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基于CAD系统的协同设计探讨

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tianma 发表于 2017-5-29 19:53:54
近年来,为了能够有效地缩短产品开发周期,降低产品的设计成本,充分地利用异地资源,融入CSCW技术后的异构CAD系统的研究工作正在不断深入。文章对基于异构CAD平台的协同设计的相关问题进行了阐述和探讨。
    1 前言
    随着CAD技术的应用和推广,CAD系统已被广泛应用于各种行业,因而使用CAD系统进行设计的机械工程数量逐渐增多,涉及范围也越来越广。由于需设计的项目数量和种类增加,以往的一对一设计已不能满足客户需求,需要多个企业或者设计者个人组成一个共同设计的团队,在同一平台上以协同的方式来进行某一项产品的设计。随着人类社会发展和深化交流与合作,人们要求计算机不但能解决传统设计计算问题,而且还能协助多个用户进行合作。因此支持群体工作的协同CAD系统显得非常重要。
    2 协同设计的概念和特征
    协同设计——CSCW(计算机支持的协同工作),意思是在计算机网络技术的环境支持下,在对众多设计单位的设计流程、工作习惯和管理手段等方面进行深入了解、概括提炼的基础上,结合独到的软件设计理念,即一个群体协同完成同一项设计任务。为了完成某一固定设计目标,由两个或两个以上设计主体,通过一定的信息交换和相互协同机制,分别以不同的设计任务共同完成这一设计目标。协同设计涉及的领域十分广泛,包括计算机网络通讯、并行和分布式处理、数据库、多媒体、人工智能理论等。
    与传统CAD系统相比,协同设计系统有如下特点:
    (1)多主体性:参与设计活动的人员为两个或两个以上的主体(企业或专家),而这些设计专家通常是互相独立的,并且各自具有领域知识、经验和一定的问题求解能力。(2)交流性:进行协同设计的各人员之间须进行高频率的实时或者异步交流。(3)灵活性:在整个协同设计过程中,每个设计人员的设计任务不同,产品开发的速度甚至参与设计的人员或专家数量都随时可能发生变化。协同设计的体系结构是灵活、可变的。(4)协作与冲突:各企业或设计者之间,设计任务存在相互联系而又相互制约的关系。然而因涉及领域、设计环境等因素有别,各企业或设计者之间的协同合作就难免出现矛盾和冲突。(5)设计任务多样性:协同设计中的活动是多样的,各种各样的活动也促进了设计整体的顺利进行。
    3 协同设计在国内外的研究现状
    3.1 国内的研究现状
    90年代初,国内开始对计算机协同设计进行理论性研究,但对于具体的应用研究的并不多,到现在为止仍在研究的初级阶段,暂没有一个成熟、商业化的协同设计与制造软件。国内现有的少数具有一定知名度的协同设计产品有:中科院计算所CAD开放实验室的协同设计系统、浙江大学国家CAD&CG重点实验室的电子白板、复旦协达CTOP等。
    3.2 国外研究现状
    国外设计人员和学者对于协同设计的研究较早,发展历史较长,已出现一些成功的商品化软件。美国于20世纪70年代中期在StanfordAI Lab建立了一个集音频、视频、图像和文本等多种媒体和功能于一体的协同设计环境,后被其命名为“电视会议”。但当时的通信媒体技术尚且不够成熟,通信速度慢、数据压缩和传输存在漏洞,因此并未得到广泛利用。经过十年的发展,计算机网络、多媒体、通信、数据压缩和处理等各领域都得到发展和进步,CSCW协同设计技术也得到了相应的推进,陆续出现了一批技术较为成熟的软件产品,如IBM的Lotus、微软的Ex原change,以及我们众所周知的e-mail等,都有协同的概念在里面。
    综上分析,国内对于协同设计的研究尚浅,虽然也有许多企业对于协同设计领域已经开始涉足并有意发展研究,但总体来说与国外有一定差距。国外甚至已经有许多具规模企业成功采用了各种协同设计平台或软件,如:Texas大学的SHASTRA软件;美国Web Scope公司的基于web的CAD协作支持工具,具备无线因特网连接能力。
    4 基于异构CAD平台协同设计中的关键技术
    4.1 产品建模
    产品模型的组织形式其与产品信息密切相关,是一种数据结构,也是协同设计的中心要点。在对某一项目进行协同设计的过程中,产品模型的建立是一个逐步完善的过程,需建立一个多视图的产品模型以满足不同阶段对产品数据模型的需求。
    4.2 任务管理
    任务管理,就是对协同设计的大任务进行分割、规划、调整和控制。让各企业或设计者明确自己的设计时间、设计任务以及获取及时的信息和资源,从而达到高效完成任务。
    4.3 任务约束管理
    在协同设计的过程中,各子任务甚至各设计者之间相互依存又相互制约。产品开发必须在这种独立又相互依赖的环境中完成。
    4.4 冲突和消除
    各个独立的设计公司或设计者对产品开发的考虑角度、评价标准不尽相同,因此而导致意见冲突或者设计方案之间的不契合。而协同的过程就是产生冲突然后消除冲突的过程。
    4.5 网络数据库管理
    网络数据库管理可以将不同企业或设计者在不同阶段开发的设计数据进行记录,并对这些记录予以调用和传输。
    5 基于异构CAD平台的DTII型固定式带式输送机的协同设计
    5.1 DTII型固定式带式输送机的协同设计
    为适应全球化需求,原有的带式输送机设计已不能满足需求。带式输送机必须向长距离、大运量、高带速、大功率、环保等方向发展。并且,带式输送机的设计不能一概而论,要根据项目实地现场环境、温度、地理条件、气候等因素进行分析研发。对于设计人员来说,CSCW计算机网络协同设计大大缓解了这种需“因地制宜”的设计困难。不同地点、岗位以及设计方向的设计者在同一平台上进行交流讨论,最终完成一项完整的设计方案。
    5.2 根据上述协同设计特点与关键技术,带式输送机的协同设计方案大体如下:
   
    独立的设计人员依赖以上用户界面平台,与其他设计者之间进行沟通协作,共享资源与信息,逐步完成滚筒、托辊、横梁、中间架、垂拉装置等设计。各部件图参数匹配、功能相辅,最终共同完成完整的带式输送机设计总图。
    6 结束语
    本文根据CSCW计算机协同设计的概念、现状、特点及关键技术,结合带式输送机的设计研究方向,进行了基于CSCW技术下设计方向的综述分析。然而目前对异构CAD系统协同设计的研究尚浅,尚有不少难点有待解决,例如:如何在异构CAD平台间进行设计模型和设计意图的传递等。但不可忽视的是,CSCW协同设计概念和技术的发展,对带式输送机以及其他任务设计具有突破性作用。


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