（计算机应用技术专业论文）基于cscw环境的产品创新设计集成平台架构及实现.pdf

浙江人学硕i 。学位论史 ，摘要 一 i 本文提出了一种基于c s c w 环境下的可伸缩、可配置的数据、功能、界面一 仆化广l 力、l i i j s i = 全周期设计集成模型( c o o p e r a t i v ef u l l c y c l ed e s i g ni n t e g r a t i o n m o d e l ) 。在! 该模型上实现界面、功能和数据的集成，实现多媒体设计协同系统 的有机融合以及基于知识的思维碰撞和知识管理机制。利用该模型构建的产品创 新设计集成平台，能促进不同领域设计师问的设计合作和设计效率，大大提高企 , i k f f 9j “：1 1 g j 亲a i 能力。1 本文首先简单介绍了产品协同式全周期设计丌发集成模型的研究背景：在第 章、第一章和第三章主要介绍了产品协同式全周期设计集成模型、综合设计协 川系统框架( c o m p r e h e n s i v ed e s i g nc o o p e r a t i v es y s t e mf r a m e w o r k ) 和多领 域砹汁! j i l j 心维碰撞和知识检索管理模型( t h o u g h tc o l l i s i o na n dk n o w l e d g e r e c a l1 m a n a g e m e n tm o d e l ) ；在第四章详细描述了利用c f d i 模型、c o d c o s 框 架和t c a k r m 模型构建产品创新设计集成平台时的一些关键技术；最后介绍了我 们建立的几个产品创新设计集成平台和应用情况。 采川c f d i 模型，平台能根据特定的产品领域有机集成支持产品创新设计全 ，卜命周期各阶段的辅助系统，能灵活配置满足设计师个性化要求的操作界面，能 实现各设计阶段之i j 产品设计的信息共享。 稚：c f d i 模拟中采用c o d c o s 框架，平台能提供多领域专家语音、视频、文字 等多利一多媒体形式的网上协同交流，支持异步同步等多模式的对各阶段产品发 汁结聚的评价、郴批和协同讨论。 在c f d i 模型中采用t c a k r m 模型，平台支持基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的不同 领域设计师之删的思维碰撞，平台利用智能体技术辅助设计师进行设计知识自动 检索和管理。 关键词 c f d i 模型、c o d c o s 框架，t c a k r m 模型，并行工程、集成平台、产品设计、 协同二l ：作、协同设计、知识碰声、知飞蜓理 塑坚叁兰堡! ! ：兰堡堡兰 一 a b s t r a c t i nt h ep a p e r w ep r o p o s eac o o p e r a t i v ef u l l c y c l ed e s i g ni n t e g r a t i o nm o d e l ( c f d lm o d e l ) b a s e do nc s c wc i r c u m s t a n c e w h i c hp o s s e s s e ds c a l a b l e 、c o n f i g u r a b l e d a t a 、f u n c t i o n sa n d i n t e r f a c e w i t ht h em o d e l ，w ec a nr e a l i z et h ei n t e g r a t i o no fi n t e r f a c e 、f u n c t i o n sa n dd a t a ，w ec a n r e a l i z et h eo r g a n i c a l l yu n i f i c a t i o no f t h em u l t i m e d i a m u l t i m o d ed e s i g nc o o p e r a t i v es y s t e m ， w ec a nr e a l i z et h em e c h a n i s mo ft h o t i g h t c o l l i s i o nb a s e do n k n o w l e d g e a n d k n o w l e d g e m a n a g e m e n t t h ei n t e g r a t i o np l a t f o r mf o rp r o d u c t si n n o v a t i v ed e s i g nt h a tb u i l d s w i t ht h em o d e l c a n p r o m o t et h ee n t e r p r i s e s a b i l i t i e so fp r o d u c ti n n o v a t i o nc o n s u m e d l yb e c a u s et h ed e s i g n c o o p e r