（机械工程专业论文）协同设计理论及其应用研究.pdf

摘要 r f 随着全球竞争的广泛性，制造业面临产品设计、制造与市场的敏捷 性。、传统的串行设计以远远不能适应快速变化的市场需求，各企业都在 寻求新的设计理论和方法。因此，各种先进制造技术在制造企业中得到 应用，以使企业适应日趋个性化、多样化的市场需求。并行工程的协同 效应使得各部门协调工作，能够对众多方案进行即使准确的评价，以达 到最优方案，能使在不同地区的设计、制造人员和企业，在不同的计算 机上分工协作、共同高效的完成一个复杂的问题。于是，协同设计便成 为实施并 t 五程的重要方法之一，其研究具有较大的理论意义和工程应 用价值。， 本文从协同科学和机械设计制造理论的交叉学科领域出发，研究如 何把协同有效的应用于机械设计制造行业。同时讨论了并行工程的一些 原理，协同设计的工作环境和实现工具，并对协同设计的网络结构模型， 协同c a d 与共享技术的结合运用等进行了研究。在此基础上运用相应 的知识，在a u t o c a d 系统上进行二次开发，初步实现协同设计的要求。 在分布式网络环境支持下，设计小组进行协同计算机辅助设计，将 能提高设计效率、缩短周期、降低成本。可以相信，传统企业引入协同 设计技术将是企业实现信息化的一个重要途径。 关键词：c s 高7 并存主程协回爰计二演并发 a b s t r a c t t t a d i t i o n a r ym e c h a l l i s t i cl i m i t e db ys p e c i a l i z e ds u b ! j e c t ，i sc o n f i n e da sa p r i v a t ea c t i o n ad e s i g n e rw o r k i n go nt h ec o n d i t i o no f s t a n d a l o n eo r 1 0 n e l yu s e r ，e v e ni nad e s i g ng r o u p ，c a l ln o ta b l et os h a r eh i sd e s i g nw o r k s t h er e q u e s t so fd i 毹r e n t 印e c i a l m sa r ed i 行e r e n t ，w h i c hm a k e sr e “e r a t i o no f d e s i g np r o j e c ta 1 1 dw a s t e st i m e a n d m a l l p o w e l t h i st h e s i ss e t so u t 厅o mt h ei n t e r s e c t i o no fc o m p u t e rs u p p o n e d c o o p e r a t i v ew o r l ( s c i e n c ea n dm e c h a n i s t i cd e s i g na n dm a n u f h c t u r et h e o 巩 s t u d i e sh a wt o a p p l ym ec o o p e r a t i v ew o r kt o m e c h a n i s t i cd e s i g na 1 1 d m a i l u f a c t l l r ei n d u s t r ys o m eb a s i ct 1 1 e m i e sa b o u tt 1 1 ea m e n te n g j n e e r j n g a n dt h ee n v i r o n m e n t sa n dt o o l so f c o m u t e rs u d p o n e dc o o p e r a t i v ed e s i 2 f i a r ed e s c u s s e da tt h es a m et i m e s u c ha st h en e t w o r kc o n s t r u c t i o nm o d e lo f c o o p e r a t i v ed e s i g n ，c o n f o n n i t yo ft 1 1 ec o o p e r a t i v ec a da 1 1 dc o m m u n i o n t e c h n o l o g y o nt h i sb a s eo fa b o v el m o w l e d g e ，as e c o n dd e v e l o p m e n to n a u t o c a d s y s t e m ，w h i c ha c h i e v e ss o m ep r i m a r yr e q u e s t so fm ec o m p u t e r s u p p o r tc o o p e r a t i v ed e s i g n ，w a sc a r r i e d o nt 量l ec o n d i t i o no fd i s t r i b u t e dn e