（机械设计及理论专业论文）基于autocad的网络化实时协同设计系统的研究.pdf

重垦奎兰堡圭堂垡堡苎 ! 窒塑至 摘要 并行工程、敏捷制造和柔性制造是2 1 世纪的先进生产模式，计算机支持的协 同设计是并行工程的重要组成部分，其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。 实时协同设计技术是属于计算机支持的协同设计领域的热点研究方向之一。 本文所涉及的研究内容是在国家自然科学基金项目“基于网络技术在异构环境下 多点合作设计关键技术研究”( 项目编号5 9 8 7 5 0 8 7 ) 和“共享模型驱动的异地实时 协同设计方法和技术研究”( 项目编号5 1 0 7 5 1 1 3 ) 的资助下，较为系统地综述了计 算机支持的协同设计的基本概念、特点、功能需求和体系结构以及协同设计系统 的环境、平台和工具，针对当前协同设计在应用中存在的若干问题，提出了开发 实时协同设计系统的构想。本文对实时协同设计的工作模式及应用系统的开发技 术进行了详细的探讨和研究，主要进行了以下几方面的工作： 论述了实时协同设计系统所涉及的关键技术，针对传统的实时协同设计系 统的体系结构存在的问题，提出了解决方案，建立混合式体系结构，由协同服务 器负责会话管理、访问控制、并发控制等，数据传输、存储则采用分布式管理。 利用基于c o m 组件技术的a c t i v e x 控件作为开发技术，在微软提供的 n e t m e e t i n gc o m a p i 基础上开发系统的网络通信模奥，建立多机协同处理机制， 提高系统的柔性，实现异地多点实时协同设计。 运用a u t o c a d2 0 0 0 的二次开发工具o b j e c t a r x2 0 0 0 来访问a u t o c a d c o m 对象开发设计系统的人一机交互界面，增强系统的人一人交互性能，满足产 品实时协同设计的需要。 为全面满足实时协同设计中各种实体编辑方式的需要，在课题组前一阶段 研究进展的基础上，完善实时协同设计系统的编辑功能，对原有系统的修改功能 子模块进行改进实现多实体群操作功能，以及增加图案填充功能子模块来实现图 案填充的功能。 关键词：实时协同设计，a u t o c a d ，c o m ，o b j e c t a r x 2 0 0 0 望鉴奎兰堡主兰堡堡奎 茎奎塑墨 a b s t r a c t c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，a g i l em a n u f a c t u r i n ga n df l e x i b l em a n u f a c t u r i n ga r et h e p r o d u c t i o np a t t e r n s i nt h e21 c e n t u r i e s c o m p u t e rs u p p o s e dc o o p e r a t i v ed e s i g n ， c s c d ，i sa ni m p o r t a n tp a r to fc o n c u r r e n te n g i n e e r i n g i ti si m p o r t a n tt h a tm a n a g e r s ， d e s i g n e r s ，m a n u f a c t u r e r sa n du s e r sa r ea b l et op a r t i c i p a t ei nt h ed e s i g na td i f f e r e n t p l a c e ss y n c h r o n o u s l yo ra s y n c h r o n o u s l yw i t hi t sh e l p ，t h eq u a l i t yo fd e s i g nc a nb e i m p r o v e da n dt h ee f f i c i e n c yo f d e s i g n c a nb er a i s e d t h e t e c h n i q u eo f r e a l t i m ec o o p e r a t i v ed e s i g ni so n eo fr e s e a r c ht o p i c si nc s c d t h e s t u d yi nt h i sp a p e ri ss u p p o r t e db y t h en s f c ( n o 5 9 8 7 5 0 8 7a n d n o 5 1 0 7 5 1 1 3 ) i n t h i s p a p e r , t h ef u n d a m e n t a lc o n c e p t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c ，f u n c t i o n a n dr e q u i r e m e n t ，t h e s y s t