a t i o na n dt h ed e s i g ne f f i c i e n c ya m o n gd i f f e r e n td o m a i nd e s i g n e r sh a db e e ni m p r o v e do u t a n da w a y f i r s t l y t h i sa r t i c l ep r e s e n t st h eb a c k g r o u n do fc f d im o d e lr e s e a r c h i nb r i e f i nc h a p t e rl ， c h a p t e r 2a n d c h a p t e r3 ，t h e a r t i c l e p r e s e n t s t h ec f d im o d e l ，c o d c o sf r a m e w o r ka n d t c a k r mm o d e li no r d e r i nc h a p t e r4 ，t h ea r t i c l e p r e s e n t s t h ek e yt e c h n o l o g yt ob u i l d i n t e g r a t i o np l a t f o r mw i t hc f d im o d e l ，c o d c o sf r a m e w o r ka n dt c a k r m m o d e li nd e t a i l l a s t l y , t h ea r t i c l ei n t r o d u c e ss e v e r a li n t e g r a t i o np l a t f o r m sw e b u i l ta n dt h e i ra p p l i e di n s t a n c e u s ec f d im o d e lt ob u i l di n t e g r a t i o np l a t f o r m ，t h ei n t e g r a t i o np l a t f o r mc a ns u p p o r tp r o d u c t s f u l l l i f e c y c l ed e s i g n s ，c a nc o n f i g u r et h eo p e r a t i o ni n t e r f a c en e a t l ya c c o r d i n ga s t h ed e s i g n e r s w i s h e s ，c a nr e a l i z et h ei n f o r m a t i o nc o m m u n i c a t i o n so f t h ep r o d u c td e s i g ni ne v e r yd e s i g np h a s e u s ec o d c o sf r a m e w o r ki nc f d im o d e l ，t h ei n t e g r a t i o np l a t f o r mt h a tb u i l tw i t hc f d i m o d e lc a np r o v i d et i l ec o o p e r a t e dc o m m u n i c a t i o n sw i t hm u l t i m e d i af o r m ss u c ha sv o i c e ，v i d e o a n dt e x ta n ds oo nf o rt h ed i f f e r e n td o m a i ns p e c i a l i s t s ，i ta l s os u p p o r td e s i g n e r st oe s f u n a t eo r d i s c u s st i l ed e s i g nr e s u l t si nas y n c h r o n i s m s y n c h r o n i z a t i o nc o m m o ne n v i r o n m e n t u s et c a k r mm o d e li nc f d im o d e l ，t h ei n t e g r a t i o np l a t f o r mt h a tb u i l tw i t hc f d im o d e l c a np r o v i d et h em e c h a n i s mo f k n o w l e d g e r e c a l la n dm a n a g e m e n tb a s e do nk n o w l e d g ec o l l i s i o nt o h e l pd e s i g n e r s t of i n do u ta n d m a n a g e t h ed e s i g n si n f o r m a t i o na u t o m a t i c