（机械制造及其自动化专业论文）分布式协同设计中基于web的项目管理系统研究.pdf

武汉理- l 大学硕士学位论文 摘要 在产品协同设计领域，由于分布在不同地域的企业在设计中缺乏科学性、 规范性和标准性的项目管理，使企业的产品开发进程受到了极大影响，最终会 给企业带来无法挽回的经济损失。所以，提高协同设计中项目管理的整体水平 成为当务之急。目前，基于w e b 的项目管理系统已经成为协同设计中的研究热 点和前沿领域，并显示出良好的发展前景。 本文在介绍了协同设计中项目管理系统的国内外发展状况及趋势的基础 上，结合b s 结构的特点，提出了一个开放性的、分布式的协同设计系统框架， 并对该系统的层次结构进行了详细分析。 通过对项目管理的概念和存在的问题进行深入剖析，本文提出了协同设计 中项目管理系统的总体结构，并全面分析了各项目管理子模块的具体内涵，如 项目分解、项目过程建模、任务执行引擎以及项目执行监控器等模块。 本文详尽讨论了实现协同设计中项目管理系统的支撑技术。即采用 a c t i v e x 控件对项目管理系统进行构模，一个模块表征项目管理问题的一个方 面，实现一个具体的项目管理功能，各个模块间的通信通过服务器端的 a s p + a c t i v e xd l l 技术实现，而系统的数据交换方法则采用a d o 对象。在此基 础上，本文运用基于c o m 组件的程序设计方法，完成了原型系统的开发，并简 要介绍了协同设计中基于w e b 的项目管理系统的运行过程。 最后，总结全文研究结果，并对系统的进一步完善和优化提出了建议和展 望。 关键字：协同设计，项目管理，a c t i v e x 控件，w e b 技术 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ef i e l do fp r o d u c tc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，t h ee n t e r p r i s e sd i s t r i b u t e di n d i f f e r e n ta r e a sa r eo f t e ns h o r to ft h es c i e n t i f i c ，n o r m a t i v e ，a n ds t a n d a r dp r o j e c t m a n a g e m e n t t h i sg r e a t l ya f f e c t s t h ep r o c e s so fp r o d u c td e v e l o p m e n ta n dw i l l u l t i m a t e l yb r i n ge c o n o m y l o s st h a tc a l l tb er e d e e m e dt ot h o s ee n t e r p r i s e s s oh o w t oe n h a n c et h ew h o l el e v e lo fp r o j e c tm a n a g e m e n ti nc o l l a b o r a t i v ed e s i g nh a s b e c o m et h eu r g e n ta f f a i r a tp r e s e n t ，t h ep r o j e c tm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nw e b h a sb e c o m eb o t ht h eh o t s p o to fr e s e a r c ha n da d v a n c e df i e l d ，w h i c hs h o w sa f a v o r a b l e p e r s p e c t i v e t h i s p a p e r i n t r o d u c e st h e d e v e l o p m e n t s i t u a t i o na n dt r e n do f p r o j e c t m a n a g e m e n ts y s t e m i n c o i l a b o r a t i v e d e s i g n a th o m ea n da b r o a d w i t ht h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h eb sa r c h i t e c t u r e ，a n o p e n a n dd i s t r i b u t e df l a m eo f c o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e mi sb r o u g h tf o r w a r d ，a n dt h eh i b e r a r c h yo ft h es y s t e mi s a n a l y z e d w i t ht h ei n d e p t ha n a l y s i so