（计算机应用技术专业论文）j2ee环境下协同设计中心服务平台研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 随着产品复杂程度的增加，产品的开发工作愈加趋向于依靠多个学科设计者的协 同工作。通过多学科协同设计，能综合考虑产品各方面的性能，协调和解决学科间的 冲突，从而减少产品开发周期及成本，提高产品质量。协同设计技术是目前一个比较 热门的话题，企业网络化制造也是现在制造企业的主要技术发展方向。 本文首先对协同设计概念进行了一些理论介绍，包括协同设计的相关知识和关键 技术，其中着重介绍了实现协同设计的协作模式和关键技术。同时，还介绍了现有的 几种异地协同设计的模型架构以及各自特点，然后介绍了系统开发中比较流行的开发 技术( 如框架开发等) ，最后，基于网络多层结构和j 2 e e 技术，提出了一种适合中 小型企业异地协同设计的体系结构。结合u m l 建模语言和面向对象的设计方法，给 出了异地协同设计中心平台的动态建模图( 包括序列图和活动图) 和静态建模图( 包括 用例图和类图) 。通过使用j a v a 语言和框架技术实现协同设计中心平台中的资源管理 功能和设计图像的实时传输功能。 根据以上技术和研究方法，采用j a v a 编程环境，使用j a v as e r v l e t 、j s p 、x m l 、 等技术，开发了一个基于w e b 的面向中小型企业协同设计中心服务平台原型系统， 在论文的最后，给出了部分实现的截图。本文的研究工作对于在网络环境下开展产品 的协同设计具有较大的理论和实际指导作用。 关键词：协同设计；混合模型；服务平台框架：j 2 e e 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ei n h e r ei nc o m p l e x i t yo ft h ep r o d u c t s ，p r o d u c td e v e l o p m e n ti n c r e a s i n g l y t e n d e d t o r e l y o nt h e m u l t i d i s c i p l i n a r yd e s i g n e r st ow o r kt o g e t h e r t h r o u g h m u l t i d i s c i p l i n a r yc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，p r o d u c tc a nb ei n t e g r a t e dt oc o n s i d e ra l la s p e c t so f p e r f o r m a n c e ，c o o r d i n a t i o n a n dr e s o l u t i o no f c o n f l i c t s ，t h e r e b yr e d u c i n gp r o d u c t d e v e l o p m e n tt i m ea n dc o s t s ，i m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fp r o d u c t s a t p r e s e n t ，t h e c o o r d i n a t i o nd e s i g n t e c h n i q u ei s ar e l a t i v e l yh o tt o p i c ，a n dt h e e n t e r p r i s en e t w o r k m a n u f a c t u r ei sa l s ot h em a n u f a c t u r i n gf i r m sm a j o r t e c h n i q u ed e v e l o p m e n td i r e c t i o n t h i sa r t i c l ef i r s ti n t r o d u c e ss o m et h e o r i e so nt h ec o n c e p to ft h ec o o r d i n a t i o nd e s i g n ， i n c l u d i n gr e l a t e dk n o w l e d g ea n dk e yt e c h n o l o g i e s ，a n di n t r o d u c e se m p h a t i c a l l yt or e a l i z e t h ec o o r d i n a t i o nd e s i g nc o o p e r a t i o np a t t e r na n dt h ek e yt e c h n o l o g i e s a tt h es a m et i m e ，i t a l s oi n t r o d u c e st h ee x i s t i n gs e v e r a lk i n d sd i f f e r e n tc o o r d i n a t et h ed e s i g