（计算机应用技术专业论文）协同设计系统中的版本管理技术研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 协同设计( c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ) 是计算机支持协同工作( c o m p u t e r s u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 的一个重要领域。在协同设计中，通 常按照产品结构层次将一个复杂任务分解成几个较简单的子任务，由不同 的设计小组通过协同工作方式来完成整个任务。 由于设计过程是一个不断反复的过程，任何被正式提交的版本( 即设 计结果) 都可以被修改，因此对协同设计而言，方便、有效的版本管理就 显得非常重要。版本不仅仅记录了设计过程中设计思路、设计结果的变化 情况，也保证了设计过程的可追溯性。因此版本的保存和版本的致性是 协同设计的基本问题之一。 本文详细研究了协同设计版本管理特点，分析了版本管理所涉及到的 几个关键问题，提出了协同设计版本管理的关系模型。迸一步分析和研究 了版本分类、版本存储方式、版本生成与提交过程、和版本操作( 如获取、 删除、修改、配置) 、版本历史管理等。提出一个简洁、安全，能满足 协同设计版本管理基本要求的解决方案。并在以上研究的基础上，开发了 协同设计版本管理系统。该系统采用s s 结构，在n e t 平台环境中实现。 本文的组织结构为： 第一章：作为本文的绪论，主要阐述了c s c w ( 计算机支持的协同工作) 的概念和国内外研究现状，以及协同设计的概念和特征等。 第二章：对协同设计系统结构和系统软件体系结构进行了简单的阐述， 西南交通大学硕士研究生学位论文第| i 页 为协同设计系统中版本管理的实现打下了理论基础。 第三章：主要针对协同设计版本管理进行了深入细致的理论分析和研 究，指出了协同设计版本管理不同于一般版本管理的特点，分析了版本管 理所涉及到的几个关键问题，如版本权限问题、版本的存放问题、数据一 致性维护问题等。 第四章：详细介绍了本文采用的线性版本管理模型及版本管理所要完 成的主要功能，如版本的生成与提交、操作与维护等，并进行系统建模及 数据库设计。 第五章：介绍版本管理模块开发的核心技术以及模块的具体实现。 关键词协同设计：版本；版本管理：n e t 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 il 页 a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n tb r a n c ho fc s c w ：c o l l a b o r a t i v ed e s i g ne m p h a s i z e so n g r o u p - w o r k i n gs t y l e b a s e do ne f f e c t i v ec o m m u n i c a t i o na n dc o l l a b o r a t i o n i t a l l o w sm u l t i g r o u pp a r t i c i p a t e si nas i n g l ep r o j e c tb yu s i n gc o m p u t e r ac o m p l e x t a s ki s u s u a l l yd i v i d e di n t o s o m em i n it a s k s e a c ho fw h i c hi si nc h a r g eo f d i f f e r e n t g r o u p b e c a u s et h ed e s i g np r o c e s si sr e p e a t e di n c e s s a n t l y , a n yv o l u m ep u t t e di n f o r m a l l yc a nb em o d i ：6 e d s o ac o n v e n i e n t ，e f f e c t i v ev o l u m em a n a g e m e n to f c s c di s i m p o r t a n t v o l u m er e c o r d n o to n l yt h ei d e ai n d e s i g np r o c e s s ， t r a n s f o r m a t i o no fd e s i g nr e s u l t , b u ta l s oe n s u r et h er e t r o a c t i v ep r o p e r t yo f d e s i g np r o c e s s s ot h ev o l u m em a n a g e m e n t i sai m p o r t a n tp r o b l e ma l la l o n g t h et h e s i ss t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i co fv o l u m em a n a