（机械制造及其自动化专业论文）家具网络化协同设计中心关键技术研究.pdf

中文摘要 摘要 网络化协同设计是一种新的设计模式，是指一个产品开发团队，在计算机通信 网络提供的分布式协同环境支持下，以群体工作目标为核心，并行、协同地设计 产品的过程。网络化协同设计是对传统设计模式的一场具有划时代意义的革命， 必将从根本上缩短产品的开发周期，提高设计质量，降低设计成本，全面改善产 品的售前售后服务，增强企业的核心竞争力。因此，它已经成为国内外学者和企 业研究的一个热点。 本文结合所承担的黑龙江省重点c a d 应用工程项目“家具系列产品计算机辅助 设计”和国家十五科技攻关项目“网络化制造平台”( 项目编号：2 0 0 1 b a 2 0 1 a 0 6 ) 的子项目“家具制造业产品网络化设计中心”( 子项目编号：2 0 0 1 b a 2 0 l a 0 6 0 5 ) ， 对网络化协同设计的网络模型、支持协同设计的协同工具和产品数据存储与查询 等关键技术进行了深入系统的研究，并以家具企业为主要应用对象，将研究的成 果应用于家具企业中，建立了家具制造业产品网络化协同设计平台，为家具企业 实施网络化协同设计奠定了基础，其研究成果具有重要的理论意义和实用价值。 本论文完成的主要研究工作如下： 论文对网络化协同设计的内涵、工作模式、网络化协同设计系统的功能需求 进行了系统的分析和研究，在此基础上提出了协同设计系统的体系结构，最后对 协同设计需要解决的关键技术进行了分析，并介绍了本论文将要研究的关键技术。 研究了家具计算机辅助设计系统和协同设计中心的集成；使用a d o 技术开发 接口，实现了设计软件与设计中心的共享与集成。 针对目前产品异地协同设计环境的数据查询问题，分析了家具产品数据特 点，提出了基于j s p 的协同设计在线查询方法，并通过试验验证了该方法的正确 性：试验结果表明使用j s p 在线查询产品数据是一个经济、实用、快速的方法。 研究了协同会话中几个主要问题：协同会话控制，并发控制，协同感知：针 对设计中心的协同问题，提出了有效的解决方法。 根据国家十五科技攻关子项目“家具制造业产品网络化设计中心”的要求， 研究了家具产品网络化协同设计的实现方法，提出了家具产品网络化协同设计中 心的体系结构，并实现了网络协同设计、远程数据查询等功能。 关键词：协同设计，协同会话，家具系列产品计算机辅助设计系统( f c a d s ) ， a d o ，j s p 英文摘要 a b s t r a c t n e t w o r k b a s e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g nr n c d ) i san e wd e s i g np a t t e r n d u r i n gt h i s p r o c e s sad e s i g nt e a md e v i s e sap r o d u c tc o n c u r r e n t l ya n dc o o p e r a t i v e l y ，a i m i n ga t t e a mw o r k ，a n da i d e db yad i s t r i b u t i v ec o l l a b o r a t i v ee n v i r o n m e n t p r o v i d e db y c o m p u t e rc o m m u n i c a t i o n n e t w o r k i t sa ne p o c h m a k i n g r e v o l u t i o n a r yt ot r a d i t i o n a l d e s i g np a t t e r n ，a n di tw i l lr a d i c a l l ys h o r t e nt h et i m et om a r k e to f ap r o d u c t ，r a i s et h e d e s i g nq u a l i t y ，r e d u c et h ed e s i g nc o s t s ，i m p r o v et h es e r v i c ec o m p l e t e l ya n de n h a n c e t h ek e yc o m p e t i t i o na b i l i t yo fa ne n t e r p r i s e f o rt h i sr e a s o n ，n c dh a sb e c o m eah o t s p o to f r e s e a r c h e ra n de n t e r p r i s er e s e a r c h s p o n s o r e db yh e i l o n g j i a n gp r o v i n c ec a da p p l i c a t i o np r o j e c t f u r n i t u r es e r i e s o fp r o d u c t s c o m p u t e ra i d e dd e s i g n a n dp r