（机械制造及其自动化专业论文）基于web环境的产品协同设计技术及实验.pdf

重庆大学硕士论文 英文摘要 ab s t r a c t n e t w o r k s s u p p o rt e d c o o p e r a t i v e d e s i g n ( n s c d ) ， o n e o f t h e c u r r e n t r e s e a r c h f o c u s i n t h e fi e l d o f e n g in e e r in g d e s i g n , i s a k i n d o f a d v a n c e d d e s i g n t e c h n i q u e s b a s e d o n c o m p u t e r a n d n e t w o r k . n s c d c a n o v e r c o m e t h e i n c o n v e n i e n c e s c a u s e d b y s p a c e , t im e a n d d i ff e re n c e o f t h e s o ft w a re a n d h a r d w a r e o f t h e c o m p u t e r s a n d re a li z e s h a r i n g i n f o r m a t i o n o v e r p l a t f o r m s . s u p p o r t e d b y t h e n s f c ( n o .5 9 8 7 5 0 8 7 ) ， re s e a r c h s u b j e c t s c o n c e rn e d i n t h e t h e s is f o c u s o n t h e f o l l o w in g s : t h e p a p e r d is c u s s e s t h e c o o p e r a t i v e m e c h a n i s m , d a t a m a n a g e m e n t , m a n a g e m e n t a n d c o n t r o l o f d e s i g n e r s , a n d a d v a n t a g e s o f d i s t ri b u t e d c o o p e r a t i v e d e s i g n s y s te m , a n d p r e s e n t s t h e s o l u t i o n o f b ro w s e r / w e b s e r v e r / d a t a b a s e s e r v e r m o d e l b a s e d o n w e b a n d d a t a b a s e b y a n a l y z i n g t h e p r o b l e m s e x i s t e d i n a p p l ic a t io n o f n s c d . t h e p r o g r a m m in g s o l u t i o n o f t h e w e b w i t h a s p l a n g u a g e i s p r o p o s e d b y a n a ly z in g th e a d v a n t a g e a n d d is a d v a n t a g e o f m a n y p r o g r a m m in g te c h n iq u e s o f d y n a m i c n e t w o r k p ro g r a m m in g . a n d t h e d a t a b a s e i s e s t a b l i s h e d t o s t o re th e d e s ig n e r s a n d t h e d e s ig n in g fi l e s in f o r m a t io n f o r re a l i z i n g s h a r i n g i n f o r m a t i o n o v e r p l a t f o r m s . d y n a m i c m a n a g e m e n t o f t h e i n f o r m a t i o n o f t h e d e s i g n e r s a n d t h e d e s i g n in g fi l e s a n d c o o r d i n a ti o n o f th e c o o p e r a t i v e d e s ig n i n p ro g r a m m in g o f d y n a m i c w e b p a g e s a re re a l i z e d b y u s i n g o d b c t o l in k n e t w o r k