g e m e n ti nt h ec o o p e r a t e d e s i g n , a a a l y s ek e y i s s u eo fv o l u m em a n a g e m e r li tg i v e st h em o d e lo fv o l u m e m a n a g e m e n ti nt h ec o o p e r a t ed e s i g na n dt h ec o n t e n to f v o l u m em a n a g e m e n t s u c ha st h ev o l u m ec a t e g o r y , s t o r a g e ，b u i l d ，s u b m i s s i o n , w o r ka n dh i s t o r y a f t e r t h et h e o r yr e s c a r c l l ，t h es y s t e ma d o p t st h eb s s l r u c n l r ea n dr e a l m e si ti n t h e 小i e ts d k ，n l es t r u c t u r ei sf o l l o w i n g ： s e e t i o n1 ：i n t r o d u c et h e c o n c e p t i o na n dd e v e l o p m e n to fc s c w a l s oi t g i v e s t h ec o n c e p ta n dc h a r a c t e r i s t i c so f c s c w d e s i g n s e c t i o n2 ：i td e s c r i b e st h ed e s i r eo fc s c db a s e d0 1 1s u r v e y t h e ni ts h o w s t h es t r u c t u r eo f c s c da n ds y s t e ms o f t w a r e s e c t i o n3 ：i ts h o w st h er e s e a r c ha n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s i tg i v e st h e v o l u m em o d e la n dv o l u m ec o n t e n t s e c t i o n4 ：i td e s c r i b e st h es y s t e mm o d u l a t i o na n dd a t a b a s ed e s i g n s e c t i o n5 ：i ti n t r o d u c e st h ek e r n e lt e c h n i q u ea n dr e a l i z a t i o n k e yw o r d s ：c s c d ；v o l u m e ；v o l u m em a n a g e m e n t ；n e t 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 计算机支持的协同设计( c s c d ) 是计算机支持的协同工作( c s c w ) 的 概念和技术在产品开发过程中的有效应用。在信息化和数字化时代里，面 对激烈的市场竞争环境，一个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、降低成本和加强销售服务，是其自身生存和 发展的关键之一。这已经超越了设计人员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( c s c d ) 工具和系统成为一种必然的需 求。 1 1 基本概念和国内外研究现状 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 ) 这 一概念最早是在1 9 8 4 年由美国的i r e n eg r e i f 和p a u lc a s h m a n 等在描述 他们所组织的有关如何用计算机支持来自不同领域与学科的人们共同合作 的课题时提出的，目的是利用多媒体技术和通信技术建立一个协同工作环 境，在此环境中人们可以相互合作，共同工作于一个产品或一个项目，以 高效率地完成工作目标。 学术界关于c s c w 先后有关不同的理解，例如：d r o s e n b e r ga n d c 。h u t c h i s o n 说“就如其字面含义所示，计算机支持的协同工作( c s c w ) 关注的是人们一起共同工作的方法以及如何将计算机系统设计成能够在该 方式下支持工作的协作” 1 。这一定义强调共同工作的方式( 即群体工 作方式) 和如何利用计算机系统支持这种工作方式的实现。 g r e i f 在介绍c s c w 的一个重要文集中曾定义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 ) 中的角色的独特的研究领域”。强调了“群体” 是分析c s c w 的核心，计算机是实现工具 2 。 