基于Web環境的機械設計的異地協同分析

蘇力

摘要：在互聯網時代，機械產品設計不可能與之脫離，基于web環境下的機械產品設計已經成為了行業設計的主流趨勢。尤其是在web環境下實現不同地點或用戶之間的協同設計是當今機械產品設計的重要內容之一。本文就此加以分析，并通過實例以探索機械產品異地協同設計的具體環節中各類情況。

關鍵詞：現代機械設計；異地協同設計；網絡工程數據庫

隨著計算機的普及，在現在機械產品的設計中了已經普遍采用計算機輔助設計，設計軟件、工程數據庫、網絡技術等已經成為了行業設計中不可或缺的要素，開創了機械產品設計的新階段。機械產品異地協同設計是產品設計中提出的新概念，更是行業發展的需求，互聯網技術的發展為其提供了實現的可能。現在關于計算機支持的協同工作（Computer Supported Cooperative Work，以下簡稱CSCW）的研究就是基于Internet網絡環境下多人多組協同工作而進行的。現代機械設計的發展方向就是實現計算機支持的協同工作，實現基于Internet的現代集成智能CAD開放設計。

所謂基于Web的協同設計指的是多個用戶在不同的場所完成同一件產品的設計，通過將所設計的產品信息輸入到系統數據庫中以實現彼此之間的共享或沖突協調處理以達到最佳的設計方案。同時，在設計過程中不同用戶即可隨時將信息進行共享便于其他人員的查看，以提升工作效率。當今，隨著互聯網技術的不斷發展、計算機的不斷普及、寬帶的提升等，在企業生產中運用網絡技術以及信息化技術已經是現代化企業的重要標志之一。通過網絡技術即可實現生產中的大多數環節，形成一個完整的web基礎之上的工作環境以是實現不同用戶之間的信息共享以及機械產品設計中的異地協同設計，形成了更加完善的設計方案或作品。

1 Web環境下的機械設計結構與設計流程

1.1 基于web的機械設計的系統結構

web環境下的機械設計的系統結構是一個典型的C/S結構，整個系統分為用于管理和交互的Web）服務器端和用戶設計的客戶端，以Internet為交互連接介質連接起來。此外，也可以把整個系統分為設計層、交互層、管理層與支持層。每個用戶本地設計端屬于設計層；Web頁面屬于交互層；Web端設計項目管理程序屬于管理層；工程數據庫以及web服務器屬于系統支持層。

1.2 基于Web的機械設計的設計流程

采用Web模式進行機械產品設計的流程仍然是基于原有的設計流程，并通過web環境加以優化和改進所成。在該設計模式下，設計任務是關鍵所在也即所有工作的核心，由不同的設計小組組成而小組成員負責具體的設計任務。根據現有經驗以及技術的現狀，基于web環境下的機械設計的工作流程如下圖1所示：

2 協同設計中的關鍵技術

2.1 網絡工程數據庫

CAD系統在當今的機械產品中較為常見，是主流設計產品之一，該系統的運用是基于計算機對信息見處理的一個過程。而在web環境下進行機械產品的協同設計需要利用到網絡工程數據庫，是必不可少的部件之一。多個用戶在web環境下即可向工程數據庫遞交設計信息或者從中檢索所需要的信息，以達到數據之間的交換與共享。

基于web的網絡數據庫，由一個作為用戶界面的web瀏覽器、一個作為信息存儲的數據庫服務器和一個連接兩者的web服務器組成。通常，實現web服務器和數據庫服務器之間的連接以及網絡數據庫的存取有以下幾種方案：CGI，ISAPI，NSAPI，Script，ADO及Java等。網絡工程數據庫與傳統數據庫之間并未本質上的區別，均包括了工程數據庫的設計以及管理。前者主要是用于根據使用者的需求并結合工程數據庫的優勢，設計出符合工程設計需求的結構合理且工作效率較高的運用系統，后者主要是對信息進行維護，確保信息的安全。在該數據庫中信息有動態和靜態之分，動態信息描述的是設計對象的相關信息而靜態信息描述的是設計環境的相關信息，各有分工。

