（计算机应用技术专业论文）基于web服务的协同设计系统的研究与实现.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 科学技术的飞速发展，使得社会分工越来越细，产品开发以及激烈的市场竞争要 求企业从全球范围内来优化资源配置。因此产品的开发需要众多企业及相关科研院所 等单位协作完成，企业应充分利用以网络为核心的信息技术，用新的设计、制造模式 来提升企业的竞争力，实现对地域上分布的设计资源的快速调集和利用，形成基于网 络的企业内部或企业之间团队化协同设计模式。因此，本文对协同设计系统的工作模 式、总体架构及支持技术进行了深入研究，包括的内容： 首先，介绍并行工程相关概念和特点，分析协同设计在其中的地位和作用，以及 航空产品设计的特点。 其次，分析了协同设计的研究现状、关键技术以及w e bs e r v i c e s 技术。 然后，提出了基于w e bs e r v i c e s 技术的协同设计系统的设计思想、总体结构和系 统功能，分析了系统中主要模块功能和工作流程。 接着，对其中两点关键技术的实现进行了详细的论述，包括全域产品信息模型的 建立和过程建模。 最后，本文以“某航空产品协同设计系统”项目为应用背景，展示了w e bs e r v i c e s 技术在全域产品信息模型和过程管理中的应用。 关键词：协同设计，协同设计系统，产品全域信息模型，过程建模，w e bs e r v i c e s 基于w e b 服务的协同设计系统的研究与实现 a b s t r a c t r a p i dd e v e l o p m e n t o f t e c h n o l o g ym a k e s w o r k d i v i d i n go fs o c i e t ys m a l l e ra n d s m a l l e r p r o d u c td e v e l o p i n ga n dd r a s t i cm a r k e tc o m p e t i t i o nr e q u i r ee n t e r p r i s e so p t i m i z er e s o u r c e c o l l a b o r a t i o n t h e r e f o r ed e v e l o p m e n to f p r o d u c tn e e d sc o n c u r r e n tw o r k i n ga m o n gm a n y e n t e r p r i s e s a n d c o r r e s p o n d i n g r e s e a r c h d e p a r t m e n t s e n t e r p r i s e s s h o u l d e m p l o y t h e n e t w o r k - c e n t e r e di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e s ，i m p r o v et h ep o w e ro fc o m p e t i t i o nb y t h e m e a n so ft h en e w d e s i g na n dm a n u f a c t u r em o d e ，r e a l i z eq u i c ka s s e m b l i n ga n de x p l o i t i n g o f g e o g r a p h i c a l l yd i s t r i b u t e dd e s i g nr e s o u r c ea n ds h a p e at e a m b a s e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n m o d ei n s i d ea n db e t w e e nt h ee n t e r p r i s e sb a s eo nt h en e t w o r k t h i st h e s i sp r i m a r i l y c o n c e n t r a t e so nt h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e ma n di t so v e r a l lf r a m e w o r k ，w o r k i n gm o d e ， s y s t e m s t r u c t u r ea n d s u p p o r t i n gt e c h n o l o g i e s t h e m a i nc o n t e n t sa r el i s t e da st h e f o l l o w i n g ： f i r s t l y , t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c et h ec o n c e p t a n dc h a r a c t e r i s t i