（计算机科学与技术专业论文）基于cscw的cad系统关键技术研究.pdf

摘要 浙江人学博士学位论文 摘要 设计活动不仅具备创造性和智能性，而且具备群体性和协作性。随着 i n t e m e t i n t r a n e t 网络和并行、高性能计算机及事务处理的普及，异地、协同、虚 拟设计也在c a d 中得到了广泛应用。本文对c s c w 支持的c a d 关键技术进行 研究分析。 作者首先回顾了c a d 系统和技术的发展历程，然后对目前c s c w 支持的 c a d 系统的研究现状和存在的问题进行综述和分析。 针对目前协同设计系统的研究现状，在分析现有的网络c a d 系统结构的基 础上，本文提出了一个基于w e bs e r v i c e 分布式协同c a d 系统框架。该系统采 用x m l 定义服务器端和客户端之间特征操作和协同设计的通讯协议，以特征为 基本协同设计单元，服务器和客户端之间采用增量式特征信息交互。由于系统基 于w e bs e r v i c e 构造，系统可以支持跨异构平台协同设计。原型系统的应用表明， 该系统可以较好地支持分布式条件下的协同设计。 目前网络c a d 系统的核心造型系统大多是基于特征的参数化造型系统。在 特征编辑时，维护设计者的设计意图，需要一个拓扑实体的永久命名机制来维护 实体模型修改前后拓扑结构的对应关系，保证实体模型求值重建的正确性。本文 在分析当前的已有命名机制和实现的相关工作基础上，提出一个基于面和设计历 史的混合拓扑元素永久命名机制，该命名机制采用三个实体命名表来管理和维护 命名拓扑元素，由一个两层的表示来支持模型重建，实体模型重建时，系统会自 动建立这三个表之问的连接对应关系。文中详细介绍了该命名机制的实现并讨论 它在网络c a d 系统中的应用。与s o l i d w o r k s 相比较，实验结果表明，该命名机 制能够有效地处理命名机制中的问题。 随着在网络上传输和共享实体模型的需要的出现，如何有效地传输实体模型 数据，减少设讨时的网络时延已成为一个重要的研究问题。目前的主要技术是实 体模型的b r e p 简化和c e l l u l a rt o p o l o g y 方法，然而这些方法没有考虑设计历史， 特征实体之问的相互依赖关系。本文提出了一个基于设计历史的c a d 数据多分 辨层次传输方法，采用命名机制来维护和增量更新客户端实体模型。用户根据设 计历史和特征依赖关系，可以有选择地要求服务器端传送感兴趣的实体模型部 分。实验数据表明，当实体主模型中的拓扑结构复杂和含有曲面时，采用基于设 计历史的模型增量式传输方法，可以有效地减少网络数据流量，提高协同设计效 率。 并行开发过程实质上是一个寻找满足各种约束条件的解的过程或者说是一 个寻找约束网的解的过程。约束已经成为支持整个设计过程不可缺少的部分，它 i v 摘要 浙江大学博上学位论文 不仅在详细设计阶段用来表示几何元素联系和定位的信息，而且在概念设计阶段 是设计者表达设计意图和知识的工具。因此高效、鲁棒和支持欠约束的约束求解 系统对于基于网络的c a d 系统就至关重要。本文将约束求解问题转化为最优化 问题，分析了传统b f g s 和混沌算法的优点和弊端，提出了一个将两者相结合的 求解方法，把混沌方法嵌入b f g s 算法。本文给出了该算法在几何约束方面的应 用实例，实际上该算法可以应用到分布式产品设计的各个相关方面。计算结果表 明，这种混合算法能够自然地处理欠过约束问题和有效克服单纯的b f g s 算法 容易陷入局部最优以及无法越过临界点的情况，提高约束求解的效率和鲁棒性。 关键词：c a d ，c s c w ，并行设计，w e bs e r v i c e ，命名机制，基于特征的设计， 增量传输，约束求解，最优化算法 v a b s t r a e t 浙江大学博士学位论文 a b s t r a c t g l o b a le c o n o m yh a sm a d e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r yb e c o m em o r ed i s t r i b u t e dt h a n e v e rb e f o r e p r o d u c t d e s i g nr e q u i r e s m o r ei n v o l v e m e n tf r o mv a r i o u st e c h n i c a l d i s c i p l i n e sa t d i f f e r e n tl o c a t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e t i n t r a n e ta n dt h e w i d es p r e a do f p a r a l l e l ，h i g hp e r f o r m a n c ec o m p u t e ra n dt r a n s a c t i o n ，t h ec o n c e p to f d i s t r i b u t i n g c o l l a b o r a t i o na n