o j e c t “t h e n e t w o r k b a s e dp r o d u c t d e s i g n c e n t e ro ff u r n i t u r e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y ”( n o 2 0 0 1 b a 2 0 1 a 0 6 0 5 ) ， w h i c hi sas u b p r o j e c to ft h et e n t h - f i v en a t i o n a l k e yp r o j e c t “n e t w o r k - b a s e d m a n u f a c t u r i n gp l a t f o r m ”( n o 2 0 0 1 b a 2 0 1 a 0 6 ) ，t h i s t h e s i sm a d ea s y s t e m i c r e s e a r c ho ns o m ek e y t e c h n o l o g i e s o fn c d ，s u c ha st h en e t w o r km o d e l ，t h e c o l l a b o r a t i v e d e s i g n s u p p o r t i n g c o l l a b o r a t i v et o o l sa n dt h es t o r a g ea n d q u e r yo f p r o d u c td a t aa n d s oo n w i t ht h ef u r n i t u r ei n d u s t r ya st h eo b j e c to f a p p l i c a t i o n ，t h i s t h e s i s a p p l i e dt h e r e s e a r c ha c h i e v e m e n t st of u r n i t u r e e n t e r p r i s e s ，e s t a b l i s h e d t h e p l a t f o r mo ft h en c d i nf u r n i t u r em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r ya n ds e t t l e dt h eb a s eo f n e t w o r k b a s e d d e s i g n f o rf u r n i t u r e e n t e r p r i s e s t h j s r e s e a r c hh a s i m p o r t a n t t h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a lv a l u e t h e m a j o rw o r k s o ft h i sd i s s e r t a t i o na r ed e s c r i b e da sb e l o w ： b ym a k i n g as y s t e m i ca n a l y s i so ft h ec o n n o t a t i o n ，w o r k i n gp a t t e r na n di t s f u n c t i o n r e q u i r e m e n t o fan c d ，t h er e s e a r c h e r p u t f o r w a r dt h ef r a m e w o r ko f c o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e m ，a n a l y z e dt h ek e yt e c h n o l o g i e sn e e dt ob er e s o l v e do f n c d ，a n dp r e s e n t e dt h e s ek e yt e c h n o l o g i e so ft h i sr e s e a r c h t h et h e s i sd o e sr e s e a r c ho nt h ei n t e g r a t i o na b o u tf c a d sa n dn c d i n a d d i t i o n ，i td e v e l o p st h ei n t e r f a c eb e t w e e nf c a d sa n dn c d w i t ha d o f r o mt h e b o t hs i d e s ，f c a d sa n dn c dc a nb er e a l i z e dt h ed a t as h a r i n ga n di n t e g r a t i o n a i m i n ga t t h ed a t a q u e r y o f p r e s e n t d i s t r i b