1 引言
計算機技術的快速發展，對設計行業來說意義非凡，用計算機作為輔助設計的工具，無論在理論研究，還是在實際應用，都取得了顯著成績。計算機技術的發展和應用使傳統的設計方法和生產模式發生了深刻變化，已成為衡量一個設計院現代化水平的重要標準。
目前國內設計院信息化應用狀況可以分為兩個層次：大型設計企業整體信息化水平已經達到了一個較高的程度，有些已經接近國際先進水平；而中小企業研發信息化水平還比較低，相當多還是簡單用二維CAD進行設計、出圖、生產的模式。從應用軟件方面，大設計院所工具軟件相對成熟，如三維CAD、CAE的使用已經比較普遍，而對這些工具軟件所產生的數據模型進行有效管理和深層利用卻相對薄弱，沒有一個很好將這些設計數據、仿真數據、試驗數據進行協同管理的平臺系統。雖然現在企業大都實施了PDM系統，并解決了CAD數據和一些文檔數據的管理問題，但其對CAE數據的管理、以及CAD/CAE等多學科之間的協同過程的支撐卻很薄弱。隨著科技發展，產品復雜度也越來越高，這種多學科、多專業協同的重要性越來越高，對相關平臺的要求也愈發迫切。如何在先進的思想體系下，結合協同設計、協同仿真等先進的理念，整合已有的工具和專業系統，發揮它們的整體效能，這將是設計信息化所面臨的重要課題。
2 設計行業目前存在的一些問題
隨著設計信息化的深入推進，設計院在數據協同、過程協同、知識共享等方面的存在著以下問題：
(1)設計過程人工協調，過程不可控：雖然設計工程師掌握了很多先進的設計軟件和工具，但實際上工程師在操作這些軟件的過程中，他們的協作過程仍然是靠人工來協調，工作量非常大，而且從管理層來看，很難對具體的執行細節進行監控。
(2)存在信息孤島：目前現存的設計、分析包括實驗等等方面數據，由于系統的結構不同，廠家不同等原因，導致還存在著信息孤島問題，而解決這個問題也需要向平臺化發展。
(3)設計知識、經驗分散：設計知識、經驗是設計院寶貴的財富，在設計過程當中，通常會積累了很多的經驗、知識以及過程的方法，如何把這些知識積累和管理起來，這對企業的創新和后續發展意義重大，但是目前并沒有一個很好的手段對這些經驗知識進行固化和重用。
(4)缺少專業化的快速設計工具：缺少面向具體產品的專業化的設計環境來支撐工程師們進行快速的設計。實際上，這些掌握優秀技能的工程師、行業專家在工作中都不得不花費很多精力在一些重復的、低效能的環節。
(5)多專業協同困難：目前的設計已經不是一個專業的問題，而是多專業，多學科共同協作的問題，那么由于前面所述的信息孤島以及過程控制方面等原因，實際上目前在多學科協同方面依然存在著很多困難，如果要進行一個有效的協同，也要有一個統一的平臺，使多學科的專業技術人才在上面進行充分的協作。
(6)中間數據沒有傳承，過程難以追溯：目前對設計成果可以進行一些有效的管理，但是這個過程中產生的一些中間數據，一些很有價值的經驗數據沒有得到傳承和共享。
3 計算機支持的協同技術
協同設計的概念源于CSCW(Computer Supported Cooperation Work，即計算機支持的協同工作)，即，在計算機技術支持的環境下，一個群體協同完成一項共同的任務。CSCW技術是一門交叉學科，涉及的領域非常廣泛，其中包括計算機網絡通訊、并行和分布式處理、數據庫、多媒體、人工智能理論等。它具有分布性、共享和通信、開放性、異步性、自動化支持、工作協同性、信息共享性和異質性等特點。
在爭取用戶滿意的競爭中，現代設計要求對產品進行全生命周期設計。面對越來越復雜的設計對象，單個人和企業已不能勝任，需要多個專家和企業組成多功能設計小組，以一種協同的方式來進行產品的設計。協同設計(Collaborative Design)是指在計算機的支持下，各成員圍繞一個設計項目，承擔相應的部分設計任務，并交互地進行設計工作，最終得到符合要求的設計結果的設計方法。協同設計強調采用群體工作方式，從而不同程度地改善傳統設計中項目管理與設計之間、設計與生產之間的脫節，以及設計周期過長、設計費用高、設計質量不易保證等缺點。
3.1 協同設計的過程具有以下特點
(1)分布性：參加協同設計的人員可能屬于同一個企業，也可能屬于不同的企業；同一企業內部不同的部門又在不同的地點，所以協同設計須在計算機網絡的支持下分布進行，這是協同設計的基本特點。
(2)交互性：在協同設計中人員之間經常進行交互，交互方式可能是實時的，如協同造型、協同標注；也可能是異步的，如文檔的設計變更流程。開發人員須根據需要采用不同的交互方式。
(3)動態性：在整個協同設計過程中，產品開發的速度，工作人員的任務安排，設備狀況等都在發生變化。為了使協同設計能夠順利進行，產品開發人員需要方便地獲取各方面的動態信息。
(4)協作性與沖突性：由于設計任務之間的存在相互制約的關系，為了使設計的過程和結果一致，各個子任務之間須進行密切的協作。另外，由于協同的過程是群體參與的過程，不同的人會有不同的意見，合作過程中的沖突不可避免，因而須進行沖突消解。
