（机械设计及理论专业论文）石化工程设计企业协同设计管理系统的研究与应用.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 石化工程设计企业协同设计管理系统的研究与应用 摘要 进入2 1 世纪以来，能源需求的迅速膨胀，使得中国的石化建设市场得到飞速的发 展，从而为石化工程设计企业提供了广阔的舞台，而全球经济一体化、中国加入w t o 、 互联网应用的普及，促使这一市场的竞争也越趋激烈。石化工程设计企业的信息化建设， 是企业适应市场的快速变化、积极应对外部竞争压力、提高企业核心竞争力的有效手段。 协同设计管理系统的研究与开发则是石化工程设计企业信息化建设中的重要环节。 结合以前在几家石化工程设计企业的工作经历，认真细致地分析了我国石化工程设 计企业的运作模式、组织结构，以及项目执行与管理的特点，尤其是对即将发展为或已 经具备国际工程总承包资历的工程公司的管理方式、组织形式和业务流程等的系统分析 与研究。通过需求分析。明确了我国石化工程设计企业在信息化建设过程中对于协同设 计管理系统的实际需求，包括对于网络平台、企业经营管理子系统、综合项目管理子系 统和工程设计子系统的需求。 通过对并行工程、计算机支持的协同工作和协同设计等相关技术及其实际应用的研 究，针对石化工程设计企业的实际需求，本文按照“总体规划、分布实施”的指导思想， 提出并研究了一个适合我国石化工程设计企业未来发展的协同设计管理系统的总体框 架模型及其功能模块，分析了系统的体系结构、功能结构、拓扑结构和数据流程。通过 对比研究b s 和c s 两种结构模式，该系统体系采用了基于b s 和c s 的混合结构模式。 在协同设计管理系统总体方案设计的基础之上，本文重点对其中的工程设计子系统 进行了研究与开发。通过开放式数据库互连技术、数据集成技术、网络技术以及v i s u a l b a s i c n e t 程序设计技术和m i c r o s o f t 的c o m d c o m ，c o m + 中间件技术，研究并开发了 系统公共集成框架，实现了工程设计子系统中工程前端设计、二维设计、三维设计、工 程专家知识库、工程设计信息服务管理等功能模块的集成应用。经过对p d s ( p l a n t d e s i g n s y s t e m ) 工厂设计系统和a u t o c a d 、m i c r o s t a t i o n 等相关设计软件的深入研究，运用v b n e t 对数据库进行扩充与完善，并开发相关程序组件，实现了三维结构模型软件f r a m e w o r k s p l u s ( f w p ) 与计算软件s t a a d p r o 之间的集成，三维设计过程中栏杆、斜梯和直爬梯 的参数化设计与材料自动统计，非标管件的自动放置，施工图纸中的英文描述部分自动 转换为汉字，三维模型自动转换为二维图形，通过建立项目网站，实现了异地协同设计， 从而实现了工程项目的协同设计。在本文的最后给出了工程设计子系统在工程项目中的 实际应用成果。 一一 东北大学硕士学位论文摘要 关键词：协同设计；项目管理；工厂设计系统；石化工程设计企业；企业信息化； b s 模式与c s 模式 一i i i 东北大学硕士学位论文 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o n o nm a n a g e m e n t s y s t e m o fc o l l a b o r a t i v e - d e s i g nf o rp e t r o c h e m i c a l e n g i n e e r i n gd e s i g nc o r p o r a t i o n a b s t r a c t w i mt h ec o m i n go f t h e2 1 “c e n t u r y ，t h ee n o r m o u se x p a n s eo f e n e r g ys o u r c e sd e m a n dh a s b e e ns p u r t i n gt h eg r e a td e v e l o p m e n to fp e t r o c h e m i c a lc o n s t r u c t i o nm a r k e t si nc h i n a , s o ， c h i n e s ep e t r o c h e m i c a le n g i n e e r i n gd e s i g nc o r p o m t i o n sw i l lg e tm o r ec h a n c ef o rp r o j e c t s h o w e v e r , t h ee c o n o m yi sb e c o m i n gm o r ei n t e g r a t i v ea n dg l o b a li nt h ee r r t l l ，c h i n as u c c e e d e d i n t ow t o ，a n dt h ep o p u l a r i z a t i o no fi n t e r a c ta p p l i c a t i o n ，w h i c