一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统

摘要

本发明一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，该系统具有以下功能模块：自动命名模块、线束属性提取模块、线束属性反标模块、设计规则校验模块、工艺数据管理模块、工艺数据处理模块、标准化输出模块及权限管理模块。系统由针对设计阶段的辅助设计子系统和针对生产阶段的数据管理子系统组成；其中，数据库是连接两个子系统的桥梁，为生产阶段获取设计数据提供数据来源；船舶线束设计工程协同系统采用软件的三层架构，即表示层、业务逻辑层和数据访问层。本发明系统提高了船舶线束设计、生产制造、运维管理、售后服务等协同管理能力，实现电气系统设计从功能定义、原理及接线设计、生产工艺及售后维护的全生命周期数据管理。

说明书

技术领域

本发明涉及一种线束设计系统，特别是一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统。

背景技术

线束是当今电子化、信息化时代行业中发展最快、市场需求量最大、安装最为方便的产品之一。从普及的家用电器到通讯设备、计算机及外部设备，以及安防、太阳能、飞机、汽车、船舶和军用仪器设备等均广泛采用线束。

近几年我国船舶线束行业在发展过程中遇到了如下问题：（1）产品种类以及标准繁多，生产计划难协调。（2）客户需求多样化，生产订单变更频繁。（3）生产方式日趋复杂，协作性仍然不强。（4）生产周期要求更短。（5）创新能力不足。

船舶线束电气系统的设计是船舶设计中的关键环节，它涵盖了多个系统和专业领域，整个电气线束系统的设计具有技术性强、设计过程繁琐、手工操作量大等特点。Capital（又称CHS-Capital Harness System）是国际著名设计软件厂商西门子工业软件公司推出的一款专业线缆设计软件工具，Capital提供了崭新的电气线束设计理念和方法，通过对其进行自主可控和安全加固改造，并结合船舶线束的实际需求进行功能定制和系统集成，进而提出较为完善的船舶线束设计行业标准规范。

提高船舶线束设计水平，加快船舶高质量快速建造成为当下重要工作之一。但现阶段线束设计仍然受到设计思想、软硬件条件等多方面因素限制，存在很多问题。传统的机械制图方式已无法满足当今的设计任务，自动化、信息化和数字化程度更高的船舶线束设计系统被迫切需求，无论是从国家战略出发，还是从市场需求出发，船舶线束市场具有广阔的发展前景。

线束技术的发展最早应用于航空、航天和汽车等制造业，国外早在20世纪90年代就开始采用了先进的飞机线束设计及仿真工具，由Mentor Graphics公司和其他MCAD公司提供的软件，共同建立的全新的线束设计系统。新系统使工程设计水平和飞机研制效率得到了巨大的提高，节约了资源成本。Capital在汽车、航空航天及线束市场处于领先的位置，从最初的电气系统初始化系统定义开始，到详细系统设计与线束设计，再到线束的生产制造与后期的系统维护服务，在电气系统设计流程的每一个阶段，不同规模的用户针对复杂的电气系统设计集成需求，都能在Capital软件设计系统中找到相应的方案。

线束设计类软件在船舶行业没有开展较好的应用，船舶行业的线束设计仍处于较低的发展水平。但随着线束设计软件在汽车、航空航天等领域的良好应用，面向船舶行业的线束设计协同系统研究迫在眉睫。

国内的线束设计系统在船舶行业亦没有成熟、可靠的产品。现阶段线束设计仍然受到设计思想、软硬件条件等多方面因素限制，存在很多问题。例如：在线束二维设计与三维设计、设计与仿真层面存在脱节问题，这是因为采用纯机械的AutoCAD软件手工制图，无法对设计对象添加真正意义上的电气属性，只能以文字的方式，对设计对象进行辅助性的说明。另外，AutoCAD与广泛使用的MCAD之间，没有良好的数据传递接口，二维设计数据与三维线束设计数据无法有效结合；设计数据版本控制混乱，一旦船舶的构型发生改变，就会使系统设计带来大量的重复设计；设计更改时容易发生数据遗漏等问题。上述问题也是制约线束设计效率和质量的主要因素。传统的机械制图方式已无法满足当今的设计任务，研发自动化、信息化和数字化程度更高船舶线束设计系统为船舶制造行业发展提供有力支撑。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供新的一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，系统提高了船舶线束设计、生产制造、运维管理、售后服务等协同管理能力，实现电气系统设计从功能定义、原理及接线设计、生产工艺及售后维护的全生命周期数据管理。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，其特点是：