dv i r t u a ld e s i g na r ec u r r e n t l yw i d e l yu s e di nc a d t h i s d i s s e r t a t i o nm a i n l yd e a l sw i t hac s c wb a s e dc a d s y s t e ma n ds o m er e l a t e dk e y t e c h n o l o g i e s m a n yt e c h n i q u e s a r er e v i e w e da n ds e v e r a ln e wt e c h n i q u e sa r ea l s o p r o p o s e d b a s i n go nt h ea n a l y s i s o fc u r r e n te o l l a b o r a t i v ec a d s y s t e m s an o v e l ，e b s e r v i c eb a s e dd i s t r i b u t e dc o l l a b o r a t i v ec a d s y s t e mi sp r o p o s e di nt h i sp a p e r t h e s y s t e m u s e sx m lt od e f i n ef e a t u r e o p e r a t i o n s a n dt h ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o l b e t w e e nt h es e r v e ra n dt h ec l i e n t t or e d u c en e t w o r kl o a da n di n c r e a s er e s p o n s e a b i l i t yo f t h es y s t e m ，t h ef e a t u r ei n f o r m a t i o ni su p d a t e di n c r e m e n t a l l yo nt h ec l i e n t a si ti sc o n s t r u c t e dw i t hw e bs e r v i c e ，t h es y s t e mi sa b l et os u p p o r tc o l l a b o r a t i v e l y d e s i g n i n go nh e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m s i t sf r a m e w o r ka n dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s a r ea n a l y z e di nd e t a i l t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sf r o mt h ed e v e l o p e dp r o t o t y p e s y s t e ms h o w t h a ti tc a ne f f e c t i v e l ys u p p o r tc o l l a b o r a t i v ed e s i g nu n d e rt h ed i s t r i b u t e d e n v i r o n m e n t ， c u r r e n t l y , f e a t u r ei se m p l o y e db y m o s to ft h ep a r a m e t r i cs o l i dm o d e l i n gs y s t e m s w h i c ha r et h ek e r n e lm o d e l i n gs y s t e mo ft h en e t w o r k - c e n t r i cc a ds y s t e m s w h e n m o d i f y i n g af e a t u r e ，i no r d e rt om a i n t a i nt h eo r i g i n a ld e s i g ni n t e n t ，i ti si m p o r t a n tt o e s t a b l i s ht h ec o r r e c tc o r r e s p o n d e n c eb e t w e e nt h ep r e v i o u sa n dc u r r e n tt o p o l o g i c a l e n t i t i e so faf e a t u r em o d e l t h i sp r o b l e mi sk n o w na sp e r s i s t e n tn a m i n gm e c h a n i s mo f t o p o l o g i c a le n t i t i e s