日韓造船信息集成技術現(xiàn)狀學習總結

1、3 日韓造船企業(yè)信息集成技術現(xiàn)狀3.1 日韓先進船企信息集成系統(tǒng)現(xiàn)狀上世紀90年代中期，日本大型船廠在推進CIMS技術的實體化應用取得了重要進展，節(jié)省人工50%，縮短工期20%，獲得了顯著的經(jīng)濟效益。目前，日本一些先進船廠基本上都已采用CIMS系統(tǒng)，實現(xiàn)各部門間的信息系統(tǒng)集成，。2003年日本造船業(yè)通過重組，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) 三菱重工主要通過將以往分散在大量設計圖上的二維信息匯總成三維圖像系統(tǒng)，實現(xiàn)了利用計算機進行設計信息驗證、開發(fā)高精密度的產(chǎn)品、以及從構件自動展開到用于船體材料切割的NG參數(shù)自動輸出等高效流暢的信息一體化。系統(tǒng)能夠協(xié)助設計人員從整

2、體布局上構思船舶主要部分的細節(jié)分布，如船體結構和管線系統(tǒng)的走向等。整個系統(tǒng)包括初始設計系統(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)。三菱重工通過自行開發(fā)的方式，進行信息系統(tǒng)集成，保證了企業(yè)各個部門信息有效傳遞，形成了自主的CIMS系統(tǒng)MATES（Mitsubishi Advanced Total Engineering system of Ships）。(2) 萬國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)不僅在日本國內開發(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。系統(tǒng)著重船舶

3、結構、管系、舾裝、電力布置的設計，同時還能向機器人提供有效參數(shù)。系統(tǒng)包含船體設計系統(tǒng)（HICADEC-H）、布置設計系統(tǒng)（HICADEC-A）、管路設計系統(tǒng)（HICADEC-P）、電力設計系統(tǒng)（HICADEC-E）等子系統(tǒng)。(3) 川崎重工將當時的KCS公司的Tribon與包括計算機輔助工程、計算機輔助制造/工廠自動化/機器人系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、物料采購系統(tǒng)在內的川崎重工自己開發(fā)的系統(tǒng)進行集成所形成的CIMS，此后，又在此基礎上開發(fā)了KKARDS系統(tǒng)，幾乎全部設計結果都能以立體圖形顯示，實現(xiàn)了產(chǎn)品模型技術與工人技能的有機集成。(4) 三井造船采用MACISS（Mitsui Advanced C

4、omputer Integrated Shipbuilding System），該系統(tǒng)由設計系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)組成。其中，設計系統(tǒng)能夠為生產(chǎn)部門提供準確的船體與舾裝信息，并為車間提供工序操作步驟；此外，通過并行工程的實施，所有的船體幾何數(shù)據(jù)均以三維數(shù)據(jù)形式存儲。生產(chǎn)系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對各種工作計劃、工時控制、部件分配控制的協(xié)調。所有生產(chǎn)信息均出自同一來源。整個系統(tǒng)的應用原則就是為車間提供必要的信息，使部件和組件在適當?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）能應用于船舶的基本設計到生產(chǎn)設計的所有過程，為產(chǎn)品模型提供數(shù)據(jù)。功能主要圍繞船體結構和舾裝兩個部分，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大的仿真功能。與此同時，還于1992年開發(fā)了KLEAN系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)系統(tǒng)進行精確的系統(tǒng)計劃和可視化管理，使船體分段處于實時監(jiān)控狀態(tài)。綜上所述，目前日本先進造船企業(yè)CIMS系統(tǒng)發(fā)展主要源于國內或船廠內部集成系統(tǒng)的開發(fā)，產(chǎn)品基本已實現(xiàn)二維圖紙模型向三維模型的轉化，包括船體、管系、舾裝、涂裝等設計，同時生產(chǎn)設計中的生產(chǎn)相關信息可通過局域網(wǎng)絡直接與生產(chǎn)部門集成，輔助實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、工時控制、物流協(xié)調分配等，信息集成已達到較高水平。緊隨日本發(fā)展的

