船舶生产设计过程中可执行业务流程管理模型的实施方案外文翻译资料

 2022-07-30 21:35:44

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船舶生产设计过程中可执行业务流程管理模型的实施方案

Myeong-Jo Son bull; Tae-wan Kim

摘要：为了传统生产技术和规模经济的提升，造船业采用信息技术融合作为一个新的引擎。船厂已接受并定制了新的信息化解决方案，如三维（3D）计算机辅助设计（CAD）系统、企业资源规划系统，和产品生命周期管理系统，这有助于提高生产力。随着造船业信息化的部分融合，本文探究船体生产设计过程中采用的业务流程管理（BPM）情况。船体生产设计，注重过程，在所有的船舶设计过程中需要投入最多工时，并直接与船舶生产耦合，因此，改善这项任务可以极大地提高生产力。首先，我们解释可执行模型的概念，这是一个在业务流程管理系统（BPMS）中执行生产加工流程的基本条件。此外，我们分析船体生产设计任务并使用这个作为一个建立可执行的BPM模型的基础。因此，我们提出了详细的实现方法和用BPM执行船体生产设计过程的预期效果。船体生产设计过程中使用Bonita Open-Solution 5.5来执行BPM模型，这是一个具有代表性的开源BPMS。

关键词：商业流程管理 BPM模型 船体生产设计 可执行BPM模型 工作流程 造船CAD系统

1介绍

在这项研究中,我们从业务流程的角度分析了船体生产设计过程。在业务过程管理系统(BPMS)中，我们提出了一个详细的程序执行这个过程。作为本文的介绍,我们简要的解释了业务流程管理(BPM)和造船的过程。

1.1造船工艺

船舶被预定后，船舶设计过程分为初步设计，详细设计和生产设计，如图1所示。通过每个设计阶段，设计变得更加复杂和具体，因此最终生产设计阶段的图纸足以在船舶生产中使用。初步设计过程，其目的是使关键技术指标、主要文件和建造要求，符合船舶与海洋工程学科规范。详细设计包括船体和舾装，在船舶功能上分类是不同的。船体建造是在船体详细设计的基础上完成的，但不能仅仅从对应的船体结构设计和结构分析完成。它还需要舾装设计团队的确认,设计部门经理的审查以及船东的认可。因此，根据工作难度和相关团队的审核，此过程可能需要1个月至1年才能完成。船舶是由大图纸表达，例如A0或A1图纸，并在某些情况下长度可以超过7m。

图1 造船工艺和船体生产设计流程

船体生产设计是最终阶段的设计，并充当设计和生产之间的桥梁。船舶设计标准和方法因造船厂而异，所以船体生产设计与造船厂的设施和生产过程密切相关。因为设计标准和方法是以船厂工作手册的形式给出的，并且设计不需要工程计算，所以船体生产设计很少在学术上进行分析和研究。与初步设计和详细设计相比，船体生产设计过程需要更多的工时和投入; 因此，从业务流程的角度来看，这一领域预计将有最大的业务改进率和生产力增长率。

1.2业务流程管理
从工程的角度来看，改编后的工作流程作为掌握和执行工作的方法，引入BPM，旨在通过“计划 - 检查 - 行动”的闭环来实现对过程的连续监测和改进，包括工作流程的完整作用[2-6]。 BPM本身是一个具有以下六个任务的过程：发现（解释业务流程如何工作），设计[为业务流程构建产品定义模型（PDM）]，执行（提供制定服务），操作（与参与者交互），优化（改进PDM）和分析[2]。在域专家以流程的形式捕获对应的工作之后，流程建模器将其转换为BPM模型以在BPMS中执行[7]。 BPM引擎将实施的BPM过程模型分配给BPMS的终端用户，该用户还负责在真实商业世界中的相应工作，以创建流程实例。每当用户开始完成任务时，BPM引擎将根据该过程自动完成任务。这些类型的流程实例可以同时有多个用户，并且每个用户可以同时具有多个流程实例。即使在一个过程中，用户对于每个任务也可以是不同的。这可以由批准过程来证明：该过程可由不同的人按顺序确定完成（例如，员工，助理经理，经理和主任）。采用BPM不仅可以使用BPMS对过程执行和管理，而且还有其他功能;包括对工作进度的瞬时掌握和重新安排作业分配或在运行期间的负载平衡，在构建期间重排和优化PDM以及在对数分析后一定时间[8]对业务流程重新设计（BPR），以改进业务过程本身的业务活动监视（BAM）。

