（计算机软件与理论专业论文）基于web+services的协同技术在建筑外观设计中的应用.pdf

独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得( 注：如 没有其他需要特别声明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名导师签字 学位论文版权使用授权书 协 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权堂撞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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在 解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：2 0 0 年月目 导师箨引b 山东师范大学硕士学位论文 摘要 随着科学技术的飞速发展，使得社会分工越来越细，建筑产品的开发以及激烈的市场 竞争要求设计单位从更广阔的范围内来优化资源配置。因此建筑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 模式来提升设计单位的竞争力，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。 计算机支持的协同工作( 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 ) 是指群体成员利用计 算机技术、多媒体技术和网络通信技术，在共享环境下的协同工作、交互协商、分工合作， 共同完成设计任务。x m l 是一种格式独立、与平台和应用程序无关的可扩展标签语言，它 不但适合存储结构化数据，而且能够针对不同行业不同领域的特点定义标签，制定记录行 业或专业数据的标准，这些标准被称为x m l 词汇，只要行业或专业领域内所有应用程序 都理解并支持所定义的x m l 词汇，就可以实现不同系统之间的数据共享与互操作。w e b s e r v i c e s 使用基于x m l 的消息处理作为基本的接口描述和数据通信方式，采用w 3 c 组织 制定的开放性标准和规范，对服务的实现与使用进行高度的抽象，以消除由于使用不同组 件模型、操作系统和编程语言所产生的系统差异，为实现数据和系统的互操作性提供了新 的解决方案。 本文以建筑外观设计为主要研究对象，在充分了解建筑外观设计的特点之后，将基于 w e bs e r v i c e s 的计算机协同工作技术应用到建筑外观设计中。根据以上内容本文所做的主要 工作如下： 1 ) 从c s c w 技术的网络化需求入手，分析w e bs e r v i c e s 概念体系在协同设计中的作 用，将w e bs e r v i c e s 技术和c s c w 技术应用于建筑外观设计，提出了一种基于w e bs e r v i c e s 的建筑外观协同设计模型。 2 ) 基于系统框架，提出了一种以优先权控制的分层式协同设计过程和集中式控制解决 设计冲突的方法。可以提高协同效率，很好地规划实现复杂度和专业程度都很高的建筑外 观设计任务，对设计过程中用户的自由加入有很强的支持性，同时平衡了设计过程中用户 的设计创新与设计知识，大大提高了设计结果的精致程度和设计效率。 3 ) 对基于w e bs e r v i c e s 的c s c w 系统的设计与实现，将前面的研究讨论付诸于实践， 综合运用w e bs e r v i c e s 和c s c w 技术，借助微软公司的n e t 开发平台，设计实现了一个基 于w e bs e r v i c e s 的建筑外观协同设计系统。 本文将w e bs e r v i c e s 技术和计算机支持的协同工作技术结合起来应用到建筑外观设计 中，是一种新的尝试，该模型有很强的可维护性和可扩展性，适应现有大量辅助设计专业 人员地域分布广的特点。实践证明了本文工作的可行性和有效性。 山东师范大学硕士学位论文 2 关键词：c s c w ，w e bs e r v i c e s ，a d t ，x m l ，过程建模 中图分类号：t p 3 9 3 坐奎堑苎查兰堡主兰竺堡壅 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , t h es o c i a ld i v i s i o no fl a b o rb e c o m e sm o r e a n dm o f ec o m p l i c a t e d t h ee n t e r p r i s e sm u s to p t i m i z et h ea l l o c a l i o no f r e s o u r c ef r o mai l l u c h w i d e rr a n g ed u et ot h ed e v e l o p m e n to fa r c h i t e c t u r a lp r o d u c t sa n df i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o n t h e r e f o r e ，t h ed e v e l o p m e n to f p r o d u c t sr e q u i r e st h ec o o p e r a t i o no f e n t e r p r i s e s ，r e s e a r c hi n s t i t u t e s a n de t c t h ee n t e r p r i s e ss h o u l dm a k ef u l lu s eo f t h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , w h i c hr e l i e sm a i n l y o nt h en e t w o r k ，a n da