t 、o r d e n v i r o l l i i l e n t ，d e s i g ng r o u p w o r k i n gw i t ht h ec o o p e r a t i o nc a d w i l li m p m v ee m c i e n c y ，s h o r t e nc y c l e ， r e d u c ec o s t i t sb e l i e v e dm a tc o m p u t e rs u p p o r tc o o p e r a t i v ew o r ki sa n e s s e n t i a lm e t h o df o r i n d u s 仃y st r a n s f o m l a t i o nf 而mt r a d i t i o n a r v m a l l u f a c t u r i n gt oi n f o r n l a t i o nm a l l u f a c t l l r i n 2 k e y w o r d s ： c s c wc o n c u r r e m e n g i n e e r i n gc o o p e r a t i v ew o r k s e c o n d a r yd e v e l o p m e m 2 壅堡些三查堂三堡堡主堂堡笙苎一 1 1 课题来源 第一章概 述 “协同设计理论及其应用研究为三环集团黄石锻压机床厂根据工厂 c i m s 建设中存在的问题而进行的实际研究课题。 1 2 课题研究的目的和意义 由于全球竞争的广泛性，制造业面临产品设计、制造与市场的敏捷性。 传统的串行设计以远远不能适应快速变化的市场需求，各企业都在寻求新 的设计理论和方法。并行工程( c e ) 应运而生，企业实行并行工程时，要 求设计、制造各个过程的多项任务同时进行、交叉进行，减少设计过程的 多次反复。并行工程的协同效应使得各部门协调工作，能够对众多方案进 行即使准确的评价，以达到最优方案。计算机支持的协同工作能使在不同 的计算机上的用户分工协作、共同高效的完成一个复杂的问题。于是，协 同设计便成为实旖并行工程的重要方法之一，也是今后发展的必然趋势。 目前，先进制造技术已逐步在制造型企业中得到实施。由于敏捷制造 技术能有效增强企业适应f 1 趋个性化、多样化的市场，而得到企业的高度 重视。敏捷制造技术强调人、组织、管理、技术的高度集成，要求组织 企业组成动态联盟。于是利用协同设计手段消除组织企业问的冲突，协调 工程进度，缩短设计周期便成为实施敏捷制造的关键技术之一。虚拟制造 ( v i n u a im a n u f a c t u r e ) 是9 0 年代发展起来的一种先进制造技术，它采用 计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上群组协同工作，实现产品设计、 规划、制造、性能分析、质量检验等产品制造的本质过程，以增强制造过 程各级的决策与控制能力。而为了实现原型系统中各群体、层次对信息、 资源的共享，协调处理各种更新、冲突和竞争，。必须具有各种协同机制。 武汉理丁= 大学工程硕士学位论文 由于历史原因，绝大部分企业存在着大量的自动化“孤岛”，并成为制 约企业发展的“瓶颈”。数据的分布性、系统的异构性是中小型企业实施 c i m s 的大难题。而进行协同设计的前提就是各个组织企业间保持良好 的通信和共享。能够屏蔽系统异构性的协同工作环境便是一个很好的解办 法。现有的解决方案主要有两种：基于w e b 的项目主页，多媒体会议系统。 而目前商业化的软件不能很好的适应各企业的具体情况。研究它们的开发 方法和低成本的自主软件则显得很有意义。 本课题研究的目的： 1 、研究和总结国内外在c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v e w o r k ) 方面的研究成果，以及用其实现协同设计。 2 、协同设计在并行工程、先进制造技术中的应用。 3 、探讨基于w e b 技术的协同设计的工作环境支持。 4 、总结了协同设计的实现方法，试图开发有自主产权的协同设计工具。 1 3 计算机支持协同工作的概念 1 3 1 计算机机支持协同工作的定义 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 o m p u t e r s u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 这一新兴研究领域的出现是协同科学在信 息时代可新发展。 计算机支持的协同工作就是：地域分散的一个群体借助计算机及其网 络技术，共同协调于协作来完成一项任务。它包括协同工作系统的建设、 群体工作方式研究和支持群体工作的相关技术研究、应用系统的开发等部 茎坚堡三查堂三堡堡! 堂垡丝壅一一 分。 1 3 2 计算机网络技术是计算机协同工作的基础 随着通信技术发展，计算机网络覆盖范围不断扩大，网络传输速率不 断提高，网络上的应用也不断发展。