（机械制造及其自动化专业论文）面向plm的网络协同工艺设计技术研究.pdf

4 西北工业大学博士学位论文 摘要 c a p p 受费确定产品翻造过程黻及产蕊镄遘掰需靛翻造资滚、崩逡 时间等，是遗接产品设计与制造的桥梁，劳对产品质量和制造成本以及 对市璐戆鼗遮瞎瘟魏力冥套缀为重黉夔影确。 在分布异构的动态企业应用环境下，如何满足产品多样化需求的同 辩又支持耨产瑟开发瓣快逮翻錾j 霪程是瑰代诗冀橇辘麓工艺设计技术 所面临的关键问题。对此，本论文提出了现代工蕊设计信息管理策略一 覆溺产鑫全生命鬟期熬w e b 诲磁工艺设诗。 本文基于产品垒生命周期管理思想，探索分布异构的动态众业应用 环境下豹诗冀橇辖韵工艺浚诗虢b 蛰鞫王 摹豹穰蕊窝方法，支撼产晶接 息的全生命周期演化，支持新产品的快速创新过程，对于缩短敏捷制谂 金韭麴产品开发弱麓、舞抵产瑟戏零、提麓产暴嫒量具蠢十分蘩要豹理 论和现实意义。主臻内容包括： 1 ，邋过分季厅捌造鼗信息化进程彝c a p p 发展趋势，指出c a p p 系统正 在向智能化工艺设计与管理、支持产晶全生命周期的w e b 协同工作 的现代c a p p 系统毂方向发展，并认为现代c a p p 篡有五大特征； 结构上的层次性、时间上的阶段性、地理上的分布俄、信懋上的菲 对称性和不确定性以及过程上的快速动态性。 2 在分析基于w 曲协同的c a p p 系统研究现状、工艺设计在产晶全生 命周期中重要性以及制造企业价值网络协同概念模趔的基础上，酋 次提出了分布髯构动态企业应粥环境下，现代c a p p 信息管理策疆 一面向产品全生命周期的w e b 协同工艺设计，包括基本概念、四 个主要溉焦浚及解决方褰。著藏蘑离p l m 静w e b 漭鞫c a p p 数五个 协同视图( 设计协同、生产协同、商务协同、资源协同和知识协同) 震歼其髂论述。 3 指出现代c a p p 是一个基于i n t e r n e t 、支持工艺同步协作的工艺工作 浚管理系统，势提窭了c a p p 嚣囱遘程多瑟次按网模型激及凌溺 c a p p 聚统功能模型。谯协同c a p p 系统功能模型基础上首次提出：e 两北工业大学博士学德论文 i i i ! j i i _ l 兹同步协作机制，包括协同c a p p 编制同步机制、会话管艘机制和 系统通信机制等。 4 。攒壤瓣商瑰代c a p p 黝潮络铡遣资源优纯懿萎可分为工艺任务分工 霞豫瓣鬟帮霹重搀裁造擎元饶位琵嚣蘸个滋次，撵窭了可鬟稳割造 单元优化配置的基于湖络化制造资源库构建、制造资源评估与优化 和网络化协同工艺路线规划三个部分的系统结构及工作流程。同时 基于对可重构制造单元优化配置关键技术的研究，提出了顾向协同 c a p p 的制造资源三艨绩息模型、基予簿奔论的逻辑制造单元优化摸 鍪蔽及基予蘩谖麓浃滗黼络工艺爨线瓣鲻筏懿。 5 。将上述研究成采成功威用于面向p l m 酶w e b 协同c a p p 系统设计与 开发，并且应用到相获的科研项目之中，获得了用户好评，成果的 可行性和实用性得到初步验证。 关键调：谤舆瓿辘翁工艺设谤，产鑫全生鸯瘸絮篱毽，鹣缮汝嗣，工髂滚营建，诗 冀梳支待协淹工俸，熊识管理，应耀簸务提供蔼 西北工业大学博士学位论文 a b s t r a c t c o m p u t e ra i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ( c a p p ) c o n f i r m st h em a n u f a c t u r ep r o c e s s ， n e c e s s a r ym a n u f a c t u r er e s o u r c ea n dt i m e e t c o fp r o d u c t s ，i ti st h eb r i d g eb e t w e e n c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ( c a d ) a n dc o m p u t e ra i d e dm a n u f a e t u r i n g ( c a m ) ，a n di t p l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l eo np r o d u c tq u a l i t y ，m a n u f a c t u r i n gc o s ta n df a s tr e s p o n s e a b i l i t yi nm a r k e to fe n t e r p r i s e u n d e rt h e d i s t r i b u t e d ，h e t e r o g e n e o u s a n d d y n a m i ce n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n e n v i r o n m e n t ，s u p p o r t i n gt h ef a s ti n n o v a t i v ed e v e l o p m e n tp r o c e s so fn e wp r o d u c