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基于客户服务器模型的计算机协同设计 摘要 l 面对现代高技术产品的设计复杂性和激烈的市场竞争，传统的设计方法周期 长、成本高、设计人员之间信息闭塞、受地域限制等一系列缺点越来越明显的凸 现出来了：另一方面，随着计算机网络技术的发展，计算机技术进入了以网络为 h 心的时代，因此，如何把传统的设计方法和现代的网络技术结合起来，在最短 的时间内，i ：发出高质量、低成本、高附加值的新产品来抢占市场已经成为竞争的 焦点。这种需求体现为在产品设计方法中丌展并行、集成方面的研究。本沦丈就 是试图在利用现代计算机网络技术建立一个协同工作环境方面作些有益的探 索，希望不同设计者能在此环境中相互合作，共同工作于一个产品、“个研究领 域，并围绕此模型探讨了客户n 务器的建立方案和数据通信的策略问题。、l 一。- l 本峦提出了在协同设计中采用客户 r 务器模型，探讨了重复式和并发式两 种服务器模型，分析了具体的协同设计环境及多用户问交互的不确定性、及时。雌 等一系列的问题，提出了基于客户服务器模型的计算机协同设计系统( c s c w ) ， 可以实现不同主机上不同进程的相互协作，系统资源合理利用、设计效率高、并 行性和集成性好的特点。 f 基了二客户服务器韵c s c w 是由网络联接的多台硬件组成的并行的工作体系， 本文首次采取利用基于t c p i p 网络环境下的w i n d o w ss o c k e t s 套接字编程界湎 实现不同主机上的不同进程问相互通信。客户机与服务器之阳j 具有非对等的相旺 作用和请求驱动服务的关系。在客户机和服务器中，采用面向对象技术中继承和 派生技术，完成了图形单元结构的定义；利用虚拟性和多态性，实现了图形单元 类的绘制函数) 在本文中，具体探讨了基于c s 模型的计算机协同设计的通信模 块，在客户机中，瓤了网络请求模块和数据发送模块，在数据发送模块中，详 细研究了基类、派生类的定义和数据发送之间的关系，得出了一种切实可行的数 据发送亢案。f 在服务器中，对并发服务器的动态响应、多用户相列独立性进行了 研究，实现了监听模块和子进程模块：在予进程模块，研究了多种数据接收和视 图刷新的方案，解决了基类指针发送和虚拟函数之间的诸多问题，准确、呵靠、 快速地实现了客户机j r 务器之间的数据通信，在基于客户服务器的c s c w 网络 通信方面作了卓有成效的研究j ( 本文指出了基于客户 j t n 务器的计算机协同设计研究工作中的缺点不足以 及今后的发展方向。) 、_ 关键词c s c w ( 计算机协同设计) ，客户服务器，( o o ) 面向对象，并行l - # z r c p i p ，w i n s o c k ，模具c a d 0i ie n t s e r v e rm o d eib a s e dc o m p u t e rs u p p o r t e d o o o p e r a t iv ew o r k a b s t r a c t f a c i n gt h ec o m p l e x i t yo ft h ed e s i g no fm o d e r nh i t e c bp r o d u c ta n dt h ef i e r c e m a r k e tc o m p e t i t i o n t h ed e f e c to f t r a d i t i o n a ld e s i g nm e t h o db e c o m e sm o r eo b v i o u s 、i t i n c l u d e sl o n gp e r i o d ，h i g hc o s t ，t h eb l o c ko fi n f o r m a t i o nb e t w e e nd e s i g n e r s ，r e g i o n a l r e s t r i c t i o n ，a n ds oo n ：m e a n w h i l e ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r k t e c h n o l o g y , c o m p u t e rt e c h n o l o g yi se n t e r i n ga na g ew i t ht h en e t w o r ka si t sc e n t e r ， t h e r e f o r e ，t h ef o c h so fc o m p e t i t i o nh a st u r n e dt oh o wt oc o m b i n et r a d i t i o n a ld e s i g n m e t h o da n dm o d e r nn e t w o r k t e c h n o l o g y , a n dd e v e l o ph i g hq u a l i t y , l o wc o s ta n dh i g h a d d i t i o n a iv a l u ep r