（机械设计及理论专业论文）基于网络环境的实时协同特征建模技术研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 并行工程、敏捷制造、精良生产是2 1 世纪的先进生产模式，基于网络环境的 协同设计是实现先进制造的重要支持技术之一，旨在建立共享、集成、协作的产 品开发模式，进一步缩短产品开发周期，提高产品质量，从而在激烈的市场竞争 中获胜。 基于网络环境的产品模型共享和协同建模是基于网络环境下协同设计实现的 核心，是网络支持的协同设计领域的研究重点之一。特征建模已经发展成为当今 各种c a d 建模的主流方法，并还在不断的完善和发展。本文在国家自然科学基金 共享模型驱动的异地实时协同设计方法和技术研究( 项目编号5 1 0 7 5 1 1 3 ) 的资 助下，对基于网络环境下的实时协同特征建模技术进行了研究，主要做了以下几 个方面的工作： 针对在分布式网络环境下，基于网络环境的实时协同要求实现对设计数据 的集中管理和协同过程的冲突消解，同时要求协同过程中网络连接的高可靠性和 稳定性，提出了多服务器客户机系统结构，通过多服务器协商机制实现多台服务 器对协同过程的联合管理，既方便数据集中管理和冲突消解，也有利于协同过程 安全性和稳定性的提高。 为了适应在分布式的异构网络环境下不同网络环境和软硬件环境的需要， 研究了基于多代理的系统模型以及关键技术。通过对不同的功能模块进行划分， 编写成独立的不同组件代理，同一功能模块针对不同的环境写成不同的组件，组 件问由统一的接口实现通信，根据系统环境选装不同的组件来实现异构环境下的 协同系统构建。 针对传统c a d 几何模型描述方法不能满足设计数据的网络实时传输的问 题，提出了网络共享特征模型作为设计数据网络交换和保存的载体，采用几何模 型的构造元素描述几何模型，减少几何模型表示的数据量，同时引入i d 作为局部 数据标识，提供了设计数据局部操作和在网络上传输局部设计数据的方法，增强 了协同过程响应的实时性。 通过对p r o e2 0 0 0 i 特征建模系统进行二次开发，扩展p r o e2 0 0 0 i 的网络功 能，并开发了客户端网络协同通信模块和协同设计服务器，初步构建了基于p r o e 2 0 0 0 i 的网络实时协同建模系统架构。 关键词：协同设计实时协同，特征建模 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，a g i l em a n u f a c t u r i n ga n dl e a np r o d u c t i o na r et h ea d v a n c e d p r o d u c t i o nm a n l e a si nt h e2 1 s tc e n t u r y n e t w o r ks 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 so n e o f i m p o r t a n tt e c h n o l o g yo f a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y i t sp u r p o s et ob u i l ta s h a r e d ，i n t e g r a t e da n dc o l l a b o r a t i v em o d e lf o rp r o d u c t i o nd e s i g n w i t hi t sh e l p ，t i m eo f p r o d u c t i o nd e s i g n i n gc a nb er e d u c e da n dq u a l i t yo fp r o d u c t i o nc a n b ei m p r o v e d t h e n t h e r ei sm o r e o p p o r t u n i t y t oo b t a i nm a r k e ts h a r e s s h a r i n g o fp r o d u c t i o nm o d e la n dc o l l a b o r a t i v em o d e l i n gb a s e do nn e t w o r ki st h e k e r n e lo f r e a l i z i n gc o l l a b o r a t i v ed e s i g nt h r o u g hn e t w o r k i ti sa l s oo n eo fe m p h a s i si n n e t w o r ks u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g nt os t u d y n o w , f e a t u r em o d e l i n gh a sb e e nt h e m a i n s t r e a mm e t h o do fc a d m o d e l i n g m o r e o