日韓造船信息集成技術(shù)現(xiàn)狀學(xué)習(xí)總結(jié)

1、3 日韓造船企業(yè)信息集成技術(shù)現(xiàn)狀3.1 日韓先進(jìn)船企信息集成系統(tǒng)現(xiàn)狀上世紀(jì)90年代中期，日本大型船廠在推進(jìn)CIMS技術(shù)的實(shí)體化應(yīng)用取得了重要進(jìn)展，節(jié)省人工50%，縮短工期20%，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前，日本一些先進(jìn)船廠基本上都已采用CIMS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各部門間的信息系統(tǒng)集成，。2003年日本造船業(yè)通過(guò)重組，形成了6大專業(yè)化造船公司，其中主要以下CIMS系統(tǒng)方式:(1) 三菱重工主要通過(guò)將以往分散在大量設(shè)計(jì)圖上的二維信息匯總成三維圖像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)信息驗(yàn)證、開發(fā)高精密度的產(chǎn)品、以及從構(gòu)件自動(dòng)展開到用于船體材料切割的NG參數(shù)自動(dòng)輸出等高效流暢的信息一體化。系統(tǒng)能夠協(xié)助設(shè)計(jì)人員從整

2、體布局上構(gòu)思船舶主要部分的細(xì)節(jié)分布，如船體結(jié)構(gòu)和管線系統(tǒng)的走向等。整個(gè)系統(tǒng)包括初始設(shè)計(jì)系統(tǒng)、舾裝系統(tǒng)、船體系統(tǒng)和生產(chǎn)支持系統(tǒng)等子系統(tǒng)。三菱重工通過(guò)自行開發(fā)的方式，進(jìn)行信息系統(tǒng)集成，保證了企業(yè)各個(gè)部門信息有效傳遞，形成了自主的CIMS系統(tǒng)MATES（Mitsubishi Advanced Total Engineering system of Ships）。(2) 萬(wàn)國(guó)造船采用信息集成系統(tǒng)為HICADEC（Hitachi Zosen Systems 3D CAD System），這套系統(tǒng)由日立造船開發(fā)的系統(tǒng)不僅在日本國(guó)內(nèi)開發(fā)較早、較為成熟，即使在全世界船舶軟件產(chǎn)品中也享有一定的聲譽(yù)。系統(tǒng)著重船舶

3、結(jié)構(gòu)、管系、舾裝、電力布置的設(shè)計(jì)，同時(shí)還能向機(jī)器人提供有效參數(shù)。系統(tǒng)包含船體設(shè)計(jì)系統(tǒng)（HICADEC-H）、布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)（HICADEC-A）、管路設(shè)計(jì)系統(tǒng)（HICADEC-P）、電力設(shè)計(jì)系統(tǒng)（HICADEC-E）等子系統(tǒng)。(3) 川崎重工將當(dāng)時(shí)的KCS公司的Tribon與包括計(jì)算機(jī)輔助工程、計(jì)算機(jī)輔助制造/工廠自動(dòng)化/機(jī)器人系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、物料采購(gòu)系統(tǒng)在內(nèi)的川崎重工自己開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行集成所形成的CIMS，此后，又在此基礎(chǔ)上開發(fā)了KKARDS系統(tǒng)，幾乎全部設(shè)計(jì)結(jié)果都能以立體圖形顯示，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品模型技術(shù)與工人技能的有機(jī)集成。(4) 三井造船采用MACISS（Mitsui Advanced C

4、omputer Integrated Shipbuilding System），該系統(tǒng)由設(shè)計(jì)系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)組成。其中，設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠?yàn)樯a(chǎn)部門提供準(zhǔn)確的船體與舾裝信息，并為車間提供工序操作步驟；此外，通過(guò)并行工程的實(shí)施，所有的船體幾何數(shù)據(jù)均以三維數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)。生產(chǎn)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種工作計(jì)劃、工時(shí)控制、部件分配控制的協(xié)調(diào)。所有生產(chǎn)信息均出自同一來(lái)源。整個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用原則就是為車間提供必要的信息，使部件和組件在適當(dāng)?shù)慕ㄔ祀A段裝配。(5) IHI聯(lián)合造船AJISAI（Advanced Jointless Information Systems by Assimilation and Inherita

