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中南大学硕十学位
论文 摘要 摘要 协同设计是指各成员在计算机的支持下,通过分工与协作共同完成某一设计目标的设计方法,包括项目管理、资源管理、过程管理及交流工具管理等。
本文研究的过程管理系统即是协同设计系统中的一个子模块,主要是指协同设计过程规划和协同设计过程控制两部分,前者主要是指任务分解与分配及任务查询等,后者主要是指对设计过程中的约束与冲突进行管理。
过程管理系统主要是在分布式的环境下,通过与CAD的有效集成,针对不同类型的人赋予不同的权限,从而对协同设计过程中的约束情况及可能产生的冲突进行管理,以满足协同设设计系统的发展需求。
本文的主要工作如下: (I)研究了协同设计过程管理系统的内部体系结构及其核心技 术如约束管理、冲突管理等; (2)提出了基于设计BOM表进行任务分解的方法,改变了传统 的以部门为单元进行产品设计的任务组织形式; (3)建立了层次型的产品约束信息模型,运用SQL Server2000 设计了系统的关系数据库如约束库、零部件信息库等; (4)以Visual c++为开发平台对协同设计过程管理系统进行了 设计,并较详细的介绍了其主要功能模块; (5)实现了过程管理系统与CAD的有效集成。
过程管理系统作为协同设计系统中的一个子模块,不仅可有效的与整个协同设计系统集成,对其研究可利于协同设计系统更进一步的集成与发展,同时通过接口管理技术可与CAD进行有效的集成,此系统的采用能在一定程度上加速产品设计进程、提高产品设计效率。
关键词: 协同设计、约束管理、关系数据库、Visual C++ 中南人学硕士学位
论文 ABSTRACT ABSTRACT Collaborative Design iS a new technology and Can finish a commonwork by the cooperation and division based on computer technologies,which include many·knowledge,for example project management andresources management and process management and exchange toolmanagement and SO on. Process Management System is a son module of Collaborative DesignSystem in this thesis,which deal with the problems ofprocess plan andprocess control,the former decomposition and assignment, is mainly taskthe latter is mainly constraint management and conflict management inthe process ofcooperative design. Process Management System is in the distributed situation and givedifferent right to different people,who Can take the charge ofconstraint ofdesign in order to satisfy the demandmessages and conflict in processofcooperative design.The main content ofthis thesis iS as follows: (1)The inner system structure and the main function moduleincluding constraint and conflict management of Process ManagementSystem in cooperative design based on CAD is researched. (2)The method of task decomposing based on BOM of design isproposed to change the tradition organization form which design productaround department to assign the task. (3)11be lay product constraint message model is built in the base oftransformation of constraint and relations database