t sa n d s a t i s f y i n g t h ed i v e r s i f i c a t i o nd e m a n do f p r o d u c t s a r et h e k e yp r o b l e m s t h a t c o n t e m p o r a r yc a p pt e c h n i q u ef a c e s b a s e do nt h e s ep r o b l e m s ，t h ed i s s e r t a t i o n h a s p u t f o r w a r dt h e c o n t e m p o r a r y c a p pi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts t r a t e g y p l m - o r i e n t e dw e b - b a s e dc o l l a b o r a t i v ep r o c e s sp l a n n i n g b a s eo nt h et h o u g h to f p r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t ，t h ed i s s e r t a t i o np r o b e st h e w e b b a s e dc o l l a b o r a t i v em o d ea n dm e t h o do fc a p pu n d e rt h ed i s t r i b u t e d ， h e t e r o g e n e o u s a n d d y n a m i ce n t e r p r i s ea p p l i c a t i o n e n v i r o n m e n t s u p p o r t i n g t h e e v o l v eo fp r o d u c ti n f o r m a t i o ni na l ll i f e c y c l ea n dt h ef a s ti n n o v a t i v ed e v e l o p m e n to f n e w p r o d u c t s h a v e i m p o r t a n t t h e o r e t i c a lv a l u ea n d p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e f o r s h o r t e n i n g t h ep r o d u c td e v e l o p m e n tc y c l e ，r e d u c i n gc o s to fp r o d u c t sa n dr a i s i n g p r o d u c t sq u a l i t y o fa g i l e m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e t h ek e y i s s u e ss t u d i e da n d c o n c l u s i o n sd e d u c e di nt h ed i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： 1 b y t h ea n a l y s i so ft h ep r o c e s so fm a n u f a c t u r ei n f o r m a t i o na n dt h et r e n do fc a p p d e v e l o p m e n t ，t h ed i s s e r t a t i o np o i n t so u tt h a tc a p ps y s t e mh a st ob ed e v e l o p e d a s c o n t e m p o r a r y c a p p s y s t e m w i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so f i n t e l l i g e n tp r o c e s s p l a n n i n g a n dm a n a g e m e n t ，s u p p o r t i n gp l m - o r i e n t e dw e b b a s e dc o l l a b o r a t i v e w o r k t h ec o n t e m p o r a r yc a p ps y s t e mh a sf i v em a j o rc h a r a c t e r i s t i c s ：m u l t i - l e v e l i ns t r u c t u r e ，m u l t i p h a s ei nt i m e ，d i s t r i b u t e di ng e o g r a p h y ，n o n - s y m m e