d a t a b a s e i n t h i s p a p e r . t h e k e y t e c h n iq u e s o f e s t a b l i s h m e n t a n d l in k o f n e t w o r k d a t a b a s e h a s b e e n re s o l v e d in t h e p ro g ra m m in g in t h e d e v e l o p m e n t o f t h e w h o l e p ro j e c t . t h e i n t e r f a c e o f s o ft w a r e i s d e s i g n e d t o s im p l i c i t y in o r d e r t o m a k e t h e o p e r a t i o n s c o n v e n i e n t i n th e p r o c e s s o f a p p l i c a t io n . a ft e r d e v e l o p in g t h e w h o le s y s t e m c o m p l e t e ly , t h e p r a c t i c a b i l it y o f t h e s y s t e m h a s b e e n p r o v e d b y a n e x p e ri m e n t o f a c o o p e r a ti v e d e s ig n o f w i n d m i l l g e n e r a t o r s p e e d u p g e a r b o x . k e y w o r d s : d e s ig n t e c h n iq u e , d e s ig n , w e b - b a s e d , d y n a m i c w e b p a g e s , n e t w o r k d a t a b a s e 重庆大学硕士论文 绪论 1绪论 1 . 1课题的背景、来源和意义 1 . 1 . 1 课题的背景 设计是州门 运用知识、方法和科技，有目 标地创造产品构思和计划的 过程，其本质也就是创造和革新，设计这一过程几乎涉及到人类活动的全 部领域。 设计作为 现代工业生 产的关键环节， 在产品的整个生命周期中占 有极其重要的位置， 它基本上决定了 产品的内 在和外在品 质、 质量及成本。 据有关文献:产品成本的7 0 % 是在设计阶段决定的。 n , n 随着社会的发 展和科技的 进步， 各种工作变得越来越复 杂。以前完成 一项工作可能只要一个人或几个人就能胜任，现在就大不相同了， 许多工 作的完成都是众人智慧的结晶，因此协同工作在当今社会变得日 益重要。 计算机技术和网 络技术的发展，整个世界逐步形成了由网络连在一起的 “ 高速信息网” . 人类社会进入以 in t e r n e t 为标志的网络时代，相应地人 们的工作模式正在发生巨 大的 变化，出 现了不受地理位置限 制的 全球性的 大协作。 ; a 计 算 机网 络 支 持 的 协同 设 计( n e t w o r k s s u p p o rt e d c o o p e r a t i v e d e s i g n , n s c d ) 是指一个分布式多学科专家组成的 设计群体， 在计算机技术、网 络通信 技术和多 媒体技 术的 支持下， 采用集成化和并行 化的 方 法 及其技术 设计产品，在产品设计的早期阶段就充分考虑产品整个生命周期中 所有环 节的影响，以 减少设计更改次数，缩短产品开发周期，降 低开发成本， 快 速响应动态多变的 全球市场。 它除了具有群体性、分布性、 和 动态性的特 点外， 还具有并行性的特点， 是未来设计的一个新发展趋势。 5 . 6 ) 1 . 1 .2课题的来源 在国家自 然科学基金项目 基于网 络技术在异构环境下的多点 合作设 计的关键技术研究( 项目 编号5 9 8 7 5 0 8 7 ) 的资助下， 本文提出 基于w e b 环境的 产品协同 设计技术及其实验这一课题作为硕士学 位论文的 题目 。 1 . 1 .3课题的意义 根据对检索的文献资料以 及国内 外研究现状分析， 我们认为本课题 的目的和意义是: 使用最新的w e b 技术构建一种协同设计原型系统， 解决在异构环 境下产品协同设计工作的组织和管理问 题，以及各种应用程序的跨平台的 重庆大学硕士论文 1绪论 连接和交互操作等问 题。 应用网 络数据库技术建立设计人员 信息 和产品设计信息的 管理系 统， 解决异地协同设计过程中产品设计信息相互共享的难题，更加有效地 控制了 产品 信息的安全传输。 使用网 络通讯技术建立异地协同设计环境中的同步交流系统， 解 决异地设计过程中实时处理突法事件的难题。 在以 上 三点的基础上，寻 求实 现协同设计的方法和实 现的技术， 建立 支持协同 设计的环境，推动其应用技术的发展。 1 .2本文的主 要内 容和研究条件 1 .2 . 