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浙江工业大学硕士学位论文 面向动态联盟的协同设计系统研究 摘要 面向动态联盟的协同设计制造是一种以快速响应市场需求和提 高企业( 企业群体) 竞争力为主要目标的先进设计制造模式。目前企业 动态联盟的协同设计研究主要针对的是动态联盟组建、异地产品设计 过程管理、动态联盟协同设计系统体系结构等关键技术，但基于动态 联盟协同设计系统的动态性、时效性与安全性、联盟组建的敏捷性等 特点的研究目前较少。 本文通过对网络环境下动态联盟产品协同设计的理论以及相关 关键技术的研究，分析了在目前企业组建动态联盟进行协同设计研发 的重要性和必要性，讨论了现有的系统体系结构研究中存在的主要问 题，提出了解决思路和方法。本文主要进行了以下的研究工作： ( 1 ) 针对面向动态联盟的协同设计特点，构建了一个以中心代 理服务器为中心、星形的、适合动态联盟的、开放的、可扩展的系统 一匡架模型： ( 2 ) 针对中心代理服务器的特点和功能，提出其体系结构框架， 对它的主要功能模块的具体结构和功能等方面进行了剖析和研究： ( 3 ) 利用数据驱动及命令序列表方式，解决了设计过程中可能 出现的命令执行及反馈延时的问题，给出了中心代理服务器主要功能 模块的具体工作流程图。 最后，在以上研究的基础上，以一机械产品设计为例，运用本文 提出的系统体系结构，分析了联盟企业间的集成、联盟的快速组建、 重构与终结和盟员企业间协同设计环境等的实施方案。 关键词：动态联盟，协同设计，中心代理服务器，命令序列表，数据 驱动 浙江工业大学硕士学位论文 r e s a r c ho ns y s t e mo fc o o p e r a tlv ed e sig n w i t hd y n a m l ca l l i a n c e a b s t r a c t c o o p e r a t i v ed c s i g nw i t hd y n a m i ca l l i a n c ei sak i n do fa d v a n c e dd e s i g nm o d e ， w i t l lt h e o b j e c t i v e o f r e s p o n d i n g m a r k e td e m a n d r a p i d l y a n d i m p r o v i n g t h e c o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e ( e n t e r p r i s ec o l o n y ) n o w , t h er e s e a r c ho nc o o p e r a t i v e d e s i g nw i t hd y n a m i ca l l i a n c em o s t l ya i m s a ts u c hk e y t e c h n i q u e sa sd y n a m i c a l l i a n c e b u i l d i n g ，p r o c e s sm a n a g e m e m o f d i s t r i b u t e dm a n u f a c t u r e d e s i g n ，t h es y s t e m s u r u c r n e f o rc o o p e r a t i v ed e s i g no f d y n a m i ca l l i a n c e b u tt h e r ea r cf e wr e s e a r c h e sr e l a t i n gt o t h ed y n a i i l i cp r o p m t y , p r o v i s i o n a l i t ya n d s e c u r i t yo fd y n a m i ca l l i a n c e ，a n da g i l 畸o f b u i l d i n ga l l i a n c e b a s e do nt h es t u d yo ft h et h e o r ya n dc o r r e l a t i v ek e yt e c h n o l o g i e so fn e t w o r k c o o p e r a t i v ed e s i g no fd y n a m i ca l l i a n c e ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ei m p o r t a n c e ，t h e e x i s t e d q u e s t i o n s a n dt h es o l u t i o n so fe n t e r p r i s e b u i l d i n gd y n a m i c a l l i a n c ef o r c o o p e r a t i v ep r o d u c td e v e l o p m e n t t h er e s e a r c h e sf o c u s o nt h ef o l l o w i n g a s p e c t ： ( 1 ) a i n l i n ga tt h ec h a r a c t e r i s t i co fc o o p e r a t i o nd e s i g nf o ra l l i a n c ee n t e r p r i s e ，a s t a r - l i k ew i t ht h ec o r ea g e n ts e v e r , e x o t e r i c 。