（计算机软件与理论专业论文）协同设计中产品数据管理研究.pdf

山丕! ! j | 迫态兰亟婴窭尘兰位亚塞 独创声明 奉人声明所呈交的学位论文是小人在导师指导f 进行的研究工作及墩彳寻的研究成果。捉 我所知，除了文中特别加以丰，j 、注和致谢的地方外 研究成果，也不包含为获得 ( 泣 论文巾彳i 包含其他人已经发表或撰i 迂的 如没有其他需要特别声明的，本栏t ，j 空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的栩料。与我同工作的同志对本研究所做的任们贡献 均已存论文中作了明确的说明并表示谢意。 虢书去蚋瞬：铃 学位论文版权使用授权书 小学f 、j = 论文作者完全j 解山丕娅煎态堂有天保留、饺阁学位论文的舰定，仃权保篇并向 幽家有天蠢l j 。j 或机构送交论文的复印件和磁盘，允i 乍论文被套阅和借阅。本人投权山丕蚯煎 太兰i 1 j 以将学位论义的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，t _ 以采用影j 、缩f ：或! f 捕等复制于段保存、汇编：警位论义。( 像密的学位论文在解豫：后通用本授牛义”) 学他论文作者签名 导师签字 郴 餐7 n 期：2 0 0 6 年0 4 j1 9 同 签字l t 期：2 0 0 6 年 价 心 府r 出丕厘整盔堂亟盟左生堂僮论塞 捅矍 随着c a d 协同技术的发展及其产品数据管理技术在计算机辅助设计方面的应用和推广， 对于大型的设计项目，只有集中多个设计人员的知识和经验共同参与设计与管理，才能创造 出更有价值的产品。以往的单用户c a d 已不能满足设计人员的要求。设计者之间在设计时必 须进行沟通和信息共享，以免造成不必要的数据不一致或重复设计。计算机支持的协同设计 ( c s c d ) 可以有效地解决这一问题。一个协同设计系统必须提供一个环境，让两个或更多不同 地点的设计工程师，通过该系统照常利用一般c a d 的使用，达成协同的操作。将c a d 协同 设计技术与产品数据管理技术有机地整合到设计过程中，从而对设计者的工作环境加以改善， 加速设计模式的发展与数据管理的变革，同时提高设计人员的工作效率。 本文以建筑创新概念设计的协同设计与管理为主要研究对象，在充分理解概念设计的特 点之后，将计算机协同设计技术与产品数据管理技术应用到建筑外观的创新概念设计中，讨 论了该协同设汁环境的网络系统结构及关键技术并实现了建筑创新设计集成系统的协同设计 与管理。该系统主要运用了h o o p s n e t 技术、产品数据管理理念及大量的协同技术。本文所 做主要工作如下： 1 、实时同步协同机制实现：根据协同设计过程特点，将功能强大的h o o p s 3 d 图形引擎 接口、h o o p s n e t 技术与创新设计集成系统相结合，讨论了在该环境下进行协同设计所使用的 关键技术，搭建了一个实时对等的高效协同设计空间，实现了创新设计集成环境的分布式协 同工作。陔协同设计集成系统在建筑概念创新领域得到了应用和推广。 2 、集成环境下各设计功能的协同管理：在实现建筑创新集成环境的协同设计基础上， 考虑到本系统的软构件集成特点，对多种创新设计算法和模块实现网络协同设计管理功能， 与传统c a d 或其它创新设计系统相比，极大的提高了创新设计效率 3 、灵活的网络数据传输机制：设计实现了以开放的自定义网络数据消息机制进行实时 数掘传输。自定义数据消息采用变长字符串格式，减少了数据传输量，提高了传输性能。在 本文中所提出的自定义数据结构是数据传输、网络数据库存储、网络同步设计回显及协同管 理产品数据的关键组成部分。 4 、产品数据管理功能：考虑到建筑外观设计中协同创新设计对于图形数据库管理的更 高要求，提出了利用以产品结构树技术为核心的产品数据管理理沦来支持协同设计与管理。 另外，我们简要给出了网络产品构件类数据库中的构件创新评价及构件质量评价策略对于产 品数据的安全管理与网络冲突策略在建构协同环境时进行了全局统一部署。 本文研究受国家自然科学基金项目支持创新概念设计的协同进化计算技术研究( 项 目号：6 0 3 7 4 0 5 4 ) 、山东省自然科学基金支持创新设计的进化计算技术研究( 项目号： y 2 0 0 3 g 0 1 ) 、山东省制造业信息化项目支持进化计算的多a g e n t 协同设计系统f 项目号： 0 2 1 0 5 0 1 0 1 1 7 ) 、山东省中青年科学家科研奖励基金项目创新设计软构件及集成系统( 项 目号：0 3 b s 0 0 3 ) 的资助，项目0 2 1 0 5 0 1 0 1 1 7 及项目0 3 b s 0 0 3 已顺利完成并通过有关部门鉴 定。 出丕垃范太堂亟监盔生堂焦迨塞 关键词：_ c s c dh o o p s ；p d m 创新设计b o m 。 