（计算机软件与理论专业论文）协同设计平台中冲突管理系统的研究.pdf

摘要 摘要 计算机支持的协同设计是一种基于网络的由异地专家参与的以产品性能为中心的 开发技术。它能够支持多学科专家的共同工作从而提高工作效率缩短设计周期增强产品 的市场竞争能力。 在协同设计过程中，由于设计者设计理念上的差异和对系统资源的竞争性使用等原 因，在设计过程中就会引发冲突。因此，协同设计过程中的冲突是不可避免的，冲突的 不可避免性使得协同设计过程必须考虑冲突管理的问题。 冲突管理是协同设计过程中的关键问题之一。在本文中，首先从设计特点、支持环 境、工作模式、设计原则分析了协同设计的相关技术，然后着重对冲突的三个关键技术 冲突避免、冲突检测和冲突消解技术进行了深入的阐述。分析了常用的检测和消解方法。 接下来根据协同设计过程中冲突的特点，构建了解决设计过程中冲突的管理模型。 在模型中，以规则库的形式存储冲突管理过程中所用到的各种规则，作为冲突管理过程 中冲突发现、归类、解决的依据，规则库是冲突管理中的主要数据。以数据表的形式对 冲突进行描述、存档。冲突管理模型中的业务逻辑部分则由冲突检测器、冲突归档器、 冲突消解器组成。论文着重对这三部分进行了详细的描述。从约束网络、基于真值的检 测方法、区间传播算法、w l a t z 算法对冲突检测器中所用关键技术进行了研究；同时给 出了冲突归档器中冲突的分类方法、关系推理方法，分析了冲突消解中知识推理、协商、 约束松弛的解决流程。论文研究了这些方法中所用到的理论知识和算法。 最后，在项目“建筑物复合能量系统协同设计平台”中，针对建筑物复合能量协同 设计的过程特点，采用区间传播的方法实现了相关约束表达式的冲突检测，在预处理中 构建了约束规则库，通过建立相应的实例库，使用基于实例的方法解决项目设计中存在 的冲突问题，同时，建立了与冲突管理相关的各种表格并殴计了相应的数据库接口，以 j a v a 为编程语言实现了冲突管理模型中的部分功能。 关键词：协同设计；冲突检测；冲突消解 华南理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g ni sad e v e l o p m e n tt e c h n i q u ea r e n d i n gb ym a n y e x p e r t sf r o md i f f e r e n tp l a c e i ti sb a s e di nn e t w o r k a n df o c u so np r o d u c tp e r f o r m a n c e i t c a ni m p r o v ew o r ke f f i c i e n c y ，s h o r t e nd e s i g np e r i o da n di m p r o v em a r k e tc o m p e t i t i o nb e c a u s e i tc a l ls u p p o r tm a n ys c i e n t i s t sw o r kt o g e t h e r b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n td e s i g ni d e ao ft h ed e s i g n e ra n dr e s o u r c ec o m p e t i t i o nd u r i n g c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，i ti sh a r dt oa v o i dc o l l i s i o n f o rt h i si n e l u c t a b i l i t yo fc o l l i s i o n ，w em u s t c o n s i d e rh o wt ot r e a tw i t hs u c hc o l l i s i o n s c o l l i s i o nm a n a g e m e n ti so n eo ft h em a i np r o b l e mo fc o l l a b o r a t i v ed e s i g n i nt h i sp a p e r ， w ef i r s td i s c u s st h et h e o r yo fc o l l a b o r a t i v ed e s i g nw h i c hi n c l u d i n gd e s i g nf e a t u r e ，s u p p o s e d s u r r o u n d i n g s ，w o r km o d e la n dd e s i g nd i s c i p l i n e a n dt h e ni n t r o d u c et h ec o n c e p to f c o l l i s i o n d u r i n gc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，d e