f i t t i n gt od y n a m i ca l l i a n c e ，p a t u l o u s s y s t e ms t r u c t u r ei sd e s i g n e d ( 2 ) a i m i n g a tt h ec h a r a c t e r i s t i ca n df u n c t i o n so f t h ec o r ea g e n ts e v e r , i t ss t r u c t u r e a n df u n c t i o n so f t h em a i nf u n c t i o n a lm o d u l e sa 糟s t u d i e d ( 3 ) u s i n g t h e w a yo fc o m m a n ds e q u e n c e sa n dd a t a - d r i v e ，t h ep r o b l e mo f p e r f o r m e dc o m m a n d sa n df e e d b a c kt i m e l a p s ea r es o l v e d ，a n dt h ew o r kf l o wc h a r t so f t h em a i nf u n c t i o n a lm o d u l e so f t h ec o r e a g e n ts e v e ra r ed e s i g n e d f i n a l l y , b a s i n go n t h ea b o v er e s e a r c h e sa n di m p l e m e n to ft h es y s t e ms t r u c t u r e ， a n d t a k i n go n em e c h a n i c a lm a n u f a c t u r e sd e s i g n 勰e x a m p l e t h i sp a p e ra n a l y z e st h e i m p l e m e n t a r y s o l u t i o n so fi n t e g r a t i o no fa l l i a n c e e n t e r p r i s e s ，a l l i a n c eb u i l d i n g ， r e b u i l d i n g a n df i n i s h i n gq u i c k l y , a n dt h ee n v i r o n m e n to fc o o p e r a t i v ed e s i g nf o r a l l i a n c e e n t e r p r i s e s k e yw o r d s ：c o o p e r a t i v ed e s i g n ，d y n a m i ca l l i a n c e ，c o r ea g e n ts e v e r , c o m m a n d s e q u e n c e s ，d a t a - d r i v e i l l 浙江工业大学硕士学雠文 y7 4 9 6 5 2 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的 法律责任。 作者签名： 詹钦 日期：年j 月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密刚 ( 请在以上相应方框内打“”) 日期：沙歹年 日期：莎年 i r 月印日 r 月一e t 止t 欣耪 备乓 名名签签者师作导 浙江工业大学硕士学位论文 第一章绪论 本章讨论了协同设计和动态联盟的基本问题，分析了组建动态联盟进行产品协 同设计研发的必要性和目前的研究现状，针对存在的问题，提出本文的研究内容。 1 1 引言 制造业是国民经济和综合国力的支柱产业，各工业化国家都非常重视制造业的 发展，把制定制造业发展战略列为重中之重“”。二十世纪八十年代以来，信息技术 和计算机网络技术的发展使得制造环境与传统经济时代相比发生了根本性的变化 。”；科学突飞猛进，供求关系变化频繁，产品更新日新月异。制造业面临着全球 性的市场、资源、技术、和人员的竞争，开放的全球大市场使得消费者更具有选择 性、个性化、多样化的褥求，客户化、小批量、多品种，快速交货已成为先进制造 模式的特征。