b a s e do nt h ea n a l y s i so fe x i s t i n gn a m i n gm e c h a n i s m ，ah y b r i d ， s i m p l ea n de f f e c t i v em e c h a n i s m i sp r o p o s e d , w h i c hi sb a s e do nb o t h t o p o l o g i c a lf a c e s a n dd e s i g nh i s t o r i e s i ti n c l u d e se n t i t yn a m i n ga n de n t i t yr e t r i e v a l 1 1 1 en e c e s s a r y h i s t o r yi n f o r m a t i o no ff a c e si sk e ：p tb yt h ef a c e sd 2 f f n e a l lt o p o l o g i c a le n t i t i e s a r e m a n a g e db yt h em o d e l i n gs y s t e mt h r o u g ht h r e ek i n d so ft a b l e s ：f a c et a b l e s ，e d g e t a b l e sa n dv e r t e xt a b l e s w h a t sm o r e ，at w o - l e v e lr e p r e s e n t a t i o ni s p r o v i d e d t o s u p p o r tm o d e lr e r e v a l u a t i o n i tp o t e n t i a lu s ei nn e t w o r k c e n t r i cc a d s y s t e mi sa l s o d i s c u s s e d c o m p a r i n g t o s o l i d w o r d s ，e x p e r i m e n t a l r e s u l td e m o n s t r a t e dt h a tt h e p r o p o s e da p p r o a c h c a r lh a n d l em o s to f t h en a m i n g p r o b l e m se f f e c t i v e l y v 1 a b s t r a c t 浙江大拳博上学艟诒立 a st h ee m e r g e n c eo ft h en e e do ft r a n s m i s s i o na n ds h a r i n gs o l i dm o d e lo nt h e n e t w o r k ，h o wt ot r a n s f e rt h es o l i dm o d e li n f o r m a t i o ne f f e c t i v e l ya n dr e d u c en e t w o r k d e l a yi sah o ti s s u ei nd i s t r i b u t e dc a ds y s t e mr e s e a r c hf i e l d s t h et w oc o m m o n l y u s e dt e c h n i q u e sa r et h es i m p l i f y i n go f b r e po f t h em o d e la n dt h ec e l l u l a rt o p o l o g y t e c h n i q u e n e v e r t h e l e s s ，t h e s em e t h o d s d i dn o tt a k ei n t oa c c o u n t o f d e s i g nh i s t o r ya n d d e p e n d e n c i e sa m o n g f e a t u r e s an e w a p p r o a c h t ot r a n s m i s s i o nf e a t u r e c e n t r i cm o d e l p r o g r e s s i v e l ya n di n c r e m e n t a l l y i sp r o p o s e d i tm a k e su s eo fn a i f l em e c h a n i s mo f e n t i t i e st ou p d a t et h es o l i dm o d e l ，a n dd e s i g n e rc a ns e l e c t i v e l yr e q u i r et h es e r v e rt o t r a n s m i tt h ec o n c e r n i n gp o r t i o no f t h ef e a t