（机械制造及其自动化专业论文）异地协同设计项目管理中心的研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 中文摘要 ，设计技术是促进经济发展的关键技术之一，它涉及到国民经济的各个 方面，直接影响到一个企业的竞争力，也关系到其可持续发展能力。发展 先进的设计技术己成为重要课题。信息技术和系统科学理论在设计领域的 广泛运用，促使设计技术正逐步向现代设计阶段过渡。 在网络上进行异地协同设计，是现代设计最前沿的一种设想。以 c s c w ( 计算机支持协同设计) 为基础的异地合作设计，是指异地的设计 人员在计算机的支持下，共同完成一项设计任务。它是一个涉及多个学科 的研究方向，包括机械工程和计算机。实施异地协同设计可以实现网络化 的设计知识获取、克服我国设计与制造分离的现状，大力提升设计能力。哆 本论文在认真分析了国内外异地协同设计研究的现状后，针对目前研 究的主要问题提出并实现了“异地协同设计项目管理中心”解决方案。 具体工作包含： 1 详实、全面地搜集了相关资料，在分析国内外异地协同设计研究 的现状后，指出目前研究中遇到的主要问题是软件的进一步智能化集成。 2 分析研究了异地协同设计的相关技术。 3 在协同学的基础上，提出基于w e b 的分布式多智能代理对象解 决方案，实现协同设计的跨平台、多智能协同特性。 4 完成基于多智能代理对象的项目管理中心系统模型的设计。 5 选择“j a v a 瓜m i + a s p + a p p l e t ”作为总体技术方案，从而降低 系统设计的复杂度、提高系统实现的可行性。在此基础上利用软件工程的 一般方法，完成项目管理中心组员代理、任务代理、支持代理、通讯代理 等智能代理对象以及代理对象之间通讯机制的设计和程序编制，同时分别 在各代理对象中实现设计组织形成、代理对象智能功能、设计冲突消解、 人机交互、增量传输、代理协同机制、及时消息服务等功能。 6 通过实验对异地协同设计项目管理中心的各项预期实现功能进行 验证。 关镪可：设计项目管理中心，现代设计，异地协同设计 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t d e s i g nt e c h n o l o g y i so n eo ft h e k e yt e c h n o l o g i e s f o re c o n o m i c d e v e l o p m e n t i t i n v o l v e sm a n ya s p e c t so fn a t i o n a le c o n o m ya n dh a sd i r e c t i n f l u e n c eo nt h ec o m p e t i t i v es t r e n g t ho fam a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e i ti sa l s o r e l a t e d 埘mt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n tc a p a b i l i t y o fa m a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e t h u st h ed e v e l o p m e n t o f a d v a n c e dd e s i g nt e c h n o l o g yi sa ni m p o r t a n t i s s u ef o ra c o u n t r y t h ew i d e u s eo f i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ya n ds y s t e m s s c i e n c e r e s u l ti nd e s i g n t e c h n o l o g ye v o l v i n g t om o d e m d e s i g nt e c h n o l o g yp h a s e t od e s i g ni nd i f f e r e n tp l a c ea c r o s st h en e t w o r ki so n eo ft h em o s tc r e a t i v e n o t i o n so fm o d e m d e s i g n c o l l a b o r a t i v ed e s i g nb a s e do nc o m p u t e rs u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v ew o r k ( c s c w ) m e a n st h a td e s i g n e r sc a r lc o l l a b o r a t ew i t he a c h o t h e ri na d e s i g np r o j e c tt h r o u g hc o m p u t e rn e t