t r i c a la n d u n c e r t a i n t yi ni n f o r m a t i o na n df a s td y n a m i c i np r o c e s s 2 b a s eo nt h ea n a l y s i so fp r e s e n tr e s e a r c ho fw e b - b a s e dc a p p , t h ei m p o r t a n c eo f p r o c e s sp l a n n i n g i nap r o d u c tl i f e c y e l ea n dt h ec o l l a b o r a t i v ev a l u en e t w o r k i i l 殖北工业大学博士学位论文 c o n c e p tm o d e lo fm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e ，t h i sd i s s e r t a t i o ni st h ef i r s tt op r e s e n t t h e s t r a t e g y o f c o n t e m p o r a r y c a p pi n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t t h a ti s p l m o r i e n t e dw e b b a s e dc o l l a b o r a t i v e p r o c e s sp l a n n i n g i nt h e d i s t r i b u t e d ， h e t e r o g e n e o u sa n dd y n a m i ce n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t t h es t r a t e g y s c o n c e p t ，m a i ni d e a sa n ds o l u t i o na r ee x p o u n d e da n df i v ec o l l a b o r a t i v ev i e w so f p l m 。o r i e n t e dw e b - b a s e dc o l l a b o r a t i v ec a p pa r edi s c u s s e d a s d e s i g n c o l l a b o r a t i o n ，p r o d u c t i o nc o l l a b o r a t i o n ，b u s i n e s sc o l l a b o r a t i o n ，r e s o u r c e c o l l a b o r a t i o na n d k n o w l e d g ec o l l a b o r a t i o n 3 c o n t e m p o r a r yc a p p i sap r o c e s sw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do ni n t e r n e t a n ds u p p o r t i n gs y n c h r o n o u sc o o p e r a t i v ep r o c e s sp l a n n i n g t h ed i s s e r t a t i o n p u t s f o r w a r dt h e p r o c e s s o r i e n t e dm u l t i l a y e r c o l l a b o r a t i v ec a p pm o d e la n d c o l l a b o r a t i v ec a p pf u n c t i o nm o d e l t h em e c h a n i s mo fs y n c h r o n o u sc o o p e r a t i v e p r o c e s sp l a n n i n gb a s e do nt h ef u n c t i o nm o d e li n c l u d e st h es y n c h r o n o u se d i t ， s e s s i o nm a n a g e m e n ta n dc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mo fc o l l a b o r a t i v ec a p p 4 t h ep r o b l e mo fm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ec o n f i g u r a t i o na n do p t i m i z a t i o nf a c e dt o c o n t e m p o r a r y c a p pc a nb ed i v i d e di n