ha l la r em a k i n gt h e c o m p e t i t i o no f p e t r o c h e m i c a lc o n s t r u c t i o nm a r k e t ss e r i o u sa n df u r i o u s i nt h ef a c eo fc h a n c e a n dc h a l l e n g e a l lo fc h i n e s et r a d i t i o n a le n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o n sh a v et oa r mt h e mw i t l l i n f o r m a t i o nt e c t m o l c i g i e s i n f o r m a t i o n i z a t i o ne n g i n e e r i n gw i l lb et h eb e s tm e t h o dt oi n c r e a s e t h em o s ti m p o r t a n tc o m p e t i t i v ea b i l i t yo fe n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o n s a n d ，t h es t u d ya n d e x p l o i t a t i o na b o u tm a n a g es y s t e mo fc o l l a b o r a t i v ed e s i g nw i l lb et h em o s tp i v o t a lp a r to f i n f o r m a t i o n i z a t i o ne n g i n e e r i n gf o rc h i n e s et r a d i t i o n a le n g i n e e r i r f gd e s i g nc o r p o r a t i o n s w i t ht h e w o r k i n ge x p e r i e n c e i ns e v e r a l p e t r o c h e m i c a le n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o n s ， a n a l y z e dc a r e f u l l yt h eo p e r a t i o np a t t e r n ，c o m p a n ys t r u c t u r ea n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fp r o j e c t e x e c u t i o na n dm a n a g e m e n t ，e s p e c i a l l y , a n a l y z e da n ds t u d i e dr o u n d l yt h em a n a g e m e n tm e t h o d ， o r g a n i z a t i o nm o d a l i t ya n dw o r k i n gf l o wo fe n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o np r o v i d e dw i t ht h eg l o b a l c o n t r a c tl o n g e v i t y t h e n ，b yt h ea n a l y s i so fd e m a n d ，c o n f n m e dt h er e a ld e m a n da b o u tm s c d i nt h ei n f o r m a t i o n i z a t i o ne n g i n e e r i n go fc h i n e s et r a d i t i o n a l e n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o u s ， i n c l u d i n gt h er e q u i r e m e n t o fn e tp l a f f o r m ，c o r p o r a t i o nm a n a g e m e n ts u b s y s t e m ，p r o j e c t m a n a g e m e n ts u b s y s t e ma n de n g i n e e r i n gd e s i g ns u b s y s t e m b yt h es t u d yo fc e ，c s c w , c o l l a b o r a t i v ed e s i g na n ds o m et e c h n o l o g i e sc o n c e r n e d ， a i m i n ga tt h es p e c i a ld e m a n do f p e t r