CAD系统二次开发-协同设计的概念及其相关技术.ppt
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CAD系统二次开发-协同设计的概念及其相关技术.ppt
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王淑营,协同设计的概念及其相关技术,一、先进制造技术对CAD技术的影响二、协同设计的理论基础CSCW三、网络化协同设计的模式四、协同设计中的关键技术,协同设计的概念及其相关技术,CIMS是英文ComputerIntegratedManufacturingSystem的缩写,直译为计算机集成制造,CIM的概念最早是美国的约瑟夫.哈林顿博士在1973年提出的,其基本出发点是:
1)企业的各种生产经营活动是不可分割的,要统一考虑;2)整个生产过程实质上是一个信息的采集、传递和加工处理的过程。
企业作为一个统一的整体必须从系统的、全局的观点出发,广泛采用计算机等技术,加速信息的采集传递和加工。
CIMS的核心是信息集成,而且主要关注企业内部的信息集成,即针对在设计、加工制造以及管理中存在的大量自动化信息孤岛,解决信息正确、高效的共享与交换。
对CAD系统而言,主要解决:
1)产品建模问题:
以参数化造型或特征造型为建模手段,以STEP标准所定义的产品信息模型为依据,建立能够满足产品全生命周期内各环节需要的完整的信息模型,即产品的数字化模型,以作为信息共享与交换的基础。
2)数据交换问题:
采用标准的数据交换规范,作好软件间的接口。
3)工程数据管理问题:
形成逻辑上集中、物理上分布的数据集成管理环境,解决异构数据库的相互访问。
1、计算机集成制造系统对CAD的影响信息集成,一、先进制造技术对CAD技术的影响,并行工程(CEConcurrentEngineering)是在1988年美国的国家防御分析研究所提出的。
并行工程把时间作为关键因素,它以缩短产品上市时间为目标,从产品设计到产品报废的整个生命周期,全方位地解决所用时间问题。
并行设计是并行工程的主要组成部分,要求产品设计及其相关过程并行进行,是设计及相关过程并行、一体化系统化的工作模式。
2、并行工程对CAD技术的影响过程集成,一、先进制造技术对CAD技术的影响,并行工程是对产品及其相关过程(包括制造和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化工作模式。
这种工作模式力图使开发者从一开始就考虑到产品全生命周期中的所有因素,包括质量、成本、进度和用户需求等作为设计环节的约束条件,以避免或减少产品设计开发到晚期才发现错误。
其主要特点是过程集成,对企业的各种业务活动过程尽可能多地转变为并行过程,使在设计早期就能考虑到产品的可装配性、可制造性、可测试性、可维护性及成本合理性等因素,使各阶段工作及时交流、协调。
对CAD系统而言,主要解决:
1)支持开发过程中的重构和建模;2)实现协同设计的环境,支持多学科队伍的协同工作;3)提供功能集成、信息集成。
2、并行工程对CAD技术的影响过程集成,一、先进制造技术对CAD技术的影响,敏捷制造又被称为灵活制造,是1991年由美国国防部根据国会指令,委托里海大学的亚科卡研究所对美国制造业进行战略研究后提出的。
敏捷制造的基本思想是将灵活的动态联盟组织、先进的柔性生产技术和高素质的人全面集成,使企业能够应付迅速变化和不可预测的市场需求,以获得长期稳定的经济效益。
为实现敏捷制造,除了做到信息集成和过程集成外,还要做到企业集成。
企业集成是针对某一特定产品,选择合作伙伴,组建企业动态联盟,充分利用联盟企业所具有的设计资源、制造资源和人力资源解决联盟内的信息集成和过程集成。
对CAD系统而言,主要解决:
1)提供实现产品敏捷设计的技术:
如资源共享、信息服务、合作建模、联盟内的数据管理与设计过程管理等技术;2)提供支持产品敏捷设计的网络通讯平台及相关技术的解决方案,如www技术、邮件通信、远程传输等。
3、敏捷制造/网络化制造对CAD的影响企业集成,一、先进制造技术对CAD技术的影响,4、协同设计协同CAD,在先进制造技术的发展和带动下,传统的CAD系统曝露出许多不足之处,主要体现在:
1)传统的CAD系统是以“人-机交互”为中心开发的,仅支持“人-机交互”,这些系统通常是营造了一个单用户工作氛围,使用户感觉只有其自身在使用计算机而感觉不到其他用户的存在,也就是说人们工作在封闭的计算机环境中,远未实现设计者之间的交流,仅能做到数据的部分共享,难于在异构环境尤其是软件异构中实现信息交流。
2)CAD系统及其分析工具仅把设计者的思想集中在自身单一的任务上,而不能考虑产品全生命周期乃至产品及其零件、部件的循环使用和回收利用的整个过程;3)“自动化孤岛”现象,传统的CAD系统间存在设计数据交换困难,信息共享差,信息流动阻塞等缺点,不能很好地适用CIMS下的信息集成与共享的需要;4)产品设计周期长,修改频繁。
一、先进制造技术对CAD技术的影响,协同设计是对CIMS、并行工程和敏捷制造技术的继承和发展,目前产品的协同设计已成为实现先进制造模式的最重要的一项技术。
协同设计是指在计算机的支持下,各成员围绕一个设计项目,各自承担部分设计任务,并行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。
协同设计的目的就是通过提高群体成员的协调配合和协同工作,使设计工作具有全局性,更加符合制造、装备、使用、维护和环境保护的要求。
协同设计是一种新的产品开发模式,它与并行设计一样要求在产品设计阶段就考虑道产品开发后期可能影响道产品质量、成本及开发时间等所有因素。
协同设计与并行设计相比,要求设计开发模式在计算机支持的环境下,充分运用计算机技术和信息技术进行协同设计。
协同设计并不是对CIMS、并行工程、敏捷制造的否定,它是站在更高的层次上,管理、协同好设计组织结构。
一、先进制造技术对CAD技术的影响,4、协同设计协同CAD,
(1)多主体性:
是指设计活动由两个以上设计专家参与,而这些设计专家通常是相互独立的,并且各自具有领域知识、经验和一定问题求解能力。
(2)协同的层次性:
协同设计涉及到多学科小组成员的协同工作,协同不仅在小组内部成员间进行交互协同,而且小组间也要协同工作。
(3)同步与异步并存:
协同设计设计分为组间和组内协同,组内成员的工作紧密联系,协同一般要求同步进行,而组之间的设计工作可能需要隔一段时间才能进行协同,所以协同可以异步进行;(4)灵活性:
参与设计的专家数目可以动态地增加或减少,协同设计的体系结构也是灵活的、可变的。
(5)支持多媒体:
并行工程中的多媒体分为两大类:
感知多媒体和应用多媒体。
感知多媒体指用户之间通过多媒体信息进行交互,这些信息一般可以直接在用户间传输并能被对方感知;应用多媒体指由应用软件产生的多媒体信息,它们一般在共享应用层由用户进行协同计算得到的结果。
一、先进制造技术对CAD技术的影响,4、协同设计协同CAD,一、先进制造技术对CAD技术的影响二、协同设计的理论基础CSCW三、网络化协同设计的模式四、协同设计中的关键技术,协同设计的概念及其相关技术,1、CSCW的概念,CSCW(ComputerSupportedCooperativeWork):
指利用计算机技术、网络与通信技术、多媒体技术、人机接口技术以及分布式处理技术,将时间上分离、空间上分布而工作上又相互依赖的多个协作成员及其活动有机地组织起来,形成共同完成某一项任务的分布式计算机应用环境。
CSCW系统的实质需求表现在模拟自然合作的工作环境,它体现并符合信息时代人们工作的群体性,交互性和协同性特征。
CSCW是目前学术界研究的热点,它的研究目标是如何利用网络通讯、多媒体等技术,使时间不同、空间分散的不同设计者能够克服时空的阻碍,相互协作,形成一种面对面(Facetoface)和WYSYWIS(WhatyouseeIswhatIsee)的分布式协同设计模式。
CSCW的概念提出以来,成千上万的研究人员和开发者加入到这一行列中,研究的内容涉及到CSCW的系统结构、冲突与协调、公用语言、人与人交互界面等。