for example constraintdatabase and product database are built with SQL Server 2000. (4)Process Management System I S designed with Visual C++,which main module iS reduced. (5) Integrated CAD with Process Management System withobjectARX and ActiveX technologies and SO on. Process Management System be used as son module ofCollaborative Design System,which not only can be integrated withothers systems in Collaborative Design System,but also Can be used as asubsystem by using module interface technology(for example in CADsystem).It will improve efficiency and processes of design to some n中南大学硕+学位
论文 ABSTRACTextent,at the meantime will benefit the integration and development ofCollaborative Design System.KEY WORDS:Collaborative design、Constraint management、Relationsdatabase、ⅥSUal C-I-q- m
原创性声明 本人声明,所呈交的学位
论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
论文主要是自己的研究所得,除了
论文中已注明的地方外,不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。
与我共同工作的同志对本研究所作的贡献,已在
论文的致谢语中作了说明。
作者签名: 日期:u匈年6月/ 日 关于学位
论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位
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论文;学校可根据国家或湖南省有关部门的规定,送交学位
论文。
对以上规定中的任何一项,本人表示同意,并愿意提供使用。
日期:盟年土月上日中南大学硕七学位
论文 第一章绪论 第一章绪论 随着世界市场竞争的不断加剧,传统的设计方法已无法跟上时代的步伐,各种先进生产技术如敏捷制造、并行工程、虚拟技术、精良生产及各种新的管理理念如产品数据管理(PDM)、企业资源计划(ERP)、制造资源规划(MRP II)等纷纷出现,从而进一步的强调以多学科专家组成的产品开发小组为单位,把这些新的理念、方法与传统的设计方法、技术等结合起来,最大限度地共享企业内外部的各种资源,协同设计就是建立在这些新的理念与方法的基础之上的。
目前,协同设计越来越成为关注的焦点,而协同设计中涉及的关键技术很多,如数据管理技术、协同工作管理技术、面向对象技术、计算机网络技术、协同过程管理技术等,本文主要针对协同设计过程管理技术展开研究。
1.1协同设计系统的国内外研究现状 协同设计的出现,使设计从传统的以管理驱动的组织运作模式转化为内部成员为了一致目标而分工协作的组织运作模式,对缩短产品开发周期、降低产品成本、提高产品质量等具有特别重要的意义。
目前针对协同设计系统的研究较多,文献【4】中对协同设计的研究与发展现状做了较详细的说明,同时有大量的协同设计软件包已开始出现。
首先是MIT公司的Iren Grif和DEC公司的Paul Caohmao提出了计算机支持的协同工作(CSCW)的概念【n,至此产生了一系列协同设计(CSCD)产品: 德国Fraunbofer计算机图形研究所的Stork提出了建立分布式产品开发环境CoConut和协同应用Shared 3D Viewer【2〕: 新加坡国立大学开发了一个WPDSS系统,以支持网络协同设计,服务器提供CAD几何和工程信息,客户端共享这些信息【3】; 清华大学开发了基于CORBAR面向对象技术的CSCD系统,实现跨异构平台产品设计的整体优化、冲突协调和协同决策【4】; 南京理工大学提出了eCWS实现网络化协同制造,并提出了MicrosoftNetmeeting为协同支持工具分散在异地的用户提出了一个“你见即我见”的实时协同工作环境% 华南理工大学提出了基于VPJ4L和JAvA的虚拟现实协同系统,可以在网上建立虚拟环境,增强CSCD的交互性和客户端的平台无关性【6】. 就目前来讲,国外CSCD的研究比较成熟,有的已在实际中得到应用,并取得了很好的成绩,国内近几年也进行了一系列的研究,但多偏重于CSCD的可行性分析,理论模型的建立等,若要实现真正意义上的CSCD,仍需要做大量的工中南大学硕七学位