u r em o d e l a c c o r d i n g t od e s i g nh i s t o r i e sa n d f e a t u r ed e p e n d e n c en e t i ti ss h o w e dt h a tw h e nt h ep r i m a r ys o l i dm o d e li sc o m p l e x a n dc o n t a i n s m a n ys u r f a c e s ，e m p l o y i n g t h i sm e t h o d m a yg r e a t l y r e d u c ed a t a t r a n s f e r r e da m o n gt h es e r v e ra n dt h ec l i e n t ，m a k i n gc o l l a b o r a t i v ed e s i g ne f f e c t i v e l y i ti sw e l lk n o w nt h a tt h en a t u r eo f d e s i g n i n gp a r a l l e l l yi sap r o c e s so fs e e k i n ga s o l u t i o nt h a ts a t i s f i e sv a r i o u sc o n s t r a i n si m p o s e do nt h ed e s i g np r o d u c t ，o rap r o c e s s f i n d i n gas o l u t i o nf o rac o n s t r a i n tn e t b e s i d e su s e da sa t o o lf o ra s s i s t i n gi nl o c a t i n g g e o m e t r i ce l e m e n t sd u r i n gs k e t c h i n gs t a g e ，c o n s t r a i n si sa l s oa u s e f u lt o o lf o rc o n v e y d e s i g ni n t e n t sa n dk n o w l e d g ed u r i n gc o n c e p t i o n a ld e s i g ns t a g e h e n c e ，ar o b u s ta n d e f f i c i e n tc o n s t r a i n ts o l v i n gs y s t e mt h a ts u p p o r t st m d e r - o v e r - c o n s t r a i n e dc o n d i t i o ni s c r u c i a lt ot h en e t w o r k c e n t r i cc a d s y s t e m an e w m e t h o df o rs o l v i n gt h ec o n s t r a i n s a t i s f a c t i o n p r o b l e m i s p r o p o s e d i t h a n d l e st h ep r o b l e mi nad i f f e r e n t w a yb y t r a n s l a t i n gt h ec o n s t r a i n ts a t i s f a c t i o np r o b l e mi n t oa no p t i m i z a t i o no n ea n ds o l v e si t b yi n t e g r a t i n gt h eb f g s m e t h o d sa n dt h ec h a o sm e t h o d a l t h o u g ho n l ye x a m p l e sf o r g e o m e t r i cc o n s t r a i n ta r ed e m o n s t r a t e d ，t h ep r o p o s e d m e t h o dc a nb ea p p l i e dt oh a n d l e m a n yd e s i g no p t i m i z a t i o ni s s u e sd u r i n gt h ep r o d u c td e s i g np r o c e s s e x p e r i m e n t a l r e s u l t ss h o w e dt h a tt h i sh y b r i dm e t h o db e n e f i t sf r o mn o to n l yt h ei n h e r e n tv i r t u et o t o c a t eg l o b a lo p t i m l l mo ft h ec h a o so p t i m i z a t i o nm e t h o