t ot w ol e v e l s ：t h e o p t i m i z a t i o n a n d c o n f i g u r a t i o no fp r o c e s st a s kd i v i s i o na n dr e c o n f i g u r a b l em a n u f a c t u r i n gc e l l t h e o p t i m i z a t i o na n dc o n f i g u r a t i o no fr e c o n f i g u r a b l em a n u f a c t u r i n gc e l l h a st h r e e p a r t s ：t h eb u i l do fw e b b a s e dm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ed a t a b a s e ，t h eo p t i m i z a t i o n o f m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ea n dt h ew e b b a s e dc o o p e r a t i v ep r o c e s sr o u t ep l a n n i n g m o r e o v e r , b a s e d o nt h er e s e a r c ho ft h e c o n f i g u r a t i o n a n d o p t i m i z a t i o n o f r e c o n f i g u r a b l em a n u f a c t u r i n gc e l l ，t h e d i s s e r t a t i o n p o i n t s o u tt h ei n f o r m a t i o n m o d e lo fm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c eo fc o l l a b o r a t i v e c a p p , t h eg a m et h e o r y o p t i m i z a t i o nm o d e l o f l o g i c a lm a n u f a c t u r i n g c e l la n dt h em e c h a n i s mo ft h e k n o w l e d g e - b a s e dr a p i dw e bp r o c e s sr o u t ep l a n n i n g 5 t h er e s e a r c hr e s u l t sm e n t i o n e da b o v eh a v eb e e na p p l i e dt ot h ed e s i g na n d d e v e l o p m e n to ft h ep l m b a s e dw e bc o l l a b o r a t i v e c a p ps y s t e ma n dr e l e v a n t s c i e n t i f i cr e s e a r c h p r o j e c t s ，i t h a s g o t t h eu s e r sf a v o r a b l ec o m m e n t t h e f e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t yo f t h ea c h i e v e m e n ta r ev e r i f i e dt e n t a t i v e l y k e y w o r d s ：c o m p u t e ra i d e d p r o c e s s p l a n n i n g ，p r o d u c tl i f e e y e l em a n a g e m e n t ， w e b b a s e dc o l l a b o r a t i v e ，w o r k f l o w m a n a g e m e n t -c o m p u t e rs u p p o r t e d c o o p e r a t i v ew o r k ，k n o w l e d g em a n a g e m e n t ，a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r l v 西北工业大学博士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 人类社会已进入信息时代，知识经济是信息社会的经济形态。制造业的强盛 与否是衡量一个国家经济实力的重要指标。姒信息化带动工业化，i t 技术和通 信技术的迅速发展极大地扩展了制造业的深度与广度，推动了制造技术的发展与 创新。随着经济全球化、一体化格局的初步形成，如何更为广泛地利用全球资源， 提高对市场的快速响应能力，已成为制造企业的重要策略。 