（计算机应用技术专业论文）协同设计中冲突消解及协商机制研究.pdf

中文摘要 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。冲突问题的解决在协同设计过程中起着重要 的作用，一方面，冲突的存在必然造成设计的不协调，甚至搁浅：另一方面，冲突 是一个良好或革新设计的开始，随着冲突的不断解决，一个更优的设计也随之产生。 因此，对协同设计冲突处理问题的研究具有非常重要和积极的意义。 本文首先引入了协同设计和冲突消解的基本概念，对其发展和研究现状进行了 论述，介绍了协同设计中涉及到的关键技术，指出了协同设计中冲突产生的主要原 因，并对目前解决这些冲突常用的技术和消解方法进行了归纳和总结。 针对协同设计中方案层次上的冲突决策，提出了模糊冲突模型和消解方法。在 模糊冲突消解方法中，从方案层入手，针对产品开发的考虑角度、评价标准、领域 知识不同，从理想解的接近度考虑，利用模糊关系矩阵和模糊优化进行冲突消解， 较快地从众多方案中找出最接近的方案。 对上述方法处理后不能完成的消解任务，提出了采用多领域专家协商的方法来 解决。在该协商方法中，分析协同设计中领域专家协商的特点，采用博弈论原理对 冲突进行了数学描述，给出了协商过程和基于模糊聚类分析的冲突协商算法，以专 家满意度为衡量标准，先进行分类，然后对每个分类进行计算，协商获得领域专家 较为满意的方案。 关键词：协同设计；模糊理论；冲突消解；专家协商；多领域专家 t i t l e ：c o n f l i c tr e s o l u t i o na n dn e g o t i a t i o nm e c h a n i s m f o rc o l l a b o r a t i v ed e s i g n m a jo r ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y d i r e c t e db y ：z h a n gr o n g g u o 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 sat e c h n o l o g y w h i c hi sb a s e d o nn e t w o r k ，t a k e np a r tb ye x p e r t sl o c a t e di nr e m o t ep o s i t i o n s ，a n dc e n t e r e d o np r o d u c tp e r f o r m a n c e i tc a ns u p p o r tm u l t i 。d i s c i p l i n a r ye x p e l sw o r k t o g e t h e r , e n h a n c ee f f i c i e n c y , s h o r t e np r o d u c td e s i g nc y c l e s a n de n h a n c e c o m f i e t i t i v e n e s si nt h em a r k e t t h ec o n f i c tq u e s t i o n ss o l u t i o ni sp l a y i n g t h e v i t a lr o l ei nt h ec o o r d i n a t i o nd e s i g np r o c e s s o nt h eo n eh a n d ，t h ec o n f l i c t c a u s e st h ed e s i g nu n c o o r d i n a t e di n e v i t a b l y , e v e nr e a c h e sad e a d l o c k ；o nt h e o t h e rh a n d t h ec o n f l i c ti sas t a r to fg o o di n n o v a t i o nd e s i g n a l o n gw i t ht h e c o n f l i c ts o l u t i o nu n c e a s i n g ，am o r es u p e r i o rd e s i g na l s op r o d u c t t h e r e f o r e ， i ti sv i t a la n dp o s i t i v es i g n i f i c a n c et or e s e a r c ht h ec o n f l i c tq u e s t i o n so f c o l l a b o r a t i o nd e s i g n t h eb a s i cc o n c e p t sa b o u tc o l l a b o r a t i o nd e s i g na n dc o n f l i c ts o l u t i o nw e r e i n t r o d u c e d i t sd e v e l o p m e n ta n d t h e p r e s e n