c sr e l a t e dt oc o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ，t h e na n a l y s i sp o s i t i o n a n df u n c t i o no fc o l l a b o r a t i v ed e s i g ni nc o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g s e c o n d l nt h ed i s s e r t a t i o na n a l y z et h ek e yt e c h n i q u e s o fc o l l a b o r a t i v ed e s i g na n dw e b s e r v i c e s t h i r d l y ，t h ed e s i g ni d e a ，g e n e r a la r c h i t e c t u r e ，i n t e g r a t e de n v i r o n m e n tf r a m e w o r ko f w e bs e r v i c e s b a s e ds y s t e mi nc o l l a b o r a t i v ed e s i g na n ds y s t e mf i m c t i o n sa r ep r e s e n t e d t h e na n a l y z et h em a i ns y s t e mf u n c t i o n sa n dw o r k i n gp r o c e s s f o u r t h l y , t h er e a l i z a t i o no ft w ok e yt e c h n i q u e sa r ed i s c u s s i nd e t a i l i n c l u d i n gt h e w h o l ed r o d u c t si n f o r m a t i o nm o d e la n dt h em o d e l i n gm e t h o d sf o rp r o c e s so fp r o d u c t s d e s i g n i n g f i n a l l y ，t h ea p p l i c a t i o ne x a m p l e si n “c o l l a b o r a t i v ed e s i g ns y s t e mo f s o m ea i r c r a f t p r o d u c t s i sg i v e n t e c h n o l o g yo fw e b s e r v i c e si ss h o w ni no v e r a l lp r o d u c ti n f o r m a t i o n m o d e l i n ga n dp r o c e s sm o d e l i n g 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 ed e s i g ns y s t e m ，p r o d u c t si n f o r m a t i o n m o d e l m o d e l i n gm e t h o d s f o rp r o c e s s ，w e bs e r v i c e s 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论 文被查阅和借阅，可以将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、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名：羝璋 日 期：碰t 2 ：签 基丁二w e b 服务的协同设计系统的研究与实现 注释表 c a d ：c o m p u t e r - - a i d e dd e s i g n 计算机辅助没计 c a e ：c a e 是c o m p e e r a i d e de n g i n e e r i n g ，计算机辅助工程分析 c a p p ：c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a r a u n g ，计算机辅助工艺规程设计 c a m ：c o m p u t e r - - a i d e dm a n u l b c m r e 计算机辅助制造 c a f d ：c o m p u t e ra i d e df i x t u r ed e s i g n 计算机辅助丁装系统设计 d f a ：d e s i g nf o r a s s e m b l y ，面向装配的设计 d f m ：d e s i g nf o rm a n u f a c r t l r e ，面向制造的设计 m p s ：m a s t e rp r o d u