v e r , i ti ss t i l ld e v e l o p i n ga n dw i l lb e c o m e m o r ep e r f e c t s u p p o s e db yt h en s f c ( n o 5 1 0 7 5 1 1 3 ) ，t h i sp a p e rs t u d yo nr e a l t i m e c o l l a b o r a t i v ef e a t u r e m o d e l i n gt e c h n o l o g yb a s e d o nn e t w o r k m a i nw o r k sa r ea s f o l l o w s ： w i t hd i s t r i b u t en e t w o r k ，r e a l t i m ec o l l a b o r a t i o nb a s e do nn e t w o r kr e q u i r e st h a t d e s i g nd a t a b ec e n t r a l i z e dm a n a g e da n dr e v o l v ec o n f l i c to fc o l l a b o r a t i v ed e s i g n p r o c e s s a tt h es a l t l et i m e ，n e t w o r kl i n k a g ei sr e q u i r e dt oh a v e h i g hr e l i a b i l i t ya n ds t a b i l i t y s oa m u l t i s e r v e r c l i e n ts y s t e ms t r u c t u r eb e e n d e v e l o p e d w i t h m u l t i - s e r v e r su n i t i n gt h r o u g h s e r v e rc o n f l i c t n e g o t i a t em e c h a n i s m ，c o l l a b o r a t i v ed e s i g np r o c e s sm a n a g e db y m u l t i - s e r v e rb er e a l i z e d i ti sn o to n l yt om a k e m a n a g i n gd e s i g nd a t ac e n t r a l i z e de a s i l y , b u ta l s ot om a k e d e s i g np r o c e s si m p r o v e di ns e c u r i t ya n ds t a b i l i t y i no r d e rt o a d a p t t h en e e d so fh e t e r o g e n e o u sn e t w o r ke n v i r o n m e n ta n d h e t e r o g e n e o u ss o a r ea n dh a r d w a r ee n v i r o n m e n t , am u l t i a g e n ts y s t e mm o d e lh a s b e e ns t u d i e d a c c o r d i n gt ot h e f u n c t i o n ，d i f f e r e n tp a r t o fs y s t e mb e e np a c k e da s d i f f e r e n t s e l f - g o v e r n e dc o m p o n e n ta g e n t s a m ef u n c t i o np a r t c a nb ep a c k e di n t o d i f f e r e n tc o m p o n e n t a c c o r d i n g t od i f f e r e n te n v i r o n m e n t b u ta l lc o m p o n e n t sh a v es a m e i n t e r f a c ef o rc o m m u n i c a t i o n c o l l a b o r a t i v es y s t e mb u i l dc a nb er e a l i z e db y s e l e c t i n g d i f f e r e n tc o m p o n e n t a c c o r d i n g t ot h ee n v i r o n m e n t b e c a u s et r a d i t i o n a lc a d g e o m e t r i cm o d e ld e s c r i p t i o nm e t h o dc a nn o ts a t i s f y t h en