ＣＳＣＷ中一種多層次協同工作模型研究

摘 要：在對傳統的幾種群體協作模型研究的基礎上，對一種新型的協同模型——面向對象多層次協同工作模型進行了理論的研究，并以此模型為基礎提出一個協同建筑設計系統的設計。

關鍵詞：協同工作； 面向對象多層次協作模型； 協同建筑設計

中圖分類號：TP391.72文獻標志碼：A

文章編號：1001—3695(2007)03—0059—03

CSCW（Computer Supported Cooperative Work，計算機支持的協同工作）的概念最早在1984年由MIT的IreneGrief 和 DEC的PaulCashman正式提出。本文把“計算機支持的協同工作”定義為地域分散的一個群體借助計算機以及網絡技術，共同協調與協作來完成一項任務[1]。

CSCW的研究目標之一是提高群體成員間的協調配合和協同工作水平，CSCW中的群體協作模式研究是利用社會科學中的研究成果，進行跨學科研究，概括出人類群體在信息社會下的協作模式，用于指導協同工作技術研究。這里的難點在于CSCW與社會科學的交叉和結合，為此必須深入地研究人類群體內成員間的協作模式，在此基礎上結合現有的網絡技術和各種工作開發環境進一步研究計算機群體協作模式。當前計算機群體協作模式研究主要難點在于如何更好地把協作模型的抽象與相應協作技術的支持對應起來。

1 協同工作模型

在不同的應用背景下CSCW的工作模型會有很大差異，從CSCW出現到發展至今產生了許多協同工作模型，主要有下面幾種：

(1)會話模型。

會話方式是CSCW系統中最基本的協同工作方式，它認為兩個人之間的協作是各類協作活動的基本要素，將人類各種復雜的協作方式分解為一系列兩個人之間交互會話的協作活動，從而實現群體協作。

(2)會議模型。

會議方式是多個人群體進行協同工作的另一種基本方式，參加協同工作的人們聚集在一起，圍繞一個共同的任務進行討論、交換信息、相互協商、達成共識、作出決定及完成任務。其協作者之間的交流和感知是在共享工作空間與共享信息空間中完成的。

以這種模型構造的CSCW基本環境有計算機會議系統、白板系統、電子公告欄、共享應用系統等。

(3)過程模型。其

基于這樣一種概念：任何一次復雜的任務與操作都可以分解為一系列相互關聯而又相對獨立的串行或并行的子任務與操作的協同，形成一個工作流[1]。

由于過程模型嚴格地規定了協作參加各方的任務、操作、動作規范等，這種協作是預先定義好的高度結構化的協作，缺乏靈活性，其應用受到一定限制。按這種過程模型設計的CSCW系統比較適合用于具有相對固定工作流程的應用或業務中，如企事業單位或政府的辦公自動化、集成制造系統等。

(4)活動模型。它

是一個更具有普遍性的、能夠刻畫群體協作的模型。其與過程模型基本相似，但并不是將一個協同任務描述成有多個操作步驟的協同過程，而是建立在一種所謂的活動理論（Activity Theory）（卡里·庫提）的基礎上，把一個任務分解成多個按一定分工具有一定明確目標的由主體和客體組成的活動，任務群體成員根據一定規則，利用合適的工具一步步地執行各個活動，協同完成該任務。主體定義各任務之間的關系，通過活動的執行而完成協同工作。

2 面向對象多層次協同工作模型

會話模型定義兩人之間的交互協作關系；會議模型描述多人之間交互協作的方式；過程模型和活動模型則刻畫共同完成任務的協作各方的分工和協作過程。但是現實世界中往往需要不同層次和不同方式的協作才能完成一項任務，單一的協作模型不能滿足對協同任務的協作方式和過程的描述，因此對于一些具體的任務往往需要采用多種模型混合，按不同層次加以描述。

基于幾種傳統的計算機群體協作模型，參照并行工程理念，通過總結和概括計算機支持的協同工作的結構特點和工作方式，提出一種面向對象多層次協同模型(ObjectOriented Multihierarchy Cooperation Model）。