所述的船舶线束设计工程协同系统具有以下功能模块：自动命名模块、线束属性提取模块、线束属性反标模块、设计规则校验模块、工艺数据管理模块、工艺数据处理模块、标准化输出模块及权限管理模块；

船舶线束设计工程协同系统由两个子系统组成：针对设计阶段的辅助设计子系统和针对生产阶段的数据管理子系统；其中，数据库是连接两个子系统的桥梁，为生产阶段获取设计数据提供数据来源；

船舶线束设计工程协同系统采用软件的三层架构，即表示层、业务逻辑层和数据访问层；表示层：主要负责接收用户的请求，以及数据的返回，为用户提供一种交互式操作的界面；业务逻辑层：完成系统各类业务的具体实现；将表现层和数据访问层进行分离，降低系统的耦合性；数据访问层：其功能主要是负责数据库对数据的各类操作。

本发明所述的一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，其进一步优选的技术方案是：船舶线束设计工程协同系统的业务数据处理流程如下：

首先，将由设计人员在船舶线束设计工程协同系统中完成线束的初步设计；

然后，利用线束辅助设计子系统中的相应模块，快速地对初步设计进行完善；

再经过辅助设计子系统中的DRC校验模块对设计数据的正确性进行校验；校验无误后，利用辅助设计子系统中的数据提取模块，将船舶线束设计工程协同系统中的数据提取到数据库中；

当设计数据导入到数据库之后，已经完成了设计阶，进入了线束工艺处理阶段，利用数据管理子系统对线束的各类数据信息进行数字化的统一管理，主要包括：设计数据管理、工艺数据管理、工艺数据处理、接口文件生成和基础信息管理，最后通过接口文件与外部的CAPP系统和PDM系统进行集成和联通。

本发明所述的一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，其进一步优选的技术方案是：船舶线束设计工程协同系统的软件模块是基于Capital工具的Plugin开发功能来实现，该功能需要Capital软件的Capital Integration Server模块的支持，采用java语言开发，主要采用了Capital API和Swing/AWT，其中Capital API提供了在Capital软件中获取设计数据的接口。

本发明所述的一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，其进一步优选的技术方案是：船舶线束数据管理子系统是针对线束生产阶段的数据管理而设计的，主要具有工艺数据管理、辅助数据管理、报表管理以及日志管理功能。该系统是基于目前主流的J2EE轻量级体系，采用B/S的设计模式，以及SSI框架Struts2+Spring+iBatis；其中JSP负责表现层的实现，Struts2负责控制层的实现，Spring完成业务逻辑的管理实现，iBatis完成持久层的访问任务；数据库管理软件选用Oracle11g。

本发明所述的一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，其进一步优选的技术方案是：在Capital Topology中绘制电气布置图后，通过集成将设备和电缆信息导入NX中，进行三维布线、结构干涉的验证和电缆布线合理性的验证。

本发明所述的一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，其进一步优选的技术方案是：采用SHA256加密方式对用户密码进行加密处理，加密后无法逆向破解；

用户可以设置密级，拥有不同的密级可以访问相应及以下密级的数据；

用户账号可以与网卡的MAC地址、硬盘序列号绑定，限制用户只能在固定计算机上登录；

使用多种密码策略防止用户密码泄露，主要包括：用户密码最小长度、密码强度、密码最长使用期限、密码最短使用期限、强制密码历史、缺省密码；

使用多种登录验证策略防止用户密码泄露，主要包括：登录时是否需要输入验证码、最大登录失败次数、失败超限限制、重置登录失败计数时长。

本发明所述的一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，其进一步优选的技术方案是：数据保护加固方法如下：

（1）数据文件分级保护

Capital中的项目、产品和对应的附件必须设定密级，高密级用户能操作、访问同等密级及更低密级的项目、产品或附件，低密级人员不能操作、访问更高密级的项目、产品或附件；

