jì)、動力系統(tǒng)選型等軟件正在進(jìn)一步完善之中，待開發(fā)完成并集成到MMSPDM以后，結(jié)合動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的動力系統(tǒng)設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)據(jù)庫的加入，將最終形成一個(gè)較為完整的船舶動力系統(tǒng)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)。