（机械设计及理论专业论文）企业cad系统协同技术（cscw）的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 c s c w ，即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 ( 计算机支持的协同工作) ，研 究的是在分布环境下，如何利用计算机来支持合作者之间的交互。它是在计算机 技术、网络技术、多媒体技术等的基础上发展起来新兴的网络应用，具有很大的 使用价值和应用前景。c s c w 系统由以前的局域网环境向现在的i n t e r n e t 环境发展， 旨在提供一个全球范围的协同工作系统。它的实现，必将会促进人们的相互交流， 提高人们的工作效率。 c s c w 应用系统可分为通用系统和专用系统，当前国内外的研究重点在专用 系统。协同设计系统是c s c w 的典型应用，属于c s c w 专用系统。本文结合具体 项目，重点讨论了计算机协同工作的专用c a d 系统的设计和实现。全文主要包括 以下几个方面：在文章的开头，阐述了c s c w 的概念、相关的计算机技术及协同 设计系统；紧接者讲述了c s c w 平台的开发及实现c s c w 系统的一般原理和方法， 提出了基于多a g e n t 的协同设计系统的整体框架；紧接着阐述了本系统中协作代 理的结构，并对协作代理的功能模块进行了深入的研究；论文还阐述了协作系统 用户界面的私有窗口的实现，并详细讲述了面向对象方法和组件技术在本系统中 的应用；最后是全文的总结，概括了本论文所作的主要工作，就协同设计系统的 发展完善提出了作者的看法，对协同系统的未来发展作了展望，并指出了下一步 研究工作的方向。 计算机支持的协同工作将是未来的计算机应用系统的主要内容和发展方向， 因此本文的研究工作具有一定的理论意义和应用前景。 关键词：计算机支持的协同工作多代理o o m 组件技术 l 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t c s c w ，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 ，m a i n l yf o c u s e so nt h er e s e a r c h o ft h ei n t e r a c t i o na m o n gag r o u po fu s e r si nd i f f e r e n tp l a c e su n d e rt h es u p p o r to f t h e c o m p u t e r i ti sd e v e l o p e do nt h eb a s eo fc o m p u t e r , n e t w o r k ，m u l t i m e d i a t e c h n i q u e s ， a n di tw i l lh a v ea g r e a tv a l u ea n d a g o o df o r t u n e ，t o d a y sc s c w s y s t e mr u n sn o to n l y o nt h el o c a ln e t w o r ke n v i r o n m e n t ，b u ta l s o o ni n t e r n e t ，p r o v i d i n ga c o o p e r a t i v e e n v i r o n m e n ti nt h ew o r l d ，a n di tw i l lb r i n gg r e a te f f e c to n p e o p l e s l i f e ! c s c w a p p l i c a t i o ns y s t e mc a nb ec l a s s i f i e di n t oc o m m o ns y s t e ma n ds p e c i a l s y s t e m m o s tr e s e a r c hw a sf o c u s e do ns p e c i a ls y s t e m c o o p e r a t i v ed e s i g ns y s t e mi sa t y p i c a la p p l i c a t i o no fc s c w , i tb e l o n g s t os p e c i a ls y s t e m c o m b i n i n gw i t h p r o j e c t ，t h i s p a p e rs t u d i e st h ek e yt e c h n o l o g i e so fc s c w a n dd e s c r i b e st h ei m p l e m e m a t i o no f s p e c i a lc a ds y s t e m t h i sd i s s e r t a t i o ni so r g a n i z e d a sf o l l o w s ： a tt h ef i r s