计算机辅助工艺设计( c o m p u t e r a i d e d p r o c e s sp l a n n i n g ，c a p p ) 是先进制造技术 的核心技术之一，是实现计算机集成制造系统、并行工程乃至敏捷制造、虚拟制 造的重要基础性技术。c a p p 负责确定产品制造过程以及产品制造所需的制造资 源、制造时间等，是连接产品设计与制造的桥梁，并对产品质量和制造成本以及 对市场的快速响应能力具有极为重要的影响”l 。 近年来，c a p p 技术的应用正在逐步体现现代先进制造思想，向以产品数据 为核心、工艺设计与工艺管理一体化的制造工艺信息系统，即现代计算机辅助工 艺设计系统方向发展。 1 2 现代计算机辅助工艺设计 1 2 1c a p p 技术发展回顾【2 。1 3 1 二十世纪六十年代末，人们开始计算机辅助工艺过程设计的研究与开发。早 期主要是派生式c a p p ，最早的c a p p 系统是挪威工业公司于1 9 6 9 年开发的 a u t o p r o s 系统。 在c a p p 发展史上具有里程碑意义的是设在美国的国际性组织c a m i 于 1 9 7 6 年开发的c a p p ( c a m i sa u t o m a t e dp r o c e s sp l a n n i n g ) 系统。该系统标志着 c a p p 深入研究与实践的开始。 国内最早开发的c a p p 系统是同济大学的t o j i c a p 系统和西北工业大学的 c a o s 系统，其完成的时间都在八十年代初。此后，c a p p 代表计算机辅助工艺 设计得到了学术界和企业界的广泛认同，对c a p p 的研究与应用也逐步得到了普 酾北工业大学 尊士学位论文 遍重视。 从八十年代起，在c a p p 的研究中开始引入人工智能和专家系统技术。就本 质而苦，工艺过程设计是个典型的复杂智能推理过程，是经验性很强且随外界 环境影响而多变的一系列复合决策过程。由此可见，工艺过程设计的主要问题不 是数值计算，而是对工艺信息和工艺知识的处理。这一点正是人工智能和专家系 统的特长，所以，人工智能和专家系统技术在c a p p 领域的应用为c a p p 的研究 与开发带来了勃勃生机，并成为八十年代c a p p 研究的主流方向。 九十年代初至今，随着信息技术、集成技术、软件开发技术、网络通讯技术 等日新月异的发展，以及各种先进制造技术思想的不断涌现，c a p p 的研究与应 用也进入了一个全新时期。c a p p 的研究者们围绕着c a p p 的集成化、智能化、 并行化、网络化、工具化、工程化、实用化、商品化等方向展开了一系列卓有成 效的研究，提出了许多新的思想、概念和方法。在这些研究的基础上，开发出了 一些新型的c a p p 系统，其中少数达到了商品化，在许多制造企业得到应用。 1 2 2 现代计算机辅助工艺设计 近年来，在网络通讯技术以及先进制造技术发展的带动下，人们对c a p p 概 念的理解已经完全突破了其字面含义，c a p p 系统的规模、复杂性和适用范围也 空前地膨胀了起来，c a p p 的研究和应用由此也进入了一个新的历史阶段。现代 c a p p 系统与传统c a p p 系统的对比如图l 一1 所示。 根据敏捷制造思想1 1 5 ，现代计算机辅助工艺设计理论与方法应包括以下功 能： 分布式工艺决策、柔性动态和快速简易的工艺规划理论及其专家系统； 支持制造资源动态重组和优化配置的工艺设计理论与应用系统，实现加 工过程局部仿真： 网络环境中的c a p p 系统开发平台； 敏捷、动态、多方案输出的并行式工艺设计系统； 面向产品的广义工艺设计及其集成。 所以，在新的形势下，现代计算机辅助工艺设计需要能够适应敏捷制造 新模式的信息管理策略。 西北e 业大学博士学位论文 传统c a p p 系统 基于自动化思想的修订创成式c a p p 系统 系统开发周期长、费用高、难度大；工艺人员难以掌 握系统的使用：系统功能和应用范围有限，缺乏适应生产 环境变化的灵活性和适用性，难以推广应用。 基于计算机辅助的实用化c a p p 系统 片面强调工艺设计的“所见即所得”，完全以文档为 核心，忽视企业信息化中产品工艺数据的重要性，存在难 以保证产品工艺数据准确性、一致性和进行工艺信息集成 的致命问题。 现代c a p p 系统 面向企业信息化的制造工艺信息系统i l 是以产品工艺数据为中心的集工艺设计与信息管理为一体的交互式 计算机应用系统，并逐步集成检索、修订、创成等多： 艺决策混合技术及 多项人工智能技术，实现人机混合智能( h u m a n - m a c h i n eh y b r i d i n t e l l i g e n c e ) 和人、技术与管理的集成，逐步和部分实现工艺设计与管理 的自动化，从设计和管理等多方面提高工艺人员的工作效率，并能在应用 中不断积累工艺设计人员的经骏，不断提高系统的智能和适应性，逐步满 足产品制造全球化、网络化和虚拟企业分布式协同工作的需求。 图l l 现代c a p p 系统与传统c a p p 系统比较 1 3 现代工艺设计信息管理策略 1 3 1 制造业信息化进程 1 6 - 3 2 】 计算机辅助工艺设计是伴随着制造业信息化进程而不断发展完善的。