da n dt h ea d v a n t a g eo f h i g h c o n v e r g e n c es p e e do ft h eb f g sm e t h o d i na d d i t i o n t oa b o v em e r i t s ，t h i sh y b d d m e t h o dp r o p o s e dc o u l dh a n d l et h et m d e r - o v e r - c o n s t r a i n tp r o b l e m sn a t u r a l l ya n d o v e r c o m et h es h o r t c o m i n g so f b e i n gt r a p p e db y t h el o c a le x t r e m u n lo rc r i t i c a lp o i n t s ， w h i c ho f t e no c c u r si nt h e p u r eb f g sa l g o r i t h m k e yw o r d s ：c a d ，c s c w ：c o n c u r r e n td e s i g n ，w e bs e r v i c e ，n a m i n gm e c h a n i s m ， d e s i g nb yf e a t u r e ，i n c r e m e n t a lt r a n s m i s s i o n ，c o n s t r a i n ts a t i s f a c t i o n ，o p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m v i i 第章绪论 浙江人学博士学位论文 第一章绪论 计算机辅助设计( c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ，c a d ) 技术是计算机应用的一大 分支，其基本作用是帮助设计人员进行工程或产品设计。c a d 技术的发展和应 用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一，它推 动了几乎一切领域的设计革命。c a d c a m 技术从根本上改变了过去基于手工的 技术管理方式，使它变为在计算机上交互设计、用数据文件或数据库形式发送产 品定义、在统一的数字化产品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺规划、 ： 艺装备设计、数控加工、质量控制、编印产品文档、组织备件定货供应等等唐 荣锡9 4 1 。随着i n t e m e t i n t r a n e t 网络和并行、高性能计算机及事务处理的普及， 异地、协同、虚拟设计和及时仿真也在c a d c a m 中得到了广泛应用。使得 c a d c a m 系统从最初的只能应用于制图到现在的c a d c a m 系统的可视化、集 成化、智能化、网络化。 1 1c a d 的历史回顾和现状 1 1 1c a d 系统的发展历程 c a d 技术起步于5 0 年代后期。6 0 年代，由于图形显示软硬件技术的发展， 在计算机屏幕上绘图变为可能。第一个具有划时代意义的c a d 系统是由 s u t h e r l a n d 于1 9 6 3 年研制的二维绘图系统s k e t c h p a d s u t h6 3 1 ，它标志着c a d 技 术的开始。1 9 7 2 年1 0 月，i f i p ( 国际信息处理联合会) 在荷兰召开了“关于c a d 原理的工作会议”。会上一致通过了c a d 的标准定义：“c a d 是一种技术，其中 人与机器结合为一个问题求解组，紧密结合各自所长，从而使其工作优于每一方 单独工作时，并为应用多学科的方法进行综合性的协作提供了可能。” 进入七十年代，随着图形技术的发展，在计算机上实现用户图形交互已成为 “丁能。1 9 7 3 年，b r a i d 研制出第一个实体造型试验系统 b r a i d7 3 ，此后他吸收了 b a m n g a r t 在研制机器人视觉景物造型系统g e o m e d 中的多面体建模技术 b a u m 7 4 1 ，逐步建立起用边界表示生成三维实体的理论体系，终于在1 9 7 8 年开发出第 一代实体造型软件r o m u l u s 。 但是限于计算机硬件设备的昂贵，整个七十年代c a d 仍缺乏广泛的应用。 真正意义t - _ 的c a d 则是开始于八十年代初，由于计算机技术的重大发展，生产 第一章绪论 浙江大学博士学位论文 成本的降低，使得具有高性能的微机和工作站的价格能为广大的企业和用户所接 受，从而促进了c a d 的深入发展和广泛应用。到八十年代中期，出现了象i c a d 的基于知识的c a d 系统 w a n g9 0 。这些系统基于a i 技术，有效地将专家的设 计制造知识利用于实际设计过程，在相似产品设计方面，显示了较强的优势。 八十年代末，出现的以p r o e n g i n e e r 为代表的参数化特征造型系统则成了新 一代c a d 系统的象征，被认为是c a d 发展史上又一次质的飞跃。