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协同CAD系统

2012-01-11 19:53:00   来源:   
 

协同设计系统的类型是多种多样的,根据各个站点在协同中的地位和分布情况,协同设计系统可以分为集中式协同设计系统和复制式协同设计系统,以及混合式协同设计系统;根据各个站点中采用的CAD系统的相似与否,可以分为同构系统和异构系统。在实际应用中,可以根据具体需要采用不同的协同设计系统,如复制式异构同步协同设计系统。

  早期的协同CAD系统大部分都是异步协同设计系统。异步协同设计是一种松散耦合的协同工作。其特点是多个协作者在分布集成的平台上围绕共同的任务进行协同设计工作,各自有不同的空间,可以在不同的时间内进行工作,但通常不能迅速地从其他协作者处得到反馈信息。其代表性的工作有:斯坦福大学的Cutkosky领导的SHARE项目和Madefast项目;加州大学伯克利分校的Wright等人研究开发的CyberCut系统;Kim等人开发的CyberView系统等。而同步协同设计是一种紧密耦合的协同工作,多个协作者在相同的时间内,通过共享工作空间进行设计活动,并且任何一个协作者都可以迅速地从其他协作者处得到反馈信息。因此近年来,其正在成为协同设计领域研究的热点之一。这方面的代表性研究工作主要有:韩国的Lee等人开发的基于Web的协同特征造型系统NetFeaturet;荷兰DclR大学Bidarra等开发的基于特征的协同建模系统WebSPIFF;德国的Lukas等人研发的TOBACO和香港的Chart等人开发的CSM系统。

  集中式的同步CAD协同设计系统采用客户机/服务器结构,其中服务器用于放置共享的建模系统和中心模型,负责提供建模服务,生成中心模型;客户端则主要负责建模操作的交互输入和模型显示。集中式的同步CAD协同设计系统的代表工作主要有:荷兰Delft大学Bidarra等开发的基于特征的协同建模系统WcbSPIFF;美国CoCrcate公司开发的协同CADPLM应用系统OneSpaccnetWebSPIFF是一个典型的集中式协同系统,服务器集成了Web和造型功能,客户端是基于Java3D的显示终端。用户基于客户端的显示模型和部分特征信息向服务器提供特征操作。当服务器接收到用户操作之后,执行该操作得到结果实体。WebSPIFF先将精确结果模型转换为图像文件传输给客户端,以便用户能及时的对结果进行预览。之后,再将精确结果模型转换为显示模型,并将该模型整体传输到客户端进行更新并显示。商品化的集中式协同系统OncSpace.net是一个支持产品开发组成员之间在线协同的轻量级协同工具。它提供了一整套方案,使设计组织间能够通过Web进行知识共享。该系统客户端为OneSpacc.net模型浏览器,能够让用户对工程数据进行精确的协同可视化、查询和标注。集中式的同步协同设计系统的优点是系统结构简单、并发控制容易,但也存在网络负载重、通信延迟明显、中心服务器易成瓶颈等问题。

  复制式的同步建模系统采用在每个站点都放置建模系统和存储共享模型的方法,通过使所有站点同步执行相同的建模操作,生成同样的三维模型,进而实现同步协同建模。复制式的同步CAD协同设计系统的代表性工作主要有:英国Nam等人开发的ColliDE环境和Syc03D系统:德国的Lukas等人研发的TOBACO和美国lrnpactXoff公司开发的IXSPeeD V5ColliDE环境是为多个协同用户使用独立的CAD系统提供接口的插件程序,Syc03D则是在ColIID基础上设计的基于复制式结构的同步协同设计系统。TOBACO系统中客户端的能力得剑增强,具备了操作处理的能力。而服务器则作为初始联络的手段,不再具有造型操作处理能力。TOBACO采用floor contro的方法进行并发控制,通过在站点之间传递CAD命令来更新结果模型,并通过任务管理器和历史纪录来辅助协同过程。复制式同步协同建模的优点是网络负载轻、站点的交互功能强、响应速度快,其主要不足在于系统结构复杂、不同建模系统之间的语义通信和数据通信困难、并发控制困难等。

  对于现有的协同设计系统来说,虽然在具体实现中运用的技术各有不同,但就其构建方式来说主要有三种,现总结如下:

(1)协同用户界面共享系统
这种方式基于单用户CAD系统,辅助以NetMeetingShareVision等为代表的视频会议系统或应用共享工具实现协同观察。这是“单一系统+协同工具”的模式,属于通用的应用级共享。设计系统本身并没有为用户提供内在的协同控制机制,只是利用协同工具提供的功能,通过交换控制权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。使设计者看到对方的操作。其优点是技术路线简单,几乎可以直接利用任何已有单用户软件的全部静态功能和资源,快速实施协同设计。缺点是只能实现wYSIWIS(WhatYou See Is What I See)方式的共享,缺乏并行控制功能,难以真正实现并行。同时图像方式数据传输量大,丢失了图形元素的矢量信息,难以利用CAD的一些高级功能。因此,该方法灵活性、协作性差,通常只是协同观察级别的共享,是协同设计中较低级的一种形式。

(2)全新构造的协同设计原型系统
这种方式采片j全新的体系结构,重新构建系统模型和相关的运行控制机制,从根本上对传统CAD软件的结构和方法进行变革。由于这种方式的最终目标是构建面向协同设计的原型系统,因此,一旦建成会取得良好的效果,最终形成的系统将更符合协同设计的需求。由于其系统结构、控制方法和产品模型均按照多用户并行协同设计的需要重新设计,可以支持多种协作方式、提供更高的群体工作效率。但目前这类系统通常主要注重设计者之间的交互环境问题,而忽略了CAD基本功能的实现,产晶建模功能较差。
(3)
基于单用户系统功能扩展的协同设计系统
这种方式使用单用户系统提供的开发接口,进行协同功能的增值开发,实现较为高级的协同设计系统。这种方式通常利用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。其优点是利用单用户CAD系统的功能简化开发,可以实现几何模型的共享、图形方式的产品数据交换,具有比WYSIWIS更高级的协同造型等功能。但目前多数系统都是针对某一个商用单用户系统和特定的应用背景开发的,如何支持异构单用户系统之间的实时操作一直是一个难点,而且开发平台的灵活性和可扩展性相对比较差。当协同设计者使用其它未开发的CAD系统或者由于CAD平台的升级导致原有的开发接口不被支持,协同功能的模块将无法应用到该平台,系统开发者需要对该系统的协同功能进行重新开发。

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