协同设计技术综述.doc

概念协同设计的概念源于CSCW(ComputerSupportedCooperationWork,即计算机支持的协同工作)，即，在计算机技术支持的环境下，一个群体协同完成一项共同的任务CSCW技术是一门交叉学科，涉及的领域非常广泛，其中包括计算机网络通讯、并行和分布式处理、数据库、多媒体、人工智能理论等它具有分布性、共享和通信、开放性、异步性、自动化支持、工作协同性、信息共享性和异质性等特点特点在争取用户满意的竞争中，现代设计要求对产品进行全生命周期设计面对越来越复杂的设计对象，单个人和企业已不能胜任，需要多个专家和企业组成多功能设计小组，以一种协同的方式来进行产品的设计协同设计(CollaborativeDesign)是指在计算机的支持下，各成员围绕一个设计项目，承担相应的部分设计任务，并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协同设计强调采用群体工作方式，从而不同程度地改善传统设计中项目管理与设计之间、设计与生产之间的脱节，以及设计周期过长、设计费用高、设计质量不易保证等缺点协同设计的过程具有以下特点:(1) 分布性:参加协同设计的人员可能属于同一个企业，也可能属于不同的企业;同一企业内部不同的部门又在不同的地点，所以协同设计须在计算机网络的支持下分布进行，这是协同设计的基本特点。

2) 交互性:在协同设计中人员之间经常进行交互，交互方式可能是实时的，如协同造型、协同标注；也可能是异步的，如文档的设计变更流程开发人员须根据需要采用不同的交互方式3) 动态性:在整个协同设计过程中，产品开发的速度，工作人员的任务安排，设备状况等都在发生变化为了使协同设计能够顺利进行，产品开发人员需要方便地获取各方面的动态信息4) 协作性与冲突性:由于设计任务之间的存在相互制约的关系，为了使设计的过程和结果一致，各个子任务之间须进行密切的协作另外，由于协同的过程是群体参与的过程，不同的人会有不同的意见，合作过程中的冲突不可避免，因而须进行冲突消解5) 活动的多样性:协同设计中的活动是多种多样的，除了方案设计、详细设计、产品造型、零件工艺、数控编程等设计活动外，还有促进设计整体顺利进行的项目管理、任务规划、冲突消解等活动协同设计就是这些活动组成的有机整体.除了上述特点外，协同设计还有产品开发人员使用的计算机软硬件的异构性、产品数据的复杂性等特点对协同设计特点的分析有助于为建立合理的协同设计环境体系结构提供参考关键技术协同设计中的关键技术协同设计是计算机支持的协同工作与先进制造技术相结合对产品设计过程进行有效支持的研究领域，不仅需要不同领域的知识和经验，还要有综合协调这些知识、经验的有效机制，来祸合不同的设计任务。

一般认为，协同工作的基本要素为协作、信任、交流、折衷、一致、不断提高、协调为体现这七个基本要素，实现协同工作，必须解决好以下关键技术:(1)产品建模产品模型是指按一定形式组织的关于产品信息的数据结构，是协同设计的基础和核心在协同设计环境下，产品模型的建立一个逐步完善的过程，是多功能设计小组共同作用的结果为了满足设计各阶段对产品数据模型的不同需求，需要建立一个多视图的产品模型2)工作流管理工作流管理的目的是规划、调度和控制产品开发的工作流，以保证把正确的信息和资源，在正确的时刻，以正确的方式送给正确的小组或小组成员，同时保证产品开发过程收敛于顾客需求3)约束管理产品开发过程中，各个子任务之间存在各种相互制约相互依赖的关系，其中包括设计规范和设计对象的基本规律、各种一致性要求、当前技术水平和资源限制以及用户需求等构成了产品开发中的约束关系产品开发的过程就是一个在保证各种约束满足的条件下，进行约束求解的过程4)冲突消解协同设计是设计小组之间相互合作、相互影响和制约的过程，设计小组对产品开发的考虑角度、评价标准和领域知识不尽相同，必然导致协同设计过程中冲突的发生可以说，协同设计的过程就是冲突的产生和消解的过程。