1.3相关研究
已经有许多对生产设计过程进行详细分析的研究。 Bronsart [9]开发了船舶设计过程所需的通信模型，为无缝协作创造了环境。 Kim [10]分析了从设计到生产的造船过程，以实现一个基于仿真设计（SBD）和数字制造的仿真模型。 Wu和Shaw [11]从工作流程角度分析了基本船舶设计过程，并用于建立科学化的工程系统（KBE）。Hiekata[12]提出了一个基于Tribon M3使用ShareFast的船舶基本设计过程的教育框架，这是一个网络电子学习系统。Hiekata [13]还分析和提出了基本的船舶设计过程，使用ShareFast来实现一个可执行工作流模型。Tann和Shaw [14]分析了船舶结构设计过程，并提出了一个科学的设计支持系统（KESS）作为协作建模的框架。He[15]从合作设计的角度建立了一个基于造船过程分析的过程模型。

窗体顶端

除了这些学术主张外，还有一些尝试采用工作流系统或BPMS来用于造船设计过程，但这些尝试全都适用于船舶初始设计阶段，如初步设计或船体结构设计[16-18]。 据我们所知，还没有从工作流程角度分析和提出船体生产设计过程的研究; 因此，这是本研究的一个原始贡献。

BPMS必须将PDM扩展为相应的BPMS，以便通过BPMS更好地执行实现此模型。在本文中，我们使用Bonita OpenSolution（BOS）[19]实现了一个可执行的模型，该模型在开源BPMS方案中经常使用和更新，并且被企业计算机安全系统[20]的专家选为最佳开源BPMS之一。以前使用BOS来处理可执行模型，一个案例，显示协作环境的动态工作流系统的实现过程[21]，但没有详细的提出具体可执行模型水平的结果。最近，使用业务流程建模符号（BPMN）2.0实现可执行模型的方法出版了，这是BPM建模的国际标准，并解释了BOS [22]。然而，它不包括涉及实际业务工作及流程分析或程序应用，如本白皮书中所示;因此，使用BOS实现可执行模型的详细方法是本研究的另一个原始贡献。

1.4概要
本文在船体生产设计领域专家的专业经验基础上，使用3D计算机辅助设计（CAD）系统解释船体生产设计过程。此外，本文对船体生产设计过程进行设计，使用PDM作为过程建模器，并提出可执行BPM模型的实现结果，该模型可以在使用BOS的BPMS中执行。在第2节，我们解释了可执行BPM模型和BPMS如何工作。在第3节，我们从管理和设计工程师的角度描述了基于3D CAD系统下的船体生产设计过程。在第4节，我们提出了在船体生产设计过程中可执行BPM模型使用BOS的实现结果。最后，在第5节，我们得出结论和未来的研究方向。

2可执行BPM模型
工作过程不是通过适应工作流或BPM而产生的全新概念，而在有组织的工作中存在。为了提高工作效率和有效地管理工作进展，有必要以图表或手册的形式或类似的形式可视化不可见过程。图2表示不可见过程的可视化概念和使用BPM的改进工作。

图2 BPM应用之前与之后的工作过程
具体来讲，在过去，每个工人的技术诀窍是不可见的过程。因此，当工人辞职或缺席时，工作真空发生，因为很难掌握工作的当前状态，或者如果掌握，很难确定如何进行和该做什么。此外，培训新员工需要许多工时，很难确定工作流程是否顺利进行。因为过程不是共享的，如果相同的工作在专家和非专家工人之间分配，工作效率和结果质量的差异可能是唯一重要的差异。

从商业的角度来看，当在相同任务中与专家共享专家的知识时，可以提高生产率。因此，在组织良好的公司或部门中，流程会写在工作手册中。由于过程以文档的形式存在，负责任务的每个人都可以找到要完成的工作。然而，从管理的角度来看，仍然难以掌握人力资源和材料分配的现状，并难以确定项目的工作进度。为此，必须获得工人的定期报告。BPMS将过程显示为可见图，并向负责的工作人员提供相应的任务。因此，已经采用BPMS的公司或部门中的工人执行分配的任务，参与业务过程，并且容易看到他们的工作在整个过程中处在哪个阶段。出于同样的原因，经理还会检查和监控项目工作进度，人力资源和材料的实时状态。
为了操作BPMS，业务流程应以计算机适用的形式表达和编程。表达业务流程有多种方法：BPMN，可扩展标记语言（XML），流程定义语言（XPDL），Petri网，统一建模语言（UML）活动图，用于流程描述捕获方法（IDEF3）的综合定义，流程图表等。然而，业务流程的基本表达在这些方法中都是类似的，包括流程的开始和结束，任务和转换，以及任务的拆分和连接。在本文中，我们解释BPMN [24]的过程，它是作为业务流程管理计划（BPMI）BPM建模的国际标准符号建立的。

