網(wǎng)絡化協(xié)同系統(tǒng)分析與設(shè)計

薛永獻，王宏偉，李曉昕

（1.駐馬店職業(yè)技術(shù)學院 河南 駐馬店 463000；2.鄭州市信息技術(shù)學校 河南 鄭州 450000）

協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)[1]是希望借助協(xié)同合作的方式，設(shè)計出更符合消費者需求的產(chǎn)品，降低產(chǎn)品開發(fā)成本、縮短研發(fā)周期、提高企業(yè)競爭力。傳統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計，由于受地理位置限制，當參與協(xié)同設(shè)計的人員分別在不同地點時，就不易進行意見溝通與信息交換。隨著網(wǎng)絡的普及，信息交換與傳遞的方式有了很大改變，而Internet的廣泛應用，進一步改變了使用者接口與協(xié)同設(shè)計產(chǎn)品的方式。

設(shè)計協(xié)同主要在于提供一個整合設(shè)計的環(huán)境，目的是提供一個跨平臺的設(shè)計接口，以網(wǎng)絡化的協(xié)同設(shè)計模式減少整體的設(shè)計成本?；诰W(wǎng)絡的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)可以讓涉及產(chǎn)品發(fā)展過程中的所有相關(guān)人員，包括設(shè)計者、制造者、供貨商、行銷人員等，都可以同時參與產(chǎn)品的開發(fā)，并相互溝通討論，而不受地理位置的限制，即使身處不同地點的相關(guān)人員，也可以經(jīng)通過互聯(lián)網(wǎng)同時進行產(chǎn)品的設(shè)計與修改。

1 協(xié)同設(shè)計模型

Kvan等[2]提出緊密耦合（close coupled）和疏松耦合（loosely coupled）兩種協(xié)同設(shè)計模型，緊密耦合模型指的是在設(shè)計過程中，多人同時針對某一項工作討論設(shè)計，成員彼此能實時了解對方的想法，這種方式由于不知道工作到底是由誰完成，因此不能做效果評估；疏松耦合式模型則比較接近真實的情況，每個人根據(jù)其專業(yè)領(lǐng)域，參與應該負責的部分，設(shè)計過程就是一個工作流程，采用這種方式，設(shè)計人員不必在同一時間同一地點進行協(xié)同設(shè)計。

緊密耦合協(xié)同設(shè)計模型其重點在于同時讓多人進行在線設(shè)計工作，因此使用的技術(shù)除了要能在線顯示設(shè)計內(nèi)容外，還需要多項輔助信息溝通接口，如視頻會議、語音傳輸、白板等或多媒體溝通接口輔助途徑[3]。而疏松耦合協(xié)同設(shè)計模型為工作流程式協(xié)同設(shè)計，可以將設(shè)計工作依執(zhí)行順序規(guī)劃為順序流程模式，主要重點在于流程執(zhí)行控制與管理校核機制，使用者只需依序完成任務內(nèi)容即可。

在近幾年的發(fā)展中，協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計能力的演變有兩個主要的趨勢：一方面廠商不斷強化整套協(xié)同設(shè)計解決方案的能力，或結(jié)合具有互補功能的系統(tǒng)，使得協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)的功能涵蓋面更廣，這反而使得系統(tǒng)更為復雜、龐大，而且開發(fā)成本更高；另一方面學者不斷進行各種不同平臺下協(xié)同設(shè)計技術(shù)能力的研究，希望能提升協(xié)同設(shè)計的效率與能力，而卻往往忽略了系統(tǒng)的通用性及實用性。

通過對國內(nèi)外目前主要的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)綜合分析可以看出：

1）系統(tǒng)的運行模型多偏向緊密耦合協(xié)同設(shè)計模型，針對疏松耦合模型而設(shè)計的并不多；

2）目前Unix/Linux平臺應用日漸普遍，而在協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的跨平臺特性，尚有加強的空間；

3）系統(tǒng)為擴展其應用面，模塊的規(guī)模都很大，因此不易切割成小模塊單獨使用，開發(fā)和使用該系統(tǒng)需要花費較多的時間與較高的成本；

4）除了PTC Windchill解決方案有自建CAD系統(tǒng)外，系統(tǒng)設(shè)計上多是結(jié)合多種類的CAD系統(tǒng)，以提供協(xié)同設(shè)計溝通與管理平臺為主要設(shè)計方向，因此強調(diào)的重點在于協(xié)同設(shè)計溝通接口的建立與整合；

5）針對中小型協(xié)同設(shè)計環(huán)境制作的系統(tǒng)不多，廠商購置系統(tǒng)成本過高，難以達到普及與提升產(chǎn)業(yè)營運效率的目標；

綜上，設(shè)計開發(fā)一個跨平臺、系統(tǒng)模塊小、成本低、疏松耦合類型、適合中小型企業(yè)運行環(huán)境的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)成了亟待解決的重要問題。

2 協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)設(shè)計概念框架

對于組態(tài)式的疏松耦合協(xié)同設(shè)計模型而言，主要考慮的重點有3個部分：

1）組態(tài)式產(chǎn)品的資料定義模型。

2）疏松耦合協(xié)同設(shè)計流程運行機制的設(shè)計。

3）協(xié)同設(shè)計參與者的角色與權(quán)限管理。

這3個層面（產(chǎn)品定義、流程機制與權(quán)限管理）的整合與通用性框架的設(shè)計，是評估一個協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的重要參考。