w o r k c s c w i si n t e r d i s c i p l i n a r y i ti n v o l v e sm e c h a n i c a le n g i n e e r i n ga sw e l la sc o m p u t e rs c i e n c e t od e s i g ni n d i f f e r e n t p l a c e c a l la c q u i r et h ek n o w l e d g ea c r o s st h en e t w o r ka n do v e r c o m et h e s e p a r a t i o no f o u rc o u n t r y sd e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g ，i m p r o v et h ed e s i g n s a b i l i t y i n t h i s p a p e r , a i m e d t o t h e m a i n p r o b l e m o f t h e r e s e a r c h ，t h e p r o j e c t m a n a g e c e n t e ro fc o o p e r a t i o nd e s i g ni s b r o u g h tf o r w a r da sar e s o l v es c h e m e ，a f t e r a n a l y z i n g t h ec u r r e n ts i t u a t i o no f i tal o to f w o r kh a sb e e nd o n e ： 1 c o n c l u s i o nw a sd r a w nt h a tt h ei n t e l l i g e n ts o f t w a r ei n t e g r a t i o ni st h e p r i m a r yr e a s o nt h a tb a n d e r st h ed e v e l o p m e n to f d e s i g ni nd i f f e r e n tp l a c ea c r o s s t h en e t w o r k ，a f t e rr o u n d l y c o l l e c t i n gm a t e r i a la n da n a l y z i n g t h ec u r r e n ts i t u a t i o n o f i t 2 a n a t y z e d t h ec o r r e l a t i v et e c h n o l o g i e so f d e s i g ni nd i f f e r e n tp l a c ea c r o s s t h en e t w o r ka n dt h e i rc u r r e n ts i t u a t i o n 3 b ym e a n s o f s y n e r g e t i c s ，am u l t i - i n t e u e c f i v e a g e n to b j e c tf r a m e w o r kf o r c o l l a b o r a t i v ed e s i g nw a s p r o p o s e db a s e do nw e b ，w h i c h i su s e dt oi m p l e m e n t s p a n n i n gp l a t f o r ma n d m u l t i i n t e l l e c t i v ec o o p e r a t i o n 4 t h ed e s i g no f p r o j e c tm a n a g e r c e n t e r ss y s t e mm o d e lt h a tb a s e do nt h e m u l t i i n t e l l e c t i v e - a g e n to b j c o t w a s c o m p l e t e d 5 n l e j a v a r m + a s p 卅、p p u 了r w a ss e l e c t e da st h et o t a lt e c h n o l o g y s c h e m e ，w h i c hc a l ld e c r e a s et h ec o m p l e x i t ya n di m p r o v et h ef e a s i b i l i t y a f t e r t h a t ，s t a f f - a g e n to b j e c tt a s k - a g e n to b j e c ts u p p o r t a g e n to b j e c t ，c o m m u n i c a t i o n a g e n to b j e c t a n dt h e c o