nt h em o d e l c o n s t r u c t i o na n d t h e i r r e s p e c t i v ec h a r a c t e r i s t i c ，t h e n i n t r o d u c e st h e q u i t ep o p u l a r d e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yi nt h es y s t e md e v e l o p m e n t ( f o re x a m p l ef l a m ed e v e l o p m e n ta n d s oo n ) ，t h e n ，b a s e do nt h en e t w o r ks a n d w i c hc o n s t r u c t i o na n dt h ej 2 e et e c h n o l o g y , p r o p o s e so n e k i n da r c h i t e c t u r ew h i c hs u i t st h es m a l la n dm e d i u m s i z e d e n t e r p r i s ed i f f e r e n t t oc o o r d i n a t et h ed e s i g n t h i sa r t i c l eu s e st h eu m lm o d e l l i n gl a n g u a g ea n dt h e o b j e c t - o r i e n t e dd e s i g nm e t h o d ，e s t a b l i s h e dd i f f e r e n tc o o r d i n a t e dt h ed e s i g nc e n t e rp l a t f o r m t h ed y n a m i cm o d e l l i n gc h a r t ( i n c l u d i n gs e q u e n c ec h a r ta n da c t i v ec h a r t ) a n dt h es t a t i c m o d e l l i n gc h a r t ( i n c l u d i n gi l l u s t r a t i o nc h a r ta n dc l a s sc h a r t ) ，a n dt h r o u g hu s e dt h ej a v a l a n g u a g ea n dt h ef r a m et e c h n o l o g yr e a l i z e st h er e s o u r c em a n a g e m e n tf u n c t i o na n dt h e d e s i g ni m a g el i v et r a n s m i s s i o nf u n c t i o n f i n a l l y , a c c o r d i n gt ot h et e c h n o l o g ya n dt h e r e s e a r c hm e t h o da b o v e ，u s e st h ej a v ap r o g r a m m i n ge n v i r o n m e n t ，u t i l i z e st e c h n o l o g i e sa n d s oo nj a v as e r v l e t ，j s p , x m l , d e v e l o p e dac e n t e rs e r v ep l a t f o r mp r o t o t y p es y s t e mb a s e d o nw e ba n df a c e dt h es m a l la n dm e d i u m - s i z e de n t e r p r i s ec o o r d i n a t i n gt h ed e s i g n ，a n dh a s g i v e ns y s t e m sp a r tm o v e m e n te x a m p l e t h er e s e a r c hw o r ko ft h i sa r t i c l eh a st h eb i gt h e o r ya n dt h ea c t u a li n s t r u c t i o nf u n c t i o n t ot h ec o o r d i n a t i o nd e s i g no ft h ep r o d u c tu n d e rt h en e t w o r ke n v i r o n m e n t 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 ；h y b r i dm o d e l ；s e w e rp l a t f o r m f r a m e ；j 2 e e 