e e d i n go fr e a l t i m ed a t at r a n s m i s s i o nb y n e t w o r k c f m n ( c o l l a b o r a t i v ef e a t u r e m o d e lf o rn e t w o r k ) h a sb e e nd e f i n e da st h em e d i u mo f d a t ae x c h a n g eo rc o n s e r v a t i o n o nn e t w o r k w i t hc o n s t r u c t i o ne l e m e n t sd e s c r i b i n g g e o m e t r i cm o d e ，d a t ao f d e s c r i p t i o n i i 重庆大学硕士学位论文英文摘要 g e o m e t r i cm o d e l i sc u td o w n a tt h es a m e t i m e ，i di si n t r o d u c e da st h ec a p t i o no f l o c a l d a t a t h e n ，1 0 c a lo p e r a t i o n so fd e s i g nd a t aa n dm e t h o d so fl o c a ld a t at r a n s m i s s i o nb y n e t w o r ka r ed e v e l o p e d i te n h a n c e dt h e c a p a b i l i t yo f r e a l t i m er a p i d r e s d o n s e ( 9n e t w o r kf u n c t i o ni sa d d e dt op r o ，e2 0 0 0 ib yr e d e s i g np r 0 e2 0 0 0 if e a t u r e m o d e l i n gs y s t e m w i t l lc o m m u n i c a t i o nc o m p o n e n tf o rc l i e n ta n dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n s e r v c l - a r ed e s i g n e d ，r e a l t i m ec o l l a b o r a t i v e m o d e l i n gs y s t e m b eb u i l tb a s e do nn e t w o r k 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 ，r e a l t i m ec o l l a b o r a t i v e , f e a t u r e m o d e l i n g 1 1 1 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 课题背景、来源和意义 1 1 1 课题背景 随着市场竞争的日趋激烈，越来越要求企业以最快的速度、提供最好的服务 响应用户的需求，而且要保持尽量低的成本，这就使得传统的设计制造方法无法 适应市场快速变化的需要：又由于生产水平的发展以及对产品性能和质量要求的 越来越高，使得产品变得越来越复杂，其设计活动越来越突出地体现了知识密集 型的特点，因此为了加快新产品的设计速度同时提高产品设计质量，现代产品的 设计过程已经由过去单个工程师的独立设计活动演变为由管理、工程技术、市场 营销等多个相关领域的人员组成的工作组的群体活动，即工作组成员间的协同工 作i ”。 随着全球化的快速发展，越来越多的企业实现了生产制造资源的全球配置， 企业的管理、设计制造、市场营销人员分布在全球各个角落，因此，现代产品的 协同设计也逐渐由设计人员面对面的协同设计发展到跨地区甚至跨国界的异地协 同设计，这就要求有一种技术来为异地分布的协同人员提供协同支持。随着计算 机网络技术和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 ) 技术的快速发展，出现 的计算机网络支持的协同工作( n e t w o r ks u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，n s c w ) 技术 为异地协同工作的研究与应用提供了有力的技术支持 2 t 3 1 。 基于网络环境的协同设计是计算机网络支持的协同工作的重要应用，使在异 地的不同知识领域的工程师、专家能通过协同工具提供的虚拟协同空间，协同实 现对复杂产品的开发。然而，目前各种c a d 系统都是基于单机的设计系统，不能 为网络环境下的协同设计提供很好技术支持，因此基于网络环境的协同设计技术 已经开始成为国内外研究的热点之一。基于网络环境下的协同建模技术是实现基 于网络环境的协同设计的关键技术。 