o c h e m i c a le n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o n s ，a n da st h eg u i d a n c e o f “p l a ng l o b a l l ya n de x e c u t eg r a d u a l l y ，p u tf o r w a r da n de x p l o i tt h ec o l l e c t i v i t yf r a m ea n d f u n c t i o nm o d u l e so fi n t e g r a t i v em a n a g e m e n ts y s t e mo f c o l l a b o r a t i v ed e s i g nf o rp e t r o c h e m i c a l e n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o n s a n a l y z e dt h es y s t e ms t r u c t u r e ，f i m c t i o ns t r u c t u r e ，t o p o l o g y s t r u c t u r ea n dd a t af l o w t h es y s t e ms t r u c t u r ew o u l db eb a s e do nb sa n dc sm i x e dm o d e s 一 东北大学硕士学位论文 a f t e rt h es t u d yo f t w om o d e s b a s e do nt h eg e n e r a ls c h e m ep l a no fm s c d ，t h ed i s s e r t a t i o nd i s c u s s e da n da n a l y z e d s p e c i a l l yt h ee n g i n e e r i n gd e s i g ns u b s y s t e m w i t ht h eh u e o fo d b c ，e t l ，e a i ，n e tt e c h n o l o g y , v i s u a lb a s i c n e ta n dc o m d c o m c o m + ，s t u d i e da n dd e v i s e df r a m e w o r ko fs y s t e m ， a c q u i r e d t h e i n t e g r a t i o no ff e e d ，t w o d i m e n s i o n a ld e s i g n ，t h r e e d i m e n s i o n a ld e s i g n ， e n t e r p r i s er e p o s i t o r ya n ds e r v i c em a n a g e m e n to fe n g i n e e r i n gd e s i g ni n f o r m a t i o n a f t e rm o r e r e s e a r c ho fp d sa n ds o m ea p p l i c a t i o ns o f t w a r e ，s u c ha sa u t o c a da n dm i c r o s t a t i o n ，w i t ht h e u s eo f v b n e t , a m e n d e dt h e i rd a t a b a s e sa n dd e s i g n e ds o m ep r o g r a m s ，a c h i e v e dt h ei n t e g r a t i o n b e t w e e nf w pa n ds t a a d o b t a i n e dt h ep a r a m e t e rd e s i g na n dm a t e r i a lo u t p u ta u t o m a t i c a l l y o fh a n d r a i l ，s t a i ra n dl a d d e ri nt h r e e d i m e n s i o n a ld e s i g n ，a t t a i n e dn o n - s t a n d a r dp i p i n g e l e m e n t sl a y o u ta u t o m a t i c a l l y r e a l i z e dt h ee n g l i s hd e s c r i p t i o no fs h o pd r a w i n g sc h a n g i n g i n t oc h i n e s ea u t o m a t i c a l l y , g o tt h r c e - d i m e n s i o n a lm o d e l sc h a n g i n gi n t ot w o d i m e n s i o n a l d r