這種模型下，一個協同工作系統可以描述為如下數學表達式形式[1]：

其中，根據層次關系，在上述數學表達式中，T>A>C。

(1)T表示任務模型層。根據工作對象，一項協同工作可以分解成相互協同而又相對獨立的若干子任務：

(2)A表示活動模型層。每個任務根據其性質的不同劃分為若干活動步驟，采用某種活動模型或過程模型執行各步驟：

(3)C表示會話模型層。根據需要，活動執行過程中協作各方采用某種會話方式相互交換共享信息。本文認為，任何方式的協同工作，要實現最終的協同，歸根到底是要通過各協作者之間的交互來完成，而協作者之間的交互最終可以分解為每兩個協作者之間的交互協作：

(4)R表示策略和關系。制定一定的任務、活動、會話的調度劃分規則以及協同策略以確定各任務活動之間的關系。任務、活動和會話對應不同的對象，也要對應不同的規則，所以嚴格來說規則也是分層次或者說是分類的：

對于這樣的劃分，該模型主要是基于這樣的思想：

①層次化。社會分工的層次結構 → 任務的層次結構 → 協作的層次結構。

②不同層次上有不同的主體、客體、目標、任務、操作、策略、資源等，需要按協作層次分別建模（會話、會議、過程、活動）。

將一個協同項目根據不同的功能或性質劃分為不同的部分或層次，每一層對應相應的對象來處理，并且每個對象對應相應的規則。其層次關系如圖1所示。

模型的體系結構采用混合式，即集中式與分布式相結合，協同工作的各方要統一受到協同管理中心的調配，擁有共享空間和信息，并且每個協作者之間也可以直接交互。根據以上的描述和層次劃分表達式，該模型的結構圖如圖2所示。

為了實現協同設計的全局目標，協同系統必須實現四個不同層次上的協同，即協同應用層、結構層、通信層和數據層。對應于該模型，這四層協同如下：

(1)協同客戶端。協同設計中的各功能小組（CAD/CAM等）應能實現數據與功能上的交互，能了解其他相關小組的工作狀態，能充分利用CSCW支持平臺所提供的各種工具，包括約束管理、沖突協調、方案評價等，共同完成協作任務。

(2)結構層。在此即本文提出的面向對象的多層協作模型，系統的組織結構必須與協同的設計活動相適應。傳統的系統模型大多是面向職能的，系統中各模塊的職能和任務事先已確定，各模塊間缺乏交互，不適應協同設計需求。因此需要引入新的系統建模方法，對系統中各模塊的結構和功能進行調整。在面向對象多層協作模型中，各層的劃分不是絕對的，可以根據系統的不同進行調整，或者說通過改變它的規則庫來調整各層的功能或它們之間的關系。(3)通信層。該層使各設計成員在設計過程中能夠方便地交流信息，并且系統的各層次之間也需要能方便和穩定地進行交流，這主要通過網絡技術來實現。為了滿足并行工程中復雜的交互要求，需要提供定向的、組播式（Multicast)的、能夠以不同的服務質量和優先級傳輸不同媒體的通信手段。

(4)數據層。它包括協同環境中產品模型數據庫和系統的規則庫。系統中的產品模型是實現協同設計的基礎。由于不同的功能小組處理的產品數據在內容和表示上的不同，要實現數據層的協同就需要建立相應的數據交換標準，并構建全局相關的產品數據庫，滿足各設計小組對產品信息內容和結構的需求。

3 在協同建筑設計系統中的應用研究

當前國內的建筑設計機構中，雖然多數已經在一定程度上能夠利用互聯網進行簡單的協同工作，但對于設計人員來說，真正需要的工作，如設計過程中各專業的協同、同專業的協同、各專業數據的傳遞等，并沒有能夠真正方便地實現。

當前建筑設計存在的問題主要有[2]：

(1)設計人員很難及時組織到一起，浪費了大量的時間和人力。

(2)設計人員之間互相進行面對面的交流也因為各自的時間等原因造成通知不及時而重復設計和數據不一致等問題。

(3)分工不夠明確合理，邏輯性不強，導致不必要的紛爭，使設計出現錯誤，延長了開發周期。

總之在建筑設計過程中存在的問題集中表現為設計人員交流不及時、不方便，產品數據一致性差。雖然現有的一些建筑設計軟件如AutoCAD已經開始考慮協同設計的問題，如會議中心等，但它只是簡單地引用Netmeeting， 并沒有實現真正意義上的協同設計，因此在建筑設計領域急需一個比較完善的協同設計系統。