传统的制造技术和生产模式已越来越难以适应时代的发展，为了解除 制造业的困境，制造业纷纷提出新的制造技术、方法、战略，如计算机集成制造、 若行工程理论、协同设计、敏捷制造、虚拟制造、动态联盟等。 二十世纪是一个竞争的年代，对制造业而言，竞争的核心是以知识为基础的 新产品的竞争，创新将是市场竞争的主要标志，企业必须以高新技术、新颖的产品 去开拓市场“1 。产品开发是制造业中最为重要的部分，特别是产品开发的早期阶段 更是起着决定性的作用。虽然产品开发旱期阶段的设计只占产品生命周期费用的7 1 5 ，但却决定了产品生命周期费用的7 0 8 5 ”1 “，可以说，设计质量的 高低是决定产品一系列技术经济效果的关键问题。对国内外企业的调查和分析表明： 改进产品的开发过程比改进产品的生产过程获得的效益更为显著”1 ，合理、优化的产 品设计过程有利于产品的制造加工过程，因此对产品开发支持技术和环境的研究具 有十分重要的意义。 1 2 并行工程的产生及概念 当今世界，竞争日益激烈的市场对产品提出了t 、q 、c 、s 、e ( 上市时间、质 浙扛工业大学硕士学位论文 量、成本、服务、环境) 多方面的要求，新产品必须在最短的时间内，以其准确的用 户需求预测，高品质和富有竞争力的价格才能占领市场”o 。企业的生存压力越来 越大，如何解决产品设计的复杂性和产品的t q c s e 指标之间的矛盾成为急待解决 的难题。 在传统的产品开发活动中人们多采用串行迭代方法，各阶段的工作按顺序进 行，在9 0 年代前，这种开发方法一直是设计制造业的主导方式。由于设计部门一直 独立于生产加工过程，其它部门对设计更改的信息流反馈的不及时，使得开发的产 品很少能一次就可以投入批量生产，设计错误往往要在设计后期，甚至在制造、装 配阶段才被发现，这样就形成了设计制造修改设计重新制造的大 循环( 见图1 一1 ) ，导致产品开发周期长，开发成本高，质量无法保证等问题。在目 前竞争激烈、产品更新换代快的市场条件下，这种方法的缺陷已经严重威胁着企业 的生存和发展，并行工程( c e ) 就是在这种背景下产生的。 修改 并行过程 2 淅扛工业大学硕士学位论文 目前最有代表性并教广泛采用的是于1 9 8 8 年美国国防分析研宄所( i d a ) 在 r 3 3 8 研究报告中给出的并行工程定义“：并行工程是一种对产品及其相关过程( 包 括制造过程和支持过程) 进行并行、一体化设计的系统化工作模式，这种模式力图 使开发者从一开始就考虑到产品从概念形成直到报废处理的全生命周期中的所有因 素，包括质量、成本、进度与用户需求。并行工程强调在产品生命周期中，产品设 计最为关键，对制造和装配等各个环节具有决定性的影响作用。 并行工程通过组建多学科的产品开发小组，利用各种计算机辅助工具等手段协 同工作，从而缩短开发周期，降低成本。增强对市场的响应敏捷度。串行过程与并 行过程的比较如图l - i 所示。 并行工程的核心就是打破组织内部各机构单元的界限，建立以人际合作关系为 基础的协同工作模式，强调了设计活动中的并行与协同。并行工程中的多学科工作小 组，采用并行的工作方式，进行协同设计，使产品开发的各阶段即有一定的时序又 能并行，同时采用上、下游因素共同决策产品开发各阶段工作的方式，使产品设计 时能综合考虑各方面的因素，并能够及早发现和解决设计中的错误、矛盾和冲突， 从而提高产品的质量，降低设计费用。缩短设计时闯，使产品更早地占领市场，取 得竞争优势。 1 3 计算机支持协同设计的概念及特点 二十一世纪制造业竞争的核心是以知识为基础的新产品的竞争。随着社会分工 的愈来愈细化，以及产品科技含量的提高，设计规模的扩大，面对越来越复杂的设 计对象，单个人和企业已不能胜任，需要多个专家和企业组成多功能设计小组，以 一种协同的工作方式来进行产品设计，这就促使了计算机支持的协同设计( c s c d ) 的产生和发展。c s c d 是计算机支持的协同工作c s c w 的一个典型的应用实例，指在 计算机辅助协同工作技术的支持下，为了完成某一设计目标，由同地或异地的两个 或两个以上的设计主体( 或称专家) 通过网络组成一个虚拟的工作小组，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并行交互地进行设计，共同完 成这一设计目标”。“1 。协同设计采用并行工程思想，让设计的有关人员提前介入到 设计过程中，使设计开发者从一开始就考虑到产品从概念形成直到报废处理的全生 渐扛工业大学硕士学位论文 命周期中的所有因素，以缩短产品开发时间。在协同设计过程中，各设计专家共享 设计数据、信息和知识，协同工作，所以通信、合作、协调是最重要的问题，必须 有一个很好的协同设计系统结构来保证整个设计过程的顺利进行。 防同设计具有如下特点“1 ： 1 多主体性设计活动由两个或两个以上相互独立的设计专家参与，他们各自 具有领域知识、经验和一定的问题求解能力。 2 协同性具有一种协同各个设计专家完成若同设计目标的机构，这一机构包 括各设计专家间的通信协议、通信结构、冲突检测和仲裁机制。 