e ms t r u c t u r eo fc s c da n dt h ee n v i r o n m e n t ，p l a t f o r m ，t o o l so fc o o p e r a t i v ed e s i g n s y s t e m a r e s y s t e m a t i c a l l ys u m m a r i z e d t h ep l a n o fr e a l t i m e c o o p e r a t i v ed e s i g n s y s t e mi sp r o p o s e di n o r d e rt os o l v et h ep r o b l e m si nc s c d t h ew o r kp a t t e mo f r e a l t i m ec o o p e r a t i v ed e s i g na n dt h ed e v e l o p i n gt e c h n i q u eo ft h ea p p l i c a t i o ns y s t e m a r ed i s c u s s e da n ds t u d i e di nd e t a i l t h em a j o rw o r ki nt h i sp a p e ri sa sf o l l o w ： d i s c u s s e dt h ek e yt e c h n i q u eo fr e a l t i m ec o o p e r a t i v ed e s i g ns y s t e ma n d p r o p o s e dt h es o l u t i o ni n o r d e rt os o l v et h ep r o b l e m si nt h es t r u c t u r eo ft r a d i t i o n a l r e a l t i m ec o o p e r a t i v ed e s i g n am i x e ds y s t e ms t r u c t u r ei se s t a b l i s h e d f u n c t i o n ss u c h a sc o n v e r s a t i o n ，v i s i t a t i o na n dc o n c u r r e n c ea r em a n a g e db yt h ec s c ds e r v e r t h e t r a n s m i s s i o na n dt h es t o r a g eo f d a t aa r ei nd i s t r i b u t e dm o d e b a s e do nn e t m e e t i n gc o ma p i ，t h en e t w o r k c o m r n u n i c a t i o n sm o d u l ei s d e v e l o p e db yu s i n ga c t i v e xi n c o m t h ec o o p e r a t i v em e c h a n i s mo fm u l t i u s e r si s e s t a b l i s h e d ，t h ef l e x i b i l i t yo ft h es y s t e mi si m p r o v e da n dt h em u l t i - l o c a t i o nr e a l - t i m e c o o p e r a t i v ed e s i g n i sr e a l i z e d t h ei n t e r a c t i v ei n t e r f a c eo fs y s t e mi sd e v e l o p e db yu s i n go b j e c t a r x2 0 0 0t o v i s i ta u t o c a dc o m ，w h i c hi m p r o v et h ei n t e r a c t i v ef u n c t i o no f t h es y s t e ma n ds a r i s f y t h en e e do f r e a l t i m ec o o p e r a t i v ed e s i g no f p r o d u c t b a s e do nt h ef o r m e ro u t c o m e ，t h ep r e v i o u sm o d i f i c a t i o n f u n c t i o nm o d u l ei s i m p r o v e dt or e a l i z em u l t i e n t i t yo p e r a t i o nf i m c t i o n a n dh a t c h i n gf u n c t i o nm o d u l ei s a d d e dt os a t i s f yt h en e e do fv a r i o u se n t i t yd e s i g n k e y w o r d s ：r e a l t i m ec o o p e r a t i v ed e s i g n ，a u t o c a d ，c o m ，o b j e c t a r x 2 0 0 0 1 1 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题的背景、来源和意义 1 1 1 课题的背景 全球市场竞争对制造业提出了产品个性化、多元化和小批量生产的要求。