计算机网络是指地域上分散的具有独 立自制功能的计算机系统，通过通信设施互联的集合体，完成信息交换、 资源共享、远程操作、协调配合等功能，以达到计算机系统的互联、互操 作和协同工作等目的。 w w w ( w o r l dw i d ew e b ) 是目前i n t e r n e t 上重要的信息服务类型。它 起源于信息资源访问方式，是通过计算机网络进行信息资源查询和共享的 重要手段。尽管w w w 起初并不是作为c s c w 的一种工具而开发的，但是它的 潜在功能而发展出基于w e b 的协同工作环境，即所谓的协同w w w 。 并行工程( c e ，c o n c u r r e n te n g i n e e r h l g ) 是一种关于系统集成、并行设 计及相关的工程的系统方法。这种方法可以使开发设计人员从以开始就能 考虑到从概念设计到产品更新换代的整个生命周期的所有因素，包括用户 需求设计、试制、生产、设计、产品销售、计划进度、质量控制、成本计 算等等，可以获得提高质量、缩短产品开发上市周期、降低成本等许多好 处。而大型工程项目更需要并行工程技术的支持。并行工程强调团体协作， 是以c s c w 作为技术支持的。 1 4 计算机支持协同工作的发展现状及应用 计算机支持的协同工作( c 。m p u t e rs u p p o n e dc o o p e r a t i v ew o r k ：c s c w ) 技术和系统的发展适应了信息社会中人们的工作方式，因此被认为是未来 社会中广泛采用的技术。美国和欧洲等工业技术发达国家都对c s c w 研究和 应用高度重视。欧洲的e s p r i t i i 计划中的e u r o c o o p 项目就是为了开发能 支持分布式协同工作的系统。这方面的研究可以归纳成两大部分：一部分 武汉理工大学_ 【程硕士学位论文 是开发支持c s c w 的通用技术，其中包括建立e u r o c 0 0 p 操作协调模型( 操 作协调工具包l e a c t ) ，以及把c s c w 技术用于协同设计的e u r o c o d e 计划； 另一部分是把c s c w 技术用于大型的工程项目，其中一个例子就是在 g r e a t b e l t 桥梁隧道工程中的应用，这是一个包括连接冰岛的h a l s s k o v 到 s p r o g o 以及丹麦的哥本哈根等地的铁路、桥梁和隧道工程在这个工程的 组织、设计、施工、质量管理以及建成以后的运行和维护等方面都应用了 c s c w 技术，从而使工作的质量和效率都有了极大的提高。在美国，c s c w 技 术和群件的应用更为广泛，波音公司在研制和生产波音一7 7 7 飞机的过程中 实现了全部网络化的无纸生产不但在设计过程中，而且包括第一线的制造 过程都在计算机信息系统的统一管理下，实现各部门和工种之间的协同工 作，极大地提高了工作效率和产品质量。 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 此环境中人们可以互相合作，共同工作于一个产品，一个研究领域，或一 个项目，或求解一个学术上的难题。随着计算机通信技术、分布式计算机、 多媒体技术的发展，c s c w 逐渐走向应用。在军事、工业、医疗，科研等领 域，c s c w 正发挥着越来越重要的作用。协同设计( c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ) 便是一个典型的应用实例，它是指在计算机的支持下，各成员围绕一个设 计项目，承担相应的部分设计任务，并行交互地进行设计工作，最终得到 符合要求的设计结果的设计方法。从而大大提高工作效率，缩短设计周期， 增强产品的市场竞争力。 1 5 本文的主要工作 本文对以下几个方面进行研究： 1 c s c w 和计算机支持的协同工作环境的研究。 2 向并行工程的协同设计研究。 3 协同设计平台的开发。一是创建企业项目主页，实现基于w e b 的协 同设计：二是利用多媒体会议系统实现多主体的协同设计。 茎堡里三查兰三堡堡主堂垡笙塞 4 开发有自主版权的协同设计工具，项目主页和协同c a d 系统。 茎堡丝三查兰三堡堡主兰垡笙苎一 第二章计算机支持协同设计理论 2 1协问设计的基本概念及内涵 传统的产品设计是以图纸上手工设计为主，周期长，效率底。c a d 技 术的出现使产品设计发生质的飞跃。复杂产品的设计，是一个复杂的处理 过程。为实现一个产品的优化合理设计，通常需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 多种设计数据类型。以机械产品的设计为例，需要从产品的功能、外观、 加工工艺、生产成本、市场需求、质量控制以及重用性等几个方面来并行 地、整体地、综合地考虑其设计过程。在产品的设计过程中，涉及到与产 品相关的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、 数据的综合处理利用。设计过程的复杂性对协同设计提出了最直接的需求。 设计是一个知识密集性的创新过程。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，产生设计新产品需要的新概念和新知识。