它以实体模 型为基础，提供用户特征设计手段，以参数驱动模型，允许设计者自由修改这些 参数，大大简化了产品的造型过程，并且极大地方便了系列产品的设计过程。 表1 1 概括了c a d 系统的发展历程【何发智2 0 0 0 】。总的说来，从c a d 系统 的实现方法来说，已经经历了四个发展阶段，目前正向第五个阶段发展。 表1 1c a d 系统的发展历程及实现方法 阶段时间发展历程实现方法评述 第一阶段6 0 年代c a d 基本实以二维计算机绘图为主例如 现 s k e t c h p a d 系统，后期出现实 现一些极为简单的线框造型 系统 第二阶段7 0 年代单功能c a d例如t u r n k e y 系统 第三阶段8 0 年代丌放的、集成基于数据库的单机集成，支持 化c a d人机交互，例如a u t o c a d 系 统 第四阶段9 0 年代开放的、分布基于数据库的网络集成，支持 式、集成化人机交互和机机交互，例如 c a dp r o e 第五阶段9 0 年代中后开放的、分布基于协同工作的网络集成，支 期式、集成化、持人机交互、机机交互和人人 协同工作交互，原型系统有d i s t r i b u t e d c a d s k c t c h p a d 等 1 1 2c a d 核心建模技术的发展 伴随着c a d 系统的发展和演化，c a d 系统所采用的核心建模技术也经历了 几个不同的阶段。以下对它们给予简要介绍： 2 第一章绪论 浙江人学博士学位论文 i 线框模型( w i r e f r a m em o d e l ) 作为上个世纪5 0 年代未6 0 年代常用的几何模型，它以线段、圆、弧及一些 简单的曲线为描述对象，利用产品形体的棱边和顶点来表示产品的几何形状，这 就是典型的二维计算机绘图技术。由于本身的固有缺陷，线框模型无法有效地表 达几何数据间的拓扑关系。 i i 表面模型( s u r f a c em o d e l ) 表面模型用有向棱边围成的部分来描述形体表面，用形体表面的集合来定义 形体，从而满足曲面求交、线面消隐、明暗色彩图、数控加工等应用，使之在工 程中得到广泛的应用。但由于表面模型只能表达形体的表面信息，仍满足不了工 程优化设计的需求。 i i i 实体造型( s o f i dm o d e l ) 相比于线框造型，实体造型方法增加了实体存在侧的明确定义，给出了表面 间的相互关系等拓扑信息因而能够精确表达零件的全部属性，有助于统一 c a d 、c a m 、c a e 的模型表达，在设计和加工上可以减少数据的损失，保持数 据的完整性。 i v 特征造型( f e a t u r em o d e l ) 前面的三种造型方法，由于没有反应实体模型的非几何信息，如尺寸、材料、 公差、工艺、成本等，因而实体的信息是不完整的。在这种需求的推动下，出现 了特征造型技术。它为各种工程应用提供更丰富的信息，基于特征的造型把特征 作为零件定义的基本单元，将零件描述为特征的集合。 v 参数化技术( p a r a m e t r i ct e c h n o l o g y ) 参数化设计的关键是几何约束关系的提取和表达、约束求解以及参数化几何 模型的构造。它的主要特点是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动 设计修改。这里约束( c o n s t r a i m ) 是指利用一些规则或限制条件来规定构成实 体的元素之间的关系。 变量化技术( v a c a t i o nt e c h n o l o g y ) 变量化设计技术允许尺寸欠约束的存在。设计者可以采用先形状后尺寸的设 计方式，将满足设计要求的几何形状放在第一位而暂不考虑尺寸细节，设计过程 相对宽松。变量化设计可以用于公差分析、运动机构协调、设计优化、初步方案 设计选型等，尤其在做概念设计时更显得得心应手。 第一章绪论 浙江大学博士学位论文 1 2 并行工程 并行工程是一个与计算机支持的远程分布、协同产品开发相关的研究领域。 制造业的竞争从7 0 年代的之前的企业规模与产品成本，8 0 年代的用户需求和上 市时间、产品质量、产品成本和售后服务，到了9 0 年代已经发展为“市场响应 速度第一”。这要求企业能够以最短的时间开发出质量最高的、用户可以接受的 新产品。因此，企业为了取得竞争中的优势，必须具备非常强的创新产品开发能 力。这需要在产品开发期间实现设计部门和后续部门之间的信息交换，以降低运 行时间和成本以及优化产品特性。而市场和企业的全球化趋势以及对集成产品开 发不断提高的要求，更加剧了对分布式协同开发的需求。 并行工程( c e ，c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 的提出就是为了支持这种分布、协 同的项目开发。并行工程被定义为一个设计、工程和制造的系统途径，充分考虑 产品整个生命周期的所有方面 c h u a 2 0 0 1 1 ，要求将在计算机现阶段应用中所出现 的大量“自动化孤岛”，如c a d c a p p c a m 、c n c 、f m s 、e r p 、p d m 等，进 行有效的信息集成。