t r e s e a r c hs i t u a t i o nw e r e d i s c u s s e d t h ek e yt e c h n o l o g i e si nc o l l a b o r a t i o nd e s i g nw e r es u m m a r i z e d f o rc o n f l i c td e c i s i o n m a k i n gi nc o l l a b o r a t i o nd e s i g n ，t h ef u z z yc o n f l i c t m o d e la n dt h er e s o l u t i o nm e t h o dw e r ep r o p o s e d i nf u z z yc o n f l i c tr e s o l u t i o n m e t h o d s t a r tw i t ht h es c h e m el e v e l ，c o n s i d e rf o rp r o d u c td e v e l o p m e n t ， e v a l u a t i o nc r i t e r i a ，d i f f e r e n tf i e l d so fk n o w l e d g e t h ef u z z yc o n f l i c tm o d e l a n df u z z yo p t i m i z a t i o nc o n f l i c tr e s o l u t i o nm e t h o dw e r ep r e s e n t e d ，a n df i n d t h en e a r e s ts c h e m e sq u i c kf r o mt h en u m e r o u ss c h e m e s f o rt h et a s kt h a tt h ef u z z yc o n f l i c tr e s o l u t i o nm e t h o d sc a nn o tc o m p l e t e d r e s o l v e am e t h o df o rm u l t i p l ed o m a i ne x p e r t sc o n s u l tw a sp r o p o s e d i nt h e m e t h o do fc o n s u l t a t i o n ，i ta n a l y s i sc 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 ni n t h ef i e l do fe x p e r tc o n s u l t a t i o n s ，u s i n gg a m et h e o r yd e s c r i b et h ec o n f l i c t w i t h m a t h e m a t i c a l ，g i v e nt h ec o n s u l t a t i o n p r o c e s sa n dt h ec o n f l i c t n e g o t i a t i o na l g o r i t h mb a s e do nf u z z yc l u s t e r i n ga n a l y s i s a sm e a s u r e do f e x p e r t s s a t i s f a c t i o n ，f i r s tc l a s s i f i e d ，t h e nc a l c u l a t ef o re a c hc a t e g o r y , t h e s a t i s f a c t i o ns c h e m ec o u l db eo b t a i n e d b ym u l t i p l ed o m a i ne x p e r t sc o n s u l t k e yw o r d s ：c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ；f u z z yt h e o r y ；c o n f l i c t r e s o l u t i o n ； e x p e r tc o n s u l t a t i o n ；m u l t i p l ed o m a i n e x p e r t s 承诺书 承诺书7 孓话吊 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导 下独立完成的，学位论文的知识产权属于太原科技大 学。如果今后以其他单位名义发表与在读期间学位论文 相关的内容，将承担法律责任。除文中已经注明引用的 文献资料外，本学位论文不包括任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的成果。 