充分合理地解决设计中的冲突能最大限度地满足各领域专家的要求，使最终产品的综合性能达到最佳5)历史管理历史管理的目的是记录开发过程进行到一定阶段时的过程特征并在特定工具的支持下将它们用于将来的开发过程目前，在实现这种基于CAD的协同设计方面，存在三种主流的技术思路一种是在CAD平台提供一些底层技术支持，供二次开发者根据用户需要开发出各种应用比如AutoCAD,在平台提供XREF即外部参照，做到可视化协同，平台提供丰富的开发接口，可以用各种编程语言访问图形数据但平台并没有在协同设计上特意做太多的功能另外一种就是提供可定制化的基于项目管理、文档管理的协同设计管理软件配合单机设计软件达到协同设计目的业界应该致力于提供一种开发出协同设计软件的基础平台，它是标准的，开放的，可扩展的能够为二次开发商提供开发项目管理、文档管理、用户管理、图纸审核、网络图库、协商交流工具等协同设计系统功能的底层函数支持例如，针对CAD系统的特征，定义“网络化实时协同设计协议”(RealtimeCooperatingAidedDesign简称RCAD协议)，将是一个完全实时的网络化的协同设计方案内容包括数据类型和结构、数据对象模型、事件对象模型、网络通讯和信息交换、安全和验证等等，例如数据传输的格式，可以采用国际通用DXF组码形式，增强协议的开放性。

所有网络上能通过TCP/IP协议相互访问的计算机，其中一方发生数据更改时，都将更改转换为一条或者多条协同指令，标识数据发生的变化，并向协同对方发送该指令，接受到指令的一方立即依据指令附带的参数，更新本地数据，达到数据的实时同步但是，在实现协同设计的过程中，还存在一些难点这其中除了技术难点以外，还有一些关于标准方面的障碍很多公司在解决这些问题方面也作了大量工作，但效果都不明显，没有哪个公司的方案被广泛接受本来AutoCAD可以有很大优势，它的市场占有率很高，DWG格式已经成为市场标准，甚至可以说是行业标准，但他在这方面没有太多的投入，也没有惊人举措出台其他公司的协同设计，大多立足于协同设计管理方向，最重要的，几乎都是独立于CAD平台，没有提供平台方案，更没有开放给其他软件厂商作后续开发主要的难点有以下几个方面：（1）基于开放技术标准的数据互动与共享，难点在于：文件格式的兼容或标准化、数据传输兼顾开放性与安全性、大项目大数据量实时交互2）全面的、跨领域的协同平台，难点在于不同专业设计者之间、分散的设计企业之间、供应商与企业之间以及用户与企业之间如何实现宛如一体的协同工作以求达到整体生命力的最大化。

总之，最重要的难点还是标准化、开放化协同设计是一个系统工程，不仅仅是一个软件每个设计单位可能对协同的需求都有不同不大可能也没有必要出现一种万能普适的协同设计软件标准的制定和推广都有一定的难度所以，浩辰在基于CAD平台的协同设计方面，并不致力于设计出一种通用的协同设计软件，而是提供一种标准、开放的平台，供其他软件开发商根据行业部门需要开发出各种应用协同设计软件协同设计中的同步与异步异步协同设计异步协同设计是指多个协作者，在分布集成的平台上围绕共同的任务进行协同设计工作，但各自有不同的工作空间，可以在不同的时间内进行工作通常设计者之间不需要也不能迅速地从其他协作者处得到反馈信息异步协同设计不但需要有紧密集成的CAx/DFx工具，还需要解决共享数据管理、协作信息管理、协作过程中的数据流和工作流管理等问题加州大学伯克利分校的Ahn等研究开发了一个基于Internet的CAD/CAM系统CyberCut，其目标是让设计人员能够通过Internet利用异地的制造服务对本地的设计进行可制造性评价，进行计算机辅助工艺规划与制造CyberCut系统采用浏览器/服务器结构，客户端是从服务器上下载的设计工具，利用该工具设计人员可以基于加工特征来设计二维半的零件或者自由曲面。