1本文的主 要内 容 本文主要包括以 下几方面: 简要介绍了计算机支持的协同工作 ( c o m p u t e r s u p p o rt e d c o o p e r a tiv e w o r k , c s c w) 的 基 本 概 念、 研 究 体 系 、 应 用、 发 展以 及核 心问题之后， 详细介绍了n s c d的概念、应用研究、基本框架，及其关 键技术。 首 先分 析 论证了 为 何要采用w e b 模型 来 建立n s c d系统， 然 后 介绍了w e b技术，分析了动态网页 一 -a s p的优越性及其技术特点和工作 原理， 最后讲述了网 络数 据库技术以 及和a s p 连接的 解决方法。 在 前面分 析 论证的 基础上， 具 体研究了n s c d系统模型设计的 步 骤， 分为以 下四步: 1 ) 异地协同设计系统总体结构的设计 异地协同 设计系统主要由 三个部分组成: 第一部分是 w e b服务器以 及服务器端的程序: 第二部分是数据库服务器以 及设计人员和设计文件信 息存储的 数据库; 第三部分是管理设计文件的f t ?服务器。 2 ) 异地协同 设计 项目 管理系统的设计 异地协同 设 计项目 管理系统的 设计本质上就是一个 w e b服务器端程 序的开发. 采用浏览器朋 民 务器 ( b r o w s e r / s e r v e r , b / s )结构和 w e b技术 实现协同 设计项目 的总体管理功能，是异地协同设计的环境支持系统。此 模型通过动态网页编程技术来实现，设计人员通过浏览器访问这些动态页 面和服务器进行交互式操作，形成了以w e b服务器为支持的协同设计系 统。 3 ) 异地协同 设计过程中 人员 信息管理系统的设计 建立人员信息管理的 数据库来记录设计人员的 信息和与 w e b服务器 之间 交互式 操作的信息。 通过动态页面连接网 络数据库来进行 人员信息的 重庆大学硕士论文 i绪论 管理， 动态页面中的每一个程序都在服务器上执行的，并把记录的信息写 入数据库。 4 ) 异地协同设计过程中产品信息管理系统的设计 建立文件信息管理的数据库来管理设计文件的 信息以 及设计人员对 文件存取操作的记录。 通过动态网 页里面的 程序， 设计人员可以 完成对文 件上传和下载的 操作， 通过动态程序和文件存储的数据库连接，文件操作 和使用过程中的信息会自 动存储在数据库中。 在上面的基础上讨论了异地协同设计中设计人员之间的同步交流系 统的设计，以弥补设计人员在协同设计中实时交流的缺陷，进一步完善 n s c d系统的功能。 以 一个风力发电 机增速齿轮箱体结构设计为例进行了 协同 设计的 实验，以 验证本文设计的原型系统及其实用性。 全文总结。 1 .2 .2研究条 件 重庆大学 机械传动国 家重点实 验室为本课题提供的 研究条件是: 硬件环境: i n t e l p h 1 5 0 0 和i n t e l p 1 1 4 0 0 计算机，和s u n u l t r a 3 0 / 2 5 0 / 3 d和s u n u l t r a 1 7 0 e / 3 d工作站。 软件环境: 操作系统: wm d o w s 2 0 0 0 a d v a n c e d s e r v e r , wi n d o w s 9 8 , s u n o s 5 . 5 . 1 和、s o l a r i s 2 . 6 0 浏 览 器 软 件: i n t e rn e t e x p lo r e r 5 .5 和n e t s c a p e 5 .7 4 0 网络环境: 以i n t e l p ii i 5 0 0 计算机作为网络服务器，并配有i n t e l 5 1 0 t型交换 机， 此局域网 通过重庆大学校园网c q u n e t 的主节点 联入因 特网。 重庆大学硕士学位论文 2计算机网络支持的异地协同设计 2计算机网络支持的异地协同设计 2 . 1引言 随着社会的发展，设计对象日 益复杂，设计越来越成为群体行为。 同时，市场竞争的 加剧对产品的设计周期和质量提出了 严格的要求，并促 使了并行工程的实施，要求多学科专家进行协同工作来完成整个设计项 目，由此形成一种群体工作方式 ( t e a m w o r k ) 。 群体工作方式的实施需 要一项能够真正克服时间、空间、计算机软硬件差异等障碍的使能技术的 支持，以形成一个便于相互交流和合作的 “ 虚拟同地”的共同工作空间。 计算机网络支持的协同设计技术就是这样一项使能技术。5 1, 8本章将详 细介绍此项技术的 特点。 2 .2计算机支持的协同工作 2 .2 . 1 c s c w的基本概念 “ 协同科学” 作为一门新兴的学科，其形成和发展的历史并不很长。 但它作为一门 研究完全不同的学科中存在着的 共同 本质特征的交叉学科， 从自 然科学、 技术科学到社会科学的广泛领域中 都有它的 足迹，已 成为将 各种学科联系 起来的 桥梁和纽带。 爱因 斯坦曾 指出“ 如果不相信我们世 界的内在和谐性， 那就不会有任何科学” 。协同就体现着这种内在的和谐 性。 今天， 各个不同的学科， 诸如物理学、 化学、 生物学、医学、 信息学、 军事学、 社会学、 经济学、 组织科学等， 都在从不同的角度研究协同 现象， 研究本学科范围内 或相关交叉学科的协同问题。