m m u n i c a t i n gm e c h a n i s mw a sd e s i g n e d ，w h i l et h e o r g a n i z a t i o nf o r m a t i o n ，i n t e l l e c t i v e d e s i g n ，c o n f l i c t r e d u c i n g ，a l t e m a t i o n i i 重鏖查堂婴主堂焦堡塞 墨塞塑至 b e t w e e np e o p l ea n dm a c h i n e ，t r a n s m i s s i o nb yu s eo f i n c r e a s i n gb yd e g r e e s ， a g e n tc o o p e r a t i o nm e c h a n i s m ，i n s t a n tm e s s a g ew e r er e a l i z e d 6 t e s t e da n dv e r i f i e da l lk i n d so ff u n c t i o no ft h ep r o j e c tm a n a g ec e n t e rb y e x p e r i m e n t s k e yw o r d s ：m a n a g e m e n t c e n t e rf o rc o l l a b o r a t i v e d e s i g ni nd i f f e r e n tp l a c e s ， m o d e m d e s i g n ，c o m p u t e rs u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v ew o r k i i i 重庆大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 设计技术是促进经济发展的关键技术之一，它涉及到国民经济的各 个方面，直接影响到一个国家的竞争力，也关系到国家的可持续发展能力。 从微观上看，设计决定着一项产品7 0 以上的成本，决定着产品的性能 价格比和竞争力；而从宏观上来看，设计更是决定一个国家对资源的有效 利用，对环境的影响等诸多可持续发展的因素。因此寻找设计发展的方向， 研究新的设计方法及其相关支撑技术，成为各国提高竞争力，抢占新世纪 制高点的关键。 制造设计的过程是一个系统工程，利用系统科学理论指导设计无疑 会提高设计的效率。于是从本世纪中叶开始许多发达国家就相续将并行设 计理论、反求理论、模块化理论等系统设计理论的应用到制造设计中，大 大地缩短了设计周期，提高了设计质量，推动了设计的发展。 当代信息技术的迅猛发展深深地影响着各行各业的面貌，制造设计 也不能例外，各国竞相将计算机技术引入制造设计之中。计算机辅助设计 技术的出现，使设计人员逐渐丢掉了使用已久的低效率的图板；计算机图 形学的进一步发展，导致参数化设计得以实现，大大减少了设计人员的重 复性工作；网络技术的迅速推广，促使设计资源从分散走向智能集成。 将信息技术、网络技术、系统科学理论、设计知识有机地结合起来 为设计服务，也就是异地协同设计，己成为当前各国对先进设计方法的主 要构想，纷纷对它展开研究。本论文在分析异地协同设计的内涵、特点、 相关技术支撑以及国内外的研究现状后，针对目前异地协同设计研究中尚 存在的主要疑难一软件的进一步智能化集成，提出了开展本课题研究的 必要性。 1 2 制造设计的发展和课题的研究意义 1 2 1 设计技术的发展及现状 从纵向发展历程来看，制造设计技术经历了从被动创造到主动创造、 从感性创造到理性创造的过程。1 7 世纪之前设计技术一直停留在生存设 计和直觉设计阶段。从17 世纪开始步入经验设计阶段。进入2 0 世纪后逐 渐发展，形成半理论半经验设计阶段和稍后的近代理性化与程序化设计阶 段，现在正逐步向现代设计阶段过渡1 2 】。 重庆大学硕士学位论文第一章绪论 现代设计是一种在现代高速发展的社会中，适应激烈的市场竞争的， 以众多新技术为依托的崭新的设计理论。它以创新为灵魂、以竞争胜负评 价成败、由功能需求驱动，对整个寿命周期质量负责，基于知识并以知识 获取为中心。知识获取活动的内容，构成产品市场竞争力的诸要素，知识 获取竞争与产品市场竞争的关系，决定于知识获取能力。 现代设计思想产生的基本背景是现代系统科学理论和信息技术在设 计领域的广泛运用。 早在本世纪三四十年代，人们已开始对设计技术进行系统的探索研 究，如建立了人机工程学、价值分析、智暴法等。但直到5 0 年代中期， 尤其是6 0 年代初期，才真正使设计脱离制造而演进为一门独立的科学。 近年来，信息技术在制造设计领域的应用促生了一大批新的设计技术、使 设计的质量和效率发生了历史性的变化。当今世界计算机技术、软件技术 和信息技术的突飞猛进，已引起了社会的巨大变革。产品的更新换代越来 越快，性能价格比也越来越高。一方面，资源危机以及可持续发展的要求 使产品设计进入了更新的领域；另一方面，数字化、信息技术、快速原型 技术等使图纸走向未日。所有这些，都对设计技术提出了新的更高的要求， 使设计技术产生了爆炸性的发展，形成了新设计技术群。 