分类号：t p 3 1 1 ，t p 3 9 1 4 出丕垣莲太堂亟班塞生堂僮迨皇 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc a dc o l l a b o r a t i v et e c h n o l o g ya n dt h ew i d eu s eo fi t sp r o d u c t i o n d a t am a n a g e m e n ti nc o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，f o rt h el a r g e ? p r o j e c t s ，o n l ya l lk i n d so fk n o w l e d g ea n d e x p e r i e n c ew h i c hd e s i g n e r sa c c u m u l a t e db eu s e dp a r t i c i p a t ei nd e s i g na n dm a n a g e m e n t ，c a ni t c r e a t em o r ev a l u a b l ep r o d u c t t h ee l d e rs i n g l e u s e rv e r s i o no fc a dc o u l d n ts a r i s f yt h ed e s i g n e r s r e q u i r e m e n t s d u r i n gd e s i g n ，d e s i g n e r sn e e dc o m m u n i c a t e w i t he a c ho t h e ra n ds h a r et h er e s o u r c e ， f o rf e a rc om a k ed a t a i n c o n s i s t e n ta n dr e p e a t e dd e s i g n c o m p u t e rs u p p o r tc o o p e r a t i v ed e s i g n ( c s c d ) c a nr e s o l v et h ep r o b l e me f f e c t i v e l y o n ec s c ds y s t e ma f f o r d sac o m p u t e re n v i r o n m e n t ， w i t ht h i se n v i r o n m e n tt w oo rm o r ed e s i g n e r su t i l i z e dt h ec o m m o l af u n c t i o no fc a da su s u a l ， a c c o m p l i s h e dt h ec o o p e r a t i v em a n i p u l a t i o n i n t e g r a t i n gc a dc o o p e r a t i v ed e s i g nt e c h n o l o g i e sa n d p r o d u c td a t am a n a g e m e n tt e c h n o l o g yi nd e s i g n m e n tc a ni m p r o v et h ew o r k i n gc o n d i t i o n ，a c c e l e r a t e t h ed e v e l o p m e n to fd e s i g nm o d e la n dt r a n s f o r mt h ed a t am a n a g ep a t t e r n ，a tt h es a m et i m ei tc a n e n h a n c ew o r ke f f i c i e n c y t h i sr e s e a r c hf o c u s e so nt h ea p p l i c a t i o no fc s c da n dp d mi na r c h i t e c t u r a lc r e a t i v e c o n c e p t i o nd e s i g n b ys u f f i c i e n t l yc o m p r e h e n dt h ep r o c e s so fd e s i g n ；w ea p p l yc s c da n dp d m t e c h n o l o g yt ob u i l d i n gf a c a d ec r e a t i v e d e s i g n w ed i s c u s s e dt h es y s t e ms t m c t u r ea n ds o m ek e y t e c h n o l o g y i nd e t a i l sa n dp r e s e n t sa na r c h i t e c t u r ec o o p e r a t i v ec r e a t i v e d e s i g nc o r r e s p o n d i n g i n t e g r a t e ds y s t e m ，w h i c hb a s e do nh o o p s n e t ，p d ma n do t h e rm o r et e c h n o