学位论文作者( 签章) ：向协 2 0 0 8 年j 月严日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 人类设计活动的产生和发展经历了三个阶段，分别是早期的手工设计阶段、单 用户的计算机辅助设计( c a d ) 阶段和计算机支持的协同设计( c o m p u t e rs u p p o r t e d c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，c s c d ) 阶段【l 】。从早期的手工绘图到各种c a d 技术的广泛应用 是设计手段的一个巨大飞跃，2 0 世纪7 0 年代出现并得到广泛应用的c a d 绘图技术， 使产品设计人员从浩瀚的巨大的“图板”工作中解放出来：随着2 0 世纪8 0 年代以支 持特征和实体的三维造型c a d 技术的兴起，产品设计正变得越来越方便和快捷。 进入2 0 世纪9 0 年代之后，世界制造业竞争的焦点已经变为如何抓住市场机遇， 迅速组织全国乃至全球范围的创造力资源，快速开发新产品，并有效调动生产系统， 将产品推向市场。产品开发手段的创新己成为企业赢得竞争的有力手段，表现在以 下五个方面：首先，现代产品的复杂性使产品开发需要多人的协作与参与：其次，对 产品功能的提高需要创新的开发方法和手段，需要开发者靠智慧和知识去创造：第 三，产品和产品开发的社会性要求人们能在全球范围内组织和利用资源，快速推出 新产品：第四，产品及其应用过程中产生的经济社会效益，使人们不仅要考虑产品开 发的投入，更要考虑产品运行和管理过程中的各种支出，关心产品全寿命周期的支 出和效益：第五，随着经济全球化进程的加速，企业内外环境发生了深刻的变化，跨 行业、跨地区、跨国家的协作和联盟企业及虚拟组织迅速发展，计算机和信息技术 的广泛渗透已使产品开发手段的组织管理模式发生了革命性的变革。而现有的支持 单用户的c a d 系统已经不能满足设计者之间的这种日益加深的通过系统进行信息 交互和共享的需要，出现了对支持多用户协同工作的c a d 系统的需求、研究和发 展，即协同设计系统或者分布式c a d 系统。 协同设计是现代集成制造系统技术研究的一个重要领域，也是实施敏捷制造、 智能制造、虚拟制造、网络化制造等各种先进制造模式的一项重要支撑技术。它支 持分布于不同地理位置上的产品开发小组及成员在计算机和信息网络环境下，通过 协同设计的各应用系统和工具，进行实时的“所见即所得 的产品开发信息的交互 与共享，以达到共同完成产品开发任务的目的 2 1 。协同设计这一设计理念的出现， 反映了国际、国内间的技术合作与交流的日趋广泛、以及产品开发过程中的分工与 协作日趋细化的市场与技术需要，使产品开发活动从传统的以单一或者少数成员的 管理为驱动的串行组织运作模式转化为现代的以多个成员为达到一致目标而分工 协作为驱动的并行组织运作模式。协同设计技术将计算机技术、多媒体技术和网络 1 协同设计中冲突消解及协商机制研究 通信技术与先进制造技术相结合，支持时间上分离、空间上分布、工作上互相依赖 的协作成员协同工作，使工作群体成员在异地分布的网络共享环境下协同工作、交 互协商、分工合作，并行协作开发同一产品，共同完成设计任务，从而最大限度地 缩短产品的开发周期。体现了信息时代工作方式的群体性、交互性、分布性和协调 性的客观需求，是国内外计算机工程应用研究中最为活跃的前沿方向之一。 协同设计最为强调和体现的就是分工和协作。分工，为不同领域、不同风格的 设计人员提供了更专业化的设计空间；协作，则在一定程度上提高了设计的并行度。 但这种设计方法也带来了新的问题，由于进行协同工作的各主体既存在一定程度的 自主性又必须相互协作，致使协同产品开发过程中存在着不可避免的冲突现象。协 同设计强调设计者采用群体工作方式，以改善传统设计中项目管理与设计之间、不 同设计阶段之间的脱节、以及设计周期过长、设计费用高、设计质量不易保证等弊 病。协同设计的重要性在于使不同地点的管理人员、设计人员、工艺人员以及用户 等都能同步或异步的参与设计工作，从而提高设计的质量和效率。由于协同设计不 仅需要不同领域的各主体的知识和经验，更重要的是要有综合和协调这些知识和经 验的有效机制，来耦合不同主体的开发任务。同时，协同设计是多功能主体参与到 一个项目的开发过程中，各主体之间存在着大量相互制约、相互影响的关系，而且 他们对产品开发的考虑角度、评价标准、拥有的领域知识不尽相同，这些因素必然 导致协同设计过程中的冲突的产生。因此冲突的处理也成为协同设计中一个至关重 要的支撑技术。研究冲突问题，对于进步完善协同设计技术的研究和发挥协同设 计应用系统的功能，都有着重要的学术价值、经济价值和社会价值。 1 2 国内外的研究现状及发展 计算机支持的协同设计c s c d 是一种面向人( p e o p l e - o r i e n t e d ) 的技术，它不 同于传统的面向技术( t e c h n o l o g y o r i e n t e d ) 的计算机应用系统。c s c d 的中心是 协同工作，计算机支持的协同设计是并行工程的关键技术。近年来不少学者围绕协 同工作中的设计行为及设计过程、协商机制、冲突及其解决方案、统一的产品数据 模型、群决策支持系统等诸多问题进行了研究及探讨，并开发研制了一些面向应用 的原型系统，具体情况如下。 1 2 1 协同设计的应用研究 近年来，在政府、机构及大公司的资助下，国外一些科研院所进行了面向工程 实际的协同设计的研究。 