当前的设计方法除了c a d 、优化设计、可靠性设计、精度设计、工 作环境设计、模块化设计、疲劳设计、反求设计外、健壮设计，又涌现了 一些新的设计方法口h 9 j 。 1 面向“x ”的设计。面向“x ”的设计是指在设计时考虑制造、 装配的因素，即设计以后的因素，减少产品在制造、装配阶段的失误、成 本等，提高产品的竞争力。目前的“x ”含义更加广泛，包括维修、质量、 成本、包装运输、均衡寿命、操作、环保等。 2 并行设计。并行设计是指以并行工程模式替代传统的串行式产品 开发模式，集成地、平行地处理产品设计及其相关过程的系统方法。要求 设计一开始就考虑产品整个生命周期的所有因素，使得设计阶段就有制造 和行销人员的介入，并和设计人员彼此交流信息。以提高产品开发的一次 成功率。 3 智能化产品设计。涉及智能技术在产品设计、工艺设计及开发过 程中的决策支持工具、知识库、系统原型，以及产品与系统设计中的智能 化人机接口技术等。 正是这些信息技术和系统科学理论在设计领域的广泛运用，促使了现 代设计的产生。必须说明的是，所谓现代设计并不是专指以上某一类被人 们统称为现代设计技术的技术。现代设计首先是指一系列符合时代发展需 要的设计观念。当然在这些观念推动下，无疑会不断产生出许多新的方法 重庆大学硕士学位论文第一章绪论 和技术，而这些方法和技术本身也是在不断变化和发展着的，但任何一组 方法和技术的集合，都不能确切反映现代设计这个词的全部内涵。设计也 不限于产品，可以是设计一个产品，可以是设计一个过程，也可以是设计 一个机构( 组织) 【l ，它们的基本原理是相通的。从现代设计包含的内容 上看，现代设计的研究领域主要包括设计学原理和现代设计科学方法学两 部分。 异地协同设计，通常被认为是现代设计最前沿的一种设想。它也是 c s c w ( 计算机支持协同工作) 在制造设计领域的应用，c s c w 技术为其 提供主要的协同工作环境。具体讲，它涉及的内容包括设计知识获取与运 用、异地智力资源建模与管理、异地分布式作业调度模型、任务冲突解决、 支持异地协同设计的三维可视环境的建立、异地产品模型数据的动态实时 转换和传输、产品模型数据的异地修改、异地过程监控模型、基于网络的 异地协同工作机制、异地设计与制造的产品模型数据管理系统、安全防范 机制等内容。所有这些技术都围绕知识获取展开。 由于看到异地协同设计将对制造业带来的巨大影响，国际上对它的 系统结构及相关技术已进行了一定的研究。 德国最早开展设计知识获取与运用的研究，其在设计理论方面成为 世界发源地。如r o t h 提出的包括功能定义、物理原理、物理效果等方面 的设计目录已在设计实践中得到普遍使用。目前，研究人员正在试图借用 计算机技术建立便于使用的设计目录库和检索工具。美国的先进制造技术 计划( a m d 、关键技术( 制造) 计划、敏捷制造使能技术计划( t e a d 、下 一代制造计划( n g m ) 等高科技计划，均将以网络为基础的异地协同设计 列为重要研究内容，并己取得重大进展。在日本的i m s 计划中，也将现 代设计的知识系统化列为一项重要的研究内容，目前已开发出一个信息与 知识交互协调平台m a d i a t o r 。这是一个开放结构的信息和知识管理系统， 它通过柔性技术支持产品生命厨期中的复杂制造活动。近几年，智能计算 方法和机器学习方法与技术在设计知识智能获取的应用越来越广泛。国际 生产工程学会( c r o p ) 连续于1 9 9 6 和1 9 9 7 年的年会上发表关于制造智能的 研究报告。报告多次指出：莸们不仅需要新的计算机技术以生成、记录、 检索信息，而且也需要将信息整理、综合成知识，并采用合适的知识表达 方法来表达知识，以支持人的决策。 异地协同设计的研究在我国尚处于起步阶段，取得较大成果的有浙 江大学在国家自然科学基金的支持下，开展了建立原理方案设计目录的研 究；华中理工大学研究和开发了方案设计专家系统的开发工具d e s t ，并 以成功地用于多个新产品的方案设计中。 重庆大学硕士学位论文第一章绪论 1 2 2 课题的意义 产品设计和创新是制造业的灵魂1 。产品创新是市场需求与技术可 能帙识和设备1 对立的统一【】”。由于设计是基于知识的设计，一个设计的 好坏取决是知识，特别是新知识、新技术的掌握和运用程度。随着市场变 化的越来越快，产品更新的周期越来越短，产品功能的越来越复杂。同时 任何一个复杂产品的设计都是一系统工程。任何一个设计师或设计单位要 拥有和掌握所有的设计知识和工具是极其困难的，所以产品设计是一个合 作设计的过程，知识获取的环境也是一个分布式网络。这正是异地协同设 计要解决的问题。异地协同设计的主要优点体现在：它为分布式的知识资 源的运用提供了条件：能够提高企业对市场的快速响应能力；合作有利于 各单位实力的增强；有利于提高企业的敏捷性。 近十几年来，随着计算机性能的提高，设计技术的发展步伐加快， 异地协同设计的相关支撑技术研究取得了长足进展。各种c a x 和d f x 支 撑工具层出不穷；并行工程思想和哲理的提出，使产品整个寿命周期的各 个阶段问题在设计阶段得以综合考虑，大大缩短了产品开发的周期。分布 式、协同设计支持环境、面向各技术领域的设计型专家系统的研究和开发 也取得较大的成果。但是协同设计的进一步发展却举步维艰，分析其根本 原因，在于软件的进一步智能化集成。