l o g yi nc s c d t h e m a i nr e s e a r c hw o r ka n da c h i e v e m e n t sa r ea sf u l l o w s ： 1 t h ei m p l e m e n t a t i o no fr e a l - t i m es y n c h r o n a lc o o p e r a t i v ew o r k i n gc o n d i t i o n ：a c c o r d i n gt o t h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，c o m b i n i n gt h ep o w e r f u lg r a p h i c si n t e r f a c e o f h o o p s 3 d ，h o o p s n e tt e c h n o l o g yw i t hc r e a t i v ec o n c e p t d e s i g ns y s t e m ，w ed i s c u s s e dt h ek e y p r o p e r t ya n dt e c h n o l o g yi nb u i l d i n gs u c ham o d e l ，a n dc a r r yo u tar e a l - t i m ee f f e c t i v ec o l l a b o r a t i v e d e s i g n s p a c ew h i c hs u p p o r tp e e rt op e e rw e bs e r v i c ea n dp r o p o s e dad i s t r i b u t e c o o p e r a t i v ew o r k m o d e l ，t h e na p p l i e dt h i si n t ot h ea r c h i t e c t u r e “c r e a t i v ed e s i g ns o f t w a r ec o m p o n e n t sa n dt h e c o r r e s p o n d i n gi n t e g r a t e ds y s t e m ” 2 t h ec o o p e r a t i o na r r a n g e m e n to ft h i si n t e g r a t i v ed e s i g ns y s t e m ：w i t ht h ea c h i e v e m e n to f c o l l a b o r a t i v ed e s i g nb a s e do nt h ea r c h i t e c t u r ec r e a t i v ed e s i g nc o r r e s p o n d i n gi n t e g r a t e ds y s t e m ，w e e m b e d d e dt h ec o o p e r a t i v ef u n c t i o ni na l lc r e a t i v ed e s i g na l g o r i t h m i ca n dm o d u l et oe x t e n dt h e s y s t e m si n n o v a t i o na d m i n i s t r a t ea n dc o m p o n e n t sc o o p e r a t i v e l yf u n c t i o n i ns u c haw a y ，d e s i g n b e c o m ee a s i l yt h a nn o r m a lc a do ro t h e rc r e a t i v ed e s i g ns y s t e ma n dt h ec o l l a b o r a t i v ei n c r e a s et h e c r e a t i v ed e s i g ne f f i c i e n c yg r e a t l y 3 f l e x i b l et r a n s m i s s i o nm e c h a n i s mo fn e t w o r kd a t a ：w ep u tf o r w a r da n dd e s i g n e da n o p e n i n gs e l f - d e f i n en e t w o r kd a t am e s s a g ef o r m a tf o rt h er e a l t i m et r a n s m i s s i o n t h ef o r m a to f t r a n s m i s s i o ni sa l t e r a b l e ，a n dt h el e n g t ho f d a t ai su n l i m i t e d ，b o t ho ft h e mc a ne n h a