这 就迫使企业加速新产品的开发研制，并以尽可能短的研制周期抢占市场。在这样 一种激烈竞争的环境下，制造业不断涌现出一些新思想、新理念、新模式，如计 算机集成制造( c i m ) 、并行工程( c e ) 、精良生产( l p ) 、柔性制造( f m ) 、敏捷 制造( a m ) 、虚拟制造( v m ) 、逆向工程( r e ) 等。如何利用这些新思想、新理 念、新模式，配以相应的支撑技术和使能技术，在最短的时间内开发出高质量、 低成本、高附加值的新产品，即以最快的速度响应市场的需求，己成为企业竞争 的焦点。 在各种新思想、新理念、新模式中，计算机支持的协同工作( c s c w ) 是一个 重要的支撑技术领域。计算机支持的协n j i 作是以人们的群体工作方式为背景， 研究在异地分布环境下，如何利用计算机网络支持人一人之间的交互，而不是传 统的人一机之问的交互。计算机支持的协同工作的研究开始于上个世纪6 0 年代， 但由于当时所需的各种基础技术还远未成熟，所以早期的发展较为缓慢。直到8 0 年代，和计算机支持的协同工作相关的计算机技术、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和人机交互理论的迅速发展， 才使得计算机支持的协同工作的研究逐渐步入正轨口1 。 计算机支持的协同设计( c s c d ：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 ed e s i g n ) 是 c s c w 的一个重要领域，它是在c s c w 基础上与设计领域结合的产物1 3 ”。随着学 术界对该领域的研究的逐步展开和深入，人们认识到产品的协同设计是实现先进 制造模式的一项重要技术p j 。 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多点合作设计关键技 术研究”( 项目编号5 9 8 7 5 0 8 7 ) 和“共享模型驱动的异地实时协同设计方法和技术 研究，( 项目编号5 1 0 7 5 1 1 3 ) 的资助下，本文提出“网络化实时协同设计系统的研 究”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，本课题的目的和意义是： 克服现有单用户c a d 系统面向协同设计操作的不足，通过建立软件代理 ( a g e n t ) 来扩展其功能，使之支持网络化实时协同设计。 至鉴奎堂堡主堂堡堡苎 ! 竺堡 在课题组前阶段的研究工作进展的基础上，添加图案填充功能和多实体群 操作功能，以满足网络化实时协同设计的需要。 系统将集中式结构和分布式结构结合在一起，采用混合式体系结构，增强 了系统的稳定性和实时性。 开发设计统一的用户界面，以增强协同设计系统的人一人交互性能，满足 实时协同设计的需要。 1 2 本文的研究内容和研究条件 l 。2 1 本文的研究内容 本文的研究内容由三个部分构成： 简要介绍计算机支持的协同设计( c s c d ) 的基本概念、特点、功能需求 和体系结构，对协恫设计系统的互联环境、支撑平台和工具、接口以及支持系统 模型进行详细叙述，并对课题组前阶段的研究成果“多点协同设计几何图形实时编 辑系统”的功能进行分析评价。 在前面分析论证的基础上，提出了开发实时协同设计系统的设计目标。对 实时协同设计系统的群体协作模式、协作控制机制、界面管理技术、多媒体技术、 体系结构作了介绍，并重点介绍了n e t m e e t i n gc o m 组件编程和o b j e c t a r x 编程。 在此基础上具体开发了基于a u t o c a d 2 0 0 0 平台的实时协同设计系统，实现图案填 充功能和多实体群操作功能。 构造了一个具有音频，视频多媒体会议功能的、基于网络的实时西同设计系 统，并对该系统的组成、特点和功能进行了讨论。结合一个网络设计交流会议， 进行了三点实时协同设计实验，并详细讨论了整个实时协同设计系统实验的步骤 和实验过程。初步验证了该系统的实用性。 1 2 2 本文的研究条件 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 lp i t l 5 0 0 、i m e lp i l 4 0 0 、i n t e lp i v 2 ，4 g ( 5 台) 。 