设计是一个创 新的过程，一个以知识为基础的计算过程，不仅需要不同领域的知识和专 家经验，而且需要综合和协同这些专家知识的有效机制，来耦合不同专家 的设计任务。知识密集型的特点对协同式的设计提出了更加迫切的要求。 计算机支持的协同设计是c s c w 的概念和技术在产品开发过程中的有 效应用。在信息化和数字化时代里，面对激烈的时常竞争环境，一个企业 如何以团队精神和信息技术缩短其产品的开发周期、提高产品质量、降低 成本和加强销售服务，是企业生存和发展的关键之一。这已经超出了设计 人员的个人能力和单机c a d 系统的功能。发展计算机支持的协同设计工具 和协同设计系统成为必然需求。人们正在寻求将c a d 技术与c s c w 技术结合 起来，以开发计算机协同设计系统。这对于大型设备的联合数字化设计、 数字化装配等设计过程特别有效，对于计算机集成制造系统( c m i s ) 和并 武汉理t 大学工程硕j 学位论文 行工程协同工作的进一步发展具有重要的作用。 2 1 1 协同设计的概念和特点 如图2 1 所示的c m i s 一般组成框架，它由计算机网络和数据库两个支 持系统、管理信息系统( m i s ) 、工程设计系统( c a d c a p p c a m ) 、质量保证 系统和制造自动化系统等部分组成。如果在工程设计系统中扩展成 e x t r a n e t i n t r a n e t 支持下与c s c w 的概念想结合的协同设计系统，就将构 成企业或企业集团的功能，比工程设计系统更强的协同设计系统。 一般认为，协同设计是指为了完成某一设计目标，由两个以上的设计 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。协同设计具有以下特点： 1 多主体性。设计活动由两个或两个以上的专家参与，而这些设计专 家通常是独立的，并且独自具有领域知识、经验和一定的问题解决能力。 2 同性。具有一种协同各个设计专家完成共同设计目标的机构，这一 机构包括个设计专家见的通信协议、通信结构、冲突检测和仲裁机制。 3 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、下游信息也是致的。 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 体系机构也是灵活多变的。 些坚里三查兰：三矍堡! 兰些丝兰 一 图2 1c m i s 系统一般技术组成框架 2 1 2 计算机支持协同设计的体系结构 一个c s c d 系统远比一个单纯的c a d 系统复杂。因此需要考虑对各子系 统的数据库进行协同控制与管理，即建立一种“数据库的协同管理系统” 或简称“协同数据库”。这样就可以得出如图2 2 所示的组成原理的体系结 构。根据这种体系结构，结合实际任务与需求建立协同设计系统。一般地 讲，组建协同设计系统应具备下列集成的技术特性： 图2 2 协同设计系统组成体系结构 1 高速宽带网络，保证三维的、多媒体信息数据的正确可靠传输 亟墨型三查兰三堡堡主兰垡丝兰一一 2 三维高性能c a d 工作站，能够进行异地数字化设计和数字化装配； 3 提供实时交互的计算机多媒体会议系统，具有音频、视频、白板、 共享应用功能； 4 以具有智能和动态特性的工作流管理系统，实现设计过程或进程的 协调控制和管理； 5 建立一种“数据库的协同管理系统”，对分布式异构数据库、设计数 据库、版本和结果进行协同控制和管理。 2 2 协同设计系统的环境、平台和工具 根据上述讨论，协同设计的环境与应用的关系如图2 3 所示。 设计工具 协同设计接口 协同设计平台和工具 开放系统互联环境 2 2 1 开放系统互联环境 图2 3 协同设计环境 这是位于最底层的提供异构系统互联、多媒体通信、分布式环境，以 解决各协同子系统之间在分布环境下的互联、互操作、分布服务。构成开 放系统互联和分布处理环境的协议体系和模型有：开放系统参考模型o s i 、 i n t e r n e t 的t c p i p 协议族、开放式分布处理0 d p ( o p e nd i s t r i b u t e d p r o e c s s i n g ) 、分布式计算环境d c e ( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ) 。 2 2 2 协同设计支撑平台和工具 通用的协作工具包括电子邮件、公告板、电子白板、视频会议系统、 工作流管理系统。基于w e b 的协同w e b 也是在i n t e r n e t i n t r a n e t 环境下 开发基于w w w 的协同设计工作系统的重要工具。在原有的单机c a d 系统上 9 武汉理工大学工程硕士学位论文 进行二次开发和嵌入网络功能实现共享的的协同c a d 系统。 2 2 3 协同设计接口 人机交互或人机接口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 i n t e r f a c e ) 和人际接口h h i ( h u m a n h u m a ni n t e r f a c e ) 是保证信息系统可用性的重要 环节。