a w i n g s ；b yp r o j e c tw e bs i t e ，a c h i e v e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g no fd i f f e r e n ta r e a s t h e n , t h e d i s s e r t a t i o na c h i e v e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g no f e n g i n c e f i n gp r o j e c t s a tl a s t ，t h ed i s s e r t a t i o ns h o w e ds o m er e a le x a m p l e so f e n g i n e e r i n gd e s i g ns u b s y s t e m k e yw o r d s ：c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ；p r o j e c tm a n a g e m e n t ；p l a n td e s i g ns y s t e m ； p e t r o c h e m i c a le n g i n e e r i n gi n s t i t u t e ；b sa n dc sm o d e s ； i n f o r m a t i o n i z a t i o ne n g i n e e r i n g v 一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的 研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的 研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 臼 期： p i 匀7 q 砂旷 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 其 魁 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 本课题的研究背景和意义 进入2 l 世纪以来，面对石油及相关化工产品迅速膨胀的需求，中国石化建设市场 得到了又一轮空前的飞速发展，为中国石化工程设计企业提供了广阔的舞台。同时，2 0 0 5 年之后，为了履行加入w t o 的承谢l 】嘲，中国将全面开放勘测设计市场，全球经济一 体化和互联网应用的普及，促使这一市场的竞争也越趋越烈! 面对无限发展的机遇与充满激烈竞争的挑战，如何抢占石化建设市场的份额，如何 在竞争中求生存、求发展是每个石化工程设计企业所面临的实际问题。企业信息化建设， 是解决这一问题的有效手段。 企业信息化，从广义而言，指从科学决策和最优控制的高度把信息资源作为战略资 源加以开发利用，并以此为基础，综合现代科学管理方法和手段，根据企业发展战略的 需要，对企业生产、营销、管理等活动进行全方位改造，最充分开发和利用企业的人力、 物力、财力和信息资源进行生产经营活动，降低生产和管理成本，提高经济效益的过程【3 】。 企业信息化是一个系统工程。它涉及技术、企业战略、生产过程、组织机构、管理 方式、员工素质、管理水平、财力状况等企业内各种因素。信息资源的开发利用是信息 化的核心任务，是信息化建设取得实效的关键。而企业信息资源开发利用的关键是有效 组织信息资源的问题。 企业信息化代表了企业管理深远的思维方法和态度的改变过程，配合了信息和资金 投入的管理体系，达到最有效的管理和盈利的一个过程。企业的信息化还包含了企业家 对企业目标期望值的改变。 石化工程设计企业信息化建设是关系到设计企业生死存亡的大事，其中工程设计信 息化的实现则是重中之重。工程设计工作在工程建设过程中占据着主导地位，在设计阶 段要完成整个项目的可行性研究、风险分析、工艺方案的讨论与研制、各专业旖工图纸 的输出、项目模型的建立、变更图纸的输出、项目材料报表的生成等等工作；工程设计 是工程建设项目实施过程中的各个环节连接的纽带；设计工作本身也需要多个部门、专 业之间协同完成。 工程设计单位的业务管理与其它单位相比有许多自己的特点，如工程设计中产生大 量的表格图档；大型项目需要大量的工程设计资料，需要大量人员协同工作，需要高效 率的项目管理；设计过程信息传递豹工作量大；工程结束后大量项目信息需要转移和提 交等。这些是石化工程设计企业信息化建设中首先需要解决的问题。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 通过工程设计过程的信息化建设，有效控制设计企业的资源，缩短工程设计周期， 提高工程设计质量，严密跟踪设计过程，实现工程项目信息的全生命周期管理。 在充分继承企业现有资源的基础上，采用新兴的网络技术、数据库技术等信息技术， 开发一套符合我国石化工程设计企业自身特点的协同设计管理系统，具有一定的现实意 义，是实现我国石化工程设计企业信息化建设的重要环节。通过该系统，实现设计企业 工程设计的信息化建设，使得设计企业在激烈的市场竞争中，更快、更准地获取有效的 市场信息，提高企业经营决策的能力，缩短工程项目设计周期，增加经济收入，达到工 程设计与管理一体化集成、工程信息全生命周期的管理与应用，提晃企业核心竞争力。 