协同科学则是要把不同学 科共同 存在的 协同 现象抽取出 来作为 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、协同的方法和支撑工具，及其应用 等。6 1 8 1 “ 计 算 机支 持的 协同 工作” 这一 概念最早是 在1 9 8 4 年由 美国m i t的 i re n e g re i f 和d e c的p a u l c a s h m a n 等在描述他们所组织的有关如何用计 算机支持 来自 不同 领 域与学科的 人们共同工作的 课题时 提出 来的，并缩写 为 c s c w。 从它的出 现之初， c s c w 就被认为是一个全新的研究领域。 刚开始人们对于 c s c w 的含义、研究的范围和焦点并不是很清楚，这使 得关于c s c w先后有过不同的理解，例如: “ 从某种观点上看， c s c w只是一把大伞， 在其下面来自 不同 学 科的人们可以 讨论计 算机系统设计和应用的各个方面” 。在这样一个不严 格的描述之下 人们就 很难建立一个明确一致的 研究领域。 重庆大学硕士学位论文2计算机网络支持的异地协同设计 g re i f 在介绍c s c w的一个重要文集中曾 把c s c w定义为“ 一个 关于计算机在群体工作 ( g r o u p w o r k )中的角 色的 独特的 研究领域” 。 这 里强调了“ 群体” 作为分析c s c w的核心。 b a n n o n 和s c h m i d t 在1 9 8 9 年提出“ c s c w应致力于 研究协同 工 作的本质和特征，并以 此为基础来设计出具有足够的 计算机技术支持的协 同工作的信息系统” ，许多研究c语言的人员简单地用术语 “ 群件”来称 呼 这一 领 域， 这 主 要 是 那 些 研制 支持群体 工作 软 件的 人 提出 来的。 )6 ) 19 1u ) 总结上述各种看法，我们可以用这样的观点来描述这一新兴领域: 在计算机技术支持的 环境下 ( 即c s ) ，特别是在计算机网络环境下，一个 群体协同 工作 完 成一项共同的 任务 ( 即 c w) 。 它的目 标是要设计支持各 种各样的协同 工作的应用系统。19 . 2 .2 .2 c s c w的发展状况 c s c w概念提出的1 0多年，随着计算机技术的迅猛发展，c s c w的 研究己 成为国内 外学者及软硬件开发商研究的热点。 针对 c s c w 的体系 结构、协商机制、冲突与协调、公用语言、人与人交互界面等方面进行了 深入细致的研究。一些公司已 推出了 视频会议系统的产品，如美国全视通 公司的l iv e l a n , i n t e l 公司的p ro s h a re和s h o w - me 软件系统公司的s h o w me 等等，并在制 造、 办公自 动化和商业等不同领域的 应用取得了良 好的 经济 效益。国内c s c w 的 研究已 经起步，不少院 所做了 这方面的研究。 清华 大学、北京航空 航天大学、上海交通大学、华中理工大学以 及航天部二院 共同 参与8 6 3 / c i m s 的 并行工 程重大项目 ， 在s h o w m e 多 媒 体会议系统的 基础上， 进行了 支持 协同设计的 研究，但仅仅还是两点 之间的协同。 清华 大学多 媒体实 验室在国 家自 然科学基金的资助下进行了 协同 编著系统和多 媒体桌面会议系统的 研究。国防科技大学、南京大学、南京理工大学等单 位 也 做 了 一 些 工 作 。 p i), 11 2 1 目 前国际上关于c s c w 的学术会议主要有以下三类: c s c w 系列。由美国计算机学会 ( a s s o c ia t i o n f o r c o m p u t in g m a c h in e ry， a c m) 主办， 可以 看成是该领域最高 水平的学 术 盛会。 自1 9 8 6 年开始， 每两 年在 北美召开一次。 随 着群组 工作研究的 深 入， a c m s i g o a ( a c m s p e c ia l i n t e re s t g r o u p o n o ff ic e a u t o m a t i o n ) 被更 名为s i g g r o u p ( a c m s p e c ia l i n t e re s t g r o u p o n s u p p o r tin g g r o u p w o r k ) ， 以 研 究同 群 组 工作有关的问 题。