n c et h e i 出壅巫菹盍堂亟婴究生堂僮迨塞 t r a n s m i t t i n gc a p a b i l i t y t h e s eo p e n i n g e l f - d e f i n ed a t as t r u c t u r ei st h ek e yi n g r e d i e n ta b o u tt h ed a t a t r a n s m i t t i n g ，s t o r a g i n go fn e t w o r kd a t a b a s e ，t h en e t w o r kc o l l a b o r a t i v ev i e w ，e d i t ，d e s i g n d a t a r e d i s p l a ya n dt h ep d mo f c o l l a b o r a t i v ed e s i g n 4 p r o d u c td a t am a n a g e m e n tf u n c t i o n ：d u r i n gt h eb u i l d i n gf a c a d ed e s i g n ，c o l l a b o r a t i v e c r e a t i v ed e s i g n sr e q u i r ef u r t h e r m o r eg r a p h i c sd a t a b a s em a n a g e m e n t w eu t i l i z e d t h ep r o d u c t s t r u c t u r et r e e st e c h n o l o g i e s ，w o r ko u tap d ms y s t e mt os u p p o r tt h ec o l l a b o r a t i v e d e s i g na n dc o m a n a g e m e n t i na d d i t i o n ，w eg a v eas e r i e so fs t r a t e g ya b o u ti n n o v a t i o ne v a l u a t i n ga n dq u a l i t a t i v e a s s e s s m e n tb e f o r es a v e di n t ot h en e t w o r kp r o d u c t i o nd a t a b a s e b e s i d e s ，w ep u tt h es e c u r i t ya n d n e t w o r kc o n f l i c t p o l i c y i n t ot h es y s t e ma n df o r m e da nu n i f i e dm a n a g e m e n tl a y o u tw h i l e e s t a b l i s h i n gt h en e t w o r ke n v i r o n m e n t t h i s p a p e r i s s u p p o r t e db y t h en a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n au n d e rg r a n t n o 6 0 3 7 4 0 5 4 ；t h en a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fs h a n d o n gp r o v i n c eu n d e rg r a n tn o y 2 0 0 3 g 0 1 ； m i d d l e 。y o u n g s c i e n t i s te n c o u r a g e m e n tf o u n d a t i o no fs h a n d o n gp r o v i n c eu n d e rg r a n tn o 0 3 b s 0 0 3 ；m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i v ei t e mo fs h a n d o n gp r o v i n c eu n d e rg r a n tn o 0 2 1 0 5 0 1 0 1 1 7 p r o j e c t0 3 b s 0 0 3a n dn o 0 2 1 0 5 0 1 0 1 1 7h a v eb e e na u t h e n t i c a t e db yc o r r e s p o n d i n gb r a n c h e s k e y w o r d s ：c s c w ；p d m ；c r e a t i v e - d e s i g n ；h o o p s ；b o m 分类号：t p 3 1 1 ，t p 3 9 1 6 出壅痖堇盍堂亟婴究生堂僮论塞 第一章绪论 本章摘要：本章概括地介绍了协同设计及产品数据管理( p d m ) 理论。