纵观近 三十年来制造业的信息化进程，可分为以下四个阶段： f 1 ) 功能自动化阶段。 七十年代电子技术和计算机技术的发展为生产领域的自动化提供了可 能，使得以计算机为辅助工具的单项制造功能的自动化技术成为可行，由此 出现了计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助工艺设计( c a p p ) 、计算机辅 助制造( c a m ) 以及物料管理计划( m r p ) 等自动化系统。 西北r 业大学博士学能论文 f 2 ) 信息集成阶段。 a 十年代针对设计、制造窝生产管理中存在懿爨动纯孤蓦懑题，塞袋了 计算机集成制造( c i m ) 技术，致力于解决各个制造自动化系统之间的信息共 享与交换，形成了一系列主要以接日方式狂数搀簿方式共事斡接怠集成系 统。如c a d c a p p c a m 集成系统、c a p p 与制造资源计划( m r p i i ) 之间 集成接口嚣。 ( 3 ) 过程优化阶段 九十年代初企业以生产过程为中心，在信息集成的基础上，努力实现过 程集成，逶过对生产过程遴孝亍优纯，协鞫多个稽关的应用戳实现更高层次的 系统功能目标。如并行工程( c e ) 思想，在产品设计时考虑下游工作中的 可稍造毪、霄装甏往，重缀设计j 窭程，掇窿产品开发靛力；经营过程重稳 ( b p r ) 思想，通过简化和榘成来调整企业经营，使之达到过程的撼体优化。 耱殿缝，爨瑷了工终滚蛰骥( 骄m ) 、产熬数据謦疆( p 舀m ) 等支撩援零。 f 4 ) 敏捷化阶段。 丸+ 年代居蘩，随黄互联飚的飞速发爨，金数缀织方式絮蓑鼹络讫谤l 冬 的方向发展，使以满足全球化市场用户需求为核心的快速响应制造活动成为 可熊，企业不再局黢于内部的集成，两考虑与终部瓣集成，更强调知识的获 取与共享。因此，敏捷制造( a m ) 、虚拟制造( v m ) 和大舰模定制( m c ) 等新制造模式应运而生。棚应地，产品全生命周期管理( p l m ) 、知识管理 ( k m ) 、计算视支持的协斛工作( c s c w ) 等技术成为热点。 随辫制造业信息化的不断发展，现代工艺设计应用环境发生了很大变化，需 要运簿耨技术攒导凌俄c a p p 系统懿开菠。 1 。3 2 现代工艺设计应用分蛎 c a p p 系统的工艺过程设计任务是公认的典型复杂阀题，包禽了分析、选择、 撬刘、饶佬等不嗣功穗瓣求，它贯穿予众监酶整个生产过程，并对整个生产过獠 产生影响，是经验性很强且随应用环境淡化而多变的决策过程。c a p p 系统对应 嫣琢境其畜较大豹袄赣毪，嚣藏必缳对c a p p 系统翡龛延应霉环境遂行分耩。 随潜产品更新换代的周期越来越短，产品的需求越来越多样化，多品种、小 援量生产在刳逡犍孛戆魄重越来越丈，撬裹甍舞造系统豹鬃蠖，缭簸产瑟开发瘸期， 已成为世界各国工业界激烈竞争的焦点。在这种敏捷竞争环境下，企业组织方式 正朝着网络化协终斡方囱发展，利用网终拜境，蘸对枣场枫遇，锋对菜一特定产 4 + 西北 _ 业大学博士学位论文 品，灵活而迅速地组织社会制造资源，把分散在不同地区的现有生产设备资源、 智力资源和各种核心能力，按优势互补的原则，迅速地组合成一种没有围墙的、 超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体虚拟企业动态联 盟，以便快速响应市场，快速推出高质量、低成本的新产品。所以，c a p p 系统 面临着分布异构的动态企业敏捷竞争环境。 在此环境下，作者认为现代工艺设计具有五大特征： 1 结构上的层次性 产品工艺设计工作可以划分为两个层次，即总体工艺设计和专项工艺设 计。总体工艺设计主要包括产品结构工艺性审查、产品工艺零组件划分和产 品工艺流程制订。专项工艺设计所包括的专项工艺设计种类有毛坯制造工艺 设计、零件加工工艺设计、热处理、表面处理工艺设计、焊接、装配工艺设 计和检测、试验等其它工艺设计。 2 时间上的阶段性 在产品生命周期的不同阶段，总体工艺设计和专项工艺设计产生的文件 将有不同的版本和内容。包括产品工艺方案、工艺分工、工程b o m ( e b o m ) 到制造b o m ( m b o m ) 的转换、工艺路线规划、材料定额、工时定额、工 艺编制、统计汇总、工艺发布和工艺更改等内容。 3 地理上的分布性 敏捷制造模式下，制造组织不再是大而全或小而全的，它应拥有自身的 核心竞争优势，并能够在世界范围内寻求可利用的其他资源，形成动态联盟， 从而实现资源的优势互补和业务的协作。动态联盟中的各制造企业在地理上 可以分布在不同区域，同时企业内的制造部门在地理上也可以分布在不同区 域。这直接导致工艺设计地理上的分布性。 4 信息上的非对称性和不确定性 从企业制造策略的角度来考虑，企业往往为了自身利益最大化并获得持 久的市场占有率，将各种工艺相关信息视为私有信息，因此在同其他企业合 作时，共享这些信息的策略也有所不同，其他企业对这些信息的了解程度是 有差异的，从而造成了这些信息的不对称。在制造企业内部，同样会由于部 门的局部利益的不同，导致部门之间信息的隐藏和不对称。 由于制造环境自身的不确定性，可以获得的工艺信息也是不确定的。随 着制造过程的展开，工艺相关信息也是变化的，即信息的本身具有不确定性， 而且由于人们工艺经验多少不同，对工艺信息掌握也是不确定的。