u t i v ec o l l a b o r a t i v e d e s i g n e n v i r o n m e n t ，a f t e rh a v i n ga n a l y z e dc h a r a c t e r sa b o u td a t ao ff u r n i t u r ep r o d u c t ，t h e a u t h o ra d v a n c e daj s p - b a s e do n l i n et e c h n i q u ew h i c hc a nb eu s e dt oq u e r yd a t a ，a n d i i 重庆大学硕士学位论文 v e r i f i e di tb ye x p e r i m e n t s t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tj s p - b a s e do n l i n et e c h n i q u ei s a ne c o n o m i c a l ，p r a c t i c a la n dq u i c km e t h o d b yd o i n gr e s e a r c ho ns e v e r a lm a i np r o b l e m sa b o u tc o l l a b o r a t i v es e s s i o n ： c o n t r o lo fc o l l a b o r a t i v es e s s i o n ，c o n c u r r e n tc o n t r o l ，c o l l a b o r a t i v ea w a r e n e s s ，a i m i n g a tc o l l a b o r a t i v ep r o b l e mo fd e s i g nc e n t e r ，p u tf o r w a r da ne f f e c t i v ew a y a c c o r d i n gt o t h e r e q u i r e m e n to ft e n t h f i v e n a t i o n a l k e yp r o j e c t “t h e n e t w o r k b a s e d p r o d u c td e s i g n c e n t e ro ff u r n i t u r e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y ”，t h e a u t h o rs t u d i e dt h em e t h o d st of u l f i l lt h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g no ff u r n i t u r ep r o d u c t ， p u tf o r w a r daf r a m e w o r ko ft h en c dp l a t f o r mf o rf u r n i t u r ep r o d u c t f u r t h e rt h e f u n c t i o no ft h en c d ，t h e l o n g - d i s t a n c eq u e r y a r eb r o u g h ta b o u t 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 ，c o l l a b o r a t i v es e s s i o n ，f u r n i t u r ec o m p u t e ra i d e d d e s i g ns y s t e m ( f c a d s ) ，a d o ，j s p 1 绪论 1绪论 1 1 我国家具制造企业的产品设计现状分析 1 1 1 家具企业面临的机遇与挑战 中国家具行业经过改革开放以来二十年的大发展，已颇具规模，并充满活力。 目前，我国拥有大、中、小各类家具生产企业5 0 0 0 0 多家，从业人员近5 0 0 万人。 家具行业在我国国民经济中起着不可忽视的作用，2 0 0 0 年家具工业总产值已达 1 4 0 0 亿元，比上一年度增长了1 5 4 ，继续着多年来飞跃式的持续快速增长。我 国的家具业处于一个快速成长的发育期，从发达国家家具业销售额大体持平的情 况看，家具市场发展空间巨大，特别是房地产业以需求拉动供给的健康快速增长， 成为今后较长时期家具业发展的强劲的“助推器”【l ”1 。 随着新技术的更迭及全球交通、通讯的飞速发展，国际化经营已经成为企业取 得成功的重要因素。由于国际和国内市场的竞争日益激烈，因特i 网( i n t e m e t ) 的快速 发展为企业提供了技术信息交流、产品开发和经营管理的国际化手段，这些因素 推动着国际企业向着既竞争又合作的方向发展1 3 5 】。 由于家具业是一个完全自由竞争行业，在我国加入w t o 以后，家具进口关税 将大幅下调，在今后的几年内将降为零，这就使我国的家具市场实际上成为一个 国际化的市场。