o d u c tt o q u i c k l yt a k et h em a r k e t t h i sd e m a n di se m b o d i e db y c o n c u r r e n ta n di n t e g r a t i o nr e s e a r c hi np r o d u c td e s i g nm e t h o d o l o g y t h i sd i s s e r t a t i o n i sa t t e m p t i n gt od os o m e e x p l o r a t i o n si nc o n s t r u c t i n gac o o p e r a t i v ew o r ke n v i r o n m e n t w i t ht h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e rn e t w o r k t h eg o a lj st om a k ed i f f e r e n td e s i g n e r s c o o p e r a t ei nt h i se n v i r o n m e n t ，w o r ko nt h es a m ep r o d u c t ，t h es a m er e s e a r c hf i e l d ， a d d i t i o n a l l yt h ec o n s t r u c t i o np l a no fc l i e n t s e r v e ra n dt h es t r a t e g yp r o b l e mo fd a t a c o m m u n i c a t i o na r e “s od i s c u s s e d i nt h ed i s s e r t a t i o nw e p u t f o r t ht h eu s eo fc l i e n t s e r v e rm o d e l i n c o o p e r a t i v ew o r k e x p l o r e d t w os e r v e rm o d e l so fr e p e t i t i o na n dc o n c u r r e n t ，a n a l y z e dt h e s p e c i f i c c o o p e r a t i v ew o r ke n v i r o n m e n ta n dt h eu n c e r t a i n t ya n dt i m i n go ft h ej n t e r a c t i o n b e t w e e nd i f i e r e n td e s i g n e r s ，p u tf o r t ht h ec o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ( c s c w ) ，w i t ht h i ss y s t e mt h ec o o p e r a t i o nb e t w e e nd i f i e r e n tc o u r s e so nd i f i e r e n t s e r v e r sc a nb er e a l i z e d ，t h e s y s t e m r e s o u r c e sc a nb eu s e dr e a s o n a b l y , t h ed e s i g n e f f i c i e n c yc a nb ee n h a n c e d ，a n dt h ec h a r a c t e r so fg o o dc o n c u r r e n ta n di n t e g r a t i o nc a n b er e a c h e d c l i e n t s e r v e rb a s e dc s c wi sac o n c u r r e n tw o r k i n gs y s t e mc o n s i s t i n go f d i f i e r e n t h a r d w a r el i n k e d b y an e t w o r k i nt h ed i s s e r t a t i o nt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e n d i f b r e n tc o u r s e so nd i f f e r e n ts e r v e r sw a sr e a l i z e d b yu s i n g w i n d o w ss o c k e t s p r o g r a m m i n g i n t e r f a c eu n d e rt c p i pn e t w o r ke n v i r o n m e n t t h e r ea r e u n e q u a