s c r i p tt h e i rc h a r a c t e r i s t i c ，a n a l y z et h e i rt y p ea n dr e l a t i o n d e e p l ye x p m i m et h et h r e ek e yt e c h n o l o g yo fc o l l i s i o ni n c l u d i n gc o l l i s i o na v o i d a n c e 、c o l l i s i o n d e t e c t i o na n dc o l l i s i o nr e s o l u t i o n i n t r o d u c et h eu s u a ld e t e c ta n ds o l u t i o nm e t h o d s i nt h ef o l l o w i n g ，a c c o r d i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co fc o l l i s i o n ，w ee s t a b l i s hac o l l i s i o n m a n a g e m e n tm o d e l i nt h i sm o d e l ，w eu s ear u l ed a t a b a s et os t o r a g ed i f f e r e n tk i n d so fr u l e w h i c hw i l lb eu s ei nc o l l i s i o nm a n a g e m e n t c o l l i s i o nd i s c o v e r y ，c o l l i s i o na r c h i v i n g ，c o l l i s i o n r e s o l u t i o na r eo nb a s i so ft h o s er u l e i nt h eo t h e rh a n d ，w eu s ed a t at a b l et os t o r a g ec o l l i s i o n i n f o r m a t i o n t h ep a r to ft r a n s a c t i o ni nt h i sm o d e la r ec o m p o s eo fc o l l i s i o nd e t e c t o r ， c o l l i s i o na r c h i v i n g ，c o l l i s i o nr e s o l u t i o n w ew i l le m p h a s i z ed i s c u s s i n gt h i st h r e ep a r t si nd e t a i l i np a p e r w er e s e a r c ht h ek e yt e c h n i q u eo f c o l l i s i o nd e t e c t i o n ，i n c l u d i n gc o n s t r a i n tn e t w o r k ， v a l u e b a s e dd e t e c t ，d i s t r i c ts p r e a da l g o r i t h m w a l t za l g o r i t h m a tt h es a m et i m e ，w ea n a l y z e c l a s s i f i c a t i o nm e t h o da n dr e l a t i o nr e a s o n i n ga l g o r i t h mi nc o l l i s i o na r c h i v i n g i nt h ep a r to f c o l l i s i o nr e s o l u t i o n ，w er e s e a r c ht h et e c h n o l o g yu s e di nc o l l i s i o nr e s o l u t i o n ，s u c h a s k n o w l e d g er e a s o n i n g ，n e g o t i a t i o na n dc o n s t r a i n tr e l a x a t i o ne t c i nt h ee n d ，c o m b i n i n gw i t ht h ep r o j e c t “t h ed e v e l o p m e n to fm u l t i p l ee n e r g yc o n s t r u c t i o n c o l l a b o r a t i v ed e s i g np l a t f o r m ”，w ed e v e l o pt h ep r o t o t y p eo f c o l l i s i o nm a n a g e m e n tm