一方面，国际家具产品将大量进入我国家具市场，在几乎同等的 条件下与国内家具业进行竞争；另一方面，家具的原材料及配套材料、加工设备 的进口关税也大幅下调，对我国家具业使用优质材料及辅助材料和先进设备、降 低生产成本有利【5 j 。 我国是一个发展中国家，面临经济全球化给发展中国家带来的许多共同的挑 战。但我们又是发展中的大国，政局稳定、国内市场广阔，有相当的科技基础和 人才资源、国内储蓄率高，这就使我国比一般发展中国家的家具行业有更多的参 与机会和更大的回旋余地。 1 1 2 家具企业存在的问题分析 尽管我国家具企业机械化、工业化水平提高很快，但是国外的家具企业产品设 计能力尤其西欧等国家的家具工业水平还是远远高于我国家具企业。如德国的家 具产品设计水平世界领先。中国加入w t o 后，这个问题更显得尖锐，而且随着新 经济时代的到来，国际家具业的生产方式已发生了质的变化，利用高新技术的支 撑，进行快速、精确、有效产品设计，实现了小批量、多品种的高效高质生产。 这些对我们是很大的挑战，我们必须认识到我国家具企业的现状。我国家具企业 存在的主要问题是 1 , 3 - 5 j ： 家具企业设计创新能力普遍较低，设计方法和新产品的丌发速度慢，致使 重庆夫学硕士学位论文 众多家具企业无法杀出价格战的重围，难以寻求新的发展；家具的科技含量低， 缺少文化内涵和个性特点，难咀形成设计风格和个性品牌效应，缺乏市场竞争能 力。 很多家具企业管理混乱，产品数据冗余，导致工序管理混乱；原材料、人 力、物力严重浪费，导致产品成本高、质量低。 信息不畅，缺乏即时的市场和客户需求的反馈和参与企业间合作的基础。 导致生产不能以市场为驱动，不能以客户为驱动，失去了市场。 销售宣传过程较为原始。 原木材料由于环保要求使用数量臼益减少，大量采用金属、玻璃制品等低 成本的材料。日的设计方法无法满足新的设计要求。 1 2 家具制造企业产品设计的新思路 制造企业现代化建设核心有两项主要内容，其一是管理模式的不断更新，使企 业永远保持活力；其二是提高产品设计效率，使生产制造高效率运行，提高企业 市场竞争能力的主要技术保障f 6 】。 在经济全球化的进程加快的背景下，家具生产和市场的国际化进程十分迅猛。 在经济全球化这个不以我们主观意志转移的必然历史进程中，中国的家具产业应 从我国的国情出发，及时推行现代企业制度，重新审视企业发展战略，采用严密 的现代组织管理机制，重视技术创新和新产品开发，重视市场开拓和结构优化， 才能在新一轮竞争中避免风险和得到更加稳健的发展。当前传统家具产业的生产 方式正在发生质的变化，其中所应用的金属加工和电子技术方面的技术尤为突出， 引进高新技术，改造传统产业，是振兴中国家具产业，实现二次创业的关键。这 就要求我们必须从根本上提高产品设计水平，拉近与国外先进水平距离，否则， 我国的家具行业只能在竞争中被淘汰。以上种种缺点说明，我国家具业迫切需要 采用新的设计方法，推动生产，获得最佳经济效益【5 j 。 基于以上我过家具制造企业发展状况，笔者认为，采用新的设计方法协同 设计，是完全可行的，也是迫在眉睫的。这将关系到我国未来家具业在世界市场 竞争中生存还是灭亡的关键性问题。 一个产品的设计过程涉及多方面的知识。可以说现代产品的设计是基于知识的 设计，有别于过去的基于经验( 一般意义下) 的设计。设计是否成功，取决于其 中现代知识的含量，所以知识获取成为问题的关键【7 ”。信息技术的发展为知识获 取提供了条件，但知识可能分布在不同的人员、不同的地域上，而且，随着产品 科技含量的提高，知识的种类和复杂程度也各不相同。随着杜会分工的愈来愈细 化，而个人的时间精力有限，难于深入了解各个领域的知识，而设计规模却愈来 2 1 绪论 愈大，因此多方专业人员( 可能分属干不同的单位，不同的地域) 参与、配合、 协同是设计出优秀的现代产品的现实需求。而网络己成为信息社会中人们获取和 传递知识的一个重要途径，随着各种技术的发展，通过互联网来进行更广范围的 协同已成为可能。 随着世界经济的飞速发展，全球范畴市场的逐渐形成，使市场竞争日益激烈。 市场对产品提出了t q c s e ( 上市时问、质量、成本、服务和环境) 多方面的要求， 从而对产品的设计、开发提出了严峻的挑战。能否缩短产品开发时间，降低成本， 提高质量和售前售后服务是一个企业继续生存和发展的关键。因此越来越多的企 业为提高设计水平和效率开展了并行工程设计，c i m s 工程等。但在具体实施上， 由于设计、生产与销售部门可能分布在相隔较远的地域，有的甚至是在不同的国 家，异地之问的协作不可避免，所以，异地的设计与制造之间的协同成为摆在现 代企业面前的一个重要问题。目前，企业大多是仅仅停留在利用电子邮件等初级 的手段来进行异地的交流，显然这远远不能满足设计人员之间的设计协同要求， 也不能满足现代市场竞争的需要，所以，对于现代企业而言需要的是更深入、更 完善的协同技术。 1 3 协同设计的国内外研究现状 计算机支持的协同设计【9 - l q 一般是指为了完成某一个设计目标或项目，由两个 或两个以上设计主题( 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。