软件环境： 操作系统：n t 4 o w o r k s t a t i o n 、w i n d o w s 2 0 0 0 a d v a n c e d s e r v e r 、 w i n d o w s 2 0 0 0 p r o f e s s i o n a l 、w i n d o w sx p ； 开发工其：a u t o c a do b j e c t a r x2 0 0 0 ，n e t m e e t i n g s d k ，v i s u a lc + + 6 0 ； c a d 软件：a u t o c a d2 0 0 0 ； 协同交流工具：m i c r o s o f t 公司的n e t m e e t i n 9 3 o ； 浏览器软件：i n t e m e te x p l o r e r 6 0 和n e t s c a p e 5 7 4 a 2 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 网络环境： 以i n t e lp i i l 5 0 0 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。 垩望翌堇墅堂竺笙茎 ! 茎簦茎堡堕堡望鍪茎 2 计算机支持的协同设计 2 1 引言 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 6 。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2 l 世纪“全球市场”所需求的“全球制 造”的需要i 。 本章将简要介绍计算机支持的协同设计的基本概念及内涵以及详细介绍协同 设计系统的环境、平台和工具，对实时协同设计系统及其开发技术进行详细的分 析。 2 - 2 计算机支持的协同设计的基本概念及内涵 2 | 2 1 计算机支持的协同设计的基本概念 计算机支持的协同设计( c s c d ) 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，面对激烈的市场竞争环境，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。这己超出了设计人员的个人能力和 单机c a d 系统的功能陋1 。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。 如图2 1 所示的c i m s 一般组成框架【9 1 ，它由计算机网络和数据库两个支持系 统、管理信息系统( m s 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在e x t r a n e t i n t r a n e t 支 持下与c s c w 的概念相结合的协同设计系统，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。 计算机支持的协同设计至今还没有一个权威的定义，但人们普遍同意下述的 观点，即：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作机制，分别以不同的设计任务共同完成这一设计目标” 。计算机支持的协同菠计的重要性在于使不同地点的管理人员、设计入员、施工 4 重星型苎望! 主兰垡堡奎 ! 生簦塞塑竺垫旦堡生 人员以及用户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【“。 图2 ，1c l m s 系统一般技术组成框架 f i g2 1t e c h n i q u ef r a m eo f c i m s 2 2 2 计算机支持的协同设计的基本特点 从计算机支持的协同设计的概念可以总结出计算机支持的协同设计具有以下 基本特点1 1 3 1 ： 群体性：是指设计活动由两个获两个以上设计专家参与，而这些设计专家 通常是相互独立的，并且各自具有领域知识、经验和一定的问题求解能力。 并行性：多设计专家要实现的最终设计目标是共同的，他们在各自的岗位 上并行、协同地进行各自的设计。 动态性：参与设计的专家数目可以动态的增加或减少，协同设计的体系结 构也是灵活的、可变的。 异地性：设计专家所在的位置物理上可能是分离的。 协同性：具有一种协同各个专家完成共同设计目标的机制，包括通讯协议、 通讯结构、冲突检测与仲裁等。 2 2 3 计算机支持的协同设计的功能需求 由于协同设计系统需要协同的内容比较广泛，因此协同设计系统比一般的 c s c w 系统要复杂得多，其功能需求如下【1 4 】： 具有支持多小组之间和组内成员之间的协同感知的功能。 具有支持多媒体协同的功能。多小组之间和组内成员之间可以通过多媒体 来达到同步控制的功能。 具有开放性与柔性。系统应支持多种应用的装入和卸出，不同用户可以定 制和裁剪自己的界面、工作区环境设嚣和视图显示。 系统具有一致性维护的功能。一致性维护的控制机制和规则可以根据应用 进行选择或编程，尤其要提供冲突不可调和时的一致性控制。 能够提供分布数据的自动映射功能。