从并行工程的角度看来，产品的开发可以看作一个过程，这 个过程的特征是在整个产品的生命周期自始至终都存在协作设计、开发和支持。 并行工程的初始目的之一就是要通过早期信息交换以及过程链的广泛并行来缩 短产品开发时间。在产品开发的生命周期中引入并行工程可以降低5 0 的制造成 本 b o o t l 9 9 1 ，4 0 , - - 6 0 的中的产品开发周期【a n d r1 9 8 8 】。除了降低成本，并行 工程还能提高产品质量，产品可靠性和缩短加工、制造时间 g r a d1 9 9 6 。 图1 1 是并行工程的结构示意图。并行工程完全改变了传统串行的“过墙式 工程”方法 h a r t 9 2 1 ，将有利于缩短产品进入市场的周期，降低成本，改善质量， 提高竞争能力。虽然团队工作方法可以部分地实现上述目标，但是并行工程的成 功与否则更依赖于团队间的协同与交流。目前，并行工程在一定程度上还只是一 个试图克服传统“过墙式工程”方法缺陷的思想，要将思想变为现实则是一个 十分艰巨的任务。实现并行工程主要有几个方面的工作 李伯虎9 2 】【s p u r9 7 】： 1 1 管理包括支持促进协同工作及其方法学、一定的投资、改变组织体制、 制定奖励政策等。 2 ) 有组织的设计( o r g a n i z a t i o n a ld e s i g n ) ；( 1 ) 公司层：建立自顶向下的目标 体系( 成本、用户满意度、质量、竞争评测等) ；组织各种人员共享专业知识； 采用自底向上的实现方法；分而治之( d i v i d ea n dc o n q u e 0 的工作途径；( 2 ) 在 工程组层：建立起交叉功能的“协同”混合工作组；训练支持各方人员；各 方人员共享工程数据。 3 1 采用新的设计方法包括“d f d ”( q u a l i t yf u n c t i o nd e p l o y m e n t ) ；“d f m ” 4 第一章绪论 浙江大学搏士学位论文 ( d e s i g n f o r m a n u f a c t u r i n g ) 和“d f a ”( d e s i g nf o r a s s e m b l y ) ；统计设计方法等。 这类方法有助于分析用户需求、测定设计变化对制造的影响、建立设计模型 以提高质量与可靠性等。 4 ) 计算机技术支持( 使能技术e n a b l i n gt e c h n o l o g y ) ：要考虑到开放式体系 结构；现有计算设备的利用及未来设备的规划；多制造商环境的处理等。具 体地讲，包括计算机系统、网络体系、标准、数据管理、用户接口、进程管 理、“应用”等诸多方面的技术支持；其中，共享信息的网络数据管理系统 面向用户的接口等是至关重要的。 5 ) 异构信息的连接、应用、整合，分布式处理问题。由于需要支持在不同职 能部门和产品不同阶段下的对话，必须对具有不同内容、不同表达方式、不 同抽象程度及不同结构的信息进行交换。小组工作中的分布式处理问题的资 源由知识库、信息库及网络组成，并以正确分布任务为前提。 用户 t 需h 产品的并行设计h 制造 n 高级产品造型 周期分析 可制可装价格 造性配性 测试 评估 工艺 工程 可靠性人类工 规划分析维护程学 逻辑控制 图1 1 并行工程的结构示意图 第一章绪论 浙江大学博十学位诒立 1 3c s c w 的研究现状 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 ，c s c w ) 根据 它的应用不同而有多个定义。b a n o n 和s c h m i d t 认为c s c w 主要与理解协同工作 的本质和特征有关 b a n o1 9 9 1 。大部分c s c w 应用是企图通过计算机为一群工 作在一起，要完成某一共同任务的人们营造一个环境，因此，c s c w 也可以看成 是可以支持一群人进行决策相关的会议的软件、硬件和子程序的集合 m o n p 1 9 9 9 。由此我们可以认为，c s c w 是指利用计算机技术，多媒体技术和网络通 讯技术，支持工作群体成员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，它支持多个时间上分离、空间上分布，而工作又互相依赖的协 作成员的协同工作。 1 3 1c s c w 的提出和发展 1 9 8 4 年麻省理工学院( m i t ) 的i r e ng r e i f 和数字设备公司( d e c ) 公司的p u a l c a s h m a n 组织了一个讨论会。与会者来自不同学科，但是都有一个共同的兴趣， 这就是探讨计算机是如何工作以及在技术上如何支持人们的工作。与会者创造了 “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 ，c s c w ) ”这个词 汇来描述这种共同的兴趣。十几年以后，成千上万的研究和开发人员被吸引到这 一领域 p a l m1 9 9 4 r o d dl9 9 3 】 w i l s1 9 9 1 。 美国和欧洲在c s c w 领域处于领先地位。