l r e l a t i o n s h i p so fi n t e r a c t i o na n dd e m a n dd r i v es e r v i c e i nt h ec l i e n ta n ds e r v e r w e u s e dt h et e c h n o l o g yo fi n h e r i t a n c ea n dd e r i v a t i o nf r o mo b j e c to r i e n t e dt e c h n o l o g yt o d e f i n et h es t r u c t u r eo fd r a w i n gu n i t ；w ea l s or e a l i z e dt h e d r a w i n gf u n c t i o n s o f d r a w i n gu n i tc l a s s w be x p l o r e dt h ec o m m u n i c a t i o nm o d u l eo fc sm o d e ib a s e d c s c w s p e c i f i c a l l y , i nt h ec l i e n t ，w er e a l i z e dt h en e t w o r kd e m a n d i n gm o d u l ea n dt h e d a t as e n d i n gm o d u l e i nt h ed a t as e n d i n gm o d u l e ，w ec a r e f u l l ys t u d i e dt h er e l a t i o n b e t w e e nt h ed e f i n i t i o no fb a s i cc l a s sa n dd e r i v i n gc l a s sa n dt h es e n d i n go fd a t a a n d g o ta f e a s i b l ed a t as e n d i n gs o l u t i o n i nt h ec l i e n t ，w es t u d i e dt h ed y n a m i c r e s p o n s eo f c o n c u r r e n ts e r v e r sa n dt h er e l a t i v e i n d e p e n d e n c eo fd i 脯r e n tu s e r s r e a l i z e dt h e m o n i t o r i n gm o d u l ea n ds u b - c o u r s em o d u l e ；i nt h es u b c o u r s em o d u l e w es t u d i e dt h e s o l u t i o n sf o rr e c e i v i n gd i f i e r e n tk i n d so fd a t aa n dr e f r e s h i n gt h ev i e w , s o l v e dt h e p r o b l e m sb e t w e e nt h es e n d i n go f b a s i cc l a s sp o i n ta n dv i r t u a lf u n c t i o n s ，r e a l i z e dt h e d a t ac o m m u n i c a t i o nb e t w e e nc l i e n ta n ds e r v e ra c c u r a t e l y , r e l i a b l ya n dq u i c k l ya l lo f t h ea b o v ea r e m e a n i n g f u l r e s e a r c ho nc l i e n t s e r v e r b a s e dc s c wn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n f i n a l l yt h ed i s s e r t a t i o np u tf o r t ht h ed e f e c t so f t h er e s e a r c ho nc l i e n t s e r v e rb a s e d c s cw ia n dp o i n t e do u tt h ed i r e c t i o nf o ri t sf u l u r ed e v e l o p m e n t k e y w o r d s c s c w ( 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 l i e n t s e r v e r , ( 0 0 ) o b j e c to r i e n t ，c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，t c p i p , w i n s o c k ，d i e c a d 海交通人学倾l 学位沦业 笫审绪论 第一章绪论 随着in t e r n e t 的迅速普及，计算机技术进入了以网络为中心的时代一在计 算机网络的支持下，地理上分布的人们r 叮| 以根据需要协同的： 作，因此，汁锋机 支持下的协同工作( c s c w ) 应运而生一人们希望借助于协同工作环境以“你问即我 见”的方式进行交互，提供有效的协作过程控制，对协作成员工作信息进行有效 管理等等。 