3 共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、 下游的信息也是一致的。 4 。灵活性参与设计的专家数目可以动态地增加或减少，协同设计的体系结构 也是灵活的、可变的。 1 4 动态联盟的概念和特点 敏捷制造是面向2 1 世纪的企业发展战略和模式。而动态联盟( 或虚拟企业) 是 实现敏捷制造的主要途径“。在技术日新月异和竞争不断升级的条件下，没有哪家 企业可以在任何生产领域都占有优势，甚至在同一生产过程中的各个环节保持技术 领先都是不可能的，越来越多的企业认识到集中经济资源，发挥核心优势的重要性。 许多企业集中精力在自己擅长的领域和有利环境中进行生产，把不擅长的业务外包 给其他企业，形成企业联盟。 动态联盟是实现全球化敬捷生产的主要方式。动态联盟又称虚拟企业，是为快 速响应不断变化的市场需求，由分布在不同地区的、专长于不同专业的多个企业、 研究机构、组织、公司等，基于某个项目或产品，利用先进的电子手段和已有的社 会技术基础，为了共同赢得竞争而组成个临时性网络组织或动态的联盟“。由 于信息技术特别是因特网技术的迅速发展，使得这种动态联盟的概念很快向实践 发展。 动态联盟是一种技术与管理相结合的更深层次的集成，它的实质是改变企业多 层次递阶的复杂结构为平面式的结构，从优化角度形成虚拟企业即企业集成。成 浙扛工业大学硕士学位论文 立企业动态联盟的目的是基于某一产品或工程，使各相关企业根据自己的技术、装 备、人才等方面的特长，通过参与其中的研究、设计、生产、配套、组装、测试、 销售等诸环节之一缩短研发周期，加快产业化速度。降低成本提高竞争力。企业 动态联盟是以产品或项目为基础，经济利益为纽带，其结构形式也将不断随着产品 或项目的变化而重新组合”。联盟的组织者或联盟中的核心企业称为盟主，其它联 盟企业称为盟友或盟员，盟主通常是联盟的发起者或由推举产生。各联盟企业通过 现代通信技术相互联系，由盟主主持工作，实现同地或异地的协同设计与制造。 动态联盟具有以下几大特点“”1 ： 地域分散，信息集成：资源共事，减少投入；强强联合合作实现双赢；风险 分担，增强了抗风险能力；以项目为导向，随市场机遇而存亡：提高了企业敏捷性， 增强了竞争实力。 和以前传统的工作方式相比较，动态联盟更强调“动态”和“联盟”，“动态” 反应了市场和竞争环境的特点，动态地按需组建和解散联盟；而“联盟”代表了一 种通过紧密合作去响应变化的新型企业组织模式。动态联盟具有集成性和时效性两 大特点，它实质上是不同组织企业间的动态集成，随市场机遇的存亡而聚散，在具 体表现上，结盟的可以是同一个大公司的不同部门( 以互利和信任为基础，而非上 级的意识) ，也可以是不同国家的不同公司。动态联盟的思想基础是共赢( w i n w i n ) ， 以整体优势来应付多变的市场，从而共同获利。 1 5 动态联盟与协同设计的研究现状 随着我国加入w t 0 以及全球经济一体化的日益形成，我国的产品将直接面对激 烈的国际市场竞争，只有设计出高性能的产品并迅速投放市场才能在激烈的市场竞 争中立于不败之地。而通过动态联盟进行产品协同设计是企业缩短产品开发时间， 降低成本，提高质量，赢得市场竞争的一个重要途径。目前对异地企业联盟的协同 设计研究引起了学术界和企业界的广泛重视，已成为产品设计领域的一个热点“”1 。 国外对协同设计的研究己经取得了一定进展，部分研究成果已经转化为商品化 软件或正在朝着商品化软件的方向发展。英国等欧洲六园在1 9 9 5 年开始的v i s i n e t 项目是一个“建立在a t m 网上协同三维可视化与虚拟现实基础上的一个跨越欧洲 浙江工业大学硕士学位论立 的设计系统”“”，该研究项目在虚拟研究方面取得了一些很大进展。 以美国通用电气公司的“c a m n e t ”项目为代表的是一个以交换和共享信息为 目的的制造企业间相互联系的网络。类似的还有美国能源部的“敏捷制造的使能技 术”，香港与内地企业间的“分散网络化生产系统d n p s ”。这些研究都强调一种灵 活的生产组织模式，以满足异地制造以及国际协作生产的需要，但较少支持协同设 计”。 k e n t u c k y 大学计算机系的z h a n g 和c h e n “”认为w w w 为协同c a d 应用提供 了一个理想的支持环境，并具体地研究了协同用户界面、协同感知支持、同步与异 步、以及安全性等技术。 i o w a 大学i n t e r n e t 实验室的k a n g 和g r a d y 1 等着眼于i n t e m e t 环境下协同设计 的研究，提出了一个基于w w w 的协同设计系统总体结构，它采用v r m l 在浏览 器下实现分布设计小组的协同浏览，缺点是只能实现协同浏览，不能实现协同造型 等进一步功能。 自从上世纪末，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 造领域以来，我国在异地协同设计与制造方面的研究受到了普遍重视，发展很快， 主要集中在中国科学院计算技术研究所、南京理工大学、清华大学、浙江大学等几 个科研单位。 