協(xié)同ＣＡＤ系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

摘 要在對協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，對協(xié)同設(shè)計(jì)平臺及多機(jī)網(wǎng)絡(luò)版協(xié)同CAD系統(tǒng)進(jìn)行了構(gòu)思，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的整體架構(gòu)和協(xié)同會議的工作流程，描述了系統(tǒng)關(guān)鍵模塊的實(shí)現(xiàn)原理。提出了系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)路線。

關(guān)鍵詞 計(jì)算機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)；協(xié)同會議；用戶

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671-489X（2007）01-0054-03

Research and Design of Collaborative Design//Wu Zhiwen

Abstract Through an introduction to Collaborative Design's concept， this paper attempts to show the methodology of constructing a Codesign platform and achieving the non-stand-alone network edition CAD system; it also describes the scheme of achieving the major modules in the system， with emphasis on the overall framework and the working process of Codesign meeting; finally the technological route and difficulties for this system are proposed as well.

Key words computer supported collaborative design(CSCD); collaborative conference; user

Author's address Dept. of Mechanical Electrical Engineering， Guangdong Vocational College of Mechanical Electrical Technology， Guangzhou 510515

信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得制造業(yè)面臨著全球性的市場、資源、技術(shù)和人員的競爭，快速交貨已成為先進(jìn)制造模式的特征。計(jì)算機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)CSCD（Computer Supported Collaborative Design）的目標(biāo)就是使產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以異地并行，及時(shí)地通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交流以縮短產(chǎn)品交貨期，它是協(xié)同工作與CAD的交叉領(lǐng)域。其準(zhǔn)確定義是指兩個(gè)以上來自不同專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)主體（或稱專家），通過一定的信息交換和相互協(xié)同機(jī)制，分別完成各自的協(xié)作任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)共同的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1 協(xié)同工作的概念與內(nèi)涵

計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作CSCW（Computer Supported Collaborative Work）中指地域分散的群體成員借助計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，相互通信、共同協(xié)調(diào)與協(xié)作來完成一項(xiàng)任務(wù)。

在CSCW系統(tǒng)中，人們圍繞著共同的任務(wù)需要進(jìn)行交互通信（Interactive/Communication）、協(xié)調(diào)(Coordination)\\協(xié)作（Collaboration）、協(xié)同（Cooperration）等基本活動(dòng)。根據(jù)交互雙方的空間位置和應(yīng)答方式，協(xié)同開發(fā)的工作方式可分為以下四類。

1）面對面交互方式即同步模式：多個(gè)協(xié)作成員在同一時(shí)間、同一地點(diǎn)進(jìn)行同一產(chǎn)品的開發(fā)，如共同決策、協(xié)同設(shè)計(jì)等，通常以會議的形式進(jìn)行，此模式最簡單。

2）異步模式：是多個(gè)協(xié)作成員在同一地點(diǎn)、不同時(shí)間進(jìn)行同一產(chǎn)品的協(xié)同開發(fā)，如輪流作業(yè)等，可通過共享數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)。

3）分布式異步模式：多個(gè)協(xié)作成員在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)進(jìn)行同一產(chǎn)品的協(xié)同開發(fā)，需要網(wǎng)絡(luò)的支持，可通過文件管理、E-mail、分布式數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)；

4）分布式同步模式：多個(gè)協(xié)作成員在同一時(shí)間、不同地點(diǎn)進(jìn)行同一產(chǎn)品的協(xié)同開發(fā)，如聯(lián)合設(shè)計(jì)、聯(lián)合決策、視頻會議等，此模式實(shí)現(xiàn)的難度大，除了實(shí)現(xiàn)異步分布式交互時(shí)所需的各種支持工具外，還需要有能夠支持實(shí)時(shí)協(xié)作的環(huán)境，計(jì)算機(jī)也不再是設(shè)計(jì)自動(dòng)化的資源，而是協(xié)作的媒介。

從協(xié)同環(huán)境來看，計(jì)算機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)包括3個(gè)層次的協(xié)同，分別對應(yīng)Web的三層客戶/服務(wù)結(jié)構(gòu)，如圖2所示：

1）用戶層協(xié)同：異地的設(shè)計(jì)小組內(nèi)或設(shè)計(jì)小組間能夠通過界面共享、文件共享、協(xié)同會議等方式，便捷地交流設(shè)計(jì)信息。