1 2 计算机支持的协同工作( c s c w ) 1 2 1 协同理论 “协同”是一个具有深刻哲学意义的概念，它强调整体的协调和协作，充分体现了 辩证法的观点。近年来，如何协同各种复杂系统中的行为，已经越来越引起人们的兴趣， 比较典型的有分布式计算机系统和人一机综合系统的协同问题。m a l o n e 提出了协同理 论的框架，该理论综合地研究了诸如计算机科学、组织理论、操作研究、经济学、语言 学、心理学等各个学科内部或相互交叉学科中关于协同方面的思想和方法，它的一个关 键思想是将“协同”看作管理各种行为之间的相关点的过程。该理论探讨了不同协同类 型的相关特征，并且提出了用来管理这些相关点的方法和技术。 协同理论的建立，使人们对“协同”的认识从感性上升到了理性，形成了一门新兴 的科学协同科学。它把不同学科共同存在的协同现象抽取出来作为其研究对象，研 究协同的本质、协同的结构、协同的描述模型、协同的作用、协同的研究方法和支撑工 具及其应用等。 同时由于信息技术的进步，特别是计算机技术和通信技术的突飞猛进，由两者的融 合而产生的计算机网络技术及其应用的发展，给协同科学的研究、应用提供了更加强有 力的支持，计算机支持的协同工作( c s c w ，c o m p u t e rs u p p o r t c o o p e r a t i v e w o r k ) 这一 新兴研究领域应运而生。 l - ，_ 2c s c w 的概念与特点 c s c w 是1 9 8 4 年由美国m i t 的i r e g r i e f 和d e c 的p a u lc a s h m a n 在个专题讨论 会上首次提出的一个新术语，目前并无统一的定义，一般认为是指分布在异地的某群体 中的人们，在计算机的帮助下，得到个虚拟的共享环境，交互磋商，快速高效地完成 一个共同的任务。c s c w 综合应用了计算机和通信技术、分布式技术、人机接口技术、 管理学和社会学等学科的理论和成果，通过提供一个共享的环境和接口，来支持群体成 员进行同时或者不同时，异地或者同地的合作活动。c s c w 的实质就是在分布式环境下， 员进行同时或者不同时，异地或者同地的合作活动。c s c w 的实质就是在分布式环境下， 一2 一 东北大学硕士学位论文 。_ 。_ 。_ 。_ 。_ 。_ 。_ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - - 。_ _ 。_ _ _ _ _ _ 一 利用计算机支持用户之间的交互， 备如下的特点： ( 1 ) 分布性 第一章绪论 而不是传统的用户与计算机之间的交互【4 】。c s c w 具 c s c w 本质上是一个分布式系统，各用户在地理上分布，各自使用自己的计算机参 与协同工作。 ( 2 ) 面向任务 c s c w 是面向任务的，而不是面向问题的。即个任务。多个用户，多个用户为完 成一个共同的任务而协同工作。 ( 3 ) 并发性和一致性 系统中用户同时进行操作。由于同一数据对象被多个人使用，需要维护数据的_ 致 性。 ( 4 ) 交互式用户接口 c s c w 的接口除了给用户提供操纵的方便性和友好性外，还需要使其适应群组交换 模式，使用户感觉到别的用户的合作，并且他的动作也能被其他用户感知到。 ( 5 ) 支持多种形式的共享 为了达到支持协同工作的目的，需要多用户对信息的共享。系统中提供多种共享形 式，如文本、图形、声音、图像等。各用户共享的级别不一样。 此外，c s c w 的特点还包括可靠性、高性能、易于升级和开放性等。 c s c w 的目的是利用多媒体技术和通信技术建立一个协同工作环境，在此环境中人 们可以相互合作，共同工作于一个产品，一个研究领域或一个项目，或求解学术上的难 题。在军事、工业、医疗、科研等诸多领域中，c s c w 正在发挥着越来越重要的作用。 1 - 3 并行工程与并行设计 1 3 1 并行工程的涵义与特点 并行工程( c o n c t m n te n g i n e e r i n g ，简称c e ) 又称同步工程或周期工程，是针对传 统的产品串行生产模式而提出的一个概念，一种哲理和方法。至今关于并行工程的定义 国际上尚未统一。但可认为：并行工程是集成地( 指新集成概念) 、并行地设计产品及 其相关的各种过程的系统论1 5 】。它要求产品开发设计人员在设计一开始就考虑产品整个 生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，即包括：质量、成本、进度计划和 用户要求。换句话说，并行工程是集中了各学科的人才运用现代化的手段组成产品开发 群组协同工作，使产品开发的各个阶段，既有一定时序，又能并行，同时搜集大量的有 关信息、采纳上、下游的各种因素和有用信息，共同决策产品开发阶段工作的方案，使 产品开发的早期就能及时发现和纠正产品开发过程中的问题。从而缩短了产品开发周 期、提高了产品的质量，降低成本，增强了企业的竞争能力。 一3 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 并行工程中并行的概念包括纵向和横向两个方面。