6、腳步，韓國先進造船企業(yè)也進一步發(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)，并全面實施。據(jù)稱：該系統(tǒng)可使平均設計周期縮短約25%、平均建造周期縮短約10%。(2) 大宇造船是韓國造船界Tribon系統(tǒng)應用最好的案例，其采用Tribon系統(tǒng)在實船上的應用、二次開發(fā)和CAD/CAM電子模型的覆蓋程度相當高；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5100萬美元，生產(chǎn)效率可提高7%-8%。(3) 三星重工在2001年開始應用由丹麥、日本、美國和韓國的船廠共同開

7、發(fā)的GSCAD系統(tǒng)，同時將其應用的分立系統(tǒng)全面整合成基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫和產(chǎn)品模型的系統(tǒng)；2003年1月，實施了數(shù)字化船廠計劃，選擇了美國DELMIA公司的IGRIP和QUEST，用于開發(fā)新一代與先進造船模式相結合的數(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)階段到下水整個造船壽命期的工藝, 并使造船工藝最佳化。從國外先進造船企業(yè)信息集成系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀來看，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進行定制開發(fā)的方式，建立CIMS系統(tǒng)，只有針對船廠具體工藝流程、設計編碼、以及工藝標準或規(guī)范形式進行開發(fā)才能保證系統(tǒng)有效性，保證信息傳遞的準確性和有效性。3.2 日韓先進信息集成

8、技術及方法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，一方面它可以實現(xiàn)自動傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理，另一方面可以基于數(shù)據(jù)標準的建立對異構數(shù)據(jù)進行自動交換。它使產(chǎn)品信息在流通過程中，無需考慮硬件、軟件、平臺差異問題。IDE是利用組件技術進行集成的三層客戶服務結構，包括分布對象、異構技術信息類型以及數(shù)據(jù)集成環(huán)境。IDE框架主要包括業(yè)務服務和交互服務。業(yè)務服務涉及系統(tǒng)管理、設備信息管理、船舶信息管理和文檔管理。交互服務包括元數(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技術實現(xiàn)的基礎系統(tǒng)架構。圖12 基于IDE的系統(tǒng)框架為實現(xiàn)以上集成系統(tǒng)的開發(fā)，涉及相關開發(fā)技術及開發(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架構的信息集成平臺(1) SOA架構面向服務的體系結構（Service-Oriented Architecture，SOA）是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元（稱為服務）通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。SOA技術已存在超過20年的時間，但一直未得到廣泛的應用。隨著Web服務的出現(xiàn)逐漸被人們接納，SOA終于迎來了自己的“春天”。對SOA的需要來源于需要使業(yè)務IT系統(tǒng)變得更加靈活，

10、以適應業(yè)務中的改變。通過允許強定義的關系和依然靈活的特定實現(xiàn)，IT系統(tǒng)既可以利用現(xiàn)有系統(tǒng)的功能，又可以準備在以后做一些改變來滿足它們之間交互的需要。就開發(fā)體系結構方面而言，SOA是將來的一個發(fā)展趨勢。SOA將數(shù)據(jù)和信息作為服務公開的模型使其成為了一個非常強大的概念，與當前的應用程序構建塊范例截然不同。SOA是指為了解決在Internet環(huán)境下業(yè)務集成的需要，通過連接能完成特定任務的獨立功能實體實現(xiàn)的一種軟件系統(tǒng)架構。從這個定義中前提有下面兩點：）軟件系統(tǒng)架構： SOA不是一種語言，也不是一種具體的技術而是一種軟件系統(tǒng)架構，它嘗試給出在特定環(huán)境下推薦采用的一種架構，從這個角度上來說，它更像一種模