a l l y k e y w o r d s ： c o o p e r a t i v ef u l l c y c l ed e s i g ni n t e g r a t i o nm o d e l ( c f d im o d e l ) ，c o m p r e h e n s i v ed e s i g n c o o p e r a t i v es y s t e mf r a m e w o r k ( c o d c o sf r a m e w o r k ) ，t h o u g h tc o l l i s i o n a n dk n o w l e d g e r e c a l l m a n a g e m e n tm o d e l ( t c a k r mm o d e l ) ，c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，i n t e g r a t i o np l a t f o r m ， p r o d u c t d e s i g n ，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 ew o r k ( c s c w ) ，c o o p e r a t i v ed e s i g n ， k n o w l e d g ec o l l i s i o n ，k n o w l e d g em a n a g e m e n t 浙江人学坝i 博j 位论文 引言 j 钉保持区域经济的持续高速发展，才能构架起国家经济的强大实力；只有 发展1 4 1 ：域特点相符的产业结构，j 能保持区域经济的高速增跃。国家实力、区 域经济、产业结构、企业发展，都离不开具有市场需求的、具有高附加值的高技 恭产蹁。 我嘲区域经济商技术产品开发与技术集成能力不足。改革) r 放2 0 多年来， 我国经济取得了巨大的进展和稳定发展的趋势。但随着国际市场的开放和市场竞 争的加剧，我周大部分企业处于十分被动的局面。造成我国企业困难的原因可能 烂多方面的，但在普遍存在的产品开发问题上，缺乏新产品设计与，丌发能力，主 喽仆现n ：以卜两方而。 ( 1 ) 大部分企业没有自己的产品丌发能力。我国产业中r & d ( r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t ) 投入的含量太低，很大程度上影响了企业产品丌发能力的培养和 捉商。 ( 2 ) 具有一定产品丌发能力的企业主要延用传统的产品丌发模式。即在产 品) r 发中采用串行的开发流程，由各功能部门或专业组承担设计任务，由于在设 计过程中不能很好地考虑用户需求、加工、装配、支持、计划等，并且缺乏相应 的技术下段，使设计出的产品存在不可加工、不可装配、不能完全满足用户需求 等种种现象。这样就需要不止一次的修改设计，不仅延长了产品开发周期，增加 了成本，而且用户的需求也不能很好地保证。 可见，设计丌发一个支持产品生命的全周期设计、支持产品设计的市场辅助 分析、产品方案设计、人机工程辅助等各阶段的系统在其上运行并彼此有机集成 的集成平台，利用信息技术改造传统的产品丌发模式，利用协同技术方便多领域 设计师间的协同设计，利用并行工程缩短产品丌发周期、降低产品成本、提高产 品质摄，在提高我国企业的竞争能力方面具有重要意义。 川时，集成平台作为一种高技术、高附加值的产品，在国外同益受到重视， 许多公司纷纷丌发了一些应用系统集成的平台系统产品，这类软件价格昂贵，在 应用中需要技术服务( 配最、安装、应用集成、培i ) i f ) 和版本升级，国外公司收 取的费用相当高昂。我国企业众多，这将是一笔巨大的丌支。因此，丌发具有自 j 卜版权的框架平台软件，可以为我国企业节约大量的资会。另一方面，虽然国外 第1 负 浙江人学坝i 学位论文 止7 r 砦集成乎台产品，但大多只能支持领域的集成，目前尚未有能够支持企业 实施并行t 程的主导产品。因此尽快丌展集成平台的技术研究与产品开发已势在 必行，它密切关系到我国企业竞争能力的提高以及c i m s 产业的发展。 ，5 外，从c i m s 的发展趋势来看，集成化从当前企业内部的信息集成和功能 集成，发展到过程集成( 以并行工程为代表) ，并正在步入实现企业问集成的阶 段( 以敏捷制造为代表) 。数字化虚拟化从产品的数字化设计j f 女, 5 ，发展到产i | j l 全生命周期中各类活动、设备及实体的数字化。在数字化基础上，虚拟化技术正 在迅速发展，主要包括虚拟现实( v r ) 应用、虚拟产品开发( v p d ) 和虚拟制造( v m ) 。 嘲络化从甚于局域网发展到基于i n t r a n e t t n t e r n e t e x t r a n e t 的分嘶i 网络制 造以支持个球制造策略的实现。因此，研究新形势下如何设计商效易用的集 成平台模型，具有重要的学术意义。 