s t a n f o r d 大学联合l o c k h e e d 、e i t 及h p 进行的p a c t 项目1 ，用于研究大规模、 2 第一章绪论 分布式并行工程系统。此项目较为系统地研究了分布式协同设计的问题。由a p a r s i s t o 资助s t a n f o r d 大学c d r 、e i t 及s i m a 合作开发的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。c o c o u n t 是一个开放分布式环境，支持异地 的设计人员合作协商共同完成同一产品的设计制造。此项目现在仅支持协同设计部 分。e p r i n t 资助的r a c ec a r 以汽车工业为应用背景进行了并行工程的研究。c e c e d ， 以协同设计为出发点进行了并行工程支撑环境的研究。 b o e i n g 公司从9 0 年代初开始开发b o e i n 7 7 7 时，为方便分布异地的设计人员及 节省时间缩短设计周期，进行了名为f l y t h r u 的项目研究。f l y t h r u 的开展为设计 人员提供了异步协商的手段，并节省了大量的资金。 t o n ir o b e r t s o n 分析探讨了多媒体远程教学软件从早期的研制开发到原型系统 的产品化过程中协同设计的一些问题。 c l a u d i ae c k e r ta n da d r i a nd e m a i n d 通过对许多欧共体不同类型的纺织企业 的调查分析，研究了毛制品工业设计的本质及其设计人员间存在的问题，提出了纺 织工业采用并行设计的框架及应注意的问题。 在协同设计的研究中，有关建筑协同设计的研究占很大的比例。这与学科性质 有关。这些研究虽然是针对建筑施工设计的，但有不少的经验对机械制造业有借鉴 作用。 1 2 2 设计过程及设计行为的研究 企业的设计制造过程，根据行业的不同、产品的不同及技术水平的差异，有其 各自的特点。制造型企业的设计制造过程，有一些规范及多年积累的经验。随着市 场竞争的加剧，为缩短产品设计制造周期及提高产品的质量，必须企业采用先进的 制造及经营管理技术，如敏捷制造、并行工程等。这样给研究者提出了如何重组设 计制造过程及优化设计制造过程。至今这方面的研究不多，研究的成果也难于实现。 设计制造活动的行为研究是协同设计的一个重要方面。在专业设计活动中群组 工作变得越来越重要，尤其是当涉及多学科领域时。通过设计制造行为的观察、分 析及研究，才能够充分理解群体合作及协商的活动及方式、冲突及决策等问题的本 质，从而构建协同设计的协同机制及提出冲突解决方案。有关设计制造行为的研究 比较少。 1 9 9 4 年学者们举行了d e l f t 设计协议专题讨论会，研究及探讨群组工作方式下( 3 人设计工作小组) 的设计制造行为，试图求得设计活动中应遵循的一些协议。 1 9 8 9 年至今，麻省理工学院协同科学中心从行为学、社会学、心理学、政治、 3 协同设计中冲突消解及协商机制研究 宗教等角度做了大量群组方式下协同工作行为的研究，其中也包括了一些设计制造 协同行为的研究。 t a u r ae ta 1 提出了2 种在形状设计中如何理解设计人员思想的方法：通过与其 它形状比较；展示设计过程。并且通过实例验证了方法的有效性。这种方法避免误 解及冲突的产生，为协同形状设计提供一个有效的途径。 s c r i v e n e ra n dm a z i j o g l o u 基于d e l f t 设计协议，观察了设计小组成员进行协商的活 动的方式、原因及内容，提出要成功地构建有效的计算机支持的协同设计必须依赖 这些过程的分析及协同行为的研究。 1 2 3 计算机支持的协同机制的研究 大规模的设计及制造工程项目是在精心的设定条件下实施，它涉及不同领域人 员的复杂的人类实践活动。相互独立的专家合作并建立复杂的系统，他们日常工作 的必不可少的部分是分布式工作的协同。 c s c d 研究中主要问题之一是如何理解计算机系统能有利于减少协同活动的复杂 程度。为此c s c d 的研究者做了大量探讨工作。然而，协同的最初研究成果不令人满 意，这些协同的机制过分生硬，其基本的协议不可接受，且不能修正，女i t h e c o o r d i n a t o r 等，或者修改协议的机制不支持工作组成员补充修改协议，女h d o m i n o 等。 在这些研究的基础上，人们做了一些研究项目试图使协同机制更便利成员的使用， 如c o n v e r s a t i o n b u i l d e r 等。 k j e l ds c h m i d ta n dc a r l as i m o n e h l ，文章基于协商机制的概念提出一种c s c w 系统设计的方法。协商机制的提出是为了描述不同领域的协作活动。作者推演出计 算协商机制的一般需求，及勾勒出一种支持可延伸的可联结的计算协同机制的c s c w 基础结构a r is d n e 。 作者提出了一种协同机制的计算概念，它不仅对各种协同工作管理便于构建其 协同机制，而且可以支持协同的工作组成员在协作过程中发展并补充协同机制。协 同机制的构建涉及许多方面的内容。