纵向以产品为主线，使产品的设 计分析制造装配过程并行：横向指同阶段相关设计任务的并行化。 并行工程是以信息技术为基础，在原有信息集成基础上更强调产品设计与后续活动 的协调运行，强调功能和过程的集成。 并行工程具备的特点如下： ( 1 ) 并行性 要求同时进行产品及其下游过程设计，强调所有设计工作在生产开始前完成。产品 生命周期中，任一环节至少应该完成3 项任务： 对相邻上游环节结果的理解与分析； 实施本环节专属的任务； 为下游环节表达本环节工作的结果。 ( 2 ) 约束性 着眼于发现问题，试图通过多个侧面的设计正确性来避免早期设计的不利后果。 ( 3 ) 一致性 对产品开发过程中相连环节的供给与需求进行协调，使环节供给与需求关系取得一 致。 ( 4 ) 协调性 利用多环节人员的协同，促使设计优良性的改善。 1 3 2 并行设计 并行工程的核心是并行设计【4 】。并行设计是先进制造领域经常采用的设计模式，它 是计算机技术、网络技术、通信技术等发展到一定阶段，应用与产品设计中，经过系统 地将设计过程重组、优化而产生的。 并行设计要求考虑的因素有：市场需求、制造、装配、维护、环境保护等，目的就 是缩短新产品的开发周期、进一步降低生产成本、提高设计质量、 并行设计的特点是“集成”与“并行”。所谓“集成”是指在信息集成的基础上， 更强调过程的集成，过程集成需要优化和重组产品的开发过程，组织多学科专家队伍， 在协同工作环境下，齐心协力，共同完成设计任务；所谓“并行”，是指一个以上的事 件在同一时刻或同一时段内发生，与串行设计相比，并行设计中同一时刻内可容纳更多 的设计活动，使设计活动尽可能并行进行，以此来减少整个设计过程的时间。传统的串 行设计模式与并行产品设计模式的比较如图1 1 所示。 一4 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 信息流 需求分析。l 产品设计i 过程设计i 产品制造一i 销售服务 i7 l17l 设计中发生的错误、修改 串行设计中产品的生命周期 一 ( a ) 串行设计 弋式 薏 弋式 弋弋 销售服务j 并行设计中产品的牛仓周期l 节省时闻 ( b ) 并行设计 图i i 串行设计和并行设计的生命周期比较 f i g 1 1c o m p a r eo f t h el i f ec y c l eb e t w e e ns e r i a ld e s i g na n dc o n c u r r e n td e s i g n 产品的并行设计需要由分布在不同部门和不同场所、具有不同领域知识的专家群组 协同合作完成。并行工程的实施也同样需要个协同的工作环境来支持，因此可以说， “协同”是实现“并行”的一种具体方法，“并行”是“协同”的目的。 1 4 协同设计 1 4 1 协同设计的背景 设计，特别是对一些复杂产品的设计，是一个十分复杂的处理过程。为了实现个 产品的优化合理设计，通常要引入多种设计方法和技术来达到设计目的，而且，一个设 计问题往往含有多种不同的设计任务和多种数据类型。在产品的设计过程中，涉及到与 产品相关的各个领域的知识或专业知识，还涉及到对这些多领域知识、经验、数据的综 合处理和利用。设计过程的复杂性对协同式的设计提出了最直接的要求。 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 设计还是一个知识密集型的创新过程。在工程设计中，不仅需要丰富的专业知识和 设计基础数据，还需要专家的实践经验知识，更需要对上述知识进行加工处理，产生设 计新产品所需要的新概念和新知识。这是一个创新的过程，这使得设计成为一个以知识 为基础的计算过程。知识密集型的特点对协同式设计提出了更加迫切的要求。 设计也是一个通信密集型的过程。不同的设计任务和设计数据之间相互交换、相互 反馈、相互协调。这样的过程对计算机的支持提出了迫切需求，同时，也在设计方法上 提出了多专家的通信和协调问题，这从设计支持环境的角度对协同式的设计提出了明确 的要求。 1 4 2 协同设计的涵义与特点 协同设计是指为了完成某一设计目标，由两个或两个以上设计主体( 或称专家) ， 通过一定的信息交换和相互协同机制，分别以不同的设计任务共同完成这一设计目标。 协同设计具有如下特点： ( 1 ) 多主体性 多主体性是指设计活动由两个或两个以上设计专家参与，而这些设计专家通常是相 互独立的，并且各自具有领域知识、经验和定的问题求解能力。 ( 2 ) 协同性 协同设计具有一种协同各个设计专家完成共同设计目标的机构，这个机构包括各设 计专家间的通信协议、通信结构、冲突检测和仲裁机制。 ( 3 ) 共同性 多设计专家要实现的设计目标是共同的，他们所在的设计环境和上下游的信息也是 一致的。 ( 4 ) 灵活性 参与设计的专家数目可以动态地增加或减少，协同设计的体系结构也是灵活的、多 变的。 众多学者从各自的角度对协同设计进行深入具体的研究，取得了令人信服的结论， 使协同设计具有以下丰富的内涵： ( 1 ) 协同设计是一个协同工作的过程； ( 2 ) 协同设计是一个通信处理过程； ( 3 ) 协同设计是一个知识共享和集成的过程； ( 4 ) 协同设计是一个管理过程。 1 4 3 协同设计中的关键技术 协同设计管理系统开发中的关键技术主要有以下几个方面：项目及任务管理、访问 控制、信息共享、用户问通信和群体活动控制等嘲。 