论文 第一章绪论作。
目前研究重点仍将集中以下几个方面: ①.协同设计行为的研究: 从行为学、
社会学、心
理学等方面进行研究; ②.信息共享与协调机制的研究:指信息共享方法以及协同设计的方式; ③.协同过程方面的研究:如对冲突管理方面的研究;通过组建一种新型的 协同设计模式,研究约束求解问题等。
1.2协同设计过程管理系统的研究现状及发展趋势 协同设计过程管理是协同设计系统的一个分模块,协同设计过程主要包括协同设计过程规划和协同设计过程控制两部分,后者主要是指约束与冲突
管理系统【刀。
在产品的协同设计过程中,通过建立一种新型的过程管理模式并通过产品数据信息的共享及有效的交流机制,来及时解决协同设计过程中的一系列问题。
任务规划的主要目标是把任务分解成为可操作性强的任务群,近年来国内外学者对协同设计中的任务规划问题进行了大量的研究,文献【8】提出了一种称为Design Roadmap的建模方法,并用它建立了协同工程过程的依赖关系模型框架;文献〔9】综合考虑设计单元、设计任务和设计资源3个方面,提出了工程设计的依赖量化模型;文献〔10〕提出了一套从构造到割裂数字双指标耦合任务集的系统方法,文献〔1l】提出了将大规模任务组实现分解的算法;文献【12】对设计活动进行排序,然后对耦合任务集中的耦合任务进行合理排序,以确定任务的执行次序等,协同设计过程中任务的规划比较复杂。
同时协同设计过程中的约束与冲突问题也是一个相当复杂的问题,它涉及多学科知识、多种技术,针对其研究办较多,如文献【13】中以约束为基础重新定义了协同设计过程中的主模型、客户端模型,讨论了冲突的产生与分类,建立了以约束满足等式为核心的冲突协调机制等;文献〔14〕〔15〕〔161qb是基于约束的冲突检测研究,如提出了以人为核心的非形式化方法和以约束管理工具为核心的形式化方法相结合的检测方法等;文献【17】从并行工程和协同设计的角度出发,阐述了产品开发过程中的变动及其管理,给出了面向并行工程的变动约束管理的方法,以有效地支持参数与公差设计;文献〔18】通过扩大约束解空间来有效的避免冲突,提出一种新的求解方法(CDSs-_collaborative Desing SpaceSolver),以利于基于约束的冲突的解决;文献〔19】从信息交流的角度出发,设计了协同设计过程中的交流工具,以通过发布信息的方式协商解决基于约束的冲突;文献【20〕〔21〕研究了协同设计中各种冲突的含义,文献【7】对协同设计中新产品开发影响冲突管理的各因素加以了详细的论述,并提出了冲突管理的层次模型等。
上述这些工作对协同设计过程中约束与冲突的管理奠定了坚实的基础,但是从一定程度上来讲仍具有一定的局限性。
2中南大学硕十学位
论文 第一章绪论 目前协同
设计过程管理系统的研究正处于蓬勃发展阶段,其发展趋势表现在如下几个方面阱】【捌: ①.从产品设计出发,建立真正支持产品设计的系统开发过程模型和系统。
国内研究工作主要是从
计算机及自动化领域出发,研究如何建立CSCW 环境,而从
机械设计领域出发,对理论方法及关键技术的研究较少,这 将是今后的研究热点之一。
②.向标准化、规范化发展。
CSCD技术是一门新兴的学科,不仅需要统一的 术语标准,同时也需要有统一的技术标准。
③.应具有更好的开放性、集成性及智能性。
开放性是指支持现行的各种多 媒体软硬件平台、
网络平台及协议,使
系统可跨异构平台运行;集成性 是指系统主要应用在CAD/CAM/CAE/CAPP的集成化中,应可集成多种应用 工具;智能性是指在系统中嵌入智能单元(专家知识库)等。
1.3协同设计过程管理系统的软件开发工具 本文选用的这几种开发工具,其功能强大,同时Visual C++、SQL Server。
ADO等都是Microsoft公司的产品,ObjectARX的
软件配置要求也只要Visual C++与Microsoft Windows 95或Windows NT4.0以上版本环境即可,与广大用户所用的Windows操作系统能结合完整,从而具有更加广泛的应用前景。
1.3.1 SOL Server数据库 SQL Server是Microsoft的大型数据库服务器,其性能指标在各方面都有赶超Oracle数据库的趋势,虽然性能方面还不能与其媲美,但是在易用性等方面却继承了Microsoft的一贯风格,越来越被用户所接受,并被用户所采用。
因此本文采用SQL Serve数据库作为数据库支持平台,它具有以下的一些优点〔24】: ①.完全的WEB支持 SQL Serve提供了以WEB为基础的扩展数据库编程功能。