特征建模技术是c a d 建模方法发展的一个新里程碑，一方面为设计人员提供 了高层的符合设计人员设计思维的人一机交互语言，摆脱了传统的基于几何拓扑 的低层次交互设计方法，使设计人员能集中精力处理较高层的设计问题，使得设 计更加快速、方便而且设计质量也得以保证；另一方面，由于特征是一个高层次 的设计概念，内部包含了大量设计人员的设计意图，这些设计意图对于设计的维 护以及后续的分析、综合等过程有着重要意义，对于提高c a d 系统的自动化程度 以及解决c a d 、c a p p 、c a m 在数据交换过程中存在的不连续性有很大的帮助。 因此特征建模技术是面向设计制造全过程的建模技术，是实现c a d c a m 集成的 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 重要手段。1 9 8 8 年末，特征在国际标准化组织i s o 颁布的p d e s s t e p ( p r o d u c t d a t a e x c h a n g eu s i n g s t e p s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ) 标准草案中， 特征被正式列为产品信息模型的构成要素，从此特征技术广泛用于c a d c a m 的 各个方面，特征建模技术成为c a d 建模技术发展的方向【4 】。 因此，把网络协同技术和特征建模技术相结合的基于网络环境的协同特征建 模将成为未来c a d 建模技术的发展方向，目前国内外都在开始展开积极的研究。 c a d r e p o r t ) ) 对未来十年c a d 的展望认为基于网络环境下的特征建模技术将成 为继参数化特征建模技术后c a d 发展史上的又一个里程碑，具有重要意义 5 】。 1 1 1 2 课题来源 在国家自然科学基金项目共享模型驱动的异地实时协同设计方法和技术研 究( 项目编号5 1 0 7 5 1 1 3 ) 的资助下，本文提出“基于网络环境的实时协同特征建 模技术研究”这一课题作为硕士学位论文题目。 1 1 - 3 课题意义 随着i n t e m e t 网络技术的快速发展和c a d 三维建模系统的普遍应用，把计算 机网络技术和c a d 建模系统相结合的网络协同建模成为c a d 技术未来发展的方 向，而特征建模是c a d 三维建模发展的方向，并得到广泛的应用，因此研究基于 网络环境下的协同特征建模技术的意义在于： 对网络环境下特征的定义以及网络共享特征几何模型的构建进行探讨，建 立实用于网络环境的网络共享特征模型。 探索基于网络环境的协同特征建模的系统结构及其关键技术，构建基于网 络环境的协同特征建模系统模型。 讨论基于网络环境的协同特征建模系统的具体实现技术，研究网络环境下 协同建模的实时数据传输技术、组件化程序设计、网络共享特征模型与p r o e 等 特征建模c a d 系统间的数据动态交换技术等实用技术。 1 2 本文的主要内容和研究条件 1 2 1 本文的主要内容 本文的研究内容主要包括以下几个方面： 简要介绍了基于网络环境的特征建模的概念、特点以及发展现状，讨论了 基于网络环境的协同建模系统的系统结构和系统模式，详细介绍了基于多代理的 网络协同建模系统模型以及实现实时协同建模系统的关键技术。 研究了实用于网络环境的网络共享特征模型，给出了网络共享特征模型的 定义，提出了网络共享特征模型的构建方法，初步建立了网络共享特征模型单元。 探讨了网络共享特征模型的几何数据描述方法、记录格式、不同c a d 几何模型与 重庆大学硕士学位论文1 绪论 网络共享特征模型的数据转换、网络共享几何模型数据传输协议及其传输过程。 基于p r o e 特征建模系统构建基于网络环境的实时协同特征建模系统，研 究构建网络协同特征建模系统的实用技术： 1 ) 基于t c p i p 网络协议设计网络协同设计通信代理，探讨协同设计中的网络 数据动态交换技术以及协同设计通信的应用层协议。 2 ) 基于c o m 组件技术，设计客户端通信代理组件的程序设计接口，使通信代 理能被多种c a d 二次开发工具包调用，实现网络通信模块与c a d 系统的动态数 据交换。 3 ) 基于p r o e 的二次开发工具包p r o t o o l k i t 设计p r o e 的实时协同建模 组件，研究p r o e 特征模型数据的动态读取和写入技术。 1 2 2 研究条件 重庆大学机械传动国家重点实验室为本课题提供的研究条件是： 硬件环境 i n t e lp i i l 5 0 0 、i n t e lp i l 4 0 0 、i n t e l p i v 2 4 g ( 5 台1 、a m dk 7 、s u nu l t r a3 0 2 5 0 3 d 和s u nu l t r a1 7 0 e 3 d 工作站。 软件环境 操作系统：w i n d o w s 2 0 0 0p r o f e s s i o n 、n t 4 o w o r k s t a t i o n 。 c a d 平台：p r o e n g i n e e r 开发工具：p r o t o o l k i t 、c 语言、v c + + 6 0 。 