協同ＣＡＤ系統的研究與設計

摘 要在對協同設計技術研究的基礎上，對協同設計平臺及多機網絡版協同CAD系統進行了構思，重點介紹了系統的整體架構和協同會議的工作流程，描述了系統關鍵模塊的實現原理。提出了系統的技術實現路線。

關鍵詞 計算機協同設計；協同會議；用戶

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1671-489X（2007）01-0054-03

Research and Design of Collaborative Design//Wu Zhiwen

Abstract Through an introduction to Collaborative Design's concept， this paper attempts to show the methodology of constructing a Codesign platform and achieving the non-stand-alone network edition CAD system; it also describes the scheme of achieving the major modules in the system， with emphasis on the overall framework and the working process of Codesign meeting; finally the technological route and difficulties for this system are proposed as well.

Key words computer supported collaborative design(CSCD); collaborative conference; user

Author's address Dept. of Mechanical Electrical Engineering， Guangdong Vocational College of Mechanical Electrical Technology， Guangzhou 510515

信息技術和計算機網絡技術的發展使得制造業面臨著全球性的市場、資源、技術和人員的競爭，快速交貨已成為先進制造模式的特征。計算機協同設計CSCD（Computer Supported Collaborative Design）的目標就是使產品設計可以異地并行，及時地通過計算機網絡交流以縮短產品交貨期，它是協同工作與CAD的交叉領域。其準確定義是指兩個以上來自不同專業領域的設計主體（或稱專家），通過一定的信息交換和相互協同機制，分別完成各自的協作任務，以實現共同的設計目標。

1 協同工作的概念與內涵

計算機支持的協同工作CSCW（Computer Supported Collaborative Work）中指地域分散的群體成員借助計算機及其網絡技術，相互通信、共同協調與協作來完成一項任務。

在CSCW系統中，人們圍繞著共同的任務需要進行交互通信（Interactive/Communication）、協調(Coordination)\\協作（Collaboration）、協同（Cooperration）等基本活動。根據交互雙方的空間位置和應答方式，協同開發的工作方式可分為以下四類。

1）面對面交互方式即同步模式：多個協作成員在同一時間、同一地點進行同一產品的開發，如共同決策、協同設計等，通常以會議的形式進行，此模式最簡單。

2）異步模式：是多個協作成員在同一地點、不同時間進行同一產品的協同開發，如輪流作業等，可通過共享數據庫實現。

3）分布式異步模式：多個協作成員在不同時間、不同地點進行同一產品的協同開發，需要網絡的支持，可通過文件管理、E-mail、分布式數據庫實現；

4）分布式同步模式：多個協作成員在同一時間、不同地點進行同一產品的協同開發，如聯合設計、聯合決策、視頻會議等，此模式實現的難度大，除了實現異步分布式交互時所需的各種支持工具外，還需要有能夠支持實時協作的環境，計算機也不再是設計自動化的資源，而是協作的媒介。

從協同環境來看，計算機協同設計應當包括3個層次的協同，分別對應Web的三層客戶/服務結構，如圖2所示：

1）用戶層協同：異地的設計小組內或設計小組間能夠通過界面共享、文件共享、協同會議等方式，便捷地交流設計信息。

2）協同及網絡協同：不同層次的用戶操作不同層次的應用系統，不同級別用戶之間建立不同類型的信息交互方式，如總工程師系統（總臺）、設計師系統（終端）。

3）據層協同：不同小組所用的工具不同、所需的數據側重點不同，為滿足設計者對產品信息的不同需求，應當建立一個統一的共享網絡數據庫。

近幾年來，國內外學術界對協同CAD技術展開了研究，基本可歸結為兩大流派。

1）NetMeeting為代表的應用共享系統，復用了單用戶CAD系統的圖形處理功能，兼容了現有CAD系統的數據格式，但只能提供發言權協作機制，僅支持界面協作，因此，協作性能差。

2）以Distributed Sketehpnd為代表的CSCW原形系統以及白板、協同圖形編輯系統，雖然強調協作性能，但是在圖形處理能力、數據的兼容性、開放性等方面與現有的CAD系統相比還有明顯差距，因此，只適用于草擬和批注。

2000版以后的AutoCAD就增加了聯機協作和網上發布圖紙功能，屬于第一流派的開發思路，其協同體現在IE能夠支持圖紙發布，并且后臺能夠調用Net Meeting進行界面共享、文件傳送以及文字、語音、白板等方面的交流，它利用了嵌套技術，把Net Meeting作為一個控件嵌套到AutoCAD當中。這種系統借助Internet進行了一定限度的信息交流，但未能提供CAD圖形數據庫的共享以及應用系統間的協作，是屬于一種低耦合層次的協同。