c t i o ns c h e d u l i n g 加工过程仿真 c a x ：如c a d 、c a m 、c a e 等 d f x ：d f x ( d e s i g nf o r x j 技术( x 可代表产品生命周期中位于”设计”阶段下游的各 个阶段和因素 i p t ：i n t e g r a t e dp r o d u c tt e a m ，集成产品团队 x m l ：代表扩展标识语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) ，由万维刚联盟( w 3 c ) 带头， 在1 9 9 8 年2 月1 0r 成为正式的规范 d l 、d ：d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ，文档类型定义 b r p ：b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ，业务流程重掏 s o a p ：s i m p l co b j e c t a c c e s s p r o t o c o l ，简单对象访问协议 h t t p ：h y p e r t e x t t r a s f e rp r o t o c o l ，超文本传输协议，是w w w 使用的传输协议 u r l ：u n i f o r mr e s o u r c el o c m o r ，网站或网页的地址 s m t p ：s i m p l em a i lt r a s f e rp r o t o c 0 1 简单邮件传输协泌 p d m ：p r o d u c td a t am a n a g e m e n t 产品数据管理 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 科学技术特别是信息技术的飞速发展使得社会分工越来越细，一项 工作需要不同地区、不同部门的人员共同完成。如何有效地组织群体 中的多个成员，充分利用企业资源，高效、快速地共同完成工作，成 为一个迫切需要解决的问题。i n t e r n e t i n t r a n e t 、w e b 等网络技术的发展 正在改变着传统制造模式，为异地协同求解复杂问题提供物质基础， 并为协同工作建立了一种新的信息支撑环境。不同的制造企业在信息 化的发展过程中为各自的应用需求配置了不同的计算机系统、网络系 统、数据库系统，从而形成了异构的环境。因此，研究i n t e r n e t 环境下 协同作业原理及其实施方法和如何实现异地信息的共事是一项具有重 要理论意义和实际应用价值的课题。 本章对并行工程及协同设计的相关主题进行综述。首先概述并行工 程的基本原理，接着分析协同设计系统在并行工程中的作用和地位， 然后对航空产品设计的特点进行分析，最后引出本文的研究目的、方 法、简要介绍章节安排。 11 论文研究背景 1 1 1论文研究的目的与意义 制造业是国民经济的发动机。一个没有强大制造能力的国家永远不 可能成为经济强国。只有建立了以现代信息技术为基础的现代制造业， 才能满足各行各业发展的基本物质需求，提高我国的综合国力。 2 1 世纪初竞争的核心将是新产品和制造技术的竞争。产品设计是制 造业的灵魂，产品的结构、功能、质量( 全面满足用户要求) 、成本( 全 成本) 、交货时间( 含新产品开发时间) 以及可制造性、可维修性( 含 产品升级) 、报废后的处理以及人、机、环境关系等等，原则上都是 在产品的设计阶段确定的。据统计，产品生命周期成本的8 0 一9 0 是出 设计阶段决定的。合同生产型企业的设计丌发周期要占整个产品交货 期的6 0 以上。因此，企业必须加快新产品的上市时间、改善产品质量、 降低产品成本、完善售前售后服务以及消除产品对环境的污染。 基于w e b 服务的协同设计系统的研究与实现 信息技术近年来的迅速发展及其与制造技术的紧密结合，为改造传 统的制造业、推进其技术进步起到至关重要的作用。国际上作为高技 术产业的航空制造业是应用信息技术最早和最有成效的产业之一。现 代军、民机的研制都要求进行多学科、多专业的系统集成和综合优化， 要求柔性高效的制造体系，要求集中全国乃至全球的技术优势，从而 达到缩短制造周期、提高产品质量、降低研制成本和形成完善的售后 服务体系，要建立虚拟化的企业，需要有高效的虚拟化、网络化的异 地协同工作环境。 中国的航空产业要研制出满足国内民用市场，适应国防现代化的航 空产品，必须集中国内各研究所、高等院校和制造企业的优势，进行 跨地域的联合研制。因此，网络化虚拟化的异地协同是实现联合研制、 降低成本、缩短周期的关键。 本文的研究目的在于： ( 1 ) 利用分布式技术如w e b 服务和x m l 等解决在分布式系统中存在 的一些问题，提供些新的解决思路和方案，为建立适应航空产 品开发的协同设计系统作出探索，最终建立协同工作环境，使得 不同的专业人员( 包括设计、工艺、制造、销售、市场、维修等) 组成多功能开发小组，在计算机环境支持下协同工作特别是异地 协同设计将原来的串行过程尽可能并行化，以保证在产品设计 阶段尽量消除各种不必要的返工，使产品开发一次成功。