1 9 9 7 年，s i g g r o u p资助召开g r o u p 9 7 国际会议， 1 9 9 9 年召开了g r o u p 9 9 及w a c c 9 9 ， 由w o r k a c t i v i t i e s c o o r d i n a t i o n a n d c o l l a b o r a t i o n ，由 s i g - mo d ( s p e c i a l i n t e r e s t g ro u p o n m a n a g e m e n t o f d a t a ) , s i g c h i ( s p e c i a l i n t e re s t g r o u p o n c o m p u t e r - h u m a n i n t e r a c t io n 入 重庆大学硕士学位论文2计算机网络支持的异地协同设计 s i g s o f t( a c m s s p e c i a l i n t e re s t g r o u p o n s o ft w a re e n g in e e r in g ) 、 s i g g r o u p 联合资助。 e c s c w系列。主要由 欧洲的一些研究机构组成。自1 9 8 9 年第一 次e c s c w会议以 来， 每两年在欧洲的有关国家轮流举办一次。由于这一 系列的会议也具有较高的学术水平，因此它与 a c m 的c s c w 系列形成 互补，也成为一种具有国际影响的会议。 c s c wi d系列。 主要由亚洲国家的研究机构举办， 其全称是c s c w i n d e s i g n ，自1 9 %年 起 每 年召 开 一 次。 主 要 讨论 计算 辅 助 设 计中 的 协同 工作问题。中国是该会议的主要成员之一。6 , 113 1, 114 1 除了 这三类影响比 较大的国际会议外，有些国家还召开了自己的全 国性c s c w学术会议，如d c s c w为德国的c s c w学术会议。同时，在 通信、 计算机网 络、 信息系统、 分布式系统、数据库系统、 并行工程、多 媒体信息处 理和人 机界 面 等领域中 也开 展了 对 c s c w 应 用的 研究。1 9 9 8 年1 2 月， 在北京 召开了 第一次 全国c s c w学术 会议。 该 会议是每两年一 次全国c s c w学术会议的开端， 其主要目 的是增进我国c s c w研究开发 人员之间的学术交流， 促进我国 c s c w 学科的发展。国 外还有了专门的 学 术 刊 物 c o m p u te r s u p p o r t e d c o o p e r a ti v e w o r k ( c s c w) ) 0 16 1, p 5 1 过去的 1 5 年是c s c w 这一新兴学科形成和发展时期， i n t e rn e t 使得 在全球范围 开展各种协同 工作成为可能，例如电 子商务、 远程医 疗、远程 教育和学习、 远程 协 作 研 究、 远程协同 设计等。 如 今， 在i n t e m e t/ n i i ( n a t i o n a l i n f o r m a t i o n i n fr a s t ru c t u r e ) i g i i ( g lo b a l i n f o r m a t i o n i n fi a s t r u c t u r e )的环境 中，知识经济和数字化浪潮给协同科学与c s c w带来了新的机遇和挑战， c s c w 将更加迅速地发展成熟为应用科学，而且将进一步影响人们的工 作方式和生活方式， 这就要求我们更深入研究新型群组通信支持、协作模 型、工作流管理、 共享媒体空间、异构资源集成、协同系统安全、多维接 口 ( 包括 a p i 、 人机接口 等) 、虚拟协作环境、协同应用开发、协同心理 问题和法律环境等问 题。 116 1, 117 2 .2 .3 c s c w的 研究 体系及其应用 综上所述， c s c w主要致力于研究以 下几个方面: 系统协同 工作所具有的特点和由 此带来的区别于系统单独工作所 要求的支持是什么? 人们为什么要开 展协同 工作?怎样运用基于计算机和通信相关的 技术来 提高 a 4 门 在 协同 工 作中 解决问 题的 能力? 怎样利用信息技术使协同 工作需要的合作被更方便、 更快、更灵 活和更全面实现? 重庆大学硕士学位论文2计算机网络支持的异地协同设计 协同工作的这些需求对系统和服务的体系结构的设计有什么指导 意义? 由于 c s c w 具有宽广的应用领域，因此对协同工作的分类和模 型、支撑环境和工具的 研究就成为它的基础和重要内容。 c s c w 与协同 科学、系统科学、管理科学、社会科学、心理科学 等的关系。14 1. 18 1. 19 1 因 此，c s c w 的 研究体系结构可以归结为 c s c w 通信支持、 体系 结构和协作模型、 支撑环境和工具、 应用系统和多学科交叉等多个层次。 c s c w 应用正在渗透到越来越多的领域，并且正在逐步改变一些传 统的领域。它的主要应用如下:1 ) 远程教育;2 ) 远程医疗;3 )视频会 议系统; 4 ) 共享电子白 板:5 ) 虚拟协作环境;6 ) 协同设计;7 )协同著 作系统; 8 ) 协同 编辑。 (111 . (18 1 2 .2 .4 c s c w的核心问 题 “ 协同” 概念既是c s c w应用的重要特征也是c s c w应用与传统计 算机应用的重要区别所在。 所以 协同问 题是 c s c w 核心课题。 下面讨论 几个主要协同问题。 “ 人一 机交互” 与 “ 人 人交互” 传统的系统只有 “ 人一 机界面” 概 念， 人与系统的 界 面只是“ 人与 计算机” 之间的 接口 ; 而 c s c w 的重要 特征是群体协同 性，除了“ 人一 机交互” 外，必须考虑 “ 人与人” 之间的 接口，即“ 人人交互”问题。 人一 机交互是利用计算机完成某种工作， 人一 机交互只有 “ 机器感” ， 仅仅支持个体工作。人一 人交互虽然也是通过人一 机界面实现的， 但它支持 i 一一 fe - 11 人 一 机交 互的 机器 感 人一 人交互 “ 人感”环 ( 网络 ) / 图2 . 1人一 人交互与人一 机界面 重庆大学硕士学位论文 2计算机网络支持的异地协同设计 群体合作开展工作，共同完成某项任务，人一 人交互界面应使用户有更多 的 “ 人感” ，而不是“ 机器感” 。人一 人交互虚拟 “ 人感”环境是由人一 机界 面和计算机网络环境实现的，如图2 . 1 所示。11 9 1, ip l 例如， 通过计算机系统查询数据库资料就是 “ 人一 机交互” 。而 “ 人- 人交互”则是通过计算机系统与 “ 人”打交道，就象打电话一样，人是 通过电话机和人通话，由于能直接听到声音，给人的感觉是在与人通话， 而不是和电 话ft恿 话。 在现代信息系统中，人们利用先进的网络技术和多媒体技术，己有 条件进行多种人一 人交互的群体活动， 例如桌面会议、 共同 编辑、 共同设 计等。 所以， 这就要求计算机系统让人们感觉到是在与群体成员进行交互， 而不是与机器进行交互，即用户有种 “ 人感” 。例如，在共同编辑中需要 的是群体成员知道不同 人员所做的工作 例如简单的办法是通过多光标， 多颜色或提供语音等手段) 。 共享信息与协同工作空间在c s c w应用系统中， 信息是群体所产 生并为群体所利用， 信息具有分布式特点， 信息共享是协同的一种主要实 现方式。 传统的网 络环境数据库系统中， 在数据库共享访问、 存取等都有 许多成熟的 技术 ( 如数据加 锁、 访问 等) 。 除了应有必需的信息共享功能外，群体成员必须有支持协同工作的 共享空间。 例如，白 板系统必须为群体成员提供一个共同 拥有的白 板，参 与协同工作的成员将需要共享的信息放到共享白板中，以便讨论时参考。 协同工作空间描述与设计及其与 “ 私有工作空间”的关系问题也是 c s c w要解决的关键问 题之一。 信息的“ 时空” 特性与协同 通信群体成员间协同 工作必须相互“ 交 流” 信息，这就需要在成员间传输信息。传统的管理信息系统中，用户 之间的 信息通信主要是简单的数据通信。而群件中，信息通信必须考虑 “ 协同” 问 题。 一般来说， 信息协同传输有四 种方式: 1 )同 地异步方式; 2 )同地同步方式;3 )异地异步方式; 4 ) 异地同步方式。 此外， 在实际系统中，特别是多媒体信息有时间和空间的要求. 例 如，在信息系统网络中的不同用户通过语言进行工作交流，通过摄影屏幕 进行演示等，系统中的 信息 要求时间上实时，空间上有融合感。 协同工作 的难点是信息的同步与实时通信，协同机制等。 冲突与协同控制协同工作是有多人参与的一项群体活动，有 “ 协 同” ，就必然有 “ 冲突” ，所以有必要进行一定的管理和控制。例如，会 议系 统中 有 谁是 会议主席、 哪些人参加 等， 会议中 还会常常 有人中 途参加 或退出 等， 争夺发言权等:又如，在公文系统中， 哪些人可以阅 读那些文 件， 有效阅 读时间， 有效反馈时间等。 12 11, 122 1, 122 1 . 12 4 1 重庆大学硕士学位论文 z计算机网络支持的异地协同设计 此外，群体协同工作的活动往往具有地域性和历史性等特点。这些 都需要系统提供相应的管理和控制功能，如身份确认， 冲突协调、历史文 档资料存储与查询等。2 5 2 .3计算机网络支持的协同设计 2 .3 . 1 n s c d的基本概念 为适应社会生产发展、提高产品质量和设计效率的需要，现代产品 设计具有从静态设计到动态设计、从单项指标设计到综合指标设计、从常 规设计到精 确设计、 从手工设计到广泛应用计算机设计的 特点， 使产品设 计涉及多学 科领 域， 形成了 一个 庞大的 技术学 科支 持群体. 特别是随 着信 息和网 络技术的 飞速发展， 计算机在产品设计过程中不仅仅是计算和仿真 的工具了， 还具有了 智能分析和协调作业的能力， 使得产品 设计出 现了 新 的发展趋势。 将信息网 络技术、系统工程理论和设计知识有 机地结合起来 为产品设计服务，也就形成了产品的协同设计技术。随着计算机网络技术 的发展，计算机网络支持的协同设计 ( n s c d )的研究越来越深入，在设 计中，人们的工作形式己从个体独立向群体协同方向转化，目 的就是要提 高设计的质量和效率. 计算机网络支持的协同设计是计算机支持的协同工作的一个重要领 域以 及具体应用。 它可以 理解为多位专家在计算机网 络环境的 支持下， 相 互合作地完成整个设计项目 的过程。由于它强调设计者采用群体工作方 式， 从而不同 程度地改善了 传统设计中 项目 管理与设计之间、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， 设计费用高，设计 质量不易 保 证 等弊 病。 