e 1 l s 等指出：“c s c wl o o k sa th o wg r o u p sw o r ka n ds e e k st od i s c o r e r h o wt e c h n o l o g y ( e s p e c i a l l yc o m p u t e r s ) c a nh e l pt h e mw o r k ”。强调 了对群组工作方式和技术支持的问题 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 b a n n o n 和s c h m 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。”强调c s c w 系统应该是在对协同工作的本质和特征认识的 基础上建立起来的协同系统。也就是说，首先应对协同工作进行深入全面 的理论分析，对协同工作的本质和特征全面深入的认识( 从不同的学科) ， 其次是开发计算机系统来支持这种工作方式 4 。 有许多研究c s c w 的人员简单地用术语“群件”来称呼这一领域。这主 要是那些研究支持群体工作软件的人提出来的。这一称呼反映了c s c w 在技 术实现上的特点，即采用“群件”集成的方式来实现c s c w 系统。群件可以 被看作是帮助分布异地的一组人一起协同工作的程序( 软件) 。 1 9 9 1 年，g r e e n b e r g 将c s c w 定义为，as c i e n t i f i cd i s c i p l i n et h a t m o t i v a t e sa n dv a l i d a t e sg r o u p w a r ed e s i g n ”，而将g r o u p w a r e 定义 为”p r o d u c t ss p e c i f i c a l l yd e s i g n e dt oa s s i s tg r o u p sp e o p l ew o r k i n g t o g e t h e r ”，强调群件是产品，c s c w 是研究设计、验证及实现群件的科学 方法和技术 5 。从实现技术的角度，迸一步强调了群件的性质和重要性。 顾君忠提出可以从c s 和c w 两个方面来认识c s c w 这个概念：在计算机 技术支持的环境下( 即c s ) ，特别是在计算机网络和多媒体环境下，一个群 体协同工作完成一项共同的任务( 即c w ) ，它的目标是要设计支持各种各样 的协同工作的应用系统 6 。 史美林等将c s c w 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。它包括协同工作协同的建设、群体 工作方式的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 7 。 计算机支持的协同工作c s c w 是一门研究人类群体工作的特征及计算 机技术对群体工作支持的方法，并将计算机科学、社会学、编制科学、心 理学等多个学科的成果综合起来的新兴学科。c s c w 致力于研究协同工作的 本质和特征，并以此为基础设计出各种计算机技术支持的信息系统。c s c w 最本质的特征是支持一组用户协同工作。 从上述各种对c s c w 的定义和认识，我们认为可以从以下几点来认识 c s c w 这个概念： ( 1 ) c s c w 强调群体工作方式； ( 2 ) c s c w 强调实现群体工作方式的支持技术。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 当前世界制造业竞争的焦点已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，若有效调动生产系统，将 产品推向市场。产品开发手段的创新已成为企业赢得竞争的有力手段。首 先，现代产品的复杂性使产品开发需要多人的协作和参与；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，随着经济全球化和信息技 术的迅猛发展，企业环境发生着深刻变化，跨行业、跨地区、跨国家的协 作和联盟企业迅速发展，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。 协同设计技术将计算机技术、多媒体技术和网络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。在国家高技术研究发展( 8 6 3 ) 计划的支持下，我国协同设计 技术的研究和开发已取得重大进展。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 w p l m 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已取 得较大成绩 8 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 版本管理是协同设计中存在的一个重要问题。c s c w 中的其它应用如群 编辑系统中也存在多版本的问题。由于协同设计中，各成员从各自的任务 和专业出发，他们的子对象的类型是不一致的。