从而达 到缩短产品丌发周期、降低成本、提高质量的目标。 ( 2 ) 大量实践表明，实施协同设计能使企业取得明显的效益，以赢得 竞争。通过在航空部件设计中的应用研究和由点到面将成果扩展 推广到支持航空产品全型号设计，可缩短飞机型号设计研制周期， 降低研制成本，提高设计效率和质量，从而提高我国在直升机型 号设计中的快速应变能力，快速增强我所在国际直升机市场的竞 争力。 ( 3 ) 通过协同系统的实施，优化直升机型号设计管理过程，促进某研 究某航空产品型号设计科研体制和组织机构的改革。 1 12论文研究的背景 1121 并行工程的定义与特点 关于并行工程概念，普遍采用的是8 0 年代末美国的r iw i n n e r 在国 1 南京航空航天大学硕士学位论文 防分析研究所( i d a ) r 一3 38 研究报告中所提出的定义：“并行工程是对产 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 的一种系统化的工作模式。这种工作模式力图使丌发者们从一开始就 考虑到产品全生命周期( 从概念形成到产品报废) 中的所有因素，包 括质量、成本、进度与用户需求”。从定义可以看出，并行工程是一种 关于生产活动组织方式的哲理”。 从上述定义可以看出，并行工程具有如下特点7 1 i s 】： ( 1 ) 强调团队工作，团队精神和工作方式 个人的能力总是有限的，不可能同时精通产品从设汁到售后服务各 个方面的知识，也不可能掌握各个方面的最新情报。因此，为了设计 出便于加工、便于装配、便于维修、便于回收、更于使用的产品，就 必须将产品生命周期各个方面的专家，甚至包括潜在的用户集中起来， 形成专门的工作小组，大家共同工作，随时对设计出的产品和零件从 各个方面进行审查，力求使设计出的产品便于加工，便于装配，便于 维修，便于运送，外观美、成本低、便于使用。在集中了各方面专家 的智慧后设计出来的产品( 在定型之前经过多次设计修改) 必然可以 满足( 或基本满足) 上述要求。在设计过程中，要定期组织讨论，大 家都畅所欲言，对设计可以“横加挑剔”，帮助设计人员得出最佳化 设计。团队工作方式可以采取定时碰头的方式，或由设计人员单独向 某方面的专家咨询。在计算机及网络通讯技术高度发达的今天，工作 小组完全可以通过计算机网络来协同工作。设计人员通过网络向各方 面专家咨询。专家们亦可通过网络随时调出设计结果进行审查和讨论。 ( 2 ) 强调设计过程的并行性 并行性有两方面的含义：其一是在设计过程中通过专家把关同时考 虑产品生命周期的各个方面；其二是在设计阶段就可同时进行工艺( 包 括加工工艺、装配工艺和检验工艺) 过程设计，并对工艺设计的结果 进行计算机仿真，直至用快速原型法生产出产品的样件。 f 3 ) 强调设计过程的系统性 设计、制造、管理等过程不再是相互独立的单元，而要将它们纳入 一个整体的系统来考虑，设计过程不仅要出图纸和其它设计资料，还 要进行质量控制、成本核算，也要产生进度计划等。 f 4 ) 强调设计过程的快速反馈 并行工程强调对设计结果及时进行审查并及时反馈给设计人员。这 基于w e b 服务的协同设计系统的研究与实现 样可以大大缩短设计时间，还可以保证将错误消灭在“萌芽”状态。 1 1 2 2 协同设计在并行工程中的地位 并行工程的核心问题是产品开发过程中的管理与技术的集成，即集 成产品开发团队以改进的流程为核心，通过应用数字化产品模型定义、 d f a 、d f m 、q f o 、产品数据管理等，在产品开发早期综合考虑产品生命 周期中的各种因素，力争从设计到制造的一次成功。其关键技术包括： ( 1 )并行产品开发过程建模、仿真与优化。并行工程与传统生产方式 的本质区别在于它把产品开发的各个活动作为一个集成的、并行的产 品开发过程，强调下游过程在产品开发早期参与设计过程；对产品开 发过程进行管理和控制，不断改善产品开发过程”。 ( 2 )并行工程的集成产品开发团队。产品开发由传统的部门制或专业 组变成以产品( 型号) 为主线的多功能集成产品开发团队。 ( 3 )并行工程协同工作环境。在并行工程产品开发模式下，产品开发 是由分布在异地的采用异种计算机软件工作的多学科小组完成的。多 学科小组之间及多学科小组内部各组成人员之间存在着大量相互依赖 的关系，并行工程协同工作环境支持i p t 的异地协同工作。协调系统 用于各类设计人员协调和修改设计，传递设计信息，以便作出有效的 群体决策，解决各小组间的矛盾。 ( 4 )数字化产品建模与c a x d f x 使能工具。基于一定的数据标准，建 立产品生命周期中的数字化产品模型，特别是基于s t e p 标准的特征模 型。产品设计主模型是产品开发过程中唯一的数据源，用于定义覆盖 产品开发各个环节的信息模型，各环节的信息接口采用标准数据交换 接口进行信息交换。数字化工具定义是指广义的计算机辅助工具集。 最典型的有c a d 、c a e 、c a p p 、c a m 、c a f d 、d f a 、d f m 、m p s 等。它们 被广泛用于产品开发的各个环节，在s t e p 标准的支持下，实现集成的、 并行的产品开发”“。 由此可知，建立协同设计系统是并行工程实施的一个重要环节，为 并行设计提供软件的支持，主要解决并行工程协调问题。”