桂林工学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在周德俭教授指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明 并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ：金丝 签字日期： 掣壁薯：五：6 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校 要求提交学位论文的印刷本和电子版本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版， 并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存 论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。( 保密论文 在解密后遵守此规定) 学位论文作者( 签字) ： 指导教师签字： 签字日期： 霖级 桂林工学院硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 i n t e m e t 的出现是信息时代的一个标志，作为信息共享和传输的主要载体，它为 基于网络的先进制造技术提供了可能。在信息化带动工业化的驱动下，随着信息技术， 特别是网络技术的迅猛发展，制造企业正在面临以信息化为主要内容的新的重大变 革。敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 0 1 ，虚拟企业( v i n u a le n t e r p r i s e ) 1 2 】和网络化制造 ( n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g ) 1 3 j 等新型的制造组织形式，被陆续提出并加以研究实旌。而 协同设计技术的提出，更是网络技术、制造技术和管理理念进行结合的升华。 无论是网络化制造，还是协同设计，其成功的关键在于企业之间有效的信息交互 和资源共享。由此，出现了众多的网上信息服务、交易和协作平台。许多大型的企业 集团，凭借其雄厚的经济实力和良好的基础设施，组建了行业性服务平台，吸引并促 使包括原始设备供应商、加工企业、中间商、分销商等在内的中下游企业的加入。从 而加快了信息在供应链上的传递，增强了协作能力，最终降低了各企业的成本，实现 了企业之间既竞争又合作的双赢。 然而，由于中小型企业自身的特点，存在着规模、经济、环境等多方面因素制约 企业设计环节，产品的开发创新能力比较薄弱。中小型企业的经济力量较弱，主要还 是粗放经济模式，通过上规模、利用密集劳动来获得利润。企业没有足够的经济实力 在研发和技术上进行投入，企业的产品开发创新能力受到了很大制约，从而影响了企 业的发展，反过来又制约了企业的技术和研发投入，周而复始，形成了现代中小型企 业的困境。如何充分降低投入成本、整合社会资源、共享资源、提高企业创新产品开 发能力、提高中小型企业的经济竞争力，成为了当前我区经济建设中迫切需要解决的 问题。 为此，我国许多地区开始推行区域性信息化工程，并已经开始着手建立区域性制 造服务平台，目的在于充分利用高校和研究院所的技术力量，提高区域内中小企业的 竞争力。 1 2 国内外相关研究综述 从c s c w ( c o m p u t e rs u p p o s e dc o l l a b o r a t i v ew o r k ) 技术提出以来，国外对c s c w 技术进行的大量的研究和应用，但较多的工作是集中在通用的c s c w 使能技术，而 专门面向设计领域的协同应用研究还不太多，直到近些年才成为国内研究的重点。 1 桂林工学院硕士学位论文 1 2 1 国外相关情况 9 0 年代年美国通用电气公司研究部发表了“计算机辅助制造网一c a m n e t 的结 构和应用，并通过i n t e n r e t 提供多种制造支撑服务。美国政府资助的a i m s 用于验证 多个公司合作时的供应链管理、转包加工和异地进行产品设计、开发等工作的可能性 1 3 1 。关于支持敏捷制造异地协同设计信息集成框架技术的研究，美国目前在研的项目 还有：由i b m 开发的国家工业信息基础协议( n h p i ) ，由敏捷航空制造研究中心研究的 系统集成体系结构，美国标准与技术国家研究院的项目：造应用的系统集成等【4 】。 9 0 年代中期，基于c s c w 的发展建立具有协同设计功能的支持环境，主要是 基于共享可视空间为设计者建立异步或同步的交流环境，开发能够支持私有空间和共 享空间的工具来实现协同设计【5 j 。 9 0 年代末到本世纪，基于i n t e m e t 环境协同设计系统的研究，主要是基于文档 信息共享的方式进行，优点是能够在异构、动态环境和更大的范围内建立协同设计， 难点是无法实现方便和实时的信息交互，特别是实时的多媒体交互：可以用桌面会议 系统来建立实时的计算机支持协同设计环境，这些桌面会议系统有较强的环境适应能 力，但一般只支持“点对点”或者“一点对多点”的多媒体信息交互。这些系统的特点是 通用性强，但缺少专门的设计专业信息支持。 c s c w 的全面进展推动了协同平台的发展进程。