1 1 0 8 0 w 概述 c s c v ( c o m p u t e r s u p p o r t e dc o o p e r a t j v ew o r k ) 概念是8 4 年山关国的mt t 的jr e n eg r e if 和d e c 的p a u lc a c h m a n 描述有关如何用计算机支持交叉学科的 人们共同合作的课题时提出的。c s c v 可以定义为这样的计算机系统，它支持 组用户参与一个共同的任务，并提供给他们共享环境的接口。c s c w 技术的实质 和目的就是：利用多媒体计算机和通信技术建立一个忉、同工作环境，在此环境中 人们可以相互合作，共同工作于一个产品、一个研究领域或者一个项h ，或求解 学术上的难题。随着计算机技术的发展，如计算机通信技术、分布式计算机技术、 多媒体技术等的发展，c s c w 从概念上逐步走向应用，并且显示出巨犬的前景。 在军事、工业、医疗、科研等许多领域，c s c w 正在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 r ed e s i g n ) 便是一个最大的应用场合。协同设计是指在计 算机的支持下，各成员围绕一个设计对缘，承担相应设计部分的设计任务，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。现代许多产 的设计需要许多人员的共同参与，如一台汽车的设计，就需要功能设计师、安伞 设计师、机械、电子等许多方面学科专家的参与，协同设计能够支持多学利专家 的共同工作，从而可以大大提高工作效率，缩短设计周期，增加产品的市场竞争 能力。 人们的合作方式由同时同地、异时异地、同时异地和异地异时4 种，c s c w l ，也由相应的4 种模式：同步模式、异步模式、分布式同步模式和分和式异步模 式。一般c s c w 的应用都涉及到几种模，即参加协同设计的人可能同时，也可能 不同时地参加工作，可能处于一地，也可能处于异地。设计人员从不同的角艘h 5 发，刈产品的设计会出现不同的结果。例如，对轿车车内空n j j 大小的没汁，材料 海交通人学坝f 一学位论文 第一帝绪论 1 一程师、功能设计师还有发动设计师等会由不同的观点。另外，设计是个迭代进 行的过程，因此不同的设计阶段可能有不同的设计结果，一个设计结果形成个 版本，因此，在c s c w 协同设计过程中存在多个版本的现象，需要对协同设计中 的多版本进行有效的管理。 1 2 目前国内外在c s c w 方面常用的方法 c s c w 足一个非常庞大的系统，它的研究内容非常的广泛，但是最基本的特 点就是它是研究如何利用计算机支持人与人之间的交换与阱作的。 并行工程是以改进产品丌发过程为手段达到缩短丌发周期日的的系统化投 术。传统的产品丌发过程特点是传行化，其缺点是在产品的丌发早期不能很好地 考虑各个方面的要求；而并行工程强调多学科专家的协同工作，在设计的每”环 节考虑各种因素，这样就形成了一种群组工作模式( t e a mw o r k ) 。因此，面向并 行工程的协同设计已成为主要的研究方向。 目前面向并行工程的协同设计的实现方法可分为集中式和分前虹悸种。集q ， 式的方法采用的是客户机服务器( c 1 l e n t s e r v e r ，c s ) 逻辑模式，系统协同的某 些功能位于服务器上，其他站点通过网络获取该项服务。这种模式的特点是所有 信息相对一致，但网络负担较重。分布式方法采用的是对等模式( p e e rt op e e r m o d e ) ，在这种模式中各站点的地位平等，功能是分布的只有需要协同的数据雨i 信息j 通过网络传输，从而减轻了网络负担。但是它最大的缺点是保持数据的 致性比较困难。 在传统的模具c a d 系统中，资源重复存储量非常大，导致设计数据访问和更 新的丌销非常大，图形、分析结果的传输迟缓，效率低。而假如采用客户机川芷 务器模式的计算结构，就可以实现设计系统不同主机上不同进程的相互协作、f 阿 且( c a d 系统软硬件资源的利用合理、设计效率高、并行性和集成性好等一一系列的 优点。 近几年来，国内外在基于并行工程的协同设计理论性研究方面部投入了不少 的人力和物力，并且也取得了不少的成果：但是在具体的模型实现方面所作的工 作不是很多，特别是在基于客户) r 务器模型方面的工作作得不够。考虑到客户 服务器模型在模具c a d 协同设计方面的一些独到性优势，我们在这方而进行了 些初步的研究，详细研究了在w i n d o w s 环境和w i n s o c k 编程界面下的客，一服务 器模型的实现方法，具体探讨了基于客户服务器模型的计算机协同设计系统的 浙交通人学坝| j 学位论史 通信模块，我们还对基于客p n 务器模型的协同设计进行了建模，并对通信模 块进行了测试比较。 