以西安交通大学润滑理论和轴承研究所为主、国内多家企业和研究机构参与建 设的“现代产品设计与研究开发网络”提供了互联网上的支持设计资源服务和支持 设计资源信息服务等，研究重点在于现代分布知识资源的获取和异地设计中的知识 资源远程调用，提供了一些计算程序，但对设计的整个流程支持还不够。 王经卓，殷国富“”等提出了采用1 3 s 模式构建的远程协同设计与制造原型系统， 但其重点在于说明联盟单元的内部结构模块如何在联盟中发挥作用，而对于企业间 如何集成和管理没有作具体讨论。 刘锦兴、秦叶等汹1 提出半分散型异地协同设计与制造系统结构及该系统的分级 模型，并提出基于产品装配模型、软件代理和特征技术解决动态产品模型数据和冲 突信息的自动收集、转换和传输等关键问题。赖朝安，孙延明等基于虚拟企业进 行机电产品协同开发的过程，开发了一个支持虚拟企业组建、运行与解体的异地并 浙江工业大学硕士学位论文 行设计与制造系统介绍了系统的基本框架与实现方法。但是它们没有考虑到联盟 的动态性特点和企业间的异构性和协同设计中的管理问题。 杨楠，杨涛“”等提出利用敏捷企业合作环境下的企业注册代理来为敏捷企业的 合作提供支持，为加入动态联盟的成员提供集成环境和应用服务。 李柯、胡自化1 对企业间的合作进行了讨论，给出以盟主企业为中心的异地设 计与制造网络结构图，提出了异地协同设计与制造中五个关键的支持技术。 王永滨、盂跃进等。针对动态联盟协同设计组织模型进行研究，提出了动态联 盟协同设计系统结构是通过各管理a g e n t 建立团队之间联系的联邦结构，并用中间 件技术来保证访问接口的开放性，扩展性等。 王磊、郭伟等结合典型区域中小企业需求和技术资源分布状况，提出了区域 网络化协同设计制造平台系统总体框架，进而讨论了平台关键技术与运行管理模式。 以上文献虽然就动态联盟协同设计中的许多方面进行研究，但是大都较少考虑 到动态联盟中企业协作的暂时性、高度动态性，企业结盟的敏捷性，及企业的安全 性等特点。市场需求的快速多变和不确定性决定了动态联盟设计与制造系统的暂时 性，其生命周期取决于市场需求的存在，并随市场需求的变化，快速组建与撤销， 快速进入与退出市场”1 。动态联盟协同设计系统只是个临时的企业联盟，企业之 间既是合作伙伴，又是竞争对象，所以系统既要考虑各企业本身资源的安全保密， 又不能影响企业合作：企业只是临时加入该动态联盟。所以不能在加入联盟上花费 太多的时间和成本，动态联盟协同设计系统应该方便企业的动态进出。即插即用。 针对这样问题，文献 2 4 2 7 也有所研究，并有了一定的研究成果。 2 4 针对 联盟组建方面提出的企业注册代理结构是一个较好的解决方法，但该文只是就有关 企业注册和联盟组建进行研究，对协同设计方面较少涉及。本文在 2 4 提出的星形 结构的基础上，考虑动态联盟协同设计的特点，将其进行深化不仅就构建联盟方 面更多的就支持协同设计方面进行研究。 2 7 提出的网络化协同设计制造平台针 对区域性的中小企业，为其狲同设计制造提供了较好的协同环境和中介服务。整个 系统是一个树状结构，平台相当于一个服务中心，承担主管作用，企业是对于明确 的、具体的任务进行设计制造，所以企业间合作主要是在协作性方面，而协同性方 面较弱。本文研究的对象是面向任务的、地域分散、实力均等的企业联盟，这时， 浙江工业大学硕士学位论文 用c 2 7 的平台就不太适合，但是可以把本文的结构嵌入到平台中来解决这个问题。 1 6 本课题研究的问题及主要工作 本课题要研究的问题是：对面向动态联盟的网络化协同设计的内涵、工作模式、 协作结构等进行系统的分析和研究构建一个以中心代理服务器为中心的面向动态 联盟协同设计系统体系结构，实现企业间信息集成与共享，提供适合企业间协同设 计的环境。并着重对中心代理服务器在系统中所起的作用及其主要功能模块进行分 析研究，最后用实例来阐述本论文的观点。 本课题的目的在于研究网络环境下动态联盟产品协同设计的方法以及与之相适 应的技术，构建一个基于面向动态联盟的以中心代理服务器为中心的协同设计原型 系统，实现联盟企业间的集成，方便动态联盟的快速组建，使系统具有高度的开放 性，满足高度动态特点的动态联盟协同设计的要求提供一个良好的盟员企业间协 同设计环境。 本论文的主要工作如下： l - 介绍协同设计和动态联盟的概念和特点，分析组建动态联盟进行产品设计的 重要性及必要性，阐述了动态联盟协同设计的研究现状和存在的问题，提出本文要 完成的工作。 2 针对传统的企业协作结构的缺点和不足，采用更具灵活性的星形结构动态联 盟组织形式。并针对面向动态联盟的协同设计特点，构建了一个以中心代理服务器 为中心的、星形的、适合高度动态特点的、开放的、可扩展的系统模型，论述了中 心代理服务器在系统中所起的作用及优点。 3 针对动态联盟协同设计系统中心代理服务器的特点及要求，研究了中心代理 服务器的结构框架，剖析其主要模块的具体结构、功能等，讨论了在异地企业间信 息传递及数据存取等问题。并对如何保证数据的安全性及在整个系统中的数据一致 性问题进行探讨。 4 针对设计交互过程中信息交流可能出现的命令执行及反馈延时问题，提出利 用数据驱动及采用命令序列表的解决方案。根据数据驱动和采用命令序列表的思想， 对中心代理服务器的主要功能进行分析，给出主要功能模块的具体工作流程图。 