為了控制艦艇的買辦費用，必須提高設計質量和效率，從而確保在滿足客戶需求的基礎上降低艦艇的生命周期成本。以美國海軍為例，為了實現以上目標，在其LPD17兩棲船塢運輸艦、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品與過程開發(integrated product andprocess development，IPPD)的并行設計方法，有效地實現了縮短開發周期、降低買辦費用、提高客戶滿意度等目標。成功實施IPPD的關鍵之一是建立集成產品開發環境(integrated product de-velopment environment，IPDE)，用于多學科集成產品開發團隊(integrated product team，IPT)開展協同設計。作為船舶2大平臺之一的動力系統，其設計過程具有多階段、多學科、多目標約束的特點，其設計質量的好壞在很大程度上影響到整船的設計質量。本文以IPPD的應用為目標，主要研究用于船舶動力系統協同設計的產品數據管理(product data management，PDM)形式的工作組級IPDE的實現。

    1 基于PDM形式的船舶動力系統協同設計系統原理

    目前實施PDM主要采用購買PDM軟件再用二次開發的方式進行客戶化，使之與企業實際相適應。這些商業PDM軟件具有運行穩定，功能強大和與某些特殊的軟件(如CAD軟件)集成較為緊密的特點。但是這些PDM軟件通常也存在采購和實施費用高、專業針對性不強和功能閑置等問題。為了實現針對船舶動力系統設計的PDM技術并使其具有在較長時期內進一步增強和完善的功能，采用了通用編程語言開發PDM軟件。最終要建立的船舶動力系統分布式設計系統(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計的軟件工具相關的數據均通過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算機上，而PDM軟件的客戶端程序也同時安裝到這些計算機上。圖中的PDM巳包含了包括服務器端在內的所有功能。

    圖1船舶動力系統分布式設計原理圖

    2 相關的技術方案

    2.1分布式開發環境的結構

    MMSPDM開發目前主要針對局域網和Windows環境。對于局域網而言，通信速度快而且可選擇多種通信方式(協議)，具有良好的性能，適合于更緊密地合作和集成。運行在局域網內的分布式應用程序也主要是Windows應用程序，這類程序能夠很好地適應和利用局域網的性能。其主要架構也經歷了從傳統的二層邏輯應用到三層邏輯(多層)應用的轉變r引，從而在物理上也可以實現多層次地分擔程序運行任務。MMSPDM基于VS。NET環境開發，結合以上分析和VS。NET的特點，其分布式架構的原理如圖2所示。

    圖2 MMSPDM開發架構

    中間層組件主要由。NET中的Remoting技術實現，并將其駐留在服務器的Windows服務環境內。Remoting可以認為是DCOM的升級，但具有更強大的功能，如支持通過值或引用傳遞對象、回調，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程接口，接受和處理用戶請求，而有關數據庫操作則采用CoM+服務和。NET服務組件完成。COM+服務中包含了事務、排隊組件(QC)、安全、松耦合事件(LCE)、JIT激活和對象緩沖池等服務。其中事務處理能很好地解決多個數據庫(表)同時更新的問題，在更新過程中發生錯誤時能使涉及的數據庫(表)自動恢復到更新前的狀態。數據庫采用了SQL Server，因為和。NET開發環境同屬一家，所以在。NET環境內針對SQL Server內置了經過優化的專用數據庫組件，使用更簡單，性能更好。

    該架構還考慮到了將來的拓展。如果要將協同范圍擴大到Intranet或Internet，則可以采用Web Service的方式調用業務邏輯，其他Windows應用程序或Web應用程序可以引用Web Service來使用業務邏輯。同時，因為Web Service是基于XML的，所以為在異構平臺使用MMSPDM提供了可行性。如果同時使用了其他類型的數據庫，則因為采用了COM+服務，只需更改相應服務組件，同樣可以實現事務處理和其他服務。

    2.2文檔管理功能

    文檔管理包括設計文檔的出入庫和版本管理。設計文檔以文件的方式存放在服務器的文件系統內，而數據庫保存所有設計文檔的屬性，如路徑、版本、狀態、擁有者等等。用戶要求下載(出庫)某文檔時，如果被程序判斷擁有下載權限，則檢索數據庫獲得相應文檔的路徑，根據路徑向客戶機發送該文件。上傳(入庫)的過程類似。在本系統內對于文件傳輸采用了Remoting技術，將文件以分塊的方式賦給自定義的數據結構(該數據結構以單獨的程序集的方式編譯為dll文件，同時供Re—moting組件和客戶端引用)作為Remoting組件輸入輸出參數。

    例如，發送用數據結構可定義如下。

對該數據結構對象的序列化、發送、接收和反序列化全部由Remoting組件自動完成。接收端經過反序列化得到數據結構對象后，根據該對象提供的文件路徑和批次號將數據放入文件的相應位置。這種方式能夠實時返回遠程執行的結果(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組件代管了數據的發送接收等細節問題，可以不考慮數據校驗。實踐證明以上方法具有編程簡單、快速、可靠等優點，而且容易實現斷點續傳、數據加密的功能。

    文檔以其狀態和版本進行管理。狀態包括修改狀態、共享狀態、提交狀態、入檔狀態等。不同的狀態用戶具有不同的使用權限。而版本則是同一狀態的文件的變化過程的一個記錄。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，可以追蹤設計過程。