本文首先介绍了产品协同式全周期设计丌发集成模型( c o o p e r a t i v ef u l l c y c l e d e s i g ni n t e g r a t i o nm o d e l ) 、综合设计协同系统框架( c o m p r e h e n s i v ed e s i g nc o o p e r a t i v e s y s t e mf r a m e w o r k ) 和多领域设计师思维碰撞和知识检索管理模型( t h o u g h t c o l l i s i o na n d k n o w l e d g er e c a l l m a n a g e m e n tm o d e l ) ，然后介绍了在利用c f d i 模型、 c o d c o s 框架和t c a k r m 模型构建产品创新设计集成平台时的一些关键技术，最后 介绍了我们建立的几个产品创新设计集成平台和应用情况。 第2 贞 浙江人学帧i j 学位论文 笫一章产品协同式全周期设计开发集成模型 我们挺了一利l 基于i n t e r n e t i n t r a n e t ，可伸缩( s c a l a b l e ) 、可配置 ( c o n f i g u r a b l e ) 的数据，设计，协同一体化产品协同式全周期设计丌发集成模型 ( c o o p e r a t i v ef u l l c y c l ed e s i g ni n t e g r a t i o nm o d e l ) 。采用c f d i 模型构建集成平 台，可以根据特定的产品领域有机集成支持产品创新设计生命周期各阶段的辅助 系统，能灵活配置满足设计师个性化要求的操作界面，能实现各设计阶段之洲产 品设计的信息共享。 第一节产品协同式全周期设计开发集成系统的概念模型 系统的概念模型如图1 1 所示。在该模型r l ，把产品的生命周期依次分为市 场分析、概念设计、初步设计、详细设计、工艺设计、生产计划、产品生产、市 场骷销年产品维护等阶段，当然，具体到某个行业、某类产品的设计丌发，各个 密集成，通过全局产品数据库服务中心，各个阶段的设计师可查询其他设计师的 设计成果，可以互相讨论设计中的问题，提高设计效率。如果产品的设计丌发阶 段分别i 企业中不同丌发组完成，则这个模型可看成是一个支持企业内进行并行 工程的集成平台；如果这些阶段分别由不同的企业进行丌发，则这个模型就成为 雏3 鲰 浙江人学顿l + 学他论业 个支持企业| b j 进行并行工程的集成平台。 第二节c f d i 模型的组成 c f d i 模型主要由产品数据、设计信息共享管理模块，思维碰撞模块，知识 检索及管理模块，协同交流模块，网络用户管理、访问安全控制模块，产品设计 梭块 人部分组成，如图1 - 2 所示。 一个新产品的设计开发过程，在c f d i 模型中可以大致这样描述：首先设计 师就新产品的概念、创新点等与其他设计师进行思维碰撞，进而完善新产品的概 念及。典现新产品的关键问题等，在此基础上，确定新产品的功能、设计需求。然 后通过知谚 检索及管理模块进行新产品设计所需知识的检索。第三，设计师在产 品设计模块中进行新产品相关部分的设计，在此过程中，设计师可以通过协同交 流模块与其他设计师进行协同交流和讨论。第四，设计师把他的设计成果提交到 产品数掘、设计信息共享管理模块。当然，这个过程只是从某个设计师的角度来 看他住模型t l 的工作，而且模型中的各个模块并不是彼此孤立的，在设计过程中， 他们是有机结合的。图1 3 显示了新产品的c f d i 设计动态过程。作为c f d i 模 第4 艇 浙江人学烦l ：学位论文 型中的重要组成部分和以往集成平台所缺乏的模块，思维碰撞、知识检索和管理 模块以及胁同交流模块在产品创新设计的各个环节发挥了重要作用，为了能在 c f d i 模型中有机集成思维碰撞、知识检索和管理模块以及协同交流模块，我们 分别提出了多领域设计师思维碰撞和知识检索管理模型( t h o u g h tc o l l i s i o na n d k n o w l e d g er e c a l l & m a n a g em o d e l ) 和综合设计协同系统框架( c o m p r e h e n s i v e d e s i g nc o o p e r a t i v es y s t e mf r a m e w o r k ) 来实现，将在本文第二章和第三章进行 详述。 ( 1 ) 思维碰撞模块 新“1 的设计，产品设计人员除了需要人量参考资料之外，还需受和其他领 域设计人员进行交流。而不同领域设计人员进行的知识交流，往往是产品创新点 的关键。如现在流行的网上家电，是传统家电业融合网络技术进行的创新设计。 l 划此，提供一个方便不同领域设计人员进行设计思想交流的平台有助于提高新产 品的创新度，提高产品的市场竞争力。 碰掩尢物理f 吐界中的模型往往拙述成具有运动属性的物体，在某种环境r f 一相 浙汀人学坝i j 学位论义 忆接触后，发生动量交换，从而改变运动状态、能量分布的现象。在人的思维领 域也有类似的“碰撞”现象：在实际生活的交流中，具有不同知识的人当对某一 j 吹j d 关心的话题感兴趣的时候，就会相互进行咨询、讨论( 即思维发生碰撞) ， 最终往往彼此都能从对方得到具有启发性的知识。