2.2 設計約束與沖突的檢測及解決

機械產品設計較為負責，在設計階段受到多方面因素制約，尤其無數彼此依存且制約的關系，致使機械產品設計效率偏低。例如，針對同一產品設計的不同小組之間可能存在一定的設計理念沖突，即使同一小組成員之間亦會存在設計上的沖突。因此。必須要引入協調機制以及時對解決沖突，保障進度。其中爭奪有限的設計資源是機械產品協調設計中最為常見沖突之一。機械設計階段必不可少的會遇到各類沖突以及約束關系，在此環節最為重要的是發揮沖突協調機制的作用，制定最佳的沖突解決方案。協調機制的設計一般要根據沖突的類型加以設計，如基于實力之間的沖突、因知識之間沖突、應規則之間的沖突等，進而針對性的制定相應的沖突協調機制，以在最短時間內將沖突解決掉，確保機械產品設計的順利進行。

沖突的協調策略可以分為靜態協調和動態協調兩種。靜態協調是在沖突尚未發生之前，通過合理的協調設計任務規劃，信息、知識的共享，全面而細致的設計考慮，以減少或者避免沖突的發生。動態協調是當沖突產生之后，通過內部的沖突檢測機制以篩查信息之間存在的沖突之處，并采用協調處理機制加以協調處理。如果該環節未能處理掉沖突，則需要通過人工干預的方式進行協調。

2.3 數據信息交換

在機械產品的具體設計中涉及到數據之間的交換，包括多個設計小組之間的信息共享以及小組內部人員之間的信息交換與共享；產品設計完成之后與具體生產環節之間的數據交換與共享。在該方面的研究中，ISO在上世紀90年代即發布了STEP標準。STEP是一個系列的國際標準，它提供了必要的機制和定義，使得產品的數據表達能夠在不同的計算機系統及與產品定義和制造有關的環境中進行通信。它可用于產品數據的傳輸、共享和存檔。STEP標準在發布之后經歷了不斷的完善，已經是CAD設計行業內最具完善性的標準。就不同設計小組之間的協同工作，其數據交換中存在的問題在于如何解決數據之間的沖突并使之得以協調，當前還依賴于系統數據庫的接口予以數據之間的相互交換。采用該結構模式，能夠最大程度上的發揮數據庫的優勢以保障數據之間的順暢交換以及共享管理。

3 運用實例

當前，在諸多大型企業中已經開始利用了Internet異地協同設計并在實踐中得到了一定的成果，實現了資源的優化配置。根據上文中的分析，在設計過程中要實現web環境下異地協同設計，需要具備web環境、系統的協調管理、各類設計數據之間的共享與安全管理、多用戶之間的管理等，具體結構如下圖2：

普通機床主軸變速箱在機械設備中較為常見，是運用激光的設備之一。對于該設備的設計主要包括以下幾個方面：變速箱體、變速箱傳動設計、零部件設計與工藝設計等。基于此，為最大程度上的提升設計效率，本文在案例實踐過程中分別安排的3個相應的設計小組對上述三個方面進行相應的設計，并對設計方式提出了要求。例如，傳變速箱的傳動設計采用的是Auto-CAD設計軟件。三個小組在完成各自設計之后并向系統數據庫提交設計信息，以實現了三個小組設計信息的共享進而形成了一個最初的完整設計方案。同時，系統內部設置的沖突協調機制能夠對不同小組之間的設計的沖突之處進協調，并最終形成一個完善的設計方案。通過以上環節，基本上實現了不同設計人員之間的協同工作，滿足了各項基本要求，是機械協同設計中的初級表現。

4 結論

隨著“甩圖板”的口號被國家科委提出來之后，CAD設計軟件已經在設計行業中得到了廣泛運用，已經是設計工業中必學的軟件之一，所有工業設計行業從業人員基本上對于CAD的運用能做到熟練自如。同時，在我國眾多的科技學院、研究院、重點實驗室中存在諸多能夠提升機械設計的相關知識與最新的資源，但并沒有得到有效的利用，在行業中并未得到普及。具備開發能力以及科技水平較高的企業，能夠掌握最新的設計資源但對于中小型企業而言則無法獲得運用，這是未來我國應重點加強改進的環節與問題。此外，從當前單一用戶的CAD運用現狀來說，雖然相比以往已經得到了較大提升但隨著企業的發展，用戶的需求，必定是不斷提升的。因此，在機械設計方面去發展趨勢是件單一的CAD系統升級改造成多個用戶可以同時進行設計的協同設計系統，進而計算機網絡環境下的設計模式最大程度上的接近傳統手工設計模式，使設計人員在共同設計中提升工作效率以及創造出質量更高的產品，值得軟件開發公司在未來時間內加以研究和突破。