f t h e c o n c e p t a n d p r o b l e m so f p r o j e c tm a n a g e m e n t ， t h i s p a p e rp u t s f o r w a r da r o u g h a r c h i t e c t u r eo ft h e p r o j e c tm a n a g e m e n t i n c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，a n dd i s c u s s e st h ee s s e n t i a lm e a n i n go f e v e r ym o d u l eo f t h e s y s t e m ，n a m e l yt h em o d u l eo fp r o j e c td i s a s s e m b l y , p r o j e c tp r o c e s sm o d e l i n g ，t a s k e x e c u t i v ee n g i n ea n dp r o j e c te x e c u t i v em o n i t o r t h i s p a p e r t a l k sa b o u tt h e s u p p o r t i n gt e c h n i q u e s t h a t h e l p t or e a l i z et h e p r 0 3 e c tm a n a g e m e n ts y s t e m i nc o l l a b o r a t i v e d e s i g n a t l e n g t h t h ep r o j e c t m a n a g e m e n ts y s t e mi sc o n s t r u c t e db ym e a n so fa c t i v e xc o n t r o l s ，a n do n em o d u l e r e p r e s e n t so n ea s p e c to ft h ep r o j e c tm a n a g e m e n t ，w h i c hc a r r i e so u to n ec o n c r e t e f i m c t i o no f p r o j e c tm a n a g e m e n t t h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd i f f e r e n tm o d u l e s c a nb ei m p l e m e n t e dw i t ht h ea s pa n da c t i v e xd l l t e c h n i q u e s ，w h i l et h ed a t a e x c h a n g i n gc a nb er e a l i z e dw i t ha d oo b j e c t s w i t ht h o s et e c h n i q u e s ，t h i sp a p e r a c c o m p l i s h e st h ep r o t o t y p es y s t e ma n db r i e f l yd e s c r i b e st h er u np r o c e s so ft h e p r o j e c tm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nw e b i nc o l l a b o r a t i v ed e s i g n k e y w 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 ，a c t i v e xc o n t r o l s ，w e b t e c h n i q u e i i - 武汉理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 论文研究的背景和意义 1 1 ，1 论文研究的背景 随着社会的发展，制造业竞争的焦点已从早期的降低劳动力成本和产品成 本，发展到目前的新产品竞争。制造业面临的新形式是：知识技术一产品的 更新周期越来越短；产品的批量越来越小：顾客对新产品性能和质量的要求越 来越高；有能力参与竞争的企业越来越多等。2 1 世纪的制造业，正在从以机 器为特征的传统技术时代，向着以信息为特征的系统技术时代迈进“1 。因此， 以网络制造、敏捷制造、虚拟制造等许多先进制造模式为代表的先进制造技术， 将是制造业快速响应市场需求，不断推出新产品，赢得竞争，求得生存和发展 的主要手段，而分布式协同设计和制造在这些先进模式中都扮演着重要的角 色。分布式协同设计与制造的目标是使产品设计与制造及时地通过计算机网络 并行进行。3 ，它支持多设计主体在异地异构环境下的协同设计，为企业提供一 种切实可行的解决方案。 