5、nce）能應(yīng)用于船舶的基本設(shè)計(jì)到生產(chǎn)設(shè)計(jì)的所有過(guò)程，為產(chǎn)品模型提供數(shù)據(jù)。功能主要圍繞船體結(jié)構(gòu)和舾裝兩個(gè)部分，能夠生成各種三維虛擬模型。其最大的特征就是能夠提供強(qiáng)大的仿真功能。與此同時(shí)，還于1992年開發(fā)了KLEAN系統(tǒng)，通過(guò)局域網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行精確的系統(tǒng)計(jì)劃和可視化管理，使船體分段處于實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)。綜上所述，目前日本先進(jìn)造船企業(yè)CIMS系統(tǒng)發(fā)展主要源于國(guó)內(nèi)或船廠內(nèi)部集成系統(tǒng)的開發(fā)，產(chǎn)品基本已實(shí)現(xiàn)二維圖紙模型向三維模型的轉(zhuǎn)化，包括船體、管系、舾裝、涂裝等設(shè)計(jì)，同時(shí)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的生產(chǎn)相關(guān)信息可通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)直接與生產(chǎn)部門集成，輔助實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃、工時(shí)控制、物流協(xié)調(diào)分配等，信息集成已達(dá)到較高水平。緊隨日本發(fā)展的

6、腳步，韓國(guó)先進(jìn)造船企業(yè)也進(jìn)一步發(fā)展了企業(yè)信息集成系統(tǒng)，具體包括：(1) 現(xiàn)代重工在90年代末，以PTC公司的Winchile為核心，開發(fā)出HICIMS集成制造系統(tǒng)，并全面實(shí)施。據(jù)稱：該系統(tǒng)可使平均設(shè)計(jì)周期縮短約25%、平均建造周期縮短約10%。(2) 大宇造船是韓國(guó)造船界Tribon系統(tǒng)應(yīng)用最好的案例，其采用Tribon系統(tǒng)在實(shí)船上的應(yīng)用、二次開發(fā)和CAD/CAM電子模型的覆蓋程度相當(dāng)高；2004年8月，該公司全面啟用新開發(fā)的信息一體化綜合管理系統(tǒng)(CI2M)，公司綜合效益每年可達(dá)5100萬(wàn)美元，生產(chǎn)效率可提高7%-8%。(3) 三星重工在2001年開始應(yīng)用由丹麥、日本、美國(guó)和韓國(guó)的船廠共同開

7、發(fā)的GSCAD系統(tǒng)，同時(shí)將其應(yīng)用的分立系統(tǒng)全面整合成基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)和產(chǎn)品模型的系統(tǒng)；2003年1月，實(shí)施了數(shù)字化船廠計(jì)劃，選擇了美國(guó)DELMIA公司的IGRIP和QUEST，用于開發(fā)新一代與先進(jìn)造船模式相結(jié)合的數(shù)字化造船系統(tǒng)。該系統(tǒng)將在虛擬環(huán)境下模擬從初始的開發(fā)階段到下水整個(gè)造船壽命期的工藝, 并使造船工藝最佳化。從國(guó)外先進(jìn)造船企業(yè)信息集成系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，系統(tǒng)主要采用自主開發(fā)、基于CAD系統(tǒng)二次開發(fā)或采用已有集成平臺(tái)進(jìn)行定制開發(fā)的方式，建立CIMS系統(tǒng)，只有針對(duì)船廠具體工藝流程、設(shè)計(jì)編碼、以及工藝標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范形式進(jìn)行開發(fā)才能保證系統(tǒng)有效性，保證信息傳遞的準(zhǔn)確性和有效性。3.2 日韓先進(jìn)信息集成

8、技術(shù)及方法3.2.1基于 IDE的信息集成系統(tǒng)IDE（Integrated Data Environment）集成數(shù)據(jù)環(huán)境是數(shù)據(jù)連續(xù)和全生命周期數(shù)據(jù)支持的最終目標(biāo)，一方面它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理，另一方面可以基于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建立對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)交換。它使產(chǎn)品信息在流通過(guò)程中，無(wú)需考慮硬件、軟件、平臺(tái)差異問(wèn)題。IDE是利用組件技術(shù)進(jìn)行集成的三層客戶服務(wù)結(jié)構(gòu)，包括分布對(duì)象、異構(gòu)技術(shù)信息類型以及數(shù)據(jù)集成環(huán)境。IDE框架主要包括業(yè)務(wù)服務(wù)和交互服務(wù)。業(yè)務(wù)服務(wù)涉及系統(tǒng)管理、設(shè)備信息管理、船舶信息管理和文檔管理。交互服務(wù)包括元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)加工、用戶咨詢處理、安全管理、分布環(huán)境管理。為實(shí)現(xiàn)全生命周期的造船