服务器端负责提供可制造性评价、工艺规划和刀具路径生成等制造服务，负责对由客户端以SIF-DSG格式提交的零件自动地进行可制造性评价以及工艺和刀具路径规划，并将评价结果和建议返回给客户端的设计者同步协同设计并发控制主要分为三大类:一是乐观的控制机制，该机制假设冲突很少发生当冲突发生的时候取消发生冲突的修改二是悲观的控制机制，该机制土要是要防止冲突发生三是预测机制，也就是说通过保存从前的设计历史保证乐观机制的实现同步协同设计是一种紧密结合的协同工作，多个协作者在相同的时间内，通过共享工作空间进行设计活动，并且任何一个协作者都可以迅速地从其他协作者处得到反馈信息!如同面对面的协商讨论在传统的产品开发过程中不可缺少一样，同步协同在产品设计一的某些阶段也不可或缺从技术角度看，同步协同设计比异步协同设计的实现困难得多，这主要体现在它需要在网上实时传输产品模型和设计意图、需要有效地解决并发冲突、需要在各种CAD工具之间实现细粒度的集成等方面虽然应用共享工具(如NetMeeting)可以通过截取单用户CAD工具的用户界面和传输界面图像来实现简单的同步协同设计，但存在协同工作效率低，不支持多系统等问题，无法有效地支持同步协同设计工作。

近年来，人们对于同步协同设计的研究不断增多，研究工作主要集中在以下三个方面:1二维协同绘图与三维协同标注Kim等人开发了一个基于的三维协同标注系统CyberView,该系统采用浏览器/服务器结构，其中Web客户端由VRML浏览器、浏览器标注界面以及产品的VRML模型组成，服务器端主要包括浏览与标注管理器、STEP文件到VRML模型的转换器和一个面向对象的数据库管理系统CyberView使多个用户能够通过Web对服务器端的三维模型进行浏览和标注，从而间接地支持三维协同设计2 同步协同的三维建模同步协同的三维建模支持多个设计人员在共享工作空间中对产品的三维模型进行设计、修改和观察，它是提高产品三维建模速度和质量的新途径!现有的同步协同建模系统从总体上可以分为集中式和复制式两类集中式的同步协同建模系统采用客户机/服务器结构，其中服务器用于放置共享的建模系统和中心模型，负责提供建模服务，生成中心模型；客户端则主要负责建模操作的交互输入和模型显示集中式同步协同建模系统的优点是系统结构简单、并发控制容易，但也存在网络负载重、通信延迟明显、中心服务器容易形成瓶颈等问题复制式同步建模系统采用在每个站点都放置建模系统和存储共享模型的方法，通过使所有站点同步执行相同的建模操作，生成同样的三维模型，实现同步协同建模。

复制式同步协同建模的优点是网络负载轻、站点的交互功能强、响应速度快，其主要不足在于系统结构复杂、不同建模系统之间的语义通信和数据通信困难、并发控制困难等3 三维CAD模型的网上快速传输在同步协同设计，特别是集中式同步协同建模中，三维CAD模型能否通过网络快速传递给协作者对协同设计的同步效果起着决定性作用在网格模型的快速传输方面人们己经开展了大量研究工作，提出了面片模型的压缩传输、累进传输、流式传输等诸多方法网格模型快速传输技术正在趋于成熟，商品化产品也己经出现然而，由于网格模型只是精确产品模型的逼近表示，虽能用于支持产品的网上浏览、标注，但是设计人员却无法基于网格模型进行产品的精确设计与修改，因此它不能真正满足三维同步协同设计的需要研究现状国内的研究现状及问题国内对于计算机支持的协同工作的研究始于90年代中期，研究工作主要集中在理论方面，对于具体的协同设计的应用研究较少，至今还没有形成一个商品化的协同设计制造软件目前国内主要产品有：中科院计算所CAD开放实验室开发的协同设计系统，浙江大学国家CAD&CG重点实验室开发的电子白板，复旦协达CTOP等中科院计算所CAD开放实验室的WBTool是一个基于多层Client/Server结构的、支。