首先必须理解协作的成员如何设计并利用协商 概念( 结构) 如协商协议及工作流，以及现有技术如何支持这些结构。围绕如何对 分布式协同工作进行管理，尤其是如何设计出这些规定的流程，对现实生活中协同 实践开展了一系列深入的研究。 1 2 4 冲突及其解决方案的研究 冲突是普遍存在的。冲突是不可避免的，而且经常出现的。研究者在某一领域 的研究中发现，协同设计小组的工作约有5 0 须进一步确定或协商解决。很明显，冲 4 第一章绪论 突的解决在设计协同中占有中心的地位。 然而，支持协同设计冲突解决的工具及基础理论的发展远落后于c s c d 日益增长 的需求。与此同时，协同设计的一些方面已进行了较深入的研究，而冲突的解决方 面仅作了些肤浅的工作。至今冲突的研究有很大的局限性，由此构建的系统不能支 持任务级的交互，几乎不涉及冲突的检测及解决。 k l e i n 瞄1 研究了协同设计的冲突管理的问题。k l e i n 的工作，克服以前研究的缺陷， 其包含三个主要的过程。第一个阶段包含研究小组成员如何合作设计产品。即观察 分析在实际协同设计活动中如何检测冲突并协商解决冲突。第二阶段为设计一个计 算模型及相关的协同设计环境。此系统当冲突出现时可以自动检测冲突并协商解决 冲突。第三阶段将自主的协同设计环境扩展为有人参与设计活动的环境。这包括开 发一个面向任务的协同设计模型，并允许设计人员与代理或别的设计人员进行交互。 r o l l e re ta 1 提出了一种支持产品协同设计的共享数据库的协作事物模型，探 讨了冲突解决方案。 支持群组冲突解决涉及人工智能及相关领域如社会科学。c o o m b sa n da v r u n i n 以及p r u i t t 曾分析研究过人类冲突协商行为。他们的研究工作重点在于强调群组工 作中冲突的重要性，几乎没有提供一些规则便于解决的冲突。此外他们的工作着重 心理学方面的问题，而不是从冲突解决方案一般性质角度考虑问题。 另外的支持人人交互的研究有群决策支持系统，其包括了从简单的会议系统， 支持特殊任务类型协同的单一的系统，到较为通用的系统。这些研究为群组成员之 间的交互提供了一些结构，但冲突的检测及解决依赖于人的参与。这是协作支持系 统人交互层不可避免的结果：原因在于系统对参与者的交互内容缺乏必要的理解， 所以它仅能提供相对来说较少的支持。 对协同设计冲突的研究，目前主要有以下几个方面： 1 、在对协同设计冲突的认识上，认为冲突具有多样性、关联性和不可避免性1 。 在协同设计中，冲突的产生是不可避免的。冲突的存在亦有其积极性，冲突是创新 的源泉口1 。 2 、在对冲突的解决上。提出了很多策略和方法。如基于规则、基于实例阳1 、基 于约束阳1 、基于协商n 训、以及基于前面几种策略的集成n 等策略。在方法上有加锁法 n 2 1 和等价操作n 3 1 等方法。基于规则的策略和基于实例的策略是最常用的两种策略。 基于规则的策略是指针对不同种类的冲突建立不同的冲突解决规则，并形成一个规 则库，当冲突发生时，判断其是哪一种冲突，然后根据规则库里的冲突解决规则进 5 协同设计中冲突消解及协商机制研究 行解决。基于实例的策略是指每一次冲突的解决都看成是一个实例，当下一次冲突 发生时先察看有没有这样的实例，如果有就按照上一次的解决步骤来解决，也就是 依据经验。两种方法都各有利弊，规则法的规则库是难于建立的，并且不具有学习 功能；实例法有学习功能且实例的建立过程比较简单，但并不是每一冲突的发生都 是有实例存在的。基于集成的策略即是结合上面几种策略的优缺点来对冲突进行解 决的。在具体方法上，加锁法需要考虑一个加锁的粒度问题，粒度太大影响效率， 粒度太小会使控制变得非常复杂，最终也影响效率；等价操作法的难点是寻找等价 操作的算法和标准。 在现有的支持协同设计的c a d 软件中，对协同的支持是比较弱的。传统的c a d 软件( c a t i a ，p r o e ，u g ，s o l i d w o r k s ，i n v e n t o r 等) 重点在于三维造型。不过现在 有一些公司正致力于协同设计软件的开发，其中做得最好的是美国的i m p a c t x o f t 和a l i b r e 公司，i m p a c t x o f t 公司开发的i xd e s i g n 采用集中服务器模式，由服务 器跟踪每个设计人员正在从事的工程项目，统一管理设计更改，及时将更改内容通 知所有有关人员；a l i b r e 公司的a l i b r ed e s i g n u 4 1 用j a v a 开发，在m s i ew e b 浏 览器内运行，程序中内嵌p d m 产品数据管理功能，系统管理员事先设定项目组每一 成员看图和修改模型的职责范围，产品文档按卷宗分类，可以任选存放在个人工作 站内或远程服务器中。在同一时刻只能有一人进行更改，从而避免冲突。 1 3 课题研究背景 1 3 1 论文的课题来源 本论文研究工作的开展，得到了以下项目的支持： 国家自然科学基金资助项目( t h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no f c h i n au n d e rg r a n tn o 5 0 0 7 7 6 0 6 ) 1 3 2 论文的研究目的和意义 协同设计的冲突可能发生在从概念设计、方案设计到详细设计、生产过程设计 等各个阶段n 钔。