根據上面給出的面向對象多層次協同工作模型，本文提出一個協同建筑設計系統的框架結構的設計。

3.1 體系結構

鑒于AutoCAD在建筑設計中的專業性和功能的強大性，需要在客戶端集成AutoCAD以利用它強大的工具，而協同工作的控制功能則在服務器中實現。因此，我們對此系統采用C/S與B/S結構相結合的體系結構，即在客戶端不只是單純的瀏覽器，同時集成了AutoCAD。其體系結構如圖3所示。

3.2 模塊劃分

結合圖2給出的模型，對服務器部分要實現的功能作一下簡單的劃分，主要是協同控制平臺及各層次的功能劃分。協同管理中心負責管理調度整個任務，并且按照規則庫中各個對象的相應規則，將任務劃分為若干子任務，進而對每一個任務制定實現任務要執行的活動或動作，然后在會話管理層完成執行活動或動作過程中一些協同設計人員之間的交互管理，包括協同者之間的并發控制和協同感知等。

以建筑設計中一個樓房的設計為例：

(1)整個樓房的設計是協同設計的總目標，

根據實際情況可描述為

建筑設計{結構設計，電氣設計，暖通設計，給排水設計}

(2)根據規則庫中任務管理部分的規則，建筑設計中結構設計又可以描述為

結構設計{樓頂結構、樓底結構、墻體結構、窗結構、門結構}

各個協作者根據這兩次任務的劃分分配任務。

(3)對每一項子任務，由規則確定完成任務要做的操作或動作，以結構設計中墻體設計為例。它可以描述為

墻體結構{形狀式樣、材質、著色以及新建、修改、刪除、保存等動作}

(4)最后由會話管理層來管理每個任務中執行的操作或動作的結果在哪兩個或多個協同者之間傳遞交互，以及以什么樣的格式傳遞交互。某個會話可描述為

會話{發送者，接收者1，接收者2，…，數據[，文件]}

在這里，系統所需要的參數S={T，A，C，R}，可以是由整個工程的主設計師手工設定，也可以由系統通過算法從知識庫中提取出來，設計師加以修改，但這需要規則庫是建立在一定的智能算法的基礎之上。

用戶在整個系統中的工作流程如圖4所示。

圖3 系統結構圖圖4 系統工作流程圖

3.3 其他

系統的開發過程中還有許多其他的問題，如數據的描述形式、數據的通信和傳輸協議以及規則庫的建立等。

設計的各階段所要求的數據形式也不完全相同，因此為了能夠保證在產品全生命周期中實現設計信息的共享，必須采用國際標準來進行設計信息的表示。例如國際標準化組織制定的ISO 10303，即STEP (Standard for Exchange of Product Model Data，產品模型數據交換標準)，它是一套描述產品整個生命周期中產品數據的標準。

數據的傳輸還是采用傳統的HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本傳輸協議），它是Web上進行數據傳輸的基本協議。同時引入CGI，其功能是在服務器與可執行程序（如本文集成的AutoCAD的環境）之間提供一種交換信息的方式，從而使用戶的輸入能夠用于可執行程序。CGI的引入使得WWW瀏覽器的用戶不只是單方面地接收WWW服務器傳送來的靜態信息，而且可以更積極地與服務器進行信息交換，傳送自己的請求。

另外一個難點在于規則庫的創建。首先是規則的建立，其次是怎樣能使之與協同管理平臺協調工作。對于規則庫的建立可以考慮引入Agent的概念，將規則庫建立為一個規則代理，這樣能夠更靈活地引用規則來協調各層的工作。

4 小結

為了簡化和指導CSCW應用系統的開發，概括各種CSCW應用系統共同的協同工作特征是十分必要的，其中一個重要的內容就是形成一個適用范圍較廣的CSCW系統模型和體系結構。本文主要對CSCW中群體協同工作模式進行闡述，深入地研究了協同工作中幾個傳統的常用工作模型，并且對一個新型的模型——面向對象的多層次群體協作模型作了細致的分析，結合協同工作的方式和特點給出了該模型的邏輯結構框架。另外，根據這個模型，提出了一個協同建筑設計系統的設計框架，并對部分實現方法作了初步描述，一些具體的實現并沒有完成。該模型中某些部分的抽象概念還有待于進一步深化，協作模式的抽象和具體技術的結合還存在一定的困難，但相信它對于CSCW的協同工作方式的發展會起到一定的啟示和推動作用。

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