d o p tn e wd e s i g nm o d e l si no r d e rt oi m p r o v et h e i rc o m p e t i t i o np o w e r t h u s ， b a s e do nt h es w i r lr e g i o n a la t t r i b u t i o na n du t i l i z a t i o no fd e s i g nr e s o u r c e s ，t h ee n t e r p r i s e sc a n f o r mt h ei n t r a - f i r mo ri n t e r - f i r mc o o p e r a t i v ed e s i g nm o d e l s c s c wm e a n st h a tt h eg r o u pm e m b e r sw o r kc o o p e r a t i v e l yi nas h a r i n ge n v i r o n m e n tt o a c h i e v et h ed e s i g n t a s k b yu s i n gc o m p u t e r s ，m u l t i m e d i at e c h n o l o g i e s a n dn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n x m lr e f e r st ot h ee x t e n dm a r k u pl a n g u a g e ，w h i c hi sf o r m a t i n d e p e n d e n ta n d u n r e l a t e dt ot h ep l a t f o r ma n dp r a e t i d a lp r o g r a m x m lc a l lb eu s e dn o to n l yt os t o r es t r u c t u r e d d a t ab u ta l s ot od e f i n et h el a b e l sa c c o r d i n gt od i f f e r e n tf i e l d sa n dd i f f e r e n ti n d u s t r i e s b e s i d e s i t c a ne s t a b l i s ht h ec r i t e r i ao fr e c o r d i n gp r o f e s s i o n a ld a t a ，w h i c ha r ec a l l e dx m lv o c a b u l a r y a s l o n ga sa l lt h er e l a t i v ea p p l i c a t i o n sc a nu n d e r s t a n da n ds u p p o r tx m l v o c a b u l a r y ，t h es h a r ea n d i n t e r a c t i v eo p e r a t i o no fd a t ab e t w e e nd i f f e r e n ts y s t e m sc a nb ea c h i e v e d w e bs e r v i c e su s et h e i n f o r m a t i o np r o c e s s i n g o fx m la si t sb a s i ci n t e r f a c e d e s c r i p t i o n a n dm e a n so fd a t a c o m m u n i c a t i o n m e a n w h i l e ，i ta d o p t st h eo p e nc r i t e r i ab yw 3 ca n dh i g h l yg e n e r a l i z e st h e r e a l i z a t i o na n da p p l i c a t i o no f t h es e r v i c e s t h u s ，i tc a ne l i m i n a t et h ed i f f e r e n c e sb e t w e e ns y s t e m s c a u s e db yt h ea d o p t i o no fd i f f e r e n tm o d u l e s ，o p e r a t i n gs y s t e m sa n dp r o g r a m m i n gl a n g u a g e sa n d f i n a l l ya c h i e v et h ei n t e r a c t i v eo p e r a t i o no f d a t aa n ds y s t e m s f o c u s i n go na r c h i t e c t u r a ld e s i g n s ，t h i sp a p e rp r o p o s e st op u tc s c w ，w h i c hi sb a s e do nw e b s e r v i c e s ，t ot h ee x t e r i o rd e s i g no fa r c h i t e c t u r e a n dt h i ss t u d yh a sb e e np u t i n t op r a c t i c eo nt h e b a s i so faf u l lf a m i l i a r i t yt h ee x t e r i o rd e s i g no fa r c h i t e c t u r e t h em a i nc o n t e n to ft h i sp a p e ri sa s f o l l o w s ： f i r s to fa l l ，b a s e do nt h ea c t u a ld e m a n do fc s c w ：i ta n a l y z e st h ef u n c t i o n so fw e bs e r v i c e s i nc o o p e r a t i v ed e s i g na n dc o m b i n e sw e bs e r v i c e sa sw e l la sc s c ww i t ht h ee x t e r i o rd e s i g no f a r c h i t e c t u r e a n di tt h e np u t sf o r w a r dac o o p e r a t i v ed e s i g nm o d e lb a s e do nw e bs e r v i c e s s e c o n d l y , a c c o r d i n g t ot h es y s t e mf r a m e w o r k ，i tp r o p o s e st h ei d e ao fal a y e r e dc o l l a b o r a t i v e d e s i g np r o c e s sm o d e lb a s e do np r i o r i t y c o n t r o l l e dm e t h o da n da c e n t r a l i z e d c o n t r o l l e dc o n f l i c t r e s o l v i n gm e t h o d t h i sd e s i g nc a ni m p r o v et h ec o o p e r a t i v ee f f i c i e n c ya c h i e v et h ec o m p l i c a t e d a n ds p e c i a l i z e de x t e r i o rd e s i g no fa r c h i t e c t u r e t h i sm e t h o da l l o w su s e r st oe n t e rt h ed e s i g n a l lo program a n db a l a n c e st h ei n n o v a t i o na n dk n o w l e d g eo f t h eu s e r sd u r i n gt h ed e s i g np r o c e s s f 3 山东师范大学硕士学位论文 t h e s ef a c t o r se n s u r et h ea c c u r a c yo f r e s u l t sa n dt h ee f f i c i e n c y f i n a l l y , a c c o r d i n gt o t h ea b o v er e s e a r c ha n da n a l y s i s ，t h i sp a p e ra c h i e v e sac o o p e r a t i v e e x t e r i o rd e s i g ns y s t e mo fa r c h i t e c t u r eb a s e do nw e bs e r v i c e s t h i ss y s t e ms y n t h e s i z e st h ew e b s e r v i c e sa n dc s c wa n dr e c u r st ot h e n e tp l a t f o r mo fm i c r o s o f ti no r d e rt oa c h i e v et h ed e s i g n g o a l t h i sp a p e ra t t e m p t st oa p p l yw e bs e r v i c e sa n dc s c wt ot h ee x t e r i o rd e s i g no fa r c h i t e c t u r e t h i sm o d e li se a s yt om a i n t a i na n de x t e n d ，w h i c hi sf i tf o rt h ew i d e l yg e o g r a p h i c a ls p r e a do ft h e d e s i g n e r s t h ef e a s i b i l i t ya n d e f f e c t i v e n e s sh a sb e e np r o v e d b yp r a c t i c e k e y w o r d s ：c s c w ：w e bs e r v i c e s ，a d t , x m l ，m o d e l i n gm e t h o d sf o rp r o c e s s c l a s s i f i c a t i o n ：t p 3 9 3 4 山东师范大学硕士学位论文 1 1 问题的提出 第一章绪论 在建筑设计中，外观设计是相当重要的一部分，它提供给用户最直观的感受。提高设 计效率的方法之一便是协同设计。计算机支持的协同工作( 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 e w o r k ) 是指群体成员利用计算机技术、多媒体技术和网络通信技术，在共享环境下的协同 工作、交互协商、分工合作，共同完成设计任务。c s c w 的研究目标是如何利用网络通信、 多媒体等技术，使时间不同、空间分散的不同设计者能够克服时空的阻碍，相互协作，形 成一种“面对面”( f a c et of a c e ) 和w y s i w i s ( w h a ty o us e ei sw h a tis e e ) 的分布式协 同设计模式瞄j 。 