由于协同工作环境支持的是多个时间上分离、空间上分布，而工作又相互 依赖的协作成员的协同工作，而且企业的协同设计处在一个迅速变化的环境 中，所以，外部环境对产品项目影响重大。对企业而言，不仅需要使用项目本 身的信息，而且还要经常查阅和使用各种项目所处的环境信息。即使对已有的 部分原始资源，也缺乏系统的整理、归纳和合理贮存。有的分散贮存在纸质文 件中，有的保存在人们的脑海里，只有少部分贮存在个人电脑中，也没有实现 数据共享，这样的信息就容易受损和丢失。项目组成员在寻找所需信息时，往 往十分费时、或找不到完整信息、或干脆找不到所需信息、甚至得到错误的信 息。然而网络的发展很好的解决了协同设计中出现的问题，作为先进制造的支 撑技术它为跨地区的协同设计提供了一个共享平台。目前，网络化产品协同设 计已经成为产品设计领域的研究热点。 武汉理上大学硕士学位论文 w e b 平台是以w e b 服务为基础的应用平台，通过将协同应用构建在w e b 平 台上，可以建立便于共同理解的产品数据和协同产品开发工作模式：支持跨异 构平台的数据互操作，支持信息资源的动态调配；支持多用户决策的协调与优 化”1 。基于w e b 的协同设计系统中包括了计算机设备、网络设备、软件、数据 库等多种成分，它的数据处理和业务逻辑涉及到企业中上上下下、方方面面的 各个层次、部门、人员和活动。在系统实施过程，还必须能够对整个协同设计 过程进行有效的管理和控制，否则就会频频发生工程拖延、资金超过预算等问 题，结果就可能在设计过程中被动地应付各种事件。为了使企业的设计制造获 得成功，实现所要求的质量、所规定的时限、所批准的费用预算等等，就必须 进行全过程、全方位的规划、组织、控制与协调，这就是本文所要研究的分布 式协同设计中基于w e b 的项目管理。 1 1 。2 论文研究的意义 目前中国正面临着一个规模空前的经济和社会建设的高潮，作为国民经济 支柱行业的制造业不得不面对经济快速发展所带来的各种风险。而产生这些风 险的原因之一是分布在不同地域的企业在协同设计中缺乏科学性、规范性和标 准性的项目管理。因此，提高项目管理的水平成为当务之急。另一方面，制造 业本身的一些特点导致项目管理的难度加大。国外的一些报告认为，过度分散、 缺乏合作与沟通、流程缺乏透明度、设计人员缺乏全局观等是阻碍企业进步的 绊脚石“1 。为了克服这些问题，出现了许多借助计算机和通讯技术建立网上项 目协同的工作平台，提供网上项目管理的应用服务。据美国r e b u z 网站预测， 这些服务应用将会在未来5 年节约1 0 2 0 的生产成本，初步估计从2 0 0 0 年 的1 8 6 亿美元升至2 0 0 5 年的6 5 5 9 亿美元“。因此，开展网上项目管理研 究意义重大。 已经在国民经济诸多领域中成功运用的项目管理方法，也完全可以用于企 业的协同设计系统中。企业的产品开发是一项复杂而烦琐的任务，必须根据企 业的组织结构、拥有的各项资源以及内外部环境，分成若干子项目或任务，分 步进行开发。它由项目负责人负责，利用可获得的资源组织研发人员进行设计 制造。根据系统科学的观点，小项目可以构成一个大项目，一个大项目可以分 武汉理工大学硕士学位论文 解成若干个小项目。项目管理实质上是保证整个系统开发项目顺利、高效完成 的一种过程管理技术，贯穿于系统开发的整个生命周期。 在分析制造业面临的新挑战以及网络化制造特点的基础上，本课题提出的 “分布式协同设计中基于w e b 的项目管理系统研究”是适应企业设计的分散 化、高效化、准确化以及最优化需求而提出的一种新思路。它将w e b 的思想引 入到协同设计系统的项目管理这一环节中，主要利用遍布全球的电信网和计算 机网络连接分散在世界各地的制造企业，实现远程项目组织和项目控制。通过 利用基于w e b 的项目管理这一工具，可以实现整个企业的所有工程及管理信息 共享，保证信息畅通，对提高各种资源的利用率、生产高质量产品、缩短生产 周期、提高生产和工作效率、降低成本都有非常重要的作用。所以，本课题的 研究对制造企业具有很强的现实意义”1 。 1 2 国内外发展概况及局限 学术研究的发展推动了项目管理理论和方法的成熟，在许多国家项目管理 己成为一门多维、多层次的综合性交叉学科，项目管理的范畴也发展成为全寿 命周期管理。在项目管理中，已广泛应用了工业工程、系统工程、决策分析、 计算机技术与软件工程理论等，发展成为一门综合交叉学科。管理理论与方法 不断有新的突破，如在理论上，已形成了复杂大系统的决策和各种资源配置与 控制运行等理论。在我国，进入2 0 世纪9 0 年代以来，项目管理的学术研究有 了很大进展，我国国内特别是国际合作项目的不断上马，促进了项目管理理论 研究和学科的发展。 随着计算机技术的迅速发展，计算机及其软件，早已成为项目管理方法和 手段的一个极其重要的组成部分，项目管理的计算机应用也越来越普遍。预计 今后的项目管理水平，将日益取决于计算机资源的质量，项目管理的效率也将 越来越受计算机及其软件开发速度的影响。目前除各种单项功能软件外，项目 管理软件正在向集成方向发展。在制造业的产品设计系统中，项目管理模块作 为一种管理工具，从全局角度对产品设计制造中的各种活动、资源作统筹安排， 从而使整个过程能够在规定时间内以高质量和低成本得以完成。因此，项目管 武汉理工大学硕士学位论文 理模块的研究与开发是所有这些系统中至关重要的环节。 