網絡化協同系統分析與設計

薛永獻，王宏偉，李曉昕

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

協同設計系統[1]是希望借助協同合作的方式，設計出更符合消費者需求的產品，降低產品開發成本、縮短研發周期、提高企業競爭力。傳統的協同設計，由于受地理位置限制，當參與協同設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同設計產品的方式。

設計協同主要在于提供一個整合設計的環境，目的是提供一個跨平臺的設計接口，以網絡化的協同設計模式減少整體的設計成本。基于網絡的協同設計系統可以讓涉及產品發展過程中的所有相關人員，包括設計者、制造者、供貨商、行銷人員等，都可以同時參與產品的開發，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人員，也可以經通過互聯網同時進行產品的設計與修改。

1 協同設計模型

Kvan等[2]提出緊密耦合（close coupled）和疏松耦合（loosely coupled）兩種協同設計模型，緊密耦合模型指的是在設計過程中，多人同時針對某一項工作討論設計，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，每個人根據其專業領域，參與應該負責的部分，設計過程就是一個工作流程，采用這種方式，設計人員不必在同一時間同一地點進行協同設計。

緊密耦合協同設計模型其重點在于同時讓多人進行在線設計工作，因此使用的技術除了要能在線顯示設計內容外，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]。而疏松耦合協同設計模型為工作流程式協同設計，可以將設計工作依執行順序規劃為順序流程模式，主要重點在于流程執行控制與管理校核機制，使用者只需依序完成任務內容即可。

在近幾年的發展中，協同產品設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同設計解決方案的能力，或結合具有互補功能的系統，使得協同產品設計系統的功能涵蓋面更廣，這反而使得系統更為復雜、龐大，而且開發成本更高；另一方面學者不斷進行各種不同平臺下協同設計技術能力的研究，希望能提升協同設計的效率與能力，而卻往往忽略了系統的通用性及實用性。

通過對國內外目前主要的協同設計系統綜合分析可以看出：

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

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

3）系統為擴展其應用面，模塊的規模都很大，因此不易切割成小模塊單獨使用，開發和使用該系統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系統外，系統設計上多是結合多種類的CAD系統，以提供協同設計溝通與管理平臺為主要設計方向，因此強調的重點在于協同設計溝通接口的建立與整合；

5）針對中小型協同設計環境制作的系統不多，廠商購置系統成本過高，難以達到普及與提升產業營運效率的目標；

綜上，設計開發一個跨平臺、系統模塊小、成本低、疏松耦合類型、適合中小型企業運行環境的協同設計系統成了亟待解決的重要問題。

2 協同設計系統方案

2.1 系統設計概念框架

對于組態式的疏松耦合協同設計模型而言，主要考慮的重點有3個部分：

1）組態式產品的資料定義模型。

2）疏松耦合協同設計流程運行機制的設計。

3）協同設計參與者的角色與權限管理。

這3個層面（產品定義、流程機制與權限管理）的整合與通用性框架的設計，是評估一個協同設計系統的重要參考。

因此，本文定義了組織行為模型（organizational model）、協同產品數據模型（product data model）、協同設計流程模型（process model）等三模型的系統框架，如圖1所示。組織行為者模型主要是定義使用者角色與權限，用以界定使用者與可執行模塊的關系；協同產品定義模型主要是定義產品的結構方法與驗證條件，包含兩個主要的部分：動態產品定義模型與配置管理機制；協同設計流程模型主要是定義協同設計工作流程的架構與案例的執行、監控，包含3個主要的部分：設計流程定義機制、設計流程運行機制與設計流程監控機制。各部分的運行機制將在后續文中詳細說明。

圖1 協同設計概念性架構Fig.1 Framework of collaborative design

文中設計的系統從概念性框架中，規劃出包括帳戶基本數據管理、帳戶與權限管理、產品配置管理、協同設計流程設計、協同設計流程監管、執行協同設計等六項主要功能模塊。

2.2 系統運行平臺

圖2為系統運行平臺環境，本系統采用客戶端、伺服端、資料端三層式架構，這是在綜合考慮系統負荷平衡、系統效能與資料安全性等因素下，最常用的設計。

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

2.2.1 客戶端

通常客戶端與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容為產品資料與使用者需求，并不需要很大的網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備的維護成本，且目前網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內置的瀏覽器接口，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計資料復制至客戶端執行，修改后，再回傳更新伺服端數據。這種運行模型主要用于長距離協同設計，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，特點是可維持數據的整合性。本文采用集中模型建構伺服端，主要是提供客戶端的交易內容及存取資料端的設計資料。

2.2.3 資料端

采用具有跨平臺能力的Oracle關系數據庫，與伺服端以ODBC、JDBC與Socket聯機，讓外部的應用程序可以通過這些機制存取數據庫的數據，數據庫儲存的內容包含所有協同設計數據、產品配置、使用者權限數據等。對客戶端而言，并不知道數據端服務器的位置，這可增加系統的安全性。

2.3 組織行為模型

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

3 結 論

本文分析并設計了基于網絡的疏松耦合式協同設計系統基本框架，針對協同設計平臺的開發，建立的模塊化、基于網絡的協同設計系統的通用模型，能夠改善企業與企業間在線協同產品開發的困難局面，增強產品協同研發效率。

[1]Liu Y，Shi Y，Xu G.Supporting group awareness in collaborative design[C]//The Sixth International Conference on Computer Supported Cooperative Work in Design，2001：36-40.

[2]Kvan T.Collaborative design：what is it？ [J].Automation in Construction，2000（9）：409-415.

[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.基于網絡的多用戶協同設計CAD系統[J].新技術新工藝，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.