因此，本文定義了組織行為模型（organizational model）、協(xié)同產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型（product data model）、協(xié)同設(shè)計流程模型（process model）等三模型的系統(tǒng)框架，如圖1所示。組織行為者模型主要是定義使用者角色與權(quán)限，用以界定使用者與可執(zhí)行模塊的關(guān)系；協(xié)同產(chǎn)品定義模型主要是定義產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)方法與驗證條件，包含兩個主要的部分：動態(tài)產(chǎn)品定義模型與配置管理機制；協(xié)同設(shè)計流程模型主要是定義協(xié)同設(shè)計工作流程的架構(gòu)與案例的執(zhí)行、監(jiān)控，包含3個主要的部分：設(shè)計流程定義機制、設(shè)計流程運行機制與設(shè)計流程監(jiān)控機制。各部分的運行機制將在后續(xù)文中詳細說明。

圖1 協(xié)同設(shè)計概念性架構(gòu)Fig.1 Framework of collaborative design

文中設(shè)計的系統(tǒng)從概念性框架中，規(guī)劃出包括帳戶基本數(shù)據(jù)管理、帳戶與權(quán)限管理、產(chǎn)品配置管理、協(xié)同設(shè)計流程設(shè)計、協(xié)同設(shè)計流程監(jiān)管、執(zhí)行協(xié)同設(shè)計等六項主要功能模塊。

2.2 系統(tǒng)運行平臺

圖2為系統(tǒng)運行平臺環(huán)境，本系統(tǒng)采用客戶端、伺服端、資料端三層式架構(gòu)，這是在綜合考慮系統(tǒng)負荷平衡、系統(tǒng)效能與資料安全性等因素下，最常用的設(shè)計。

圖2 三層式系統(tǒng)運作平臺Fig.2 Operation platform of three layer system

2.2.1 客戶端

通?？蛻舳伺c伺服端的類型可以分為兩種[4]：強客戶端（thick client）與弱伺服端（thin server）、弱客戶端（thin client）與強伺服端（thick server）。文中在客戶端與伺服端主要交易的內(nèi)容為產(chǎn)品資料與使用者需求，并不需要很大的網(wǎng)絡帶寬和快的傳輸速度。因此，在考慮伺服端的易維護性與降低設(shè)備的維護成本，且目前網(wǎng)絡傳輸速度不斷增加下，采用弱客戶端與強伺服端框架。在客戶端只要使用一般操作系統(tǒng)內(nèi)置的瀏覽器接口，就可正常運行。

2.2.2 伺服端

伺服端的運行方法主要有兩種型式[5]：復制模型與集中模型。復制模型是依客戶端需求將設(shè)計資料復制至客戶端執(zhí)行，修改后，再回傳更新伺服端數(shù)據(jù)。這種運行模型主要用于長距離協(xié)同設(shè)計，卻會造成資料一致性的重大問題。而集中模型是運算集中于伺服端，特點是可維持數(shù)據(jù)的整合性。本文采用集中模型建構(gòu)伺服端，主要是提供客戶端的交易內(nèi)容及存取資料端的設(shè)計資料。

2.2.3 資料端

采用具有跨平臺能力的Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫，與伺服端以O(shè)DBC、JDBC與Socket聯(lián)機，讓外部的應用程序可以通過這些機制存取數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫儲存的內(nèi)容包含所有協(xié)同設(shè)計數(shù)據(jù)、產(chǎn)品配置、使用者權(quán)限數(shù)據(jù)等。對客戶端而言，并不知道數(shù)據(jù)端服務器的位置，這可增加系統(tǒng)的安全性。

2.3 組織行為模型

組織行為模型定義了使用者帳戶與權(quán)限的管理，以及使用者登入權(quán)限的驗證[6]。帳戶與權(quán)限管理主要是依使用者任務性質(zhì)，賦予不同的權(quán)限資格，以限制其可使用的模塊；使用者登入權(quán)限的驗證則只是用以確定使用者可執(zhí)行模塊接口的項目。本系統(tǒng)的組織行為者角色，主要包含有系統(tǒng)管理者、規(guī)則庫維護者、工作流程設(shè)計者、工作流程監(jiān)督者、工作流程執(zhí)行者等五種。各依角色不同，賦予不同權(quán)限，其角色、權(quán)限、執(zhí)行功能對照。

3 結(jié) 論

本文分析并設(shè)計了基于網(wǎng)絡的疏松耦合式協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)基本框架，針對協(xié)同設(shè)計平臺的開發(fā)，建立的模塊化、基于網(wǎng)絡的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)的通用模型，能夠改善企業(yè)與企業(yè)間在線協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的困難局面，增強產(chǎn)品協(xié)同研發(fā)效率。

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[3]Wang L，Shen W，Xie H， et al.Collaborative conceptual design-state of the art and future trends[J].Computer-Aided Design，2002（34）：981-996.

[4]Shyamsundar N，Gadh R.Collaborative virtual prototyping of product assemblies over the internet[J].Computer-Aided Design，2002（34）：755-768.

[5]Zhou J，Lin G.Implementation of collaborative design environment based on single user CAD systems[C]//Third International Conference on Knowledge-Based Intelligent Information Engineering Systems，1999.

[6]李劍，沈連婠，劉衡，等.基于網(wǎng)絡的多用戶協(xié)同設(shè)計CAD系統(tǒng)[J].新技術(shù)新工藝，2011（10）：39-41.

LI Jian，SHEN Lian-guan，LIU Heng，et al.A Web-based Collaborative CAD system for multiple user design[J].New Technology&New Process，2011（10）：39-41.