| 摘要:通过实例研究了分布式协同设计的特点、实施条件及其支撑技术。说明现代制造中网络环境下的分布式协同设计的发展,为企业快速响应市场研发产品,提供了新的技术与思路。 |
近年来,计算机支持的协同工作(Computer-Supported cooperation work 简称CSCW)环境、因特网(Internet/Intranet)技术、多媒体技术、网络数据库技术、网络通讯技术以及并行工程概念等的发展,为开发适应“全球制造”的产品设计开发技术——分布式协同设计奠定了基础。分布式协同设计克服了传统CAD 技术存在的不足之处,为企业快速响应市场研发产品,提供了新的思路与技术。分布式协同设计(Distributed collaborative design,简称DCD)是指通过网络技术构造合作设计的共同环境,在异地协同工作过程中,达到各种设计资源(包括设计材料、设计工具、设计人员)的优化配置和远程资源共享,以完成共同任务。分布式协同设计也可称为多点协作设计(Multilocation collaborative design),计算机支持的协同设计(Computer-Supported collaborative design),或简称为协同设计、异地设计等。分布式协同设计作为一种产品研发的新方法,其目的是为了更好地发挥企业的核心优势和核心资源,实现各企业的资源共享和优势互补,共同应付市场的挑战,联合参与国际竞争,更好地把握市场机遇。它克服了传统设计手段的封闭性、局限性和设计能力的不完备性,减少了设计资源的重复投入,缩短了产品研发周期,增强了企业的竞争能力和市场开拓力。分布式协同设计将设计方法带入新阶段,开拓了设计理论的新领域。1 分布式协同设计实例
例1是成功进行协同设计的范例。波音公司投资40多亿研制的波音777客机,是由网络技术协调该公司分散在世界各地的分支机构和日本三菱重工等5家公司协同设计与制造的。在世界各地的波音公司工程师随时可从波音777客机300多万个零部件中调出其中一种,在计算机屏幕上对三维模型零部件观察、研究、修改。波音777客机的研制,从1990年10月开始设计到1994年6月一次试飞成功,仅用3年8个月时间。例2是美国国防部委托里海大学组织100多家公司研究编写的《21世纪制造企业的战略》报告的设想方案。Uited Comm 是生产电子产品的虚拟公司,是将散布在美国各地60多家公司的数以千计的雇员联系在一起的电子集团。公司本身的雇员只有几个人。虚拟公司依靠网络技术组合设计、生产、经营实体,合作伙伴是动态的,以适应不同产品开发、改进、制造、销售和服务的需要。公司按用户需求大批量定制生产各种复杂电子产品。协同设计与现代制造技术保证接到订单后在24小时内供货。2 分布式协同设计的特点
由实例可见,协同设计的成员组成、开发过程及其系统环境与传统CAD 有很大不同。表现在:- 分布式协同设计成员的特点
- 异地性:参与设计的联盟组织(即协同设计的成员企业或组织)可能分布在全国甚至世界各地。
- 时效性:一旦任务完成,联盟解体。
- 异构性:参与联盟的组织(企业)可以按区域或行业组合,也可以完全不考虑区域性或行业性影响。它们一般运作于不同的操作系统和数据库环境中,联盟企业的企业文化和管理模式也不一样。
- 互补性:参与联盟的成员中可能是来自不同专业的人员,从而使设计中的各种影响因素都能被考虑到,有效地实现了设计人员之间知识的互补。
- 有限性或相对独立性:参与联盟的各部门之间一般不存在隶属关系,各联盟组织在联盟范围内合作,而在其他领域则可能是竞争对手。
- 分布式协同设计产品开发过程的特点
- 分布式协同设计方法贯穿产品的全生命周期:概念设计、方案设计、技术设计、制造作业、试验与维护训练、售后服务等。产品设计不是在单一的企业内进行,而在动态联盟范围内异地并行进行。
- 产品开发过程的组织以团队组合的工作方式为主,多学科队伍综合并行交叉执行任务。
- 企业开发过程的集成以计算机辅助工具、CIMS应用工程和网络信息工程为基础,实现实时信息交换与共享。
- 产品开发过程的模式是串行和并行的网状混合结构。
- 分布式协同设计系统的特点
- 以Internet/Intranet的通讯技术为构架,实现设计系统中的各项服务功能。
- 是异构条件下分布式、开放式及集成化的多用户CAD 工作环境,同时也是基于Internet/Intranet的客户/服务器体系结构的CAD系统。可实现多视图、异构数据共享。
- 采用标准接口,如IGES、VRML、STEP等数据交换标准,以便CAD信息共享。
- 提供支持交互协商的会议工具,如实时三维视频、音频会议,E=mail等。这些工具可以使协作者跨越地域限制,随时交流设计思想,讨论问题,完成远程交互设计。
- 可进行远程虚拟仿真模型操作及动态观察、动态加注和修改文本以及国际标准视图布置等。
- 可以建立基于Internet/Intranet的流程控制机制。
3 分布式协同设计的实施条件