tp a r to fd i s s e r t a i o n , i tg i v e sab a s i cd e s c r i p t i o no ft h ec o n c e p t sa n d d e v e l o p m e n t o fc s c ws y s t e m ，t h er e l a t i v e c o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e r s u p p o a e dc o o p e r a t i v ed e s i g ns y s t e m t h e ni td e s c r i p t sh o w t or e a l i z et h ec s c w s y s t e m i t a l s o b r i n g s f o r w a r dt h ec s c ds y s t e m s i n t e g e rf r a m e w o r kb a s e d o n m u l t i a g e n t s i td s e c r i p t st h es t r u c t u r eo fc o o p e r a t i v ea g e n to ft h i ss y s t e mt o o ，i ta l s o g i v e s at h o r o u 【g hr e s e a r c ho nt h e c o o p e r a t i v ea g e n t s f u n c t i o nm o d u l e s i tt h e n d e s c r i b e st h es t r u c t u r ea n di m p l e m e n t a t i o no ft h ep r i v a t ew i n d o wo ft h i sc s c w s y s t e m i td e s c r i b e sh o w t ou s eo o ma n dc o m p o n e tt e c h n o l o g yi nt h i s s y s t e mi n d e t a i l a tt h e e n d ，t h es u m m a r y o ft h i sd i s s e r t a t i o ni sm a d ea n dt h ef u t u r e d e v e l o p m e n t sa r es u g g e s t e d c s c ww i l lb et h em a i nc o n t e n ta n dd e v e l o p m e n td i r e c t i o ni nt h ef u t u r e a p p l i c a i o ns y s t e m a sar e s u l t ，t h er e s e a r c hw o r ki nt h i st h e s i sh a sb o t ht h e o r e t i c a l s i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a lp e r s p e c t i v e k e y w o r d s ：c s c w m u l t i a g e n to b j e c to r i e n t e dm e t h o d c o m p o n e tt e c h n o l o g y 1 l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承 担。 学位论文作者签名：固杠泌 t 7 期：h v 年中月；，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，即：学校有 权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 借阅。本人授权华中科技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。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于不保密 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 闾耖破 日期：h 。年呼月；。日 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 计算机技术的发展把人类社会带入了信息化时代。随着信息化进程的深入， 通信技术与计算机及其网络技术相融合，产生了一个新的研究领域计算机支持 的协同工作c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) ，简称计算机协同工作。 它是信息化进程发展的一种必然产物，它将提高人们的工作效率，促进社会生产 力的发展，将深刻影响人类群体生产方式、工作方式和生活方式。 