网络环境 以i n t e lp i i l 5 0 0 作为网络服务器，并配有i n t d 5 1 0 t 型交换机，此局域网通过 重庆大学校园网c q u n e t 的主节点连入因特网。 重庆大学硕士学位论文 2 基于网络环境的协同特征建模 2 基于网络环境的协同特征建模 2 1 引言 特征建模技术在计算机辅助设计中得到广泛的应用，逐渐成为c a d 建模方法 的主流，同时特征技术以其特有的优势成为c a d c a d m 、c a p p 集成的有效工具。 在计算机网络技术和信息化技术快速发展的今天，为适应快速变化和市场全球化 的需要，把计算机网络技术、通信技术与c a d c a m 技术相结合构建基于网络环 境的设计制造系统成为发展的需要。而基于网络环境的建模技术作为网络化协同 设计的关键技术，能为网络化设计制造系统构建提供重要的技术支持。 本章在介绍了特征建模的概念、基于网络的特征建模的概念、发展状况后， 讨论了基于网络环境的协同建模系统结构、系统模型及其关键技术。 2 2 特征建模 2 2 1 特征建模的概念 特征一词具有广泛的含义，它可以表示外形、特色、功能组件等多种不同的 属性、目前在各种文献和标准中对它都没能形成统一的定义，因为不同的应用形 成了对特征的不同定义，以下是特征的一些定义： 特征是人们感兴趣的零件表面的区域； 特征是产品模型中一组相关元素，该元素遵从一系列识别与分类规则；并 在产品生命周期中作为独立的实体具有一定的功能； 特征是将设计、分析和加工中使用的几何、拓扑和功能基元重新组织，形 成更高、更方便的设计、加工实体； 特征是一定几何模式，并对应特定机械功能的零件部件； 特征是在设计、加工、装配等过程中进行推理所需的关于零件形状和其它 属性的信息几何； 特征是定义机械零件的高层语言或表示方式中的基本元素； 特征是包括材料类型、功能以及其它描述信息的零件特性。 由此可以看出特征是问题所关心的一系列主观或客观实体属性的集合。主观 或客观实体属性称为特征元素，它反映设计制造中某一方面的特性和要求，是设 计制造中的最基本元素。 特征建模就是以特征作为产品设计中添加和删除的基本单元，通过对特征元 素特性的修改来实现产品模型的构建，因此特征建模过程是对高层设计概念的设 置和修改，然后通过各种约束机制反应在产品的几何模型构建中，从而摆脱了对 4 重庆大学硕士学位论文 2 基于网络环境的协同特征建模 低层无应用含义的几何操作，使设计过程更适合产品设计人员的思维习惯一“。 2 2 2 特征建模的发展 自从1 9 7 8 年美国麻省理工学院机械系g o s s a r d 教授在本科生毕业设计中提出 零件特征设计思想以来，各种理论探讨和软件开发试验蓬勃发展，学术思想非常 活跃。1 9 8 5 年s a m u e lg e i s b e r g 创建p t c 公司，并于1 9 8 7 年在a u t o f a c t 展示会上 首次亮相p r o e 软件，使特征造型真正成为当代c a d 零件设计的主导技术。8 年 后，s o l i dw o r k s 在a u t o f a c t 上推出了w i n d o w s 和o l e 环境的微机版参数化特征 造型软件，降低了整个计算机系统的配置费用，从此进一步开创了向中小企业迅 速普及三维c a d 设计应用的新局面。 虽然如此，特征建模技术仍处于婴幼期，是一个高速发展的研究领域，在装 配特征、精度特征、设计特征与制造特征的转化、夹具特征等领域都有大量的研 究。在装配特征方面，m o l l o y 、y a n g 和b r o w n e 提出用图形表示装配关系，图形中 节点表示组合，弧线表示特征之间的匹配关系；c l i u 和n n a j i 等人研究了组件， 并将其总结成搭接、配合、紧密配合和接触等具体的匹配关系：s o d h i 和t u r f l e t 用功能驱动模型表达公差信息和装配信息；g i a c o m e t t i 等人支持带有功能特征的机 械装配等。精度特征包括尺寸公差、粗糙度和形位公差，特征的尺寸公差和粗糙 度可以作为特征元素挂在形状特征中，而位置公差因为要与多个特征发生关系， 处理比较困难一些但又很重要。b o e r m a 和k a l s 提出参考特征和公差特征的概念， 并引入转换系数t f ，从而可以使不同类型的形位公差值能进行比较；v r i e s 和v i n 等人探讨了钣金零件在弯曲制造过程中的弯角公差和正太分布问题等。目前有关 精度特征问题的研究还刚刚开始，很多已建成的特征c a d 系统还不支持行为公差。 在设计特征与制造特征转换方面，c h a m b e r l a i n 等人研究了凸特征的分解和公差处 理问题，讨论了设计特征自动转为制造特征的方法；p h i l i p 和s t c v e n 等人对特征、 特征簇、特征序列问题做了研究，用神经网络对特征交叉进行分类和分解，并探 讨了如何将刀具信息合并到已分出的特征簇中等。b o e r m a 和k a l s 为了实现夹具的 自动设计，使用了定位特征、夹紧特征、和支撑特征、并把它们总称为夹具特征。 