协同设计是一种系统化的方法，要求开 发者从开始就考虑产品生命周期的全部因素，其目标是缩短开发周期，改善产品 质量，降低生产成本。协同设计环境是支持相关人员集体进行设计工作的一种环 境。计算机支持的系统设计是以群体工作目标为核心，组织多学科人员进行协同， 共同完成一个设计任务，目前大多数设计支持系统仅支持单个设计者的设计，即 使支持多用户的系统也很少考虑设计者之间多角色和多工作组的协同工作能力。 国外在协同设计系统研究和实践中处于领先地位的是欧美等国。部分研究工作 有v i d e od r a w i “】支持二维草图共享；t e l e d e s i g n “呵用于三维c a d 群件接口检查； 美国伯克利加州大学( u n i v e r s i t yo fc a l i f o r n i aa tb e r k e l e y ) 的集成制造实验 室在美国国家科学基金( n s f ，n a t j o n a ls c i e n c ef o u n d a t i o n ) 、美国国防部先进 研究计划代理( d e f e n s ea d v a n c e dr e s e a r c hp r o j e c t sa g e n c y ) 和福特汽车公司的 资助下开展了一个名为c y b e r c u t 的研究项目，建立了世界上第一个基于w e b 的设 计和制造系统 1 3 i1 1 4 i ；美国w r i g h t 实验室资助的a i m s 研究项目【1 4 l ，采用了一种循 序渐进的策略，首先在几个生产精密机床的企业展开，再取得成功的基础卜，利 用其效益吸引其他企业加入，实现传统制造模式向敏捷制造的过渡，尽可能地减 重庆人学硕士学位论文 小投资风险。整个系统是一种开放式系统，任何一个企业可以向其提供服务，也 可以从系统中获得服务。美国斯坦福大学的大型智能化网络化协同设计系统p a c t 项目n 5 l 1 6 1 ，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网 络化协同设计的问题；b o e i n g 公司从9 0 年代初开始开发b o e i n 9 7 7 7 时，为方便分 布在异地的设计人员及节省时间，缩短设计周期，进行了名为f l y t h r u 的项目研 究 1 7 】，f l y t h r u 的开展为设计人员提供了异步协调的手段，并节省了大量的资金。 t o n ir o b e r t s o n ”1 分析探讨了多媒体远程教学软件从早期的研制开发到原型系统 的产品化过程中协同设计的一些问题。另外，从事协同设计研究的项目还有：美 国麻省理工学院c a d 实验室的d m e 项目 1 9 1 、美国国防高级研究项目署( d a r p a ) 资助 下的m a d e t ”i 、美国c a t i a 公司的c a d 系统协作支持工具f 2 1 1 、美国惠普公司的c o c a d 系统瞄】瞄】、美国w e b s e o p e 公司基于w e b 的c a d 协作支持工具m 1 等。 国内对协同设计技术的研究和欧美国家相比，起步较晚。1 9 9 7 年底，国内有 关单位和学者成立了“现代设计与产品研究开发网络虚拟异地合作设计组 织”。随后国家自然科学基金和“8 6 3 ”计划开始鼓励研究网络化设计与制造领域。 现在国内有很多学者、企业正在掀起网络化设计与制造的研究与应用热潮。高连 生、王树淳等提出了面向现代制造的信息系统结构，通过转换服务器和s q l 借口， 实现本地数据库和中央数据库的互联，应用电子交流协调系统实现先进制造企业 每部生产过程的协调。华中理工大学杨叔子院士等在国家自然科学基金资助下进 行网络化制造方面的研究，提出了“基于a g e n t 的网络化制造”模式和“分布式 网络化制造系统( d i s t r i b u t e dn e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，d n m s ) ” 2 5 - 2 9 1 重 庆大学制造工程研究所所长刘飞教授在国家8 6 3 c l m s 主题和重庆市科委资助下， 针对我国西部发展战略以及为了加强地方政府在网络化制造合作中的作用，提出 了“区域性网络化制造系统( r e g i o n a ln e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，r n m s ) ” 模式胁i 等等。 1 4 研究内容与论文结构 1 4 i 本课题的研究内容 家具网络协同设计系统的开发是一项崭新的工作，与传统的家具设计系统相 比，有以下几个方面的转变：从单机环境转变为异地分布的网络环境；从串 行处理方式转变为并行处理方式；从单人与计算机交互的工作方式转变为多人 与计算机交互以及设计者之间交互的工作方式；从三维实体造型系统转变为虚 拟现实环境下的设计系统：由以往的模仿设计为主转变为创新设计为主。 本文对以下几个方面进行研究： 1 ) 研究了家具制造业网络协同设计中心的基本体系和关键技术，并提出实现 4 1 绪论 该系统的基本框架： 2 ) 开发有自主版权的协同c a d 系统f c a d s ( 家具系列产品计算机设计系 统) 。 