当前，c s c w 技术在协作方面 的研究主要表现在：基于w 曲的行为会话的协作机制【6 】1 7 】；基于模型的协作机制( 模 型主要由工作、任务、角色、文档、用户触发行为等) 【8 j ；基于任务和上下文的协作 机制【9 】：以及基于a g e n t 和m u l t i a g e n t 的协作机制【1 0 l 。在协同设计领域的应用主 要是利用这些模型，特别是决策支持模型来进行协同设计活动。 具体到应用方面：c o l l i e d 是一个支持同步共享的三维c a d 原型系统，英国b r u n e i 大学交互研究中心的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。利用 商品化软件a l i a s 的a p i 插件，完成a l i a s 系统和共享平台之间的实时交换，从而实 现产品模型的协同浏览，但是不能很好地支持协同；c o c r e a t e 公司在1 9 9 9 年推出了 商品化的协同设计软件- - o n e s p a c e 。该产品可以支持三维产品的协同查看和协同造型 但是不能实现异构c a d 协同之间的协同，只能在o n e s p a c e 提供的造型器下实现协同 工作。这是协同设计领域少有的基本可以实用的应用软件。 1 2 2 国内现状 我国在协同设计技术方面的研究只是刚刚起步，其研究也多数是在原先的 c a d c a e c a m 和仿真技术等基础上进行的。目前主要集中在理论研究和实施技术 准备阶段。基本情况如下： ， 2 桂林工学院硕士学位论文 1 9 9 7 年底西安交通大学的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”【1 1 l 并对分布式环境下的产品信息建模、现代产品设计方法、 知识获取方法等相关课题进行了研究。后来陆续出现了一些，有利用m i c r o s o f t n e t m e e t i n g 为基础平台进行二次开发1 1 2 1 ；有利用分布式对象建立基于信息共享的专 用系统【1 3 】【1 4 】；还有利用商用化的c a d 软件进行应用共享的系统1 1 5 】。协同设计工作 模型和原型系统的研究( 清华大学、中国科学院计算机技术研究所、北京航空航天大 学、浙江大学、南京理工大学等) 。这方面提出的模型有、基于应用程序共享的协同 模型【1 6 】、基于v r m l 的虚拟现实协同系统模型【1 7 1 、版本管理模型【1 8 1 【1 9 】、分布环境 下的产品模型【冽，以及基于a g e n t 和多a g e n t 协同设计模型等f 2 1 j 【2 2 1 。其中在基于 i n t e r n e t 的c a d 方面具有代表性的是国内比较有代表性的有南京理工大学张又良 开发的e c w s 系统、清华大学国家c i m s 工程技术研究中心建立的北京市公共网络化 服务平台和清华大学计算机科学与技术系史美林等设计的c o d e s i g n 模型。 综合来看，国内外对于计算机支持的协同平台的应用和研究正在走向成熟，也产 生了一些商用软件，但仍有不完善的地方，主要体现在： 基于w e b 的协同设计，这种情况一般只是开展了理论上的研究，建立了相关模 型，实施的比较少； 对具体的软件进行二次开发；具有简单的协同功能，但对异构操作系统的协同考 虑相对较少，基本上真正实质意义上的协同设计软件现在还比较少。 基于j a v a 语言设计的协同平台系统能够解决跨操作系统的问题，国外也出现一 些这样的系统，但是都非基于w e b ，因此仍需要维护客户端，增加了协作的难度， 容易造成混乱。 1 3 课题的来源、目的和意义 1 3 1 课题的来源 在广西科学研究与计划开发项目“面向中小型企业的网络化制造异地协同设计平 台研究与建设，( 编号：桂科计0 6 3 0 0 0 5 - - 8 ) 和广西研究生教育创新项目“网络化制 造异地协同设计平台开发中的若干关键技术研究”( 编号：2 0 0 7 1 0 5 9 6 0 8 1 2 m 1 2 ) 的资助 下，本文提出了“j 2 e e 环境下协同设计中心服务平台研究”这一课题作为硕士学位论 文的题目。 1 3 2 课题的意义 在产品的设计制造过程中，设计问题是一个多源的复杂处理过程，为了实现优化 3 桂林工学院硕士学位论文 的合理设计，设计师通常要引入多种设计方法，运用多种设计数据和知识来达到设计 的目的。然而，由于中小型企业自身的特点，存在着规模、经济、环境等多方面因素 制约企业设计环节，产品的开发创新能力比较薄弱。企业没有足够的经济实力在研发 和技术上进行投入，企业的产品开发创新能力受到了很大制约，从而影响了企业的发 展，反过来又制约了企业的技术和研发投入，周而复始，形成了现代中小型企业的困 境。如何充分降低投入成本、提高企业创新产品开发能力、提高中小型企业的经济竞 争力，成为了当前我区经济建设中迫切需要解决的问题。 结合广西制造业信息化网络服务体系建设，研究异地协同设计服务平台模型，可 依据此模型构建具有广西地方特色的机械、制药、制糖等行业的异地协同设计子平台。 为解决广西制造设计软件和人力资源贫乏、区域分布不平衡、利用不充分等问题，对 提高我区的行业竞争力和区域竞争力、提高中小型企业的创新产品开发能力、提高企 业管理的水平、构建节约型社会、促进广西制造业信息化的技术水平和建设步伐具有 较大的意义。 