（2）安全存储机制

涉密项目、产品数据加密存储，保证服务器数据的存储安全，有效消除数据库数据的安全隐患；存储在服务器上的附件通过转码，以非明文形式存储在服务器上，且存储在服务器上的文件，管理员不能非授权查看；

日志管理加固方法如下：

遵循军工单位对系统日志的严格要求，对Capital的所有日志，包括“三员”的登录日志、维护日志，用户登录日志、业务处理日志、工作流流转日志、文件访问日志的记录，确保管理员的动作，用户的登录信息、业务单据处理等系统所产生的任何动作都有完备的日志记录可供追溯和查询，提供一个具有完整性和可追溯性的系统。

本发明所述的一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，其进一步优选的技术方案是：（1）Integration Toolkit开发技术基于C\C++、JAVA等语言实现船舶线束设计工程协同系统服务器端的开发，实现独立程序stand-alone program、用户入口库UserExist Lib、服务入口处User Server Exit Lib、客户化钩子程序Customize Hook四种模式开发，可根据项目实际需要，选择一种或多种模式配合进行Capital服务器端的二次开发；

（2）船舶线束设计规则自动校验技术：在设计及制造过程中，进行原理图线束属性一致性检查、线束图线束属性一致性检查、导线端子为空检查和接线关系校验的自动校验；

（3）船舶线束设计流程数据一体化技术：在Capital系统中，各个设计阶段的数据进行自动传递，即电路原理图的回路、连接器信息自动传递到布置图，再到三维设计，生产报告；自动数据传递保证了数据的正确性和前后一致性；利用Capital系统变更管理策略控制不同工具之间数据同步的细节，控制数据同步和替换要求，提高复杂流程中的数据流转的安全性。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明基于Capital的船舶线束设计工程协同系统，通过船舶行业线束设计流程梳理、系统安全加固、功能二次开发和定制、国产基础软硬件环境适配、上下游设计与制造软件的系统集成等工作，制定船舶行业线束工程设计标准规范，突破船舶线束设计数据自动转换技术、船舶线束设计流程数据一体化技术、船舶线束设计规则自动校验技术、船舶线束设计数据在线交换技术等关键技术，提高船舶线束设计、生产制造、运维管理、售后服务等协同管理能力，实现电气系统设计从功能定义、原理及接线设计、生产工艺及售后维护的全生命周期数据管理，达到自主可控的国产化应用水平，在船舶行业的总体设计所、总体船厂推广应用。

本发明系统可以保证船舶在数字化设计与制造过程中产品数据的一致性、完整性和可追溯性，更好的控制复杂的数字化船舶产品的开发与维护，以最高的质量、最短的时间、最少的成本，满足当代船舶设计生产的需求。

本发明围绕船舶行业线束设计需求，研究面向船舶行业的线束设计系统总体架构，分析船舶辅助设计和数据管理特点，构建符合船舶线束设计要求的辅助设计子系统和数据管理子系统，为船舶线束设计系统的顺利应用提供重要支撑。

分析船舶行业线束辅助设计需求，结合基于Capital的设计流程，实现线束辅助设计子系统相关模块功能，为提高船舶线束设计系统设计流程的信息化、自动化和智能化奠定基础。

深入剖析船舶工艺人员数据管理方式，从船舶制造业的角度分析整个船舶建造过程，研究工艺数据管理、报表管理、辅助数据管理等功能模块，为船舶线束数据管理提供数据支撑。

围绕线束设计集成实际需求，开展船舶线束设计系统与NX等外部系统的集成工作，以Web Server技术为手段，调用API函数，实现线束设计系统应用集成要求。

同时对系统安全、用户安全、数据保护、安全策略、日志管理等功能的加固，实现船舶线束系统符合军工企业安全要求，为船舶线束系统在军工企业的推广打下基础。

本发明系统实现了与NX等设计软件的数据集成。在辅助设计方面，对设计单张图纸数据的导入最长不超过4s，对近8000条导线进行原理图线束属性校验时间不超过5s，对100条导线进行命名操作不超过3s。在工艺数据管理方面，当用户人数约为25人时，对数据查询最多不超过3s，单张报表生成不超过3s，单张报表下载不超过2s。