1 3 c s c f f 的发展状况及趋势 进入9 0 年代以来，世界市场的竞争越来越激烈，全球竞争的结果推z 力了新 思想新技术的出现，而新技术的发展又加剧了这种竞争。竞争的焦点是如何利用 这些新技术，在最短的时问内开发出高质量、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。为此，美国于1 9 9 1 年提出了敏捷制造企业( a g i o m a n u ： d c t u r i n ge n t e r p r i s e ) 战略，。而实现敏捷制造的关键技术就是宽带网络 和分布式综合信息系统，而其中分布式综合信息系统的核心技术就是汁算机史持 协同工作( c s c w ) ， 著名的欧洲e s p r i t 计划- 辛的e u r o c o o p 项目就是为了丌发能支持分枷式 协同工作的系统，并且这一研究在( ；r e a t b e l t 桥梁隧道工程中得到了应用。7 l ! 荚闺，波恩公司的波恩- - 7 7 7 飞机的研制和生成过程全部实现了网络化的无纸生 产，不但在设计过程中，而且包括第一线的制造过程都是在汁算机信息系统的统 。管理下，实现各部门和工种之问的协同工作，极大地提高了工作效率和产品质 量。 毫无疑问，并行工程足未来一段时间内协同设计研究的主流。但是，从 f i ；d 、 旧设计的专家已经不仅仅满足与只是设计方面的协同，在欧共体的e s p r i ll 【 汁划中，专家们已经在努力将协同设计和协同的质量管理、施工、和维护结合起 来，全面提高工作的效率和质量。 我国8 6 3 c m s 主题专家组从1 9 9 3q ：起就丌始敏捷制造方面的跟踪、研究， 与此同时，在8 6 3 c l m s 主题专家和固防科工委的大力支持f ，南京理【火学制 造f _ ：程学院承担了“面向先进制造的c s c w 系统研制与丌发”项1 的研究，对j j 协同i e 作环境中的造型系统的特点进行了有效的探讨，并对传统造型系统进行了 丌发，构造出一个能够满足团队协同工作要求，能对各小组的设计进行协调的造 型系统。 但是，目前国内对计算机协同设计( c s c w ) 进行系统研究投入还是非常少，虽 然个别学校在这方面取得了一些实验成果，但总的来说对汁算机支持队同t 作的 作模式的研究可以说j 是一个丌始，与国外的差距还是非常火的。无论足从经 济，还是从国防工业等各方面来说，建立一个高效、可靠的工作模式，对 r 力、同设 计的应用来蜕，意义都是非常重大的。构造一个支持协同设计的环境，使用户较 海交通人学坝f j 学位论史 第带绪沦 容易的构造出自己的应用系统，尽可能的实现设计的自动化，是我们应该努力f 内 ，j l 向。 淘交通人学坝f j 学位论文 罐一穗面向并行r 程的m i , d ( - ：a d 系统 第二章面向并t ? t 程的协同0 a d 系统 并行1 ：程( c e ) 是目前制造领域中主要的研究方向。并行i 二程的关键是产： 及 其柑关过程的设计工作的集成，它依赖于产晶丌发中各学科各罔：f 能部门的人员的 栩互合作、相互信任及信息共享，通过彼此有效地通信和交流，尽早考虑i + “i l l 整 个， ：命周期中的所有因素，尽快发现并解决问题，以达到各项工作的l 办凋致。 为了实现并行工程，首先要实现设计人员的协同及集成。协同工作是系统1 f i 常运转的首要条件，它需要组织一个与产品丌发全过程有关的各个部门、。【：作技术 人员的协同设计有关过程。因此，建立面向并行工程的支持c a d c a m 一体化的 c s c w ( c o m p u t e r s u p p o r t e dc o o p e r a t iv l w o r k ) 软件环境可以为多功能小组提供 一个协同工作的软件环境，进而真币支持并行工程的实施，提高现代企业的竞争 能力。而面向并行工程的支持协同工作的c a d 系统是面向先进制造的c s c w 软件 环境中的一个重要模块，因此，对面向并行工程的协同c a d 系统进行研究将_ 二i t 有 i ：常重要的意义。 2 1 协同c a d 系统的结构 并行工程对协同c a d 系统的功能要求可分为三个层次，刚通讯 ( c o m m u n i c a t j o n g ) 、合作( c o o p e r a t i o n ) f i l l 9 j 、凋( c o o l d i n a t i o n ) 。如图2 一l 所示。 其i ： 通讯( o o m u n i o a t i o n ) 使成员在设计过程中能够方便地交流信息，主要通过网络技 术来实现。为了满足并行工程中复杂的交互要求，需要提供定向的、绷播式 ( m u l t jc a s t ) 的、能够以不同的服务质量和优先级传输不同的媒体的通n 手- 段。系统中应提供信息交换的工具，如e m a i1 ，n f s 和视频会议系统等等。 合作( o o o p e r a t io n ) 合作是在共享产品模型的基础上，使成员能对公共的设汁对象合作设计。