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，并实现了在线交流的功能。 家具产品网络化设计中心的总目标是集成国内外的产品需求信息、产品科技 信息，通过信息的集成和应用c a d 等现代设计方法快速开发设计满足市场和客户 需求的家具产品，以及为合作企业的新产品开发设计提供技术支持，逐步实现企 业内跨地区的协同设计、企业与用户的协同设计、企业与协作企业的协同设计。 因此家具制造业产品网络化协同设计的研究具有极其重要的理论意义和实用价 值。 1 4 2 本课题研究的意义 可以看出，家具产品的异地协同设计是产品并行工程的内在要求；是设计理论 自身发展的趋势，也是市场经济发展的需要。而以往的家具设计都是在基于微机 平台或工作站平台的系统下，利用辅助绘图软件进行图形的绘制或资料的查询， 虽然可以提高一定的效率，但却不适合异地协同设计的需要。目前一般的c i m s 系 统和并行工程系统考虑的是企业内部设计资源、制造资源和管理资源等信息资源 集成，目的是为了缩短企业内部的设计生产周期，改善企业经营管理，对于异地 协同设计考虑较少，而且目前的大多数系统都是基于i n t r a n e t 环境下的，不适合 i n t e r n e t 下的应用。所以，对于i n t e r n e t 环境下家具产品的异地协同设计的研 究是十分必要和迫切的，这能够从根本上改变旧的设计模式提高家具产品的设计 效率，促进生产。 1 4 3 论文结构 本论文的结构如下： 第1 章首先分析了我国家具行业产品设计现状，家具企业存在的问题，提出了 改善家具制造企业设计能力的新思路；介绍了目前协同设计技术的研究现状；最 后阐述了本课题的研究意义和目的。 第2 章研究了网络化协同设计的内涵及工作模式；接着对网络协同环境和开发 方式进行了研究，最后介绍了网络化协同设计的关键技术。 第3 章研究了家具计算机辅助设计系统( f c a d s ) 与协同设计中心的集成。确 定了以接口方式实现f c a d s 与设计中心的集成，接着分析了家具产品的设计过程， 开发了接口。 第4 章研究了协同设计中心的资源查询方法，解决了在产品设计过程中的资源 奁询问题，为企业内部各个相关部门之剧的并行、协调工作创造了条件。 重庆夫学硕十学位论文 第5 章研究了协同会话中几个主要问题：协同会话控制，并发控制，协同感知： 实现了家具协同设计中的协同会话功能。 第6 章研究了家具产品网络化系统设计的总体方案，提出了家具产品网络化协 同设计中心的体系结构。 第7 章为结论与展望。 6 2 网络 办同殴计系统的体系结构与网络环境 2 网络协同设计系统的体系结构与网络环境 2 l 世纪，是机械制造智能化、集成化、并行化和网络化的新时代，网络技术 正在对制造业的发展产生深刻的影响，正在将c a d c a m 环境改变为一个分布式的 以网络为中心的环境【”i 。 计算机网络技术、通信技术和信息技术对产品创新设计理论和方法以及产品开 发模式产生全面而深刻的影响，网络化协同设计技术是建立在计算机支持的协同 工作环境、因特网技术、多媒体技术基础之上的，其旨在组织多学科专家跨越地 域和时间的障碍，在产品的初始设计阶段就考虑到后续的工艺和加工需求，共同 激发创新灵感，促进设备资源的共享，有利于快速获得制造技术信息，实现复杂 产品的协同开发，以适应即将到来的2 l 世纪“全球市场”所要求的“全球制造” 的需要。 2 1 网络协同设计 2 1 1 协同设计的定义 协同工作是人类社会解决各种复杂问题或完成各种大规模任务的一种重要和 有效的工作方式。它通过团队中多个成员的共同努力和合作而最终完成任务。协 同设计是协同工作的一种具体形式。 协同是人类活动的本质特征。协同设计中的协同是指设计者通过协作工具不仅 共享产品设计信息，而且可以共享设计者之间的应用。这种协作是“人一人”的全 方位合作。协同的效果不是各个设计单元设计能力简单相j l l l l 得到的。其协同的 含义具体体现在以下几个方面： 产品设计信息的协同。在产品的协同设计中，所有设计单元面对的是同一 产品信息模型。由于同一信息源在不同的设计环境中描述不尽相同，不同的设计 单元出于不同的需要，对信息的使用方式也有差别，因此存在不同设计单元之间 设计信息的规范和标准。 设计过程的协同。各个设计单元所承担的子任务间存在一些关联性，这决 定了各个设计单元的设计活动必须按一定顺序协调一致地进行。 设计工具的协同。不同设计单元根据自身拥有的设计资源所使用的设计工 具不完全一样，同一设计单元也可能使用多种设计工具，协同设计应该提供这些 设计工具的管理方法。 设计环境的协同。协同设计是跨部门、甚至跨企业的活动行为。不同部门、 不同企业的设计环境存在差异，并且这种异构的设计环境随着设计的进程是动态 重庆大学硕士学位论文 变化的，所以异构环境的集成是协同设计系统的一个重要内容。 网络通讯的协同。异构环境下各个设计单元之间的通讯是包含知识处理机 制的通讯。通讯过程包含对不同的知识理解以及表达方式之间的转换等协调工作。 2 1 2 基于i n t e r n e t 的协同 设计活动中的协调合作主要以信息交换的方式来进行的，i n t e r n e t 的快速发 展为我们提供了一个优秀的信息传递和交互的平台，而且i n t e r n e t 可以更好地适 合支持分布式，多用户等要求。