1 1c s c w 的概念与分类 1 1 1 计算机支持的协同工作的概念 c s c w 1 1 这一概念最早是在1 9 8 4 年由美国m i t 的i r e n eg r e i f 和d e c 的p a u l c a s h m a n 这两位研究人员用于描述他们正在组织安排的有关如何用计算机支持交 叉学科的人们共同工作的课题时提出来的。一开始对于c s c w 的含义、研究的范 围和焦点并不是很清楚的，先后有过不同的定义，例如：g r e i f 曾定义c s c w 为 “一个关于计算机在群体工作( g r o u pw o r k ) q b 的角色的独特的研究领域”。而 b a z m o n 和s c l l t l i d t 在1 9 8 9 年提出“c s c w 应致力于研究协同工作的本质和特征， 并以此为基础来设计出具有足够的计算机技术支持的协同工作的信息系统”。我们 把“计算机协同工作”定义为：地域分散的一个群体借助计算机及其网络技术，共 同协调与协作来完成一项任务。它包括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。通过建立协同工作的环境，改善人们进行信 息交流的方式，消除或减少人们在时间和空间上的相互分隔的障碍，从而节省：r 作人员的时间和精力，提高群体工作质量和效率。如：共享文件系统提供的资源 共享能力、电子邮件和多媒体会议系统提供的人与人之间的通信支持功能、工作 流和决策支持系统的组织管理功能。我们把支持协同工作的计算机软件称为群件 f g r o u p w a r e ) 。c s c w 是一个多学科交叉的研究领域。不仅需要计算机网络与通信 技术、多媒体技术等计算机技术的支持，还需要社会学、心理学、管理科学等领 域学者共同协作。计算机协同工作将计算机技术、网络通信技术、多媒体技术以 及各种社会科学紧密地结合起来，向人们提供了种全新的交流方式。 1 华中科技大学硕士学位论文 1 1 2 计算机支持的协同工作的分类 群体协作方式的多样性，为c s c w 研究提供了丰富的内容。在c s c w 系统 中，人们围绕着共同的任务需要进行交互通信( i n t e r a c t i v e c o m m u n i c a t i o n ) 、协调 ( c o o r d i n a t i o n ) 、协作( c o l l a b o r a t i o n ) 协同( c o o p e r a t i o n ) 等基本活动。我们可 以根据c s c w 系统中的基本活动方式、群体成员地理分布位置、使用的基本工具 和工作环境、应用等对c s c w 系统进行分类： 交互协作方式：群体成员之间的协同工作按时间划分可有同步方式和异步方 式两种。在同步方式时，群体各成员在同一时间进行同一任务的协作。在异步方 式时，群体各成员在不同时间进行同一任务的协作。 按群体成员的地理分布，协作又分成同地协作和异地或远程协作。 按群体规模分类：两人协同系统和多人协同系统。 按使用的基本工具和工作环境：在c s c w 系统中所使用的基本支撑环境和 工具有信报系统( m e s s a g es y s t e m s ) 、电子布告栏、会议系统、协同写作和讨论 ( 编著) 系统、工作流系统和群件等。 按c s c w 应用系统：c s c w 有着广阔的应用领域，我们可以按应用情况加 以分类，如协同科研系统、协同设计系统、远程医疗系统、远程教育系统、协同 决策系统、军事协同( 参谋会议) 系统和协同办公系统等等。 1 2c s c w 相关的计算机技术 在当前的c s c w 研究中，主要技术基础是计算机及计算机网络技术，主要的 动力来源于广泛的应用需求。其中许多关键技术还有待解决。这些关键技术的深 入研究是c s c w 应用系统出现飞跃的基础【2 l 。 1 ) 群体协作模式 c s c w 研究的目标是提高群体成员间的协调配合水平，为此必须深入了解人 类群体内成员间的协作模式，以指导协同工作技术和方法研究。c s c w 中对群体 协作模式的研究，是利用社会科学的研究成果，进行跨学科研究，概括出人类群 体协作模式，用于指导协同工作技术研究。这里的难点在于c s c w 与社会科学的 交叉和结合。 2 ) c s c w 系统模型和体系结构 在不同应用背景下的c s c w 应用会有许多差异，但它们的共同特征是提供支 持人类协同工作的工具。为了简化和指导c s c w 应用系统的开发，概括各种 2 华中科技大学硕士学位论文 c s c w 应用系统的共同的协同工作特征是十分必要的。其中的一个重要内容就是 形成一个适用范围较广的c s c w 系统模型和体系结构。 3 ) c s c w 系统中的群组通信支持 已有的计算机网络技术，特别是开放系统互连参考模型中主要考虑的问题是 点到点的通信。这是计算机网络在互连和互操作情况下的主要通信模型。但在计 算机协同工作时，要协调的可能是成百上千台计算机的同时协调工作，要进行点 到多点和多点到多点的群组通信。协同工作系统要通过计算机及其网络来协调人 类群体的行为。群组通信对计算机网络提出了更高的技术要求。 4 ) 协作控制机制 在人们的协作过程中需要遵循一定的规则，否则会引起协作的困难。协作控 制机制讨论协作过程中产生的各类协作事件间的逻辑关系。