o d e lu s i n gt h ea b o v et e c h n o l o g y i nt h i sp r o t o t y p e ，w eu s et h e m e t h o do fd i s t r i c ts p r e a da l g o r i t h mt od e t e c tc o l l i s i o nw h i c hi sh i d d e ni nc o r r e l a t i v ec o n s t r a i n e x p r e s s i o n a l s o ，w ee s t a b l i s hac o n s t r a i nr u l eb a s ef o rp r e p r o c e s sa n ds e tu pac a s eb a s ef o r t h es a k eo fc o l l i s i o ns o l u t i o n m e a n w h i l e ，w ee s t a b l i s hs e v e r a lt a b l e sw h i c hw i l lb eu s e di n c o l l i s i o nm a n a g e m e n ta n dd e s i g nt h e i rd a t a b a s ei n t e r f a c e a tl a s t ，w er e a l i z et h i sp r o t o t y p ei n t h eb a s eo fj 2 e ep l a t f o r m k e yw o r d s ：c o l l a b o r a t i v ed e s i g m c o l l i s i o nd e t e c t i o n ：c o l l i s i o nr e s o l u t i o n i h 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：我镬锺日期：如砰年占月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借i 列。本人授权华南理工大学可以将本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、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密回，在l 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：亏疆莲 翩签则童 日期：埘矿年占月f 日 日期：蟛年月曰 第一章绪论 1 1 课题的背景及研究意义 第一章绪论 本课题”建筑物复合能量系统协同设计平台”属于广州市大学城原型项目、华南 理工计算机科学与工程学院和化工与能源学院的合作科研课题。结合小区规划、建筑方 案设计过程的特点，提出基于浏览器一逻辑服务器一数据库服务器( b s s ) 的分布式 协同设计体系结构，在各种建筑模拟软件之间建立基于x m l 文档的数据交换机制，通过 工作流管理技术保证整个设计过程协调、高效、有序地向前推进，完成小区规划、建筑 设计过程中的多学科协同。 建筑设计牵涉到多学科的合作，是一项团队二l ：作。从了解用户需求开始，建筑师给 出初步的建筑方案，随后结构工程师完成结构设计方案，接着设备工程师开始水暖电 等系统的设计，最后所有的方案还需要概预算人员进行成本分析和控制。这种多学科的 合作并不是一个单纯的序贯过程，而是存在不同学科之问的反复修改和协同，以获得满 足用户需求的最优设计方案。实际上，由于种种凼素的制约，目前的建筑设计过程并没 有真正体现这种协同设计的思想，导致经常出现冲突，最后在施工时不得不更改图纸， 严重影响了工程质量。究其原因，除了协同设计的意识没有在设计人员大脑中扎根之外， 缺乏支持协同设计的计算机软件平台是导致这种现象的主要原因，并且这也是导致协同 设计意识不能普及的客观根源。随着国际化分工和合作的深入发展，建筑设计并不是仅 仅局限于某个设计室或某个殴计院小团队，而是一项跨区域、跨国的多学科协作。在这 种形势下，建筑方案协同设计模式及其支持平台的重要作用就不言而喻了。 1 2 国内外研究现状分析 1 2 1c s c w 和c s c d 计算机支持的协同工作( c s c wc o m p u t e rs u p p o r tc o o p e r a t i v ew o r k ) 的概念最先 由m i t 公司的 r e n g r i f 和d e c 公司的p a u l c a o h m a o 在2 0 世纪8 0 年代提出，它是一种支 持人们在共享环境下完成同一工作的计算机系统。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 tc o o p e r a t i v ed e s i g n ) 是c s c w 的一个典型应用，它是在计算机的支 持下，围绕一个共同的项目，通过一定的信息交换和相互协作机制，分别以不同的设计 任务共同完成同一设计目标。