分布式協同設計系統研究

鄭州牧業工程高等專科學校 孔素真

河南省委省政府機關事務管理局 余 彬

分布式協同設計系統研究

鄭州牧業工程高等專科學校 孔素真

河南省委省政府機關事務管理局 余 彬

隨著全球信息網絡技術的發展，全球化市場的形成和技術變革的加速，圍繞新產品的市場競爭也日益激烈，因此，縮短新產品開發的周期、提高新產品開發的技術水平、降低新產品開發的成本，并保證上市后產品的上市周期，就成為企業形成競爭優勢的重要因素。產品整個設計制造的全過程，各方的協同工作變得極為重要。

本文，筆者提出并實現了一個基于Agent代理的分布式協同設計系統，Internet/Intranet提供了完成這種分布式異地協同設計的物質基礎，Web技術和Multi－Agent技術構成了協同設計環境的底層技術支撐。系統充分利用了Web的優點，實現了客戶端的零安裝，訪問和使用簡便，同時將設計中的協同控制交給Agent代理來完成。

一、系統的體系結構

分布式協同設計系統中的分布式是指用戶可以分布在不同時間和空間上，而協同設計中的協同即包括設計人員之間、設計人員同設計環境之間的通訊與交流，還包括設計過程中各設計階段、各設計小組之間的模型信息一致性要求進行產品開發的協同，其最終目標是充分利用現有網絡資源與技術，實現協同作者之間的并行工作機制，因此提出了如圖1所示的協同設計結構。該系統對用戶來說是純B/S結構，只需要使用瀏覽器，協同用戶間就可以通過系統進行協同工作和信息的溝通。

該結構可以分為3層：協作應用層、協作通信層和應用服務器層。最上層為協作應用層包括各個不同的協同設計小組，每個小組承擔不同的任務，每個小組及小組成員之間通過系統進行交流和協同設計。最下層為應用服務器層，主要是提供智能體的Agent代理、產品數據管理、協同設計系統、視頻會議、電子白板等多種協同交流工具。中間層的協作通信層作為應用層和應用服務器層的中介，主要是Web服務器和Internet/Intranet網絡環境等基本條件。

二、智能體Agent代理

基于Agent代理的分布式協同設計系統的智能體Agent代理由協同設計Agent和協同通信Agent這2部分組成。協同設計Agent主要是提供用戶在對產品設計時產生并發控制及設計規則的控制。協同通信Agent的作用主要是用戶使用協同工具交流時進行控制。

1.協同設計Agent。協同設計Agent主要是提供多用戶同時操作同一個零件和多用戶對多個零件同時進行參數化設計時的控制機制。把用戶提交申請對零件操作定義為任務，記為R，同時我們定義了一個5元組（Ul、Up、Ua、Uf、Ut）表示用戶當前的狀態，記為U。Ul表示任務的執行狀態是加鎖還是沒有加鎖，Ul＝0表示任務未鎖死，Ul＝1表示任務已經鎖死。Up表示用戶對任務的操作權限，Up＝0表示沒有權限，Up＝1表示有權限。Ua表示任務是否完成，Ua＝0表示沒有完成，Ua＝1表示已經完成。Uf表示任務的優先權，它的數值越大表示優先權越高。Ut代表任務鎖的實效性，Ut＝0表示用戶操作權限過期，Ut＝1表示用戶擁有操作權限。

（1）多對一。用戶Ui和用戶Uj（i≠j）在申請同一個任務時，如果Ul＝0andUa=0，且Ui.Up＝1，Uj.Up＝0，這時用戶Ui將獲得任務的操作權，同時Ul＝1，若Ui.Up＝1，Uj.Up＝1，Ui.Uf＞Uj. Uf則用戶Ui獲得任務的操作權，否則相反，同時Ul＝1。當任務完成時，Ua＝1，這時Ul＝0，用戶Ui釋放任務鎖后，Ua也置0，其他用戶可以提出新的任務申請。元素Ut是對用戶操作任務時間作出限制，防止死鎖的發生，Ut＝0時用戶Ui被迫釋放任務鎖，Ul＝0andUa=0進行初始化。

（2）多對多。用戶Ui在申請Ri和用戶Uj在申請Rj（i≠j）任務時，如果Ri.Uf＞Rj.Uf.Ri.Ul＝0andRi.Ua=0，且Ui.Ri.Up＝1，這時用戶Ui將獲得任務的操作權，否則，若Rj.Ul＝0andRj.Ua= 0，且Uj.Rj.Up＝1用戶Uj將獲得任務的操作權。其他元素的變換同多對一的規則一樣。

2.協同通信Agent。在協同設計過程中，協同用戶間的溝通交流是協同通信Agent同各個協同工具協調來完成的，此部分的可靠性直接影響到整個系統的運行效率。在網絡協同工作系統中，各個協同用戶所處的網絡環境是不同的，因此協同通信Agent主要協調各個用戶之間的協同交流。當一個用戶發起呼叫組織實時協同時，若協同設計平臺上沒有要合作的伙伴，協同通信Agent就會發布消息，呼吁有關的設計小組成員響應其合作請求。

3.應用實例。儀表是一種典型的多品種、小批量的產品，其應用場合廣泛，用戶需求也不盡相同。因此，將基于Agent代理分布式協同設計原型系統應用于儀表中具有一定的現實意義。本文構建的儀表協同設計系統的流程圖如圖2所示。在不同地點的用戶利用基于Agent的分布式協同設計系統，申請設計任務，智能體Agent及時協調任務設計過程中產生的各種沖突，用戶可以利用各種協同交流工具及時地進行設計思路和設計方法的溝通，以達到最優化的設計。

圖3給出了系統運行時的一個界面。可以看出，系統把儀表整機設計分為前面板和后面板等多個子任務，設計人員利用系統來申請子任務，設計人員在設計初期便可以利用協同交流工具及時地進行設計思路的溝通和交流。進入設計后期，設計人員可以一邊利用協同工具交流，一邊進行任務設計，實現實時的交流和設計。當設計完成后，提交修改意見及修改設計請求。當修改設計完成后，智能Agent升級子任務的數據庫，同時通知其他設計人員查看設計結果。當所有的子任務都完成后，智能Agent升級整機的設計數據，利用這種“集中升級，分散設計”的思路可以減少網絡通訊及數據傳輸的工作量。

三、結論

隨著Web技術的發展，制造業在協調化、分布式、敏捷化、智能化等方面的要求越來越高，基于Agent技術為解決產品設計、制造及產品整個生命周期的協同工作提供了一種全新的方法和手段。本文提出了基于Agent代理的分布式協同設計系統的體系結構，并討論了主要Agent的工作原理，為產品的協同設計提供了一種有效和可行的方案。