开放、简单、健壮的基础平台对于构建协同系统非常重要，而在x m l 基础上发展起 来的w e bs e r v i c e s 是在分布式环境下构建复杂系统的一种新兴技术。它使用基于x m l 的消 息处理作为基本的数据通讯方式，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，使异类系统能够作为计算网络的一部分协同运行。因此w e bs e r v i c e s 能为 构建协同系统提供简单、灵活、开放的基础平台。 x m l 是_ 种格式独立、与平台和应用程序无关的可扩展标签语言，它不但适合存储结 构化数据，而且能够针对不同行业不同领域的特点定义标签，制定记录行业或专业数据的 标准，这些标准被称为x m l 词汇，只要行业或专业领域内所有应用程序都理解并支持所 定义的x m l 词汇，就可以实现不同系统之间的数据共享与互操作。w 曲s e r v i c e s 使用基于 x m l 的消息处理作为基本的接口描述和数据通信方式，采用w 3 c 组织制定的开放性标准 和规范，对服务的实现与使用进行高度的抽象，以消除由于使用不同组件模型、操作系统 和编程语言所产生的系统差异，为实现数据和系统的互操作性提供了新的解决方案。因此， 本文尝试在a u t o d e s k a r c h i t e c t u r a ld e s k t o p 设计建筑外观过程中对基于w e bs e r v i c e s 的协同 系统进行应用。 1 2 相关研究现状 按照系统各部分之间的耦合程度以及整个系统的扩展性与开放性，可以将协同设计系 统的体系结构分为三种类型：基于简单客户机朋艮务器的紧密耦合体系结构、基于中间件的 中度耦合体系结构和基于w e bs e r v i c e s 的松散耦合体系结构。 l1 基于简单c s 的紧密耦合结构 采用简单的客户机服务器体系结构，采用一台主机作为服务器，集中管理用户权限， 存储产品数据；所有客户机都需要直接与服务器相连接，通过网络数据传输，先将服务器 5 山东师范大学硕士学位论文 中的设计数据下载到本地，修改完成后再上传回服务器。通过异步数据交换，将本地工作 区的数据提交到全局工作区，并感知其他人员的设计情况。这种方式结构简单，易于实现 协同设计的基本功能，可用于局域网内的协同设计。但是，这种简单的两层结构也有一些 明显的不足，主要体现在以下三方面：( 1 ) 所有客户机都要与服务器进行直连，服务器与 网络传输的负担较重，因此只适用于局域网内小范围的协同设计。( 2 ) 由于服务器客户机 之间的接口和通信协议都是严格匹配的，任何一方的修改都会导致所有程序模块的重新编 译、发布与部署，系统的扩展性和重用性差。( 3 ) 由于采用集中式结构，服务器成为系统 的核心，当服务器发生故障或网络阻塞时，会导致整个系统不能使用，甚至崩溃，系统的 可靠性和安全性差。 2 ) 基于中间件的中度耦合结构 随着组件化软件开发思想的日益成熟，基于中间件的三层结构也运用到协同设计研究 领域中，出现了基于组件的协同代理技术【3 】【”。在这种结构中，对简单c s 结构中的客户机、 服务器的接口部分进行了归纳与提炼，形成了新的中间层次，将c a d 客户端与产品数据的 存储管理隔离开。中间件由一组具有控制与管理能力的组件所构成，它负责接收c a d 客户 端发出的操作指令( 如数据访问、编辑等) 及各种协同消息( 如多用户动态光标、即时通 信等) ，并根据预先定制的规则、逻辑对消息进行处理和转发【”。这种中度耦合的结构可 以很好地满足面向i n t e m e t 的计算机辅助协同设计的新需求。体现在以下几方面：( 1 ) 对 于访问量大的服务( 在c a d 中主要是对产品数据的访问和编辑) 可以采用多台服务器共同 提供，c a d 客户端通过中间件对产品数据的访问是透明的，避免了客户端与固定服务器的 直连所造成的处理负担过重、网络阻塞等问题，服务器之间的负载均衡可由中间件控制， 这使在i n t e r n e t 上提供较大规模的协同设计成为可能。( 2 ) 在中间层内部的不周组件中， 包含了对操作、消息的处理逻辑和规则，只要保持对外的接口不变，就能保证对中间层内 部组件的修改不会影响到应用层和数据层，而且由于中间层的隔离，c a d 客户端和数据服 务器的修改也可以独立进行，不会相互影响。这样系统中某个层次的修改不会导致整个系 统的重新部署，与简单的c s 结构相比，系统的维护工作量小，具有更强的灵活性与更高 的可靠性。( 3 ) 基于中问件的协同设计系统是使用组件技术构建的，具有可重用性和扩充 能力，体现了软件集成的思想。不同企业可以根据自身条件与产品设计情况，对系统进行 定制，既可以重用已有的组件，也可以根据特殊的专业背景开发扩充新的组件，从而大大 缩短系统的开发周期。目前对基于中间件的三层体系结构的研究已经比较成熟，国内外的 一些研究单位也相继开发出了基于c o m ，c o m r b a ，j a v a 等组件技术的c a c 原型系统， 正在逐步投入实际应用。 3 】基w e bs e r v i c e s 的松散耦合结构 创建基于中间件的三层体系结构的核心是使用分布式组件模型，主要有三种：m i c r o s o f t 公司的分布式组件对象模型( d c o m ) 、o m g 公司的公用对象请求代理程序体系结构 ( c o r b a ) 和s u n 公司的e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ( e j b ) 。这三种模型各有千秋，难分优劣， 6 山东师范大学硕士学位论文 都获得了很多的企业和应用的支持。但是因为它们是由不同的公司或组织所提出的，采用 了不同的接口和规范，所以它们彼此之问不能相互兼容，采用不同模型创建的组件也不能 实现重用，这会给协同设计带来两个主要问题： ( 1 ) 在开发协同设计系统的时候，首先要 面临采用哪种组件模型的抉择，一旦选定，服务端的组织、客户机的结构，甚至采用何种 开发工具就都会随之确定，日后如要改用其他模型，代价将会非常巨大。可见，选择何种 模型带有一定的风险，会给系统的开发、维护与日后的重用、扩充带来不确定性。