c s c d 是不同领域或不同学科分工合作的过程。计算机技术 的发展和分布式网络的形成为这种分工协作提供了一个很好的平台。无论是在工程设计 华南理工大学硕士学位沧文 领域还是科学研究领域，都不可避免的涉及到其他相关的领域知识。采用集成的观点分 析产品开发的各个子过程，采用多学科的科学团队合作方式，可以获得全局优化的结果。 1 2 2c s c d 研究现状 国外在协同设计系统研究和实践中处于领先地位的是欧美等国，这得益于他们在 包括c s c d 在内的c s c w 领域进行了较广泛的研究。 波音公司研制的波音7 7 7 客机就是以网络技术协调分散在世界各地的分支机构和r 本三菱重工等进行c s c d 与制造的，世界各地的波音公司同时可在计算机屏幕匕对3 0 0 多 万个零件的三维模型观察、修改。 u 1 t e a c o m m 是生产电子产品的虚拟公司，它依靠网络技术组织设计、生产，动态地适 应不同产品开发、改进、制造及销售的需要，c s c d 与现代制造技术相结合可保证接到订 单后2 4 h 内供货。 s t a n f o r d 与l o c k h e e d 、e i t 、h p 合作研究的p a c t 项目着重研究大规模、分布式并 行工程系统，此项目较为系统地研究了分布式c s c d 的问题。 i o w a 大学工业工程系建立了一个i n t e r n ec 实验室，其主要研究项目包含如何利用 w w w 技术建立基于客户服务器形式的c s c d 模型。 德国f r a u n h o f e r 计算机图形研究所的s t o r k 和j a s n o c h 认为计算机支持的挤同工 作有两个研究方面一协同环境和集成在协同环境中的协同应用，他们提出了分布式产：品 开发环境c o c o n u t 和协同应用工具s h a r e d3 dv i e w e r s h a r e d3 dv f e w e r 的主要功能 足s t e p 几何数据和产品结构的分布可视化，为用户提供协同浏览、讨论和批注功能， 但是不能实现协同造型和编辑修改。 英国b r u n e l 大学交互设计研究中心的n a m 和w r i g h t 提出了“共享平台” ( s h a r e ds t a g e ) 的概念，开发t 支持同步共享的三维c a d 原型系统一一c o l l i d e ，该系统 是利用商品化软件a 1 i a s 的a p i 插件，完成a 1 i a s 系统和共享平台之间的实时数据交换， 从而实现产品模型的协同浏览，但是不能很好地支持协同设计。 澳大利亚悉尼大学的m i k er o s e n m a n 和f u j u n w a n g 提出了c a d o m 模型，研究了c s c d 中的重要使能技术一信息集成，实现了功能、管理和结构数据的集成： 新加坡国立大学的q i a n g l 等开发了一个w p d s s 系统，它支持基于c a d 的网络协同设 计，服务器提供c a d 几何和工程信息，客户端共享这些信息，为了利用商用c a d 软件进行 实时协同设计，设计了一个j a v a c o d e d 软件界面，并提出了一个新的方法以减少信息传 输时间，对操作过程实时监控，保持协同修改过程中数据的一致性等。 近几年，国内对c s c d 也进行了一些研究，研究工作主要集中在理论方面，对于具体 的应用研究较少。 中国科学院计算技术研究所c a d 丌放实验室的郭玉钗，林守勋对c s c d 的基本概念， 第一章绪论 内容进行了探讨，并对c s c d 的工作模式进行了研究，提出了建立高效、可靠的工作模 式的原则，以及建立工作模式的方法：该开放实验室开发了一个基于多层g s 结构的，支 持群体协同工作，提供文字、基本图形处理功能的通用白板工具w b t o o l 和对传统单用 户图形编辑器的源程序进行改造和扩充之后建立的协同图形编辑系统c o d r a w s ，以及 一个对象图协同设计系统c o d d s 。c o d r a w s 和w b t o o l 突出了协作能力，但是图形应用功 能比起c a d 系统有很大差距，而且与目前流行c a d 系统图形数据库格式不兼容。 清华大学开发了基于c o r b a 的面向对象技术的c s c d 系统，实现跨异构平台产品设计 的整体优化、冲突协调和协同决策。 南京理工大学提出了e c w s 实现网络化c s c d 制造，并提出了以m i c r o s o f tn e t m e e t i n g 为协同支持工具为分散在异地的用户提供一个“你见即我见”的实时防同工作 环境。 四川大学建立了一种基于多a g e n t 技术的c s c 9 模型，通过a g e n t 之间信息交换，以 达到协同工作的目的。 1 2 3 建筑物协同设计平台研究现状 上世纪8 0 年代后期，国际上开始出现集成化的建筑方案设计平台的研究。这类集 成设计的共同特点是将各种有关的分析模拟软件集成在一个环境下，建立统一的数据 库，各个软件通过与统一数据库传输数据，从而达到交换数据的日的。