合 作的基础是有效的数据管理。并行工程的数掘类型非常复杂、产t 怙数捌应该烛符 合s t e p 标准并基于特征的，能够支持产品的多面视图或单面视图表达和支持产 品的全生命周期的。 协调( 0 0 0 r d in a t i o n ) 可以控制成员的合作速度，保证设计的准确性，提高合作的效率，使设计l r 海交通人学顺i 学位论文笫，帝向向并行t 程的协川c a i ) 系统 设计原则、敬计思想 的协调 设计事务管理 改计约求管烈 不可预计的冲突协调 | 办凋 全局共享产品模刑 合作 s t e p e x p r e s s e m a i l ，视频会议系统 通讯 图2 - 1 协同c a d 系统的三层功能示意图 的共享达到最优化。这是实现并行工程中的多学科专家协同设计的关键部分，它 主要通过协同设计管理专家系统来实现。协同设计管理系统主要包括了设计事务 的管理、设计冲突的协调和设计过程中的各类知识库的协调应用等。具体包括以 下内容： 1 工作流管理。工作流管理是指对并行过程进行建模、分析和控制等系 列工作，它要能引导整个设计过程协调高效地向前推进，即将需求推动 成合乎要求的结果。 2 约束管理。在工程设计中存在着各种复杂的约束关系，典型的几类约束 有资源约束、几何约束、功能约束和物理约束等等。约束管理通过建伊 约束网络，可以自动地进行约束满足性检查，判断是否存在冲突，并可 以按一定的算法进行约束搜索和传播，进行参数的自动取值等。 3 工作记录。提供设计推理过程的记录，决策过程的记录，从而能够支持 成员理解当前工作结果的获得过程。 4 冲突协调。多专家从各自的角度出发对同一设计对象进行操作必然存在 相互冲突，例如c a d 人员的某些设计方案从c a m 人员看来也许是不合堋 的从而发生冲突。冲突的不断产生和解决贯穿于并行设汁的始终，j # 提 海交通人学坝f 学位论义第一帝面向抖：行。f + 程的悱i jc a d 系统 供了设计过程向前发展的动力。系统应该能够自动地进行冲突检测和协 调，或提供相应的辅助手段。冲突的解决需要群体决策工具的支持。 5 多种协同应用工具。系统应该为各成员提供与其领域有关的多种应用i ： 具。这些工具被集成在c s c w 中，各本地工具问能够方便地交换数据， 司时，工具又具有协同特征，即其能够与其它站点上的： 具交换数据。 基于并行工程对协同c a d 系统的功能要求，c s c w 的研究人员提 b 了种如 图2 2 所示协同c a d 系统的结构模型。 在c s c w 协同设计中的群体协作方面，成员在空p j , h 时叫上的分散性使c s c w 具有分御性特征。每个c s c w 系统都是一个分布式信息系统。这样，它必然要具 备分和式系统所需要的互连性和互操作性。在互连性和互操作性的基础上，c s c w 系统必须提供面向用户协作的支持，而在这一点上，传统分布式系统是不能满足 的，传统分布式系统与c s c w 需求之间的不匹配主要表现为三点：剥实时群体交 r c 缺乏支持；对多媒体信息的协作缺乏支持；面向系统的控制与分柿性。征传统 分布式系统中，分布透明性由系统代替应用作出，而c s c w 则要求对分柿式系统 的管理策略有直接的控制。 设计者l 设计者2产品模刑 可视化界面可视化界面 产数据 音频、视频音频、视频库、矧i 识阼 协同设计i 且集| 力、同设计i 具集 共享闩板、儿何共享白板、儿何 造刑、特征没计造刑、特祉设计 p d m 协同设计管理系统 l通讯、网络 图22 协同c a d 系统结构图 为了解决上述问题，传统的c s c w 建模方法按照讲话操作( s p e e c h _ l l c t i o n ) 理论，建立某种语言来描述和控制协作过程。用户可以利用这利语言来建蔗他们 坼交姬人学顺j 学位论史 第一章i 蚵向并行t 程的阱i 叫c a d 系统 之间的协作，但是这种模式只适合于高度结构化的办公室过程。因此，新吖的 c s c w 系统的模型已经不仅仅是通过某种预定的过程来包办用户之间的协作，而 是刑用户之间的协作提供各种必要的支持，具体的途径就是采用在防作应用与传 统的分布式i ；t 算机平台两种之阳j 建立c s c w 支持层，这种形式的示意图如图2 一： 所示。c s c w 支持层在一般分布式系统的基本功能与c s c w 的 各种协作戍川 f 面向辟 l ic s c w 支持层 f 基本纠 l 基本分布功能 作 布功能a p i 图2 - 3c s c w 的另一种系统结构模型 协作层之问起适配层的作用。但是c s c w 支持层的实现方法仍然是采用以代 理为核心的支撑平台的方案。在此平台的基础上将能方便地丌发各种c s c w 系统， 例如，协同设计等。这种c s c w 系统也是建立协同设计的一种模式。 2 2 协同o a d 系统设计中的关键技术 221 支持协同b a d 系统的c s c w 技术 c s c w ( 计算机支持阿协同工作) 技术是8 0 年代中期发展起来的一门技术， 存进行面向并行工程的协同c a d 技术的研究中，c s c w 技术是一项重要的基础技 术。