通过介绍c a d c i m s 及相关技术、计算机支持的协同工作、协同设计；产品数据管理，阐述了计算机支持的协同 设计及产品数据管理方面的应用研究进展，并简要介绍了本文的主容。 l 1 引言 在网络高速发展的今天，利用充分的计算机资源进行工作、学习是国民经济发展的关键 一环。利用计算机进行各行各业的设计、生产和产品管理，是提高效率、节省资源、增强国 力的关键。同时设计、生产装配市场批量需求，设计产品的创新及重用要求使得产品数据管 理问题f l 益突出。 1 2 c a d 、c a m c i m s 技术及发展概况 计算机辅助设计c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 是指设计开发人员以有高速计算和高效 率图形图像处理能力的计算机作为工具，应用自己本行业的专业知识对产品进行绘图、设计、 分析计算、编写技术文档和产品创新的等一系列活动的总称。c a m ( g o m p u t e ra i d e d m a n u f a c t u r i n g ) 是以计算机信息处理为基础的计算机辅助制造。计算机集成制造系统 c i m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) 是以c i m ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n 曲 理论为基础的组合系统，是c i m 思想的物理体现。c i m s 技术是基于现代管理技术、制造技 术、信息技术、计算机技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。c a d 作为c i m s 中的关键技术，从6 0 年代以来得到了很大的发展。特别是近年来随着网络的发展，协同设计、 网络制造的发展，产品数据管理p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 在c a d 中的应用，使得 c a d 、c i m s 的集成化程度更高，功能更强，适应了市场的需求，因而受到企业的青睬。 从6 0 年代初期的第一个c a d 模型的提出至今，随着计算机特别是个人计算机的大量生 产和使用，c a d 技术得到了高速发展和广泛应用。在美国和日本等发达国家有9 0 以上的公 司使用了c a d 技术，同时在中国目前也有8 0 以上的企业不同程度的使用了c a d 。c a d 的 应用领域也从早期的辅助设计，印刷电路板设计，逐步扩展到超大规模集成电路设计，模具 设汁，管道布局设计、服装花样设计和装饰装潢设计等和方面，从大规模生产企业发展到广 泛应用于中小民用企业。在硬件方面，新型计算机图形输入输出设备，特别是网络的发展的 为c a d 向更高水平的发展创造了条件。在软件方面，c a d 也经历了几何建模，表面建模， 实体建模，参数化特征建模及发展到9 0 年代以后的复合建模阶段。软件技术也得到了迅速提 高，发展了数据库技术网络技术，开发了与现代的设计水平、方法相适应的各种应用软件。 c a m ，c i m s 是从c a d 的单机设计信息处理上集成了网络而发展起来的，设计人员和工 艺人员在c a d c i m s 的辅助下，进行产品的设计和制造。设计。人员通过人一机交互方式进行 产品设计构思、产品总体设计、部分设计，工程分析以及工程图纸输出和文档资料编制等； 而工艺人员则可以根据c a d 过程提供的信息和c a d 系统的功能进行工程部分的方案设计或 出丕匝洹太堂亟盟五篁堂焦途塞 零部件的d n i 以及在此基础上生成数控加工程序【1 1 。计算机辅助过程设计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 n n i n g ) 是c a d 与c a m 集成的桥梁。c a d c a p p 技术是c a d c a m 的关键技 术之一。 9 0 年代以来，c a d 进入了与面向产品的协同设计、并行制造环境的集成阶段，即由过去 的单一模式、单一功能、单一领域向标准化、集成化、智能化方向发展。这个阶段的c a d c a d 系统流行的硬件环境是由工程工作站或微型计算机组成的客户机服务器网络系统。当前 c a d c a m 技术发展的主要趋势是集成化、智能化、网络化、构件化和并行工程。 1 3 计算机支持的协同工作( c s c w ) 、协同设计( c s c d ) 理论概述 由于信息技术的进步，特别是计算机技术和通信技术的突飞猛进，由此而产生的计算机 网络技术及其应用的发展，给协同科学的研究应用提供了更加强有力的支持。计算机支持的 协同工作( 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 ) 是2 0 世纪8 0 年代中期发展起来的一 个新的研究领域。协同工作是使地域分散的一个群体借助计算机网络技术，共同协作完成一 项任务【2 1 。c s c w 的目的是利用多媒体技术和通信技术建立一个协同工作环境，在此环境中 人们可以互相合作，共同工作于一个产品，一个研究领域或一个项目或求解学术上的问题【3 j 。 