基于这种集成化 建模思想开发的软件平台有： 欧共体的c o m b i n e ( c o m p u t e rm o d e l sf o rt h eb u 【 d i n gi n d u s t r yi ne u r o p e ) ， 其基本思想就是充分利用已有的建筑模拟软件( d t s ) ，建立中心数据库( i d m ) ，各个软 件通过与中心数据库通讯来相互传递消息，另附有一个部件数据库( c d b ) 。 瑞二仁的c l i c ki n f o r m a t i o n 公司和p a u ls c h e r r e ri n s t ir u l e 联合开发集成的暖 通空调( h v a c ) 系统考虑了整个建筑与设施，并作为一个集成的模型，在完成了大量的 样品应用试验之后，将基本程序与一些典型化的应用组合起来形成+ 个“功能模型”， 能够对有限的典型h v a c 工程中的一些例程进行处理。它的内部基本结构包括以下几个 软件工具：用户界面语言、参数绘图语言、层次定义语言和数据定义语言。该功能模型 已初步体现了数据描述和交换的基本机制。 随着并行工程思想和计算机协同设计方法不断向其它专业的渗透，建筑方案的并行 设计也得到了蓬勃发展。e v b u o m w a n 提出基于并行工程的围护结构设计与修建的框架结 构，但没有指明并行设计各阶段之间协作的实现方法。并行设计协作的关键就是信息 共享的实现，r i y a r d 提出实体分解模型( d o m a i ne n t i t i e sa n a l y s i s ) 来实现建筑、 设备与修建三阶段( a e c ) 的协作。k a l a y 提出基于三层结构的集成模型来实现数据共 享，包括面向对象数据库、面向工程数据库和访问数据库的操作运算，但局限于单机不 华南理工大学硕十学位论文 同计算软件之间的数据交换，没有涉及到适合网络传输和浏览的数据模型，因此不支持 异地协同设计。t u n g 利用智能主体( a g e n t ) 自主性、交互性、反应性和主动性四个特 征提出围护结构分布式设计的框架，但仍然没有将数据表达模型、数据交换模型以及协 作设计模式扩展到网络环境，故而分布式设计的框架没有得到底层的数据库支持。 1 3 协同设计中的冲突 协同设计的过程就是一个多功能小组参与到一个项目的设计过程，各个小组之间 存在着大量相互制约、相互影响的关系，同时他们对产品开发的考虑角度，评价标准， 领域知识不尽相同。这些因素必然导致协同设计过程中冲突的产生。协同设计的过程从 某种意义上说就是一个冲突不断产生和消解的过程。 当前，协同设计是一个研究的热点，而冲突管理则是协同设计中的关键问题，其 中，冲突检测和消解方法是冲突管理中的关键技术。目前已有各种冲突检测与解决的方 法，它们从特定领域、特定侧面对冲突进行表达、解决。文献 1 5 】提出了基于知识的冲 突消解方法；文献 6 】综合了适合特定领域的和一般性的冲突消解策略，将冲突分层寻求消 解策略，若领域冲突消解策略不能有效地解决冲突，使用一般消解策略。如文献 7 1 0 1 分别 从基于实例、基于协商、基于约束和基于集成的角度研究并行工程环境下的冲突解决方 案；文献i 11 1 介绍了一个处理应用语义冲突的综合模型，但这里的冲突完全是通过应用浯 义即应用支持的行为集来定义的；文献【1 2 侧重于约束一致性算法的研究；文献 1 3 1 则研 究人机交互a g e n t 之间的冲突问题；文献 1 4 1 5 1 从协同设计系统的设计流程和体系结构 的角度对冲突的产生、预防、检测与解决进行系统的研究，并结合具体的应用提出相应的 解决方案或算法。 由于基于知识的推理技术适合于复杂问题的求解，国内外对基于知识的冲突消解作 了大量的研究，s t e p h e n 1 6 ，h a r r i n g t o n 1 7 ，k a t i a 1 8 ，m k l e i n 1 9 2 0 分别对基于知识的 冲突消解方法进行了阐述和应用，m ，k l e n i n 2 l 】综合了适合特定领域和一般性的冲突消 解策略，将冲突分层，进行消解，若领域冲突消解策略不能有效地解决冲突，使用一般消解 策略：d b a h l e r 2 2 提出了一个基于经济效用的协议，在设计初始阶段允许多功能小组提 出自己的最大或最小期望，采取适当的建议和评判工具，对期望进行折衷，在设计的早期避 免冲突的产生；f p o l a t 2 3 1 建立了一个基于多a g e n t 的冲突检测和消解模型。 该项目在协同设计理论的基础上，开发一个基于w e b 的建筑协同设计平台。冲突 管理作为设计过程的重要环节，是协同设计系统中的重要模块。 1 4 本文主要研究的内容 本文研究的主要内容如下 第一章绪论 第一章：绪论介绍国内外的发展现状，课题背景，与其本文所要研究的内容。 第二章：协同设计中系统的相关技术主要讨论协同设计的概念、特点。重点讨论 协同设计的支持环境、工作模式。 第三章：协同设计中的冲突研究协同设计过程中冲突的概念，冲突的类型，与 其他们之问的相互关系，重点讨沦常用的冲突检测方法和消解方法，他们的优点与不足。 第四章：冲突管理模型构建一个合理的冲突管理模型，解决协同设计过程中的 设计冲突问题。 