其集中表现在三个方面。 1 异地设计多智能主体体系结构研究。即如何将最新的i n t e r n e t w e b 网络技术、多智能主体系统的分布式人工智能技术有机结合，建立异地产 品设计多智能主体体系结构? 解决异构分布环境下产品设计协同工作的组 织和管理问题，以及各种应用系统对象跨平台，跨地域的连接和交互问题。 2 异地设计多智能主体协同方法研究。即如何根据异地产品设计过 程的过程分解和活动定义，在多智能主体之间建立和确定有效的协同方法 或协议，以有效地管理多智能主体协同完成总体目标。 3 异地设计多智能主体设计信息有效共享。即如何完整地实现不同 设计工具之间的设计信息共享以及如何实时、快捷传输共享设计信息。 本课题针对以上问题，提出基于w e b 的多智能分布代理对象使能的 异地协同设计项目管理中心的模型，试图建立一个多智能主体体系结构及 其智能主体之间的协同方法，解决异地协同设计的进一步软件化集成和设 计信息的跨平台共享。 从现实意义上看，当前我国制造业处于困境的一个重要因素是企业 缺乏开发有竞争力产品的能力。这主要是因为制造业长期以来的发展是重 制造和设备的硬件，认为设备越先进，企业的竞争力就越强，而严重忽视 了产品研究开发方面的重要作用。我国长期以来形成企业负责产品加工、 重庆大学硕士学位论文第一章绪论 制造，科研院所负责产品研究、开发的格局，这不可避免的存在产品开发 和工程实践协调方面的矛盾，极大限制了我国制造业的产品创新和开发设 计能力。另外，知识资源的相当封闭是造成产品开发周期长的一个重要原 因。一个具有竞争力的产品必须考虑市场、技术、成本、未来社会发展趋 势等一系列问题，任何一件产品都是一个系统工程问题。这些都需要丰富 的知识、信息的支持。显然，任何一个企业或独立院所不可能精通所有的 领域，而必须发挥各企业和院所的各自优势进行合作【”】。这使得研究和实 施异地设计，整合企业、科研院所的资源、提高产品设计效率成为符合我 国国情的提升企业竞争力的当务之急。 1 3 课题来源及研究内容 1 3 1 课题来源 本课题研究内容部分涉及国家自然科学基金项目“基于网络环境在 异构条件下多点合作设计的关键技术研究”( 5 9 8 7 5 0 8 7 ) 。 1 3 2 研究内容 协同设计项目管理中心的研究内容包括以下几个方面： 1 收集异地协同设计相关资料，了解其研究历史及现状、分析目前 研究过程中遇到的主要问题。 2 针对研究中的主要问题，提出技术解决方案，并运用在本课题( 协 同设计项目管理中心) 中。 3 协同设计项目管理中心系统模型的建立。 协同设计项目管理中心的设计本质上是一种网络服务的设计。采用如 结构亦或是采用m c 锄e t w w 方案，以及采用哪一种具体技术实现协同 设计项目管理中心的各种功能都是课题的研究内容。 对象代理技术是解决异构分布环境下产品设计与制造协同工作的组 织和管理问题，以及各种应用系统对象跨平台，跨地域的连接和交互问题 关键。代理的体系结构描述了组成代理的基本成分及其作用、各成分的联 系与交互机制、如何通过感知到的内部状态和外部环境确定代理应采取的 不同行动的算法、代理的行为对其内部状态和外部环境的影响等。因此构 造基于对象代理技术的协同设计项目管理中心模型成为课题成功完成的前 提。 4 协同设计项目管理中心的通讯。 异地协同设计发挥应有作用的一个基本要素，就是提供给设计人员 能够顺畅交流的环境。如何在网络环境中为设计人员创建个无空间障 重庆大学硕士学位论文第一章绪论 碍，可实现交谈、电子会议、资料共享等功能的设计环境就成为课题研究 的一个重要方面。 5 异地协同设计中设计信息的管理、共享和转换。 异地协同设计必须对设计信息进行有效的组织管理，处理设计信息 的版本管理和设计信息的转换、共享。 6 对设计冲突的协调。 异地设计是一个群体操作一个对象的活动，因此不可避免的会出现 设计的冲突问题，于是归纳各种冲突类型，提出解决冲突的方案成为协同 设计项目管理中心的重要部分。 7 产品信息的增量传输。 计算机辅助设计产生的图形文件一般较大，同时基于群体的合作设计 产生的文件量也较大，且地域分散，这些都大大增加的网络传数量和网络 传输时延。考虑到现在国内的网络带宽较小、网络速度较慢的现状，协同 设计的实时性将无法保证。因此必须考虑减少文件的传输量，图形文件的 增量传输是一个很好的解决此问题方案。 1 4 课题的研究条件 目前国内外对异地设计多进行了相当的研究。些技术实现方案相 续提出，部分初级产品也已投入运行。这些都使得课题研究有了较好的可 借鉴基础。 重庆大学机械传动国家重点实验室具备良好的试验研究条件。拥有 价值1 5 0 0 万的仪器设备，其中有2 0 0 多万的设备可直接支持课题研究。 其中计算机硬件有：s u nu 1 t m3 0 2 5 0c r e a t o r3 d7 6 8 m b 1 4 g b2 0 o u n i x 工作站两台；s u nu 1 i r a1 1 7 0 ec r e a t o r3 d1 2 5 m b 1 0 g b2 0 g 工作站 两台；n t 工作站奔腾p i i l 3 5 0 , 4 5 0 ，5 0 0 , 5 5 0 共七套。 