11、式(Pattern)。）SOA的使用范圍：需求決定同時也限制功能。SOA主要的應用場合在于解決在Internet環(huán)境下的不同商業(yè)應用之間的業(yè)務集成問題。在下面我們會詳細討論Internet的各種特點是如何決定了SOA的特點，這里我們只需要先簡單回顧一下Internet環(huán)境區(qū)別于Intranet環(huán)境的幾個特點：）大量異構系統(tǒng)并存，計算機硬件工作方式不同，操作系統(tǒng)不同、編程語言也不同；）大量、頻繁的數(shù)據(jù)傳輸仍然速度緩慢并且不穩(wěn)定；）版本升級無法完成，我們根本就無法知道互聯(lián)網(wǎng)上有哪些機器直接或者間接的使用某個服務。(2) XML技術可擴展標記語言 (Extensible Markup Languag

12、e, XML)，用于標記電子文件使其具有結構性的標記語言，可以用來標記數(shù)據(jù)、定義數(shù)據(jù)類型，是一種允許用戶對自己的標記語言進行定義的源語言。 XML是標準通用標記語言 (SGML) 的子集，非常適合 Web 傳輸。XML 提供統(tǒng)一的方法來描述和交換獨立于應用程序或供應商的結構化數(shù)據(jù)。借助XML的結構數(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架構以及xml技術，可建立造船企業(yè)異構信息集成系統(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體系架構的知識交換模式。圖15 基于SOA數(shù)據(jù)交換模式基于SOA的集成模式，構建了信息集成模塊結

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

14、。第一批是由歐美國家組織的，把重點放在在幾何圖形的數(shù)據(jù)交換，包括如法國的SET格式、德國的VDAFS格式和美國的IGES格式(initial graphics exchange specification)。之后在國際標準組織(ISO)的領導下，為了產(chǎn)生一個技術產(chǎn)品數(shù)據(jù)全方面的國際標準，誕生了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)標準：STEP(standard for the exchange of product model data，產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準)。STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交互規(guī)范)標準是國際標準化組織制定的描述整

15、個產(chǎn)品生命周期內產(chǎn)品信息的標準，STEP標準是一個正在完善中的“產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準”。它是由國際標準化組織(ISO)工業(yè)自動化與集成技術委員會(TC184)下屬的第四分委會(SC4)制訂，ISO正式代號為ISO-10303。它提供了一種不依賴具體系統(tǒng)的中性機制，旨在實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的交換和共享。這種描述的性質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)庫和存檔的基礎。發(fā)達國家已經(jīng)把STEP標準推向了工業(yè)應用。它的應用顯著降低了產(chǎn)品生命周期內的信息交換成本，提高了產(chǎn)品研發(fā)效率，成為制造業(yè)進行國際合作、參與國際競爭的重要基礎標準，是保持企業(yè)競爭力的重要工具。隨著工業(yè)自動化和計算機技術的不

16、斷發(fā)展，工業(yè)界迫切需要綜合性強、可靠性高的信息交換機制實現(xiàn)計算機輔助工程(CAx)系統(tǒng)之間的有效集成。STEP標準既是一種產(chǎn)品信息建模技術，又是一種基于面向對象思想方法的軟件實施技術。它支持產(chǎn)品從設計到分析、制造、質量控制、測試、生產(chǎn)、使用、維護到廢棄整個生命周期的信息交換與信息共享，目的在于提供一種獨立于任何具體系統(tǒng)而又能完整描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的表示機制和實施的方法與技術。3.3 日韓造船信息系統(tǒng)實施方法總結日韓造船信息集成技術實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自主開發(fā)能力的造船企業(yè)，如日本先進造船企業(yè)。采用自主開發(fā)方式實施信息集成技術的優(yōu)勢在于基礎數(shù)據(jù)模型建立以及系統(tǒng)后期維護方便，這種信息集成技術與自身企業(yè)的具體情況結合好，然而這種方式對企業(yè)開發(fā)能力、企業(yè)投入資金有嚴格要求。(2) 自主開發(fā)與應用二次開發(fā)結合。自主開發(fā)與應用二次開發(fā)結合的方式，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