基于Web環(huán)境的機(jī)械設(shè)計(jì)的異地協(xié)同分析

蘇力

摘要：在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)不可能與之脫離，基于web環(huán)境下的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)已經(jīng)成為了行業(yè)設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。尤其是在web環(huán)境下實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)或用戶之間的協(xié)同設(shè)計(jì)是當(dāng)今機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。本文就此加以分析，并通過實(shí)例以探索機(jī)械產(chǎn)品異地協(xié)同設(shè)計(jì)的具體環(huán)節(jié)中各類情況。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)；異地協(xié)同設(shè)計(jì)；網(wǎng)絡(luò)工程數(shù)據(jù)庫

隨著計(jì)算機(jī)的普及，在現(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中了已經(jīng)普遍采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)軟件、工程數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等已經(jīng)成為了行業(yè)設(shè)計(jì)中不可或缺的要素，開創(chuàng)了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新階段。機(jī)械產(chǎn)品異地協(xié)同設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中提出的新概念，更是行業(yè)發(fā)展的需求，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為其提供了實(shí)現(xiàn)的可能。現(xiàn)在關(guān)于計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作（Computer Supported Cooperative Work，以下簡稱CSCW）的研究就是基于Internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下多人多組協(xié)同工作而進(jìn)行的?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向就是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)基于Internet的現(xiàn)代集成智能CAD開放設(shè)計(jì)。

所謂基于Web的協(xié)同設(shè)計(jì)指的是多個(gè)用戶在不同的場所完成同一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，通過將所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品信息輸入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中以實(shí)現(xiàn)彼此之間的共享或沖突協(xié)調(diào)處理以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中不同用戶即可隨時(shí)將信息進(jìn)行共享便于其他人員的查看，以提升工作效率。當(dāng)今，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展、計(jì)算機(jī)的不斷普及、寬帶的提升等，在企業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信息化技術(shù)已經(jīng)是現(xiàn)代化企業(yè)的重要標(biāo)志之一。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中的大多數(shù)環(huán)節(jié)，形成一個(gè)完整的web基礎(chǔ)之上的工作環(huán)境以是實(shí)現(xiàn)不同用戶之間的信息共享以及機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的異地協(xié)同設(shè)計(jì)，形成了更加完善的設(shè)計(jì)方案或作品。

1 Web環(huán)境下的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)流程

1.1 基于web的機(jī)械設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

web環(huán)境下的機(jī)械設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一個(gè)典型的C/S結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)分為用于管理和交互的Web）服務(wù)器端和用戶設(shè)計(jì)的客戶端，以Internet為交互連接介質(zhì)連接起來。此外，也可以把整個(gè)系統(tǒng)分為設(shè)計(jì)層、交互層、管理層與支持層。每個(gè)用戶本地設(shè)計(jì)端屬于設(shè)計(jì)層；Web頁面屬于交互層；Web端設(shè)計(jì)項(xiàng)目管理程序?qū)儆诠芾韺?；工程?shù)據(jù)庫以及web服務(wù)器屬于系統(tǒng)支持層。

1.2 基于Web的機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程

采用Web模式進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的流程仍然是基于原有的設(shè)計(jì)流程，并通過web環(huán)境加以優(yōu)化和改進(jìn)所成。在該設(shè)計(jì)模式下，設(shè)計(jì)任務(wù)是關(guān)鍵所在也即所有工作的核心，由不同的設(shè)計(jì)小組組成而小組成員負(fù)責(zé)具體的設(shè)計(jì)任務(wù)。根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)以及技術(shù)的現(xiàn)狀，基于web環(huán)境下的機(jī)械設(shè)計(jì)的工作流程如下圖1所示：

2 協(xié)同設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 網(wǎng)絡(luò)工程數(shù)據(jù)庫

CAD系統(tǒng)在當(dāng)今的機(jī)械產(chǎn)品中較為常見，是主流設(shè)計(jì)產(chǎn)品之一，該系統(tǒng)的運(yùn)用是基于計(jì)算機(jī)對(duì)信息見處理的一個(gè)過程。而在web環(huán)境下進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)需要利用到網(wǎng)絡(luò)工程數(shù)據(jù)庫，是必不可少的部件之一。多個(gè)用戶在web環(huán)境下即可向工程數(shù)據(jù)庫遞交設(shè)計(jì)信息或者從中檢索所需要的信息，以達(dá)到數(shù)據(jù)之間的交換與共享。