h c i 和h h i 很大程度上决定了一个信息系统的可用性。h c i 是计算机 应用中专门处理与人进行交互的一个特别的部分；它是面向任务，以用户 为中心的；它要具有交互过程所需要的通用规则；具有直接处理对象的基 本交互技术；用户要熟悉具体的对象或对象模型：只有在用户掌握了h c i 后，才能有效发挥系统的可用性。 2 2 4 协同设计支持系统模型 实时的协同设计是设计人员交流思想、激发灵感的过程。这要求协同 设计支撑环境首先要提供丰富的人机交互手段，以完成信息的方便采集及 表示( 同步或异步的) ；其次要提供丰富的人机交互手段，以完成信息交流 及共享支持( 网络传输、通知、信息过滤、访问控制、并发控制) 等。 为满足第一个需求，协同设计系统提供一个多媒体用户界面，包括一 个供所有设计人员共享的虚拟绘图板( v d b ，与桌面会议系统中的电子白板 更类似，还提供跟专业化的c a d 绘图工具) 、实时视频、音频以及基于文本 或语音的消息传递服务。图2 3 所示结构中，用户界面中的各应用程序将 满足各种同步或异步通信交流的要求。 该模型引入一个集中式的协同设计服务器及一些分布的代理。协同服 务器是整个支撑系统的中心，它将负责数据传输、存储、会话管理、事件 通知、访问控制和并发控制等。 武汉理工大学工程硕士学位论文 2 3 计算机支持的系统设计环境的网络构建 2 3 1 企业内部协同设计网络的结构 如图2 4 所示网络拓扑结构图，在构建企业的协同设计网络环境时， 要考虑以下因素： 1 以现有的企业网络、硬件、软件为基础，进行改造，尽量以少的投 入取得高的性能。能支持多媒体通信的宽带传输网络。在协同设计中，多 小组协调工作的通信主要是音频、文本、图形、语言、视频、实时讨论等 手段。这就要求网络能支持多媒体信息的高速传递，并支持多点传送。 2 协同的网络环境应具有高度的柔性及开放性。协同设计是面向任务 的设计，市场风云变幻，企业必须随时调整以适应新的竞争。各协作小组 并不是固定的，而是由任务需求决定的。这就要求网络拓扑结构及网络应 用在保持相对稳定的基础上有足够的灵活性。 + 一 网络消息传递c = = 本地消息传递 图2 3 协同设计模型 3 支持产品信息交换和共享。传统企业间的数据交换和共享是基于工 程图纸、文档、物理样件的方式，产品数据从发布到接收的过程中不但需 要大量的时间和人工干预，而且难以保证数据的完整性和一致性。因此无 武汉理工大学工程硕上学位论文 法满足协同设计的要求。现代企业已广泛使用c a x 技术与p d m 技术，但仍 需要解决异构系统之间的信息交换与共享问题。而s t e p 中性交换机制为此 提供了一个很好的解决方案。有关s t e p 标准这里不详述。 图2 4 协同设计系统网络拓扑结构 2 3 2 协同设计网络硬件平台 以保护现有投资为出发点，选择快速以太网( f a s te t h e r n e t ) 为基础 构建i n t r a n e t 。快速以太网的数据传输率为1 0 0 m b p s ，快速以太网保留着 武汉理t 人学工程硕l 学位论文 传统1 0 m b p s 速率的e t h e r n e t 的所有特征，即相同的帧格式，相同的介质 访问控制方法c s m a c d ，相同的接口与相同的组网方法，只是把每个比特 b i t 的发送时i 可由1 0 0 n s 降低到了1 0 n s 。快速以太网采用i e e e 8 0 2 3 定义 的1 0 0 b a s e f x 标准，能支持语音、图形、视频等实时传输业务。其关键技 术有：以太网技术( e t h e r n e t ) 、分布式光纤数据接口技术( f 叻i ) 、异步 传输模式技术( a t m ) 。三级网络拓扑结构如图3 2 所示。 2 3 3 协同设计网络软件平台 为了充分利用资源，我们采用l i n u x 作为网络操作系统，并完成与 w i n d 0 w 9 5 9 8 进行跨平台通信。网络操作系统的水平在很大程度上代表着 整个网络的水平。u n i x 作为一个著名的操作系统，尤其受到企业用户的青 睐。而如今l i n u x 更是青出于蓝而胜于蓝。大多数的u n i x 命令在l i n u x 上 都可以使用，并有所加强。且遵循p o s i x 标准，使u n i x 程序可以很容易地 移植到l i n u x 上。u n i x 的可靠性、稳定性等许多优点。 l i n u x 采用模块化结构，即使在1 6 m 内存、2 0 0 m 硬盘的3 8 6 机器上也 能有效的运行。使用l i n u x 可以使企业废弃的3 8 6 、4 8 6 成为价格低廉的 w e b 服务器、域名服务器、电子邮件服务器。而且l i n u x 可以把每种处理 器的性能发挥到极限。更重要的一点，l i n u x 及其上运行的大量软件都是 免费的，这对于我国企业来说尤为重要 2 4 网络技术与异构通信的实现 2 4 1 t c p i p 协议与s o c k e t 通信方式 为了顺利完成i n t r a n e t 的组建，采用t c p i p 协议作为网络的标准协 议。