r o n g 、l i u 和w e n 等人研究了柔性夹具设计所需的制造特征库和精度转换等问题， 通过特征几何推导，使特征聚类和优选，并探讨了夹具设计所需要的加工序列生 成等问题；c h o u 等对夹具进行了详细的功能分析，探讨了夹具概念设计的算法， 并生成了简单的功能构造图；m e l k o t c 等人对夹具在加工时的受力进行预测等【7 | 8 1 。 近年来国内也有不少特征建模的论文，但主要集中在c a d c a m c a p p 的集 成和并行工程的特征建模研究，少数有关面向装配的特征建模技术研究。 重庆大学硕士学位论文2 基于网络环境的协同特征建模 2 3 基于网络环境的协同特征建模概述 2 3 1 基于网络环境的协同特征建模概念 计算机网络支持的协同设计的目的在于使不同地点的管理人员、设计人员、 施工人员以及用户等都能同步或异步地参与设计工作，从而提高设计的质量和效 率。通过计算机网络提过的虚拟共同空间，辅以有效的管理手段，实现协同成员 间的自由讨论和交流，协同完成设计目标【9 1 0 。 基于网络环境的协同建模是计算机网络协同设计的重要应用和关键技术之 一，按实现方法的不同分为异步协同和同步协同两种工作模式。异步协同设计是 把总设计任务的划分为不同的子任务，通过对个子任务的管理和协调来实现各子 任务设计人员间设计的一致性。因而异步协同设计系统还不能很好的支持多人共 享同一产品模型并行开展工作，一般是在各种独立的c a d 系统中完成产品模型的 局部设计，然后通过可以兼容的数据格式汇总到一起显示，从中浏览产品装配后 的总体外形，但是不能实时修改模型，发现问题后要重新回到原来的c a d 系统中 做出相应的更改，再重新装配。同步协同系统可以克服异步协同系统的缺点，它 通过网络实时通信技术和多媒体技术，实现协同人员对同一模型的实时设计和修 改【1 1 。 基于网络环境的协同特征建模是以计算机网络为核心，以基于网络的共享特 征模型为基础，以冲突的消解和计算机多媒体技术为手段，通过计算机网络实现 多人异地实时协同对产品模型的设计、修改和编辑。基于网络环境的协同特征建 模系统通过统一的管理复杂产品的全部数据，采用新颖的数据管理技术向处于异 地的不同用户发放所需的设计数据和实时跟踪一切设计更改，使协同设计过程的 交流更及时，提高协同设计效率和质型”】。 2 3 2 基于网络环境的协同特征建模的特点 基于网络环境的协同特征建模是单用户c a d 技术在网络环境下的应用和发 展，与单用户c a d 技术相比具有以下特点： ”，1 4 , 1 5 , ”】 基于网络环境的协同特征建模克服了现有单用户c a d 系统面向协同设计 几何编辑操作的不足缺点，通过建立网络协同软件代理( a g e n t ) 扩展其功能， 使之支持基于i n t e m e t i n t r a n e t 的协同设计实时几何编辑。 基于网络环境的协同建模系统是一个多用户系统，支持多个用户同时对同 一模型的编辑和修改，以及多个用户间实时的讨论和交流。 协同建模的多用户间会产生相互冲突，通过冲突的消解技术来实现多用户 协同设计的光滑进行。 协同设计用户具有分散分布性，协同设计的用户可能分布在全球各个角 落，多用户在通过计算机网络构建的虚拟共同空间中实现协同。 6 重庆大学硕士学位论文 2 基于网络环境的协同特征建模 协同设计交互过程具有实时性，每个用户设计结果的变化都能通过计算机 网络实时反应到参加协同设计的用户模型中，通过局部修改信息的传输维持模型 信息的一致性。 2 3 3 基于网络环境的协同建模的发展现状 5 ，1 7 , 1 8 自从1 9 8 4 年由美国m r r 的 t e ng r i e f 和d e c 的p a u lc a s h m a n 在一个专题讨 论会共同提出计算机支持的协同工作( c s c w ) p a 来，有关计算机协同工作的各方面 就得到快速发展和应用。基于网络环境的协同建模技术是计算机支持的协同工作 在网络环境下的发展和应用，在2 0 世纪9 0 年代后期开始得到发展和研究。 网络协同建模系统的发展主要有两类软件：一类是模型翻译软件，主要是在 现有的四大c a d 主流系统的尺寸驱动特征模型问进行格式转换，使得p r o e 、u g 、 c a t i a 、i - d e a s 可以双向交换产品数据。另一类是基于网络的协同模型设计软件， 通过统一的数据管理和实时的数据交换，实现几何模型的同步协同设计，可以实 现多用户实时对同一模型进行创建、编辑和修改。 模型翻译类软件的产品主要有： 创建于1 9 9 8 年的p e o f i e i e n c y 公司的产品( c o l l a b o r a t i o n g a t e w a y , c g ) ，c g 的核心是自定义一种通用产品表示( u n j v e r s a lp r o d u c tr e p r e s e n t a t i o n ，u p r ) 格式，用 以详细记录零件的技术管理属性、特征生成历史、几何数据、约束、元数据、装 配件结构、图样等，在u p r 基础上建立c g 服务器，用以管理网上设计合作过程。 服务器将c a d 数据转换作业提交对口设计代理( d e s i 印a g e n t ，d a ) ，并将转换后的 结果发送接收方。