c a d 软件包括：s d r cid e a sm s 4 , m s 5 , m s 6 0 a n i x ) - - 套；s d r ci - d e a s m s 6 ( n t ) - - 套；s d r c id e a s o p e n d a t a 开发工具一套；p t c p r o e 1 8 0 ，1 9 0 ，2 0 0 ，2 0 0 0 i ( u n i x , n t ) 各一套；s d r ci - d e a sa r t i s a n 4 十套。 视频会议系统三套：s u ns h o wm e 两套；s u nf o r u m 2 两套；m i c r o s o f t n e t m e e t i n g 两套。 网络环境如下：金长城n t s 2 3 0 0 ：1 2 8 m b 1 0 g b 网络服务器；i n t e l 5 1 0 t1 0 1 0 0 m b 交换机；i p 地址4 8 个；网络自适应带宽1 0 m b p s 1 0 0 m b p s ； 出口带宽1 0 0 m b p s 。 本人具备机械设计制造的专业知识，c a d 研发经历，精通软件的开 发设计，具备完成课题的知识基础。 6 重庆大学硕士学位论文第二章异地协同设计及相关支撑技术 第二章异地协同设计及相关支撑技术 2 1 引言 异地协同设计首要的基础是可以交流和信息共享的网络环境，这属 于计算机支持的合作工作( c o m p u t e rs u p p o s e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 的研究范畴，c s c w 的研究成果为创建协同设计环境提供了前提。其次 异地协同设计还需要开放式计算机辅助设计工具和可以实现远程数据存取 的数据库技术的支持。应用共享、设计信息共享、安全性管理等属于异地 协同设计环境必不可少的条件。 2 2 计算机支持协同工作( c s c w ) 2 2 1c s c w 的提出及概念 “计算机支持的协同工作”( c o m p u t e rs u p p o ac o o p e r a t i v ew o r k ) 可以 定义为：在计算机技术支持的环境中( c o m p u t e rs u p p o r t ，c s ) ，一个群件协同 工作完成一项共同的任务( c o o p e r a t i v ew j r k ，c w ) 。它的目标是要设计各 种各样的协同工作的应用系统【1 4 1 。 c s c w 的研究，最早始于6 0 年代，并诞生了第一个实验系统 n l s a u g m e n t 。7 0 年代中期，美国s t a n f o r da i l a b 建立了一个支持视频、 声音、文本、图像等多种媒体的c s c w 环境。到了8 0 年代，和c s c w 相关 的计算机技术、网络技术、多媒体技术、数据压缩与存取技术、通信技术、 分布与并行处理技术等都有了较大的发展，而且指导多媒体技术和c s c w 技术的人计算机交互h c i ( h u m a nc o m p u t e ri n t e r a c t i o n ) 理论的成熟， 促进了c s c w 的发展。 “计算机支持的协作工作”一词最早是1 9 8 4 年由i r e n eg r i e f 和p a u l c a s h m a n 俩人提出来的，用于描述他们正在组织研究的如何借助于计算机 支持来自不同学科的人们协同工作的课题，并缩写为c s c w 。 我们知道，每个研究领域都是由一组问题构成的。当研究人员一致 认为某一组问题可能拥有相同的特征时，就可以认为出现了一个新的研究 领域。随着计算机技术的发展及人们在群体工作中的实际需要，人们己不 满足于简单的人机交互，而希望通过计算机促进人与人之间的交流，从而 提高群体工作的效率和质量。于1 9 8 6 年1 2 月在t e x a s 召开了一次国际性 学术会议，集中了社会学家、人类学家、计算机科学家、办公自动化专业 人员、人员因素学者及编制设计者等多方面的专家学者，讨论了人类群体 工作的特性及计算机技术对群体工作的支持，从而将计算机科学、社会学、 重庆大学硕士学位论文第二章异地协同设计及相关支撑技术 编制科学、心理学等多个学科的成果综合起来，产生了一个新的多学科研 究领域- - c s c w t ”t 。 目前由于人们对c s c w 的含义有不同的理解，对c s c w 的定义也 各不相同但b a n n o n 和s c h n i d t 在1 9 8 9 年给出的定义有较广泛的影响， 他们认为：c s c w 应致力于研究协同工作的本质和特征，从而以此为基 础设计出各种计算机技术支持的信息系统【l ”。 2 2 2c s c w 的发展背景 c s c w 是以人们协同工作方式为背景，并且以计算机技术、通信技 术、多媒体技术的发展为基础而形成的，它具有广泛的应用领域。 m i t 的a l a nw e x e l b l a 曾对计算机与人类活动的关系作出两点论述 【1 6 】 1 ) 计算机是用于支持人类活动的。计算机在人类活动中的应用已 无所不及，它不仅支持已有的人类活动，而且逐步扩展出许多新型的人类 活动。 2 ) 人类活动从本质上来说具有协作性。