c f d i 模型中的思维碰撞模块 就足j h 米方便不同领域设计师为相同的设计目标进行思想交流的地方。我们提出 的“_ j i l l 绁f i f ! 捕”形像的挑述了这一过稚i 。 ( 2 ) 知识检索及管理模块 成功的设计是丌发出在市场上能竞争取胜的产品的前提。设计师们通常一只 叭朽符1 1 ，场刈j ”- l j l 当前的和未来的需求，另一只眼看着科学技术( 包括基础性研 究) 进胜所带米的新的可能性，然后通过自己创造性的劳动将二者联结起来，发 计出更适合市场需求、更具竞争力的产品。 任何新产 都不会是完全新的，但必有新的成份。新成份对产品性能、价格 进而对j 竞争了影响的大小决定了它“新”的程度。随着产品更新换代速度加快， 使得没汁师们越来越不能依赖经验来设计了，他们不得不更多地去截取关于新设 计任务的新知识。所以现代设计是基于知谚 的设计，有别于传统的基于经验的设 计。 设汁过程巾创造性的劳动包括收集市场( 对产品更新) 的需求和提供新技术 的呵能两方面的信息，c f d i 模型中的知识检索及管理模块就是为设计师更有效 查询设计知识而集成的。 c f d i 模型中的知识获取主要来自四个方面：产品全局数据；设计信息共享 数据；协同交流、思维碰撞数据以及丰富的w e b 资源数据。c f d i 模型中设计知 谚 的扶墩火致经过以下过程：设计师通过提交要检索知议的关键字及相关信息， 系统根据设计师提供的关键字及相关信息从上述四个方面收集相关知识并进行 智能过滤，然后对过滤后的知识进行组织管理后在提供给该设计师。图1 - 4 显示 了这过程。 ( 3 ) 协同交流模块 在当今市场竞争激烈的环境中，一个产品的设计是一组多领域设计师甚至包 括供应商以及消费者的合作设计。因此，如何支持多个设计组之问的有效协同工 作，对于降低产品成本，降低产品设计时间，具有重要作用。 塑坚叁堂堡上堂堡垒苎一 c f d i 模型支持多种形式的协同工具集成，并可由用户自己添加，主要包括 适 玎于产品设计丌发过程中各种图行文档的协同交流评论方式；适用于产品设计 丌发过程中各种文字文档的协同评价方式：支持设计师之间在线进行语音交流的 协同方式；支持设计师之问的虚拟现实会议协同讨论方式；7 l ：发论坛讨论方式等 等。设计! l i j 呵以根据实际设计工作的不同阶段，根掘网络条件，根据具体需要选 用不同的集成协同系统进行讨论交流，如图1 5 所示。 m 州 交 流 模 块 文档协同讨论系统 幽案协同讨论系统 在线语音交流系统 虚拟现实会议系统 产晶设计开发论坛 豳l ，5 协厨交漉模块的组成及使如 第7 贝 浙江人学坝i 学似论史 ( 4 ) ，n 铺数据、发计信息共享管理模块 产品数据、设计信息共享管理模块是c f d i 模型数据管理中心，主要包括三 山l f l 的数w 管理：产品全局共享数据，协列交流、讨论数据，其他辅助信息的数 扒。埘j ：这三类数据，考虑数据的保密性、完整性，需要实行分级的数据访问权 限机制，具体说，除了辅助信息的数据任何用户都可以访问外，产品全局共享数 j ) l i ：和仂、同交流数据都只有通过用户认证的用户才可以访问。 ( 5 ) 产：品i 殳计模块 c f d i 模型中的产品设计模块是设计师实现产品设计的中心，设计师的主要 设m i ：作1 i ；i f 让此完成这一部分主要采川集成技术和个性化配强：技术，山设计师 根掘r id 的需婴及个人爱好对相应的设计软件进行自i lj f l 4 臀。 ( 6 ) 网络用户管理、访问安全控制模块 存骼个产品设计过程中，不丽的设计师分别担负着不同的设计任务，他们分 别属于不同的设计组，担任不同的角色，因而对设计平台中的资源有着不同的权 限。各个没计小组之间还需要交流信息，互相协调，在这个过程中就需要控制小 组对资源的访问权限。在c f d i 模型中，用户的角色和权限管理以组为核心。用 户的权限是他所属组的权限的并集。这种以组为核心的管理模型突出了两个特 点： 根据用户在设计工作中的不同角色的控制不同的权限； 用户角色和权限控制有利于不同组的成员之间的交流和合作。 首先我们定义c f d i 模型中用户管理和角色模型所涉及的一些基本要素： a 、系统资源( r e s o u r c e ) ：在这罩，系统资源指的是在本系统中所涉及的用 户和设计的文档、工具、参考资料等数据资源。资源出两部分组成，一是可利用 的资源实体、如设计的文档和工具本身；二是资源的属性，在这里我们把资源赋 予了一个重要属性，即是否需要权限控制，若某种资源不需要权限控制，则任何 人都町以访问，i 而需要权限控制的资源则需要用户的认证信息。所以我们把资源 定义如下： r e s o u r c e ：= b 、设计小组( g r o u p ) ：设计小组由小组成员组成，设计小组对应于系统资源 的访问权限，如市场分析小组可以提交本小组的调查结果文档，而其他小组的成 员只能浏览这些已经提交的结果；同时还增加了一个特别的组，叫“系统管理员 掂8 贝 浙江大学坝l ：学位论文 组”，这个组对于系统的管理有最高的权限。所以，组的也是出两部分构成，成 员和其对应的资源。定义如下： g r o u p ：= c 、川旺设计者( u s e r ) ：设计小组是用户权限和角色管理中的核心，而设 计行则魁整个设计平台的核心。