為了實現高耦合層次的協同，本文對異地協同設計系統進行一些大膽的設想。

圖3 協同CAD系統的整體結構

3 異地協同CAD系統的基本思路

3.1 協同CAD系統的目標功能

高耦合層次的異地協同設計系統應是開放式的，既具備AutoCAD的強大的繪圖功能，又具備良好的網絡協作功能：

1）強大的繪圖功能：具有AutoCAD的全部繪圖功能；

2）數據管理功能：包括數據權限控制、版本管理、更改通知、數據上傳、下載、數據共享；

3）網絡交流及決策功能：提供實時的、多方位的交互式協商，并能進行沖突識別及處理；

4）項目管理功能：對設計人員進行角色定義、權限分配，以便進行任務分配、進度監控、追蹤設計過程等。

3.2 系統的整體架構及工作機理

按照圖2所述的三層協同結構，本系統規劃為如圖3所示的整體結構。在整個系統中，重點功能模塊在于會話管理功能模塊，與協同會話管理又是通過會議和會話方式來完成。會議（Conference）是指一組用戶以協同的方式共同工作，用戶之間的協作是借助協同應用程序來實現的；會話（Session）是指一組應用程序以協同的方式共同工作，屬于同一個會話的所有應用程序之間相互交換信息和共享行為，彼此間遵守共同的通信協議。會議是針對人員之間的協同工作而言的，會話則是針對應用程序之間的協同工作而言的，實質上會議與會話是同一個概念的2種表述方式。

由于協同的含義主要強調人-人之間的交流，故本文僅對會話管理模塊中的會議過程進行構思。協同CAD會議過程一般分為4個階段：會議準備階段、會議開始階段、同步設計階段和結束階段，其工作流程圖4所示。

本系統采用的是內部分步：獨立設計、分步審核，圖形庫讀寫權限由總設計師掌握，并發送版本更新信息給各設計師。雖然系統的內部工作過程是異步的，但是從系統的外部看仍屬于同步協同。

4 技術實現及結論

4.1 權限控制管理

為了使協同用戶間的設計行為相互協調，必須有用戶管理機制，在WinNT中的用戶/角色/權限機制就是一個極為合理的協作管理機制。三者之間的關系可用圖5表示。

圖5 用戶、權限和角色的關系

用戶：是參與協同人員的標識，一個用戶可以被賦予某種角色和相應權限；

權限：是用戶執行特定操作的授權，只有具備某種權限，用戶才能執行相應的會議操作，不同用戶具有不同的操作權限。

角色：是多種權限的組合，是對具有相同權限的同類用戶的抽象。

在協同CAD系統中，協同用戶按其操作權限可具體劃分為如下的3類角色。

總設計師：具最大權限，包括刪除、添加用戶的管理權限；刪除工程、添加工程、分割模型、合成模型、圖紙修改、圖形數據存取等權限以及4個支撐庫的管理權限，應有系統管理員資格。設計者：參與設計的人員，有權讀取、下載支撐庫的信息，但不能自主存盤或修改。瀏覽者：市場人員、客戶等，可瀏覽指定文件夾，可發表評論，但不具備下載、上傳權。各級用戶登陸協同系統時，通訊代理均對其進行身份驗證，驗證過程如圖6所示。

圖4 工作流程圖

圖6 權限驗證流程

4.2 開發工具及實現步驟

由于Visual C++的ARX工具包，是AutoCAD核心開發軟件，它與AutoCAD在同一地址空間運行，能夠直接訪問AutoCAD的數據庫、圖形系統及幾何造型核心，不同模塊間具有良好的接口匹配性和兼容性；同時，現有的微軟基本類庫MFC（Microsoft Foundation Class）集成了豐富的COM，這有利于WinNT的權限管理功能和共享功能的實現。所以，開發工具選擇了Visual C++作為主體開發工具，兼用JAVA來完成某些網絡功能。

本系統的實現過程由三大步驟完成。

1）在AutoCAD2002基礎上進行二次開發，把Microsoft NetMeeting作為一個模塊鑲嵌到AutoCAD中，提供共享白板、共同編輯、電子郵件、網絡會議等網絡服務，增加協同功能；

2）利用分布式對象技術如CORBA、DCOM等對各模塊進行封裝、集成，并通過各自的軟件接口進行通訊；

3）通過建立協同支持環境，應用CAD數據交換和網絡直接啟動等方式來支持協同合作，以保證協同用戶間的資源交流與繼承。

本文提出的是一種協作性能與應用功能相結合的協作框架，開發過程充分復用了AutoCAD系統的繪圖功能及WinNT的權限管理功能，使不同層次的用戶能夠得到不同程度的協作支持及數據共享，是屬于分布式、集成化及開放的多用戶協同的CAD工作系統，本設計是科學可行的。