d a 根据服务器指令从c a d 原应用方提取u p r ，并将其转换成 接收方的c a d 应用格式。产品数据用加密f t p 传送，用e m a i l 通知接收方。 创建于1 9 9 8 年的美国t r a n s l a t i o nt e c h n o l o g i e si n c 公司的产品a c c u t r a n s 软件，用于代客服务翻译四大c a d 主流系统的零件特征模型。 法国t r a d et e c h n o l o g i e sf r a n c e 的产品，共有三类：1 ) c a d 程序库，用c 和c + + 编写，可移植，运行于u n i x ，l i n u x ，和w i n d o w s 环境，可以脱离原c a d 系 统读写和编辑各种c a d c a m c a e 数据文件，包括c a t i a ，i - d e a s ，p r o e ，u g c a d d s ，e u c l i d ，p a r a s o l i d , a c i s ，i g e s ，s t e p , v d a ，d w g 和d x f ；2 ) 基于历史树的 特征模型转换，包括线框与曲面、实体、历史树与参数、装配结构；3 ) 数字样机和 协同工程项目预览，可以显示各种c a d 数据文件，进行异构c a d 系统的部件装 配、剖切、批注、尺寸标注、碰撞检测。 另外还有t h e o r e ms o l u t i o ni n c ，c a d c a me ，i m a g e c o mi n c 等公司的产品，这 里就不一一列举了。 基于网络的协同模型设计类软件基本上还处于研究阶段，只有少数公司的产 品开始体现了这种构思，目前体现了这种思想的产品主要有： 重庆大学硕士学位论文 2 基于网络环境的协同特征建模 创建于1 9 9 7 年的a l i b r e 开发的网上协同设计c a d 系统a l i b r ed e s i g n ，用 j a v a 开发，在m s i ew e b 浏览器内运行，基于a c i s 平台为用户提供简便操作的 造型功能，用以完成零件三维设计、组件装配和出图。c a d 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，可以人选存放在个人工作站内或远程服务器中，所有设计 更改都必须经过审批，批准更改的文档在归档时改用递增的新系列号，当分散在 各地的专业人员共同会审某一设计项目时，先将共享的产品模型下载到个人工作 站里，一切准备就绪后才开始工作，与会者中只许某一人象征性地取得令牌，有 权使用c a d 软件进行设计更改或用新零件取代原方案，其它人只能观看以上更改 过程。a l i b r ed e s i g n 虽然体现了网络协同设计中修改和编辑的需要，但还不具有协 同操作的功能。 创建于1 9 9 9 年6 月的i m p a c t x o f t 开发的i x d e s i g n 产品，开始全面的引入 了网络协同设计的思想。i xd e s i g n 采用新的特征设计思想，用s p d ( s i m u l t a n e o u s p r o d u c t d e v e l o p m e n t ) 并行方式开发产品。软件引入功能特征( f u n c t i o n a lf e a t u r e ) 作为 产品设计的构成单元，用户根据功能和行为来设计和选用专业特征，由系统完成 一系列操作并自动生成所需的零件几何形状；用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，从网上 只传输特征的操作命令，因此传输数据量小，而且隐含表达了设计意图，增强了 产品开发链中各个环节之间的默契配合；不用特征树来记录零件的生成历史，特 征用独立的局部坐标系定位，可以随意删除和替换特征，给予设计人员更大的设 计更改自由度，提供与多种几何平台c a d 系统互操作能力。虽然i m p a c t x o f l 在基 于网络环境的c a d 建模的操作方法和软件体系上还很不成熟，尤其是异构c a d 系统间相互尺寸驱动特征模型的自动转换，目前发展水平还很低，还有漫长的路 要走，但是i xd e s i g n 的设计思想体现了c a d 技术的未来发展方向。 在国内不少大学也在积极研究有关基于网络环境的实时协同设计技术，例如 浙江大学c a d & c g 国家重点实验室、清华大学自动化c 1 m s 研究中心、西北工业 大学c a d c a m 研究中心等，并开发了部分原型系统，例如浙江大学的 c o c a d t o o l a g e n t 。 2 3 4 基于网络环境的协同建模系统结构 基于网络环境的协同建模系统是通过网络环境为协同人员提供共同的虚拟工 作空间，需要管理、通信、多媒体等多项技术的应用，因此是一个多层次的系统。 基于网络环境的协同建模系统的层次结构主要包括以下四层： 1 9 , 2 0 组织管理控制层。该层主要负责对协同数据、协同人员和协同过程的集中 管理，包括协同数据存储、更新数据管理、协同人员的登录管理、协同数据的实 重庆大学硕士学位论文 2 基于网络环境的协同特征建模 时转发、协同过程的冲突消解和数据多复本的一致性维护等。 