基于web的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，由一個(gè)作為用戶界面的web瀏覽器、一個(gè)作為信息存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和一個(gè)連接兩者的web服務(wù)器組成。通常，實(shí)現(xiàn)web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的連接以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的存取有以下幾種方案：CGI，ISAPI，NSAPI，Script，ADO及Java等。網(wǎng)絡(luò)工程數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫之間并未本質(zhì)上的區(qū)別，均包括了工程數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)以及管理。前者主要是用于根據(jù)使用者的需求并結(jié)合工程數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出符合工程設(shè)計(jì)需求的結(jié)構(gòu)合理且工作效率較高的運(yùn)用系統(tǒng)，后者主要是對(duì)信息進(jìn)行維護(hù)，確保信息的安全。在該數(shù)據(jù)庫中信息有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)之分，動(dòng)態(tài)信息描述的是設(shè)計(jì)對(duì)象的相關(guān)信息而靜態(tài)信息描述的是設(shè)計(jì)環(huán)境的相關(guān)信息，各有分工。

2.2 設(shè)計(jì)約束與沖突的檢測(cè)及解決

機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)較為負(fù)責(zé)，在設(shè)計(jì)階段受到多方面因素制約，尤其無數(shù)彼此依存且制約的關(guān)系，致使機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率偏低。例如，針對(duì)同一產(chǎn)品設(shè)計(jì)的不同小組之間可能存在一定的設(shè)計(jì)理念沖突，即使同一小組成員之間亦會(huì)存在設(shè)計(jì)上的沖突。因此。必須要引入?yún)f(xié)調(diào)機(jī)制以及時(shí)對(duì)解決沖突，保障進(jìn)度。其中爭奪有限的設(shè)計(jì)資源是機(jī)械產(chǎn)品協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)中最為常見沖突之一。機(jī)械設(shè)計(jì)階段必不可少的會(huì)遇到各類沖突以及約束關(guān)系，在此環(huán)節(jié)最為重要的是發(fā)揮沖突協(xié)調(diào)機(jī)制的作用，制定最佳的沖突解決方案。協(xié)調(diào)機(jī)制的設(shè)計(jì)一般要根據(jù)沖突的類型加以設(shè)計(jì)，如基于實(shí)力之間的沖突、因知識(shí)之間沖突、應(yīng)規(guī)則之間的沖突等，進(jìn)而針對(duì)性的制定相應(yīng)的沖突協(xié)調(diào)機(jī)制，以在最短時(shí)間內(nèi)將沖突解決掉，確保機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行。

沖突的協(xié)調(diào)策略可以分為靜態(tài)協(xié)調(diào)和動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)兩種。靜態(tài)協(xié)調(diào)是在沖突尚未發(fā)生之前，通過合理的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)劃，信息、知識(shí)的共享，全面而細(xì)致的設(shè)計(jì)考慮，以減少或者避免沖突的發(fā)生。動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)是當(dāng)沖突產(chǎn)生之后，通過內(nèi)部的沖突檢測(cè)機(jī)制以篩查信息之間存在的沖突之處，并采用協(xié)調(diào)處理機(jī)制加以協(xié)調(diào)處理。如果該環(huán)節(jié)未能處理掉沖突，則需要通過人工干預(yù)的方式進(jìn)行協(xié)調(diào)。

2.3 數(shù)據(jù)信息交換

在機(jī)械產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)中涉及到數(shù)據(jù)之間的交換，包括多個(gè)設(shè)計(jì)小組之間的信息共享以及小組內(nèi)部人員之間的信息交換與共享；產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成之后與具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)之間的數(shù)據(jù)交換與共享。在該方面的研究中，ISO在上世紀(jì)90年代即發(fā)布了STEP標(biāo)準(zhǔn)。STEP是一個(gè)系列的國際標(biāo)準(zhǔn)，它提供了必要的機(jī)制和定義，使得產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表達(dá)能夠在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及與產(chǎn)品定義和制造有關(guān)的環(huán)境中進(jìn)行通信。它可用于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的傳輸、共享和存檔。STEP標(biāo)準(zhǔn)在發(fā)布之后經(jīng)歷了不斷的完善，已經(jīng)是CAD設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)最具完善性的標(biāo)準(zhǔn)。就不同設(shè)計(jì)小組之間的協(xié)同工作，其數(shù)據(jù)交換中存在的問題在于如何解決數(shù)據(jù)之間的沖突并使之得以協(xié)調(diào)，當(dāng)前還依賴于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的接口予以數(shù)據(jù)之間的相互交換。采用該結(jié)構(gòu)模式，能夠最大程度上的發(fā)揮數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢(shì)以保障數(shù)據(jù)之間的順暢交換以及共享管理。