协同设计中各小组获取产品的不同特 5 重庆大学硕士学位论文 2 计算支持的协同设计 征信息，因此要在各小组间建立产品特征信息的自动转换机制，以便各小组之间 对设计方案的评价与决策，提高协同设计效率。 具有知识库和推理机制共享的功能。 2 2 4 计算机支持的协同设计的体系结构【8 1 一个c s c d 系统远比一个单纯的c a d 系统复杂。首先，它应该是运行在网络 环境下；第二，各c a d 系统是自治的、任务是分工的：第三，各c a d 系统之间 围绕设计而进行交互和协同；第四，设计过程或进程要有协调控制；第五，对设 计数据、版本和结果进行协同控制。 网此，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，我们就可给出如图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组建c s c d 系统。 一般地讲，组建的c s c d 系统应具备下列集成的技术特性： 闰2 2c s c d 系统组成体系结构 f i g2 2s y s t e ms t r u c t u r eo f c s c d 高速宽带网络，保证三维信息、多媒体信息数据的正确可靠传输。 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。 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。 以具有智能和动态特性的工作流管理系统( i d w f m s ) ，实现设计过程或 进程的协调控制和管理。 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、 版本和结果进行协同控制和管理。 2 3 协同设计系统的环境、平台和工具 从设计和开发角度看c s c d 的系统框架，它是由开放系统互联环境、协同设 计平台和工具、协同设计接口和各种c s c d 应用系统四个层次构成。这样一个四 层模型如图2 3 所示【1 5 1 。其中开放系统互联环境、协同设计平台和工具、协同设计 接口3 层形成了一个协同设计开发环境。图2 4 表示了c s c d 环境与应用的关系f a 6 重量茎型：兰些堡苎 ! 盐堡塞塑竺垫塑墼茎 l协同设计接口l 。、1 。1 1 。1 1 。j 】协同设计平台和工具l 1 、。一 开放系统互联环境l 图2 3c s c d 层次结构 f i g2 3l e v e ls t r u c t u r eo fc s c d 图2 4 c s c d 环境与应用 f i g2 4e n v i r o n m e n t a n d a p p l i c a t i o no fc s c d 2 3 1 开放系统互联环境 这是体系结构中最底层提供的异构系统互联、多媒体通信、分布式环境，以 解决各协同实体( 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结构和模型有：开放系统互联参数模型 o s i 、i n t e r n e t 的t c p i p 协议族、开放系统基金会o s f 的开放式分布处理o d p ( o p e nd i s t r i b u t e dp r o c e s s i n g ) 和分布式计算环境d c e ( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ) 。尤其是d c e ，它提供这样一种环境，在互联网中的任何计算机系 统可以互相访问、资源共享、协同计算和协同工作。o s f d c e 的体系结构如图2 5 所示。 2 _ 3 2 协同设计支撑平台和工具 由c s c d 系统开发者根据需求确定协同工作模型和机制，选取或开发某些工 具，构成协同工作的支撑平台，为各种c s c d 应用系统的开发提供一些通用的服 务，以便开发者将他们的主要工作放在满足特定应用系统的需求上，而不要把大 量的精力花费在那些具有共同特点、同时也是比较难以处理的问题上。这个问题 近年来受到越来越多的重视。通用的协作工具包括电子邮件、公告板、电予白板、 7 重庆大学硕士学位论文2 计算支持的协同设计 | i 赢习厂磊i 矿 i，。一i，j 。1 。1 。“。1 。“。“。1 1 。1 。一 l兰! 兰兰竺兰一一 厂 厂_ 厂_ 悭j 卜三兰竺竺【i 兰兰竺竺! 兰兰：! 二二二二三三三二二二 图2 5o s f d c e 体系结构 f i g 2 5s y s t e ms t r u c t u r eo fo s f d c e 视频会议、计算机会议系统等。协同w w w 设计也成为在h ：t e r n e t i n t r a n e t 环境+ f 开发基于w w w 的协同设计工作系统的重要工具。本课题所研究的实时协同设计 系统是在原有的单机c a d 系统上进行二次开发和嵌入网络功能模块实现共享的协 同c a d 系统，应用了电子白板、视屏会议等协作工具。 