c s c w 应用系统的协 作控制机制要考虑到群体成员在协作时的行为习惯和心理状态，向各成员提供协 作所需的信息。目前的许多c s c w 应用系统提供一定的信息交流手段和工具，但 没有体现协作规则，而由群体成员人为协调各自的行为。这方面的主要研究内容 是协作规则的抽象和协作规则在c s c w 系统中的实现。 5 ) 同步机制 群体成员协作的一个基本要求是向各成员提供一致的工作环境。各类协作事 件的产生也需要遵守一定的时间关系，这些时间关系维持是通过同步机制实现的。 同步机制讨论协作过程中产生的各类协作事件间的时序关系。同步机制研究难点 在于同步关系的描述和实时服务的提供。目前缺少有效的同步关系描述手段，而 且常见的操作系统都无法提供严格的实时服务。 6 ) c s c w 系统的安全控制 在军事应用等许多c s c w 应用系统中都要求严格的安全控制。c s c w 系统的 安全控制主要体现在以下几个方面：成员身份验证、成员权限控制和数据加密与 解密。c s c w 系统中的安全控制重点是在群组通信环境中如何在保证数据安全的 前提下提高传输效率，有效地进行密钥的传递和管理。 7 ) 应用共享技术 应用共享是指由一个群体的各成员通过各自的机器共同控制在一台机器执行 的应用程序。应用共享的目的是扩展已有的大量单用户应用程序，使之可由多个 用户共同控制，实现协作。应用共享的基本方法是把单用户应用程序的显示输出 分发到各用户的机器上进行显示，并按一定策略合并各用户的输入对应用程序进 行控制。 3 华中科技大学硕士学位论文 8 ) c s c w 应用系统开发环境和应用系统集成技术 c s c w 的摩用领域十分广泛，良好的c s c w 应用系统开发环境可缩短应用系 统开发周期，降低应用系统的开发成本。c s c w 应用系统开发环境就是在解决计 算机协同工作关键技术的基础上，形成协同工作的应用编程接口( a p ，a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) ，为各种c s c w 应用系统提供一个功能完善的开发环境。 c s c w 应用系统开发就是在此基础上进行剪裁，选择适当的协作模型和控制机制， 构造c s c w 应用系统。c s c w 应用系统开发环境需在解决协同工作关键技术的基 础上提供相应的a p i ，并且能适应不同机器和操作系统环境，便于应用系统的剪 裁和集成。 9 ) 多媒体和超文本( h y p e r t e x t ) 技术 以音频和视频技术为主要内容的多媒体技术在c s c w 系统也占有重要地位。 日前c s c w 领域的许多研究工作的目标就是建立多媒体计算机会议系统，但目前 c s c w 应用系统中大量音频和视频信息的使用会带来网络传输的拥挤。c s c w 系 统要求音频和视频压缩算法具有分优先级传输、抗丢失、传输速率可变、高压缩 比等特点，为此必须针对c s c w 系统的需求研究音频和视频压缩算法。 超文本是“声、文、图”结合在一起，比一般文本具有更强的信息综合表达 能力。超文本又是一种典型的数据库技术，但它不是一种线性的结构，而是一个 非线性的网状结构，它由结点、链、网络三个基本要素组成。结点是表达信息( 文 本、图形、图象、音频、视频、动画、程序) 的一个单位。用链将结点链接起 来构成网络，它具有类似于人工智能中的语义网的特性。超文本这些特征使它在 c s c w 系统中具有很广阔的用途。 1 3 计算机支持的协同设计系统 1 3 1 计算机支持的协同设计( c s c d ) 概念 计算机支持的协同设计( c s c d ) 【3 【4 1 【5 焖是c s c w 的概念和技术在产品开发 过程中的有效应用。c s c d 具有分布式的信息集成、过程集成和组织集成的特征， 1 芭以“产品”( 广义的概念) 为核心和目标组织多学科和不同技术的人员进行分布 式协同设计。这是一种以信息的采集、传输与交换、加工处理、信息管理等为 核心的“协同数据库”作为其“信息集成”基础，以工作流系统( w f m s ) 技 术进行设计进程的协调和控制作为“过程集成”的方法，基于团队并强调人- 人交互关系有多方参与协同设计以体现出“组织集成”，在计算机网络环境下进 华中科技大学硕士学位论文 行“产品”设计开发的新型模式。 l3 。2 c s c d 系统组成的体系结构 通过上面分析，我们认为，一个c s c d 系统远比一个单纯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 兼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、版本和结果要进行协同控制。因此，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，我们就可以给出其如图1 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： 】) 高速宽带网络，保证二维或三维的、多媒体信息数据的正确可靠传输。 2 ) 二维或三维高性能c a d 工作站，能进行异地数字化设计和数字化装配。 