3 運(yùn)用實(shí)例

當(dāng)前，在諸多大型企業(yè)中已經(jīng)開始利用了Internet異地協(xié)同設(shè)計(jì)并在實(shí)踐中得到了一定的成果，實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化配置。根據(jù)上文中的分析，在設(shè)計(jì)過程中要實(shí)現(xiàn)web環(huán)境下異地協(xié)同設(shè)計(jì)，需要具備web環(huán)境、系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理、各類設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間的共享與安全管理、多用戶之間的管理等，具體結(jié)構(gòu)如下圖2：

普通機(jī)床主軸變速箱在機(jī)械設(shè)備中較為常見，是運(yùn)用激光的設(shè)備之一。對(duì)于該設(shè)備的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：變速箱體、變速箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)等?；诖?，為最大程度上的提升設(shè)計(jì)效率，本文在案例實(shí)踐過程中分別安排的3個(gè)相應(yīng)的設(shè)計(jì)小組對(duì)上述三個(gè)方面進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)設(shè)計(jì)方式提出了要求。例如，傳變速箱的傳動(dòng)設(shè)計(jì)采用的是Auto-CAD設(shè)計(jì)軟件。三個(gè)小組在完成各自設(shè)計(jì)之后并向系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提交設(shè)計(jì)信息，以實(shí)現(xiàn)了三個(gè)小組設(shè)計(jì)信息的共享進(jìn)而形成了一個(gè)最初的完整設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置的沖突協(xié)調(diào)機(jī)制能夠?qū)Σ煌〗M之間的設(shè)計(jì)的沖突之處進(jìn)協(xié)調(diào)，并最終形成一個(gè)完善的設(shè)計(jì)方案。通過以上環(huán)節(jié)，基本上實(shí)現(xiàn)了不同設(shè)計(jì)人員之間的協(xié)同工作，滿足了各項(xiàng)基本要求，是機(jī)械協(xié)同設(shè)計(jì)中的初級(jí)表現(xiàn)。

4 結(jié)論

隨著“甩圖板”的口號(hào)被國家科委提出來之后，CAD設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)在設(shè)計(jì)行業(yè)中得到了廣泛運(yùn)用，已經(jīng)是設(shè)計(jì)工業(yè)中必學(xué)的軟件之一，所有工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)從業(yè)人員基本上對(duì)于CAD的運(yùn)用能做到熟練自如。同時(shí)，在我國眾多的科技學(xué)院、研究院、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中存在諸多能夠提升機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)與最新的資源，但并沒有得到有效的利用，在行業(yè)中并未得到普及。具備開發(fā)能力以及科技水平較高的企業(yè)，能夠掌握最新的設(shè)計(jì)資源但對(duì)于中小型企業(yè)而言則無法獲得運(yùn)用，這是未來我國應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)改進(jìn)的環(huán)節(jié)與問題。此外，從當(dāng)前單一用戶的CAD運(yùn)用現(xiàn)狀來說，雖然相比以往已經(jīng)得到了較大提升但隨著企業(yè)的發(fā)展，用戶的需求，必定是不斷提升的。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)方面去發(fā)展趨勢(shì)是件單一的CAD系統(tǒng)升級(jí)改造成多個(gè)用戶可以同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，進(jìn)而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)計(jì)模式最大程度上的接近傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)模式，使設(shè)計(jì)人員在共同設(shè)計(jì)中提升工作效率以及創(chuàng)造出質(zhì)量更高的產(chǎn)品，值得軟件開發(fā)公司在未來時(shí)間內(nèi)加以研究和突破。