获得工作进程后，获得的图形表达式当做图表使用BPMN后，是一种PDM的类型。为了使这种PDM与BPMS一起并且根据开发者的操作意图工作，专用属性和条件必须详细地编程。通过这个额外的开发过程，在BPMS中部署的要提供给BPM最终用户的模型是可执行BPM模型。在定义可执行BPM模型的语言方面，有Web服务业务流程执行语言（WSBPEL）[25]，但它是基于XML的结构，因此在PDM的可见性方面没有连续地使用BPMN定义。因此，许多商业BPMS和开源BPMS提供了这种功能，允许开发人员创建PDM和定义详细的属性，以便通过直观的PDM点击来创建可执行模型，然后部署该进程，并在单个工作室中基于图形用户界面（GUI）的开发环境下进行调试。
BOS是由BonitaSoft开发的BPM开源解决方案。使用BOS，开发人员可以直接使用BPMN创建图表，或者可以简单地加载和使用在其他流程建模程序（如MS Visio或UML）中定义的标准格式（BPMN，XPDL）中的外部PDM。 BOS提供可执行的模型编程环境，使用GUI来确定数据和功能，连接用户数据库和选择BPM服务执行。另外，BOS提供Web服务，使得可以在Web服务器上执行完成的可执行模型，以提供用户可以在网页上使用BPMS的环境，并且管理员可以执行记录，授权和进程管理等命令。

需要各种额外的配置来将PDM并入可执行BPM模型中，包括了每个过程的开始和结束条件配置，负责每个任务的执行者或候选者的选择配置，由用户完成的各任务的GUI设计，GUI和PDM之间的数据映射，数据处理的编程或用于用户友好性的计算，以及将外部功能或程序连接到可执行模型的配置等等。
为了实行可执行BPM模型，并增强作为BPM参与者的BPMS最终用户的用户友好性，可以将由系统处理的自动任务添加到PDM。因此，我们必须区分可执行BPM模型和BPMN中的PDM。此外，可执行模型依赖于BPM引擎。这意味着如果我们使用不同的BPMS实现相同的业务流程，每个可执行BPM模型的实现结果将不相同。

3船体生产设计过程分析
3.1船体生产设计过程与3D CAD系统
船体生产设计过程在船体详细设计得到的结构发布后开始。进行生产设计，使船厂的工作更方便;为了提高生产力，建造任务在船厂中以相同的生产方式在分段中建立。由船体生产设计产生的生产设计图纸包括施工图，嵌套和切割图，制造材料清单（M-BOM）和生产工程图。由于生产设计图必须以3D几何形式表示所有舱壁和船体部件，根据分段大小，工作图可以超过40张A3图纸。绘制这些类型的图纸需要许多工时，使用设计工程师草图进行拼图并不容易。为了解决这个问题，不仅大型而且中型和小型造船厂也已经接受并使用有造船导向作用的3D CAD系统，如Tribon，AVEVA Marine和Smart Marine 3D。与表示特征和几何形状的一般3D CAD系统不同，这些系统具有包含了用于船舶设计和建造的关键信息的附加数据库。板材具有材料特性和厚度，接缝线，加强筋上的穿透孔，用于管道和电缆通过的孔以及标准支架和凸缘板等，这些信息都在数据库中管理，并且很容易、方便地以模板形式为设计工程师[26]提供。

如图1所示，分析了各种符号和建造特征之后，船体生产设计开始生成3D CAD模型。对于模型的生成，所有船体部件都在稍后的生产阶段做标记进行分类，如切割和装配。这些标记导入M-BOM。3D模型是逐个分开生成的，以便用于嵌套。因为实际的钢板根据嵌套切割，所以3D模型应该精细、精确地制造。因此，结构的结构特征应该修改为考虑生产效果后的尺寸，例如焊接变形，分段焊接的变形，运输，仓库的储存和安装边缘。在结构符号，忽略部分和加强筋端部切割信息的基础上，根据建筑规范和标准零件特征，还需进行额外的建模。

当3D建模完成后，所有隔板，骨架的特征以及生产建造，装配和船体部件的信息都被导入工作图中。工作图不是绘制的，而是通过使用完成的3D模型创建2D平面视图，由注释和尺寸标注等附加修饰来创建的。在这一点上，3D CAD系统会自动将3D特征转换为船厂中常见的符号和线，如图3中所示。

图3 造船CAD中的符号与3D模型之间的转换
另一方面，船体分段建造的第一阶段是切割过程，将原始钢板和成形钢梁切割成预期的形状。该过程需要几何特征信息，M-BOM信息，每个生产阶段的传送信息，以及加强筋的位置标记信息。这些信息都可以从3D CAD系统的建模结果获得。3D分段模型包括板材，加强筋，型材等，也包括如上所述的生产信息。这些部件信息分别存储在电镀数据库（PLDB）和配置文件数据库（PRDB）中，这些数据可以输入到造船厂的数控（CNC）切割机的嵌套程序中。
套料是根据材料性能和厚度将模

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