第五章：冲突管理模型的实现结合“建筑物复合能量系统协同设计平台”项 目，实现冲突模型中的部分功能。 华南理工大学硕士学位论文 第二章：协同设计系统的相关技术 2 1 设计模式 2 1 1 传统设计的模式 传统设计是串行迭代的模式，即瀑布式的设计方法，就是说产品寿命周期各过程顺 序执行。在使用阶段发现问题后，在前面各阶段中找原因加以解决。传统设计的缺点是 效率低，设计周期过长。图2 1 是传统设计模式 设计人员a设计人员b设计人员c设汁人员d i 7 一万荔_ - 啼孑荔 啼7 历_ = 、参历矿_ = _ t - 一一一7 一一一一7 、一一7 7 、一一一一。 图2 一l 传统设计模式 2 1 2 计算机支持的协同设计 计算机支持的协同工作可定义为：一种支持人们在共享环境下完成同一件工作的计 算机系统。具体地说就是利用多媒体和计算机通信等技术建立一个协同工作的环境，该 环境具有集成一体化的多媒体多模式操作系统平台，以及适合于支持计算机支持的协同 【作的管理、使用和创作的备种工具。在此环境中人们可以相互合作，共l 刊工作于一个 产品、一个研究领域、一个项目、或求解一个问题。 计算机支持的协同工作的研究涌盖了在复杂的组织结构内使用计算机和信息技术 支持群体： 作的所有范畴，其研究范围是广义的协同工作( c w ) 和广义的计算机支持 f c s ) 计算机支持的协同设计是c s c w 的概念和技术在产品开发过程中的有效应用。它是 计算机支持的协同工作在设计领域的应用，是对并行工程、敏捷制造等先进制造模式在 设计领域的进一步深化。通常认为，协同设汁是由两个或两个以上设计主体( 或称专家) ， 通过一定的信息交换和相互协同机制，分别以不同的设计任务完成同一设计目标。计算 机支持的协同设计至今还没有一个权威的定义，下面是两个不同的定义： 协同设计足指两个或者两个以上来自不同专业领域的设汁主体( 或称专家) ，通过信 息交换和相互协同机制，分别完成各自的协作任务，以实现共同的设计目标”。 协同设计是指在计算机的支持下，各个成员围绕一个设计项目，承担相应的部分设 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o ，协同 第二章协同设计系统的相关技术 设计能够支持多学科专家的共同工作，提高工作效率，缩短设计周期，增加产品的市场 竞争能力。图2 2 是协同设计模式 2 2 协同设计的特点 协同设计结果 图2 - 2 协同设计模式 与传统c a d 系统相比，协同设计系统有如下特点： 从网络化协同设计的概念可以总结出网络化协同设计的基本特点 _ 群体性：是指设计活动由两个或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。 _ 共同性：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e 并行、协同地进行的各自的设计。 - 动态性：参与设计的专家数目可以动态地增加或减少，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：具有一种协同各个设计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 3 协同设计支持环境 协同设计的实现需要一个强有力环境的支持。各成员能否正常、高效地运作，其协 同环境是一个至关重要的因素，它应该使用户能够方便地进行自己的工作，又能够支持 相互之阿的协作。协同设计的环境包括硬环境和软环境。硬环境包括硬件设旌和支撑系 统，主要包括计算机设备，如服务器、工作站以及其它一些外设；数据库设备及其管理系 华南理工大学硕士学位论文 统；网络设备及其协议：信息交流环境，如视频会议系统、共享白板、实时语音共享、电 子邮件等。软环境主要包括协同小组内的合作、协同小组内信息的交流和反馈。 协同设计的环境与应用的关系如图2 3 所示【2 7 1 。 2 3 1 开放系统互联环境 图2 3 协同设计环境 这是位于最底层的提供异构系统互联、多媒体通信、分布式环境，以解决各协同子 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 的协议体系和模型有：开放系统参考模型o s i 、i n t e m e t 的t c p i p 协议族、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 e c s s i n g ) 、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 ) 2 7 】 2 3 2 协同设计支撑平台和工具 一般的协同设计平台都包括一些通用的协作工具，比如电子邮件、公告板、电子白 板、视频会议系统、工作流管理系统等。基于w e b 的协同是在i n t e r a e t i n t r a n e t 环境下开 发基于w w w 的协同设计工作系统中的重要工具【”1 。它们可以通过在原有的单机c a d 系统卜进行二次开发和嵌入网络功能加以实现。 