c s c w 支持一组用户参与一个任务，并提供给访问共享环境的接口，即个 任务、多个用户、多用户为完成一项共同的任务而组成用户群，c s c w 为用，群 提供支持。c s c w 系统从时问空间上可以分为四类，即同步、分布式同步、异步、 分布式异步，如图2 4 所示。同步方式是指多个设计者同时参加并在同一界面f _ _ 作，如电子白板或者共享白板。异步方式是指在同一个界面下设计或讨论问题， 但参与者的时间不受限制，如多用户绘图系统以及布告栏等。分布式同步方式是 淘交通人学颅l 。学付论史 销一章i i n l , 自井行t 程的1 m mc a d 系统 指在共享数据的前提f ，多个设计者同时进行不同子系统的工作，如共寡c a r ) 】二系统，实时设计等。分布式异步方式是指设计者可自由选择工作时间，完成各 自独立的工作，如分布式数据库、e - m a i l 等。同步方式对系统的1 办同感知要求 较高。就目前的协同设计系统而言，同步方式下的交互式绘图，即共享白板的实 现是较为关键的技术之一。 同一地点 不同地点 同一时问 同步 会议室 电子黑板 分布式同步 共享c a d ， 视频会议系 统 不同时问 异步 文什管理 公告板 分布式异步 e m a i l ，分布 式数据库 图2 - 4c s c w 系统的时空分类 从c s c w 的实现方法上可以分为集中式和分布式两种。集中式的方法一般采 用c s 逻辑模式，即某些功能位于某台服务器上，其它站点通过网络获取该项服 务。其特点是所有信息相对一致，但网络的负担较重。分布式的方法采用的是对 等模式( p e e rt op e e rm o d e ) 。它指的是各站点的地位平等，功能是分布的，j 有需要协同的数据和信息爿+ 通过网络传输，从而减轻了网络负担。其特点是保持 数据一致性比较困难，但适应性广，适合f 大范围分布的群组工作方式。 面向并行过程的计算机协同设计是一个复杂的交互过程，来自各个领域的设 计者选用各自的辅助工具进行自己的工作，同时又要感知他人的工作并i l ：, f l g 人感 知到自己的工作，在产品设计过程中的设计者是动态参与的，这使得支持队同 c a d 的c s c w 技术在时空上表现出不可预测性，因此它必须具有高度的柔性，以 满足同步、分布式同步、异步、分靠式异步的要求。c s c w 的两种实现方法( 集 海交通人学倾i 学位论史 第一章面向并行t 程的协i jc a d 系统 中式和分布式) 各有其优缺点，在协同c a d 系统中，c s c w 的实现以分布式为主， 集中式为辅的方式，即大部分的功能均分布于各站点上，只有少数需要集中处理 的功能j 在一个站点上处理。因此各站点的功能结构是相似的，只是设计发起者 或组织者的站点加载了相应的模块，表现为一点的服务器功能。 222协同c a d 系统中的特征设计技术 面向并行工程的协同c a d 系统应具有支持与产品相关的各类设计信息共享 的特点，因此系统的c a d 支撑平台必须引入基于特征的设计技术，特征可以携带 大量的工程信息，不仅能方便地描述产一锗的) l m 形状，同时也能为加工、分析等 其他工程应用提供必要和充分的信息，易于实现各类设计信息的共享。特征技术 一真是国内外研究的热点，目前仍有不少问题没有能完全解决，如特征表达、特 征约束特征标准化、特征识别过程的优化和可靠性等。因此，白行丌发具有特征 设计能力的c a d 系统尚有一定的困难，目前国内外研制的支持队同工作的c a d 系统多采用商品华的c a d 系统作为基础平台。支持协同c a d 系统的商用c a d 系统 必须具有参数化的特征造型能力，同时支持二次丌发。现在比较有名的造型软件， 比如p t c 公司的p r o e n g i n e e r ，还有a u t o d e s k 公司的m e c h a n i c a ld e s k t o p 1 2 ( m d t ) 。p r o e n g i n e e r 功能更强，但系统比较庞大，且二次丌发比较困难， 将其作为基础平台丌发并集成到协同c a d 系统中有一定难度。而a u t o d e s k 公司 的m d t 采用双向关联的面向对象的数据库，可以实现基于特征的参数化二维实体 造型、三维复杂曲面造型，二次丌发比较容易，系统占用空问合理，呵以建成协 同c a d 的支撑平台。 2 2 3协同设计管理系统 协同设计管理包括了设计事务的管理、设计冲突和设计+ 知识库的协调，它使 没计过程中的共享达到最优化，同时保证整个设计过程中数据的一致性。 | 办同设计事务的管理具体包括了设计用户的等记管理、设计用户的权限管 理，没计版本的管理等内容。其中设计版本的管理是关键，它使得相关的设计用 户感知到其它用户所作的设计变化。 多用户设计中冲突不可避免，协同设计管理中的冲突管理系统支持冲突的识 别、冲突信息的发布、处理冲突意见的交流、冲突解决的记录等。冲突以“冲突 事件”数据结构存储，每一“冲突事件”对应于一个结构c o n f l j c te v e n t ，即 有： ! ：塑窒塑叁兰塑! ! 堂笪堡兰 塑= 堂堕塑苎堑! ：堡堕坐型羔垒! i ! 