具体来讲，项目管理模块是在对众多设计单位的管理手段、工作习惯和经 验等方面深入了解剖析、综合提炼的基础上，结合独到的软件设计理念开发的 对设计过程进行详细管理与控制的软件集合。设计人员通过局域网或互联网进 行项目的登记、设置、交流，并通过登录、交互和查询分析，及时地了解和掌 握项目运行的综合状况，把握项目的进度，控制项目的成本，实现项目的最大 效益。 项目管理从项目的建立到中间运转再到最终项目任务的全面完成，贯穿着 一个项目的整个生命周期。通过项目管理，项目负责人可以方便地进行项目的 登记录入、项目组成员的角色设置、项目费用的分配和进度控制；设计人员可 以方便地查询了解有关项目的基本情况、个人的工作内容，及时上报设计进度、 交流资源和信息：单位领导可以根据自己的权限随时随地地查询掌握任意时间 段内、任何部门和人员的项目任务、项目进展和费用收入等状况以及单一项目 的人员费用进度等详细信息：财务部门可以轻松获取其提供的部门人员的产值 数据，为单位的工资奖金的制定和发放提供依据。通过项目管理还可以得到项 目和部门人员的综合工作指标数据，利用这些数据可以分析得到各部门的综合 效益、有关个人的工作态度和工作能力等信息，为单位的经营计划、决策制度 的制定提供帮助。 当前，w e b 作为全球合作的平台，已成为企业高效而经济的信息通讯基础， 将w e b 技术应用于协同设计系统的开发已成为制造业信息化的一个新的发展 方向。由于利用网络技术可以构造出具有开放式结构的协同设计系统”3 ，目前 已有一些研究人员和研究机构在w e b 上发布信息，建立专业知识库、远程调用 程序库等。这些基于w e b 的模型联系在一起，依靠协同工具等使能技术的支持， 就形成了一个大的集成设计系统。 1 。2 。1 国外发展概况 在激烈竞争的环境下，面对各种复杂的项目，有大量的信息、数据需要动 态管理。要提高管理水平、工作效率，就必须使用先进的方法和工具。有数据 表明，在美国项目管理人员中有9 0 左右的人已在不同程度上使用了项目管理 武汉理t 大学硕士学位论文 软件，有面向计划与进度管理的，有基于网络环境信息共享的，有围绕时间、 费用、质量三坐标控制的，有信息资源系统管理的等等。 目前已经存在一些供专业项目管理人士使用的软件，如美国微软公司的 p r o j e c t 2 0 0 2 、美国p r i m a v e r a 公司的p r o j e c tp l a n n e r ( 简称p 3 ) 、g o r e s 技 术公司的a r t e m i s 、a b t 公司的w o r k b e n c h 以及w e l c o m 公司的o p e n p l a n 等等。 这些软件主要用于编排项目的进度计划，通过资源分析和成本管理合理配置资 源，使计划进度更为合理，同时按计划来安排工程进度，并对进度进行动态跟 踪与控制。但是专门针对制造业协同设计环境下的项目管理软件并不多见，主 要有以下几种： 1 o n e s p a c e 是c o c r e a t e 公司在1 9 9 9 年推出了商品化协同设计软件。 该产品可以支持三维产品的协同查看和协同造型，但是不能实现异构c a d 系统 之间的协同，只能在o n e s p a c e 提供的造型器下实现协同工作。这是协同设计 领域中少有的基本可以实用的应用软件。9 3 2 p r o e n g i n e e r 是美国p t c 公司( p a r a m e t r i c t e c h n o l o g y c o r p o r a t i o n ，参数技术公司) 出品的当今非常流行也非常实用、非常成熟的参 数化三维特征造型集成软件，目前它与协同设计有关的产品有：p t c w i n d c h i l l 、p t cp r o j e c t l i n k 、f i cp r o i n t r a l i n k 。运用这些产品，能够在 基于w e b 的方式下进行协同设计的项目管理。 p t cp r o j e c t l i n k 是一个快速启动的综合解决方案，尤其适用于把重要参 与者连接在一起的特别设计项目。无论这些人是在企业内部工作，还是作为外 部设计链的一部分客户、供应商、台作伙伴，以及内部产品小组，通过 p t cp r o j e c t l i n k ，每个参与人员都能相互连通，从而实现协同讨论。这种工 作方式对高度重复的设计尤其有用，它是基于w e b 的共享工作区来工作的。在 这个虚拟工作区，项目小组成员可以共享想法、观点和设计项目所研究的工作 模型。“” 3 t e a m c e n t e rp r o j e c t 项目协同管理，是e d s ( e l e c t r o n i cd a t a s y s t e m s ) 公司提供的基于w e b 的协同项目管理解决方案，通过项目小组的工 作任务和项目计划，优化项目资源的分配，以降低产品的开发成本。该系统具 有很强的开放性，能为各种软硬件平台提供结合不同c a d 、e r p 、等系统 武汉理工大学硕士学位论文 的完整解决方案，使客户可以得到最佳化的系统组合，是基于w e b 的强大、独 立、多层次的框架结构。