用户属于不同的设计小组，而且可以属于多个设 计小组，因为一个设计者可能负责某个产品的多个设计任务。从用户属于的组的 情况来说，我们把用户分为三类： 系统管理员：若某个用户属于“系统管理员组”，此类用户具有用户管理、 消息管理、产品管理、论坛管理、共享资源管理五大管理权限，对产品 的椎个! 卜命周期负责； 设计者：属于一个或者多个设计小组，此类用户具有对所属组的资源的 高级别的权限，同时也能浏览其他组的设计信息，便于交流； 般f j 户：此类用户只有对不需要权限控制的资源具有访问能力，t ：l 女f f 说基本的产品介绍等，他们能对这个平台由一个基本的了解，而不能得 到一些涉及数据。 同时所有川户还有其本身的属性，如姓名、地址、联系方式等。我们将用j 1 一 定义蛐if ： u s e r ：= g r o u p s ：= 以上我们讨论了用户管理的三个要素，根据这三个要素之间的关系，我 们得出了如下的用户权限和角色模型( 图1 6 所示) ： 2 i ；9 贝 浙江人学硕i ! 笋位论史 从上图我们可以看出，这个模型兼顾了不同级别的使用者在数据的权限上的 控制，以及不同组的成员的之间的交流和合作所必需的数据共享，但不同组的成 ! ，j 刈j ：数据的访问权限也是受到控制的。 同 1 、j 这个以g r o u p 为核心的模型能够方便地对用户的角色进行调整，只要将 用户加入到某个组中或者从某个组删除就行了，具有较大的灵活性。 筇三节c f d i 模型中设计师的工作过程 希：该集成模型e ，一个设计师的工作过程大概可分为以下四个过程： 讣师登录系统，系统通过用户认证与控制系统确认该用户的身份和权限。 如果通过认证，系统将直接切换到该设计师的个性化设计平台，否则， 陔设汁师不能使用个性化设计平台，也不能查询全局产品设计成果数据 库中的设计成果与资料或提交产品设计的设计成果到全局产品数据库。 设计师在其个性化设计平台中进行产品设计相关阶段的设计。在设计过 程中，设计师可通过集成平台查询相关的设计资料、以前的设计成果， 提高设计师工作效率。当然，设计师也可以上载设计资料与其他设计师 共享。 干j 期的没计成果可以通过协同设计、交流环境与其他的设计师进行交流 讨论。例如，可通过“新产品丌发设计文档协同评价系统”对设计丌发 文档进行讨论，通过“新产品开发设计图形协同讨论系统”对设计过程 中的图形进行交流讨论。 设计成果提交。设计师针对协同设计、交流环境中的讨论交流结果对初 j h j 的设计结果进行完善和修改，形成产品设计开发的阶段性成果，提交 到全局产品设计成果数据库。 根捌使h j 目的的不同，对于使用本集成平台的设汁师来说，可分为三类： 使j i j 集成、| ，台水完成产品设计任务的设计师，可称之为“设计目的”没t t - r ) i l i ： 使用集成平台对其他设计师的设计进行评论的设计师，可称之为“评论目的”设 计师：使用集成平台来查询设计资料、探讨问题的设计师，可称之为“查询目 的”设计师。当然，在实际工作过程中，这三类设计师的角色是统一的，也就是 蜕，在设计师使用该平台进行产品设计丌发时，他可能同时担任这三种角色的任 浙江人学硕l “学位论义 务。设计师的工作过程模型可由图1 7 表示。 小结：本章介绍了产品协同式全周期设计丌发集成系统的概念模型和c f d i 模型的组成，还介绍了c f d i 模型中设计师的工作过程。下一章将介绍c f d i 模 型中协同交流模块的模型设计。 缃l j 贝 浙江人学硕l 学位论文 笫二章综合设计协同系统框架 ，“：品协同设计过程可分为多个阶段，每个阶段都完成特定的功能，其成果以 数字化的形式提供，如一份产品设计需求分析文档，或者一幅产品外观设计图像 或者个产品结构三维模型；各个设计阶段也不是孤立的，它的设计成果可能依 赖于f j 口阶段的设计成果或者将对后一阶段的设计产生影响，整个设计过程是一 个反复的达代过程。我们提出如下的综合设计协同系统框架( c o d c o s 框架) 米 描述产品协同设计活动( 图2 一l 所示) ： 从上述模型可以看出，各领域专家的协同设计和讨论贯穿于整个产品的设计 过程中，并且在多个层次上进行。各个设计阶段内部成员需要进行协同发计和讨 论，而且阶段之i h j 的设计师也需要协同设计。出于各个设计阶段的数字化成果可 包含多种媒体内容，所以各阶段所用的协同设计和讨论系统不尽相同，它们必须 适应符阶段成果的数字化形式，我们称之为协同系统工具。另一类工具跟具体的 讨论内容无关，比如聊天室、电子白板和语音聊天工具等，只是用于增强设计师 之| 、j 的感知能力和交流能力，我们称之为协同交流工具，这类两类工具可由设计 师按实际需求进行灵活配置。同时还需要有多种服务来支撑多阶段的任务协作进 行。 下面给出丌放多媒体协同设计平台框架结构图( 图2 2 所示) ： 在客户端，分为个人工作区( c f d i 模型中的产品设计模块) 和协同设计区两 个工作区。在个人工作区，设计师在个人工作平台上完成产品的设计任务，并通 过数据交换接口和协同工作区进行数据交换。在协同工作区，设计师通过数掘交 换接ii 状得个人一1 ：作区的设计结果，并采朋协同系统工具和协同交流工具进行讨 浙江人学顺i 。