丰富的rr标准支持允许使用内置的存储过程以及轻松存储和检索数据。
还可以使用标准接口更新程序,容易插入、更新和删除数据,通过WEB轻松访问数据。
②.高度的可伸缩性和可靠性 由于利用了对称多处理器(SMP)系统,SQL最多可以使用32个处理器和64RAW。
向外扩展可以将数据库和数据负载分配给多台服务器。
通过增强的故障转移群集、日志传送和新增的备份策略,达到了很大的可用性的要求。
③.集成和可扩展的分析服务 利用SQL Serve可以建立带有集成工具的端到端的分析解决方案,从数据创中南大学硕士学位
论文 第一章绪论造价值,同时带有交互式的调节和调试
查询、从任何数据源快速移动和转化数据以及按Transact.SQL方式定义和使用函数等功能。
④.简化的管理和调节 SOL Serve比Oracle简单,比mysql强大,全图形界面,和Windows结合紧密,它使数据库易于安装、使用和管理——组合在一起称为“操作简单”——是一个减少成本的关键因素。
Microsoft产品具有易于使用的美誉,SOL Server就得益于让人感到使用起来比较容易。
1.3.2 ADO(ActiveX Data Objects) ADO数据库访问技术是微软提供的基于组件的面向对象的接口,它是一个和编程语言无关的COM组件系统,与OLE DB类似,但接口更简单,具有更广泛的特征数组和更高程度的灵活性,除了面向vcH,还提供面向其他各种开发工具的应用,如vB,vJ等,ADO在服务器应用方面非常有用。
ADO对象结构类似于OLE DB,是一组单一的对象属性和方法,但并不依靠对象层次。
大多数情况下,用户只需要创建并只使用需要处理的对象,便可以利用它们执行各种各样的与数据库相关的
工作。
ADO有三大对象:Connection对象用于表示与数据库的连接,以及处理一些命令和事务,其连接的详细信息用Connection对象的Open方法的参数来表示;Command对象用于处理传送给数据源的命令,主要是通过SOL语句制定命令文本,通过Conlnand的执行来到达目的或获得所需要的记录集;Recordset对象用于处理数据的表格集,包括添加、删除、修改、更新数据【251。
ADO的主要特点是占用内存少、速度快且易于使用。
利用ADO连接数据库还具有以下的优点: ①.ADO对象可以直接、独立的创建而不需要依据上下层次顺序产生 ②.ADO不仅可以访问关系数据库,还可以访问非关系信息源。
③.ADo是多线程的对象,在出现大量并发请求时,也同样可以提供与远程 数据库的高效连接与访问。
④.ADO支持带参数和返回值的存储过程。
1.3.3 VisuaI∞斗 Visual C++是Microsoft公司开发的基于C/C++的集成开发工具,它是一种面向对象的可视化程序设计语言,面向对象程序设计思想进行编程的好处是用户可以继承他人编写的
代码,并在此基础上开发自己所需的功能【26】。
在Visual c++程序设计中,主要是通过“类”把大部分与用户界面有关的 4中南大学硕士学位
论文 第一章绪论Windows API函数封装起来,并以klFC类库的方式提供给开发人员使用,这样大大地提高了软件的重用性,节省了大量的开发工作量。
利用vc++编程开发难度小、开发工作量小、源
代码效率高,并且vc++有着较强的数据处理和图形处理功能以及很好的实时性。
不仅如此,它还提供了强大的数据库访问技术,如oDBc、OLE DB、ADO等接口技术,另外也支持OLE技术和ActiveX技术,可以使开发者利用vc++中提供的各种组件、控件以及第三方组件来创建自己的程序,实现应用程序组件化,使其具有良好的可扩展性,真正实现面向对象编程。
同时其运行速度快、编程方便、扩充性和可维护性强,可以提高开发效率、缩短开发周期,而且
程序的稳定性能好,是作为软件开发的首选工具。
1.3.4 ObjectAl触( 本文将用到的是AutoCAD的二次开发工具ObjectARX。
它包括一组动态链接库(DLL),这些库与AutoCAD在同一地址空间运行并能直接利用AutoCAD核心数据结构和
代码,库中包含一组通用工具,使得二次开发者可以充分利用AutoCAD的开放结构,直接访问AutoCAO数据库结构、图形系统以及CAD几何造型核心,以便能在运行期间实时扩展AutoCAD的功能,创建能全面享受AutoCAD固有命令的新命令,当按需要加载应用程序时,使得应用程序能在同一水平上与Windows系统集成,并与其它Windows应用程序实现交互操作〔271。
ObjectARX核心库组件是AcDb、AcEd,另外的重要库组件为AcRX、AcGi、AcGe、ADSRX。
应用程序主体框架由5个部分组成:入口函数AcrxEntryPoint()、
注册命令AddCommand0、加载函数InitApplication()、消息响应函数(自己定义)、卸载函数Unloadhpplication 0。