“” 1 2 2 国内发展概况 项目管理技术的发展和计算机技术的发展密不可分，8 0 年代随着微型计 算机的出现和运算速度的迅猛提升，国内许多院校和科研单位丌发了很多项目 管理软件。但由于受到计划经济体制的影响，很多国内软件仅作为课题开发， 形成成果后没有商品化，也没有进行维护升级工作，导致国内项目管理软件发 展十分缓慢。而且国内项目管理软件往往侧重于时间进度的管理，撇开人、财、 物各项资源，仅就各项工作本身的逻辑关系编报时间进度计划，不管其理论多 么科学合理，在实际工作中都很难完全依据其执行。讲计划、讲进度或讲工期 其实质都是“对工作进行计划，并按计划来做工作”。 经过近2 0 年的发展，在市场经济中无法生存的项目管理软件已被市场淘 汰。现在我国项目管理软件已朝着“全面详细计划、严格按计划实施、及时反 馈更新、严密跟踪对比”的模式进行，而且国内也不断涌现出优秀的商业化项 目管理软件，主要有以下两种： 1 p m 2 邦永项目管理软件，是基于项目管理知识体系( p m b o k ) 的基本理 论并结合中国国情而开发的管理软件。范围从项目资金投入、计划编制、进度 安排、资金使用、物资采购、资源调配与管理、进度跟踪、技术指标管理、质 量管理、风险分析、项目评估到合同管理，涉及项目周期全过程的各个侧面， 配合公司提供的专业化实施规划，是大中型项目管理的完美解决方案。p m 2 项 目管理软件不是针对某一个或几个行业而设计的系统，它是个通用的项目管理 软件，因此，适用于国民经济的各个领域。 2 l i n k p r o j e c t 是北京梦龙公司开发的一个旨在帮助企业建立有效的项 目信息沟通网络、项目数据信息处理中心和灵活的项目事务协同机制，以提高 企业整体项目管理水平的项目管理中心平台。主要具有以下四个方面的功能 ： 完善的宏观分析功能：单位领导可以通过该系统随时随地地掌握每个工程 项目的进度、资金、质量、利润等情况，辅助领导进行宏观分析并做出正 武汉理上大学硕士学位论文 确的决策。 规范项目管理：规范项目进度、投资控制行为，提升项目管理专业水平， 工程项目部及分包商可以通过本系统实现规范化管理，实现项目的进度分 析调整、资源合理分配，从而提高管理水平，降低管理成本。 科学的管理工具：项目成员及分包商通过项目管理软件及时发现工程管理 中的合同、进度、资金、质量中存在的问题。 信息快速沟通共享：涉及项目的各种成员通过本系统可使任何项目信息迅 速沟通、协同工作，并且项目数据能共享统汇总整理。 1 2 3 存在的局限性 上述基于w e b 的项目协同工作系统采用了各种先进的计算机技术和通信 产品，已经给许多企业带来了巨大的经济和社会效应。但在“建立一个网上协 同工作环境以满足现实世界的参与各方的合作要求”的问题上仍有差距，而且 众多网站的服务和产品缺少标准，不统一、互操作性差。最近，一些国际知名 承包商发起建立了a e c v e n t u r e 合作联盟，旨在“提供包括行业特色的协同工 作、项目管理和市场工具的一整套服务”。在提供网上工程项目管理服务市场 上，现在没有一家公司一支独秀，只有三家公司c i t a d o n ，e - b u i l d e r 和 c o n s t r u c t w a r e 从事该类服务达三年左右，每家至少有t 0 0 0 个用户。在我国， 该市场刚刚起步，但已有提供这方面服务的公司如美国霍尼韦尔公司的 m y c o n s t r u c t i o n c o m 与上海鲁班必龙网络有限公司的l u b a n c o m 。“” 网上项目管理和协同工作系统虽然出现不过短短几年，但它已经对传统制 造业的项目管理方式产生了深刻的影响；另一方面，我们还应看到，当前制造 业仍处在采用协同工作技术的初级阶段，主要还是使用文档管理功能，真正意 义上协同工作中项目寿命周期内的全面管理还难以开展：网上项目管理的价值 才刚刚得到一些公司的认可。因此，对于如何更深入地将项目管理技术应用于 协同设计这一问题的研究显得尤为迫切。 武汉理t 大学硕士学位论文 1 3 论文的课题支撑 针对上述现状，武汉理工大学数字制造研究中心承担了国家“8 6 3 c i m s 主题”数字化设计与制造专题资助项目“产品数字化协同与网络交互式设计技 术研究和系统”( 项目编号：2 0 0 1 a a 4 1 2 2 4 0 ) 的开发，力图从同步和异步的方 式，对分布式协同设计中的数据和过程两方面进行有效管理，从而实现产品协 同设计的顺利进行。为了提高协同设计项目负责人的管理水平和项目组成员的 工作效率，本文从产品设计的项目分解、过程建模、任务执行引擎以及项目执 行监控四个方面考虑，作了一定的研究，并在群件平台的基础上，实现了面向 协同设计的项目管理的主要功能。该系统将是一个以网络为基础的信息管理控 制系统，将能存储正确和完整的项目信息，并按一定的要求进行分类、归纳和 整理；能贮存多媒体数据，包括文本、图形、图像、动画、音频、视频等格式； 能提供友好的用户界面和系统设计项目管理工具，收集、存贮及分析数据，为 项目管理人员进行规划、控制、决策和数据查询提供支持。任何人在任何时候、 任何地点在获得授权的情况下，都能通过网络进入和使用本系统。通过该系统 对设计项目的任务活动进行有效的管理，保证设计项目的进度和质量。 