它包括协同工作的建设，群体工作方式研究和支持群体工作的相关技术研究、应用系统的开 发等部分。自1 9 8 4 年麻省理工学院的i r e ng r e i f 和p a u lc a s h m a n 提出c s c w 到1 9 8 6 年c s c w 在美国德克萨斯州召开的第一届c s c w 国际会议上作为一门学科以来，协同技术经过2 0 多 年的发展，在包括军事，教育，医疗，商业，金融和制造的多个领域都得到了广泛的应用。 计算机支持的协同设计( c s c d ) 是协同工作的一个重要组成部分。k a o t 4 1 等对协同设计做了以 下定义：一个协同设计系统必须提供一个环境，让两个或更多不同地点的设计工程师，通过 该系统照常利用一般c a d 的使用，达成协同的操作。协同设计理论研究应用的推广是在这种 全球竞争广泛，个性化、多样化市场需求变化快速，信息反馈敏捷的社会状况下发展起来的。 支持协同的计算机辅助设计能够使在异地分布的网络环境下，设计人员并行协作地参与同一 产品的没计、工艺规划与生产装配过程，可以最大限度地缩短产品的开发周期p j 。 一般来说，协同设计具有以下特性【6 - 8 j ： 协同没计是一个协同工作过程。随着社会的发展和技术的进步，人类对产品的设计需求 所要涉及的领域也越来越多，这就要求不同领域，不同地点的大量设备、人员、资料共同协 作，完成项目的设计开发。 协同设计是一个实时通信处理过程。在一个项目的设计开发过程中，不同领域不同的地 方的工作人员之间要进行交流、协商，对众多方案进行及时准确的评价，以期达到最优方案。 通信处理即网络技术是协同设计的基础。 协同设计是一个知识信息共享和设计创新的过程。在这个过程中，各个领域的人员在项 目的设计过程中共享资料、数据，相互交流经验，在总结归纳中产生出最优方案，从而实现 设计重用和创新。 协同设计中协同管理是非常重要的。一个项目在， ：发设计过程中，项目的总体规划需要 达成一致，项目进度需要实时监控，数据资料信息在各部门、。各地域之间的调度要顺畅，在 幽丕! ! 巫垂太堂亟受宜生堂焦逾塞 节省时问的同时又要保证项目决策的顺利实现。 自八十年代以来，随着协同工作研究的展开，国外大量的机构开始了与协同工作及其应用 相关的领域的研究，其中协同工作在c a d 方面的应用在九十年代末随着网络的发展也有一些 1 9 q 1 。其中 1 1 】提出了网络为中心的c a d 系统，但缺乏对产品设计思想、设计进程、设计组 织和设计信息的协调与管理。而目前的基于分布式c a d 系统模型【”。5 】的设计和研究多集中在 建立共享信息模型方面。而不是实现c a d 设计时的动态细节实现工作。 在国内，西安交通大学建立了第一个支持协作设计的网站，提供设计知识的获取。清华 大学的计算机网络与协同实验室提出了一种虚拟白板，实时视频，音频和基于文本语音的消 息传递服务方案。其它机构【1 6 】出了基于网络的同步实时和异步耦合模型，但采用的是第三方 的n e t m e e t i n g 来实现，增加了客户与服务器端在视频会议上的接口开销。浙江大学计算机辅 助设计与图形学国家重点实验室通过分析当前协同设计系统，提出了基于w e b 服务的分布式 协同c a d 系统，将特征作为协同设计的元素。该系统用x m l 进行客户端与服务器端的交互， 这样，查询、语义索引可以用x m l 表示方法有效的实现，它使产品模型在多个用户中易于 管理、共享和复用。另外用x m l 表示相关的协议，系统具有延展性和平台独立性的优点， 有效的支持了分布式环境的协同设计【17 j 。由于该系统是通过将d w g 矢量文件转换成通用 x m l 文档，因而解析x m l 文档所产生的同步时延会随着用户的增多而增加。这几种方式都 不能满足设计人员的需要，具体表现在以下几个方面： 设计人员很难及时集中在一起对设计方案进行讨论和协商。这就难免出现设计不同步， 或有的设计人员对当前的设计进度不了解，从而降低了设计的效率。 设计人员进行数据共享时，大多使用文件拷贝的方式，这就造成了数据和信息的冗余， 有时为了一个小小的问题必须复制大量的数据，这个缺点明显出现在网络传输中时，还有可 能造成网络的拥塞。 由于通信不及时，可能会出现大量的重复设计、设计变更和分工不明确的情况，从而浪 费了人力、物力、时问，甚至刈能会形成错误的方案，进而导致项目开发失败。 当前的协同设计大多是设计人员根据自己的专业知识，习惯和经验先在大脑中构思出草 案后，再利用计算机进行绘制，计算机只作为一个实现无纸办公的工具，而不具有智能思考 和学习的能力，不能对设计人员的技术水平和经验进行智能学习和管理，从而不能进行知识 积累，导致了产品数据的重用复用率以及构件化程度较低。另外，由于一个大型项l j 的开发 设计，需要各个专业，领域的设计人员，如果他们不能进行及时的交流和知识共享，产品数 据创新程度及生产周期延长因素带来价值降低。 因此，目前的c a d 行业，急需成形的，高效的，智能的协同设计管理系统。例如占有 c a d 设计系统软件市场8 0 的美国a u l o d e s k 公司从他们的产品a u t o c a d 2 0 0 0 开始就加入了 网络发布和会议中心功能，但到目前的最新产品a u t o c a d 2 0 0 5 为l e ，也只是一个样本的模型， 而且是内嵌在网页中的图像，无法对其进行更改；同时，由于图形矢量数据的巨大，在网页 中的图像格式也是经过转化的，因而在共享时存在图形或图像的失真。