计 算机支持的 协同 设计的 重 要性在于 使不同 地点的 管理人员、 设计人员、 施工人员以 及用户等都能同 步或异步地参与设计工 作， 从而提高 设计的 质量和效率。 这就要求协同 设计软件在具有传统c a d 软件功能以 及分布式功能的基础上，还应提供更加有效的协同技术。使设 计群体及其所用的工具 ( 软件工具)发挥其最佳效果。 12 6 1 . 训 协同设计的人机交互特征使得协同设计的研究不仅应重视协同设计 环境的开发，更应该重视协同设计过程内 在特征和机理的研究。前者为后 者的 研究提供了 框架和前提， 后者为前者的开发 提供了 理论 依据和指导。 2 .3 .2 n s c d的 应用研究及存在的问题 n s c d是 一 种 面向 人 ( p e o p l e - o ri e n t e d ) 的 设 计 技术， 它 不同 于 传 统 的 面向 技术( t e c h n o lo g y - o ri e n t e d ) 的 设 计系 统。 计 算 机网 络 支持的 协同 设计是并 行工程的 关键技术，中心是协同设计. 近年来不少学者围 绕协同 重庆大学硕士学位论文 z计算机网络支持的异地协同设计 工作中的设计行为及设计过程、 协商机制、冲突及其解决方案、 产品 数据 模型、 群决策支持系统等诸多问 题进行了研究和探讨， 并开发 研制了 一些 面向应用的原型系统。 例如， s t a n f o r d 大学联合l o e k h e c d 及i m p 进行的p a c t 项目，用于研究大规模、分布式并行工程系统。此项目 较为系统地研究了 分布式协同设计的问 题。 有a p a r s i s t o资助i n t e rn e t 网上的设计小组进 行同步产品设计的c o c o u n t ，它是一个开放分布式环境， 支持异地的设计 人员合作协商共同完成个产品的设计制造，此项目 现在仅支持协同设计部 分。 e p r i n t 资 助的r a c e c a r以 汽车工业为应用背景 进行了 并 行工程的 研究。 c e c e d是以 协同 设计为出 发点进行了 并行工 程支撑 环 境的 研究。 /2 8 . u 外 1 3 0 1 b oe in g 公 司 从9 0 年 代 初开 发b o e i n g 7 7 7 时， 为 方 便 分 布 式 异 地的 设 计 人 员 和节 省 时 间 缩 短 设 计 周 期， 进 行了 名为f l y t h m的 项目 研究。 f ly t h m 的开展为设计人员提供了异步协商的手段，并节省了 大量的资金。t o n i r o b e t s o n分析探讨了多 媒体远程教学软件从早期的 研制开发原型系统的 产品 化过程中 协同 设计的 一 些问 题。 c l a u d i a e c k e r t 和a d r i a n d e m a i d 通过 对许多欧共体不同 类型的纺织企业的 调查分析，研究了 毛制品 工业设计的 本质及其设计人员间存在的问题，提出了纺织工业采用并行设计的 框架及 应注意的问题。 企业的设计制造过程，根据行业的不同、产品的不同 及技术水平的 差异，有各自 的 特点。 制造型企业的设计制造过程的问 题， 有一些规范及 多年积累的经验。 随着 市场竞争的加剧，为缩短产品 设计制造周期及提高 产品的质量， 必须在企业中 采用先进的制造及经营管理技术， 如敏捷制造、 并行工程等。这样给研究者提出了如何重组设计制造过程的问 题。至今这 方面的研究不多，研究的成果也难于实际。虽然近年来不少学者围 绕协同 工作进行了一些 研究， 但这些研究还存在不少问题， 如缺乏有效可行的设 计制造行为模型，多学科及交叉学科工作小组的交互语义难于统一及冲突 协调机制尚不完善，设 计制造统一模型的建立等。此外， 现在已建立的 c s c w 系统协同 性不高、 只适用人数较少的小组工作并且无法对冲突进 行最后的决策。 当前计算机网络支持的协同设计研究存在的主要问题是: 对非计算机网络支持的协同设计行为的观察及分析不够广泛、细 致和深入。 协同设计行为的研究不够深入，无法为计算机网 络支持的协同设 计提供行为学上的理论依据。 缺乏对制 造性企业的设计制造过程深入了 解和分 析。 如何对设计 制造过程按并行工 程的思 想进行过程重组，以实现计算机网 络支持的协同 重庆大学硕士学位论文2计算机网络支持的异地协同设计 设计。 设计制造过程中协同工作的具体内容、习惯及经验。 设计制造过程中的协商活动更具复杂性，现有的协商机制难以实 现计算机支持的协同 设计活动，尤其是对多学科协同设计制造活动。 冲 突 及 其 解 决 方 案 的 研 究 有 待 进 一 步 深 入 。 3 1. 3 2 因此，我们在计算机网络支持的协同设计的研究当中，要明确设计 才是最终目 的，一切都要围绕如何才能更好地为设计服务的思路去考虑问 题。计算机网络只是建立协同设计环境的技术支持， 应该充分利用这些技 术，但不能让它们掩盖了设计的本质。明确设计角色的任务以 及他们之间 的关系，分析可能产生的冲突，系统建立时要避免这些冲突的产生，并且 系统应该具有良 好的扩展性和兼容性。 