叻jectARX提供了一组类,能够创建基于MFC的应用程序:一个称为AdUi,它是一个MFc扩展动态链接库,用于扩展某些与uI有关的MFC类。
另一个称为AcUi,它是在AdUi架构基础上建立的,提供AutoCAD专用的外观和特性。
1.4本文的研究背景及主要的研究内容 产品的开发是一个复杂的过程,就整个产品而言它主要是指
方案可行性论证阶段、产品设计阶段、产品试制阶段及生产定型阶段,其设计活动越来越强调基于知识的创新设计,传统的设计方法已不能满足这种设计趋势的要求。
因此怎样把上述情况与设计方法很好地协同起来的问题引起了大家重视,特别是随着网络技术、信息技术、自动化技术和制造技术相互渗透和融合,人们相继提出了很多新的理论,如并行工程、敏捷生产、虚拟设计等,而协同设计就是建立在上述
问题之上,再在上述理论成果的基础上发展起来的,目前已经成为计算机辅助设计中南大学硕士学位
论文 第一章绪论领域的研究热点和前沿技术,并显示出良好的发展前景。
产品设计内容和方式的根本变革,正有力而快速地改变着传统的工程设计方法和设计过程的管理模式,成为产品制造单位赖以保持竞争优势、开拓设计市场的主要技术手段。
而面对不断涌现的新技术和市场竞争要求,迫切需要开发高效能的、即能支持以往的工作又能支持现代新技术的工作平台, 协同设计系统即在此基础上应运而生。
而大量资料表明,产品成本的绝大部分是由设计阶段决定的。
目前,一方面已采用了CAD系列等先进技术,但由于此类技术是分别在不同时间引进的,并且一直采用“串行设计”的传统方法,尽管已开始实施PDM/CAPP/CAM/ERP等技术,可设计过程中的各种设计约束与冲突问题依旧难以顺利解决。
因此本文将着重于协同设计过程方面的研究,通过信息共享、.任务分解机制,特别是针对设计中的约束条件与设计冲突,研究协同设计的过程管理问题。
本文的主要研究内容如下: ①.概述协同设计的定义、特点及其协同含义;探讨协同设计的体系结构和 主要功能模块以及支持协同设计的软硬件环境;在此基础上研究和分析 协同设计的实现方式和协同设计过程管理技术的重要性。
②.对协同设计过程管理系统中的关键技术进行详细的研究。
分析任务分解 的必要性及其分解方法、原则等,研究设计过程管理中约束与冲突的定 义、特点、产生根源、种类,并提出以产品结构树为中心建立约束网络 并进行约束满足求解的约束管理机制,从而更进一步对基于约束的冲突 预防、检测、消解技术等进行研究; ③.对系统进行总体需求分析,从总体上对协同设计过程管理系统进行设计 与规划,并重点对协同设计过程管理中的涉及的数据库问题进行详细的 设计与说明,包括数据库的建立、数据库逻辑结构设计、数据库表类的 分析及其构造函数的主要功能、ADO对数据库的访问等,同时对支持协 同设计过程管理的AutoCAD系统进行二次开发,以与整个应用系统集成; ④.从产品设计过程的协同方面出发,运用应用面向对象的程序设计方
法学、 产品数据管理技术及CAD参数化设计思想,以Visual C++6.0和SOL Server2000为开发平台,设计人机界面比较友好、直观易用的协同设计 过程管理系统。
6中南大学硕士学位
论文 第二章协同设计过程管理系统中的关键技术 第二章协同设计过程管理系统中的关键技术 协同设计过程管理系统作为协同设计系统中的一个子模块,其涉及到的关键技术较多,主要包括任务的分解、分配与查询及约束管理与冲突管理等,本章主要从以下几个方面展开研究。
2.1协同设计概述2.1.1协同设计的特点及其“协同”含义 协同设计是近年来新提出的一种产品开发模式,它强调在计算机协同工作环境中,通过对复杂结构产品设计过程的重组、建模优化,建立产品协同设计开发流程,并利用产品数据管理等集成工具,进行系统化的协同设计工作模式。
目前对协同设计的定义较多,在文献〔28】.〔29】中都有较详细的描述,总的来讲尽管其各种定义还不是很一致,但都是“计算机技术支持下的协同设计”,集成了现代设计中许多新方法、技术、思想、模式,它要求不同部门之间的设计者不但要考虑到设计本身的技术问题,而且还要考虑市场需要、用户要求、制造、装配、维护以及环境保护问题,其涉及到销售、设计、工艺、生产、质保、供应、财务等各个部门。
协同设计既是一种现代设计技术,也是一种现代管理技术,在不同应用领域具有不同的组成系统,其机械制造领域通常具有以下共同的特点f蚓’【32】:‘ ①.共享性…信息的共享是协同的基础,多知识源之间的交流互补是协同 求解的本质,信息的共享主要通过各种产品数据管理来实现。
②.分布性~一首先须是一个分布式系统,常常是客户、销售人员、采购 人员等分布在不同地方,因此它得支持各节点之问的信息传输; ③.异构性…协同设计系统的工作平台具有异构性,主要体现在共享的数 据源、求解知识的表达方式,使用的操作系统以及硬件结构等方面; ④.并发性和一致性——系统允许用户同时操作,需要维护数据的一致性; .