所以，我们将i n t e r n e t 技术与计算机支持的协同 工作技术相结合起来，形成基于i n t e r n e t 的协同工作的概念。 早期的计算机支持的协同工作( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i r ew o r k ，简称 c s c w ) 系统是在一个局域网内实现的，其系统模式并不适合广域网、也就是 i n t e r n e t 的要求，而且各个企业间的异构平台也不能很好地通讯，缺乏一个跨平 台的，通用的支持系统，也没有一个统一的标准【3 2 】。近年来，随着互联网的飞速 发展，网路带宽等硬件设施的不断提高，以及电子商务、虚拟企业的出现，人们 己不满足于仅仅在i n t e r n e t 上简单传递信息，希望能够在i n t e r n e t 进行一些复 杂的工作，因此，支持i n t e r n e t 的c s c w 系统成为研究的重点【3 3 】。 众多学者从各自的角度对协同设计进行了深入具体的研究，使协同设计具有丰 富的内涵： 协同设计是一个管理过程：它强调在协同设计中的管理任务，如规划、监 控、协商、调度和决策支持等等，总之协同设计是组织异地不同领域专家共同完 成一个设计目标。在传统的c a d 系统中，即便在多用户系统中，每个设计者执行 的是相对分离、独立的任务，而不能针对共同任务协同进行工作。 协同设计是一个通讯处理过程：在这个过程中，通讯与协调是最重要的问 题。协同设计中应遵守通讯规则，通讯语言机制和规则有利于整个设计过程的通 讯监控。 协同设计是一个环境共享的过程：各设计专家必须共享数据、信息和知识。 各设计小组内部必须能共享知识和设计经验，还要能从其他小组获取共享信息， 而且要把它们集成并产生新的观点和方案。 协同设计是一个协同工作的过程：协同设计作为c s c w 的一个应用，具有 c s c w 协同的特点，即各设计专家在共享信息空间中，相互协调、合理分配设计资 源，共同合作完成设计目标的设计过程。 目前的c s c w 较多应用于视频会议系统和编辑写作系统，以及一些远程教学和 医疗系统等，其工作对象比较单一，而家具产品设计是一项涉及面很多的复杂活 动，工作对象复杂，而且设计活动本身也是复杂的智力活动，所以目前的c s c w 系 统并不适合家具产品开发的特点。具体束说，家具产品开发的协同工作与以往的 2 网络协同设计系统的体系结构与网络环境 协同系统有以下不同： 1 ) 产品模型不同； 2 ) 设计信息的形式不同，信息的表达可能是三维模型或二维图纸的形式； 3 ) 设计人员的设计行为与其他工作不同。 所以，针对面向家具产品设计应用的基于i n t e r n e t 的c s c w 协同工作理论的研 究是十分必要的。 2 2 网络协同环境 现在不少企事业单位为保证设施的进度和质量，都在设计工作中引入了协同 设计的管理，如建立项目小组，实施设计的项目管理等办法。但是，目前真正支 持分布式环境下协同工作方式的计算机管理系统是比较少的，尤其是基于互联网 的系统更是少见。目前比较成熟的软件有m i c r o s o f t 公司的p r o j e c t 9 8 ，它依赖于 支持流程控制的e x c h a n g es e r v e r 系统，可以实现局域网内的项目管理。但是 p r o j e c t9 8 不适合广域网( i n t e r n e t ) 的需要，同时它本身存在着灵活性差，不 能完全适合家具设计的问题。因此，我们需要自己开发适合网络协同设计的协| 司 环境。 2 2 1 协同设计的工作模式 由于区分的因素不同，协同设计的分类方式也不尽相同。以时间和地点考虑协 同设计的类型，可以得到下面的矩阵，如图2 1 所示。 同地 异地 同步异步 厂磊i _ 、厂荔、 竺兰：! ! 竺三竺竺竺! 兰 ，磊磊赢、厂磊磊赢、 巡竺竺竺吵竺竺竺岁 、 图2 1 协同设计的分类p 4 i f i g u r e2 1t h e c l a s so fc o l l a b o r a t i v ed e s i g n 由于协同设计时协同项目的复杂性，一般项目都要划分为相互联系的子项目 ( 子任务) 。一个复杂项目的各个子任务间联合方式的不同，导致了信息交流的水 平也不尽相同。根据时空来分类的方式并没有揭示出信息交流的深度，即设计的 协同程度。在网络化协同设汁中，分柿在不同地点、承担不同子任务的设计者之 重庆人学硕二 = 学位论文 间的通信和协商要贯穿在整个设计过程中，从产品的需求分析到工程设计的完成 等各个阶段都需在协同工作环境的支持下实现不同级别的通信和协商。般地， 我们可以根据各子任务在各个不同设计阶段相互耦合的紧密程度，把协同设计分 成三种：松散耦合的协同设计、适度耦合的协同设计及紧密耦合的协同设计等三 类“。 图2 2 简要描述了上述三种协同的方式。 