浙江工业大学硕士学位论文 5 以一船舰上排缆装置设计开发的实例分析，结合目前的设计方法中存在的问 题，阐述了利用中心代理服务器组建动态联盟进行网上盼同设计来解决问题的思路， 并且对系统实现进行探讨。 浙江工业大学硕士学位论文 第二章面向动态联盟的产品协同设计系统框架 本章针对动态联盟环境下的产品协同设计的特点，分析了面向动态联盟的产品 协同设计流程，以及传统企业协作结构的优缺点，采用了以中心代理服务器为中心 的星形企业协作结构。在此基础上，提出并研究分析了网络化动态联盟协同设计系 统的层次结构和系统结构模型，并结合系统结构模型，分析了中心代理服务器的作 用及功能。 2 1 面向动态联盟的产品协同设计的特点 动态联盟环境下的产品开发过程是联臻企业的异地联合并行设计与制造，强调 有效利用合作企业已有的设计、制造资源，各盟员企业分担整体设计制造任务中的 一部分，一方面盟员企业能独立自主地进行设计制造。另一方面，企业之间，企 业内部各小组之间、成员之间相互协同工作。由于涉及多企业资源共享和异地合作 等问题，使得与一般的协同设计相比，面向动态联盟的产品协同设计过程更加复杂， 除了具有协同设计的多主体性、协同性、共同性、灵活性这些特点之外，还具有分 布性、异构性、时效性等特点”“。 1 分布性和强交互性动态联盟企业各成员在地理上较为分散，企业协同工 作时通讯频繁，复杂的信息和事务处理过程，需要畅通的信息传递，所以，其信息 系统要满足及时有效的分布性要求。 2 用户群的动态性和移动性在协同设计过程中，有时根据需要对协作关系 进行相应的调整，盟员可以随时退出，其它企业也可以临时加盟，所以，要求系统 应具有良好的可重构性。便于结盟企业的退出或加入，而不会对其它企业的造成较 大影响。 3 异构性不同的企业，往往根据本单位的不同情况，选择适合自己的最佳 硬件和软件组件，当它们结成联盟时，在网络、操作系统、数据库和数据格式等产 品开发环境上，存在着异构的特性。 4 成员企业设计有较强的自治性在对产品负责和协作的前提下，成员企业接 o 浙江工业大学硕士学位论文 到任务后，有权自主地组建设计队伍，进行工作分派决定工作方法等，并对下一 级的工作团队也充分放权，这样便于他们灵活决策，提高效率。 5 时效性与安全性动态联盟企业是面向某一机遇产品的一种企业组织形式， 故它具有明确的生命周期，即具有时效性的特点。在该生命周期内，成员企业之间 是一种伙俘合作关系，在该生命周期外，又是竞争对手，所以，在协同设计过程中， 让其它成员企业共享自己的某些设计信息的同时要对非共享信息加强安全和保密等 措施。 6 敏捷性市场和竞争对象的不断变化要求动态联盟企业具有快速响应市场的 能力，除此之外，要求系统能方便动态联盟的组建，即插即用。 2 2 基于网络的面向动态联盟的产品协同设计流程 异地企业协作设计的工作流程是以设计任务为核心，以设计组织者为主体，联 系和控制所有设计小组来共同完成的设计过程。通过c a d 系统进行设计的产品协 同设计过程，实际上就是应用计算机进行信息处理的过程。联盟企业之间的集成以 计算机辅助工具、企业c i m s 应用工程和网络信息工程为基础，实现企业之间的信息 交换与共享。动态联盟产品协同设计过程可以分解为设计的准备阶段和设计的实 旅阶段，基于网络的面向动态联盟的机械设计流程如图2 一l 所示。 设计准备阶段由设计组织者完成联盟的组建，确定设计方案和进行任务分解， 同时在动态联盟形成之后进行联盟规则的制定等。盟员企业可以通过网上竞争，获 得盟员企业资格，依据盟主企业所提出的关于产品、时间、资金、约束等定位自身 在系统设计中的角色，并且根据自身资源、组织等情况，对分派给自己的任务进行 第二次、第三次递阶分解，最终完成整个项目的详细规划方案，实现设计任务的分 解与分配。 设计实旄阶段由设计者根据上一级设计组织者下达给自己的具体任务，执行具 体的设计过程，并反馈设计意见和要求，设计组织者则完成工作流程的设计、协调、 指导和监督工作。在设计过程中，强调了设计活动中的并行与协同。采用产品全生 命周期的设计手段，如面向装配的设计和面向制造的设计。在产品概念设计阶段， 产品开发的工作方式以各单位的项目组成员集中讨论为主；在产品初步设计阶段， 浙江工业大学硕士学位论文 图2 - - 1 基于网络的面向动态联盟的产品协同设计流程 各联盟企业根据产品方案设计结果进行设计分工，产品数据交换较多地在联盟企业 之间，在分布式数据库和p d m 的支持下进行，建立产品的装配模型是主要的设计 任务，零部件之间的装配、配合设计是主要的设计内容，主要特点为异地设计、基 于网络的预装配：在详细设计阶段，产品设计的主要任务是联盟企业内部零部件的 浙江工业大学硕士学位论文 细节设计和联盟企业之间的协同设计产品数据交换较多地在联盟企业内部的小组 成员之间、企业i n t r a n c t 与p d m 的支持下进行，产品设计对象以部件装配模型和零 件模型为主，零部件的细节设计为主要设计内容。 在面向动态联盟协同设计中，联盟企业间通过中心代理服务器实现互联和互操 作，其中分布式数据库是信息交互的关键。动态联盟协同设计中的数据库已不是单 一的数据库，而是由若干个具有独立自治功能的各企业的数据库组成的数据库群。 