因此，设计的发展过程也就是冲突的不断发生和解决的过程。冲突 对于设计过程有着一定的负面影响和阻碍作用，但同时也有着积极意义的一面。一 方面冲突的存在势必造成设计的不协调，甚至搁浅，冲突的产生会增加设计成本等； 另一方面，冲突是一个良好或革新的设计的开始，冲突的产生促使设计人员及早发 现问题并解决问题，最终实现提高产品的各项性能指标的目标，最大限度地满足各 领域专家的要求。随着冲突的不断解决，一个完善的、更优的设计也随之产生n 引。 因此从某种意义上来讲，协同设计的过程就是一个冲突不断产生和得到消解的过 6 第一章绪论 程，冲突是协同设计的本质现象。由于协同设计过程中的冲突的不可避免性，因此 对冲突检测与消解技术的研究，是协同设计科学领域中一个不可回避和至关重要的 内容。 当前，在一系列国家和地方高新技术研究和发展计划的支持下，我国在协同设 计技术的理论研究、系统开发和应用等方面都已经取得了积极和重要的进展。首先， 北京清软英泰信息技术有限公司、北京北航海尔软件有限公司等八家单位利用原有 的二维、三维c a d 系统产品，开发支持协同的设计系统，并将c a d 与p d m p l m ( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t p r o d u c tl i f ec y c l em a n a g e m e n t ) 系统集成，完成了能支持协同 设计的通用软件产品；其次，多项支持协同设计的创新技术取得突破，系统得到开 发，如协同设计中的零部件供应商管理系统技术、面向大批量定制的产品协同设计 系统技术、网络化产品协同设计支持系统、基于w e b 的协同装配系统、复杂产品协 同制造支撑环境技术等方面都己取得较大成绩。 由于冲突问题的复杂性和处理的困难性，对于协同设计的其他基础技术的研究 而言，我国在协同设计冲突处理技术的研究方面相对滞后。从目前我国协同设计领 域的科学工作者在国内外发表的相关论文来看，在冲突处理领域所作的研究工作并 不多，已成为协同设计的重要瓶颈问题之一。本论文在国内外研究的基础上和相关 课题的支持下，着重研究了协同设计冲突处理中的消解技术，试图提出一些积极和 有意义的思考，并做出有益的尝试。协同设计系统中的冲突处理的作用主要体现在 以下几个方面n 7 1 ： ( 1 ) 冲突解决促进了协同设计组织机构的变革。时间、质量、成本之间的冲突 导致了协同设计团队的出现，在协同产品开发过程中，冲突的出现与解决预示着组 织机构的调整与变化。 ( 2 ) 冲突处理促进了技术的创新。不断创新的设计思想与设计手段，就是为了 解决业己存在的各种冲突，不断的开发出满足顾客需求的产品。如d f c ( d e s i g nf o r c o s t ) 关系。 ( 3 ) 冲突的解决又可导致新冲突的出现。旧的冲突的解决在一定程度上为新的 冲突的出现创造了条件。但是，新出现的冲突决不是旧的冲突的简单重复，而是更 高层次上的对事物本质加深认识的必然结果。协同设计中，冲突问题的不断解决， 意味着产品开发过程的不断完善、技术的不断创新，以及认识能力的不断提高。 7 协同设计中冲突消解及协商机制研究 1 4 论文的主要研究内容 协同设计是不同部门的设计小组参与到一个项目的设计过程，各小组之间存在 着大量相互制约、相互影响的关系，同时它们对产品开发的考虑角度、评价标准、 领域知识不尽相同，这些因素必然导致冲突的产生。本文主要是对协同设计中冲突 消解和协商机制进行研究，提出了基于模糊数学的模糊冲突消解和基于聚类分析的 协商方法，具体的组织结构如下： 第一章：作为本文的引言，主要阐述了课题的背景和当前的研究现状。 第二章：分析了冲突产生的原因和当前冲突消解的基本方法。 第三章：提出了协同设计中的模糊关系冲突模型，并运用模糊数学的相似优先 比来解决冲突。 第四章：对于上一章不能解决的冲突，提出了协商模型，以领域专家的满意度 为评价标准，运用模糊聚类分析进行方案分类，然后协商获得全体专家的满意，达 到冲突消解的目的。 第五章：总结以上研究。 8 第二章协同设计及其冲突消解的基本理论 第二章协同设计及其冲突消解的基本理论 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 t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ) 是计算机支持的协同工作中的一个重要领域，主要研究在计算机网络环境下多个小 组参与设计时数据以及方案的协调，它支持不同地域的协作设计人员通过网络实时 地操作同一个图形对象，共同高效的工作，具有实时性，分布性等特征，支持自由 的、自然的、多用户通过“你见即我见”的形式进行实时交互操作。协同设计就是 计算机支持的协同工作c s c w 技术在工业自动化等领域的重要应用，是一个以知识 为基础的计算过程，需要不同领域的知识和专家经验，并且需要综合和协调经验知 识的机制和知识，来耦合不同专家的设计任务。协同设计适应信息社会中人们工作 方式中的群体性、交互性、分布性和协作性的特点，被认为是未来社会广泛采用的 技术。 