    2.3權限管理

    對于PDM系統而言，其權限管理應具有以下特點：

    (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限，即只有相應權限的用戶才能訪問特定的對象；

    (2)應當與設計過程相適應。對同一個任務(或者文件)，在設計的不同階段賦給相關人員的權限是動態變化的，比如文件歸檔后就連該文檔的設計者都不能再修改；

    (3)應當高效、方便地實現權限管理，從而為PDM的實施奠定良好基礎。

    鑒于以上因素，本系統提出了一種RBAC模型和基于操作的授權模式相結合的權限管理模型，具有以下特點：

    (1)取消了系統管理員。在項目啟動的初始狀態，以一個開發人員初始賬號和管理人員初始賬號驅動，分別負責初始任務的下達和設計人員賬號的添加；

    (2)采用多極授權模式。在項目負責人向下布置任務后，該任務的負責人自動擁有該任務的所有權限，并可根據需要向其他用戶授權，避免了權限的集中管理；

    (3)交叉驗證。用戶登錄時，根據該用戶的角色設置菜單等資源。用戶的操作權限以數據集(DataSet)的方式存儲在內存當中，使得用戶瀏覽項目時進一步迅速控制相關界面元素是否可用。當用戶要執行某項操作時，系統將重新檢索權限管理數據庫，再次驗證該用戶是否具有該操作權限；

    (4)授權過程記錄。當用戶對其他用戶進行權限設置時，這次設置過程的時間，對其他用戶權限的添加和刪除的項目都由專門的數據表以SQL語言字符串的形式進行記錄，以備需要時調用。

    2.4過程管理

    MMSPDM具備了一定的過程管理功能。在任務發布時，要求輸入任務的具體內容、完成時間、負責人、審批人員等信息。發布完成后會自動通知負責人接受任務。而當任務產生的文檔加入到項目結構樹時會通知所有用戶發生的更改。如果進入了提交狀態則自動通知審閱人進行審閱并確定是退回還是人檔。任務狀態的變化流程如圖3所示。

    圖3 任務狀態變化流程圖

    任務的狀態由其在項目結構樹上的節點的顏色來表示。如是否已被接收、正在進行、已完成等。

    2.5軟件集成

    之所以采用自行開發PDM軟件的方式，主要目的之一也是為了實現更加客戶化的軟件集成。MMSPDM的使用環境內包含的軟件有CAD軟件、辦公軟件、動力系統選型、軸系設計和機艙布置設計等相關軟件，如果將MMSPDM和這些軟件很好地集成則可以實現MMSPDM更為方便的應用。本系統主要采用了接口交換和緊密集成2種集成方式。

    像CAD軟件(本系統使用的是CATIA)和Word等辦公軟件一般都以COM服務器的形式提供接口，其他支持COM接口調用的編程客戶可以調用這些接口，而且這些軟件一般內部集成了VBA或VBScript等腳本編輯環境，也就可以調用其他軟件的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。本系統實現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封送處理直接調用COM接口，而CATIA和Word可以同樣通過封送處理調用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運用了CATIA的COM自動化功能。而word除了提供其文檔所對應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時自動運行。
對于自行開發的其他軟件如船舶動力裝置選型、動力裝置性能計算等則可實現更高層次的緊密集成，這時采用的方法是開發時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調用MMSPDM提供的接口訪問設計數據及其他元件數據庫，同時在MMSPDM客戶端程序內可直接查看這些軟件的輸入輸出數據或者圖形。但是有一個問題值得考慮，即這些軟件的數據的保存形式問題，例如軸系校中計算時需要格式化的截面參數。如果單純將數據保存在文本文檔(如Word文檔)或者數據庫中，可能影響通用性。本系統將設計結果以XML文檔的形式保存，這樣既能夠實現設計結果的結構化保存，同時又為跨平臺使用打下了堅實的基礎。

    2.6其他問題

    CAD軟件生成的文檔往往只能在CAD軟件內進行瀏覽。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。這個問題的解決方案有：

    (1)在CAD軟件內部導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文檔的商業軟件，這類軟件的價格比CAD軟件要便宜得多；

    (3)通過格式轉換將CAD文檔轉換成通用格式(如VRML，3DXML等)，實現在通用的瀏覽器內瀏覽。

    另外，設計人員在物理位置上分離較遠的情況下要實現實時通信時，MMSPDM采用了集成Netmeeting的方法，即把Netmeeting作為一個組件來使用。在MMSPDM內加入了相應的菜單項來打開或調用相應的Netmeeting的視頻電話、網絡白板等功能，進一步協助完成協同設計。

    3 結束語

    本文以IPPD在船舶動力系統設計中的應用為背景，在充分利用多層架構軟件思想的前提下，討論了船舶動力系統協同設計支撐軟件MMSPDM的架構和相關技術實現內容。在某型艦虛擬機艙的生成過程中對本系統進行了試用，結果表明該系統運行穩定，較好地克服了文檔管理混亂等問題。目前軸系設計、動力系統選型等軟件正在進一步完善之中，待開發完成并集成到MMSPDM以后，結合動力系統設計相關的動力系統設備、標準等數據庫的加入，將最終形成一個較為完整的船舶動力系統協同設計系統。