2）協(xié)同及網(wǎng)絡(luò)協(xié)同：不同層次的用戶操作不同層次的應(yīng)用系統(tǒng)，不同級別用戶之間建立不同類型的信息交互方式，如總工程師系統(tǒng)（總臺）、設(shè)計(jì)師系統(tǒng)（終端）。

3）據(jù)層協(xié)同：不同小組所用的工具不同、所需的數(shù)據(jù)側(cè)重點(diǎn)不同，為滿足設(shè)計(jì)者對產(chǎn)品信息的不同需求，應(yīng)當(dāng)建立一個(gè)統(tǒng)一的共享網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。

近幾年來，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對協(xié)同CAD技術(shù)展開了研究，基本可歸結(jié)為兩大流派。

1）NetMeeting為代表的應(yīng)用共享系統(tǒng)，復(fù)用了單用戶CAD系統(tǒng)的圖形處理功能，兼容了現(xiàn)有CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式，但只能提供發(fā)言權(quán)協(xié)作機(jī)制，僅支持界面協(xié)作，因此，協(xié)作性能差。

2）以Distributed Sketehpnd為代表的CSCW原形系統(tǒng)以及白板、協(xié)同圖形編輯系統(tǒng)，雖然強(qiáng)調(diào)協(xié)作性能，但是在圖形處理能力、數(shù)據(jù)的兼容性、開放性等方面與現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)相比還有明顯差距，因此，只適用于草擬和批注。

2000版以后的AutoCAD就增加了聯(lián)機(jī)協(xié)作和網(wǎng)上發(fā)布圖紙功能，屬于第一流派的開發(fā)思路，其協(xié)同體現(xiàn)在IE能夠支持圖紙發(fā)布，并且后臺能夠調(diào)用Net Meeting進(jìn)行界面共享、文件傳送以及文字、語音、白板等方面的交流，它利用了嵌套技術(shù)，把Net Meeting作為一個(gè)控件嵌套到AutoCAD當(dāng)中。這種系統(tǒng)借助Internet進(jìn)行了一定限度的信息交流，但未能提供CAD圖形數(shù)據(jù)庫的共享以及應(yīng)用系統(tǒng)間的協(xié)作，是屬于一種低耦合層次的協(xié)同。

為了實(shí)現(xiàn)高耦合層次的協(xié)同，本文對異地協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行一些大膽的設(shè)想。

圖3 協(xié)同CAD系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

3 異地協(xié)同CAD系統(tǒng)的基本思路

3.1 協(xié)同CAD系統(tǒng)的目標(biāo)功能

高耦合層次的異地協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)是開放式的，既具備AutoCAD的強(qiáng)大的繪圖功能，又具備良好的網(wǎng)絡(luò)協(xié)作功能：

1）強(qiáng)大的繪圖功能：具有AutoCAD的全部繪圖功能；

2）數(shù)據(jù)管理功能：包括數(shù)據(jù)權(quán)限控制、版本管理、更改通知、數(shù)據(jù)上傳、下載、數(shù)據(jù)共享；

3）網(wǎng)絡(luò)交流及決策功能：提供實(shí)時(shí)的、多方位的交互式協(xié)商，并能進(jìn)行沖突識別及處理；

4）項(xiàng)目管理功能：對設(shè)計(jì)人員進(jìn)行角色定義、權(quán)限分配，以便進(jìn)行任務(wù)分配、進(jìn)度監(jiān)控、追蹤設(shè)計(jì)過程等。

3.2 系統(tǒng)的整體架構(gòu)及工作機(jī)理

按照圖2所述的三層協(xié)同結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)規(guī)劃為如圖3所示的整體結(jié)構(gòu)。在整個(gè)系統(tǒng)中，重點(diǎn)功能模塊在于會話管理功能模塊，與協(xié)同會話管理又是通過會議和會話方式來完成。會議（Conference）是指一組用戶以協(xié)同的方式共同工作，用戶之間的協(xié)作是借助協(xié)同應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)的；會話（Session）是指一組應(yīng)用程序以協(xié)同的方式共同工作，屬于同一個(gè)會話的所有應(yīng)用程序之間相互交換信息和共享行為，彼此間遵守共同的通信協(xié)議。會議是針對人員之間的協(xié)同工作而言的，會話則是針對應(yīng)用程序之間的協(xié)同工作而言的，實(shí)質(zhì)上會議與會話是同一個(gè)概念的2種表述方式。

由于協(xié)同的含義主要強(qiáng)調(diào)人-人之間的交流，故本文僅對會話管理模塊中的會議過程進(jìn)行構(gòu)思。協(xié)同CAD會議過程一般分為4個(gè)階段：會議準(zhǔn)備階段、會議開始階段、同步設(shè)計(jì)階段和結(jié)束階段，其工作流程圖4所示。