2 3 _ 3 协同设计人机接口和人际接口 人机交互或接口h c i ( h u m a n c 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 ) 或i p i ( i n t e r p e r s o n a l i n t e r f a c e ) 是保证信息系统可用 性的重要环节。一般地，系统可用性应该具有这样一些特性： 可学习性( l e a r n a b i l i t y ) 用户很容易学习与掌握，使用户很快投入工作； 可记忆性( m e m o r a b i l i t y ) 即使用户离开系统一段时间，也不必一切都重 新学习； 高效性( e f f i c i e n c y ) 系统应具使用的高效性，这样用户一旦掌握后就能 获得高的生产率； 低错误率( l o we r r o rr a t e ) 系统应具低的错误率，这样用户在使用时很 少产生错误，即使产生了错误也很容易恢复，决不会发生灾难性错误； 满意程度( s a t i s f a c t i o n ) 用户很乐意使用系统； 合作性协同性( c o l l a b o f a t i v e c o o p e r a t i v e ) 协作体中人与人之间应该保持 的协作关系，佼协同任务得以顺利完成。 8 重庆大学硕士学位论文 2 计算支持的协同设计 因此，在很大程度上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( 程序) 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；它要具备交互过程所需的通用的规则：具有直接处理 对象的基本交互技术；用户要熟悉具体对象或对象模型；当用户掌握这样的h c i 以后，系统的可用性才能得以有效发挥。 对于c s c d 系统来说，它的可用性除了与h c i 密切相关外，i p i 或h h i 也是 一个相当重要的因素。对于c s c d 系统需要强调适合处理多用户、群组工作、人 际协同关系、各种通信模型、并发与同步、多媒体和超文本处理、你见即我见 ( w y s i w i s ) 和共享显示编辑等相关问题。人与人之间的可合作性协作性则更加 复杂，有许多社会的、组织的、体制的，乃至心理的诸多非技术因素需要考虑。 因此，h c i 和h h i 与c s c d 一样，也是一个多学科支持的领域。设计一个性能良 好的h c i 和h h i 系统和软件，不仅要有计算机与通信方面的知识，也应具有密切 与其相关的一些学科的指示，包括认知心理学、人体工程学研究人与机械控 制配合的工程学、人工智能、工程学、图解设计，甚至哲学、社会学、人类学等， 如图2 6 所示。 图2 6 h c i 和i p l 的多学科支持 f i g 2 , 6s u p p o r to f s u b j e c t so i lh c i i p i 2 3 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 撑环境首先要提供较为完善的数据处理手段，以完成信息的方便采集及表示：其 9 重墅翌苎望! 圭兰垡堡苎 ! 生篷茎堡塑堡旦墼盐 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。 为满足这两个要求，协同设计系统提供一个多媒体用户界面，包括一个供所 有涉及人员共享的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 7 所示结构中，用户界面的各应用程序将满足各种同步通信交流的要 求【1 7 】。 设计者a 设计者b设刊者c _ + 网络信息传递一b 本地信息传递 图2 7 协同设计模型 f i g2 7m o d e lo f c s c d 该模型引入一个混合式体系结构的协同设计服务器及一些分布的代理。协同 服务器负责会话管理、访问控制、并发控制等。数据传输、存储采用分布式管理。 该模型具有较好的灵活性、可靠性、实时性等优点。 2 4 多点协同设计几何图形实时编辑原型系统( c o e d i t ) ，j 课题组在前一阶段的研究工作中，对异地协同设计进行了有成效的研究，并 取得一定的进展，初步建立了一个多点协同设计几何图形实时编辑原型系统 ( c o e d i t ) ，本课题是作为其后续的研究工作进行的，所以在汇报本课题的研究 工作成果之前，有必要介绍该多点协同设计几何图形实时编辑原型系统的情况以 及对该系统进行分析评价。 2 4 1 系统概况 c o e d i t 系统是在传统的单用户c a d 系统的基础上，通过添加软件代理扩展 而形成的多点协同设计几何图形实时编辑系统。软件代理包括数据处理模块和通 l o 重苎茎兰! ! 生兰篁丝奎 ! 生簦塞缝堕堡旦堡茎 信模块。c o e d i t 系统的子系统采用美国a u t o d e s k 公司的产品a u t o c a d2 0 0 0 ，并 以a u t o c a d2 0 0 0 的二次开发工具o b j e c t a r x 作为应用程序编程接口构建数据处 理模块；网络通信模块则采用美国微软公司的n e t m e e t i n g 的c o m 接口来构建， 该系统支持i n t e r n e t 通信，支持自板、文件交换、声频、视频和图像等多媒体通讯 工具。 