2 1 协同设计的体系结构 协同设计的体系结构，大致可分为以下几种形式：集中式一种中央控 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、知识交流交换系统； 分布式一种无中央控制的体系结构，每一个参与设计的专家( 或主体) 无主 从、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，数据和知识也可以是集中 于某一工作区域之中，有利于分布控制的各设计主体间的数据交流；联邦式 采用分布式与集中式相结合的方式，有几个主设计专家组成一个分布式设计的体系 结构，而每一个主设计专家的下属设计专家则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换和交流。 2 2 协同设计的功能模块和关键技术 2 2 1 协同设计的功能模块 协同设计系统主要由协同工作系统、协同设计系统、分布式产品数据管理、安 全控制、决策支持和协同工具等功能模块组成n 卜1 9 3 。 ( 1 ) 协同工作系统：它包括协同系统管理和协同工作管理2 个子模块。前者对整个 系统进行有效管理，后者负责对协同设计过程进行管理，统筹安排开发中的各种活 动和资源。 ( 2 ) 协同设计系统：它提供系统的设计功能。设计人员在数据库的支撑下，利用 该模块进行协同设计( 包括设计计算、结构设计和分析等) 。 ( 3 ) 分布式数据管理：该模块对所有产品数据信息、系统资源和知识信息等进行 9 协同设计中冲突消解及协商机制研究 组织与管理。 ( 4 ) 安全控制： 行安全控制。 ( 5 ) 决策支持： ( 6 ) 协同工具： 发送等) 。 该模块负责对登陆系统的用户、协同过程中的数据访问和传输进 它为协同设计提供决策支持工具( 包括约束管理和群决策支持等) 。 该模块为协同设计提供通讯工具( 包括视频会议、文件传输和邮件 2 2 2 协同设计的关键技术 协同设计涉及的关键技术有心引： ( 1 ) 协同工作管理技术。包括项目管理和工作流程管理技术； ( 2 ) 分布式数据管理技术。包括支持分布环境、版本控制管理和权限管理等技术； ( 3 ) 网络数据库技术。它是数据库技术与网络技术两者的有机结合，使数据库技 术与网络技术的优点集于一体，支持c s c d 对大量信息的调用和传输； ( 4 ) 面向对象技术。该技术把某一产品数据和相关产品或操作的集合在一起进行 封装，便于网上传输和共享； ( 5 ) 安全技术。它包括访问控制和数据安全传输； ( 6 ) 异地协同工作技术。如n e t m e e t i n g 、e - m a i l 、a g e n t 技术、c o r b a 技术等； ( 7 ) 协同工作中的冲突消解。 此外，还包括标准化技术、网络基本技术等。在这些关键技术中，有的研究理 论已比较完善，如网络数据库技术、面向对象技术以及网络基本技术等，但协同设 计的管理技术、协同工作中的冲突消解技术还处于探索阶段。 2 3 协同设计支持工具 2 3 1 协同浏览批注工具的设计与实现 v r m l 浏览批注工具作为a c t i v e x 控件，用户可将该控件嵌人到应用系统中，实现 对v r m l 格式三维模型的协同浏览与批注功能的集成。该工具主要由3 个功能模块构 成，即模型显示模块、用户交互模块和通讯模块。模型显示模块实现v r m l 模型的渲 染。用户交互模块根据用户操作对场景进行修改，如改变视点、批注等。通讯模块 实现用户间的通讯，它将用户的各种操作编码后传递给其它用户，经解码后在其它 用户的计算机上显示出来。工具底层需要网络协议( 用于用户问通讯，该工具采用t c p 口协议) 、操作系统和系统硬件等的支持。 二维浏览批注工具由3 个模块，即浏览模块、批注模块和通讯模块构成。浏览 1 0 第二章协同设计及其冲突消解的基本理论 块处理图档的显示、本地用户和远程用户的浏览交互操作等。批注模块显示批注信 息并处理本地和远程用户的批注交互操作。通讯模块在客户，服务器间传递经编码 的各种操作信息。该工具浏览部分在c i m m e t r y 公司的v c e t 库基础上实现，批注 模块在m a r k u p a p i 基础上实现。系统底层支持为网络协议、操作系统和硬件等。 协同浏览批注工具实现了以产品的三维模型和二维模型为媒介的异地实时协同交 流。对三维模型实现浏览批注，为设计人员提供了可视化的、直观的交流环境，再 现了产品的逼真三维几何模型：对二维图纸文档实现浏览批注，使设计人员对产品 的精确几何参数、约束配合关系以及文档说明有了清晰的了解。该工具极大了提高 了设计人员之间的实时交流效率，减少了交流过程中可能产生的误解，缩短了产品 开发周期。 2 3 2 短讯交流工具 以产品模型为媒介的异地协同交流在一定条件下并不能完全满足设计人员的需 求，如果设计人员需要其它方面信息的沟通，使用类似于聊天系统的方式能够为他 们提供更便利的交流手段。会议参与者状态显示器列出了所有参与会议人员的用户 名、口地址、发言状态以及去留状况，某个成员可以根据情况以单播的形式向另外 一位成员发送聊天信息，也可以以广播的形式向所有成员发送信息。当参加会议成 员因为特殊的原因需要提前发言或者其他要求时，可以向会议发起人发送请求，会 议管理人员可以根据实际情况考虑并满足他的要求。