而人具有社会性，绝大多 数的工作都是在特定的环境中由群体协作完成的。 从这两点，我们可知，如果计算机要在人类活动中发挥更大的作用， 就必须支持协作性的人类活动，对此建立计算机对人类协作活动的支持的 理论指导和相关的支撑技术是非常重要的。而且，随着计算机软、硬件技 术及网络技术的迅速发展，也为深入开展c s c w 的研究奠定了坚实的基 础【”。 首先，计算机系统结构的发展，是沿着单机单用户单机多用户一 多机系统一计算机网络计算机网络互连、互操作和协同工作这个方向 进行的。而计算机网络互连、互操作和协同工作构成了实现c s c w 的基 础结构。 其次，计算机网络技术和通信技术的飞速发展，尤其是高速、远程 通信网络技术的发展缩小了“时空”对人类的限制，一旦实现“全球信 息高速公路”，那么就能真正实现“w y s i w i s ”( w 弛玎y o u s e e i s w h a t is e e ) 。 再其次，计算机学科中多种技术的发展给c s c w 的产生和发展提供 了一定的技术背景，如计算机技术( 高速c p u 、大容量存贮器、光盘技 术、操作系统) 、并行处理和分布式处理技术、多媒体技术等。 2 2 3c s c w 基本系统的分类 c s c w 系统的应用领域宽广，已经开发出和正在开发各种c s c w 系 重庆大学硕士学位论文第二章异地协同设计及相关支撑技术 统。如果根据时间和空间的概念分类，就抓住了c s c w 系统的两个基本 特征一交互合作方式和合作者的地理分布。具体来说，指交互合作方式 是同步的还是异步的( s y n c h r o n o t t s 和a s y n c h r o n o u s ) ，合作者的地理 分布是远程的还是本地的( r e m o t e 和c o l o c a t e d ) 。为了便于理解c s c w 的分类，首先从合作形式和地理情况两个方面来说明c s c w 的特点【i 9 j ： 合作的形式： c s c w 系统的基本目的是支持多用户合作以解决一个或一类的特定 问题，因其它成员交互方式不同，合作形式可分为以下三类： 1 ) 完全同步系统 要求全体用户同时参加，其典型实例，如实时计算机会议系统。 2 ) 完全异步系统 允许合作在一段较长时间内发生。其典型的实例，如e m a i l 系统。 3 ) 混合系统 混合系统既支持同步合作，也支持异步合作，它允许实时同步合作 和独立于时间的异步工作发生在同一框架内。典型实例如计算机会议系 统，既有异步交互，也有同步交互。 地理庸况： 基于群体的地理分布情况，c s c w 系统可分为以下四类： 1 ) 现场合作 现场合作系统要求所有用户均在同一地点。 2 ) 虚拟现场合作 全体用户不一定都在同一房间内，但系统应用如同现场合作。这类 系统通常使用多媒体技术( 声音、图象等) 。 + 3 ) 局部远程合作 这类系统通常所有用户位于同一工作单元( 如一座大楼) 之内，用 户之间通常需共享屏幕，并可提供高宽带实时访问能力。 4 ) 远程合作 该系统适用于群体成员间的相互访问能力很低的情况。远程合作系 统中包括消息系统一最简单的通讯系统及只能采用基本的“拨号”机制 的计算机会议系统。 现有的c s c w 系统可由此归纳为四类： 1 ) 消息系统或称电子邮件系统。国际电话和电报顾问委员会 ( i n t e r n a t i o n a lt e l e p h o n ea n dt e l e g r a p hc o n s u l t a t i v ec o m m i t t e e ， c c i t t ) 的x 4 0 0 为标准的电子邮件系统，正在开发的多媒体电子邮件系 统属于这一类。 2 ) 计算机会议系统，特别是实时会议系统、多媒体会议系统，是对 9 重庆大学硕士学位论文第二章异地协同设计及相关支撑技术 群体成员的协同工作最具有吸引力的系统。 3 ) 会议室系统，它支持群体成员面对面实时地进行协同工作和决策， 常包含着一个大显示器、计数器、电视终端，若干单独的输入表决设 备及控制终端等。 4 ) 协同写作及协同问题讨论，它支持群体工作的成员协同写作和讨 论，合作生成的文件是这种协同工作的产物。 2 2 4c s c w 的关键技术f 2 。 c s c w 的关键技术包括接口技术、协调机制、并发控制、分布式多 媒体数据库和超文本技术。 1 接口技术 c s c w 系统的人机接口与单用户系统不一样，它应能体现群体活动 及多用户控制的特征，在c s c w 系统中，人机接口带来了单用户接口所 没有的许多问题，其中比较典型的是要支持多用户系统特有的协作活动和 并发活动所带来的复杂管理。在多媒体网络环境下，多用户、多媒体信息 和多窗口的应用程序接e l 技术，要求能提供支持协同工作的友好用户接 口，以便于应用集成、应用管理及用户使用，所以接口技术是c s c w 系 统的关键技术之。 2 协调机制 协调机制是用户闽约定的交互方式，可完成调度用户活动、分配共 享资源等任务。c s c w 系统能否成功地支持协作活动，在很大程度上取 决于有无良好的协调机制。协调机制的设计和实现要考虑许多因素，其中 较重要的有：允许用户根据实际应用的需要而灵活地改变协调机制，能处 理协作过程中的意外事件，能将系统的各层协作活动集成为一个活动等。 