具体实施方式

以下进一步描述本发明的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本发明，而不构成对其权利的限制。

实施例1，一种基于Capital的船舶线束设计工程协同系统：

通过对传统电气线束设计模式和设计流程中所遇到的实际问题的深入研究和分析，同时考虑到电气线束系统设计未来的技术发展，为提高船舶线束设计流程的信息化、自动化和智能化，本发明采取了一种基于Capital的船舶线束设计研究，主要从五个方面研究：

（1）船舶线束设计系统总体设计。（2）船舶线束辅助设计技术。（3）船舶线束数据管理技术。（4）船舶线束设计集成技术（5）根据军工单位对涉密信息系统的保密安全要求，加固系统安全、用户安全、数据保护、安全设计、日志管理等功能。具体内容如下：

1.1、面向船舶行业的线束设计系统总体设计研究

基于Capital的船舶电气线束设计，是一种全新的设计方式，其设计流程与传统的实际流程有所差异。其设计流程大致可以分为九个阶段，分别是：系统框图设计、系统原理设计、系统接线初步设计、三维线束通道设计、三维线束通道详细设计、二维线束初步设计、系统接线详细设计、二维线束详细设计、二维线束工装设计。

针对上述流程，人工操作繁琐、自动化程度低、出错率高的阶段，并结合传统线束设计过程中的具体问题和需求，在原有软件功能的基础上，设计并实现船舶线束设计系统。系统具有以下功能模块组成：自动命名模块、线束属性提取模块、线束属性反标模块、设计规则校验模块、工艺数据管理模块、工艺数据处理模块、标准化输出模块及权限管理模块。

整个系统是以基于Capital的船舶设计与生产新流程为设计基础，结合软件本身功能，针对实际的设计和生产阶段存在的问题设计并实现的。系统由两个子系统组成：针对设计阶段的辅助设计子系统和针对生产阶段的数据管理子系统。其中，数据库是连接两个子系统的桥梁，为生产阶段获取设计数据提供有效的数据来源。

软件的三层架构具有耦合度低、扩展性强、以及复用性强等特性。因此，本系统也采用软件的三层架构，即表示层、业务逻辑层、数据访问层。

表示层：主要负责接收用户的请求，以及数据的返回，为用户提供一种交互式操作的界面。业务逻辑层：完成系统各类业务的具体实现，是系统功能实现的重要环节。此外，它将表现层和数据访问层进行分离，降低系统的耦合性。因此，业务逻辑层也是最为核心的部分。数据访问层：也称为数据持久层，其功能主要是负责数据库对数据的各类操作。

线束设计系统业务数据处理流程：首先将由设计人员在船舶线束设计系统中完成线束的初步设计。然后，利用线束辅助设计子系统中的相应模块，快速高效地对初步设计进行完善。之后，经过辅助设计子系统中的DRC校验模块对设计数据的正确性进行校验。校验无误后，利用辅助设计子系统中的数据提取模块，将船舶线束设计系统中的数据提取到数据库中。

当设计数据导入到数据库之后，也就意味着线束已经完成了设计阶段的工作，接下来就进入了线束工艺处理阶段。在该阶段，线束工艺组的工程人员可以利用数据管理子系统对线束的各类数据信息进行数字化的统一管理。主要包括：设计数据管理、工艺数据管理、工艺数据处理、接口文件生成、基础信息管理等，最后通过接口文件与外部的CAPP系统和PDM系统进行集成和联通。系

1.2、面向船舶行业的线束辅助设计技术研究

针对流程定制开发的软件模块是基于Capital工具的Plugin开发功能来实现，该功能需要Capital软件的Capital Integration Server模块的支持（Capital IntegrationServer是Capital工具一个模块，是Capital的二次开发支持模块），采用java语言开发，主要采用了Capital API和Swing/AWT，其中Capital API提供了在Capital软件中获取设计数据的接口。