一6 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 ( 1 ) 项目及任务管理：协同设计管理的初始数据来自项目及任务管理。也可以说， 项目及任务管理是协同设计的开始。系统必须具备相应的机制来支持项目的确立、任务 及子任务的划分、人员分配、时间安排以及责任划分等。 ( 2 ) 访问控制：为了保证系统的安全性，本系统的用户必须能够保留一部分私有 数据不为群体共享，同时，拥有不同权限的用户登录系统后所看到的界面应有所区别， 系统必须提供这样的机制支持。 ( 3 ) 信息共享：协同设计顺利进行的基本条件是信息共享，只有为用户提供方便、 可靠的信息访问、修改、删除等机制，才能保证各个用户之间的协同工作。例如支持各 分布成员、信息资源以及当前活动信息的交流和维护，并能将其他同步用户对当前信息 所做的修改及时通知给各用户；对电子邮件实现不同文档格式的转换；提供信息共享的 不同访问方式。 ( 4 ) 用户闻通信：协同设计管理系统要求其运行环境为不同工作模式提供相应类 型的通信服务；能够支持多媒体通信，允许进行视频、音频、图像、文字和数据的传送； 支持不同形式的通信。 ( 5 ) 群体活动控制：协同设计既然是多专家、多用户的协同工作，就要求系统必 须提供一定的机制来支持群体活动。除了在项目及任务管理中确定每个个体的工作、职 责、时间安排之外，还要对群体工作中发生的冲突进行协调，以保证设计工作顺利进行。 1 5 协同设计管理系统的国内外研究现状 1 5 1 国外的研究现状 近年来，国外专家学者对计算机支持的协同工作( c s c w ) 技术在设计领域的应用 进行了大量的研究与开发工作：南澳大利亚大学先进制造研究中心的k a o 和l i t j 开发了 协同c a d c a m 系统一c o c a d c a m ，利用现有的商品化c a d c a m 软件提供的a p i 开 发接口，将传统的单机、单用户系统扩展为支持协同工作的多点应用程序。这样，两个 异地分布的用户就可以实现自由曲面的协同编辑和n c 加工路径的协同仿真。c o l l i d e 是一个支持同步共享的三维c a d 原型系统，英国b r u n e i 大学交互设计研究中心的n a m 和w r i g h t 哺j 提出了“共享平台”( s h a r e ds t a g e ) 的概念。利用商品化软件a l i a s 的a p i 插 件，完成a l i a s 系统和共享平台之间的实时数据交换，从而实现产品模型的协同浏览， 但是不能很好地支持协同设计。k e n t u c k y 大学计算机系的z h a n g 和g h e n 9 贝l j 研究了基 于w c b 架构的协同c a d 系统，通过讨论w e b 协同系统的优点，他们认为w 、 ，、j i ，为协 同c a d 应用提供了一个理想韵支持环境。还具体地研究了协同用户界面、协同感知支 持、同步与异步、以及安全性等技术。i o w a 大学i n t e m e t 实验室的k a n g 和g - r a d y t l o l 着 眼于i n t e m e t 环境下协同设计的研究，提出了一个基于w w w 的协同设计系统总体结构， 并加以实现，称为c y b e r v i e w ，它采用v r m l 在浏览器下实现分布设计小组的协同浏览， 一7 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 产品模型采用s t e p ，他们做的主要工作是实现s t e p 一) v r m l 的转换、s t e p 一 o o d b 存储以及v r m l 浏览器，缺点是c y b e r v i e w 只能实现协同浏览，不能实现协同造型等 进一步功能。 国外工程软件公司最近对设计企业协同设计管理系统的研究也已取得了不少成果， 如；美国鹰图( i n t e r g r a p h ) 工厂设计和信息管理软件公司推出的新一代、面向数据、规 则驱动的s m a r t p l a n t3 d 软件，以及专门为工程承包商、工厂业主运营商设计的 s m a r t p l a n tf o u n d a t i o n 集成系统平台。s m a r t p l a n tf o u n d a t i o n 能够提高工程项目和工厂运 营信息的有效性、完整性、准确性，能够为工厂建立一个全面的电子化数据库，包括其 结构、属性部件、设备和文件，它涵盖了工厂设计、修改、改造、更新，在整个从工程 设计开始到退役之间的过程中有效地管理工厂【l “。英国a v e v ai t 工程公司( 原c a d c e n t e r 软件公司) 开发的v a n t a g e 项目一体化解决方案( i p e ，i n t e g r a t e dp r o j e c t e x e c u t i o n ) ，涵盖了一个工厂项目在项目建设期间的从工程设计( v a n t a g ep e ) 、到 布置设计( v a n t a g ep d m s ) 、到项目管理( v a n t a g ep r m ) ，和工厂运营维护期 间的企业数据仓库( v a n t a g en e t ) 1 1 2 1 。