基于消息传输的协同工业设计框架体系
摘 要：分析了计算机支持的工业设计模式和基于消息传输的协同实现方法。从网络环境中构建协同工业产品设计系统的基本要求出发。提出了基于web平台的协同工业设计的体系结构。讨论了基于消息传输的协同工业设计系统中的各模块的作用和相互关系。
关键词：协同工业设计；消息传输；体系结构
0 前 言
工业设计在经济发展过程中越来越体现出其重要性。随着科学技术的高速发展，特别是信息时代的到来，市场对产品的性能、价格和交货期的要求更加苛刻，要求产品的生命周期短、品种多样化、趣味化、小批量。这些都要求制造企业能够快速开发出高质量的产品，以影响市场、响应市场的需求、提高自身的竞争力。当前工业设计现状是：工业设计信息基本依靠查阅各种资料和基本的网上搜索等比较传统的方法。信息收集零散，设计参考数据庞杂、缺乏科学管理；设计者之间信息闭塞，有关人员缺乏快速广泛的交流，使得知识获取、设计方案借鉴与筛选、设计参数选取、设计结果优化等都出现困难。
1 计算机支持的工业设计模式
计算机支持的协同设计则以计算机网络、虚拟现实、多媒体以及群体等技术为基础。旨在克服地域和时间的障碍，组织设计人员实现工业产品的协同开发，以适应21世纪“全球市场”与“全球制造”的需要。
在计算机支持下，目前工业设计已发展到整体系统设计模式，即提出方案后利用网络和数据库技术进行网上调查和数据统计，然后利用相应系统分析收集到的数据，确认方案后进行协同草图设计。从草图到三维模型可采用2种方法：一是利用草图制成模型，然后用三维扫描技术反求三维模型的各项数据；二是利用CAD技术，从二维平面图出发，绘制三维立体图，再制作虚拟样机。也可利用PR或NC技术得到真实样机进行数据评估，评估数据通过网络平台反馈后经处理用于改进模型参数，以形成最后产品。在整个设计中，通过网络和数据平台加强了设计数据和信息的交互。有效地解决了交互性差、开发成本高、易出错等问题，缩短了开发周期。
2 基于消息传输的协同实现方式
在基于消息传输的协同实现方式中。每个协作用户通过本机企业管理系统访问本地的数据和数据模型。如某个用户对本地数据和数据模型进行了编辑和修改，则该操作被本机系统截获后，按标准格式改写成消息，并通过网络发送给协同服务器。服务器负责将消息转发给其他协作客户机。协作客户机收到后，对消息进行相应解释，并在本机管理软件上执行该操作，从而实现本地模型的同步运行。通过消息通信机制传送的是简单的操作消息，而非整个数据和数据模型，这样可减少网络的传输数据量。其实现过程，它分为客户端和服务器端，通过网络互连。其中协同数据管理负责接收和转发客户机的数据操作消息，维护客户机与服务器间数据命名映射关系，保证各客户机的数据和数据模型同步。
3 协同工业设计的框架
协同工业设计体系采用Web技术，将不同区域的专业技术人员、客户和设计资源组织在一起，提供一个协同完成产品实际的网络环境，将产品设计及其相关过程延伸到客户端，以保证设计的产品真正满足客户需要。其体系结构层次大致可以分为4个层次，每一层又由若干部分组成。
1)首先是由设计群组和协同设计控制过程组成的过程控制层。由于协同设计都是围绕着某一特定设计过程展开的，过程是核心的因素，它决定了设计群组的组成，参与成员的职责、权限、工具的使用，过程也与设计数据的流向和数据的类型、来源有关。
2)第2个层次为框架层，又分为2层。其中过程管理、任务管理、资源管理、协同工具集、产品信息模型及其管理等几部分构成框架层的低层。任务管理负责任务的分解、子任务的粒度控制、子任务的调度等功能；过程管理提供对设计过程的建立、维护，评价等手段；资源管理包括设计过程中占用的网络资源等的管理；产品信息模型的管理负责产品信息模型的建模、维持、信息抽象等工作，它表达产品设计过程中使用的各种信息，它包括数据库、文件、图形、图象等多种格式的数据源。CAX等应用系统构成框架层的应用层，其中CAX系统既是用户输入数据的接收器，同时又是设计模型、设计数据输出器，它可以通过一个中性异构软件工具接口，采用面向对象技术，封闭在对象管理框架中，也就是所谓的功能软件“即插即用”，进行双向数据交换，并能在Web的支持下实现互操作。
3)系统中间件层提供了分布式协同作业的数据通道及其数据的持久性管理，支持设计数据的处理，包括技术与产品信息的管理、数据资源的分配及控制、数据的传输与共享、分布式数据库管理等，并通过提供对底层网络通讯和数据库操作的封装，使底层网络通讯和数据库管理透明化。
4)数据库层用于保存产品的数据信息。
4 系统体系结构
系统可采用B／S模式的体系结构。B／S模式简化了客户端软件，只需安装浏览器作为客户端应用的运行平台，而将所有的开发、维护和升级工作集中在服务器端。用户使用浏览器上网，向Web发送请求，Web服务器处理请求，查询数据库，执行应用程序，并将结果信息组织成超文本标记语言(HTML)，页面发送给用户，在用户的浏览器上显示，大大方便了系统的应用。
1)数据库服务器数据库服务器可采用Microsoft Access或Microsoft SQL Server等。系统中的数据库主要是用来保存建模的结果及建模过程中的日志文件信息。数据库服务器接收从应用服务器来的操作请求，完成相应指令并返回操作结果。
2)应用服务器应用服务器是整个系统的核心。它一方面负责与客户AcfiveX进行交互通信，另外还要进行对数据库的操作，并把结果返回给客户程序。用户间的协同、多项目组的管理等功能都由应用服务器完成。应用服务器一般与WEB服务器放在同一台服务器主机上。知识管理的协同建模任务就是由客户上的ActiveX程序与应用服务器上程序间的相互通信、协作完成的。
3)客户层客户层是一个标准的Web浏览器。在客户层运行的是保存在Web服务器上的AcfiveX及XML等程序。当用户通过浏览器发出链接请求时，这些程序就自动地被浏览器下载到用户机的内存中，由客户浏览器解释执行。
4)Web服务器在客户端要运行的XML及ActiveX文件都保存在Web服务器上。这些文件是系统的重要内容，是实现人一机交互及人一人交互功能中客户端的部分。当用户使用系统时，连接的就是这个Web服务器。
5 结 论
工业设计就是要促进产品外观的改进和更多创新思想的产生。由设计人员在私有设计空间所创建的工业设计。在没有进入共享设计空间以前，不能进行交流与协同改进。对于协同工业设计来说一个基本的需求就是要使分布于不同地理位置、采用不同计算平台的产品设计人员能够容易地交换设计数据。Internet、Intranet以及与其相关的Web技术为其提供了具有巨大潜力的交流与协作环境。对于可视化的产品概念表达与交流，理想的情况是选用一种平台独立，低代价，允许三维交互，计算高效，低存贮的数据可视化方法。通过WEB平台构建协同工业设计框架体系，能有效促进设计信息的交互和管理，提高工业设计师的设计效率和设计质量。