3 ) 提供进行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。 圈1 - 1c s c d 系统组成体系结构 4 ) 以具有智能和动态特性的工作流管理系统( i d w f m s ) 来实现设计过程或 进程的协调控制和管理。 5 ) 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。 5 华中科技大学硕士学位论文 1 3 3c s c d 系统协同工作模式 在c s c d 系统中，分布在不同地点承担不同予任务的设计者之间的交互通信 和协商要贯穿在整个设计过程中。从产品的需求分析、创意起，子任务的分配和 设计执行过程，工程设计的完成等各个阶段都需在并行工程环境协同技术的支持 下实现不同级别的通信和协商。一般地，我们可以根据各子任务和子系统在各个 不同设计阶段相互关系耦合的紧密程度，把协同分成三种：松散耦合、中度耦合 及紧密耦合等三类 7 l 【8 1 。 1 ) 松散耦合协同设计模式 + 各子任务之间的耦合比较松散。松散耦合协同设计模式是走向并行工程的最 初一步。从技术上讲它可以直接从现有的分布式工程环境中获得，它可用于那些 不需要进行大量的通信但相互相关的工程设计任务中。 2 ) 中度耦合协同设计模式 各子任务之间有中等程度的耦合，“通信阻抗”不能太大。因为，在解决问题 过程中各任务之间要进行信息交换，而不只是在开始或结束，通信耦合相对地说 比较紧密。计算机支持工具要用来自动地管理各方之间的信息转换和传输；如交 互大多数是隐藏在接口程序里，网络的位置对用户是不大可见的，虽然接口工具 必须感知它的存在；在各方进行通信时，肯定会有许多变换，但都隐藏在计算机 工具里等。然而仍然还存在着冗余和数据一致性问题，以及用户在某种程度上感 知到网络的延迟。在中度耦合协同设计系统中可用一个共享数据库作为各子任务 问的通信媒体，但需要解决好数据库访问的冲突问题。 3 ) 紧密耦合协同设计模式 在这种模式中，一个设计任务往往是按层次结构划分成许多相互间关系密切 的子任务，他们在并行工程的环境中执行。层与层之间通过接1 3 或代理( a g e n t ) 进行交互，各子任务之间不仅有频繁的信息交换，而结果也相互有影响，因此这 是一种耦合很紧密的协同设计。 1 3 4 协同设计中的对象描述模型及表示问题 在协同设计中另一个需要解决的问题则是关于设计对象的描述。因为参加协 同设计的设计者会来自不同的学科、技术部门、承担不同的任务和担当不同的角 色。因此。对于同产品的描述，会从不同的角度和观念及其作用去考虑。这如 同在房屋建筑设计中，对于墙、地板、门、窗这些基本构件，建筑设计师、结构 华中科技大学硕士学位论文 工程师、制造与施工者会有不同的观念，会从不同的角度去描述和进行设计。这 样，同一对象，就有多个不同的描述模型( 组成、参数、功能、性能等) 。单一描 述模型在协同设计中就不是很方便了。例如，我们不能简单地只用“尺寸大小” 或“一张兰图”来描述一个“窗户”的设计，建筑设计师要从窗户的形状、美观、 采光量等来进行设计，结构工程师会从结构强度、几何尺寸等方面加以设计，而 制造与施工者会从材料、加工难易、完成时间等来考虑。他们既有自己的设计方 案，也会向对方提出建议，或根据对方的意见来修改自己的设计。即相应的对象 描述，这也是协同设计中的一种协调。但在协同设计中，往往也可以通过以某种 基于基本模型表示的方法来获得各种不同描述模型。这种基本模型表示了任何一 个设计对象的功能特性和结构特性，它可以包括目的、功能、性能和结构等。各 种对象描述模型就可以根据其相应学科观念选择或强调相应的方面或参数，用此 基本模型把设计对象表示出来。 1 3 5 协同设计中的版本控制问题 在协同设计中掌握产品的开发过程是十分必要的：这是因为一个功能与性能 完善的产品的问世，必然要经过创意、初样、中试、正样、定型、更新等不同的 阶段；每个阶段的的设计及中间结果，都是在前一阶段结果的基础上进行增量式 的设计，不是一切从头开始，这样既能保证产品质量控制也可缩短设计开发周期。 因此，产品设计开发的版本管理与控制就显得十分重要。这在一般集中式产品设 计中相对地讲容易管理，然而在分布式协同设计中，由于多方人员参与设计、对 象模型的不一致和多重性、数据库的分布性、同步控制的复杂性等原因，如何保 证对设计产品的版本( 数据库) 有效的、有权限的、分散与集中相结合的、前后 一致的而又不是繁冗的管理控制就很关键。 1 4 课题的来源和主要工作 现在c a d 技术已经在各个领域得到广泛的应用。但是，在企业中可能有以下 这些情况：企业设计人员暂时短缺，也很难在短时间内引进到合适的设计人员； 企业的设计人员分布在不同的地理位置，在使用单机c a d 系统时，设计人员之间 不能有效的交换设计数据，从而导致设计过程中经常出错；另外，对一些规模较 小的企业，其技术人员水平有限，可能经常需要借用非本企业的技术人员参与协 同设计。基于协同工作 拘c a d 系统就能很好地解决上述r - j 题，他使设计人员之间 华中科技大学硕士学位论文 能够实时地交换设计数据，外地设计人员也可通过i n t e m e t 网参与设计，这必将大 大提高企业的设计水平和竞争能力为企业创造好的经济效益。 本项目是受广东一化工企业所托，开发针对其企业具体需要的专用c a d 系 统。