2 3 3 协同设计接口 设计接口包括人机接口和设计工具与铷同平台之间的接口，其中人机接口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 ) 是保证信息系统可用性的重要环节。h c i 是计算 机应用中专门处理与人进行交互的一个特别的部分1 2 7 1 ；它是面向任务，以用户为中心的： 它要具有交互过程所需要的通用规则：具有直接处理对象的基本交互技术：用户要熟悉具 体的对象或对象模型：只有在用户掌握了h c i 后，才能有效发挥系统的可用性。设计工 第二章协同设计系统的相关技术 具与协同平台之间的接口可以实现设计工具与协同平台的无缝连接。 2 3 4 设计工具 设计工具包括各种c a d 软件和模拟仿真软件，如本系统中用到的气流数值解软件、 能耗模拟软件等；这些设计工具用以辅助完成项目的设计工作，根据领域的不同，采用 的设计工具也不同。设计工具与协同平台之间的无缝连接需要相应的开发特定的协同平 台接口。 2 4 协同设计的工作模式 2 4 1 建立协同设计模式的原则 要建立一个高效、可靠的协同工作模式，一般应该遵循下列原则 2 8 】： _ 面向应用背景 协同设计本身就是一个涉及多学科领域的应用技术。要建立高效、可靠的工作模式， 一定要对设计背景有深刻的了解，并且尽可能的获取应用领域的知识。这些知识是建立 高效、可靠工作模式的基础。可以说，一个_ 【：作模式的成功与否与获取该领域的知识是 否丰富、正确、有效有着密切的关系。 一适用分布式的原则 协同设计是在分布式环境下完成的，确定任务群体的工作模式要考虑分布式的特点， 使任务群体与分布式系统的结构有效地结合起来。同时还要考虑实际有用的物理环境。 封装性原则 即数据与方法的统一。每个任务应尽量使其数据和方法统一于该任务之内。实现数 据隐藏，保证该任务数据的安全可靠。这样，一个任务中的数据和方法出现问题时，也 不会影响其他任务的执行。从而提高了系统的健壮性。 高度并行的原则 在应用条件允许的情况下，将一个任务分解为几个子任务并行运行，可提高系统的 工作效率。但是，如何并行应根据具体应用对象的特点( 如数据分布的形式，任务调度 的策略等1 ，确定应用系统的并行度。 2 4 2 协同设计的分类 协同设计系统的类型是多种多样的，根据各个站点在协同中的地位和分布情况，1 办 华南理工大学硕士学位论文 同设计系统可以分为集中式协同设计系统和分布式协同设计系统，以及综合式协同设计 系统；根据各个站点的响应情况，可以分为同步协同设计系统和异步协同设计系统：根据 各个站点中采用的c a d 系统的相似与否，可以分为同构系统和异构系统等。在实际应 用中，可以根据具体需要采用不同的协同设计系统，如分布式同步异构协同设计系统。 下面将对这些分类作一些基本介绍。 _ 集中式 这是一种中央控制式的体系结构，有一个实际或虚拟的中央控制系统和信息、知识 交流系统。集中式一般采用客户机朋艮务器( c s ) 逻辑模式，即某些功能位于某台服务器 上，其他客户机站点通过网络获取该项服务。其特点是所有信息相对一致，但是网络负 担较重。 _ 分布式 这是一种无中央控制的体系结构，每一个参与设计的主体无主次之分，而且每个设 计主体之间都存在一个可能的直接通信，数据与知识可以分布于各个设计主体之内，无 公共中央数据与知识库，数据与知识也可以是集中于某一工作区域之中，有利于分布控 制的各个设计主体问的数据交流。其特点是保持数据的一致性比较困难，但是适应性广， 适合于大范围分布的群组工作方式。 一综合式 在协同c a d 系统中，曲u 司设计的实现以分布式为主，集中式为辅，即大部分功能 分布在各站点上，只有少数需要集中处理的功能才在一个站点上处理。采用分布式与集 中式相结合的方式，由几个主设计专家组成一个分布式设计的体系结构，每一个二e 设计 号家的下属设计专家采用集中式设计的体系结构，通过主设计专家的控制完成设计数据 间的交流和交换。 一 异步协同设计系统 从响应时间上来说，异步协同殴计系统中的各个站点并不是实时的，每个站点将相 对独立的完成自己的工作作，在工作期间通常不受其他站点用户的干扰。与传统的单人 单机的设计系统相比，异步协同设计系统的优势是进行有效的信息资源和人力资源的共 享，在这里，进行信息的管理和控制是异步协同设汁系统工作的重点。 早期的协同设计系统大多是基于异步协同的，如加州大学伯克利分校的w r i g h t 等 人研究开发的基于因特网的c y b e r c u t 系统，k i m 等人开发了一个基于w e b 具有标注功 能( m a r k u p ) 的三维交互系统c y b e r v i e w 等 - 同步协同设计系统” 异步协同设计系统虽然有响应简单，对网络要求不高，不需要并发控制等特点，但 由于各个站点在时间上的不同步，将会使各个站点之间的信息交换和资源共享的效率大 大降低。同步协同设计系统的发展正是为了提高协作效率，使各个站点的用户可以在同 一工作时间内完成协同工作。同步协同设计系统中的最理想情况是使各个站点的协作者 0 第二章西同设计系统的相关技术 之间可以像面对面地在同一台机器工作那样完全的协同，达到真正的资源共享时间同 步。但是，同步协同系统在技术上由于网络延时和并发操作的存在，进行有效的并发控 制是同步协同设计系统中的一个难点所在，而且不同的系统结构的同步协同系统需要有 不同的并发方法。 