9、信息集成，如圖所示為基于IDE技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)。圖12 基于IDE的系統(tǒng)框架為實(shí)現(xiàn)以上集成系統(tǒng)的開發(fā)，涉及相關(guān)開發(fā)技術(shù)及開發(fā)工具如下圖。圖13 基于IDE集成系統(tǒng)開發(fā)工具3.2.2 基于SOA架構(gòu)的信息集成平臺(tái)(1) SOA架構(gòu)面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（Service-Oriented Architecture，SOA）是一個(gè)組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過(guò)這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)。SOA技術(shù)已存在超過(guò)20年的時(shí)間，但一直未得到廣泛的應(yīng)用。隨著Web服務(wù)的出現(xiàn)逐漸被人們接納，SOA終于迎來(lái)了自己的“春天”。對(duì)SOA的需要來(lái)源于需要使業(yè)務(wù)IT系統(tǒng)變得更加靈活，

10、以適應(yīng)業(yè)務(wù)中的改變。通過(guò)允許強(qiáng)定義的關(guān)系和依然靈活的特定實(shí)現(xiàn)，IT系統(tǒng)既可以利用現(xiàn)有系統(tǒng)的功能，又可以準(zhǔn)備在以后做一些改變來(lái)滿足它們之間交互的需要。就開發(fā)體系結(jié)構(gòu)方面而言，SOA是將來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。SOA將數(shù)據(jù)和信息作為服務(wù)公開的模型使其成為了一個(gè)非常強(qiáng)大的概念，與當(dāng)前的應(yīng)用程序構(gòu)建塊范例截然不同。SOA是指為了解決在Internet環(huán)境下業(yè)務(wù)集成的需要，通過(guò)連接能完成特定任務(wù)的獨(dú)立功能實(shí)體實(shí)現(xiàn)的一種軟件系統(tǒng)架構(gòu)。從這個(gè)定義中前提有下面兩點(diǎn)：）軟件系統(tǒng)架構(gòu)： SOA不是一種語(yǔ)言，也不是一種具體的技術(shù)而是一種軟件系統(tǒng)架構(gòu)，它嘗試給出在特定環(huán)境下推薦采用的一種架構(gòu)，從這個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，它更像一種模

11、式(Pattern)。）SOA的使用范圍：需求決定同時(shí)也限制功能。SOA主要的應(yīng)用場(chǎng)合在于解決在Internet環(huán)境下的不同商業(yè)應(yīng)用之間的業(yè)務(wù)集成問(wèn)題。在下面我們會(huì)詳細(xì)討論Internet的各種特點(diǎn)是如何決定了SOA的特點(diǎn)，這里我們只需要先簡(jiǎn)單回顧一下Internet環(huán)境區(qū)別于Intranet環(huán)境的幾個(gè)特點(diǎn)：）大量異構(gòu)系統(tǒng)并存，計(jì)算機(jī)硬件工作方式不同，操作系統(tǒng)不同、編程語(yǔ)言也不同；）大量、頻繁的數(shù)據(jù)傳輸仍然速度緩慢并且不穩(wěn)定；）版本升級(jí)無(wú)法完成，我們根本就無(wú)法知道互聯(lián)網(wǎng)上有哪些機(jī)器直接或者間接的使用某個(gè)服務(wù)。(2) XML技術(shù)可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言 (Extensible Markup Languag

12、e, XML)，用于標(biāo)記電子文件使其具有結(jié)構(gòu)性的標(biāo)記語(yǔ)言，可以用來(lái)標(biāo)記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，是一種允許用戶對(duì)自己的標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行定義的源語(yǔ)言。 XML是標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語(yǔ)言 (SGML) 的子集，非常適合 Web 傳輸。XML 提供統(tǒng)一的方法來(lái)描述和交換獨(dú)立于應(yīng)用程序或供應(yīng)商的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。借助XML的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)交換格式，用戶可以根據(jù)輕松地建立用于數(shù)據(jù)交互的產(chǎn)品數(shù)據(jù)格式。(3) 基于SOA架構(gòu)以及xml技術(shù)，可建立造船企業(yè)異構(gòu)信息集成系統(tǒng)，系統(tǒng)總體框架如圖所示。圖14 基于SOA集成系統(tǒng)框架如下圖為基于面向服務(wù)體系架構(gòu)的知識(shí)交換模式。圖15 基于SOA數(shù)據(jù)交換模式基于SOA的集成模式，構(gòu)建了信息集成模塊結(jié)