同时，设计是个更为复杂的 问题。表现在版本上也有不同于其它应用系统的特点 射。目前，进行专门论 述的文章还不多见，但是在产品数据管理( p d m ) 中有诸多论述，如： 西北工业大学c a d c a m 国家专业实验室张维博士在其 p d m 实旋中的 版本管理研究与应用中分析了目前企业采用的版本管理的特点和不足， 提出了正式版本和临时版本的概念，同时分别对零件和部件制定了一套版 本管理方案。且将此方案应用在企业的p d m 实施中【1 们，版本管理结构图如 图卜l 。 图卜l 版本管理结构图 清华大学童秉枢教授在其著作产品数据管理( p d m ) 技术中，分析 了版本的记录模型包括线形版本模型和树状版本模型，研究了版本的状态 变化过程，并提出了修改序号的概念】。 随着c a d c a m 的应用日益广泛和c s c d 的研究不断深入，对版本管理机 制研究也愈来愈深入。文献e 1 2 提出利用复杂对象概念进行设计数据层次 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 的控制；文献1 3 1 提出版本的动态配置概念，并将版本管理功能作为数据模 型的一个组成部分。近年来，国内外对版本管理进行了大量的研究【l 4 j ，涉 及到c a m c a d 、c s c d 等诸多领域。通常版本管理模型和策略有：线性模型、 网状模型和有向无循环图( d a g ) 模型以及向前版本管理策略、向后版本管 理策略。 1 2 协同设计中版本管理的意义 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；每个阶段的设计及中伺结果，都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显得十分 重要。这在一般集中式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、对象模型地不一致和多重性、数据库地分布 性、同步控制地复杂性等原因，如何保证对设计产品地版本( 数据库) 有 效的、有权限的、分散与集中相结合的、前后一致而又不是繁冗的管理控 制就很关键。 通常产品的设计过程是一个连续的、动态的过程，即一个设计对象在 设计过程中会被不断修改甚至重新设计，这样，就产生了版本的概念。 每一次修改后的对象相对于修改前的对象都叫一个新的版本，每次更改后 的设计结果都是一个版本。 在进行产品开发时，为了保证整个设计过程的可追溯性，为了能充分 利用以前的设计经验，为了提高设计效率和质量，这都有必要将本次设计 的各个版本进行有效的管理，所以版本管理从来都是一个协同设计系统需 要重点解决的问题i l ”。 1 3 本文的选题和主要工作 当前，协同设计是国内外研究的热点，本文的研究内容属于国家8 6 3 计划项目“基于知识的异地协同设计技术研究”( 课题编号：2 0 0 2 a a 4 1 1 2 1 0 ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 起始时间为2 0 0 2 9 - 2 0 0 4 9 ) 的内容。该课题针对制造业创新和快速开发的 需要，面向制造业产品设计过程，构建产品设计模型和产品的设计过程模 型：研究工程知识的表达和应用体系；开发基于知识的协同设计平台，形 成协同设计环境；建立“基于知识的协同设计平台”与国家关键技术产品 “三维c a d 系统”的联结；结合以成德绵为核心的区域网络制造工程的实 施，开发基于知识的协同设计应用平台，实施区域协同设计制造应用工程。 版本管理作为设计过程的重要环节，是协同设计系统的重要功能模块。 本文主要工作如下： 协同设计版本管理特点研究 协同设计版本管理具有与其他系统不同的特点，本文在充分研究其他 系统特点的基础上，提出了协同设计版本管理的自身特点。 协同设计版本管理内容研究 在对协同设计版本管理特点研究基础上，对其进行进一步的分析、归 纳，提出了协同设计版本管理的主要内容，如版本的生成、版本的分类、版 本的存储方式、版本的提交过程、版本的配置、版本的获取、版本的删除、 版本的历史管理等主要内容。提出一个简洁、安全，能满足协同设计中版 本管理基本要求的解决方案。 设计和实现协同设计版本管理模块 在深入研究协同设计中版本管理的特点和内容的基础之上，以协同设 计系统为依托平台，设计和开发版本管理系统。 1 4 本章小结 本章介绍了协同设计的基本概念和国内外研究现状，提出了研究协同 设计中版本管理的重要意义，最后简要说明了论文要进行的主要工作。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章协同设计系统研究 2 1 协同设计的概念 关于协同设计的定义有以下几种： ( 1 ) 为了完成一定的设计目标，由两个或两个以上设计主体( 或专家) ， 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共同完成这 设计目标。 ( 2 ) 协同设计是指在计算机的支持下，地域分散的一个群体的各成员 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。 ( 3 ) 协同设计是各成员在计算机的支持下，围绕一个共同的项目，承 担相应部分的设计任务，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 1 6 ，1 7 。 c s c d 是c s c w 在产品开发中的应用，强调的是在设计活动中的群体工作 方式，关心的是群体的设计活动的特征及实现技术。因此我们认为可以从 以下几点来认识c s c d 这个概念： ( 1 ) c s c d 强调以产品开发为目的的群体工作方式； ( 2 ) c s c d 强调基于计算机和通讯的支持技术。 由于c s c d 是c s c w 在产品开发领域的应用，因此从宏观上讲，c s c d 关 心的重点是： ( 1 ) c s c d 的本质和特征。 ( 2 ) c s c d 需要c s c w 提供的那些支持技术。 c s c d 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 应致 力于研究协同设计的本质和特征，并以此为基础，结合c s c w 的支持技术， 确定协同设计需要的技术。c s c d 系统应该是在对协同设计的本质和特征认 识的基础上建立起来的协同系统。也就是说，首先应对协同设计进行深入 全面的理论分析，对协同设计的本质和特征全面深入的认识( 从不同的学 科) ，其次是开发计算机系统来支持这种工作方式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 2 协同设计的特点 协同设计强调的是在产品开发的设计阶段就考虑与制造和装配等下游 活动有关的各种因素，支持小组间、跨地区间的设计与制造活动，进行相 关问题的讨论与决策，协调产品开发，体现了产品开发过程中相互协作、 相互信任、知识共享的团队工作价值。协同设计的基本特点表现为多主体 性、协同性、灵活性等 4 3 1 。 1 协同性：项目团队和项目组成一个产品设计与开发系统，任务小组 与子任务组成产品设计与开发子系统。由此可知，产品设计与开发系统是 由许多产品设计与开发子系统组成，在协同设计过程中，子系统之间的相 互配合和协调一致是保证产品设计与开发得以进行的前提。因此协同设计 应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 灵活性：在协同设计过程中，任务的分解和任务的分工都会发生变 化。从对象的角度，在设计过程中设计方案的局部变化是经常发生的；从 人员的角度，参与设计的专家的人数可能动态地增加或减少。这些变化表 现为协同设计过程中的灵活性。这种灵活性要求协同设计的体系结构要具 有一定的灵活性、可变性。 3 安全与保密性：设计图纸等技术资料是企业最保密、最有价值的资 源，各个企业都采取各种措旌保证这些技术资料不被非法外泄。数据的安 全与保密有两个方面的含义，一个是项目团队内部的安全与保密。因为项 目团队是根据项目而组建的，项目团队成员来自于不同的企业和部门，随 着项目的结束，该项目团队解散。项目团队的成员之间既是合作者也是竞 争对手。因此在协同设计过程中，应保证数据的安全，避免项目团队人员 查看与自己设计任务无关的数据。另一方面的含义是项目团队外部的安全 与保密。由于协同设计是在网络环境下进行的，因此保证网络的安全，防 止非法用户的进入和病毒的入侵是非常必要的，也是非常重要的。安全和 保密的保证是企业确定是否使用协同设计这种工作方式的前提。 4 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 设计专家通常是相互独立的，并且各自具有各自的领域知识、经验和一定 的求解问题的能力。在协同设计过程中，参与协同工作的除了企业的各级 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 设计人员外，还包括了客户、销售人员、采购人员、供应商和制造商等。 主体是对项目团队的成员的另一种称呼。主体是指组成项目团队的每一个 成员，在整个设计过程中，他们作为不同的角色参与设计任务。 5 异地性：也叫分布性，是指协同设计的主体在地理位置上分布在不 同的地域，他们之间不能随时地、方便地进行面对面进行交流。这一特点 强调主体之间不是通过面对面的进行交流，而是在异地通过通讯工具进行 交流。 6 同一目标：协同设计活动是围绕一个目标而进行的。尽管每一个设 计人员的设计任务不同，但他们的总目标是相同的。他们承担着同一目标 不同方面的设计任务。正是这一目标将他们组成一个团队。这一特点要求 每一个成员的活动必须满足总目标的要求。参数、方案等的确定，不能只 考虑自己承担的任务具有很好的效果，应同时保证产品( 即总目标) 具有 最好的效果。 7 一致性：各个协同设计子系统具有一定的相对独立性，在一个相对 独立的环境下完成各自的设计任务。但他们的设计结果必须要协调一致， 必须要能构成一个整体产品。因此，在设计过程中要不断将各个设计 主体的设计结果组合成一个整体。这一特点要求设计人员在设计过程中， 要使自己的设计结果与其他相关人员的设计结果一致，避免产生冲突，如 设计的零件不满足与其他人员设计的零件的装配关系。 8 层次性：表现在人员和产品上，即人员的层次性和产品结构的层次 性。由于产品在结构上的层次性，使得设计主体也呈现出明显的层次性。 