1 3 3 课题的目的 本文研究的主要目的是通过对协同设计技术的研究，结合j 2 e e 技术，在此基础 上结合广西制造业信息化的具体需求，从而提出一个协同设计中心服务平台的模型， 并对协同设计中企业组织模式、运作模式、协调模式以及异地协同设计模式的应用进 行探讨。其作用是为项目的实施提供一个具体的模型，同时也为制造行业构建类似异 地协同设计平台提供了一种参考模型。 1 4 论文的主要工作和章节安排 1 4 1 本文主要工作 1 、进行j 2 e e 平台构建。在进行网络化协同设计过程中，设计系统之间可能是 同构系统或者是异构系统，针对这种情况我们再结合j a v a 的一次编译，随处可用的 特性，采用j 2 e e 平台。这包括w e b 服务器的选择与配置，j 2 e e 服务器的设置、 w e b 架构的建立等。 2 、结合前人的研究成果，总结研究出自己的协同设计中心模型。运用u m l 对 协同设计中心的作用、意义以及它的工作方式进行分析，结合其作用对其功能模块进 行合理的划分，对各模块如何实现协同功能进行详细的分析，对各工作模块在系统框 架内实现工作的方式进行简单的设定。包括企业管理模式、组织模式、运作模式、协 调模式等设计制造异地协同设计模式等。 4 桂林工学院硕士学位论文 3 、结合协同设计中心平台的开发模式，对协同设计过程中服务器端实现功能进 行详细的分析，对部分模块进行具体实施。 1 4 2 本文章节安排 全文共分为六章，各章的内容如下： 第一章绪论，介绍论文研究背景，国内外研究的现状，论文研究的目的和意义。 第二章协同设计及其体系架构研究 第三章面向中小型企业协同设计中心服务平台研究 第四章平台建模 第五章基于j 2 e e 的异地协同设计平台的实现 第六章结论与展望 1 5 本章小结 本章阐述了协同设计技术在国内外的发展现状、发展趋势，同时分析了本文的研 究背景、研究内容，提出了j 2 e e 技术和协同设计中心服务平台相结合的方式来解决 制造异地协同设计的问题。 桂林工学院硕士学位论文 第2 章协同设计及其体系架构研究 2 1 计算机支持的协同设计 2 1 1 协同设计技术的提出 早在2 0 世纪6 0 年代，美国的d 英格巴特发表了一篇题为“ac o n c e p t u a l f r a m e w o r kf o rt h ea u g m e n t a i t o no fm a n si n t e l l e c t ”的文章，不仅对于超文本的研究起 了重要作用，而且对于c s c w 的研究开发也起了开创性的作用；到了2 0 世纪7 0 年 代，德国斯图加特大学物理学家赫尔曼哈肯教授( h e r m a n nh a k e n ) 就提出了“协同 学”研究的概念；1 9 8 4 年m 1 1 r 的i r e n eg r i e f 和d e c 的p a u lc a s h m a n 两位研究员正式 提出了c s c w 的概念。 c s c d ( c o m p u t e rs u p o r t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ) 是c s c w 在设计领域的实现，是 c s c w 的概念和技术在产品设计开发过程中的有效应用。在产品设计过程中，处于不 同层次、不同阶段的设计活动是在时空上分布的，如何实现这些时空上分布的设计活 动的协调及信息的实时交互是缩短产品开发时间、提高产品设计质量的关键。协同设 计就是针对这一需要而提出的，具体体现在以下几个方面： 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的信息模型。由于同一信息源在不 同的设计环境中描述不尽相同。不同的智能元出于不同的需要，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 1 设计过程的协同 将一完整的、复杂的任务分解成完全独立的子任务是不现实的，也是不必要的事 情。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的顺序协调一 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、不同企业的设计环节存 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另一重要内容。 5 ) 通信的协同 6 桂林工学院硕士学位论文 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 1 2 协同设计协作模式 根据人们的日常活动经验可以将c s c d 的协作模式按照时间和空间的概念进行 袁2 - 1c s c w 基本的协作模式 漆、：1 同步异步地域分希 本地本地i 司步本地& 异步 异地异地占同步异地& 异步 分类。具体地说，协作是同步的还是异步的，协作者的地域分布是异地还是本地， 由此而将c s c w 协作模式分成四类瞄j 1 本地同步模式 使得处于同一区域的合作者在同一时间进行同一任务的协作，如共同决策系统、 桌面会议系统、协同编着系统等。这一点和人们日常群体工作方式最为接近。 