另外各个c a d 图形文 件格式千差万别，因而对图形内部细节的引用也就成为几乎不可能，而对于a u t o c a d 中的网 络外部引用功能也只是对整个图形文件的引用传输，而刁；是只对图形文件的一个部分即一个 出丕垭堇盍堂亟班筮生主僮逭塞 块或一个图元微粒进行操作。所咀在机械制造、建筑工程等各行各业使用的c a d 系统中，赫 行c a d 协同设计工作的研究突破是当务之急。例如在全国工程勘察设计行业2 0 0 0 2 0 0 5 年计算机应用工程及信息化发展规划纲要【1 8 】中就指出要在2 0 0 5 年在建筑行业实现协同设计 系统。 1 4 产品数据管理系统( p d m ) 的发展 产品数据管理p d m 是近年来才提出的一个新概念，是用来管理所有与产品相关信息的 所有与产品信息相关过程的技术。它继承并发展了工程数据库、产品数据交换、企业业务重 组等核心思想，强调产品数据与工作流程的集成，以产品数据和过程为中心科学合理地对企 业业务过程、产品数据和过程进行描述和重组，把产品数据及有关的过程集成在一起，统一 管理，为工程技术人员提供一个协同的工作环境，保证产品数据在其生命周期内保持一致、 更新和安全可靠。 p d m 技术发展分为三个阶段【1 9 】，从最早用于电子文档管理的e d m s ( e l e c t r o n i cd o c u m e n t m a n a g e m e n ts y s t e m ) 到现在十几年的时间内，在技术和功能上都得到了飞速的发展。根据p d m 系统的应用范围，大致分为部门级p d m 和企业级p d m ，1 9 9 7 年o m g 组织公布了其p d m e n a b l e r 标准草案，成为p d m 领域的第一个国际标准，标准草案的公布为新一代标准化p d m 产品的发展奠定了基础。 p d m 技术的研究与应用在国内外较为普遍，目前全球范围的p d m 软件有很多，有代表 性的主要有s d r c 公司的m e t a p h a s e ，c v 公司的o p t e g r a ，h p 公司的w o r k m a n a g e r ，i b m 公司的 m a t r i x 等 2 0 】。 国内开发的p d m 产品具有文档管理等功能，相对国外的p d m 产品，更符合国内企业的 实际情况，并能全面的技术支持和服务，这对中小企业来说是一种最合适的选择。当前p d m 技术f 向以下几个方面发展： 1 、与企业各种应用系统的跨平台无缝嵌入； 2 、与w e b 技术相结合： 3 、基于c o r b a 平台； 4 、与图形设计系统的集成； 5 、与面向对象数据库的结合： 目前国内外的一些研究表明p d m 与c i m s 、e r p ( 企业资源管理) 的集成也是研究的热点 之一。但目前由于各种原因，真正成形的集成产品并没有真正实现。但是在全球信息化的今 天，产品数据管理( p d m ) 的效率是现代企业实现敏捷制造，缩减工程的生产周期，抢占市场， 提高企业竞争力的关键目标。 1 5 本文的研究内容及组织 协同产品设计是为了能够协助相关企业或合作厂商的制造设计团队可以不受地理区域， 系统及格式的限制，将产品开发流程中的数据与企业其它资源相互整合，并同时利用协同运 1 0 出丕匝洹态堂亟堑宜生堂僮途塞 作机制交换信息，使企业内部人员之间的沟通具有效率，甚至与外部合作伙伴( 如客户、零 件，供应商、设计服务供应商、代加工商与经销商等) 的互动与合作层次也得以提高和检验 其正确性，进而提升产品质量并加速上市速度，进一步提升企业的竞争力。因而，研究开发 一种丌放的，兼容各种产品数据格式，基于软构件的协同设计管理环境以及结构灵活、集成 智能产品知识处理的产品数据管理功能。 本文在对c a d 系统的协同设计工作进行详细分析的基础上，针对市场上广泛使用的c a d 软件中的协同设计及管理中急需解决的问题进行研究，对比a u t o d e s k 公司的产品a u t o c a d 中协同功能的实现，选择利用t s a 公司提供的h o o p s 3 d 工具包h o o p s n e t ，集成开发了协同 设计与数据库管理功能的协同设计集成环境。 c a d 中协同设计环境的选择、构建及实现 本部分着重研究了在c a d 中进行分步同步协同设计时的有关问题，在研究协同设q ：l 。的过 程中，对比了市场上各种c a d 软件的协同功能，然后与利用a u t o d e s k 公司提供的开发工具 包对其c a d 软件产品a u t o c a d 2 0 0 5 进行协同功能集成的比较，选择使用了t s a 公司提供的 h o o p s 3 d 工具包对协同设计环境建模，集成实现了设计人员可同时在一个环境中既可以进行 本地的单机化设计又可随时时加入网络协同环境，进行协同设计的多作业环境集成框架。并 对咳环境的特点与功能进行了分析和对比研究。 