1 另一方面，并行产品开发模式的引入将引起产品开发的一系列变革， 如何借助先进的管理技术和信息技术进行过程与组织结构的重组、技 术乃至文化上的变革以促使过程的快速反应和产品快速开发是并行工 程环境下过程管理所面临的挑战，推动了有关协同设计的研究并成为 南京航空航天大学硕士学位论文 并行工程研究的重要内容”“。 1 1 2 3 航空产品设计特点 航空产品具有复杂的气动外形，外形表面要求光滑流线，内部结构 十分复杂，零件有几万个，是离散型制造业中产品设计、工程分析和 工艺制造最为复杂、加工周期最长的高技术产品。因此计算机辅助设 计辅助分析辅助制造技术是航空产品开发必不可少的技术手段，异 地无纸设计和制造是航空产品设计生产的特点。 在航空产品研制过程中，涉及的合作单位众多，分布在全国各地， 在国外还有合作伙伴。在联合研制过程中，相互之间的协调是非常困 难的，但又是必要的。有相当一部分时间和经费花在出差和开会协凋 技术问题上，而且由于协调不充分容易造成设计或制造上的返工。 中国航空工业经过几十年的信息化技术应用，特别是在高新工程研 制过程中，集成化的协同环境的应用，在应用计算机技术进行工程设 计、协调、应用开发方面积累了丰富的经验，并围绕型号应用构建了 满足航空产品设计特点的协同工作环境，开展了高新工程的全数字化 设计、虚拟产品开发管理v p m 的实施和应用。由于航空产品设计和制 造的许多过程实现了对产品数据的可视化设计，可视化浏览审批，可 视化分析仿真，可视化加工仿真为采用w e b 方式在网上协同研制打 下了基础。经过技术改造和多个项目的技术研究，在构建的协同工作 环境开始网上协同工作的尝试。航空某集团专网的开通和其它各企业 的数字化设计协调能力的提高，完全可以建立跨地域的满足并行工程 需要的协同工作环境，从基于w e b 的可视化技术和网络技术应用中获 益，实现诸如远程访问产品数据，召开产品协调网络会议等异地协同 的工作方式。 1 2论文的主要内容与组织结构 121论文的主要内容 根据协同工作需求的不断发展，针对现有工作方式的局限和不足t 本课题研究了w e bs e r v i c e s 技术以及基于x m l 的知识集成技术，在此 基础上以分布式网络环境下实现i p t 的异地协同设计和产品数据资源 共享为目标，设计了基于w e bs e r v i c e s 的协同工作环境架构，并且详 墅型星呈里堑堕塑堕堡生墨竺塑竺塞皇塞翌 细讨论了系统的主要工作原理和特点。课题针对“某研究所型号研制 协同2 1 2 作环境”的实际需求和特点，初步实现了一个分布式的、支持 协同设计的系统。 全文由以下七章组成： 1 2 2 论文的组织结构 本论文共分七章： 第一章主要讨论了协同工作研究现状，以及企业异地工作方式，指 出了传统协同工作的不足和局限，从而引出了基于w e bs e r v i c e s 的协 同设计系统解决方案。 第二章首先介绍协同设计系统的概念、特点、组成，然后介绍了实 现协同设计系统的w e bs e r v i c e s 技术和实现产品数据资源共享x m l 知 谀。 第三章详细讨论了基于w e bs e r v i c e s 的协同设计系统方案，包括 设计思想、体系结构、功能模型、工作流程四个方面。 第四章论述了如何利用x m l 技术建立支持协同设计的全域产品信 息模型的方法并给出应用实例。 第五章详细论述了如何实现企业集团之间的设计防同，并给出利用 w e b 服务技术实现过程建模的方法。 第六章结合某研究所型号研制协同设计系统说明了基于w e b s e r v i c e s 的协同设计系统的应用方法。 第七章总结和展望。 南京航空航天大学硕十学位论文 第二章协同设计及w e b 服务 机械产品的并行设计需要由分布在不同部门或不同场所的、具有不 同领域知识的专家群组协同合作完成。本章将论述构建协同设计系统 的有关理论和w e 6 服务的相关技术。 2 1 协同设计的概念 网络化产品协同设计是指在广域网环境下，分布在异地的设计人员， 在基于计算机的虚拟环境中，围绕同一个产品设计任务，承担相应的 部分设计任务，并行、交互，协作地进行设计工作，共同完成设计任 务的设计方法。 网络化产品协同设计的基本特点：多学科小组、异地、异构环境下 的合作设计。分布在异地的具有不同专业特长的设计小组，使用不同 的设计工具，基于广域网进行远程协作设计，在一个共享环境中对设 计方案反复讨论、修改，以最快的速度、最好的质量完成产品设计。 它要求所有成员都能及时了解整体设计方案，能随时了解设计过程的 进展状态，能动态获取阶段性设计结果的信息，能方便的共享设计资 源，能有效的实现人类智能的协同交流。协同的含义具体体现在以下 几个方面【3 j ： ( 1 ) 产品设计信息的协同 在协同设计中，所有设计者面对的是同一产品信息模型。由于同一 信息源在不同设计环境中描述不尽相同，不同的服务出于不同的需要， 对信息的使用方式也有差别，因此，存在不同设计者之间的设计信息 的协同。 f 2 ) 设计过程的协同 将一个完整的、复杂的任务分解成完全独立的子任务是不现实的， 也是不必要的。设计者所承担的子任务间存在的关联性决定了设计活 动必须按一定顺序协调一致地进行。 ( 3 ) 设计工具的协同 不同设计者所使用的设计工具不完全一样，同一设计者也可能使用 多种设计工具。