在一个项目团队中，有项目总体负责人，在各个任务小组又有相应的子任 务负责人，每一个组内又有数个成员，因此，不同的设计人员由于“任务 分工”的不同也产生了不同的层次。协同主体的层次结构对应于产品分解 后的层次结构，各成员之间也有严格的隶属关系。 协同设计的特点是与c s c d 群体工作方式密切相关的。协同设计的特 点与c s c d 群体工作方式的关系如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 图2 - 1 协同设计的特点与群体工作方式的关系 由于任务的分工，导致多主体，从而导致分布性、导致安全与保密问 题。由于任务的分解与分工，导致设计的冲突与层次性。 2 3 协同设计系统体系结构瞰】 协同设计是一种全新的设计过程，在计算机的支持下如何保证各个参 与人员能协同并协调地工作，如何方便的共享设计资料和结果，如何方便 地管理设计资料和结果，如何保证资料和设计结果的安全，这些都是协同 设计系统需要解决的问题。一个合理地、有效地体系结构是保证协同设计 顺利进行的最重要的因素，同时一个合理的体系结构也是设计一个协同设 计系统的基础。因此，协同设计系统的建立必须以满足企业需求为前提， 必须能有效地支持产品的整个设计和开发过程。协同设计系统是一个利用 了多学科知识的复杂系统，在搭建该系统时，必须考虑各方面的综合因素。 我们认为在考虑协同设计系统的体系结构时，首先必须考虑企业对协 同设计的需求。通过对企业的调研，我们认为协同设计系统的体系结构应 该满足以下需求： 支持整个设计过程 设计是一个特征变换的过程，就一个具体的设计过程而言，可以简单 概括为概念设计、结构设计、详细设计、审批、工艺加工和试用等几个阶 段。协同设计系统应该支持整个设计过程，让各个设计阶段都能通过该系 统展开工作。 方便管理协同设计过程中的数据 协同设计过程是一个大量利用数据和不断产生数据的过程，每个设计 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 而夏番需要莉鬲工游阶段产生的数据，同时，每个设计阶段也会产生大量 的数据。 面对如此大量且种类繁多的数据，如何有效管理这些数据，使设计主 体能够方便、准确、快捷地获取和存储数据，实现对数据的共享是协同设 计系统必须解决的问题。这里的有效管理包括了如何合理地存储数据和在 权限的允许范围内如何方便地获取数据。 支持多种角色的协同工作 在协同设计过程中存在着任务分解和分工，参与协同设计的成员是多 种多样的，除了设计企业的各级设计人员外，还包括了客户、销售人员、 采购人员、供应商和制造商等，况且，在设计过程中，由于各个设计主体 关心的内容不同，其需要了解的信息不同和对数据的操作也不同，因此不 同的角色对数据的操作是不同的，所以协同设计系统必须支持各种角色的 协同工作。 数据安全 前面已经分析了协同设计对安全性的要求。在协同设计过程中，数据 的安全与保密有两个方面的含义： 项目团队内部的安全与保密； 项目团队外部的安全与保密( 主要是网络安全) 。 网络安全是计算机网络研究领域的一个重要分支，在协同设计系统设 计中只需要直接采用相关的研究结果。在这里不讨论网络安全问题，只讨 论项目团队内部的安全与保密，因此这里的安全与保密指的是项目团队内 部的安全与保密。因为项l f l 团队是根据项l f l 而组建的，项目成员来自于不 同的企业和部门，随着项目的结束，该项目团队解散。项目团队的成员之 间既是合作者也是竞争对手。因此在协同设计过程中，应保证数据的安全， 避免设计人员将数据私自传送给其他人员或超过权限，浏览与所承担的设 计任务无关的资料。 根据以上对协同设计的分析，我们从以下三个方面来论述协同设计系 统的体系结构。 1 基于企业协作的体系结构 区域网络制造工程的实施是制造业信息化的发展方向，我们给出的协 同设计系统架构于区域网络化制造平台之上，图2 - 2 表明了协同设计系统和 区域网络化平台之间的关系。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 图2 _ 2 架构在区域网络制造协同平台上的协同设计系统p 刈 区域网络制造平台集成了各种各样的支持网络制造工程实旖的工具， 如招投标系统、销售系统、采购系统等等。同招投标系统、销售系统、采 购系统一样，协同设计系统是区域网络制造协作平台的一个子系统，各个 企业通过本地区的网络制造平台与主平台( 区域网络制造平台) 联接。这 样，企业就可以共享区域网络制造协作平台上的各种资源，当然也包括协 同设计系统。 从该体系结构上来看，企业和企业之间的结构是一个分布式和b s 模 式的结合体。各个企业分布在不同的位置，分别娃理本企业内部的设计任 务，在需要协同工作的时候通过h l t e r n e t 来交换所需数据。在该结构中，将 各种公共数据存放在该网络平台上，如各种手册、标准、产品基本信息等 静态数据。网络平台主要负责管理各个子系统并保证各个企业能够顺利通 西南交通大学硕士研究生学位论文 第13 页 聂i 两颐习磊酹再磊而王作并挺碘必要的数据支持，协同设计系统则主要负 责一个具体设计任务中的动态数据管理和人员管理并提供相关专用的设计 辅助工具。该体系结构将区域网络协同制造平台和协同设计系统有机结合， 从而满足企业间协同设计的需求。 对于用户、供应商、服务商等协同设计主体，他们和各个企业一样， 也是分布在各个不同的地方，同样是通过i n t e r n e t 和协同设计系统联结。