如果某个用户对另外一个用户 批注的意见有什么疑问，不便于通过批注解决疑问时，也可以通过和那个用户发送 信息取得联系并就模型的设计交流意见。短讯交流工具成为协同浏览批注工具的很 好补充。 2 3 3 协同虚拟装配工具 该工具将来自不同c a d 系统的模型以i n t e m e t 的使能数据格式v r m l 为载体，实 现单人或群体异地协同产品预装配，可以检验来自不同任务组的零部件的可装配性， 或对产品进行可视化协同评价。在产品v r m l 模型的基础上，还支持多用户协同完 成产品的装配工艺规划，如装配顺序和装配路径规划，并将结果嵌入到v 1 w l 模型 文件中，供w e b 浏览器播放，用作对装配操作人员的培训。或供客户、管理人员查阅。 同时，还实现了装配仿真、装配规划、干涉碰撞检测等功能，并可支持多用户实时 在线协同工作，为协同设计提供了一种有效的工具。 2 3 4 协同信息管理工具 在协同设计中，为了保证协作内容的重用性，必须对协同信息进行有效的管理。 1 l 协同设计中冲突消解及协商机制研究 协同信息管理工具能够对协同会议期间讨论的内容进行统一的分类存储，支持协同 用户对协同内容的查询、统计、分析。该工具将利用s q ls e r v e r 数据库系统对协同信 息实现系统的管理，工具的开发主要涉及到信息接收系统、信息存储系统、信息提 取系统的设计与实现。 2 4 协同设计中冲突产生的原因及分类 协同设计的出现，使设计从传统的以管理驱动的组织运作模式转化为内部成员 为了一致目标而分工协作的组织运作模式，因此在协同设计中，“冲突 主要是指 在多个相互关联的对象之间存在的一种不一致、不和谐或不稳定的状态瞳1 | 。这些对 象包括设计对象、设计意图、产品开发过程、产品开发人员、多学科专家小组等多 种具有一定的信息结构及相关属性的信息实体或功能实体。 协同设计是一种复杂的创造性的活动，它是一种多目标、无明确操作算子的高 级思维活动，无法用传统的人工智能领域里的问题求解模型来描述乜剁。在协同设计 环境下，由于设计任务、设计活动的复杂性，各设计小组或领域专家对设计任务的 知识都局限于自己的知识领域内，对他方的目标及领域知识不完全了解。在不完全 的领域知识的情况下，单方无法完成整个设计任务。为了完成最终的设计，各方必 须通过相互协作。在这种情况下，参与设计的各方之间不可避免地存在冲突。 冲突可能来自概念设计、方案设计、详细设计和生产过程设计等涉及协同产品 开发活动的各个阶段。协同设计的过程也是冲突不断产生和得到解决的过程。以下 的几个因素可能导致协同设计过程中出现冲突幢“2 3 2 钔 ( 1 ) 由于各领域专家的设计目标和设计评价的标准不同，在设计过程中经常会 做出不同的设计选择。 ( 2 ) 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 息支持的情况下，各领域的设计人员在进行局部设计时，往往从自己的领域出发做 出最佳的、合理的方案。但当这些局部设计集成为一个总体设计方案时，就会出现 相互矛盾、互不协调的情况。 ( 3 ) 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。由于相 关设计工作尚未完成或者设计信息不全，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，就会暴露出相互矛盾、 互不协调的问题。 ( 4 ) 上游设计人员做出的设计也可能不符合下游设计人员、工艺人员或其他参 与人员的评价和要求。 1 2 第二章协同设计及其冲突消解的基本理论 ( 5 ) 产品开发过程重构是协同设计的一个核心技术，协同产品开发过程模型是 协同设计哲理的一种具体实现。但是，随着产品开发过程的进行，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。为保证产品开发过程的顺利、协调地进行， 就必须及时调整产品开发过程模型。 ( 6 ) 涉及协同产品开发活动的资源缺乏或者资源规划调度不合理等等。 根据冲突的产生原因不同，可以分为以下几种旺5 j ： 计划冲突：不同设计者对设计任务可能存在不同的理解，因而设计结果体现总 设计师意图的程度也不同：由于计划不周，不同设计者的介入时间没有掌握好， 导致设计的拖延甚至失败。协同设计的过程模型与产品开发的实际过程不一致，从 而影响、阻碍当前设计的进行。 知识冲突：不同设计者遵循的规则难以相互满足。例如，不同的设计者面对相 同设计对象时，由于所依据的规则、方法或标准存在不一致，在设计时可能会提 出不同的设计原则；甚至不同设计者的设计经验不同，对同一设计对象的同一参数 提出的要求也可能不同。 数据冲突：缺乏数据一致性而引起设计数据不能同时满足多个主体的要求。 另外，系统对同一数据的存取协调不当也会导致数据冲突。 资源冲突：主要指设计时需要的人力资源、软硬件资源、信息等其他非直接 作用于设计产品的辅助资源的冲突。产生冲突的主要原因是缺乏统一的资源调度， 不能配合设计按时提供，从而导致在协同设计过程中产生冲突。 根据冲突的起因及现象，协同设计过程中的冲突可分为如下几种情况： ( 1 ) 由于各领域的专家考虑问题的角度不同，对设计评价的标准不同，在设计 过程中常会做出不同的设计选择； ( 2 ) 由于缺乏一个共同的知识表达方法，