c a d 中协同管理功能实现 在网络协同通信管理方面，实现对等网络的同步管理，各设计人员之i 司足对等分布的， 每一个参与设计的计算机用户系统，不仅有用户设计模块，同时有w e b 数据管理模块，实 现网络中用户的网络注册登录，对设计进程中的各种设计数据分类打包传输，本地用户的图 形数据的网络同步更新管理，网络冲突解决策略以及在协同设计的过程中，对所有设计工程 作业的管理保存和相应的网络数据库管理工作。这一部分主要是实现对网络中各设计用户的 任务分配调度和产品数据设计过程中并发过程的有关控制策略和管理实现。各个c s c d 用户 的管理模型用网络数据及网络服务器管理架构，实现了协同设计中的跨平台性并具有网络的 可移植性强的优点。 协同管理中的知识发现与智能学习 对每一设计人员的工作成果，设计方案进行树型归类管理，把所有同类和相似类的产品 部件放到同一数据库中，并把关键的设计参数提取出来，在设计人员进行模块引用时，自动 链接到相应的数据库，利用特征参数、x m l 文档及图形数据文件等方式实现积木式设计。所 有的图形实体模块都放在构件数据库服务器中，每个设计人员进行设计时，可以只需对已有 方案进行选择组装，也可以把自己的新方案添加到服务器上的文档管理库中，实现大量图样 数据库的智能录入工作。 本文分为以下部分，第一章是绪论，综述协同设计的发展，以及对协同设计产品数据进 行管理的必要性，并介绍本文主要内容。第二、三章是协同设计环境的选取标准，构建，第 四章是协同设计中产品数据管理功能的建模。第五是实现技术及应用实例。第六部分是总结 和展望，第七部分是附录及参考文献。其中产品数据管理方式建模及实现技术是本文的创新 点，它将p 2 p ，协同设计，产品结构树的思想进行了综合，应用。实现应用部分将卒文的思 出丕匝洹盔堂亟盟基生堂焦逾塞 想和程序实现应用到对建筑构件的管理上并对应用进行了分类和整理。本文的组织结构如图 1 1 所示 第一章绪 1 第二章协同环境的构建第三章产品数据管理概述 第四章协同设计中p d m 技术与管理建模 上 第五章实现应用 0 第六章总结及展望 图1 ，1 文章体系结构 出丕! 巫范盔堂亟盟荭生堂焦迨塞 第二章协同设计环境的架构 本章摘要：本章通过对目前市场上几大主流c a d 设计软件环境的协同设计水平做了调研 基础上，对c s c d 设计环境及网络安全及稳定性进行综合评比后，从而引进了基于构件的协 同设计平台。并详细介绍了开发孩环境所用到的相关理论及技术。 2 1 协同设计平台是p d m 的必由之路 现代化企业的发展必须不断吸收利用其它领域的优秀科研成果，改变或重新定义它们的 产品丌发流程，才可能长期更快地生产出更优秀的产品，并保持其竞争的优势。纵观国内外 优秀企业产品开发工作，已由个体化、串行流程的产品研发模式，转向上下游多方协同，兼 顾设计、工艺、制造、客户、供应商、合作伙伴等并行的产品设计。信息交流在产品开发中 越来越重要，“协同”已经成为当代产品研发策略的根本方向。p d m 系统作为企业产品研发的 基础管理平台，必须满足企业产品研发过程的不断变化，“协同设计的平台”已经成为p d m 系 统的发展方向【2 “。所以设计个兼容性好，功能齐全、网络安全稳定的高效协同设计平台， 是进行产品数据管理的关键。好的协同设计平台不仅要提供基本的产品设计功能，还应当以 协同产品设计过程的控制与管理为核心，支持并行设计，快速网络消息、数据交互处理，及 网络设计数据交互共享的一个操作空间。本章致力于开发一个基于识别各种设计图形格式文 件并对其进行产品数据管理软构件的集成环境，因而协同设计技术的研究与实现是其中不可 或缺的一个重要方面。 2 2 目前市场上主要的c s c d 产品 国外在协同设计系统领域进行了广泛的研究和实践。较为系统地研究网络化协同设计有 美国斯坦福大学的大型智能化网络化协同设计系统p a c t l 2 2 】项目和s h a r e 项目：支持i n t e r n e t 网上的设计小组进行同步的产品设计瞄1 ，美国c a t i a 公司的c a d 系统协作支持工具【2 4 】以及 美国w e b s c o p e 公司基于w e b 的c a d 协作支持工具 叫等。目酊市场上比较成熟的c a d 软件 如b d e a s ，m d t ，s o l i de d g e ，s o l i d w o r k s ，u g 等也都实现了一定程度的协同。 国内对协同设计技术的研究起步较晚。1 9 9 7 年底西安交大谢友柏院士发起成立了“现代 设计与产品研究开发网络一异地合作设计组织”并对分布式环境下的产品信息建模、产品设 计方法、知识获取方法等相关课题进行了研究 2 6 - 2 8 1 。随着国家科学基金和“8 6 3 ”计划开始鼓 励研究网络化设计与制造领域，现在国内有很多学者、企业正在投身于网络化设计与制造的 研究与应用热潮中。其中突出的有华中理工大学杨叔子院士等在网络化制造方面的研究【2 9 】 香港理工大学李荣彬教授和同济大学张曙教授的“分散网络化生产系统” 3 0 - 3 1 】，重庆大学刘 飞【”】教授的“区域性网络化制造系统”，以及清华大学史美林教授的协同应用开发环境 c o d e s i g n 等【3 ”。 i - d e a se n t e r p r i s e 的协同方式1 3 4 - 3 s 】 i - d e a s