对于化工行业，其行业标准及其常用标准件和通用部件具有特殊性。在本c a d 系统中，将开发针对化工行业设计需要的标准图库，使本c a d 工具能方便地调用 其标准图库，这样将大大提高设计速度及效率。在后续开发中，该c a d 系统还应 具备设备性能检测的辅助功能，如管道之间是否连通、溢流阀位置是否正确等， 这些都是通用c a d i 具所不具备的功能。基于上面的分析可知，单机c a d 系统不 能很好地满足企业的需求。在根据用户的需求开发本系统的同时，我们考虑到以 后发展的需要，也为用户完成了基于计算机支持的协同设计系统的总体框架设计， 并对协同设计系统作了些理论研究，这对我们以后的进一步开发有着很好的指 导意义。 3 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = i i i i , = = = = = 2 1 2 = = ；= = = ! = = = = = = ；= = = = = ! = = = = = = = = 2 系统总体设计 在信息化和数字化时代里，面对激烈的市场竞争环境，具有独立设计能力的 化工企业如何以团队精神和信息技术缩短其产品的开发周期、提高产品质量、释 低成本和加强销售服务是其自身生存和发展的关键之一。这已经超越了用户个人 的能力和单机的c a d 系统的功能。发展计算机支持的协同设计工具和系统已成 为一种必然的需求。在大多数小型化工企业里，传统的产品设计是在图纸上手工 设计为主，设计周期长，质量不能保证，设计成本高。c a d 技术的的出现和发展 大大改变了这种情况，产品设计有了质的飞跃。随着c a d 系统的广泛使用与计 算机支持的协同工作领域研究的迅速进展，将c a d 技术与c s c w 技术结合起来， 以开发出计算机支持的协同设计系统。这对于大型设备的联合数字化设计、数字 化装配等设计过程特别有效，对于计算机集成铹0 造系统( c m 】s ) 和平行工程协同 ：= 作系统( c e c w s ) 的进一步发展具有重要作用，将是c m i s 和c e c w s 的重要 组成部分。 系统总体方案设计的好坏是系统成败的关键。它包括三个方面：系统设计方 案、系统体系结构和系统层次结构，三个方面相互联系又相互独立，下面本文将 从这三个方面出发来完成本协同系统的总体设计。 2 1 系统平台的分析与选取 2 1 1 通用平台方案与专用平台方案 c s c w 系统的设计方案有两种思路，即通用平台方案【8 】和专用平台方案【9 1 【1 0 】。 所谓专用平台方案就是在现有的应用基础上加上共享、协作等功能，形成面向具体 应用的c s c w 系统，如改造单机c a d 系统为支持协同工作的c a d 系统。这种方 案减少了开发的难度，也有利于设计人员的熟悉与掌握。一般实现专用平台方案是 在计算机操作系统与应用程序之间建立c s c w 支持层，如图2 一l 所示。网络层实 际是操作系统提供的，应用层直接和设计人员打交道，中间的协作层就是所谓的协 作平台。协作层利用网络层的通信功能对c s c w 应用提供一些服务，让上层应用 具有一些协作的特性。 9 华中科技大学硕士学位论文 惠川程序 计算机脚同系统 实际的计算射l 避信网络，包括局域恻、广域网、i n l e r n e t 等 图2 - i 专用系统平台方案 通用平台方案力图建立适用于所有c s c w 应用的普遍的底层结构。这种方案 以s p c s c w ( s u p p o r t i n g p l a t e f o r mf o rc s c w ) 为代表，如图2 - 2 所示。 2 1 2 方案选取 图2 - 2s p c s c w 支撑平台结构 本系统选择了专用平台方案。正如大家所知，目前的i n t e m e t 网络的速度和 带宽还不能够满足实时传输的需要，尤其是当距离比较远的时候，所以通用平台 方案在物理上的实现有一定的困难。另外，通用平台方案力求建立适用于所有 1 0 粤圈圈 华中科技大学硕士学位论文 c s c w 应用的普遍的底层结构，必然要考虑到各种情况，针对用户所需要的协同 c a d 的各个方面必然不能考虑周全。选用专用平台方案能够在满足用户需求的基 础上简化开发难度，提高开发速度。 2 2 体系结构的分析与选取 在化工企业的设计部门中，个大的工程项目的设计任务决非个设计人员 能够完成的，而是众多设计人员共同设计的结果，这也是本项目采用协同设计系 统的原因。参与这个项目的所有设计人员被分为一个或者几个协同设计小组。这 时，就必须考虑协同设计小组的设计员之间通过什么样的方式来完成协同设计任 务? 是设计人员之间通过点对点的方式? 还是设计人员之阗通过一个服务器进行 交互? 当通过服务器进行交互时，如果服务器出现了故障，又该如何解决? 因此， 必须选取一种恰当的体系结构来确保该协同设计系统能够很好地实现。 2 2 。i 三种体系结构的分析 协同体系般有三种组成方式：对等方式、客户机服务器方式以及浏览器 服务器结构【1 ”。 1 ) 对等方式 在对等方式中，各个站点的功能是相同的。每个站点都保存一份共享数据的 拷贝，一个站点的数据修改后就通知其它的站点进行同样的修改操作。