a c m 主办的c s c w 系列会议，从 1 9 8 6 起每两年在北美召开一次，是c s c w 领域水平最高的会议。欧洲一些研究 机构所组织的e c s c w 系列，从1 9 8 9 年开始，每两年在欧洲各国轮流召开，也 具有较高的学术水平，正好与a c m 的c s c w 系列形成互补。 计算机支持的协同工作是正在兴起的概念，它有可能或正在在许多领域引起 巨大的变化和改进。造成c s c w 的快速成长和人们修改许多现有的应用程序以 适应c s c w 的概念主要是有以下因素 c l e l1 9 9 6 】 c r a b1 9 9 8 m o l l 1 9 9 7 o z e r 2 0 0 0 ： 1 ) 技术进步 主要的技术进步是开发出了价格便宜的个人计算机和它在公司、机构中的广 泛应用。个人计算机越多，就越有可能将它们融在一起，形成一个强大的整体。 另一个重要的因素是通过局域网、广域网将计算机连接起来的网络技术，它是 c s c w 得以成为现实的基础。 2 ) 工作方式的变化 6 第一章绪论浙江大学博士学位论文 激烈的全球性竞争和提高工作效率迫切愿望需要对工作小组和公司进行重 组以增强其在全球经济环境下的竞争力。建立效率高的，多产的工作场所要求使 用新技术来集成和支持工作流程，而c s c w 被认为是一个很好的途径。 1 3 2c s c w 与并行工程 尽管c s c w 和c e 关于群体工作的研究的出发点有所不同，但在概念上和方 法上存在交错重叠，存在明显的共同点 s a l h2 0 0 1 1 ： 令二者都是交叉学科研究，都强调发挥群体优势来解决问题，强调团体协作 的重要性，需要并行、交互和密切合作的多功能小组方法； 夺在共同的总体目标驱动下，多个参与者从事相互关联的活动： 夺需要一个消解冲突的机制； 夺需要在不同的用户中共享信息和领域知识。 c e 和c s c w 的主要区别在于丌发活动的侧重点不同： 夺c s c w 面向过程，试图揭示群体工作认知学知识和人人之间的关联； 夺c e 更多地在于信息集成，为不同的关键部门提供多种决策支持； 夺c e 对于数据的表达有标准和具体的规范要求，并且更多地注重支持协同 工作的基础设旌和环境，而c s c w 更多考虑多功能小组成员的个性、状态、 熟练程度和专长。 1 3 3c s c w 优势与困难 采用c s c w 系统可以获得很多好处，然而实施c s c w 系统也不可避免地会 碰到一些困难。 1 3 3 1c s c w 的优势 如果实施成功的话，c s c w 系统可以带来很多的益处。这体现在产品开发过 程和企业、组织两个方面。 小工程开发过程方面的益处 c h e n1 9 9 7 k a y w2 0 0 0 l i u1 9 9 8 m o n p 1 9 9 7 a d e l1 9 9 9 】： 夺有助于开发小组成员之间更好的通信和交流； 夺协同设计时能，更好地利用分布在不同地理位置的设计人员和专家的设 计知识； 7 第一章绪论 浙江大学博士学位论文 夺提高设计决策过程的效率和效果； 夺更好地协调设计成员之间的开发、设计活动。 b ) 企业或组织方面的益处 a b d a1 9 9 9 c h e n1 9 9 7 k a y w2 0 0 0 m o n p 1 9 9 7 g e z a2 0 0 0 ： 夺减少产品推向市场的时间； 夺提高产品的设计质量和有利于产品革新； 夺减少产品开发成本； 夺由于能提供远程团队开发，设计人员不必在同一个地方； 夺客户也可以参与工程进程，可以提高客户的满意度。 1 3 3 2 实施c s c w 的困难之处 a ) 技术困难 s a l h2 0 0 1 】 夺数据信息缺乏互用性，指各个应用程序之问难以无缝集成，共享设计信 息，随着c s c w 的发展，将有更多的标准来支持不同系统之间设计信息 的互用。 夺安全因素。企业在全球范围内实施c s c w 系统时关心的一个重要问题是 信息的安全问题。c s c w 系统必须加入安全特性以减少可能的威胁和危 险。 令实旌成本。虽然c s c w 系统能够带来很多好处，然而开发c s c w 系统 本身可能很昂贵。费用包括：软件费用，设备费用，培训费用，技术支 持和维护费用等。 b ) 企业方面 o z e r2 0 0 0 t o w n2 0 0 0 】 夺改变企业人员工作方式。实施c s c w 系统将可能使人们的工作实践发生 很大变化。 夺企业之间的互相信任问题。当建立c s c w 系统涉及多个企业之间的协作 时，这是一个必须考虑的问题。 夺信息共享问题。在网络环境下，有时共享信息被认为是一种潜在的威胁， 这将阻碍协同设计的进行。 1 3 4 现有协同设计系统 计算机支持的卧同设计是计算机支持的协同工作的一个重要研究领域和应 第一章绪论 浙江大学博士学位论文 用方向。协同设计系统的任务是为地理上分散的设计人员提供一个共同设计产品 的平台，协调设计人员之间的设计活动。目前对分布式协同设计的研究主要分为 两类。第一种试图提供一个理论参考模型，比如分布式基于对象造型和评价框架 ( d o m e ) f1 9 9 7 f1 9 9 8 n i c h1 9 9 8 i n i e h1 9 9 9 f r a n1 9 9 8 】。由于理论模型以许多 假