1 4 论文内容安排 分布式协同设计中基于w e b 的项目管理系统的开发是一项崭新的工作，本 文认为与传统的项目管理系统相比，有以下几个方面的转换：从单机环境变 为异地分布式的网络环境；从串行处理方式变为以并行为主的处理方式； 项目的监控数据从执行过程中自动获得；系统采用基于c o m 组件的程序化设 计方法，结构灵活，易于实现。因此，本论文主要围绕以下几个方面展开工作： 1 产品协同设计系统框架 简要介绍了分布式协同设计的基本概念，建立了协同设计系统工作模式、 组织结构、运行环境的总体框架，并对该框架的层次结构进行了详尽分析。 2 项目管理子系统框架 在对项目管理基本概念进行全面描述的基础上，对目前协同设计系统中项 武汉理工人学硕士学位论文 目管理存在的问题进行了剖析，提出了项目管理子系统的基本模型。在此基础 上，进一步研究了其基本系统模型的各个功能模块。 项目分解模块：主要功能是协助项目管理者制定项目的目标，并从工作组 的粒度层次上将设计目标分解成若干个任务，同时定义项目的里程碑、任 务完成预定期限、任务完成时提交的对象和确定工作任务的分配； 项目过程建模：通过对项目过程模型的建立与分析，得到一个优化的项目 执行过程，自动地启动项目的执行进程； 任务执行引擎：将任务实例封装后，根据过程执行的情况，判断各个任务 的出发条件，不断将激活的任务和必要的数据分发给各个设计者，进行整 个项目实施过程的任务调度； 项目执行监控器根据反馈的任务执行情况，提供全面反映项目实时执行进 度的视图，以帮助项目管理人员更好的了解项目的整体情况和各种应用状 态，并根据需要，对任务流程进行重组，对任务进度进行调整，重新定义 组织结构，从而产生新的信息模型，为项目的运行提供新的依据。 3 项目管理系统的支撑技术 通过分析a c t i v e x 技术和w e b 技术各自的内涵，提出了采用a c t i v e x 技术 对w e b 通信能力扩展的思路。即系统客户端利用a c t i v e x 控件实现具有特定功 能的各项目管理子模块，服务器端使用a s p + a c t i v e x 技术来完成安全高效的事 物处理。在通信模型中，服务器扮演了路由器的角色，由服务器来进行消息的 侦听和转发，实现项目管理模块问的通信。此外，通过对各种数据接口技术的 比较，系统采用a d o 对象进于亍数据交换。 4 项目管理系统主要功能模块的实现。 5 总结了本文的工作和本论文存在的不足之处。 武汉理：工大学硕士学位论文 = = = = = = = = ! = = = = = = = = = = = ! ! = = ! = = = =：= ：! ：= ：= _ = = = = 第二章分布宝协同设计蓦统总体框架分析 协同设计概念的引入，开拓了设计领域的新理论，为企业内部各部门和企 业之间的信息沟通带来了新的活力。同时，它重新构造了企业内部和企业之间 的信息交流模式和协作方式，因此，本章将着重讨论网络环境下协同设计的工 作模式和总体框架。 2 1 分布式协同设计 2 1 1 分布式协同设计的概念 设计问题是一个多源的复杂处理过程，为了实现优化的合理设计，设计者 通常要引入多种设计方法，运用多种数据和知识来达到设计的目的。例如复杂 产品的设计往往需要综合诸如结构、强度、材料、加工等多方面的知识，而且 还要顾及产品性能、体积、大小、重量、价格等约束条件，各种因素相互影响、 相互制约。因此，设计问题是一种典型的具有分布、动态特征的群体协同求解 问题。 协同设计是指在计算机的支持下，各个成员围绕一个设计项目，承担部分 设计任务，并行交互地进行设计工作，最终得到符合要求的设计结果”“。协同 设计的关键在于保证在产品的整个开发周期内，参与协作的企业能进行有效的 数据交换、共享、查询及过程的协同、运行和控制，保证数据的一致性和完整 性“。由于它强调设计者采用群体工作的方式，从而不同程度地改善了传统设 计中项目管理与设计过程之间、不同设计阶段之间、设计与生产之间的脱节， 以及设计周期过长、设计费用过高、设计质量不易保证等弊病“。 分布式协同设计( d i s t r i b u t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ) 是指通过网络技 术构造合作设计的共同环境，在异地协同工作过程中，达到各种设计资源( 包 括设计材料、设计工具、设计人员) 的优化配置和远程资源共享，以完成共同 任务。分布式协同设计也可称为多点协作设计、计算机支持的协同设计，或简 武汉理工人学硕士学位论文 称为协同设计、异地设计等。分布式协同设计作为一种产品研发的新方法，其 目的是为了更好地发挥企业的核心优势和核心资源，实现各企业的资源共享和 优势互补，共同应付市场的挑战，联合参与国际竞争，更好地把握市场机遇。 它克服了传统设计手段的封闭性、局限性和设计能力的不完备性，减少了设计 资源的重复投入，缩短了产品研发周期，增强了企业的竞争力和市场开拓力。 分布式协同设计将设计方法带入了新阶段，开拓了设计理论的新领域。 2 1 2 基于w e b 的分布式协同设计 在市场的动力下，协同设计系统从局域网环境扩展到广域网的w e b 环境。 基于w e b 的分布式网络制造模式，冲破了传统制造业的“闭关”戒律，以 i n t e r n e t 技术为基础，在全球范围内动态地建立起产品研制、生产、销售、 服务网络，快速响应市场需求，以期获得最佳的经济效益。