协同设计应提供这些发计工具的管理方法。 量! ：! ! 呈矍堑塑塑旦堡生墨竺堕塑茎皇壅婴 ( 4 ) 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 态变化的。所以，异构设计环境的集成是协同设计系统的主要内容。 ( 5 ) 通信的协同 异构环境下设计者之间的通信是包含知识处理机制的通信。通信过 程的协同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 2 协同设计的研究现状 由于协同设计过程的复杂性、综合性和系统性，涉及多学科、多专 业信息的集成，现有的c a d c a p p c a m 集成系统尚不能支持动态产品模 型、多知识源的动态信息交换以及并行求解模式，还不能取代人的智 能作用。因此，协同设计自动化的实现必须建立在信息自动化的基础 上，以智能化的管理、控制系统为核心，以集成化产品信息模型为基 础，实现产品开发过程中的相关信息的交流与共享。 集成制造技术如今已从企业内部的信息集成和功能集成，发展到过 程集成、并正在步入实现企业间集成的阶段。过程集成和企业间的集 成是信息集成在广度和深度上的扩展和延伸。除了要采用信息集成这 一手段外，还必须实施业务流程重构( b r p ) ，缩短工作流程运行时间， 提高企业效益。因此协同设计的实施需要涉及企业内外更广的范围， 需要考虑更多方面的问题，特别是以下几个方面： ( 1 )产品开发过程的重构与集成 随着现代集成制造技术的发展集成方法从实现异构数据交换、异构 系统互操作的信息集成发展到企业过程整体优化的过程集成阶段，过 程集成不仅是信息集成在广度和深度上的扩展和延伸，而且更多的考 虑系统优化。过程集成除了要采用信息集成这一技术手段，还必须对 企业经营过程进行重构，以适应并行工程的需求，提高企业总体效益。 ( 2 )协同工作技术的应用是并行工程的首要问题 实践表明，协同工作必须要有称职的领导和完善、良好的组织管理， 南京航空航天火学硕士学位论文 才能实现产品整个生命周期中的有关部门，包括设计、工艺、制造、 支持系统( 质量检测、销售、采购、售后服务等) 以及用户代表组成 的小组或小组群的协同工作，他们在设计阶段协同工作参与产品设计 的有关过程，以团队工作方式开发产品，打破部门间的界限，对企业 的组织机构提出了新的要求，利用集体的智慧，协同工作，发挥更大 的创造力。 并行工程要调动企业内部人员的智力因素。通过基于知识的应用软 件集成各类知识，通过对产品开发数据的存取把设计思想统一在个 完整的产品开发过程中，也是协同工作的目的之一。 ( 3 )开发并行工程的支撑工具 设计队伍成员具有不同的工程背景，他们对产品设计的看法是基于 不同角度的，因此需要软件工具帮助他们综合评价和测试产品设计， 这些高度集成的软件工具可促进设计人员和制造人员之间的信息交 流。一旦产品的初始设计完成，设计人员就可使用各种应用软件来帮 助解决一些制造方面的问题，其中包括公差分析、了解产品装配顺序 或直接从主模板中得到加工数据等。这些集成软件工具还可以允许每 个用户直接存取当前的主模型，并且自由的使用主模型中的产品数据， 而不需要修改、转换或重新编译。 经过2 0 多年的发展，由并行工程研究所发展起来的方法已经在工业 界得到了广泛的应用。事实上这些方法已经在产品设计行业中引起了 一场革命，并且帮助打破了设计和制造之间的壁垒，并由此推动了协 同设计学科领域的发展。现在的协同设计已不仅只有概念，而且还建 立了包括过程建模、设计方法、支持技术和工程应用等方面的比较完 善的体系结构，形成了现代工程设计的一个学科领域，一种把有解决 问题的技术和资源集成起来的一种科学的理论和方法学。 2 3 协同设计的关键技术 协同设计技术涉及的领域很多，是计算机软硬件技术、行为科学 认知科学、网络通信分布式处理、人工智能等多学科的综合交叉 其主要技术难点在于： 基t - w e b 服务的协同设计系统的研究与实现 ( 1 ) 系统的全域信息模型 由于协同求解系统的柔韧性较高，对实际的求解任务和参加求解任 务的个体所处场景的依赖性强，因此现在还无法提供一个通用的、高 效的信息模型，只能针对具体的应用背景进行分析和设计。然而随着 设计过程的深入，产品信息模型可以动态演进，因而在任何时刻，当 某设计结果提交时，对产品信息模型进行修改，与此相关的其他服务 点也能及时得到合适的反应。 ( 2 ) 任务的分解和调度 将一个复杂的任务分解成若干粒度较小的子任务，并将这些子任务 分配到最适宜的节点上求解，是协同求解的一个关键问题。它主要涉 及到粒度控制、子任务的管理、子任务的分配和时间分配的平衡等问 题。 ( 3 ) 多知识源的管理 由于参加协同求解的专家来自不同的领域，即使是对相同的知识也 会产生不同的描述形式。另外不同方面对同问题的理解也会产生 一些偏差。如何实现这些不同描述形式之间的转换，维护多知识源间 的一致性，是专家们进行交流的基础。 ( 4 ) 节点控制 当节点具有较强的自治能力时，它们为了各自的利益，会为占有有 限的资源而相互竞争。此外不同的节点具有不同资源访问权限，如何 在分布式系统中控制节点资源使用情况是协同求解的又一个重要研究 内容。 ( 5 1 协作交流 有效的协同系统必须能够提供一组通用的协同工具，使协同者超越 时空的限制去完成协同任务。常用的工具包括在线交谈、多媒体视频 会议。电子邮件白板，远程应用共享、远程控制等。 2 4协同设计的模式 由于现实世界的丰富多样，产品设计的目标也是多种多样的，因此， 产品设计的模式也是多样的。综合考虑了成本、周期、质量等多种因 素之后，不同用途的产品，甚至同类产品中不同档次的产品都会采用 不同的设计方式。相应的，网络环境下的产品设计必然也是一种多模 南京航空航天大学硕士学位论文 式的协同设计。下面给出几种常用的协同设计的模式，这些模式是进 行协同工作环境的系统功能设计和体系结构设计的出发点。同时叻、同 设计环境必须具备柔性和开放性的体系结构，支持这些模式的组合或 新的协同设计模式。 2 4 1 基于任务管理的协同设计模式 基于任务管理的协同设计模式是一种通过对各个子任务的进程进行 协调控制，从而保证协同设计总体任务顺利完成的方法。在这种设计 模式中需要由一个功能很强的任务管理系统，完成协同设计任务的分 解、子任务定义、约束管理和任务进程控制。 在基于任务管理的设计模式中，将总体任务分解为若干子任务，将 各个子任务之间的进程关系定义为约束网络，以进程的管理和控制为 核心实施协同设计，强调对项目整体进展的控制。对每个子任务而言， 按时完成任务是首要问题。这种以进程管理为核心的控制方法，面向 产品结构及单元功能明晰、以任务管理为主的规范化、常规性设计任 务。 2 4 2 基于产品信息共享的协同设计模式 该模式是指承担各个子任务的设计人员，在基于广域网的协同虚拟 空间中，通过共享产品设计信息，协同交互完成设计任务的方法。在 这种设计模式中，需要建立产品设计信息共享系统，以保证设计人员 充分的共享设计信息；同时，提供多种协同交流的支持工具，保证信 息及时准确的沟通。 在基于产品信息共享的协同设计模式中，设计人员根据设计对象的 特点，利用不同的信息共享系统完成设计任务。在进行产品概念设计 或总体设计时，异构产品结构信息共享系统可以集成协同设计参与者 各自异构的信息管理系统中的产品结构信息，使他们能够在共享环境 中基于产品结构树进行设计协同。 基于w e b 服务的协同殴汁系统的研究与实现 2 5 w e b 服务 2 5 1 w e b 服务概述 w e b 服务是提供特定功能元素( 如应用程序逻辑) 的可编程实体， 任何数量的、可能是完全不同的系统都可以用常见的i n te r l q e t 标准 ( 如x m l 和h t t p ) 访问它。w e b 服务在很大程度上依赖于对x m l 和 其他in t e r n e t 标准的广泛接受，由此创建的支持应用程序互操作性 的基础结构才得以解决许多以前阻碍此类尝试的问题m 。 w e b 服务既可以在内部由单个应用程序使用，也可通过i n t e l - n e t 公开供任何数量的应用程序使用。由于可以通过标准接口访问，因此 w e b 服务使异类系统能够作为单个计算网络协同运行。 w e b 服务并不追求般的代码可移植性功能，而是为实现数据和系 统的互操作性提供了一种可行的解决方案。w e b 服务使用基于x m l 的 消息处理作为基本的数据通信方式，以帮助消除使用不同组件模型、 操作系统和编程语言的系统之间存在的差异。开发人员过去在创建分 布式应用程序时通常使用组件，他们现在可以使用与此大致相同的方 式，来创建将来自各种源的w e b 服务组合在一起的应用程序。 w eb 服务的核心特征之一是存在于服务的实现与使用之间的高度抽 象化。通过将基于x m l 的消息处理用作创建和访问服务的机制，w e b 服务客户端和w e b 服务提供程序之间无须互相了解其他信息( 输入、 输出和位置除外) 。 w e b 服务正在开创一个分布式应用程序开发的新时代，在使用专用 基础结构将系统耦合在一起。作为i i q t e l ? n e t 的下一个革命性的进步， w e b 服务将成为把所有计算设备链接到一起的基本结构”“。 南京航空航天人学硕士学位论文 2 5 2w e b 服务基础结构 图2 iw e bs e r r ic es 模型 若要在w e b 的多样性世界里取得成功，在涉及到操作系统、对象模 型和编程语言的选择时，w e b 服务不能有任何倾向性。同样，若要使w e b 服务像其他基于w e b 的技术一样被广泛采用，则它们必须是： ( 1 )松耦合 如果对两个系统的唯一要求是要理解自我描述的基于文本的消息， 那么这两个系统就被认为是松耦合的。 ( 2 )常见的通信 大概不会有人会在现在或不远的将来生成一个无法连接到 i n t e r n e t 的操作系统，因此，需要提供常见的通信信道。同样，能够 将几乎所有系统或设备连接到i n t e rf i e t 的能力将确保这样的系统和 设备能够为连接到i n te r n e t 的所有其他系统或设备所使用。 ( 3 )通用数据格式 通过用现有的开放式标准而不是专用的封闭通信方法，任何支持同 样的开放式标准的系统都能够理解w e b 服务。在采用自我描述的基于 文本的消息时，w e b 服务及其客户端无须知道每个基础系统的构成即可 共享该消息，这使得自治系统和完全不同的系统之侧能够进行通信。 w e b 服务使用x m l 实现此功能。 