美国b e n t l e y 公司研究的p r o j e e t w i s e 技术提 供了工程信息同步管理功能，通过这套软件，使用者可以迅速取得和更新所有的计画信 息，包括m i c r o s t a t i o n 模型、a u t o c a d 档案、m i c r o s o f to f f i c e 档案、公司标准、设计标 准等等；同时基于全球协同化工作的考虑，b e n t l e y 公司开发了一套a e c x m l ，使得 m i c r o s t a t i o n 模型的资料就如同以h t m l 语法所设计的网页一样，可以普遍为大众所取 得【13 1 。 1 5 2 国内的研究现状 国内对计算机支持的协同设计管理系统也进行了一些研究，如：中海油研究中心开 发了一套设计院设计工程项目管理平台，包括工程协同设计予系统、文档与设计成品管 理子系统、综合管理与办公自动化子系统和工程项目管理子系统，实现了设计与管理的 一体化集成，该系统在中海油与美国p h i l i p s 合作开发的蓬莱1 9 3 海上石油开采项目 中进行了实证1 1 4 】。洛阳众智软件有限公司开发了一套面向设计单位的工程数据管理软件 ( z z p d m ) ，它充分地利用设计单位的网络资源，将其工程项目作为产品对象，以设计 过程为主线，系统地解决了项目、流程和资源三大环节中的问题。z z p d m 采用先进的 软件技术，充分利用网络资源，可以在局域网或互联网上同时使用，实现远程项目管理、 协同设计和资源共享l l 习。易普信科技有限公司为中国电工设备总公司( 中机中电设计研 究院) 开发了套工程设计企业综合管理系统，该系统从企业的实际应用出发，将工程 项目管理、设计流程管理和通用办公管理以及其他的信息管理系统整合在一起，实现企 业的信息化建设 1 6 1 。 通过对比国内外的研究与发展现状，不难发现，国外对于计算机支持的协同设计技 术、尤其是设计企业协同设计管理系统的研究发展水平已经达到很深的层次，开发的有 一8 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 关软件已经投入到企业的实际应用过程中；而国内的专家学者及企业虽然也对石化工程 设计企业协同设计管理系统进行了大量的研究及试点应用，但所研究的系统整体性尚显 不足，缺乏对工程设计信息、企业管理信息的全生命周期的管理与应用，信息化孤岛现 象依旧比较严重，企业信息化建设有待更大程度的提高。 1 6 本课题的研究内容及工作 本课题以石化工程设计企业协同设计管理系统的研究与开发作为主要研究对象，通 过运用信息技术，特别是计算机技术、网络技术、通信技术、控制技术、系统集成技术 和信息安全技术等，改造和提升石化工程设计企业的技术手段和生产组织方式，提高石 化工程设计企业经营管理水平和核心竞争能力，提高石化工程设计企业主管部门的管 理、决策和服务水平。重点研究，如何通过网络技术、数据库技术和程序设计技术，建 立一个以网络为支撑，专业c a d 软件为基础，工程信息管理为核心，工程项目管理为 主线，使设计和管理实现一体化的协同设计管理系统的总体框架以及其中工程设计子系 统等功能模块的机制及其实现方法。 整篇论文分为六章。第一章是绪论部分，主要介绍选题的目的及意义、理论依据， 以及目前国内外关于石化工程设计企业协同设计管理系统的研究与发展现状。第二章详 细分析了我国石化工程设计企业的行业特点、组织结构形式和工作流程，总结了我国石 化工程设计企业的实际需求。第三章，。根据“总体规划，分布实施”的指导思想，建立 了协同设计管理系统的总律结构框架和基本组成模块。分析了系统的体系结构、功能结 构、拓扑结构和数据流程等。第四章对系统中最为核心的子系统工程设计子系统进 行了深入研究，详细阐述了其中的配管专家知识库功能模块，并从多方面介绍了协同设 计的功能实现。第五章介绍了工程设计子系统在我国石化工程设计企业中的实际应用成 果。第六章对全文进行了总结和展望。 一9 一 查苎查兰堡主兰堡垒查 苎三主至些三垒堡盐垒兰塑堕查坌堑 第二章石化工程设计企业的需求分析 2 1 石化工程设计企业的涵义与特点 2 1 1 工程设计企业 工程设计企业是阻工程技术为基础，以工程建设为主业，具备工程项目设计、采购、 施工或施工管理、开车服务、项目管理的能力，通过组织项目的事实，创造价值并获取 合理利润的企业【1 7 1 。本章所讨论的工程设计企业是指作者所熟悉的工作领域为石油、化 工、海上油气等具备工程总承包、设计咨询和项目管理能力的国际工程公司。一 2 1 2 石化工程设计企业的特点 2 1 2 1 工程公司的基本特征 ( 1 ) 工程公司以工程项目为主要业务； 工程公司是专营工程建设项目的社会组织。没有项目，工程公司就不能生存，其收 入主要依靠为业主提供工程建设服务，包括工程总承包和工程项目管理。其中工程总承 包业务占6 0 8 5 ，工程项目管理服务占5 1 5 。 工程总承包的方式主要有： 交钥匙工程总承包( e n g i n e e r i n gp r o c u r e m e n tc o n s t r u c t i o n ，e p c t u mk e y ) 是指总承包商按照合同规定，完成工程的勘察、设计、设备材料采购、旖工、试运 行( 开车) 等工作，并对工程的安全、质量、进度、造价全面负责，工程验收合格后向业 主移交。 这种承包方式