基于w e b 的分布式 网络制造不同于传统生产的配套与扩散方式，而是利用以因特网为标志的信息 高速公路，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分布在不同地理位置的制造资 源和各种核心生产能力迅速地组织成一个没有围墙的、超越空间约束的、靠电 子信息手段联系的、统一指挥的集团化经营实体，快速获取客户需求信息，并 迅速向市场推出高质量、低成本的新产品“。这种基于w e b 的分布式协同设计 工作具有如下的特征： 1 交互性和实时胜：协同设计是复杂的信息和事务处理过程，它以 i n t e r n e t i n t r a n e t 的通讯技术为构架，实现设计系统中的各项服务功能，需 要在小组之间、小组与系统之间以及系统的不同模块之间进行实时通信，在异 地同步的协同设计中要共同看到结果，实现“你见即我见”。8 1 2 安全性和可靠性：协同设计要求实现静态信息存储的安全性和动态信 息交换的可靠性，这与i n t e r n e t 的开放性和安全性相矛盾，这就要求系统必 须从硬件环境和软件环境两个方面考虑数据资源的安全性。 3 项目的完整性：在协同设计中各工作小组可能只负责整体设计中的一 个部分，工作小组问的通信依靠广域网中的通信子网以及相关的交换设备进 行，任意环节出现问题都可能导致事务处理的不完整，这就要求保证设计的完 整性。 武汉理工大学硕士学位论文 4 集成性和开放性：系统可以支持同步和异步的协作方式，可把器件技 术以及已有软件通过共享引擎集成在系统中，并且只要符合系统接口约定，更 多的协同应用可被集成到系统中。该系统同时适用于结构化和非结构化的应用 环境。系统灵活、可变，具有广泛的开放性。 5 多主体性：协同设计活动由两个或两个以上的设计人员参与，而这些 设计人员通常是相互独立的，并且各自具有领域知识、经验和一定的问题求解 能力。 2 1 3 工作模式和分类 一般来说，根据不同的信息交流形式，可以把协同设计的工作模式分为以 下三类3 ： i 松耦合协同 在这种协同工作方式下，一个阶段的输出是在无任何限制的情况下作为下 阶段的输入，一般仅要求协同支持系统提供数据传输功能，这是一种弱协同 方式。 2 中等耦合协同 这是一种集成的工作方式，一般提供共享数据库和数据库转换功能。这种 方式下，不仅可以满足数据共享的需要，而且可以实现各子系统运行时的数据 交换功能。但这种方式不支持设计者之间的干预和对某一个设计问题的讨论。 而在现代设计中，存在大量的讨论和相互干预，所以中等耦合也不能完全满足 现代协同设计工作的需要。 3 紧耦台协同 这是一种支持所有参与设计的人员共同进行项目设计的：i _ = 作环境，除具备 共享数据库和网络数据传输功能以外，还具有项目计划、项目监控、工作流管 理的功能，并可以提供共享白板以及会议系统等协同工具，系统要有较快的响 应速度和较快的交流。从紧耦合的概念来看，比较符合现代设计的实际要求。 三种不同协同类型的特点，以及对分布式协同设计系统的要求如表2 1 所示1 ： 武汉理工大学硕士学位论文 表2 - 1 协同类型比较表 协同类型信息交换量信息交换方式冲突识别、消解网络速度要求软件对分布式支持 松耦合少人工提出无低无 中等耦台 由 使用商用软件人工参与一般需要 紧耦合多自动识别转换全自动高必须 此外，协同工作模式也可按照空间和时间来进行分类。按照空间的概念划 分，合作者的地域分布可以分成本地和异地”“：按照时间的概念划分，合作者 的交互方式可以分成同步( s y n c h r o n o u s ) 和异步( a s y n c h r o n o u s ) 。由此将计 算机支持的协同工作分成四类： 1 同步模式：在同一时间和同一地点进行同一任务的合作方式，如共同 决策、共同编辑文件、室内会议等。 2 分布式同步模式：在同一时间但不同地点进行同一任务的合作方式， 如联合设计、联合编辑、群体决策、视频会议等。 3 异步模式：在同一地点但不同时间进行同一任务的合作方式，如轮流 作业等。 4 分布式异步模式：在不同时间且不同地点进行同一任务的合作方式， 如电子邮件。 2 2 分布式协同设计系统的总体结构 2 2 1 系统的基本要求 基于w e b 的分布式多用户协同设计工作对网络应用技术提出了新的要求， 系统在互连和互操作的基础上，必须提供面向用户协作的支持，具体表现在； 1 应具有良好的人一机接口和人一人接口。 由于协同过程涉及到不同地域、不同部门、不同专业的设计人员，因此协 同小组组织结构应具有灵活性，协同小组成员的身份可以跨学科、跨部门、跨 行业a 所以，为了便于设计人员更好的交流与合作，建立一个简单友好的多用 户交流界面就显得尤为重要。同时，为了保证合作通畅，提供的接口必须是广 武汉理_ 大学硕士学位论文 义上的人与人之间的接口。 2 应具备兼容性。 在异构环境下的协同工作，应用的可移植性和适应性很重要，用户应该能 在不同的硬件平台、操作系统和用户接口下协同工作。 3 具有并发处理和控制功能。 由于各个设计人员的领域知识一般都是独立的，各自具有的知识结构、经 验和一定的问题求解能力有可能造成冲突，因此我们需要具有一种协同机制和 冲突消解机制，来保证各个设计人员完成共同的设计任务。 