13、構(gòu)模型如下圖所示。圖16 基于SOA數(shù)據(jù)交換接口模型3.2.3 企業(yè)集成BOM技術(shù)所謂企業(yè)集成BOM是集成設(shè)計(jì)、制造、管理、采購(gòu)及物資等全生命周期工作過(guò)程的生產(chǎn)信息的BOM。如下圖所示為舾裝企業(yè)集成BOM的層次結(jié)構(gòu)。圖17 企業(yè)集成BOM層次結(jié)構(gòu)圖18 企業(yè)集成BOM框架3.2.4 STEP技術(shù)在船舶設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果沒(méi)有采用統(tǒng)一的CAD軟件系統(tǒng)，則必須通過(guò)格式轉(zhuǎn)換將不同類型CAD數(shù)據(jù)集成。如圖所示為現(xiàn)代重工設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及的不同類型CAD系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這些系統(tǒng)間模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，其采用了STEP技術(shù)。圖19 基于STEP模型轉(zhuǎn)換多年來(lái)，人們提出了許多解決方案。其中最成功的方案已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化用于數(shù)據(jù)的交換

14、。第一批是由歐美國(guó)家組織的，把重點(diǎn)放在在幾何圖形的數(shù)據(jù)交換，包括如法國(guó)的SET格式、德國(guó)的VDAFS格式和美國(guó)的IGES格式(initial graphics exchange specification)。之后在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)的領(lǐng)導(dǎo)下，為了產(chǎn)生一個(gè)技術(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)全方面的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，誕生了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：STEP(standard for the exchange of product model data，產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))。STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交互規(guī)范)標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的描述整

15、個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)，STEP標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)正在完善中的“產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標(biāo)準(zhǔn)”。它是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)工業(yè)自動(dòng)化與集成技術(shù)委員會(huì)(TC184)下屬的第四分委會(huì)(SC4)制訂，ISO正式代號(hào)為ISO-10303。它提供了一種不依賴具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，旨在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的交換和共享。這種描述的性質(zhì)使得它不僅適合于交換文件，也適合于作為執(zhí)行和分享產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)和存檔的基礎(chǔ)。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把STEP標(biāo)準(zhǔn)推向了工業(yè)應(yīng)用。它的應(yīng)用顯著降低了產(chǎn)品生命周期內(nèi)的信息交換成本，提高了產(chǎn)品研發(fā)效率，成為制造業(yè)進(jìn)行國(guó)際合作、參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，是保持企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要工具。隨著工業(yè)自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不

16、斷發(fā)展，工業(yè)界迫切需要綜合性強(qiáng)、可靠性高的信息交換機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助工程(CAx)系統(tǒng)之間的有效集成。STEP標(biāo)準(zhǔn)既是一種產(chǎn)品信息建模技術(shù)，又是一種基于面向?qū)ο笏枷敕椒ǖ能浖?shí)施技術(shù)。它支持產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到分析、制造、質(zhì)量控制、測(cè)試、生產(chǎn)、使用、維護(hù)到廢棄整個(gè)生命周期的信息交換與信息共享，目的在于提供一種獨(dú)立于任何具體系統(tǒng)而又能完整描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的表示機(jī)制和實(shí)施的方法與技術(shù)。3.3 日韓造船信息系統(tǒng)實(shí)施方法總結(jié)日韓造船信息集成技術(shù)實(shí)施主要方案主要有以下3種模式：(1) 自主開發(fā)模式。自主開發(fā)模式適用于具備較強(qiáng)自主開發(fā)能力的造船企業(yè)，如日本先進(jìn)造船企業(yè)。采用自主開發(fā)方式實(shí)施信息集成技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型建立以及系統(tǒng)后期維護(hù)方便，這種信息集成技術(shù)與自身企業(yè)的具體情況結(jié)合好，然而這種方式對(duì)企業(yè)開發(fā)能力、企業(yè)投入資金有嚴(yán)格要求。(2) 自主開發(fā)與應(yīng)用二次開發(fā)結(jié)合。自主開發(fā)與應(yīng)用二次開發(fā)結(jié)合的方式，是目前企業(yè)主要信息集成手段，一方面可以根據(jù)企業(yè)具體情況定制信息