因此工艺 酉托工监大学搏士学位论文 信息的不确定呈现出模糊、不一致和多义等特征。 5 过稷上的快速动感性 快遮避响应市场的霭求是巷造系统敕生存猴剩之一。现代c a p p 系统怒 面向制造豹、基于铡逑资源动态约裘的工艺锖惑系统。工艺设计过程能够随 制造资源的状态变化而动态变化，如适应制造环境、设备故障、设备负荷及 工具短缺等的变化，辩能够在制造资源重构的熬础上快速设计出工艺规稳。 1 3 3 阂题提出及研究意义 在这个以知识运用、网络平台为特征的新经济时代，经济全球化和工业信息 佬使枣l 造簸瓣竞争嚣境、笈震模式帮溪凌空阗等发鐾立了深裁弱交亿，这些交亿对 制造监提出了严竣的封战。为满足臼箍变亿的客户需求，制造企渡只有开展协间 产品生命过程管理才能达到降低产品成本、提高产晶质量、加快产品上市时间， 以及为客户提供优质的产品服务。因此，以产品刨灏为特征的肯4 造业时代需要产 瑟全皇会蔗潮警瑾( p r o d u c t l i f e e y c l em a n a g e m e n t ，p l m ) ； 伴随着制造业信息化的进程，敏捷制造、虚拟制造和大规模定制等先进制造 系统以及产品全生命周期管理、知识管理、计算机支持的协同工作等技术的发展， 无论扶深度上还是从广凄上，都对c a p p 躲发展掇溅了更薪更赢蛉要求。显然， c a p p 已经剿了一个新鹚发震除段敏捷纯除段。 敏捷化阶段，现代z 慧设计具有结构上的层次性、时间上的阶段性、地理上 的分布性、信息上的非对称性和不确定性以及过程上的快速动态性五大特征。因 诧，嬲络纯与蛰曩纯怒瑷代c a p p 系统或功寝羯蕊关键。“渗圈王覆” ( c o l l a b o r a t i v ee n g i n e e r i n g ) 3 3 - 3 4 1 的憋想，强调从一开始就要考虑产品全生命周 期的所有因索( 包括设计、制造、市场、售后服务锋) ，同时，像更加突出人的 作用，强调棚关活动的备方露人员( 戗括产晶设计、模具设计、制造、销售、维 护、甚至最终嚣声) 豹秘阏王 睾。 产品是制造企业的生命，新产品 发则是一个众业的生命之源。协同促进产 品创新，而产品创新产生价值。在分布舜构的动态众业应用环境下，如何满足产 晶多样传鬟求静圈时又支持新产品弹发的快速刨毅过揆是现代计算枫辕动工装 设计技术骈蕊裕静关键阏蹶，对魏，率论文提出了现代工艺设计信息管理策貉 一面向产晶企生命周期管理的w e b 协同工艺设计p ”。 基于产品全生命周期管理思想，撵索分布异构的动态企业应用环境下的计隳 凝羲劲王艺设计w e b 协霹工 乍夔模式_ 秘方法，支持产磊售怠懿全生愈嗣期演纯， 西北：l 业大学博士学位论文 支持新产品的快速创新过程，对于缩短敏捷制造众业的产品开发周期、降低产品 成本、提裹产品麋量其蠢卡势重要夔理谂； 爨现实懑义。 1 4 相关研究领域 蘑向产品全生鑫周联管理鼹w e b 携嗣工艺设计技拳是一个与诗篓枫支接豹 协同工傣和产品徐生命周期管理簿学科相关的研究领域。 l ，4 1 计算瓿支持静协霹工作 人类社会是一个紧密秘终熬群钵。捺露秘学是磅究群体赘 擘熬本屡帮跨蔹熬 科学，它将不同学科中共同存在的协同现象抽取出来作为研究对象，研究协同的 本质、协同的结槐、协同的描述模型、协麓懿研究方法、支撑工其及其应耀等娜1 。 计算机和网络技术的飞速发展给协间科学的研究和应用提供了强有力的支 持。c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e d c o o p e r a t i v e w o r k ) 研究领域的出现是协同科学 程信息纯时代的新发展。 “计算机支持的协同工作”遮一概念最早是1 9 8 4 年出美国m i t 的i r e n eg r i e f 鞠d e c 瀚p a u lc a s h m a n 在描述鸯关翔簿糟计算枫支持交叉学辩豹人们共同工 筝 的课题时提出来的【3 7 8 1 。 c s c w 是戳入稍蓊鬻工俸方式麓鹜聚，诗算瓤瓣络稻通信技本稳笈震为羹 础，具有广泛应用领域为前提条件而发展形成的。可以用这样的观点来描述这一 舞究镶城；在诗冀穰技术支持戆繇凌下，褥裂是燕诗算飒网络环壤下，一个嚣钵 协同工作完成一颈共同的任务。 c s c w 也被拣终群移( g r o u p w a r e ) ，簏单逑谈群传隧被认为是支耱c s c w 的软件系统，e l l i s 给群件下了一个定义：群件是对完成若问任务成目标的群体进 抒支持势提供基攀环境接日的计算机系统1 3 ”。 c s c w 对群体的协同工作进行支持而群体的协作活动一般包括三个方面，即 所谓的3 c s 4 0 - 4 2 1 。 ( 1 ) 邋倍( c o m m u n i c a t i o n ) ：协同工作的群体成员之间壹菝避行信息的交换。 ( 2 ) 合作( c o o p e r a t i o n ) ：群体共享某种形式的信息，协同地完成共阉任务。 f 3 ) 褥谲( c o o r d i n a t i o n ) ：奁一定熬藤羹| j 下辩各耱滔瀚遘行漭谲，镁人稻和 谐的共同工作，避免冲突和重复性破坏性的行为。 