3 并发控制 c s c w 系统需要解决多用户同时操作时存在的并发问题。c s c w 系 统与并发控制相关的部分有以下几项： 组接口的一致性 组接口对所有用户来说应是相同的或基本相同的，即应实现 w y s l w i s ( w 1 1 a ty o us e ei sw h a tis e e ) 。 广域性 c s c w 系统的优点之一就体现在能实现远程协作工作，但目前的广 域网通讯下传输速度比局域网慢很多，而且通讯也不太可靠。 故障恢复 在分布式系统中，常有某个结点或网络出现故障，这要求c s c w 能 从这类故障中恢复过来。 i o 重庆大学硕士学位论文第二章异地协同设计及相关支撑技术 4 分布式多媒体数据库和超文本技术 分布式多媒体数据库技术的研究是和c s c w 系统的研究开发密切相 关的，尤其是超文本在c s c w 系统中起着重要作用。超文本是集图、文、 声于一身，具有比一般文本更强的表达能力，同时它又是一种数据库技术， 可提供用户自由浏览和查询，具有良好的用户接口。超文本在c s c w 有 广泛的用途，如用于共同决策系统、协同编辑系统的设计。 2 2 5c s c w 对通讯的隐含要求 协作环境要求有多点( m u l t i p o i n t ) 、多信息流( m u l f i s t r e a m ) 通讯的支 持，而目前的传输层和会话层协议没有提供这方面的支持，协作应用的设 计者们必须自己建立相应的机制来实现相应的通讯支持功能，这就带来了 几个问题口1 】嘲： 第一：由于缺乏合适的通讯抽象，设计者不得不把很大一部分精力 放到底层的通讯细节，而不能集中于高层的应用问题。 第二：将多点、多信息流的实现以及相关的协调( e o o r d i n a f o n ) 控制 问题留给应用层解决，必须使用现存的传输层协议，如t c p 或u d p ，而 这类协议只支持单信息流的双方通信，所以应用层的实现会出现一些传输 层和会话层功能的重用( d u p l i c a t i o n ) ，从而使实现效率不高，比如流和错 误( f l o wa n de r r o r ) 黼t ，缓冲区管理，异步事件处理，时钟管理等功能。 第三：由于缺乏标准的接口和抽象，导致协作系统之间不能互操作。 2 2 6c s c w 的应用领域 c s c w 的应用领域非常广泛，在计算机和网络环境下，共享信息， 并且协同完成任务的应用系统都属于c s c w 的范畴。例如远程教育、办 公自动化领域管理信息领域、合作科学领域、医疗领域、工业领域。c s c w 在工业设计领域的应用就是网络异地协同设计，其实施的结果将促使制造 设计的效率发生历史性的变化，从而大大的提升企业的竞争力。 2 - 3 开放式c a d 系统 异地协同设计从组成来看，包含设计人员，设计工具( 即c a d 工具) ， 网络环境三个部分。将三者结合的关键之一就是c a d 工具之间以及c a d 与网络的连接，这要求c a d 系统必须是开放式的至少必须提供外部函数 接口。 目前多数c a d 设计软件，如a u t o c a d 、i - d e a s 、p r o e 等，提供了用 于二次开发的a p i ( a p p l i c a t i o ni n t e r f a c e ) 应用函数接口，通过这种接口 c a d 软件能够与网络互连。但是由于图形设计的复杂性，使得一般的a p i 重庆大学硕士学位论文第二章异地协同设计及相关支撑技术 使用起来非常繁杂和不方便。鉴于此a u t o c a d 公司推出了面向对象的a r x 技术，大大的简化了c a d 系统与网络的连接和通讯工作。 一个a r x 应用程序是一个动态连接库，它分享a u t o c a d 的地址空间 并可以直接被a u t o c a d 调用。a r x 的变成环境是一个面向对象的c + 十编 程环境，可以使用a u t o c a d 的各级对象，也可以使用引入的任何其他动 态库函数，因此可以很好将a u t o c a d 于其它应用集成。a r x 库包括很 多的宏，它们将有助于用户定义新的类或者给现有的a u t o c a d 的类增加 功能。a u t o c a d 通过函数a c r x e n t r y p o i n t 0 来调用a r x ，同时也通过这个 函数实现两者之间的通讯。 2 4 远程数据管理 异地协同设计的一个重要工作就是实现设计信息的安全管理，显然 分散式的个人管理方式无法满足要求，只能采用集中的文件管理方式，这 也就是文件的远程管理问题。 为加强数据管理的安全性，文件用数据库方式保存。 当前数据库的远程存取有以下几种方式： 1 件传输程序十a d o a d o 技术微软提供的数据库接口对象技术，通过它可以方便的实现 数据的外部存取。但a d o 本身没有远程数据存取功能，必须利用专门的 软件实现文件传输。 2 ) o 技术 r d o ( r - m o t ed a t a b a s e o b j e c t ) 远程数据对象是一种分布是对象技术， 可以利用它直接实现远程数据管理功能。但是由于其尚为作为一种技术标 准广泛使用，因此其跨平台性能不足。 3 a s p 技术 a s p 是新一代w e b 数据