1.3、面向船舶行业的线束数据管理技术研究

船舶线束数据管理子系统是针对线束生产阶段的数据管理而设计的，主要具有：工艺数据管理、辅助数据管理、报表管理以及日志管理等功能。该系统是基于目前主流的J2EE轻量级体系，采用B/S的设计模式，以及SSI框架（Struts2+Spring+iBatis）。其中JSP负责表现层的实现，Struts2负责控制层的实现，Spring完成业务逻辑的管理实现，iBatis完成持久层的访问任务。SSI的整合开发，也使得系统具有更好的可扩展性、灵活性和可维护性。另外，数据库管理软件选用Oracle11g。

1.4、面向船舶行业的线束设计集成技术研究

Capital拥有良好的可扩展性，基于Web Server技术的整合模块，支持将Capital系统与企业其他系统相连接。通过调用软件提供的API函数，对软件进行较高程度的定制和二次开发。

在Capital Topology中绘制电气布置图后，可以通过集成将设备和电缆信息导入NX中，进行三维布线、结构干涉的验证和电缆布线合理性的验证。

1.5、系统安全加固

系统管理员主要负责：用户管理，系统设置。

安全管理员主要负责：用户安全，信息安全，系统安全设置。

安全审计员主要负责：审计“三员”行为和动作。

1.6、用户安全加固

采用SHA256加密方式对用户密码进行加密处理，加密后无法逆向破解。

用户可以设置密级，拥有不同的密级可以访问相应及以下密级的数据。

用户账号可以与网卡的MAC地址、硬盘序列号绑定，限制用户只能在固定计算机上登录。

使用多种密码策略防止用户密码泄露，主要包括：用户密码最小长度、密码强度、密码最长使用期限、密码最短使用期限、强制密码历史、缺省密码等。

使用多种登录验证策略防止用户密码泄露，主要包括：登录时是否需要输入验证码、最大登录失败次数、失败超限限制（必须输入验证码、一段时间内限制登录）、重置登录失败计数时长等。

1.7、数据保护加固

（1）数据文件分级保护

Capital中的项目、产品和对应的附件必须设定密级，高密级用户能操作、访问同等密级及更低密级的项目、产品或附件，低密级人员不能操作、访问更高密级的项目、产品或附件。

（2）安全存储机制

涉密项目、产品数据加密存储，保证服务器数据的存储安全，有效消除数据库数据的安全隐患。存储在服务器上的附件通过转码，以非明文形式存储在服务器上，且存储在服务器上的文件，管理员不能非授权查看。

1.8、日志管理加固

遵循军工单位对系统日志的严格要求，对Capital的所有日志，包括“三员”的登录日志、维护日志，用户登录日志、业务处理日志、工作流流转日志、文件访问日志的记录，确保管理员的动作，用户的登录信息、业务单据处理等系统所产生的任何动作都有完备的日志记录可供追溯和查询，提供一个具有完整性和可追溯性的系统。

2、关键技术解决途径

（1）Integration Toolkit开发技术

基于C\C++、JAVA等语言实现船舶线束设计系统服务器端的开发，实现独立程序（stand-alone program）、用户入口库（User Exist Lib）、服务入口处（User Server ExitLib）、客户化钩子程序（Customize Hook）四种模式开发。可根据项目实际需要，选择一种或多种模式配合进行Capital服务器端的二次开发。

（2）船舶线束设计规则自动校验技术

为了保证船舶工艺信息的正确性、一致性与有效传递，在设计及制造过程中，需要进行繁琐的数据校验和工艺处理，占用大部分生产准备周期。另一方面由于多品种、小批量、更改频繁等生产特点，造成大量数据错误。为了解决上述问题，进行原理图线束属性一致性检查、线束图线束属性一致性检查、导线端子为空检查、接线关系校验等方面的自动校验。

（3）船舶线束设计流程数据一体化技术

在Capital系统中，各个设计阶段的数据进行自动传递，即电路原理图的回路、连接器信息可以自动传递到布置图，再到三维设计，生产报告。自动数据传递保证了数据的正确性和前后一致性。

此外，利用Capital系统变更管理策略可以控制不同工具之间数据同步的细节，控制数据同步和替换要求，提高复杂流程中的数据流转的安全性。