本系統(tǒng)采用的是內(nèi)部分步：獨(dú)立設(shè)計(jì)、分步審核，圖形庫讀寫權(quán)限由總設(shè)計(jì)師掌握，并發(fā)送版本更新信息給各設(shè)計(jì)師。雖然系統(tǒng)的內(nèi)部工作過程是異步的，但是從系統(tǒng)的外部看仍屬于同步協(xié)同。

4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)及結(jié)論

4.1 權(quán)限控制管理

為了使協(xié)同用戶間的設(shè)計(jì)行為相互協(xié)調(diào)，必須有用戶管理機(jī)制，在WinNT中的用戶/角色/權(quán)限機(jī)制就是一個(gè)極為合理的協(xié)作管理機(jī)制。三者之間的關(guān)系可用圖5表示。

圖5 用戶、權(quán)限和角色的關(guān)系

用戶：是參與協(xié)同人員的標(biāo)識，一個(gè)用戶可以被賦予某種角色和相應(yīng)權(quán)限；

權(quán)限：是用戶執(zhí)行特定操作的授權(quán)，只有具備某種權(quán)限，用戶才能執(zhí)行相應(yīng)的會議操作，不同用戶具有不同的操作權(quán)限。

角色：是多種權(quán)限的組合，是對具有相同權(quán)限的同類用戶的抽象。

在協(xié)同CAD系統(tǒng)中，協(xié)同用戶按其操作權(quán)限可具體劃分為如下的3類角色。

總設(shè)計(jì)師：具最大權(quán)限，包括刪除、添加用戶的管理權(quán)限；刪除工程、添加工程、分割模型、合成模型、圖紙修改、圖形數(shù)據(jù)存取等權(quán)限以及4個(gè)支撐庫的管理權(quán)限，應(yīng)有系統(tǒng)管理員資格。設(shè)計(jì)者：參與設(shè)計(jì)的人員，有權(quán)讀取、下載支撐庫的信息，但不能自主存盤或修改。瀏覽者：市場人員、客戶等，可瀏覽指定文件夾，可發(fā)表評論，但不具備下載、上傳權(quán)。各級用戶登陸協(xié)同系統(tǒng)時(shí)，通訊代理均對其進(jìn)行身份驗(yàn)證，驗(yàn)證過程如圖6所示。

圖4 工作流程圖

圖6 權(quán)限驗(yàn)證流程

4.2 開發(fā)工具及實(shí)現(xiàn)步驟

由于Visual C++的ARX工具包，是AutoCAD核心開發(fā)軟件，它與AutoCAD在同一地址空間運(yùn)行，能夠直接訪問AutoCAD的數(shù)據(jù)庫、圖形系統(tǒng)及幾何造型核心，不同模塊間具有良好的接口匹配性和兼容性；同時(shí)，現(xiàn)有的微軟基本類庫MFC（Microsoft Foundation Class）集成了豐富的COM，這有利于WinNT的權(quán)限管理功能和共享功能的實(shí)現(xiàn)。所以，開發(fā)工具選擇了Visual C++作為主體開發(fā)工具，兼用JAVA來完成某些網(wǎng)絡(luò)功能。

本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程由三大步驟完成。

1）在AutoCAD2002基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，把Microsoft NetMeeting作為一個(gè)模塊鑲嵌到AutoCAD中，提供共享白板、共同編輯、電子郵件、網(wǎng)絡(luò)會議等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，增加協(xié)同功能；

2）利用分布式對象技術(shù)如CORBA、DCOM等對各模塊進(jìn)行封裝、集成，并通過各自的軟件接口進(jìn)行通訊；

3）通過建立協(xié)同支持環(huán)境，應(yīng)用CAD數(shù)據(jù)交換和網(wǎng)絡(luò)直接啟動(dòng)等方式來支持協(xié)同合作，以保證協(xié)同用戶間的資源交流與繼承。

本文提出的是一種協(xié)作性能與應(yīng)用功能相結(jié)合的協(xié)作框架，開發(fā)過程充分復(fù)用了AutoCAD系統(tǒng)的繪圖功能及WinNT的權(quán)限管理功能，使不同層次的用戶能夠得到不同程度的協(xié)作支持及數(shù)據(jù)共享，是屬于分布式、集成化及開放的多用戶協(xié)同的CAD工作系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)是科學(xué)可行的。