套接字( s o c k e t s ) 技术能实现u n i x l i n u x 与w i n d 0 w s 之间的通信。 因为它们都有s o c k e t s 接口。套接字是支持t c p i p 协议的网络通信基本单 武汉理工大学工程硕士学位论文 元。可以将套接字看作不同主机间进程进行双向通信的端点。他构成了在 单个主机内及整个网络问的编程界面。一般说来，跨机应用进程之间要在 网络环境下通信，必须要在网络的每一端都要建立一个套接字。两个套接 字之间是可以建立连接的，也可以是无连接的，并通过对套接字的“读”、 “写”操作实现网络通信。根据数据的传输类型不同，套接字可分为面向 连接的数据字节套接字( s t r e a ms o c k e t s ) 和无连接的数据报套接字 ( d a t a g r a ms o c k e t s ) 两种类型。下面仅以s e r v e r c l i e n t 方式，建立字 节流套接字服务进程和客户进程。步骤如下： 1 ) 在服务器进程创建套接字。服务器进程总是先于客户进程启动，服 务进程首先调用s o c k e t ( ) 函数创建自己的端的一个字节流套接字，并 提供三个参数：网络协议，如t c p i p 协议或u d p 协议；网络地址( i p ) ； 网络监听端口( p o r t ) 。 2 ) 套接字地址赋初值。时其含有i n t e r n e t 套接字地址类型、i p 端口 号、i p 地址信息等。地址类型可取为a f i n e t ，i p 地址对服务器可取任意 合法地址i n a d d r a n y 。i p 端口号可由用户设定，但要注意主机字节顺序向 网络字节顺序的转换。 3 ) 绑定( b i n d ) 套接字。 4 ) 服务器进入监听状态，准备接受来自客户机的请求。首先调用 l i s t e n ( ) 函数，让服务器进入监听状态。 5 ) 户机进程调用s o c k e t ( ) 函数创建自己端的套接字。 6 ) 客户端套接字赋初值。地址类型仍可取a f i n e t ，i p 地址为服务器 的地址，端口号和服务器的端口号相同，欲连接的服务器的地址通过调用 i n e t a d d r 转换得到。 7 ) 客户方调用c o n n e c t ( ) 函数向服务进程发出连接请求。 8 ) 当连接请求到来后，被阻塞的进程的a c c e p t ( ) 函数生成一个新 的字节流套接字，并返回客户机的s o c k a d d r i n 结构变量，从而在服务器 应用程序中用新的被赋予客户机地址的套接字同客户进程进行连接，然后 向客户方返回接受信号。 武汉理工大学工程硕士学位论文 9 ) 一旦客户机的套接字受到来自服务器的接受信号，则表示客户机和 服务器双方已实现连接。此时任一方均可向对方发送，也可接受对方发来 的数据。其发送和接收的过程既可通过s e n d ( ) 、r e c ( ) 函数实现，也可 通过r e a d ( ) 、w r i t e ( ) 函数来交换数据。 1 0 ) 服务进程和客户进程可通过调用s h u t d o w n ( ) 、c l o s e ( ) 关闭套 接字上的发送和接收操作，撇消套接字并中断连接。 l i n u x 上必须安装了g c c 编译器，所有函数均包括在1 i b s o c k e t a 系 统库中。源程序如下： # i n c l u d e 抖i n c l u d e 抖i n c l u d e m a i n ( ) 首先创建并绑定一个接口： i n ts o c k f d ： s t r u c ts o c k a d d r i nm y a d d r ： s o c k f d = s o c k e t ( a f - i n e t ，s o c k _ s t r e a m ，0 ) ： i f ( s o c k f d = 一1 ) p r i n t f ( “创建套接失败! ”) ： e x i t ( 0 ) ：) m y a d d r s i n f a m i l y = a fi n e t ： m y a d d r s i n p o r t = h t o n s ( m y p o r t ) ： m y a d d r s i n a d d r s a d d r = i n e t a d d r ( “2 0 2 1 1 48 1 9 6 ”) ： b z e r o ( ( m y a d d rs i n - z e r o ) ，8 ) ： i n t r e t = b i n d ( s o c k f d ，( s t r u c t s o c k a d d 水) m y a d d r ，s i z e o f ( s r u c t s o c k a d d r ) ) ： i f ( r e 一1 ) p r i n t ( “绑定套接失败! ”) ： e x i t ( 0 ) ：) e x i t ( o ) ： 在创建并绑定套接字接口后即可进行套接字接口的连接 例如，需要和地址为“2 0 2 1 1 4 8 1 6 6 ”的t e l e n e t 端口进行连接 # i n c l u d e 抖in cl u d e 茎竖堡三查堂三堡堡圭兰焦堡壅 # i n c l u d e # d e f i n ed e s ti p “2 0 2 11 4 8 1 6 6 ” 抖d e f in ed e s tp o r t2 3 m a i n ( ) i n ts o c k f d ： s t r u c ts o c k a d d r i nd e s t a d d r ： s o c k f d = s o c k e t ( a f _ i n e t ，s o c k s t r e 州，o ) ： d e s t a d d r s i n f a m il y = a f i n e t ： d e s t a d d r s i n a d d r s a d d r = i n e t a d d r ( d e s t i p ) ： b z e r o ( ( m y a d d r s i n z e r o ) ，8 ) ： i n tr e t = c o n n e c t ( s o c k f d ，( s t r u c ts o c k a d d r 木) d e s t a d d r ，s i z e o f ( s r u c t s o c k a d d r ) ) ： i f ( r e 一1 ) p r i n t ( “连接错误! ”) ： e x i t ( o ) ：) e x i t ( 0 ) ： ) 在套接字创建、绑定、连接成功后即可进行数据的传送。 在企业局域网环境下，l i n u x 可与w i n d 0 w s 良好通信，并实现了用l i n u x 访问w i n d o w s 文件系统。 2 4 2 基于s t e p 的信息交换技术 网络化产品开发是采用集成化和并行化的方法来设计产品及其相关过 程，产品开发过程中的支持工具包括c a d 、c a p p 、c a m 、c a e 、d f m ( 面向制 造设计) 、d f a ( 面向装配设计) 、c a f d ( 计算机辅助工装系统设计) 、m p s ( 加工过程仿真) 等，产品生命周期各阶段的信息既多又复杂，而这些信 息是由开发团队共享的。为保证产品信息共享的有效性和正确性，产品数 据的表达和交换必须是准确、完全和无二义的。一般的数据交换方法( 如 i g e s ) 只能反映产品信息的某一侧面，不足以准确表达产品的集成信息。 而s t e p ( 产品模型数据交换标准) 能准确表达和交换产品的集成信息，是 计算机可理解的关于产品数据表达和交换的国际标准。 武汉理工大学工程硕士学位论文 图2 5s t e p 的体系机构 s t e p 是一个系列化标准，由许多部分组成，可分为描述方法、集成资 源、应用协议、一致性测试方法论与框架、实现方法、抽象测试集等6 类， 每一类又有若干部分，如图2 5 所示。 夏 ! ! 堡丝三查兰! 矍堡! 兰竺堕苎 第三章面向并行工程的协同设计 3 1 并行工程的概念 并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 简称ce ，它是一种系统工程 的方法，实行动态优化地处理问题。它在产品开发的设计阶段即考虑产品 生命周期中工艺规则、制造、装配、测试、维护等其它环节的影响，通过 各环节的并行集成，以缩短产品的开发时间，提高产品的设计质量，降低 产品成本。并行工程的核心是并行设计，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； 3 2 面向并行工程的协同设计系统 并行工程的核心是并行一体化设计，强调产品设计及其相关过程同时 交叉进行，即在设计阶段就要考虑制造、装配等下游活动所涉及的所有环 节和因素。因此，涉及产品整个生命周期的各个不同部门的小组成员必须 协同工作，即在产品设计阶段，不但设计小组成员之间进行讨论、协调产 品的设计任务，而且其它部门如工艺、制造、质量等小组要参与产品设计 工作，如对产品设计方案提出修改意见等等，使设计尽可能一次成功。支 持并行工程的计算机协同设计的特点： 1 协同的层次性：并行工程的实施涉及到多个学科小组人员的协同工 作，因此协同不仅在小组内部成员之间进行交互协同，而且小组间也需要 协同工作。 2 同步与异步并存：由于并行工程的并行设计分为组间和组内协同， 组内成员的工作紧密联系，协同一般要求同步进行。而组之间的设计工作 可能需要隔一段时间才进行协间，所以协同可以异步进行。 3 用户工作区的动态定制与裁减：面向并行工程的协调设计中小组内 堇堡堡三查堂! 堡堡主堂垡堡壅一 成员在产品设计中感兴趣不同的侧面，在不断地改动自己的工作区裁减与 界面定制，因而不同用户之间的产品信息和界面映射关系在经常地改变。 同时，小组间所关心的问题不同，所以其界面和工作区设置截然不同。 4 支持多媒体：并行工程中的多媒体分为两大类：感知多媒体和应用 多媒体。感知多媒体指用户之间通过多媒体信息( 如键盘的输入、鼠标的 动作以及图象、声音等信息) 进行交互，这些信息一般可以直接在用户间 传输，并能被对方感知，以理解对方行为意图和环境状况等：应用多媒体 指有应用软件产生的多媒体信息( 如由应用软件产生的图形、图象和声音 等) ，也称为虚拟多媒体，它们一般在共享应用层由用户进行协同计算得 到的结果。 