本文耍把这些物理上分布异构的数据源集成起来，使其逻辑上构成一个透明的、 面向协作工作独立于特定应用的虚拟环境。企业用户通过w e b 页面所显示的表格和 数据库进行交互操作，从数据库读取相关文本、图像、袭、图形或者多媒体等信息， 以此实现数据信息的动态交换和实时分布。 2 3 舁地企业的协作结构 2 3 1 传统企业协作结构 如何快速地组建动态联盟，以群体和协作的优势赢得竞争，对企业来说，有非 常重要的意义。传统企业之间的合作一般是两层的网状结构。”( 如图2 - - 2 ) ，在企 业与企业之间合作的整个过程中，大都是两个企 业直接进行合作。当合作企业不是很多时，这种 两层结构下的企业合作也是快捷和方便的。但是， 每个企业都必须记录其他企业的相关合作信息， 以及为联盟中每个企业编写专门的连接程序，假 图2 - 2 传统企业合作结构 设此时有n 个企业，则所需的链路数为n ( n 一1 ) 2 。 随着网络技术的实现，企业之间的合作能力变得更加强大，能相互合作的企业 不断增多，这时，这种两层合作结构会变得很复杂，每增加一个盟员企业即总数为 n + i 时，所需的链路数就会增加n 个，模式中用于合作所付出的代价在企业中占的 比重大大加大以及企业之间( 点对点转换) 应用转换的代价会很大。由于联盟企业 的分布及异构性，每个企业都有适合本企业的内在系统，当采用网状结构合作时， 使得直接实现各层次上不同标准之阃的互操作非常困难，企业需要针对这个动态联 盟的要求对自己的系统进行一系列改造，这对于企业的内部开发流程及内部管理都 浙江工业人学硕七学位论文 带来一定的冲击，因为对于每个应用，都需要程序员为每个需要的企业资源或外部 资源编写连接代码，使得应用得以运行。程序员还需要编写更多的代码使得大量的 用户能够访问每个应用，当有企业退出或新加入联盟时，都会引起其它企业应用程 序的修改及后台数据的修改，又得从最初的协同设计开始做起，因为所有的应用都 是从一次性开发的角度实施的，应用的每一个更改都需要由特定的程序员来完成”“。 由于每个应用都有其自己特有的基础架构这些应用在部署、更改和维护上的 代价都异常高昂，同时这些应用即不能被方便地继承，也不能随着联盟企业的规模 扩展而方便地实现应用的规模扩展。动态联盟只是临时性的，当该联盟结束后，叉 需要针对另一个新加入的动态联盟的要求去改造企业的系统，对于企业来说，代价 太大。当企业同时承担几个动态联盟的不同角色时，对企业冲击会更大，改造系统 的复杂程度和成本成倍增加，严重时可能导致企业内部系统的不协调，可见这种网 状连接结构显然不适合动态联盟的敏捷性要求。 2 3 2 企业合作星开；结构及中心代理服务器 为了让企业能适应动态联盟的高度动态要求，能 够快速加入或退出动态联盟组织，能够顺利地与其 它联盟企业合作设计，本文采用一种星形结构方式 ( 如图2 3 所示) ，来降低对盟员企业的要求，减 少企业为加入联盟而付出的代价。在此星形结构中， 加入了一个中间结构，所有联盟企业都与其连接， 图2 3 企业星形协作结构 由它来帮忙组建联盟，并联系、协调、解释、管理企业间的合作，使得联盟企业面 对一个简单而统一的开发环境，只需要按一定的规范搜索、提取、重建、重构与动 态联盟相关的资源，面向动态联盟建模即可。这样，每增加一个盟员节点只要增 加一条链路即可，大大的简化了节点间的链接：对于企业来说，合作引起的应用转 换是企业到中心代理服务器的一对一的形式，而避免了企业到企业的多对多的形式， 大大地降低了企业加入动态联盟的复杂程度，也减少了建立或加入动态联盟对企业 本身资源系统的影响增加了系统的灵活性。本文称这个中间部分为面向动态联盟 协同设计的中心代理服务器，简称为中心代理服务器。本结构中的中心代理服务器 浙江工业大学硕士学位论文 是一个提供敏捷企业合作支持服务的场所，是动态联盟企业合作环境的关键组成部 分，根据联盟企业的合作形式、规模、成员公司的信息化程度，可提供不同层次的 服务，联盟企业可以通过中心代理服务器所提供的服务，方便地建立协同设计模型： 同时。还为各企业间通讯提供通讯信息转换。中心代理服务器还具有高度的开放性， 它能提供统一的接口标准，每个参与动态联盟的企业的过程和资源，以统一的接口 实现兼容插入操作，使得成员企业可以很方便地加入和退出动态联盟。这样。就实 现了客户企业的真正的即插即用，真正实现企业联盟的高度动态，同时也增强了系 统的可扩展性。 有关企业协作的结构模式问题，文献 2 4 也有这方面研究，但它主要针对动态 联盟的组建方面进行探讨，通过企业注册代理寻找合作伙伴，管理注册企业及提供 不同层次的服务等。本文构建的动态联盟企业协作星形结构，虽然与其提出的合作 结构相类似但是本文对它进行了发展，不仅支持动态联盟的组建，而且还赋予它 许多在协同设计过程中的管理功能，在后续章节有详细介绍。 2 4 动态联盟环境下的产品协同设计系统体系结构 2 4 1 面向动态联盟协同设计系统层次结构图 面向动态联盟的协同设计中，联盟企业之间相互协作，相互约束，协同工作。 由于企业的设计数据等存储在本企业的数据库中，盟员企业的交互往往映射到对其 数据库的访问和管理上1 。所以中心代理服务器的一个很重要的作用就是实现分布 式应用的数据访问和事务处理，简化多层应用的开发代价。 