4 保证全系统产品数据的一致性。 由于设计的产品数据是以各种格式的文件分布在网络的不同节点上，设计 过程中，不同的用户会使用到数据的不同部分，所以维护数据的一致性是协同 设计的关键”“。 5 采用开放标准和标准接口。 采用i g e s 、v r m l 、s t e p 等数据交换标准，能够保证来自产品生命周期各 环节的设计人员及供应商和客户的参与，便于信息共享。 2 2 2 系统的体系结构 表2 - 2b s 模式与c s 模式的比较 比较项目c s 模式b s 模式 客户端需操作系统、网络协议、客户机软件和应用软件简化，只需安装浏览器 胀务器端只有单纯的数据库服务器，h 完成数据处理完成所有的开发、维护和升级工作 运行平台不能满足用户跨平台的要求易于实现跨平台的应用 运行效率般向 l 安全性较差高 传统的协同设计系统采用c 1 i e n t s e r v e r 的两层体系结构，即将系统按照 基于客户机的任务和基于服务器的任务划分，使群体协作时成员在空间上和时 间上具有分散性，但由于协同设计是一个非常复杂的信息处理和事物处理过 程，这种传统结构存在许多无法克服的缺陷，例如对实时群体交互缺乏支持、 武汉理工大学硕士学位论文 对多媒体信息的协作缺乏支持、面向系统的控制与分布缺乏透明性，同时，使 系统的扩展性、开放性和易维护性都比较差。表2 - 2 对c s 模式和b s 模式进 行了比较。 图2 1 基于w e b 的分布式协同设计系统总体框架 武汉理_ 人学硕士学位论文 通过比较可以看出，b s 结构是一种瘦客户机模式。客户端只需安装浏览 器，并根据需要下载所需的应用程序在本地执行，而将大部分处理工作放在服 务器端，减小了客户端维护工作的负担，易于管理、维护和版本升级。4 “”3 基于c s 结构的上述不足，结合网络技术在制造业的广泛应用，目前已有 越来越多的c s c w 系统开始从传统的c l i e n t s e r v e r 结构向b r o w s e r s e r v e r 的三层体系结构转变。 综合上面得到的基于w e b 的协同设计的特性、工作模式和分类、设计中协 同工作对系统的具体要求等内容，本文建立了基于w e b 的协同设计系统的总体 框架，如图2 1 所示。 2 3 结构层次分析 上述系统以s t e p 、x m l 、v r m l 、c s c w 为基本支持技术，建立数据管理服务 器，实现对包含数据库、知识库、模型库、方法库的综合数据库的管理。通过 建立协同服务器，提供一组协同服务，从而实现协同设计的信息集成、过程集 成和功能集成1 。 2 3 1 客户层 该层为设计者提供应用接口，是个图形用户界面。客户端设计人员只需 将实体的更新作为消息发送给服务器端，服务器端通过数据库服务器与数据库 系统建立联系，通过数据库管理技术完成状态的更新，再及时将更新的部分复 制给那些可以看到这些状态更新的设计人员，就可以极大的简化客户端的工 作，将客户端从繁杂的事物处理中解脱出来。 这种结构中，客户端只需安装一个w e b 浏览器和供设计人员使用的具体的 设计开发软件，如本地c a x 工具、本地a c t i v e x 控件、e r p 、p d m 等。设计人 员通过浏览器访问中间层应用服务器的设计系统时，将具体的开发软件与服务 器层的设计工具相集成，通过设计工具扩展开发软件的功能，实现不同客户端 之间的信息交流与共享，管理设计状态，对设计过程进行调度和协调。同时， 根据需要随时从w e b 服务器下载具有特定功能的a c t i v e x 控件以及对应于特殊 武汉理工大学硕士学位论文 工作的浏览工具、c a x 设计工具等到本地执行。a c t i v e x 控件的技术内涵和具 体应用情况将在后面做详细讨论。 2 3 2 服务器层 服务器在分布式系统中主要起代理和缓存作用。 通过服务器的封装，可以将原有系统中的特定功能转变成可以供外部用户 远程调用的服务，从而实现协同设计的信息集成、过程集成和功能集成，并通 过一系列公认的标准，规范了分布式异构环境中的服务访问机制。设计人员在 使用服务的时候仅关心服务调用的结果，而不考虑服务的执行过程以及具体实 现的问题。 服务器层提供了一组协同设计工具集、协同管理模块集、多媒体协同应用 集以及协同决策机制，具体内容及功能如下： 1 协同设计工具集：包括c a x 工具和浏览工具以及a c t i v e x 控件。 c a x 主要用来与客户端已有的c a x 软件进行集成，扩展c a x 软件的功能， 使之具备协同设计能力。浏览工具提供对3 d 模型、2 d 图形和文本文件等多种 对象的异地协同浏览和查询。 2 协同管理模块：包括项目管理、文档管理、工作流管理。 项目管理负责任务的规划和分解，任务进度的跟踪与控制；文档管理部分 用于保存图纸文档，方便查询和修改，并保证文档的正确性；工作流管理负责 当用户对数据进行操作时人与人之间或活动与活动之间的数据流向，以及在一 个项目的生命周期内跟踪所有事物和数据的活动。“” 3 多媒体协同应用；包括共享白板、视频会议、电子邮件等。” 共享白板：提供的是一种最直接、最迅速的信息交互手段，使设计小组之 间可以实现在线讨论，提供的图形交互功能可以使各小组对交互的信息有 一个直观的认识，并且每个小组可以实时发表自己的看法