2 4 2 系统的动态数据格式 c o e d i t 系统是远程同步的c s c d 应用系统，要求各使用者参加协作，实时 编辑c a d 几何图形。如果采用直接图形文件交换的数据格式，由于各方图形文件 的任何修改都可能会引起整个图形文件在各协同用户之间的网络上传输，而图形 文件本身所包含的信息量较大，这就势必加大网络的负载，导致在协同工作中数 据传输的时延加大，最终不能满足对实时性的要求，在网络带宽较小的情况下甚 至会导致网络拥塞崩溃从而使协同过程失败。 该系统采用了动态数据格式作为数据交换的方式。动态数据格式，包含数据 段和控制段，在每次交互时，系统只需传输改动的实体的数据。动态数据格式的 数据段包含改动实体的全部数据库数据信息。与文件交换格式相比，动态数据格 式增加了对被改动实体数据的提取、格式转换，改变实体的二次生成等操作的时 间，但是这些操作均在各用，o 的计算机上进行，时间花费少，而且换来每次交互 式数据的网络传输量的减少。系统选用d x f 文件所采用的格式作为动态数据格式 的数据段实体信息的格式，理由是，d x f 作为a u t o c a d 同其他软件进行数据交换 的文件，它的缺省格式为a s c i i 文件格式，一个d x f 文件是对一个几何图形的完 整描述，是该图形的完全等价的形式，也可把它看成a u t o c a d 内部数据库的镜像。 系统的动态数据格式还包含控制段，以便对收到的实体数据进行动态处理【l 8 ”j 。 为了满足系统实时性的要求，系统在每次交互后只传输改变的实体的数据库 信息，而不用传送整个d x f 文件。在实时协同设计系统的开发中，通过在a r x 应用程序中建立数据库的反应器a c d b d a t a b a s e r e a c t o r ，由a c d b d a t a b a s e r e a c t o r 来 监视a u t o c a d 的图形数据库中所发生的事件，如：实体的添加、删除、修改等各 种命令操作，以此来获取协同过程中的实体改变信患。由数据库反应器可得到所改 变实体的对象i d 号。通过实体的对象i d 就可以获取实体对象的结果缓冲( r e s u l t b u f f e r ) ，再通过所获得实体的结果缓冲区就能获取实体信息a 针对所操作的实体对象和各编辑操作的不同特点，动态数据格式的数据段中 所包含的实体信息也有所不同，这就涉及到协同过程中的实体标识问题。在一个 主机的a u t o c a d 会话中，可以加载多个数据库，在会话中的每个对象都有一个旬 柄和对象i d ，在特定的数据库中，旬柄可唯一地标识实体，而在同一主机上加载 的所有数据库对象中，对象i d 可以唯一地标识实体。但对象工d 只在一个编辑会 童塑至! 兰堡_ 主兰竺壑一一一! 茎篷茎堡竺垫星堡生 话中存在，而句柄则可随图形被保存到图形文件中。 对设计图中原来所包含的实体来说，采用其实体句柄即可唯一标识，这是因为 在协同过程开始时，系统是采用复制式结构将设计图图形数据库复制到各协同设 计点。所以在各协同设计点，由设计图中的原有实体所产生的对应实体的旬柄是 相同的。在对设计图中的原有实体操作时，完全可依据其实体句柄对设计图中的 原有实体进行相应的操作。对于协同过程前的原有实体的动态数据格式如表2 1 所 示： 表2 1 原有实体的动态数据格式 删除操作 其他编辑操作 控制段d e l其他编辑命令 实体旬柄值加实体的数据库 、数据段实体旬柄值 信息变动部分 而对于协同过程开始后所添加的实体，其标志比较复杂。由于其为各协同设 计点的主机单独产生，其对象i d 和句柄均由协同设计点的系统自主决定，它们均 不能单独用作协同设计几何编辑操作的对象标识。本文所采用的方法是：对某个 协同设计点所产生的实体，由系统分配一个实体序列号s n ，再加上系统自动读取 的u s e r l d ，就可在多个协同设计点之间唯一的标识该实体。此时，实体的动态数 据格式如表2 2 所示： 表2 2 新实体的动态数据格式 t a b l e2 2d y n a m i cd a t af o r m a to fn e we n t i t y 添加操作其他编辑操作 控制段a p p其他编辑命令 u s e r l d ，实体序列号s n 和添加u s e r l d ，实体序列号s n 和实体 数据段 实体的数据库全部信息数据库的变动信息 2 4 3 系统的功能模块及评价 c o e d i t 系统的功能模块主要由添加、删除和修改功能子模块组成，现分述如 下： 首先是添加功能子模块，其功能是： c o e d i t 系统的动态数据生成部分的添加功能子模块，完成添加实体的信 息的提取、动态数据的转换和生成。 各协同设计点的接收数据处理的添加功能子模块，从接收缓冲区提取二进 制的远程添加实体的动态数据格式信息，将二进制的实体序列号s n 、远程u s e r l d 和实体信息分别转换成字符串信息和d x f 格式的实体信息，然后再在各协同设计 点，重建由先前用户所添加的实体。 