学位论文 论和设计。软件总线为各种讨论工具提供了统一的规范和接口，从而为各利，设计 鼬2 2 多媒伴枷阳设计稚繁结构邕 和讨论一l 几提供一个“插槽板”。这种结构足丌放式的，支持多种i 办同工具的嵌 入，各种新的讨论工具只要用符合这个规范的工具包丌发，立即可以成为一个实 川的纰仆；l l 刈- j ：老的遗产系统来说，只要在外面包装一个接口层即可。设计 ： 具配置器完成协同工具的个性化配置，各设计师根据需求动态地定制其协同工作 工具和界面。 此框架还提供了协同设计所需要的一系列公共服务，如工作流的控制以及同 步异步设计的模式控制等服务。同时提供了一些可选的服务，如多媒体服务， 一致性控制服务，同步和并发控制服务，各协同工具的服务器所组成的服务群便 u ，利川这些服务为协同设计提供良好的支持。 在总体结构上采用分布式结构，各个服务器管理模块可驻酎在不同的高性能 服务器上：而对于客户端的工具来说，则采用组件化设计思想，重点考虑可扩展 性和重用性。 对于此框架的实现，主要考虑了以下两点： ( 1 ) 基于智能a g e n t 的协同设计工具配置 设计丁具的配簧跨越工具应用层和软件总线层，它为设计师的协同设计和交 流f ：具提供灵活和合理的配置管理。设计和交流工具的配置受三个方面因素的影 第1 3 页 浙江大学坝l 学位论文 a ) 所属的产品设计阶段。在每一个阶段工作界面上，用户只能使用一类属 j ：小阶段的任务相关的协同设计工具，如市场分析阶段只能使用市场分 析文档协同设计工具，而外形设计阶段只能使用外观图像讨论工具，即 各类和阶段任务相关讨论工具是互斥的，但用户可任意配置多个交流工 jl ： b ) 网络性能。各种多媒体讨论工具对于网络带宽和延迟等参数都有一个最 低值，h 网络不能同时满足当前f 在使用的讨论工具的这个要求时， j t f i 降低交流工具的服务质量或者关闭某些工具。 c ) 设i , i ! j 1 1 j 的选择。设计师 删。一 可以根据自己的偏好 产品设计 规则代理 选择各种交流工具来沪 r 进行协同交流，如语音心 - , g 和电子白板的组合或 者语音和视频的组合。 我们采用知识的方法来根 与用户协商交互 拼以1 ：1 ) 4 k ；q 4 ；i t i ：其配置决策： 倒2 3 存4 口2 问舯光# 聊7 蒯摇 动态地将产品任务相关的配置 规, n d l ：l 入知识库，并动态监视网络性能参数和各类工具的一般网络流量及其分 巾，然后结合用户的选择作出综合决策。我们设计了如图2 3 所示三类代理( 椭 阋部分) ： 4 1 1 产品设计规则代理：此代理动态增加或者修改产品设计讨论工具配置规 则； i i , 网络性能监视代理：此代理完成两个功能，其一是监视网络性能参数，汜 录当前可利用带宽及延时等参数；其二是监视当前使用的各讨论工具的网络流量 和分和，并对讨论工具对网络的最小需求作出评估； 决策代理：决策代理根据以上代理提供的信息以及用户的输入、模板库作 配置方案，并负责和用户协商，并执行最终配置决策； 这三类代理之阳j 的工作关系如上图所示。其中模板库存放一些常用的标准配 浙江人学倾i j 学位论文 茕，如 小_ f ：白板+ 语音工具，或者聊天工具+ 视频+ 语音等。决策代理负责综合 符类代理所获得的信息，并作出最终的配置方案选择。综合决策过程如下：它首 先对川j 、t 的配嚣输入与产品设计的配置规则比较，从而剔除不符合与本阶段设计 仃务川天的设汁工具，然后将综合所有选择的协同工具对网络参数的需求，并与 “，i l j u 检测到的网络性能参数相比较，如果当f ；i 网络能够满足这些协同工具的性能 ：府求，! j ! i j 将其作为配置方案。否则，在配置模板库中找出与用户所选择的讨论工 具集最柏近的配置方案，并分析这些方案之间的性能差异，例如某些方案会导致 丰见频质量降低，或者无视频将确保语音的萨常传输等，并与用户协商，最终确定 眦诵：办案。这三个a g e n t s 不仅在用户进入协同设计平台时进行，而是在贯穿于 壮个叭i l i ：i 设计过程当网络的性能变化或f h j _ 的配茕输入、产品设计配置规则的 变化足够引起重新配置时，整个决策过程便会重新进行。 这种基于智能a g e n t 的配置方式将讨论工具模块与工具的配置知识分离，配 置的方式对于讨论工具是透明的，从而降低了讨论工具的丌发难度并增强了可移 植他。 ( 2 ) 模式控制和一致性控制 汕同设汁和讨沦是一个同步和异步设计相结合的过程，设计师既可以进行巾 独的片步设计活动，同时又可以召集同步会议进行讨论，我们采用模式控制来保 强2 4 设计模式挣鼬舷舒内熟结桷技1 i f t 列z , y 证同步和异步设计和自由切换。而各种设计活动可能在任意不同的时问和不同的 节点对共享的多媒体工作对象进行存取，保证多媒体工作对象对所有设计师一致 性成为一致性控制的目标。 设计师的异步设计活动和同步活动的切换，是设计模式控制服务接收客户模 ，切换请求，最终通过调用软件总线上的协同设计和讨沦工具实现的。模式控制 浙江人学顺i 学位论文 服务的内部结构如图2 4 所示，模式跟踪器负责跟踪每个设计师的当前会话状 态，它接收来自侮个设计师的模式改变请求，同时调用模式分析器对当前设计师 的模进行分析，判断能否进行模式切换，如当前的设计师所处的模式已经处于 肯求模式，则不必进行切换。