a 松散耦合 b 适度耦合 c 紧密耦台 图2 2 协同殴计的三种1 ：作模式 a 一松散耦合b 一适度耦台c 一紧密耦合 f i g u r e2 2t h r e ew o r km o d e o fc o l l a b o r a t i v ed e s i g n 2 网络协同改计系统的体系结构与网络环境 松祸合协同，在这种协同工作方式中，一个任务阶段的输出是在无任何限 制的情况下作为下一个阶段的输入，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。显然，对子家具设计的协同要求来说，这种协同方式是不 够的。 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。但在家具设计中，存在着大量的讨论和相互干预，所以中等耦合也不能 完全满足家具设计协同工作的需要。 紧密耦合协同，这是一种支持所有的参与设计的设计人员共同进行项目设 计的工作环境，除具备共享数据库和网络数据传输功能外，还具有项目计划、项 目监控、项目管理的功能，并可以提供共享图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，比较符合家具设计的 实际要求。 此外，按照设计群体的合作时间或合作空间又可以将协同工作方式分为四类： 同步方式、异步方式、分布同步方式和分布异步方式。其中同步方式是指多个 设计人员同时参加到一个协同环境中进行工作，如电予白扳和会议系统；分布同 步方式是指在共享数据的前提下，多个分布在异地的设计者同时进行不同子系统 的工作；分布异步方式是指分布在异地的设计者可以独立地、不同时地完成工作。 以上四类协同方式在机械设计的协同工作中都可以得到不同程度的体现，可能要 根据具体的设计任务而定。 按照设计小组的组织方式来分类，可以将协同设计小组( t e a mw o r k ) 分为整 齐工作组和非整齐工作组。整齐工作组指由同一专业的且同为一个设计项目组的 设计者所组成的小组：非整齐工作组是指设计者可以来自不同的专业，不同的设 计子项目。为实现面向并行工程的设计，设计人员应包括不同专业的人员，如结 构、工艺等，同时也应包含不同子系统的人员，以确保接口的正确，所以家具设 计的协同工作小组为非整齐工作组。 总之，我们所构建的协同设计环境应该是紧密耦合的、能够满足分布异步或同 步工作方式的、非整齐工作组的环境。 2 2 2 协同支持环境的功能 协同支持环境是为实现网络环境下异地设计人员，在同一设计任务内的协同工 作而服务的，所以，协同环境应实现以下四个层次的协同，对应着三层客户服 务结构。如图2 3 所示： 重庆大学硕十= 学位论文 用户层 协同应用层 结构层 网络通信层 数据层 客户端 应用服务器 数据库服务器 图2 3 协同环境的几个层次 f i g u r e2 3t h eh i b e r a r c h yo fc o l l a b o r a t i v ee n v i r o n m e n t 结构层的协同，传统的设计环境，如现有的c a d 软件大多是面向功能的， 是为实现辅助设计这一功能而服务的，缺乏对设计活动流程管理的辅助，而现有 的c i m s 系统旨在设计信息的共享和交换，以及保持信息的统一性，对设计活动本 身的集成也不够。因此，在系统结构上缺乏对协同工作的支持。所以，我们需要 重新构建一种系统模型，使之能较好地满足协同设计的要求。 协同应用层的协同，协同设计中存在各个子设计项目的设计小组或不问功 能的设计小组，如不同的零部件的设计小组，结构设计小组和工艺设计小组，协 同环境应能提供他们之问的数据交换和功能上的交互，和各小组的状态的通报。 利用协同环境提供的功能，应能进行方案评价，约束管理，冲突协调等工作。 通信层的协同，该功能主要是使设计小组内或设计小组间能方便快捷地交 流信息，主要可以通过网络技术来实现，可以直接利用或开发后利用现有的一些 网络工具，如e - m a i l ，文件共享和会议系统等。 数据层的协同，实现数据层的协同是整个协同工作中的基础，由于不同小 组所用的工具不同，所需要的数据侧重点不同，所以需要建立个统一的产品信 息模型，以及数据交换标准，并且需要建立一个共享数据库，以满足设计者对产 品信息的不同需求。 从协同设计的内容来说，协同环境应提供下列两类信息的协同，如图2 4 所示： 1 ) 设计行为的协同，设计行为的协同指的是对设计小组内或设计小组间的设 计行为进行协调，由于零部件的设计是在分布在异地的设计小组内进行的，所以 某一设计人员对设计的修改应该第一时间内反映给设计小组内的每位成员，而部 件的设计是在异地的设计小组间进行的，同样某一小组进行的接口修改应反映到 与之相关的其他零部件设计小组。例如造型和五金件的设计可能分属不同的设计 小组，那么他们之间任何一方的修改必须反映到另一方。 2网络协同没计系统的体系结构与网络环境 用户 协同环境下家具设计用户界面 设计行为协同设计资源协同 网络协同环境 图2 4 协同环境所支持的两种协同 f i g u r e2 4t h et w ok i n d so fc o l l a b o r a t i r es t y l e s b ys u p p o r t e db yc o l l a b o r a t i v ee n v i r o n m e n t 2 ) 设计资源的协同，由于设计资源是共享的，某一设计资源的更改必须反映 到每一