1 2 兰鉴奎堂堡主兰堡丝苎 ! 盐墨塞堑塑垫：旦堡生 对于删除功能子模块和修改功能予模块，其功能是： 由系统的动态数据生成部分的删除功能子模块和修改功能子模块，完成删 除实体的信息和修改实体数据库信息的相应变动信息( 而非整个改动实体信息) 的提取、动态数据格式的转换和生成。受协同设计过程中的实体标识问题的影响， 具体到删除和修改实体时，删除操作或修改操作的实体有可能是原图形文件的实 体或是协同过程后添加的实体两部分组成，二者在协同设计几何编辑过程中的标 识有所区别，其动态数据的生成就要分两种情况。 一是当删除或修改的是原图形文件的实体时，由于它在各个踟同设计点所产生 的实体都可用其实体旬柄来唯一标识，所以可以在其它协同设计点仅根据这个旬 柄就可将对应实体删除掉或将对应实体予以修改。这时该实体的动态数据格式信 息可由删除命令d e l h a n d 或修改命令m o d h a n d 加上该实体的旬柄值即可。 二是当删除或修改的是协同过程后所添加的实体时，由于它在各个协同设计点 所产生的实体由初始添加实体的主机分配的序列号s n 和该协同设计点的u s e r l d 共同标识，其动态数据交换格式就应由删除命令d e l + s n + u s e r l d 或实体变动部分 信，自l , + s n + u s e r i d 组成。 各协同设计点的接收数据处理的删除功能子模块和修改功能子模块，也要 分两种情况进行处理远程的实体删除信息和实体修改信息。首先从接收缓冲区提 取二进制的远程删除实体和修改实体数据库信息的相应变动信息的动态数据格式 信息，对实体格式进行判断。如果删除和修改的是原图形的文件，则可直接获取 二进制的实体信息转换成d x f 格式的实体信息，根据实体旬柄值进行实体删除和 对实体进行修改。如果删除和修改的是协同过程开始后所添加的实体，则是依据 所接收的实体动态数据格式信息中的实体i d 和u s e r l d ，来定位删除实体和修改实 体在各协同设计点的对应实体，然后对该实体进行删除和修改。 c o e d i t 系统的添加、删除和修改功能子模块能较好地完成多点协同设计几何 图形实时编辑过程中的添加实体、删除实体与修改实体的操作。在此三个基本功 能的基础上，实体复制、移动、镜像等实时协同编辑功能也得以实现。系统成功 地解决了多点协同设计时的实体标识的唯一性问题。但是，该系统没有实现图案 填充功能和多实体群操作功能，因此还需要添加图案填充功能子模块，改进修改 功能子模块实现多实体群操作功能，并以此为基础，全面满足协同设计中各种实 体编辑方式的需要。同时，该系统的应用程序没有使用a u t o c a d 的工具条，需要 使用o b j e c t a r xa p p w i z a r d 建立a c a d m f ct o o l b a r 以建立更为人性化的人一机 交互界面，构建一个更好的协同设计的工作环境。应该指出的是，课题组前一阶 段的相关研究成果为后续的研究工作打下了良好的基础，并提供了可以学习借鉴 的经验。接下来的章节将要介绍基于a u t o c a d2 0 0 0 平台的实时协同设计系统的设 重庆火学硕士学位论文 2 计算支持的协同设计 计开发情况。 2 5 本章小结 本章简要了介绍计算机支持的协同设计( c s c d ) 的基本概念、特点、功能需 求和体系结构，对协同设计系统的互联环境、支撑平台和工具、接口以及支持系 统模型进行了详细叙述，对实时协同设计系统及其开发技术进行详细分析，并对 课题组前一阶段的研究成果“多点协同设计几何图形实时编辑系统”的功能进行了 分析评价。在此基础上提出了网络化实时协同设计系统所面f 临的问题及其解决方 法。 1 4 望堑里篁兰堕主! 堂塑茎一 ! 塞堕垫旦墼盐墨竺塑茎垄 实时协同设计系统的开发 3 1 引言 前一章已经介绍了多点协同设计几何图形实时编辑系统。本课题研究的目的 是想建立一个多用户实时协同c a d 的应用环境，在这个环境中，地理上分布的设 计者可以作为一个并行的工作团队实时协同进行产品开发。 本章主要介绍在具体的c a d 子系统的基础上开发实时协同设计系统 ( c o d e s i g n ) 。 3 2 系统设计目标 开发c o d e s i g n 系统是课题组前一阶段研究工作的延续，从上一章的分析结果 可以看出，在改造原有的多点协同设计几何图形实时编辑系统的过程中亟需解决 以下问题： 建立混合式体系结构，由协同服务器负责会话管理、访问控制、并发控制 等，数据传输、存储则采用分布式管理。 为全面满足协同设计中各种实体编辑方式的需要，需要开发图案填充功能 子模块，改进修改功能子模块实现多实体群操作功能。 在a u t o c a d2 0 0 0 提供的二次开发工具o b j e c t a r x2 0 0 0 中访问a u t o c a d c o m 对象，建立更为人性化的人一机交互界面，构建一个更好的协同设计的工作 环境。 3 3 实时协同设计系统的关键技术 由于实时协同设计的问题相当广泛，完整地表达实时协同设计所