基于w e b 服务的协同没计系统的研究与实现 w e b 服务采用一种基础结构，该基础结构提供下列内容：定位w e b 服务的发现机制、定义如何使用这些服务的服务说明以及通信时使用 的标准连网形式。如表2 1 所丑显示了此基趟结构模犁。 表21w e b 服务基础结构 基础结构组件角色 w e b 服务目录w e b 服务目录提供一个用以定位其他单位 提供的w e b 服务的中心位置。w e b 服务目 录( 如u d d l 注册表) 充当此角色。w e b 服务客户端可能或可能不需要引用w e b 服 务的目录。 w e b 服务发现w e b 服务发现是定位( 或发现) 使用w e b 服 务描述语言( w s d l ) 对特定w e b 服务进行 描述的个或多个相关文档的过程。d 【s c 0 规范定义定位服务说明的算法。如果w e b 服务客户端知道服务说明的位置，它们可 以跳过发现过程。 w e b 服务说明若要了解如何与特定的w e b 服务进行交 互，需要提供定义该w e b 服务支持何种交 互操作的服务说明。w e b 服务客户端必须 知道如何与w e b 服务进行交h - 才町以使用 该服务。 w e b 服务连网形式为实现通用的通信，w e b 服务使用开放式 连网形式进行通信，该格式是任何能够支 持最通用的w e b 标准的系统都可以理解 的协议。s o a p 是w e b 服务通信的主要协 议。 2 5 - 2 1 w e b 服务目录 与i n t e r n e t 上的所有其他资源一样，如果没有某种用于搜索特定 w e b 服务的方法，那么就几乎不可能找到该服务。w e b 服务目录提供一 个中心位置，w e b 服务提供程序可在其中发布与它们的可用w e b 服务 有关的信息。这样的目录甚至可以就是w e b 服务本身，它们可以通过 编程方式访问，并且在响应来自可能的w e b 服务客户端的查询时提供 南京航空航天大学硕士学位论文 搜索结果。可能需要出于某一特定目的而使用w e b 服务目录来定位提 供w e b 服务的单位，或者需要确定某个特定单位提供何种w eb 服务。 u d d i ( 通用说明、发现和集成) 规范定义个发布和发现有关w e b 服务的信息的标准方式。与u d d i 关联的x m l 架构定义四种使丌发人 员能够使用已发布的w e b 服务的信息。它们是：业务信息、服务信息、 绑定信息以及有关服务规范的信息。 作为u d d i 项目的核心组件，u d d i 业务注册表使业务能够以编程方 式定位有关其他单位公开的w e b 服务的信息。开发人员可咀使用u d d i 业务注册表定位发现文档和服务说明。有关更多信息，请参见u d d lw e b 站点( h t t p ：u d d i m ic r o s o f t c o m ) 。 2 5 2 2 w e b 服务发现 w e b 服务发现是定位( 或发现) 使用w e b 服务描述语言( w s d l ) 对 特定w e b 服务进行描述的一个或多个相关文档的过程。w e b 服务客户 端是通过发现过程了解到w e b 服务的存在和该w e b 服务的说明文档的 位置的。 已发布的d isc o 文件( 它是包含指向描述该w e b 服务的其他资源 的链接的x m l 文档) 使以编程方式发现w e b 服务成为可能。下面显示 了一个发现文档的结构的示例： 需要注意的是发现文档是一些元素的容器，这些元素通常包含一些 链接( u r l ) ，指向为w e b 服务提供发现信息的资源。如果u r l 是相对 的，则假定它们相对于发现文档的位置。 基于w e b 服务的协同设计系统的研究与实现 但是，实现w e b 服务的w e b 站点无需支持发现。另一站点可能负 责描述服务，如w e b 服务目录。或者，可能不存在查找服务的公共方 法，如当您出于个人使用目的创建服务时。 252 3w e b 服务说明 w e b 服务基础结构是建立在通过基于x m l 的消息进行的通信之上 的，这些消息遵循已发布的服务说明。服务说明是用名为w s d l 的x m l 语法编写的x m l 文档，它定义w e b 服务可以理解的消息格式。服务说 明起协议的作用，它定义w e b 服务的行为并指示潜在客户端如何与该 服务进行交互。w e b 服务的行为由该服务定义并支持的消息处理模式确 定。这些模式在概念上指定在将格式正确的消息提交给w e b 服务时该 服务的使用者所能期望发生的操作。 例如，与远程过程调用( r p c ) 样式的服务关联的请求响应模式将定 义调用特定方法时所使用的s o a p 消息架构。该模式还将定义随即产 生的响应s 0 a p 消息应遵循的格式。 另一个消息处理模式的例子是单向交互。该模式在将要发生单向通 信时使用。这种情况下，发送方将不接收任何来自w e b 服务的消息( 包 括错误消息) 。对此，提醒您注意如果建立单向通信时使用的是传 统的请求响应协议，则可能返回错误信息。 定义s o a p 消息格式的架构可以在内部定义到实际的服务说明，也 可在外部定义然后导入到服务说明中。 除消息格式定义和消息处理模式以外，服务说明还可以根据需要包 含与每个w e b 服务入口点关联的地