值得说明的是，这里的集中试和分布式是从站点在协同中的地位和分布情况来划分 的。我们也可以从地理位置的角度来划分。 2 5 小结 本章首先介绍了协同设计的概念和特点，进而从协同设计的支持环境、工作模式阐述了 协同设计的相关理论。 华南理上火学硕士学位论文 第三章：协同设计中的冲突 3 1 冲突的产生及特点 协同设计过程中由于不同设计者设计理念的不同，与其对领域知识理解的差异性 在设计过程中必然存在冲突。本章着重研究协同设计中冲突的基本理论。 3 1 1 冲突的定义 协同设计是多功能小组参与到一个项目的设计过程中，在设计过程中不可避免会 遇到冲突。例如，由于各领域的专家考虑问题的角度不同，对设计进行评价的标准不同， 在设计过程中常会做出不同的设计选择。同时，由于缺乏一个共同的知识表达方法和一 致的设计对象模型，在缺少相关信息的情况下，各领域的设计人员在进行局部设计时往 往会做出一定的假设，并在此基础上做出最佳的、合理的选择。但当这些局部设计集成 为一个总体没计方案时，就会暴露出相互矛盾、互不踟调的情况。另外，上游设计人员 做出的设计也可能不符合f 游设计人员一l 艺人员或其他评审人员的评价、要求等。所 有这些情况都可能造成协同设计中的冲突。 对冲突的定义有影i ：多观点，一般认为：“冲突是有相互依赖关系的人们之间的相互 作用这些人持有不相容的目标、目的和价值，并且彼此认为对方潜在地妨碍这些目标 的实现。文献 2 6 中这样定义冲突：“冲突是指在多个相互关联的对象之间存在的一种 不一致，不和谐或不稳定的对立状态”。这里的对象包括设计对象、没计意图、产品开 发过程、产品开发人员、多学科小组和资源等多种具有一定的信息结构，以及相关属性 的信息实体或功能实体。 3 1 2 冲突的产生 设计是种复杂的创造性的活动，由于设计任务、设计活动的复杂性，各设汁人 员对设计任务的知识都局限于自己的知识领域内，对他人的目标及领域知识不完全了 解，每个协同小组都有自己独立的结构、不同的技术信仰和问题求解策略，但每个协同 小组的资源、能力、信息都是有限的，协同小组之间必须通过一定的合作和协调才能完 成对整个问题的求解，由此产生了相互依赖。为了完成最终的设计，各个设计人员必须 相互协作，即设计过程是由多人参与、相互合作的多功能小组的形式进行。在多功能小 组的团队协同设计中，上游设计人员做出的设计要经过下游各开发环节中的各个领域专 第三章协同设计中的冲突 家的评判，各领域专家会提出各自不同的观点、要求，以使最终的产品在经济性、制造 性、装配性、维护性、使用性能、存储与输性、回收性等都获得较好的满足。因此，在 协同设计过程中就不可避免会遇到各种冲突。具体说，协同设计过程中的冲突原因主要 有如下几种情况9 1 1 ： 一 出于各领域的专家考虑问题的角度不同，对设计进行评价的标准不同，在设计 过程中常会做出不同的设计选择。 一 由于缺乏一个共同的知谚 表达方法，缺乏一个共同一致的设计对象模型，一个 领域的知识和信息难以被f 确传达给另一个领域的专家。不同领域的专家之间 难以进行交流，常因领域知识的误解而产生冲突。 在协同设计过程中，设计者常常需要借助于其他各方的设计信息。由于设计工 作尚未完成，设计信息不全，设计人员就需对其他各方的设计做出一定的假设， 以完成自己的设计。若这种假设出现偏差甚至错误，当这些局部设计集成为一 个总体设计方案时，就会暴露出相互矛盾、互不协调的问题。 _ 上游设计人员做出的设计不符合下游设计人员或其他评审人员的评价、要求。 随着产品丌发过程的进行，由于各种资源及条件的改变，当产品开发过程模型 已无法如实反映实际的产品开发过程时，它就会严重影响、阻碍当前实际的设 计过程。 3 1 3 冲突的特点 设计领域中的冲突具有以下特点： 多样性由于设计任务具有多样性与层次性，导致设计领域中冲突类型也具有多 样性，如设计参数冲突、设计意图冲突、设计资源冲突等。 关联性设计冲突之间存在着复杂的关系，在解决某些冲突的同时，有可能引发 其他种类的冲突，这加大了解决的难度。 _ 不可避免性虽然不少学者己着手研究冲突的避免技术，但由于人类对未知 领域认识的局限性，冲突只能在一定程度上避免，完全没有冲突发生的情况是 不可能的。 3 2 冲突的类型和关系 3 2 1 冲突的分类 对冲突的分类，从不同的角度可以进行不同的划分，按照冲突是否明显看，可 华南理t 大学硕士学位论文 以分为显式冲突和隐含冲突；从冲突发生的范围看，可以分为开发人员个人内部的冲突， 小组内部个人之间的冲突，多个小组之间的冲突；按照冲突的表现形式和起因，可以将 冲突分为：设计冲突、资源冲突、过程冲突。其中设计冲突是产品设计过程中存在着的 相互对立，相互矛盾的关系；资源冲突是自然界和人类社会中普遍存在的一种冲突，它 是由于资源的有限性而造成的；过程冲突是产品开发过程中时间或信息传递上存在矛盾 造成的。本文主要讨论的是协同设计过程中的设计冲突。 胁同设计按冲突的性质可以分为3 类：计划冲突、知识冲突、数据冲突。计划冲 突起因于对设计任务不同的理解，数据冲突指由于设计过程缺乏数据一致性而引起设计 数据不能同时满足多个协同小组的要求，知识冲突则是不同领域的规则难以相互满足的 结果。