2 .3 .3 n s c d的系统框架 n s c d给协同设计创造了 一个空间，使分布在异地的不同的c a x项 目 组可以 按照并行工程的思想，为完成共同的任务而协同工作。为了能充 分利用 n s c d所提供的工具和技术， 制造系统必须在组织结构、管理策 略 、 决 策 方 法、 产 品 设 计 等 全 过 程 进 行 革新。 t .k ie s e w e tt e r 和 s .k r a m e r 提出了 一个协同 设计模式下的 企业多层结构， 如图2 .2 . 1 2 面向 任务的 计算机支持协同设 计的 组织结构 p d maa -fi t t e a r n wo 改 c a d小组 、 c a m小 组 n s c d环境、 工具 各类通讯协议 计算机网络 图2 .2 n s c d的系 统框架 重庆大学硕士学位论文 z计算机网络支持的异地协同设计 另外 y u .r a m a n a , d j a m e s等也分别提出了一些适应于协同设计的企 业模式。综观这些企业模型，可以看出，要实现制造系统的协同工作，必 须实现4 个不同层次上的协同，即组织结构层、协同工具层、协同应用层 和通信层。 组织结构层。企业的组织结构必须与协同的设计过程相适应。传 统的面向 职能的系统结构己 不能满足并行设计的需求。必须构建面向 任务 的系统模型， 组建工作小组，合理分配系统功能。 应用层。 产品设计中的各功能小组 ( c a d , c a p p , c a m) 应能 实现数 据、 功能和过程上的 交互，能了 解其他相关小组的工作状态，能充 分利用 n s c d支持平台所提供的各种服务和工具，包括约束管理、冲突 协调、方案评价等。 工具层。系统应具备一系列面向 协作的基本服务，诸如冲突的协 调、 共享数据的管理、 协同设计机制等。 它主要是组成了一个协同设计的 控制环境， n s c d的各种服务和工具就位于这一层， 系统应充分利用c s c w 的功能进行协同的控制。 数据层。系统中的产品数据模型是实现协同设计的基础。由于不 同功能小组处理的产品的数据在内容和表示上的不同，要实现数据层的协 同就需要建立相应的 数据交换标准， 并构建全局相关的产品 数据库， 满足 各设计小组对产品信息内容和结构的需求。3 3 1. 13 4 1. 3 5 1 2 .3 .4 n s c d的关 键技术 要真正实现产品的协同设计，必须解决的关键技术问 题包括协同设 计 环 境 构 建 、 产 品 综 合 数 据 管 理以 及d f x 和 智 能 系 统的 实 现 。 协同 设计环境构建 目 前， 大多数并行、协同设计研究集中在企业组织结构的重组上， 而对于协同 环境的研究较少。协同环境提供给各工作小组进行协同设计所 需的协同和管理工具。 它主要是协调和管理设计过程中所产生的矛盾和冲 突，协同完成产品的设计。 系 统中为了 支持协同 工作， 应该为各种应用提供特定 协同 工具. 按 功用大致可以 分为交流工具和决策工具。 交流工具为各成员 交换信息提供 同 步的 和异步的各种工具并对设计和交流过程进行记录. 交流工具可以 是 e - m a i l 、 共享白 板、电 子会议等。 过程记录为用户进行设计过程中的信息 保存服务。决策工具可包括两个层次的功能，即评价和群决策。评价是指 运用评价知识库中的知识， 按一定的 评价指标体系对设计进行 d f x的 单 方面的 性能 评定 或总 体性能的 综合评定。 群决策是 指多 人对一问 题使用一 定的模型进行整体决策。除了 提供特定协同工具外， 协同设计环境还应该 重庆大学硕士学位论文 2计算机网络支持的异地协同设计 对协同活动中所产生的矛盾和冲突进行协调。 冲突的避免、发现和解决大多 应用人工智能的技术。为了预防冲突 的 产生， 可以 采用广义的 约束网络的方法，约束代表各设计小组进行设计 活动所需的各 类条件和规则。当各设计小组的约束不能被满足或相互干涉 时， 冲突就会产生。 通过广义的约束网络可以 检索冲突，自 动搜索参数范 围和通报变动受影响人员等。它将设计中所有约束按照一定规则表示为约 束网络，当 进行产品设计时，与约束网络中的约束条件相对比，就可保证 各设计小组的约束条件被满足且不发生干涉。冲突的解决可以 采用基于人 工智能的 专家系统， 使用一个黑板结构来监视和进行各设计小组间的协同 信息的 存储和交换， 及时 地发现设计中的冲突。利用专家系统所提供的 各 类工具， 如规则库、推理机等完成冲突的解决。(3 6 1 . 13 7 1. (3 8 1 产品综合数据管理系统的建立 产品综合数据的管理一p d m，是对工程数据管理、文档管理、产品 信息管理、技术数据管理、技术信息管理、图像管理以 及其它产品定义信 息管理技术的扩展。 它提供产品全生命周期的 信息管理，不仅包含静态的 数据信息，也包括动态的过程信息，在企业范围为设计与制造建立一个并 行化产品开发的数据管理环境。p d m 虽然起步较晚，但发展迅速。目 前 已出 现许多实验室和商业化系统。 它们的主要功能 可归纳如图2 . 3 所示。 分 布 式的 产品开 发 环境要 求p d m模块能 跨越 地域、时