然后调用控制器发送信息给软件总线，软件总线执 行年麻模式的协同设计和讨论工具，并将此状态返回给模式控制器，状态控制器 l 1 5 【变此没汁! j l l j 的会话状态，整个模式切换过程结束。 山予同时可能有多个同步或者异步的设计和讨论活动存取同一个多媒体工 作对象，冈此必须保证多媒体工作对象的一致性。异步活动时，可以保证较大的 甜勾l i 仪址致，l 何在i 司步活动时。这种控制应该局限在比较小的粒度上，1 | j 且 能够支持多层次的控制。 小结：本章介绍了综合设计协同系统框架( c o m p r e h e n s i v ed e s i g n c o o p e r a t i v es y s t e mf r a m e w o r k ) ，并对c o d c d s 框架的实现进行了探讨，为c f d 【 模型中协同交流模块的实现奠定了基础。下一章将介绍c f d i 模型中思维碰撞、 生u 识检索和管理模块的模型设计。 第1 6 贝 浙江人学碗l j 学位论史 第三章多领域设计师思维碰撞和知识检索管理模型 随着知识经济时代的到来，人类丁f 在进入一个以智力资源的占有、配置，知 u ! 的小广、分配和使f l j ( 消费) 为重要因素的经济时代。对于产品的设计来说， 2 1 世纪初竞争的核心将是以知识为基础的创新能力的竞争。在新产品的设计中， 如f f , i 获得新技术知识和对获得知识进行统一管理成为一个影响产品设计效率的 艰要素。在c f d i 模型中，我们提出以思维碰撞和基于碰撞的知谚 检索和管理 的方式来解决集成平台中的这一问题。 n t e r n e t 技术带来了网络协同合作。采用基于知识碰撞模型的信息交流和知 以管理技术，为不同地域、不同领域的产品设计人员相互合作、自主交流提供了 良n r 的辅助：l ：- i t 。在计算机支持的网络协作交流中信息的来源主要来自 i n t e r n e t 和多种信息系统数据库。i n t e r n e t 上贮存了庞大复杂的数据，大量的非结 构化的信息，具有巨大、分层、多维的特点；而信息系统数据库存储的专业系统 信息，共仃集【 j 、统一、详细的特点。除了这些常见的信息源之外，参与交流的 群体。 ，具有丰富经验和知识的专家、技术人员等也是精确、细致的信息来源之 一。由于分柿在网络中的信息资源，其来源和存在方式多种多样，因此获取手段 也择7 r 4 i 同。如j 1 】户可以通过w e b 获取某些网站发布的信息，通过m a i l l i s t 邮件 列发弧l 跌人h 交流信息使用网络会议等：j - ：具与其他专家、技术人员进行思想交 流。 虽然i n t e r n e t 将不同分布的人和信息联系在了一起，但是信息资源的分布仍 具有地域性，内容相近的知识信息集中分稚在某一网络空问中，虽然共享于网上， 但是山于某些用户感知和获取手段有限，对他们来说，这些信息( 如分柿在某一 局域刚内信息) 仍然是分离的。在网络合作中，群体问的交流、合作十分重要， 尤其与群体中掌握某些领域知识的专家交流可以事半功倍。但是群体问从不同领 域信息1 1 定位交流对象( k n o w w h o ) ，从而主动的与其进行信息交流的能力也同 样仃受到地域的限制。尤其是在现代网络化、数字化创新产品的设计制造过程中， 这儿点表现尤为明显( 如图3 1 所示) 。分柿在不同地域的设计群体由于缺乏对 j i - _ f i l g 技术领域信息、知识的了解，缺乏设计制造的全面信息积累，设计制造环境 较为局限，难以适应网络化设计制造环境中的丌放、共享、协作的要求：缺乏多 力+ 面信息的刺激，缺少与其他设计师之间的思想交流，设计者缺乏广阔的知识接 触和创新的灵感设计，这些都妨碍了企业的技术创新。 骑i7 “ 浙江人学顿i 学位论文 为弥补数字化制造中的不足之处，降低成本，企业内部通常采用知识管理系 统。所谓知i = 管理，就是构建一个的知识系统，让企业内的全面信息知识，通过 、 组d 、，7 地域x 组c ， 、，7 感知和交互手段便利一感知和交互手段有限吝苗不同领域信息 融3 现有的地络协作丁| 作形式 获得、创造、分享、整合、记录、存取、更新、创新等过程，不断回馈到知识系 统f i ，形成永不问断的累积个人与企业的知识成为组织智能的循环，在企业组织 小成为管理与应用的智能资本。良好的知识管理系统中，不仅应当充分利用计算 机的自动搜索挖掘技术，还必须使知识人员参与到信息采集、整理等过程中，以 提高知识共享的水平。面对i n t e r n e t 和多种信息服务系统，如何充分利用这些 复杂庞大的信息资源则是一个首要问题。 采用综合集成法( m e t a s y n t h e s i s ) 是处理 n t e r n e t 这类开放的复杂巨系统 的良好方法。它是有钱学森院士在1 9 9 0 年提出的。在这个基础上，1 9 9 2 年钱学 森进。步提出的综合集成研讨厅体系( h a l lf o rw o r k s h o po fm e t a s y n t h e t i c e n g i n n e r i n g 简记为h