5 分布式知识库共享和信息映射：并行工程下的多学小组具有各自特 征的专家知识，并由各小组进行维护。不同的知识库需要不同的推理机制 和特征信息映射机制，以便不同学科小组对产品及其相关过程设计方案进 行评价与决策。 并行工程涉及的协同内容比较广泛，那么支持并行工程的cscw 系 统比一般的协同系统要复杂得多。 3 3 面向并行工程的协同设计系统开放式框架模型 面向并行工程的协同设计系统应提供足够的设施来构成一个协同环 境，使得协同的参与者可以利用环境中的设施来描述协同要求，对系统进 行定制，从而使系统具有用户所需的协同支撑设施。因此，对协同工作的 有效计算机支持实际上并不一定需要对实际工作语境进行非常详细和准确 的建模，协同系统的行为应可以由用户按照实际需要进行定制，满足开放 性和灵活性需要。基于开放性和灵活性要求，我们给出一个具有开放性和 灵活性的面向并行工程的协同设计系统模型，如图3 1 所示。系统分为共 享协同感知、个人协同感知、个人工作空间、共享工作空间和界面服务五 个部分。 武汉理工大学工程硕上学位论文 随着计算机网络技术的快速发展和并行工程理论与实践的深入，并行 工程与计算机支持的协同工作的集成将是并行工程实施的有效手段之一， 也是并行工程理论研究与发展的必然趋势。计算机支持的协同工作为多用 户协同设计提供了网络环境的协作机制，并行工程与计算机协同的有机结 合对并行工程的全面实施将起到积极的推动作用。 图3 1面向并行工程的协同设计系统模型 3 4 并行工程的核心技术 3 4 1并行工程的技术支持 国内外学术界和企业界在寻找从技术上解决实现ce 的途径主要是围 绕“基础理论及技术”和“使能工具”两个方面的研究和研制。 1 c a x 技术 c a x 技术最初并不是专门为c e 开发的，而是随着计算机技术的发展，在 各个领域都得到了很快的发展，形成了一批先进的c a x 。现在，它们己成 为顺利实施c e 的非常重要的工具。c e 中，c a x 之间的交互是动态的、随机 的。c a x 之间的这种交互比传统的c a x 要频繁、复杂得多，而且信息的流 向是双向的。此外，在产品设计阶段，不可能包括全部的详细信息，因此， c e 中c a x 还要能从这些不完整的信息来确定设计的可行性。 2 d f x 技术面向产品生命周期的设计技术 d f x 技术是设计方法论和设计支持技术的重要研究内容之一，是产品开 武汉理_ t 大学工程硕上学位论文 发的有效方法和技术。虽然d f x 是一种设计方法论，但本身并不是设计方 法，不直接产生设计方案，而是设计评价分析方法，为设计提供依据。d f x 方法不仅用于改进产品本身，而且用于改进产品的相关过程。以往，当产 品设计完毕，再进行过程设计，而d f x 方法强调产品设计和过程设计的同 时进行。d f x 技术可以分成两大类：一类是代表产品竞争力的因素，可以 统称为面向产品竞争力的设计d f c ( d e s i g n f o rc o m p e n t i t i v e n e s s ) 。 这一类d f x 实际上是面向整个产品生命周期的；另一类是代表产品生命周 期的某一环节，可以统称为面向产品生命周期某环节的设计一一d f l ( d e s i g nf o rl i f ec y c l e ) 。在应用dfx 方法和工具前，应该认真考虑：1 ) 根据存在的问题和制定的目标，选择适当dfx 工具与方法：2 ) 当需要应用 几种dfx 工具与方法解决问题时，必须确定各种方法和工具的应用次序。 3 产品数据管理( p d m ) 技术产品数据共享与过程管理是企业过程自动化的基础，当然也是c e 的基础。从产品数据管理的对象来看要分为两大类：一类是产品的定义信 息：另一类是产品结构、开发过程等相关的管理信息。pdm 的目的是， 对ce 中的共享数据进行统一的规范管理，保证全局数据的一致性，提供 统一的数据库和友好界面，使多功能小组能在一个统一的环境下工作。目 前，产品数据交换标准p d e s s t e p 和利用p d m 进行产品设计过程管理，已 被学术界和产业界接受，成为发展新一代企业自动化的基础，对企业建立 c e 的环境是十分重要的。 3 4 2 并行设计信息共享的方法研究 1 产品模型与数据交换 产品模型的发展，从传统的面向几何的产品模型发展到特征基模型， 现在集成的产品模型s t e p 成为各国研究重点。产品数据交换的方法，与产 品模型是相适应。各产品模型对应的信息共享方法见表3 1 。 武汉理工大学工程硕士学位论文 表3 1 产品模型与信息共享 几何模型 直接交换、间接交换、公共数据库 特征基模型特征识别、特征变换 集成产品模型文件交换、应用编程接口、数据库实现 本文主要目标是在目前的信息共享方式中，探讨适合并行设计信息共 享的方式。以上各方法，可归纳为三种：直接交换、间接交换和公共数据库 方式。 定义1 每个应用系统具有各自独立的数据库文件系统，应用间的信 息通过数据标准的交换方式称为间接交换。 由于各c a d c a m 系统所