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基于CAD的网络协同设计探讨

来源: 软件导刊

1 工程设计中项目过程管理的困境  

在当前工程设计模式下,设计组织是分专业单兵作战,上下游专业是串行对接,专业间互提条件是以原始的面对面通知为主;下游专业是否按照新的条件进行了修改对上游专业的设计者来说没有任何反馈,信息传递不及时;尤其当中间的某个环节出现修改但没有及时通知相关专业时,就可能造成最终成品图纸不一致的严重后果。同时在这种模式下,项目经理不能直观地了解项目的整体设计进度,设计过程中出现的问题不能被尽早发现,设计资源不能被充分共享,从而造成项目拖期,设计质量得不到有力保证的局面,也给项目管理带来极大的困扰。同时,在争取用户满意的竞争中,现代工程设计要求对产品进行全生命周期设计,面对越来越复杂的设计对象,单个人和小型团队、甚至企业已不能胜任,需要多个专家、团队和企业组成多功能设计小组,打破原有的设计模式,以一种高效率的协同的方式来进行产品的设计。  

2 网络协同设计的概念

2.1 概念

络协同设计是指在计算机网络的支持下,各设计任务的承担方围绕同一项目交互地进行设计工作,最终得到符合要求的设计结果的设计方法。网络协同设计方式强调群体性、交互性,从而不同程度地改善传统设计中项目管理与设计之间、设计与设计之间的脱节,以及设计周期过长、设计费用高、设计质量不易保证等缺点。

2.2 比较流行的协同设计分类

(1)基于项目管理系统获取信息的文本层次的协同。目前,基于项目管理系统获取信息的文本层次的协同得到了很好的发展和应用,其优点是协同功能模块与项目管理软件一体化集成,能自动提取项目管理中已建的工程项目信息、校审流程、成员组织结构和进度计划等工作规程和信息。将项目负责、专业负责、设计和校审人员通过网络组成有机的协作体。各类人员可方便地监控相应的工作进程,并可由相应的功能进行智能提示和催办。协同软件还可以根据各种需要做灵活的查询和统计,与AutoCAD之间紧密嵌合,所形成的图形具有自动版本更新、自动属性记录和自动智能导向等功能。其缺点是在多数情况下,设计者不得不在设计环境下设计产品,然后在协同环境下与协作者进行交流,然后再回到设计环境下对设计进行修改,如此往复。设计和协同分属不同的软件系统,需要不断来回切换,往往是设计和协同脱节。尽管其协同效率已经有较大提高,但是仍然难以达到实时的协同设计。

2)基于Web的CAD协作支持工具。这类支持工具将CAD对象转换成图像或Java对象,以便远程多用户通过注解、查询和搜索工具来进行协作。工具中的可视化模块可以为参与者提供高端的可视化以及虚拟样机,但它并不能真正深入到CAD 内核,仅限于让参与者观察,了解协同设计的一方意图,然后通过别的软件工具(聊天、视频等)来表达其异议。这种方式较文本层次的协同有了进步,但离真正意义上的图形层次上的协同设计还是有较大距离。(来源:BIM中国网)

然现在支持文本层次上的协同软件已经日趋成熟,并得到很好的推广和应用,但是如何实现一个具备较强图形应用功能、并且直接兼容流行CAD 图形格式的协同图形编辑系统仍有一些关键技术需要解决,也是当前学术研究和工程应用部门研究的热点。

3 国内外研究现状

3.1 国内研究情况

上世纪90 年代中期国内开始有关计算机支持的协同工作方式的研究,且基本停留在理论层面,对于协同设计的应用研究较少,目前还没有形成一个具备商品化的协同设计方面的软件。国内主要产品有:中科院计算所CAD开放实验室开发的协同设计系统,浙江大学国家CAD&CG 重点实验室开发的电子白板及复旦协达CTOP等。

中科院计算所CAD 开放实验室的WBTool 是一个基于多层的客户端/服务器(Client/Server )结构的、支持群体协同工作的通用白板工具,提供文字、基本图形处理功能;浙江大学国家CAD&CG 重点实验室和人工智能研究所研究和开发过一个电子白板系统,并以此电子白板为基础对协同图形CAD 系统进行研究和开发。上述两家虽然突出了协同能力,但图形功能与专业CAD系统差距较大,且与目前流行的CAD图形格式不兼容。复旦协达CTOP 协同软件是一个基于互联网 环境的协同工作平台,它是国内较早推出的Java 版协同软件,融入了先进的协同管理理念,并率先运用领先的SOA(面向服务架构)软件技术,可以把管理中复杂的信息沟通、工作事务等在单位部门、组群、个人之间进行及时高效、有序可控、全程共享地协同处理,但是该系统仅限于文本层次,并不能真正深入图形及其设计的交互显示。(http://cnbim.org/4637.html

3.2 国外研究情况

国外,从上世纪80年代微软的Exchange、IBM的Lotus/Notes,到后来的电子邮件、OA、CRM、ERP等,都有协同的概念在里面。目前已有一些较为成熟的产品出现,如CATIA 公司的CSCD系统,Texas大学开发的Shastra,WebScope公司推出的基于Web 的CAD 协作支持工具,EDS公司的Teamcenter, AutoDesk 公司DWF文件的浏览器工具插件WHIP等。