在Internet/Intranet环境下,将分布于异地的产品、设计人员及企业相关资源有效地集成起来,实现远程资源共享,进行异地异构分布式协同设计,首先需要组建企业之间的合作动态联盟(又称为虚拟企业)。根据企业自身的信息化程度,企业间的合作层次可分为低、中、高三层。企业之间合作的层次不同,采用的技术手段和方法也有很大不同。企业间的低层次合作主要通过E-mail等常规的Internet 网络工具进行简单的图形与数据交换。信息交换量少。企业间的中高层次的合作,首先需要本身具有较高信息化程度和现代化管理水平。一般有自己的Web服务器和网络资源系统。异地设计的成员之间可以用Web 直接浏览产品信息,所采用的CAD/CAE/CAM系统及PDM系统是基于网络环境的。这种中高层次的企业之间的合作需要很多相关技术的支持,如分布式网络通讯技术、网络数据库、异地协同工作技术、异地产品的信息交换技术等。4 分布式协同设计的支撑技术
- 网络技术 Internet、Intranet、WWW等网络技术的发展使异地的网络信息传输与数据访问成为现实。Web 提供了一种支持成本低、用户界面好的网络访问介质,为动态联盟的建立提供了可靠的信息载体。通过对HTML语言及Http 协议的扩充,使Internet 环境支持电子图形的浏览,并使其成为设计过程中进行信息传递和交流的便利工具。联盟成员利用网络技术有效地连接在一起,共享资源,极大地提高了联盟企业的工作效率和质量。全双工以太网和100Mb/s以太网在及时传送协同信息方面尚存在不足。FDDI(光纤分布数据接口)、ATM( 异步传输模式Asynchronous Transfer Model)、虚拟网络三种技术的结合,可以有效地改善数据传输、网络带宽及动态信息的存储问题,是分布式协同设计中目前较为有效的网络技术。
- CAD与多媒体技术 网络环境的CAD技术支持分布式协同设计。各种软件提供了从二维工程图到三维参数化计算机辅助设计工具,大大加快了设计速度。同时,CAD与CAM的紧密或无缝衔接,实现了设计与制造一体化,使产品开发更具竞争力。
- 在分布式设计中为了更好地协同工作,多媒体技术是必不可少的。在一个协同设计工作组中,分散在不同地点的组员可以利用多媒体环境创建、分析和操作同一项任务。在初始阶段,多媒体技术帮助组员交流思想,迅速提出初始方案。在设计过程中,可以通过多媒体界面随时了解任务的进展情况,并且能方便直观地交流信息。多媒体技术甚至还可以传送工作组内组员间那些不易用文字表达的信息,例如传送简短的提示或对话,传达微妙的表情或手势,还可以通过视频、声频和动画图象直观地看到结果。
- 网络数据库技术 分布式网络数据库技术的发展为动态联盟的构筑和运行提供了重要的支持。数据库中不仅应包括产品的市场需求调查、所需的各种设计数据,而且包括构筑动态联盟时对候选者的评估数据,以及动态联盟运行过程中对各个联盟成员的实际参加与合作表现的评估数据。同时,网络按集成分布框架体系存储数据信息。将有关产品开发、设计的集成信息存储在公共数据中心,统一协调、管理,并允许多个用户在不同地点访问存放在不同物理位置的数据。这是通过公共数据中心对各联盟小组的授权来实现的。
- 知识库是网络数据库的重要组成部分。网络知识库技术可以实现领域知识的复杂问题的求解、评估和建议,而且能够有效地进行智能推理,辅助构筑动态联盟,并且协调动态联盟的实际运行,作为设计过程中的专家系统,向分布式协同设计提供可靠的智力支持。
- 异地协同工作技术 在一定的时间(如产品开发的生命周期中的某一阶段)、一定的空间(分布在异地的联盟组织或企业)内,利用Internet/Intranet联盟组织可以共享知识与信息,避免不相融性引起的潜在的矛盾。同时,在并行产品开发过程中,各协同小组之间及多功能小组中各专家之间,由于各自的目的、背景和领域知识水平的差异可能导致冲突的产生,因此需要通过协同工作,利用各种多媒体协同工具。如BBS、电子白板、Netmeeting等协同工具解决各方的矛盾、冲突,最终达到一致。
- 联盟组织之间需要大量的信息传递和交换。进行异地产品信息交换时,除了传送完好的产品模型外,还经常需要传送局部修改后的模型。特别在紧密耦合的产品设计中,信息交换更是随时发生的。如果传送完整模型,则需花大量时间和费用,一般可采用基于产品零部件的设计特征提取信息,按规定格式转换,再进行数据传输。同时将修改信息作用于相应模型,实时更新产品设计。
- 标准化技术 以集成和网络为基础的设计离不开信息的交流,前提是具有统一的交流规范。当前,各个企业在协同设计过程中相互间缺少统一的标准,这对企业间实施协同设计造成很大制约。因此标准化的制定对于联盟组织(或企业)的建立十分必要。需要针对每位联盟成员的情况,制定合理、适宜的标准,使各个成员间的合作更加协调,使资源得以充分的发挥。
5 结论
我国企业在产品开发方面尚存在很多不足。主要表现在产品设计创新少,开发周期长,中小企业这方面问题更为突出。在这种情况下,企业按区域或行业自主选择合作伙伴,利用网络技术,实现远程资源共享,进行异地异构分布式协同设计,是一种符合中国国情的多快好省的产品开发办法。DCD技术可以帮助企业突破区域和现有人才、物质、信息资源的限制,有效地提高产品设计质量,缩短设计开发周期,更快地占领国内外市场:通过动态联盟,使产、学、研各方由“封闭”变为“开放”,由“大而全”转向“小而专”,由“简单重复”转为高水平的“优化组合”。加速开展DCD 技术的研究及应用,对于促进我国企业的信息化、现代化,提高进入WTO后的竞争能力,将具有理论指导意义和应用前景。
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