现在的小 型群件系统多采用对等的方式，比如m i c r o s o f t i n t e r n e te x p l o r e 中的n e t m e e t i n g ， n e t s c a p e c o m m u n i c a t o r 中的n e t s c a p e c o n f e r e n c e 等，提供了类似如电话的点到点 语音通讯和多点共享白扳等功能。这对于两三个人之间的协作是很方便的，因为 它不需要单独的会议服务器。有时，设立一个目录服务器起到类似于电话号码薄 的作用。 对等方式在连接上可以采用全连接或树型连接。全连接是指每两个站点之间 都有一条连接，这样需要保持的连接太多，占用的网络资源也多。树型连接则是 要加入的站点通过呼叫一已经加入的站点来加入协同设计小组，从而形成树型结 构。如图2 3 所示，客户机4 和客户机5 呼叫客户机2 来加入协同设计小组。这 种结构缺乏灵活性，如客户机2 退出后，则客户机4 和客户机5 就断开了和客户 机1 的连接。 但对等方式最大的缺陷在于难以维护数据的一致性。由于网络传播有时间延 华中科技大学硕士学位论文 迟，各个设计人员的操作传送到别的设计人员有可能已经被别的设计人员做了修 改，从而使数据的维护比较困难。 图2 - 3 树型结构示意图 2 ) 客户机服务器方式 客户机，服务器方式由一个服务器和若干个与之相连的客户机组成a 服务器的 功能与客户机的功能是不同的：服务器维护一份全局数据的拷贝，设计人员在客 户机上对数据进行操作。某个设计人员在他的客户机上进行一次修改后，必须根 据并发控制规则保证所有的客户机都能执行相同的操作a 1 2 o 客户机服务器采用星型连接。如图2 4 ： 图2 4 客户机，服务器型结构示意图 使用服务器有很多好处，最大的一点就是方便的维护设计结果的一致性。使 用客户机服务器方式还有其它的好处，如： ( 1 ) 可以提供集中的管理，便于实现安全性、权限分配等。 ( 2 ) 方便了对共享资源存取的控制管理。 ( 3 ) 减少了连接的数量，也就减少了网络资源的占有。 t 2 圈 署 一 华中科技大学硕士学位论文 ( 4 ) 把功能在客户机和服务器分别实现，简化了设计工作。 但这种方式也有不利之处，如果一个操作需要大量的数据，那么其它的操作 就被阻塞了。 3 ) 览器服务器结构( b i s 结构) 随着i n t e r n e t 网络的发展，浏览器的功能越来越强，基于浏览器的应用也越 柬越多，已经出现了在w w w 中实现c s c w 的系统，如b s b w ( b a s i e s u p p o r t f o r c o o p e r a t i v ew o r k ) ，另外还有基于w w w 的c h a t 、m a i l 等。 目前基于这一方式的主要有以下工作方式： 1 ) 基于h t t p 协议。用c g l 或i s a p i 等服务器程序来完成客户的要求，并 返回结果界面( 用h t m l 表示) 。如b s c w 系统，就是一个基于w w w 的系统。 采用此方式有些缺陷，主要是因为b r o w s e r 的限制。如界面没有独立的应用程序 使用方便，每次动作都要重新连接，并重新更新界面等。 2 ) 基于j a v aa p p l e t 技术。在客户端运行j a v aa p p l e t ，可以增加应用的灵活 性，减少与服务器通讯的数量，提高与设计人员交互的速度，通过a p p l e t s e r v l e t 通讯来建立起连接。当然，出于安全的考虑，a p p l e t 的使用受到了许多的限制， 主要表现在对本地系统的操作与控制上。 3 ) 不是采用h t t p 协议，而是采用自己开发的一套协议。或在现有的h t t p 协议上加以改进，来支持c s c w 应用。如美国加州s r i 公司研制的 e w s c ( e x t e n d i n gw w w f o rs y n c h r o n o u sc o l l a b o r a t i o n ) 系统，该系统扩展了w w w 使它提供了协同服务。 基于浏览器朋臣务器的方式有许多优点主要是方便和统一。任何一个设计人 员只要用测览器连接到服务器的w w w 地址即可，设计人员不用关心软件的升级 和维护的问题，而且在不同的平台上都可以使用，界面基本上是统一的。 2 2 2 体系结构的选取 协同系统的设计首先一个问题就是需要根据所要支持的执作的性质、系统赖 以运行的软、硬件环境等因素选择一种合适的体系结构。各种不同的体系结构各 有其优缺点，各自所适用的场合也不一样。基于上面的分析，在本协同设计系统 中将采用客户机朋艮务器模式，这种模式能很好地维护数据的一致性，提供集中的 管理，便于实现安全性、权限分配，方便了对共享资源存取的控制管理，把功能 在客户机和服务器分别实现，简化了设计工作。 但这种当客户机月务器模式也有一定的问题，当服务器崩溃之后燕个系统将 华中科技大学硕士学位论文 陷于瘫痪。如果一个操作需要大量的数据，那么其它的操作就被阻塞了。因此， 还必须对这种结构进行一定的改进。 首先，本系统使用备份服务器来解决因服务器崩溃之后整个系统将陷于瘫痪 这个问题。当主服务器崩溃后，系统自动让备份服务器来代替主服务器工作，这 样可以在设计系统工作的同时来恢复主服务器。 