围绕麓对3 c s 活动黪支特，窦凌c s c w 系绞瓣关键馊藐技术有：嚣体工 簟 西北工业大学博士学位论文 理论、协同多媒体通信、冲突解决与协调机制、共享对象与并发控制、多用户界 面与人人交互接口、网络安全性、基于w e b 的协同工作等。 现在，协同应用系统的研究和开发正逐渐从早期的支持工作组级的小规模协 作向支持跨企业的、全球范围的大规模协作方向发展。早期研究的小规模协作系 统，如桌面会议系统、协同编著系统、应用共享系统等都只是给人们提供了一种 辅助性的交互和交流手段，其作用还不足以使之成为企业或机构的关键性信息基 础设施。而大规模协作的协同应用系统是用来支持企业内部和企业之间的协同工 作，它具有地域范围分散性、业务兴趣异构性和业务性质关键性等特征部】。 随着大规模协作的发展，c s c w 出现了一些新的应用领域，包括电子商务和 e d i 、虚拟企业和组织、协同设计与制造、远程教育、远程医疗、虚拟协作环境、 合作科学研究等。这些新的c s c w 应用领域将对未来社会人们的工作、学习和 生活产生深远的影响。 1 4 1 1c s c w 系统分类 曼 藏 方 式 癣翻挽撬 图1 - - 2c s c w 基本系统分类 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1 3 。各种c s c w 系统构成 如图1 2 所示的一种立体模型。 交互协作方式：群体成员之间的协同工作按时问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( c o 1 0 c a t e d ) 和异地或远 西北工业大学博士学位论文 程协作( r e m o t e ) 。 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 ) ，即电子邮件系统，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，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，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，协同办公系统等。 1 4 1 2 视图耦合【4 0 4 3 】 视图耦合表示同步协同工作中用户界面视图之间的耦合程度，也就是“你见即 我见”( w h a t y o us e e i s w l l a t is e e ，w y s i w i s ) 。按照耦合度的不同，可以分为 紧密耦合和宽松耦合。 早期的c s c w 研究认为同步协同工作要求所有的参与者在相同时间看到完 全相同的视图，这是一种紧密耦合。 渐渐地人们认识到同步协同应用应当支持柔性的、宽松的视图耦合，可以从 四个尺度上放松对视图耦合的限制： ( 1 ) 空间：在紧密耦合下用户观看的是相同的共享空间，在宽松耦合下允许 用户可以拥有私有空间。 ( 2 ) 时间：在紧密耦合下对共享数据的改变是几乎实时地传送给其他协作者， 在宽松耦合下对共享数据的更新可以在一个时间段内发出，而不是立即发 出，当然如果过度放松对发送时间段的限制，同步协同系统就转变成异步协 同系统。 ( 3 ) 人员：在紧密耦合下所有的协作者看到相同的共享视图，在宽松耦合下 可以将协作者分组，不同小组的用户看到不同的共享视图。 ( 4 ) 内容：在紧密耦合下所有用户的共享空间内容是相同的，在宽松耦合下 根据用户角色的不同，共享内容允许不完全相同。 1 4 1 3 群体感矢 1 4 4 4 8 】 人们在办公室里面对面协同工作时，可以感知其他人的位置、动作和表情等， 而在计算机支持的协同工作中，地理上分布的协同用户之间的许多感知信息被丢 失了，缺少这些感知信息，群体之间的协调和通信变得困难。 群体感知( g r o u pa w a r e n e s s ) 是c s c w 技术的重要方面，研究人员给出了 群体感知的各种定义。t o l l m a r 认为“感知意味着知晓其他用户的存在，以及他 们对共享对象的访问。”b e a u d o u i n l a f o n 认为“感知意味着每个用户应当知晓 其他用户在做什么，以便于协调。”而s c h l e n k a m p 则给出了一个更加广泛的定 西北： 业大学博士学位论文 ! = ! g $ e ! _ _ ! i i ， i l 自! ! ! ! _ 自自! ! ! l l e ! ! e ! ! ! s s e e ! ! ! ! 目e ! ! ! ! s ! ! 义：“感知意味着了解系统的状态，包括过去的活动、现在的状态和将来的选择。” g u t w i n 将群体感知分类为四个方面：存在感知、参与感知、结构感知和工作空 间感知。 归纳起来群体感知应当包括以下信息： w h o 哪些用户参与协同工作? w h e r e 协同用户在什么地方? w 血a t 一在做什么? h o w 一一是怎么做的? 、v h y 一一为什么这样做? w h e n 一什么时间做的? 在群体感知的实现技术中，利用视频图像和静止图像可以提供存在感知信 息，音频和视频通信通道提供了参与感知信息，而远程指针t e l e p o i n t e r 则可以 提供工作空间感知信息。 1 4 1 4 协同透明与协同感知【4 9 1 同步协同应用系统的实现方法可以