此类系统主要用于支持象决策会议这种本地组之间面对面的实时协作，如各种会 议室系统。它们所要达到的一个主要目标就是“你见即我见”( w y s i w l s ，w h a ty o us e e i sw h a tis e e ) 。这一点是通过一个在与会者之间共享的c h a l k b o a r d 而实现的。 在会议过程中，各与会者可以在c h a l k b o a r d 上添加文本、图像等对象以表达他 们的想法或意见，并可对这些文本和图像进行处理，如移动、删除、修改等( 数据的 生成) 。每个人的活动所产生的数据需要实时地传送到其他人那里去并以适当的方式 表示出来( 通知) ，使其想法、意图能够被别人所了解。在了解到其他人的情况之后， 每个人都可以决定下面该如何处理( 交互) ，这样来又会产生新数据，而这些新数据 又要被传送给系统中有关的用户。如此往复直至协同会话过程的结束。结束时用户可 能选择将会话过程中所生成的数据保存在他们本地机器上，以便以后继续加以利用。 这种数据存储功能可以看成是分布式的( 没有集中式的控制) 。 在此过程中当多个用户同时要访问同一个对象时( 如都要对此对象进行修改) ，为 保证数据一致性而必须采取合适的并发控制策略，如使用加锁、时间戳、或d o p t 及 其各种变形等；当一个用户访问其他用户所生成的对象时，应采取合适的访问控制策 略略，如基于一系列“权限矩阵”的方法等。另外为了避免将每个人的活动所产生的所 有数据都一点不差地进行传送所导致的性能和使用上的问题，可以将系统中的数据按 其被共享的程度而划分成私有、组间共享以及公有等几种类型。 2 本地异步模式 7 桂林工学院硕士学位论文 使得处于同一区域的人们在不同时间内进行交互，主要有布告系统和留言系统 危暂 时。 支持此种协同工作方式的系统有共享文件( s h a r e df i l e s ) 、t e a mr o o m s 等系统。 这类系统由于用户的地理位置不具有分散性，同时用户对它们的访问也是异步的，因 此不需要对数据的实时传递。它关注的重点更多的在于如何保证“长事务”处理中数据 的一致性与用户之间的互相感知。考虑共享文件的情形。注意这里的文件共享不同于 传统的文件服务器中的文件共享。在此种系统中，通常某一份文档是综合多个不同的 作者的的劳动成果而成的。常用的办法就是每个用户独立地( 异步，不同时) 完成文档 的一部分，然后在各作者之间进行校阅、批注、审定，最后定稿。因此系统所应解决 的问题是如何方便作者之间的信息交流，包括他们各自完成的文档部分、对其他部分 的批注、说明等，同时要对文档内容进行并发控制( 如不允许多个人同时修改文档的 同一部分，这是一种典型的长事务) 。除了这些长事务处理中的并发控制与通知之外， 这些系统一般都提供有数据保存功能( 使用文件系统或某种类型的数据库) 。 3 异地同步模式 使分布参加者可以进行实时交互协同工作，是最令人感兴趣的c s c w 的工作模 式。应用实例有：会议电视系统、远程协作系统等。 此种系统的典型代表有多媒体桌面会议系统。这类系统中的用户通常是分布在不 同的地理位置处。其中提供有一个与会议室系统中c h a l k b o a r d 类似的w h i t e b o a r d ( 电 子白板1 。在过去，由于用户的分散性，数据传送过程所使用的一般是速率较低、质 量较差的广域连接。另外为提高信息交流的质量，这类系统一般都提供有视频和音频 这类多媒体服务，这将导致待传送的数据量大大增加，对q o s 的要求也将更高，高 速网络的发展将能满足实现高质量的远程多媒体桌面会议系统的要求，这在远程医疗 实时诊断系统中有广阔应用前景。 在这类系统中，除了白板上的数据外，新增加的视频和音频数据将通过摄像机和 话筒采集下来然后分发到各会议参加者那里。视频和音频因其实时性的特点而必须 采取一些额外的控制手段，例如实时事件的同步( 视频和音频信息的同步) 、连续同步 ( 视频和音频信息在任何一方的变化各自都应保持其最初它们产生时的在时间上的先 后关系) 、多个参加者同时发言时的控制策略、录音、录像等等。对这些数据的处理 与对白板数据处理的要求是不同的。 4 异地异步模式 使地域上分布的参加者可以在不同时间内进行信息的通信，是传统邮政信件通信 方式的进一步发展，多媒体邮件系统是其发展的最高模式。 这类系统比较丰富，如b b s 、电子邮件、协同w w w 等等。目前的b b s 系统实 8 桂林工学院硕士学位论文 际上给用户提供的是一种文本信息的管理服务。这些文本信息被分成不同的类别f 讨 论区) 。用户将信息发送到b b s 服务器，b b s 服务器再将这些信息以适当的方式让有 关的用户了解到这些信息的存在，并进而决定如何对这些信息进行处理，如转发、回 复等。 电子邮件系统的功能从数据管理的角度来看则更为简单。整个邮件系统所做的实 际上是根据预定义的方式( 指定的接收者、转发路径等) 对邮件数据进行存储转发。当 然这种系统有一个严重的不足是目的机收到邮件之后它无法主动地将这一信息告诉 有关的用户，而只能是由系统在某些时机( 如用户登录或根据某些定时机制) 去检查邮 箱看是否有邮件到达。 2 1 3 协同设计的特点 与传统c a d 系统相比，协同设计系统有如下特点： 1 ) 多主体性：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 是互相独立的，并且各自具有领域知识、经验和一定的问题求解能力。 