另外，在本协同设计系统中，参与协作设计的各站点也将各自维护目标对象的 一个拷贝。能够在本地完成的各种处理将在本地立即被执行。而对于那些可能会造 成不一致的设计操作，才借助于集中式的服务器进行统一的调度，降低系统的致 性控制的复杂程度。这样一来，由于此时客户方同服务器的交互将明显减少，它对 服务器的依赖程度将会降低，同时服务器的负载也将得以降低，相应地响应速度也 会相应地提高。 2 3 层次结构的分析与设计 通过前面的分析可知，本协同设计系统采用专用平台方案的客户机朋艮务器模 式。但是应该如何去开发该系统? 当今被大家广为称道的代理技术是否可以被用 到本系统的开发中? 这些都是本协同设计系统能否实现的关键之所在。 2 3 1 层次结构模型 o s i ( 开发系统互联) 是i s o 提出的一种层次结构模型，它的优点是：严格 约束相邻层之间的交互并且使之规范化，各层之间相互独立；灵活性好；结构上 可隔离，易于实现和维护。层次结构模型可以被借鉴到本系统的设计中来。2 1 节中提到的专用平台方案就是采用这种层次结构模型。在此专用平台方案中协 作层是设计的重点，经过仔细的划分后，其功能模块如下图： 管理子层 传输子麒 俐络脓务子麒 图2 - 5 协作层功能模型 1 辛 华中科技大学硕士学位论文 1 ) 网络服务子层 网络服务子层是协作层和网络层的接口，对网络层的功能进行封装，为传输 予层提供合适的接口。本系统是基于t c p i p 协议开发的，既能适用于局域网内， 也能适用于广域网和i n t e r a c t 。本系统具有较好的适应性，能够对服务质量进行控 制，能够监视网络的性能和状态，能够对流量进行调整，并向上级报告服务的状 况。另外，多播的控制也在此层进行。 2 ) 传输子层 该层利用网络服务子层封装的网络层功能，为管理子层和应用层提供基本的 传输服务。传输子层包括同步消息传递、异步消息传递、多媒体数据传递等，分 别使用于不同的场合。 3 ) 管理子层 管理子层是协作层和应用层的接1 2 1 ，利用传输子层的服务向应用子层提供多 种管理功能，其中包括： ( 1 ) 协作过程管理：协作过程的发起和结束，包括加入、退出、召集、申请 和解散等操作，设计人员可以在协作过程中动态地加入和退出。 ( 2 ) 应用信息管理：一是收集网络上的各种应用的运行状态、参加者等信息， 供设计人员查询；二是在每个站点上保存本地运行的各种应用的状态信息，便于 应用之间信息的交换。 ( 3 ) 共享资源管理：主要是对数据文件的访问管理，主要是加锁的办法，使 某一时刻只有一个设计人员可以修改数据，为此本模块中需要维护一个当前锁的 列表，并对锁的种类和粒度进行了相应的规定。 ( 4 ) 功能管理：包括版本控制、服务状态自适应调整、文件库管理等。 2 3 2 代理( a g e n t ) a g e n t 是一种具有控制功能的实体，通常以要素的身份存在，是为一个整体 服务的。在信息流程中，a g e n t 通常充当一个中间处理部件，它接收操作指令， 并依据自己的知识、规则和控制逻辑制定出操作步骤，完成要求的功能，然后对 等输啦，这是a g e n t 的第一个作用。a g e n t 具有很强的表达能力，这意味着a g e n t 之间可以通过a g e n t 通信语言( a c l ，a g e n t c o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 进行通信， 例如交换数据、逻辑信息和指令，这是a g e n t 的一个显著的特点。a g e n t 与面向 对象中的对象这一概念非常相似：a g e n t 的内部数据结构和算法也是对外隐蔽的， 它通过基于消息的接口与外界通信。a g e n t 与对象二者的差别主要体现在接口语 华中科技大学硕士学位论文 言上。在面向对象的程序设计中，对象之间通信时，不同的对象对同一个消息的 理解可以不相同；在a g e n t 方式中，a g e n t 之间通信时使用公共的语言，其语义 独立于具体的a g e n t 。所以a g e n t 的第二个作用是充当中间处理部件，它代表一 个具有特定接口的实体，来对外提供公共接口，这是解决资源异构的关键所在。 a g e n t 具有公共性、真实性( a g e m 必须真实而坦诚地公布自己的功能) 、自 治性( 一个a g e n t 不能强迫另一个a g e n t 执行某项服务，除非后者公布自己具有 该功能) 和强制性( 如果a g e n t 公布了自己的某项服务，那么当它收到执行该服 务的请求时，必须接受请求并执行该服务) 。a g e n t 的公共性使得它非常适合于解 决资源异构的问题，从它的后三个特性中可以看出a g e n t 非常适用于动态、可伸 缩的环境。 2 3 3 基于代理的层次结构模型 本协同设计系统采用了一种比较灵活的基于智能代理的层次结构模型。整个 系统的结构如图2 - 6 所示。 各代理的功能如下： 1 ) 网络接口控制代理：网络接口基于t c p i p 协议，提供了对i n t e m e t 的支 持。 2 ) 信息交换代理：信息交换代理控制信息传输并且不断调整相应的传输控制 策略。 3 ) 协作代理：协作代理