应用层。该层主要提供各种建模工具和修改编辑工具，使用户能在网络环 境下自由的进行产品模型的创建、编辑、修改和删除等。 工具层。工具层为协同设计提供各种辅助应用，通过多媒体技术，提供文 本聊天、语音、视频、电子白板等在线讨论工具，创造虚拟协同空间。 数据层。数据层综合处理协同中各种数据的实时提取、转换和传输等问题， 包括各种产品模型数据的提取、各种数据向网络传输数据的转换等。系统中的产 品模型数据是实现协同设计的基础，通过产品模型数据的网络数据交换协议，实 现异地建模系统间的及时通信，实现产品模型的异地协同创建、编辑和修改。 网络协同建模系统结构按空间分布的不同可以分为分布式和集中式两种结构。 在分布式系统中，各协同用户通过网络直接实现点对点连接，协同数据直接 保存在每台参加协同的计算机上。由于分布式协同建模系统没有服务器，每个协 同用户都是直接相连，在系统中不存在关键设备和数据传输集中的设备，因此对 系统的安全性和数据传输的实时性有利，但是不利于数据的一致性维护管理和冲 突的消解，不能很好的实现协同控制。这种系统结构适合于信息交互耦合度较低， 信息交换只是在问题求解的开始和结束阶段进行数据输入输出，通信量不大的设 计任务中。 集中式系统在网络上有一个中心服务器，负责所有数据的存储和管理，每个 参加协同的客户端都直接与服务器相连，协同建模过程中的所有数据都通过网络 直接在服务器上进行更新，因此集中式能较好的实现协同控制和数据一致性维护 容易，但由于数据都集中在服务器上，客户端频繁的向服务器读写数据，网络流 量大，在现有 n t e m e f 环境下的实时性差，由于协同过程必须与服务器交换数据， 服务器的网络连接质量成为制约协同实现的关键设备，系统的安全性不容易保证。 因此集中式系统适合于信息耦合度高，交互量大，对数据一致性控制和协同冲突 消解要求较高的设计任务。由于受到网络条件的限制，集中式系统一般应用于宽 带连接的局域网内部的使用。 为了克服分布式和集中式的缺点，出现了分布式和集中式相结合的复制式( 又 称为混合式) 系统结构。复制式系统是对集中式结构的一种改进，系统的物理结 构和集中式相同，但对设计数据的存储方式进行了改进，除了在服务器上保存完 整数据外，在每台参加协同的计算机上保存同样的复本，数据的一致性通过对修 改数据的局部传输来维护。复制式结构解决协同设计中数据交互量大的问题，能 够适用于基于现有 n t e m e t 网络环境的协同设计中。但是，由于在复制式系统结构 中仍存在一个中心服务器，整个协同过程都要通过中心服务器来进行，因此系统 对中心服务器的配备和网络质量要求都很高，且直接影响协同设计过程的稳定性 9 重庆大学硕士学位论文 2 基于网络环境的协同特征建模 和安全性。1 2 1 硐 为此，本文提出了基于智能代理的分布式服务器客户机( d i s t r i b u t e d s e r v e r c l i e n t , d s c ) 系统结构，如图2 1 。分布式服务器客户机系统结构在网络上 有多台异地分布的服务器，多台服务器问通过一定的协调机制来实现一致性管理， 这将在后面的有关协同建模的关键技术里讨论。基于i n l t e r n e l 连接的协同用户可以 登录任意服务器，数据的存储方式采用复制式存储，因此分布式服务器客户机结 构能同时解决数据流量大和对单一服务器的依赖的问题，有利于提高协同系统的 实时性和稳定性。 c o l l a b o r a t i v ed e s i g n r v e r2 图2 1 分布式服务器，客户机结构 f i g 2 1d i s t r i b u t e ds e r v e r c l i e n tf r a m e 在分布式网络环境下，网络协同建模系统具有以下特点：1 2 3 由于不同地点的网络设备、软件、硬件都各不相同，因此协同系统结构需 要具有足够的兼容性； 网络协同系统本身需要集成多种媒体、多种工具，需要结合多种应用技术， 在实现技术上要求能兼容，具有开放性； 随着各项技术的发展，需要对协同系统各项应用进行相应的扩展和升级， 协同建模系统应该是一个柔性系统，支持多种应用的自由变化和增减。 基于多智能代理的系统模式正好能满足这种要求，各个智能代理根据要求实 现某一服务和功能，在各代理内部可以根据需要选用自己的实现技术，代理间通 过统一的接口技术实现连接和通信，对系统某一应用的升级和扩展只需相应的代 理进行修改或者替换而不影响整个系统的结构。因此分布式服务器客户机系统结 构的实现采用基于多智能代理的系统模式。在下一节讨论一下基于多代理的协同 建模系统模型。 2 4 , 2 5 1 1 0 画岍 重庆大学硕士学位论文 2 基于网络环境的协同特征建模 2 4 基于多代理的协同建模系统模型 代理( a g e n t ) 是一种抽象的功能实体，是对某些属性、方法的封装，如人、c a d 工具、c a m 工具都可以看作是一个代理。它与一般应用程序之间的不同在于，代 理具有通信接口，可以与其它的代理交换信息，以达到协同工作的目的。每个代 理都具有一定的属性，都能通过某些方法和事件来实现