国CATIA 公司推出的CSCD 系统提供了三种商品化协作支持工具:1)会议管理工具;2)聊天工具;3)白板工具。Texas 大学开发的Shastra 是基于CSCW 的几何造型、模拟、查询及设计的原型系统,目标是提供基础几何数据结构和算法,提供模型属性查询,协同交互,基于冲突检测的快速计算和用于动态模拟的可视化信息以及实时场景显示。美国WebScope 公司推出的基于Web 的CAD 协作支持工具,具备无线因特网连接能力。可将CAD 对象转换成JAVA 对象,远程用户通过注解、查询、搜索等工具来实现交互和协作。EDS 公司的Teamcenter可为参与者提供高端的可视化以及虚拟样机。

述这些基于CAD 系统的协同支持工具实现了初步意义上的协同,但是其实质是将CAD 的图形格式转换成图像格式,或者JAVA 对象;或者类似于NetMeeting 那样仅支持界面协作,或者仅能支持单向的CAD 图形发布、浏览,还是没有真正开发出专门支持CAD 系统的协同支持工具。

4 基于CAD的网络协同方法探讨

4.1 现有的基于CAD的网络协同方法

4.1.1 单一系统辅以协同工具

种协同方法的基本思路是:以单用户CAD系统为基础平台,辅助以NetMeeting、ShareVision等为代表的视频会议系统或应用共享工具,前者用于设计,后者用于协同。也就是说,该单一系统本身只实现设计功能,不提供内在的协同控制机制,而是通过协同工具提供的控制交换功能来实现对应用程序的共享,截取屏幕的图像并传输给其他用户以实现设计操作的协同。优点是可以利用单用户CAD软件的全部功能,缺点是缺乏并行控制机制,以图像方式传输数据,丢失了CAD图形的矢量信息,且文件传输量大。该方法缺乏灵活性和协作性,是一种低级形式的协同设计方法,应用价值不大。

4.1.2 全新构造的协同设计原型系统

这种协同方法是通过重新构建设计管理和技术系统结构、设计与协同共融的模型和相关运行控制机制,来实现多用户并行协同设计,为群体设计提供高效率。其特点是:从根本上改变了传统CAD软件的难于与其它系统融合的不便,朝着协同设计迈进了一大步。缺点是:系统功能主要集中在设计人员之间的交互环境,弱化了CAD强大的设计功能,也导致系统建模功能较CAD下降很多。

4.1.3 基于单用户系统功能扩展的协同设计系统

方法是利用单用户系统提供的开发接口,进行协同功能开发。其工作方式是利用CAD平台提供的功能截取用户操作,并进行相应处理(如转换和打包),然 后再发给相关设计者,接收方根据传来的信息执行相应的动作。优点是:可以获得几何模型的共享、CAD图形的数据交换。缺点是:1)该类系统只能针对特定的 行业和特定的商业用户为背景开发,缺乏通用性,不支持异构单用户之间的操作,灵活性和可扩展性相对较差;2)一旦CAD系统功能升级,原开发接口不能获得 支持,系统功能模块不能使用,直接导致系统必须重新开发。

4.2 基于CAD的网络协同设计的新方法探讨

方法是作者多年来在工程设计行业关于协同设计的思考和实践。基本思想是:把CAD系统、协同系统、CAD数据提取系统、交换数据库系统等整合到一 起,利用Web方式实现系统功能调用、数据共享、协同信息传递,达到集CAD设计功能和交互式协同功能通过CAD数据提取系统和交换数据库系统有机结合的 全新构架。(来源:BIM中国网)

AD数据提取系统是用于实现提取CAD设计建模过程的基本数据,并建立为其它运用提供基础信息的数据库。这一措施解决了CAD系统设计信息可方便被共享使用的瓶颈。

交换数据库系统是把各子系统的数据按关系型模式建立联系的基础数据库,所有子系统及子系统之间的数据交换都通过交换数据库系统实现。

笔者按照上述方法搭建了一个具备实际使用功能的初级系统,基本实现了设计与系统的功能。困难的是不能直接获得CAD系统的一些数据提取接口,运用矢量图形提取的数据其数据处理工作效率太低。

者注意到国外知名CAD平台开发公司的研发动向,虽然力求在CAD平台上加入协同功能模块,但也在基于不降低CAD设计功能的前提下,融合设计与协同,并可利用熟悉和可改造自身CAD平台接口的优势,实现上述目标不会遥远。

5.结束语

目前,国内外的主流CAD平台都不具备真正的协同设计功能,业界普遍认为基于CAD平台的协同设计是CAD平台产品未来的发展方向。未来的CAD平台 并不是一种通用的协同设计软件,而是一种标准、开放的平台,供其他行业软件开发商开发相应的协同设计软件。CAD平台作为基础协同设计平台而提供一些底层 技术支持,提供协同设计的开发接口。二次开发商可以使用不同编程语言并根据用户需要开发出各自的应用软件产品。通过CAD这个基础协同设计平台,设计者可 以深入图档内部,很方便地提取有关信息,并能快速准确地查询、检索、统计、归档文件等,设计与协同工作在同一个平台上进行,无需在系统和CAD平台间进行 切换。基于CAD平台的协同设计思路是:将实现协同设计的众多基本功能以一种工具库,或者构件库的形式集成到CAD平台上,为二次开发商实现个性化协同应 用开发提供支撑平台。使得CAD设计功能和协同功能集成到CAD这个基础协同设计平台,实现真正意义的协同设计。

CAD平台开发的开放性进步,为未来基于CAD的网络协同设计的实现提供了可喜的前景。

作者:赵蕾


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