由 于将协同设计系统放在区域网络制造协同平台上，所以只要在这个平台上 建立有关项目的主页，则这些分布在各地的用户、供应商等非协同设计主 体就可以在本地通过i n t c m e t 和设计企业进行协同工作，并获取自己所需要 的数据。 2 企业内部体系结构 一 在企业内部韩部门( 如设计、制造、工艺等部门) 按照分工的不同 来共同完成一个具体的项目，同时每一个设计人员都分属一个部门，并且 在该部门内部各个设计人员也体现出层次性，如部门负责人、各级员工， 如果分解到一个产品的设计上，则有产品负责人、部件负责人、设计人员 等。考虑到必须满足各个部门、各个设计人员都能方便地进行协同工作， 同时考虑到信息的安全性，我们提出如图2 3 所示的企业内部的协同设计体 系结构。 口：个人工作空间 。各个部门的设计人员 n ；企业内各部门，如设计、制遗、工艺等 、 图2 - 3 拂同设计系统体系结构示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 苁百评王泵毒手在企业内部是一个典型的c s 结构。一般说来，该结 构包括一个或多个集中式的服务器及多个与服务器交互的客户。客户将负 责与用户的交互，可以从服务器获取某些对象的状态，并以某种方式将这 些对象显示给用户，还可以将用户对这些对象的处理转化成系统能够识别 并处理的事件，并将这些事件传送给服务器进行处理。 在协同设计过程中，企业与企业之间存在大量的设计资料交流，为了 既达到企业技术资料的安全保密目的，又保证技术资料的共享，在每一个 企业建立数据安全审查机制。该机制审查方式为：在协同设计过程中，当 得到企业外部人员的请求时，企业内的相关人员将资料提供到数据安全审 查处，由项目负责人或得到授权的人员对资料进行检查、登记，在对资料 进行确认后提供给企业外部人员。同样，从企业外部进来的资料首先到达 数据安全审查处，由负责人或得到授权的人员对资料进行检查、登记，并 将资料提交给服务器和通知相关人员。通过这样的限制，避免了设计资料 被随意传送，从而保证了数据的操作安全。数据安全审查处可以是一台专 用服务器或者是在本企业的服务器上指定一个用来暂时保存发送和接受资 料的物理位置，主要用来暂时存放企业输入和输出的资料。 在系统中，各个部门的人员都直接和企业服务器联接，各设计人员都 通过服务器来进行数据的交换，不同企业的设计人员之间不直接点对点交 换数据。 但是，有时候在权限许可的范围内，协同主体之间需要交换部分资料， 如审批人员和设计人员之间关于某张图纸的审核意见就可以直接交换，可 以通过服务器来直接进行交换。为实现这一目的，每个协同主体在服务器 上都有一个个人工作空间，当两个协同主体需要直接进行数据交换的时候， 他们可以通过将相关资料放在个人工作空间内，其他人员通过该个人工作 空问来获取所需要的资料。 3 软件体系结构 考虑到协同设计系统的功能需求和软件系统本身的结构，我们提出如 图2 - 4 所示的协同设计系统软件体系结构。 图2 4 所示体系结构主要从架构一个协同设计软件系统的角度来建立 的，在逻辑上我们将该系统分为五个层次。 协同设计系统必须充分考虑和各种软件系统的有效集成，因此在图 2 4 中的最底层为各种相关软件系统，如c a d 、c a m 、c a p p 和协同工具 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 萼茵两在设计过程中必须要充分利用这些系统来进行相关的设计工作。 由于各个软件系统异构性的存在，因此各个系统之间如何有效、方 便地交换数据就成为各个软件能否有效集成的关键。在体系结构中通过数 据交换平台来达到各个软件之间交换数据的目的，即体系结构的第二层。 图2 - 4 协同设计系统软件体系结构 网络通信环境是支持协同设计系统最基本的条件，各个协同主体之 间的通信、共享资源的获取都需要通过网络来完成，同样由于协同设计过 程中大量的静态和动态数据的存在，因此必须利用数据库管理系统来记录 各种数据的信息，包括人员信息。网络通信环境和数据库管理系统共同组 成体系结构的第三层。 第四层是专门为协同设计系统而开发的，包括了设计数据管理模块 和各种专用功能模块。其中，设计数据管理模块通过有效、方便地管理各 种数据来达到协同工作的目的，其主要解决的问题是如何存放、获取和利 用数据，因为一个协同设计系统首先是一个数据管理系统；各种专用功能 模块是为了弥补底层的相关软件系统的功能不足而开发的，是针对协同设 计的特殊要求而设置的，如冲突管理、审图管理等专用模块等，这些专用 模块的运用为支持整个设计过程起到了重要作用，同时系统功能也更加完 善。 各个设计主体通过本系统的第五层即协同设计用户界面使用系统， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第16 页 该层是协同设计系统联接用户的媒介。 2 4 协同设计系统功能模块设计 2 4 1 协同设计功能需求【5 5 】 在企业调研的基础上，对企业的设计现状以及企业对协同设计的需求 进行了分析。下面详细讨论企业对协同设计的需求。 1 设计数据的管理和共享 实际调研知，企业的设计资料可分为两类：原有设计资料和正在进行 的项目的设计资料。 原有设计资料。这些供设计参考的原有的设计方案或资料可能是以 书面形式的，也可能是以电子文档形式的。