二、协同设计的理论基础CSCW,2、CSCW的研究历史,60年代,美国的D.Englebart发表了“AConceptualFrameworkfortheaugmentationofMansIntellect”的论文,第一次用超文本技术建立了一个关联型访问数据库,不仅对超文本的研究有重要作用,而且对CSCW的发展起到开山鼻祖的作用。
他主持开发的NI.S系统成为第一个研究CSCW概念的原型系统。
70年代中期,美国StanfordAILab建立了一个支持视频、声音、文本、图像等多种媒体的CSCW环境,并将其命名为电视会议,但由于巨大的存储开销和极其昂贵的通信媒体以及通信速度的低下系统功能薄弱。
80年代,CSCW相关的多媒体技术、数据压缩与存取技术、通信技术等都有了长足的进步,同时人机交互理论逐渐成熟,推动了CSCW技术的发展。
1984年MIT的IrenGrief和DEC公司的PaulCashman组织了不同领域的20个科技者组成的工作组,第一次提出了CSCW的概念。
从1992年起,每隔2年举行一次CSCW国际研讨会,并已有专门的刊物ComputerSupportedCooperativeWork(CSCW)。
二、协同设计的理论基础CSCW,3、CSCW系统的工作模式,根据人们日常活动的经验可以将CSCW按照时间和空间的概念分类,体现CSCW的两个最基本的特征交互合作方式和合作者地域分布,具体地说,交互合作方式是同步或异步,合作者地域分布指合作者是远程或本地的,由此将CSCW分为4类。
二、协同设计的理论基础CSCW,3、CSCW系统的工作模式,本地同步模式:
使得处于同一区域的合作者在同一时间完成同一工作,研究的内容主要包括如何在会议环境下发挥每位参加者的智能,在规定的时间内完成规定的任务,消除由于人们观点不同而引起人际之间冲突,如何克服无关话题的引入等。
本地异步模式:
使得处于同一区域的人们在不同的时间内进行交流,主要有公告系统和留言系统等。
分布式同步模式:
在同一时间但不同地点进行同一任务的合作方式,如视频会议系统、远程协作等。
其中视频会议是指分布于各地的会场通过通信网实现视频、语音、文字、数字和图片共享;远程协作是分布于各处的用户可以在各自的计算机平台上进行对相同对象的操作,以完成一件工作。
分布式异步模式:
在不同时间不同地点进行同一任务的合作方式,如电子邮件,多媒体邮件系统是其发展的最高模式。
二、协同设计的理论基础CSCW,4、CSCW的系统模型和体系结构,CSCW系统通常由成员角色、共享对象、协作活动和协作事件四个基本元素组成。
从系统开发的角度分析,CSCW的系统模型可以分为四个层次。
第一层为“协同开放互联环境”,提供开放的通信支持环境,用于保证协同工作过程中信息交流的可靠性;第二层为“协同支持平台”,解决CSCW所需要的主要机制和工具,利用电子邮件、讨论系统和工作流程管理,等,解决诸如信息共享、信息安全、成员角色管理等问题;第三层为“协同工作应用接口”,通过标准化的服务接口向应用系统提供第二层的功能;第四层为“各种协同工作应用系统”,通过群体各角色完成相应的功能。
二、协同设计的理论基础CSCW,4、CSCW的系统模型和体系结构,CSCW系统以分布式系统为基础,但又不同于传统的分布式系统。
分布式系统是面向系统的,追求透明性,让用户在使用分布式系统时,感觉好像独占该系统的所有资源,屏蔽了其他用户的动作;而CSCW系统是面向用户的,追求非透明性,即系统尽可能地让所有用户相互觉察到彼此所有的操作。
CSCW系统常用全分布式和集中分布式两种结构。
全分布式结构的特点:
各机器处于对等状态,合作系统和共享信息在每台计算机上均有一个拷贝,并发和访问控制在各计算机间完成,任何一台计算机上的操作都被广播到系统的其他所有计算机上。
其缺点是多副本一致性难以保证,广播易造成网络拥塞。
集中分布式结构的特点:
采用用客户/服务器结构模式,将共享信息和协作信息置于服务器上,而将常用的信息置于客户机上,这样即可以减少网络信息流量,又容易维护信息的一致性。
二、协同设计的理论基础CSCW,4、CSCW的系统模型和体系结构,客户机上有界面管理和协同管理层
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- CAD 系统 二次开发 协同 设计 概念 及其 相关 技术