( 2 ) 现 代企业生产模式是不同企业在专业化基础上实现动态的联合，多个企业会围绕某个产品( 如 飞机、汽车) 进行协同设计、生产，这就需要将每个企业内部的c a c d 系统进行整合，形 成企业间的协同设计环境。但是如果不同企业的c a c d 系统采用不同的组件模型，那么就 很难实现企业问的互通互连和设计资源重用。而且企业问的联合是动态的，个企业在与 一些企业协同设计某个产品的同时，也会与另外一些企业协同设计其他产品，这是一种复 杂的网状结构，不相兼容的维件模型与接口规范，已经成为影响企业间动态协同的桎梏。 基于w e bs e r v i c e s 系统的体系结构是松散耦合的，采用何种组件模型已经不重要，只 要使用统一的w s d l 对所提供的服务接口进行定义和描述，异构的客户与服务之间、服务 与服务之间就可以实现连接与重用，这样既避免了选择组件模型的风险，又使不同企业协 同设计系统的连接与整合成为可能，因此可靠性和重用性更好，开发和维护代价更低。在 基于中间件的c a d 系统中，数据的传输、组件接口的访问、数据描述等协议都是各个组件 模型自己定义的，不具通用性。而基于w e bs e r v i c e s 的体系结构中，完全采用w 3 c 所制 定的开放的、标准的协议进行数据的描述、传输和交换，所用到的技术，都是基于h t t p 、 x m l 等基本协议和标准，因此更具开放性和扩展性，应用范围更广，可支持异构平台。基 于w e bs e r v i c e s 的c s c w 系统中，当由于服务的接口改变而导致c a d 客户端调用失败时， 客户端会自动从服务注册中心获取已更新的w s d l 文档，重新生成调用接口，并与代码进 行绑定。这种动态的集成能力，对于专业背景复杂、用户定制与二次开发需求强烈的c a d 系统来讲，有着特殊的意义。 1 2 1 国内研究现状 在国内，西安交大建立了国内第一个支持产品合作设计的网站，它主要提供设计知识 的获取p j 。 清华大学的计算机网络与协同工作研究实验室研制的协同设计支撑系统原型 c o d e s i g n ，它提供了一个多媒体用户界面，包括一个供所有设计人员共享的虚拟绘图板、 实时视频、音频以及基于文本或语音的消息传送等服务。c o d e s i g n 还引入了一个集中式的 协同服务器及一些分布式的代理。其实验室还研制开发了基于w w w 的工作流管理系统 w o w w w ! 使用户可阻通过本系统将各种分布式的信息资源有效地集成、协调起来。w o w w w ! 提出并实现了一种“条件化有向图”的工作流模型1 3 】。 7 山东师范大学硕士学位论文 浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室分析当前协同设计系统，提出了基 于w e bs e r v i c e s 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6 1 。 1 2 2 国外研究现状 自八十年代开始，围绕着计算机支持的协同设计，国外众多科研机构开展了大量的研 究工作，在建筑设计的领域也有一定的研究1 7 】【8 i 。 德国f r a t m h o f e r 图形研究所在1 9 9 4 年开发的分布式c a d 系统“d i s t r i b u t i o n s k e t c h p a d ”利用了c s c w 思想，在一定程度上支持多个合作者的协同设计。 荷兰的e i n d h o v e n 爱因霍芬科技大学的d s ( 设计系统) 研究小组考虑在建筑设计中多个 用户共享知识的问题，提出了概念模型框架。概念模型框架提出了用分布式对象模型来模 仿设计信息。它构造了更灵活方式来控制、多用户访问概念和示例信息。通过对象版本控 制，对象版本的流程线管理用来提高访问及多用户编辑的对象的完整性 9 i 。 韩国国家大学工业工程系开发的3 d s y n 系统可以使分布在不同地方的设计人员通过 i n t e r n e t 浏览同一个3 d 模型视图来进行协同设计和实时模型处理、交互活动【l 。这个系统 采用了a p p l e t - s e r v e r 结构，通过这个结构用户可通过w e b 主页与系统相连。通过用户的请 求，a p p l e t 从s e r v e r 端下载到客户端并在客户端执行。并且a p p l e t 可以和s e r v e r 通过交互信 息进行通信。 澳大利亚的s o u t ha u s t r a l i a 大学高级制造开发中心开发的c o c a d c a m 系统采用了面 向连接的连接操作，使分布在不同地方的c a d c a m 用户可以通过可靠的网络通信进行对 c a d c a m 几何数据进行处理i l “。 美国u i u c ( 伊利诺斯大学香槟分校) 的工程院的i s r l ( 信息系统实验室) 研究的i s a a c t l 2 l ( 集成的同步与异步协同框架) 着重考虑在决策、科学、工程、教育领域的实时决策中的计算 机辅助协作，使其更有效，更自然，可以对用户的多模式通信进行有效的响应。它的共享 机制是共享设计者选择的事件的状态及其封装的对象，即协同的用户是共享同一状态但不 一定会有相同的显示，比如同一状态在3 d 设计者和2 d 设计者中显示的画面是不一样的， 因为2 d 设计者不需要显示有关3 d 的资料。 德国的d a r m s t a d t 和r o s t o c k 计算机图形中心( z g d v ) 研制的c o o p e r a t i v ea u t o c a d 【l 驯 插件可无缝接入a u i o c a dr 1 4 ，可为每个c a d 用户通过消息交换服务进行两个或更多的 连接。它可以使本地分散的设计组通过 n t e m e t 或i n t r a n e t 同步的生成、讨论和操作他们的 2 d 或3 d 模型。 