以书面的形式供设计参考的原 有的设计资料( 主要是图纸) 交给项目组或存放于资料室，供设计过程中 查询。 正在进行的项目的设计资料。正在进行的项目的设计资料保存在设 计人员的个人计算机或服务器上。例如我们调研的某公司将计算机室的一 台微机作为服务器，存放技术部的全部设计资料。 在协同设计过程中，由于多人参与，相互之间互相依赖互相约束，每 个设计人员都需要及时了解其他相关人员的设计，因此数据共享是协同设 计中的最基本的要求。协同设计系统应具有良好的设计数据管理功能，实 现对设计过程，设计数据的管理，支持参与人员对数据的共享，每一个人 员只能在给定的权限范围类对数据进行操作。 2 支持各种角色对数据的操作 协同设计采用“分解与分工”的方法完成一个“整体产品的设计”。由 于分工的存在，因此在整个设计过程中参与协同设计的多设计主体作为不 同的角色参与设计任务。在协同设计过程中，除了企业的各级设计人员外， 还包括了客户、销售人员、采购人员、供应商和制造商等。不同的角色对 数据的操作是不同的，主要有以下几种操作： 对设计进行更改，如设计人员对设计进行更改； 对设计进行圈阅、批注，如制造人员和工艺人员对设计图纸进行圈阅、 批注，但不能对图纸进行更改； 西南交通大学硕士研究生学位论文 第17 页 对设计结果进行查询，如采购人员对b o m 表进行查询； 对设计进行浏览，如用户对产品性能、参数、外观等进行浏览； 对设计进行签名，如负责人对图纸或更改通知审查完后进行签名。 因此为实现协同设计，应针对各种角色提供不同的对数据进行操作的 功能，使得他们在各自的权限范围内充分发挥作用。 3 技术资料的保密和安全 设计图纸等技术资料是企业最保密的资源。为达到保密的目的，各企 业都从技术上，组织上制定了相应的措施，如通过限制每个角色的权限来 达到安全与保密的目的。除指定的人员外，其他任何人员不能将与设计有 关的电子资源拷贝。在设计过程中，所有电子资料都由专人负责，定期刻 成光盘保存。为了避免设计资料被泄密，一些企业除指定的计算机外，其 他的计算机的用于文件拷贝的接口( 如软盘，u s b ) 等都被关闭。 在协同设计中这一问题更为突出。因为项目团对是根据项目而组建的， 随着项目的结束，项目团对解散。项目团对的成员来自不同的企业，他们 之间既是合作者也是竞争对手，因此技术资源的保密更重要。尽管网络安 全技术得到迅速的发展，但离达到希望的水平仍有一定的差距。在协同设 计过程中，协同设计系统应能够既保证设计人员对数据的共享，同时又能 保证技术资料的保密和安全。 4 协作中信息的交流 在协作过程中设计人员之间的信息交流、讨论是非常频繁的，也是必 不可少的。如负责人将与任务有关的通知给所有人员；某一个设计人员将 修改结果通知给有关人员：设计人员之间对某一问题进行讨论等。这种信 息交流不仅存在于企业之间，而且也存在于企业内部，特别是地域分散的 企业。 5 设计结果的一致性 由于协同设计的多主体性和设计人员之间相互依赖、相互约束关系， 在设计过程中冲突与协调是必不可少的，因此必须保持设计结果的一致性。 可以从以下几个方面考虑造成设计结果不一致的原因： 设计知识：协同设计是众多人员共同参与的( 即多主体性) ，由于他 们各自具有不同的领域知识，对问题的认识和理解不同，考虑问题的角度 不同、使用的标准、规范不同等原因，可能导致设计结果冲突。 设计思路：由于设计人员的动态性，在实际设计中老设计人员退体 西南交通大学硕士研究生学位论文 第18 页 或调离、新设计人员的加入等，因此保持设计人员对设计思路的理解是必 要的，即应该尽可能使后面的设计人员准确理解前面的设计人员的设计思 路。在实际设计活动中，由于设计人员对原来设计人员的思路理解上的原 因，导致设计不一致( 即产生冲突) 的情况是经常发生的。 设计修改：设计过程是一个反复修改完善的过程，这一修改可能是 由设计人员本人或设计人员变动后由其他人员进行修改，在对设计修改时 设计人员对问题的理解与当时设计人员的理解存在一定的差异，因此在修 改时必须保证原来考虑的约束被满足。 设计事例：任何一个成功的设计都将成为将来设计的事例，因此为 使得将来的设计人员对这一事例能准确的认识，除设计结果外还应保留有 关设计思路、设计关系、设计经验等方面韵资料。因此对原有设计中的参 数，至少关键参数的确定方法，零部件之间的关系等方面的知识的理解是 非常重要的。 2 4 2 主要功能模块 下面对协同设计系统软件体系结构中的设计数据管理模块和协同设计 专用功能模块做进一步的讨论。 1 系统管理模块 用来管理企业的各种用户和项目通用数据，其功能包括企业个人用户 查询、个人权限查询、个人信息修改、权限管理、新增个人用户、标准约 定等功能。 2 项目管理模块 主要用来建立有关一个产品的基本信息，并对设计过程进行管理，其 功能包括产品建立、部件建立、零件建立、标准件建立、明细表建立、建 立审批流程、产品关系模型建立、产品管理模型查询、任务与进度查询等 功能。 3 文档管理模块 主要用来对已经产生的文档( 包括图纸和一般文档) 进行管理工作， 包括图纸浏览、文档查询、版本管理、文档提交和文档下载、个人文档管 理等功能。这其中涉及到版本管理的大部分内容。 4 审图管理模块 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 主要用来支持