2 ) 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构，这一机构包括 各设计专家间的通讯协议、冲突检测和仲裁机制。 3 ) 共同性：多设计专家要实现的设计目标是共同的，他们所在的设计环境和上、 下文信息也是一致的。 4 ) 灵活性：参与设计的专家数目可以动态的增加或减少，协同设计的体系结构也 是灵活动、可变的。 表2 2 对传统c a d 系统和协同设计系统进行了比较详细的对比： 表2 - 2 协同设计系统和单机c a d 系统的比较 比较项目单机c a d 系统协同设计系统 运行环境单机网络 系统结构 孤立系统 分布式系统 设计过程独立运行设计过程或进程要有协调控制 交互和协同 否 是 设计数据单机存储，人工协调对设计数据要进行协同控制 安全性应注意存储安全 需要注意访问控制，存储安全和传输安全 2 1 4 协同设计的关键技术 开发计算机支持的协同工作系统的关键技术有：用户间通信，信息共享，项目管 理( 包括群体活动管理和个体活动管理) ，访问控制，协同可视化界面等等。 信息共享：信息共享是协同工作的基本任务，只有提供方便可靠的信息采集、访 9 桂林工学院硕士学位论文 问、修改和删除机制才能促进成员之间的协作活动。具体地说就是：提供运行在不同 操作平台上的不同应用程序对数据的存取和交换，例如对于电子邮件实现不同文档格 式的转换：支持分布成员、信息资源以及当前活动信息的维护：提供信息共享的不同访 问方式，如在电子会议室将整个会议过程分成：信息收集、信息评估和信息结论过程， 不同过程有不同的访问方式；支持用户了解当前使用信息被其它用户同步使用时做的 更改。 用户间通信：计算机支持的协同工作系统要求运行环境为不同工作模式提供相应 类型的通信服务，支持多媒体通信，允许进行视频、音频、图像、文字和数据的传送： 支持不同形式的通信，如：同步实时通信和异步非实时通信；支持不同媒体信息间的转 换。 群体活动管理：计算机支持的协同工作系统的目的是支持多个用户参与同作，所 以必须提供相应的机制支持群体活动，包括：可以安排群体活动的时刻表，活动主题 的安排：群体活动中成员间任务和责任的划分，如在进行多媒体文献写作时，编辑和 作者责任的划分，各章节作者的确定；工程中各种活动的协调，如工程中典型的分析、 设计、实现和测试的协调；用户之间工作的协调，群体工作必然涉及个体之间的冲突， 如何在满足系统实施的基本条件下完成一项工作，涉及到许多协调控制策略，如：令 牌控制方式，并发控制和协商控制等。 个体活动管理：在协调多个用户之间工作的基础上，计算机支持的协同工作必须 能够为单个用户提供方便而适宜的工作平台，保证用户的高效工作。 协同可视化界面：你见即我见”( w y s l w l s ：w h a t y o u s e e l 5 w h a t l s c c ) 是协同可视化界 面设计中常用的一种思想，但是在实际协同工作中，这种思想很容易造成共享界面信 息反复滚动、控制权的争夺，所以应适当考虑宽松的“你见即我见”以便于用户间更灵 活、方便的协调。 访问控制：为了安全性和其它一些社会性的需求，参加协调工作的用户必须能够 保留一部分私有数据不为群体共享，计算机支持的协同工作必须提供这样的机制支 持。 2 2 协同设计体系结构 2 2 1 计算机支持的协同设计的体系结丰勾【2 3 】 一个c s c d 系统远比一个单纯的c a d 系统复杂。首先，它应该是运行在网络环 境下；第二，各c a d 系统是自治的、任务是分工的；第三，各c a d 系统之间围绕 设计而进行交互和协同；第四，设计过程或进程要有协调控制；第五，对设计数据、 1 0 桂林工学院硕士学位论文 版本和结果进行协同控制。 因此，需要考虑对各子系统的数据库进行协同控制与管理，即建立一种“数据库 的协同管理系统”或简称“协同数据库”。这样，我们就可给出如图2 1 所示的组成原理 的体系结构。根据这种体系结构，结合实际任务与需求组建c s c d 系统。一般地讲， 组建的c s c d 系统应具备下列集成的技术特性： 图2 1c s c d 系统组成体系结构 高速宽带网络，保证三维信息、多媒体信息数据的正确可靠传输。 三维高性能c a d 工作站，能够进行异地数字化设计和数字化装配。 提供实时交互的计算机多媒体会议系统，具有音频、视频、白板、共享应用 功能。 以具有智能和动态特性的工作流管理系统( i d w f m s ) ，实现设计过程或进程 的协调控制和管理。 建立一种“数据库的协同管理系统”，对分布式异构数据库、设计数据、版本 和结果进行协同控制和管理。 2 2 2 常见体系结构 协同设计系统的结构和管理是密切相关的。不合理的结构将直接影响主体的功 能、增加系统管理的负担，无法提供好的协同支持，通常系统结构由以下几个因素确 定：系统的开放性；系统中的主体数量；子任务的耦合程度；多个主体是同构的、还 是异构的；主体是以整体目标为重，还是以个人利益为主等。在协同设计系统中，往 往由产品开发人员和主体一起协作完成产品的开发。在确定分布式协同设计环境的体 系结构时，由于设计任务的差别，采用的体系结构通常是不相同的。 