瑞士的s t g a l l e n 应用科技大学将c l a s sc a d ，k o o p e r a t i v e sa u t o c a d ，n e t m e e t i n g ， 8 山东师范大学硕士学位论文 p i c t u r et e l ，c o r b a 技术综合在一起，建立一个支持协同构造设计的原型，着重致力于同步 c s c w 系统的可行性研究。该系统特别考虑了不同的c a d 系统，信息内容可以在不同的 c a d 系统中演示。 美国g e o r g i a 大学大规模分布信息系统( l s d i s ) 实验室研制的工作流系统m e t e o r ( t h e m a n a g i n ge n d t o e n do r e r a t i o n s ) 是一个支持多范型的工作流管理系统，即该系统能够支持 分布异构环境下的企业内和企业间的各种工作流。该系统采用了完全分布的体系结构，在 系统中设计并实现了分布调度模块来完成工作流任务的最优调度【1 4 l 【l “。 1 3 本文的主要工作 在前面的研究现状中，通过研究分析几种主要的协同设计体系优缺点，可以看到随着 w e bs e r v i c e s 技术和协同技术的不断发展，w e bs e r v i c e s 能为构建协同系统提供更简单、灵 活、开放的基础平台。本文根据当前建筑设计对协同设计的迫切需求，针对建筑设计的特 点，w e bs e r v i c e s 技术对建筑协同设计环境的作用，对以下的内容进行了研究和探讨： 1 ) 从c s c w 技术的网络化需求入手，分析w e bs e r v i c e s 概念体系在协同设计中的作 用，将w e bs e r v i c e s 技术和c s c w 技术应用于建筑外观设计，提出了一种基于w e bs e r v i c e s 的建筑外观协同设计模型。 2 ) 基于系统框架，提出了一种以优先权控制的分层式协同设计过程和集中式控制解决 设计冲突的方法。 3 ) 对基于w e bs e r v i c e s 的c s c w 系统的设计与实现，将前面的研究讨论付诸于实践， 综合运用w e bs e r v i c e s 和c s c w 技术，借助微软公司的n e t 开发平台，设计实现了一个基 于w e bs e r v i c e s 的建筑外观协同设计系统。 1 4 研究意义 建筑设计牵涉到多学科的合作，是一项团队工作，这种多学科的合作需要反复修改和 协同以获得满足用户需求的最优设计方案，随着国际化分工和合作的深入发展，建筑设计 逐步发展成跨区域、跨国的多学科协作。在这种形势下，建筑协同设计模式及其支持平台 的重要作用就不言而喻。而基于w e bs e r v i c e s 的c s c w 技术为建筑的协同设计提供了一个 良好的异地协同环境，支持同步和异步协同两种工作方式，解决了建筑协同设计中的些 问题，丰富了建筑协同设计的方法，具有一定的理论和应用价值。 9 山东师范大学硕士学位论文 第二章协同技术与w e bs e r v ic e s 建筑的协同设计需要由分布在不同场所的，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 bs e r v i c e s 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i l6 j ： f 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。 ( 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问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 同设计应提供这些设计工具的管理方法。 ( 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。 1 0 山东师范大学硕士学位论文 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 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井，还必须实箍业务流程重构( 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，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一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i 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 山东师范大学硕士学位论文 之间的壁垒，并由此推动了协同设计学科领域的发展。现在的协同设计己不仅只有概念， 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1 1 6 】： ( 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 1 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，不同方面对同一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。 f 4 1 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 ) 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，；f l 司m 途的产品，甚至同类 1 2 山东师范大学硕士学位论文 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。同时协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没计模式。 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