针对集成各分散企业数据库问题，本文认为一个基于w e b 的动态联盟协同设 计系统从服务的角度来说可分为以下的几个层次( 如图2 4 ) ，最底层是各联盟企 业的数据库层，由各企业自己的数据库管理系统自行管理，为上层提供访问数据的 结果视图，第三层是中心代理服务器结构，它负责各企业之间的互联、互操作，信 息通讯及数据存取等工作第二层是不同的硬件、操作系统或通信协议，最上一层 是联盟企业中的用户程序层。 对协同数据库系统的研究，文献 3 5 也给出了协同多数据库系统的层次结构图。 但 3 5 构建的系统只考虑数据库的集成和管理方面，而本文构建的系统还要考虑支 新江工业大学颂士学位论文 持企业间协同设计管理以及联盟的快速组建等问题。 图2 4 动态联盟协同设计系统层次结构图 针对实现携同数据库集成方面，中心代理服务器主要实现以下功能： 1 分布式数据访问，数据服务器的物理位置对其上层应用提供位置透明性，使 应用逻辑层只需知道中心代理服务器即可，无需知道数据源的具体位置。 2 分布式数据查询，由中心代理服务器中的查询模块将企业的应用逻辑中对数 据的查询请求转化为对具体数据库的查询请求，然后从具体数据库中获得数据并提 供给应用层，为企业应用提供统一的数据访问接口。 3 多用户访问并发事务处理，在多个应用对数据“同对”进行读写操作时。保 证数据的一致性、完整性。 4 异构数据源兼容，能够将企业的各种不同的数据管理系统甚至是数据文件连 接起来，为应用逻辑层提供统一的数据访问接口。 5 安全认证，能对系统合法用户进行数据访问认证，增加数据的安全性。 2 4 2 动态联盟协同设计系统结构 动态联盟涛同设计系统的动态性、分布异构性要求一个合理的体系结构来指导 系统的建立。这个体系必须具有高度的开放性，允许分布的异构知识和系统之间的 高效集成和相互间透明的互操作。系统各盟员企业间既相对独立，可以自主完成相 应任务，又可以与其它合作企业密切协作，实现协同设计工作。在整个体系中，应 存在一个一致的集成框架负责应用系统集成，并基于这个框架，在系统内进行异 浙江工业大学硕士学位论文 地工作调度和并行协同过程管理，从而使物理上分数的系统组成逻辑上的有机整体。 基于以上要求，本文建立了一个以中心代理服务器为中心的、面向动态联盟协 同设计系统体系结构，采用了分布式层次结构和模块化的设计方法，并利用中间件 和a g e n t 技术实现不同的功能模块以及模块间的交互和集成如图2 5 所示。 圈2 - 5 动态联盟协同设计系统结构 面向动态联盟协同设计系统，是遵循国际标准规范或工业流行标准规范，建立 网络化设计制造管理集成系统，构造面向产品异地协同设计制造的、基于网络的分 布式应用互操作开放式体系结构。各联盟企业通过互联网与中心代理服务器进行链 接，利用中心代理服务器通过处理，实现产品设计图、应用工程图、文档资料、设 计实验数据库、产品数据管理等异地信息资源以及应用系统与i n t e r n e t i n t r a n e t 网的无缝接入：实现对产品设计图、应用工程图、文件、数据等设计制造资源的远 程访问、查询、修改、认证与传送，包括投标方案异地协同设计、产品异地协同设 计制造与管理。 在整个系统里，利用分布式模块化的方法构建框架模型，每个盟员企业就是设 计中的一个模块，企业下又由更小的模块组成( 如图2 6 所示) 。动态联盟协同设 计系统结构采用多层客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构，客户和服务器的角色划分 是相对的和多层次的。在多层结构中中心代理服务器起着双重作用对于客户层 ( 有操作请求的企业) 是服务器，对于数据层是客户机，当延伸到企业层时，相对 企业服务器，客户机是具体设计主体。在动态联盟协同设计系统结构中，企业间利 用互联网，通过中心代理服务器实现企业间的资源共享、组合与优化利用及协同设 计；而每个企业都是一个独立的个体有自己的数据库和服务器，通过企业的内联 浙江工业丈学硕士学位论文 网，实现制造环境与企业中产品设计、管理信息系统等各子系统的集成。 图2 - - 6动态联盟协同设计系统结构的盟员企业 为了减少数据在网上的流量，提高传输速度，以及保护数据的安全，企业的有 关信息及设计数据大都存储在本企业数据库中，只有一些必要的共享信息和协作信 息置于中心代理服务器的中间数据库中。企业通过本地服务器提供给本企业下属成 员数据服务和应用服务以及其它企业的数据请求等，这样可以减少网络信息流量， 极大地节省带宽，提高系统的响应性能。用户通过两级服务器与异地企业的数据库 进行交互操作，从数据库中读取相关文本、图像、表、图形或者多媒体等信息，以 此实现数据信息的动态交换和实时发布。 2 4 3 动态联盟环境下的产品协同设计系统的优点 l _ 通过制造企业的内联网络i n t r a n e t ，实现制造环境与企业中产品设计、管理 信息系统等各予系统的集成；通过企业间互联网络i n t e r n e t 保证分散在异地的盟员 企业协同设计所需要的及时有效、畅通的信息传递，实现企业间的资源共享、组合 与优化利用，实现远程协同设计与制造。 2 本系统通过中心代理服务器，简化协同设