丝 s t r u c tc o n * i c t e v e n t c h a rct y p e 1 0 ：冲突类型 c h a rcd e t e c t t i m e 1 0 ：一冲突发现的时阳j c h a rcd e a t l i n e 1 0 ：一冲突解决的最后期限 c h t f 】n tu s e r s 4 0 ：一对冲突感兴趣者 c h a rco f i g i n a t o f 1 0 ；一引起冲突 c h a rca r b il r a t o r 1 0 ：一冲突的仲裁者 o p in i o n s i n t u s e r s ：一对冲突感兴趣者的意见集成 冲突根据其状态分为三类：延缓的、激活的、已解决的。延缓冲突集存贮可 以延缓处理的冲突，激活冲突集包含着当前f 在协调的冲突，而已解决的冲突集 存贮已解决的冲突事件。当测试到“冲突事件”后，冲突管理系统启动，呵以i i i 协同设计的发起者执行冲突的仲裁或指定冲突仲裁者，由冲突仲裁者决定将冲突 放入激活冲突集或延缓冲突集。当冲突被激活后，冲突仲裁者收集协同设计荷对 冲突的“兴趣集”并设置冲突协调的期限，对有兴趣者发前i 冲突信息。收到冲突 信息者在“冲突事件”数据中添加各自的意见，将其反馈给仲裁者，冲突仲裁者 将“冲突事件”整理后发送给各个参与者，这样每位参与者都可以了解到冲突协 调的当前状态及他人的意见，在冲突协同的截止期限或达成防调前，参与者有权 修改自己的意见。当冲突协调期限达到时，由仲裁者提出冲突的解决方案，将其 归入已解决的冲突集中，并通知所有的参与者。 在并行工程中，产品的设计要求与制造、工艺、装配、维护等并行进行，冽 此咱胁同设计系统的知识处理中，必然存在着各类知识的协调应用，呵以定义基 1 二黑板”的工作空间来协调各类知识库的应用，“黑板”是在专家系统中用来 解决复杂问题的一种系统结构，它为交互和协调的实现提供了基础。在 力，嗣设汁 系统中，“黑板”被用来协调利用各类知识库，产品设计中的功能结构的选用、 工艺步骤的选择、加工方法的选择、装配方法的选择等的协调可通过公共的“黑 板”系统来实现。在基于“黑板”的工作空问中，包含了许多来自彳i 同知识库f n 事+ 典和规则，对它们的协调利用不会影ij 向系统原有的各类知识库。 2 2 ，4协同c a d 系统的实现 为了实现并行工程下的协同设计，我们进行了协同c a d 系统的初步设汁。仡 系统的实现中，以视频会议系统m i c r o s o f tn e t m e e t i n g 为基础平台进# f - z 次丌 沟交通人学坝l 。学位论艾 笫二章i f 【i 向井行t 程的卧i jc a d 系统 发，设计协同c a d 系统中的c s c w 支撑- f ，台，m jc r o s o tn e t m e e t i n g 支持实时的 音频、视频传输、同时也支持共享应用和共享白板。共亭应用即m i c r o s o l t n e t m e e t i n g 调用其它应用软件如m i c r o s o l tw o r d 、a u t o c a d 等，将其作为协同 的赋值工具，所有的协同设计者均可使用该应用软件，达到“虚拟同地”的效果。 兵享白板是c s c w 系统中的一个重要辅助工具，它提供若干辅助工具、一个共享 区域和一个私有区域，协同设计者均可以在共享区域中使用工具写入文字，画卜- 图形，并可以对其中的内容作出修改或者注释，其它协同设计者, - f r i , 日时在儿享区 域。 ，看到这些内容。私有区域仅供每个设计者自己使用，独立于共享区域。自板 提供简单的绘图工具、辅助工具、分页功能、文件功能等。协同c a d 系统中的 c a d 支撑平台使用了a u t o c a d 系统的p d m 子系统等等。我们国家还重点支持过“分 前i 式多媒体信息处理方法学及支撑平台的研究”这项e l ，通过这一项目，完成 了s p c s c w ( s u p p o r tj n gp l a t f o r mf o rc s c w ) 平台，它是在计算机系统和网络传 输等基本的分布功能基础上，以公共的f 办作代理为核心，支持多种多媒体咖作应 用。例如电子共享白板、共同编辑、实时语音、共享视频、电子i i l f f f b 等。e p c s c w 足个而向协同应用、具有客户服务器模式，采用面向剥象模式设计的支撑 ， 台，它可以提供面向系统、面向协同应用和面向操作对象的三层协作支持。总的 来说，c s c w 协同结构的最基本的特点包括： 1 同时适用于结构化和非结构化的应用环境 系统通过c s c w 支撑平台对群体成员提供灵活的协作支持，而不是以固定模 式包办协作过程，因此可以适用于结构化和非结构化的各种环境。 2 系统是集成化和丌放的 它可以支持同步和异步的协作方式，可把群件技术以及已有软件( 通过共享 引擎) 集成在一个统一的系统中，只要符合系统接口约定，更多的坍同应用可被 集成到系统中。 ： 在协作控制方法上采用协作规则与协作的机制分丌的方法 通过修改规则就可以改变控制的方法，而无需修改系统本身。 2 3 基于超媒体结构的共享对象信息模型 在协同设计的情况下，多个用户可能应用各种编辑工具同时对共享的设计文 档进行访问和操作因此，共享对象必须具有功能强大、结构合理的信息模型，j + 湘变通