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， 协同设计系统可以分为集中式协同设计系统和分布式( 复制式) 协同设计系统，以及混 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协同系统的相似与否，可以分为同构系统和异构 桂林工学院硕士学位论文 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，如复制式同步 异构协同设计系统。下面将对这些分类作一些基本介绍。 协同设计体系结构通常有两种划分方法： ( 1 ) 将其分为集中式结构、分布式( 复制式) 结构和混合式结构。 集中式结构 集中式( 如图2 2 ) 是指一种中央控制的体系结构，存在一个实际或虚拟的中央 控制和信息、知识交流交换的场所。在集中式结构中，各个模块是按客户机朋艮务器 ( c l i e n t s e r v e r ) 模式组织起来的。它将协调管理、应用共享、通信接口等模块集中 放在服务器上，在用户机上放应用工具、用户界面以及窗口服务等模块。用户机向服 务器请求某种服务后，由服务器决定激活哪个工具来完成该项任务。在这种结构中， 相当于有一个主控制器来管理整个协同的运行、通信和协调。 这种结构最大的优点在于集中式的服务器总可以保证结果的一致性，因为整个协 同系统只有服务器上存放唯一结果。其缺点也在于集中式的服务器，它可能带来整个 系统可靠性的降低和系统整体性能的下降。系统可靠性是指不能按序执行的冲突操作 按序执行之后导致服务器崩溃，整个系统陷于瘫痪。系统性能下降是指当服务器负载 比较重时，服务器对于站点事件的处理响应时间将大大加长。另外，客户端的建立也 是一个难题。集中式结构的客户端也基于w e b 的，也有a p p c l i a t o i n 形式的。基于w e b 的站点安装比较方便，但是w e b 页面的开发比较困难。基于a p p l i a c t o i n 的站点功能 比较强，且不需要重复开发，但是安装等比较麻烦，对系统资源的要求比较高。另外， 即使在服务器处理没有拥塞的情况下，服务器到客户端的数据刷新的数据传输量也相 当大。因此，集中式协同设计系统一般适用于交互不是很频繁，交互对象相对简单的 协同系统中。 图2 2 集中式协同系统结构 分布式结构 分布式结构。( 如图2 3 ) ，也称为对等实体式，它遵循i n t e r n e t i n t r a n e t 模式。是无 中央控制的体系结构，即每一个参与设计专家或主体无主从、无主次之分，而且每个 设计主体间都存在着一个可能的直接通讯；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；数据和知识也可以集中于某一工作区域之中，有利于 桂林工学院硕士学位论文 分布式控制的多个设计主体间数据交流。在这种结构模型中分散在每台客户机上的应 用程序地位相等，它们接受用户动作，计算操作结果，并将结果广播给其它用户。 分布式( 复制式) 协同设计系统可以避免集中式结构可靠性差，事件处理响应时间 慢等问题。当一个站点由于冲突服务崩溃后，其他站点之间仍可以继续进行协同，且 崩溃站点可以根据其他站点的历史记录进行恢复。和集中式协同设计系统的单服务器 机制不同，分布式( 复制式) 站点本身具有事件处理能力，不需要等待服务器的响应。 因此，分布式( 复制式) 协同设计系统适用于交互活动比较多的场合，如同步协同设计。 但是由于系统响应性的增强和多个结果复制的系统结构，各站点上结果的一致性维护 变得相当困难，系统地复杂程度大大提高。 在分布式( 复制式) 结构下，由于目前的商品化协同系统种类繁多，且各有各的特 点和固定的用户，重新开发一套新的商品化软件进行协同设计显然并不能为广大的设 计者所接受，因而各个站点可能适用异构的商品化协同系统。这样设计者不必再去熟 悉新的软件而是直接在自己已经很熟悉的软件上与其他设计者进行协同设计。但是由 于各个商品化系统直接从上层的操作命令到底层的数据结构往往都由较大的不同，这 个异构系统之间的协同设计带来了很大的困难。 图2 3 分布式协同系统结构 混合式结构 集中式和分布式分别具有不同的优缺点，单纯的集中式和单纯的分布式都不能较 好地满足协同工作的需要。联邦式集分布式和分布式的优点于一体，既能使系统具有 较好的灵活性和较短的响应时间，又保证了系统信息和资源的一致性，还能使用户动 态地加入到协作中去。联邦式体系结构采用分布式与集中式相结合的方式，即由几个 主设计专家组成一个分布式设计的体系结构，每一个主设计专家的下属设计专家是采 用集中式设计的体系结构，即设计专家之间是通过主设计专家的控制而完成设计的数 据之间的交换和交流。 混合式协同设计系统实际上是将分布式( 复制式) 协同设计系统与集中式协同设 计系统进行综合，以期发挥其各自的优点，并避免各自的缺点。与分布式( 复制式) 协 同设计系统类似，参与写作的各站点也各自维护一个结果复制。当站点产生时间之后， 事件被发送到服务端进行统一调度，并将调度后的事件返回给站点执行。虽然这种方 1 3 桂林工学院硕士学位论文 法可以在一定程度上降低复制式协同设计系统的一致性控制的复杂度，但是却无法避 免集中式协同设计系统的可靠性差和响应满缺点。另外，通过回退等方法也能容易的 在分布式( 复制式) 系统中实现类