(5)活動的多樣性：協同設計中的活動是多種多樣的，除了方案設計、詳細設計、產品造型、零件工藝、數控編程等設計活動外，還有促進設計整體順利進行的項目管理、任務規劃、沖突消解等活動。協同設計就是這些活動組成的有機整體。
(6)除了上述特點外，協同設計還有產品開發人員使用的計算機軟硬件的異構性、產品數據的復雜性等特點。對協同設計特點的分析有助于為建立合理的協同設計環境體系結構提供參考。
3.2 協同設計中的關鍵技術
協同設計是計算機支持的協同工作與先進制造技術相結合對產品設計過程進行有效支持的研究領域，不僅需要不同領域的知識和經驗，還要有綜合協調這些知識、經驗的有效機制，來禍合不同的設計任務。一般認為，協同工作的基本要素為協作、信任、交流、折衷、一致、不斷提高、協調。為體現這七個基本要素，實現協同工作，必須解決好以下關鍵技術：
(1)產品建模：是指按一定形式組織的關于產品信息的數據結構，是協同設計的基礎和核心。在協同設計環境下，產品模型的建立是一個逐步完善的過程，是多功能設計小組共同作用的結果。
(2)工作流管理：工作流管理的目的是規劃、調度和控制產品開發的工作流，以保證把正確的信息和資源，在正確的時刻，以正確的方式送給正確的小組或小組成員，同時保證產品開發過程收斂于顧客需求。
(3)約束管理：產品開發過程中，各個子任務之間存在各種相互制約相互依賴的關系，其中包括設計規范和設計對象的基本規律、各種一致性要求、當前技術水平和資源限制以及用戶需求等構成了產品開發中的約束關系。產品開發的過程就是一個在保證各種約束滿足的條件下，進行約束求解的過程。
(4)沖突消解：協同設計是設計小組之間相互合作、相互影響和制約的過程，設計小組對產品開發的考慮角度、評價標準和領域知識不盡相同，必然導致協同設計過程中沖突的發生。可以說，協同設計的過程就是沖突的產生和消解的過程。充分合理地解決設計中的沖突能最大限度地滿足各領域專家的要求，使最終產品的綜合性能達到最佳。
(5)歷史管理：歷史管理的目的是記錄開發過程進行到一定階段時的過程特征并在特定工具的支持下將它們用于將來的開發過程。
目前，在實現這種基于CAD的協同設計方面，存在三種主流的技術思路。一種是在CAD平臺提供一些底層技術支持，供二次開發者根據用戶需要開發出各種應用。另外一種就是提供可定制化的基于項目管理、文檔管理的協同設計管理軟件，配合單機設計軟件達到協同設計目的。再一種就是基于協同設計軟件的基礎平臺，它是標準的，開放的，可擴展的。能夠為二次開發商提供開發項目管理、文檔管理、用戶管理、圖紙審核、網絡圖庫、協商交流工具等協同設計系統功能的底層函數支持。
4 協同設計平臺的應用
4.1 協同CAD系統
協同設計系統的類型是多種多樣的，根據各個站點在協同中的地位和分布情況，協同設計系統可以分為集中式協同設計系統和復制式協同設計系統，以及混合式協同設計系統；根據各個站點中采用的CAD系統的相似與否，可以分為同構系統和異構系統。
早期的協同CAD系統大部分都是異步協同設計系統。異步協同設計是一種松散耦合的協同工作。其特點是多個協作者在分布集成的平臺上圍繞共同的任務進行協同設計工作，各自有不同的空間，可以在不同的時間內進行工作，但通常不能迅速地從其他協作者處得到反饋信息。而同步協同設計是一種緊密耦合的協同工作，多個協作者在相同的時間內，通過共享工作空間進行設計活動，并且任何一個協作者都可以迅速地從其他協作者處得到反饋信息。因此近年來，其正在成為協同設計領域研究的熱點之一。
集中式的同步CAD協同設計系統采用客戶機/服務器結構，其中服務器用于放置共享的建模系統和中心模型，負責提供建模服務，生成中心模型；客戶端則主要負責建模操作的交互輸入和模型顯示。集中式的同步協同設計系統的優點是系統結構簡單、并發控制容易，但也存在網絡負載重、通信延遲明顯、中心服務器易成瓶頸等問題。
復制式的同步建模系統采用在每個站點都放置建模系統和存儲共享模型的方法，通過使所有站點同步執行相同的建模操作，生成同樣的三維模型，進而實現同步協同建模。復制式同步協同建模的優點是網絡負載輕、站點的交互功能強、響應速度快，其主要不足在于系統結構復雜、不同建模系統之間的語義通信和數據通信困難、并發控制困難等。
這方面的代表性系統有BENTLEY公司推出的三維數字工廠設計（3D Plant Design）及工廠數據管理(Plant Data Management)，為工程項目內容的管理提供了一個集成的協同環境，可以精確有效地管理各A/E/C(Architecture/Engineer/Construction)文件內容，并通過良好的安全訪問機制，使項目各個參與方在一個統一的平臺上協同工作。Intergraph公司推出的三維數字工廠設計軟件及SmartPlant EntERPrise解決方案，它包括以下工廠自動化軟件組件：3D建模和可視化、信息管理、工程和示意圖、材料管理和項目控制分析等。從項目的早期階段到工廠的運營和維護乃至退役，SmartPlant EntERPrise會始終利用關乎成敗的項目信息和知識來改善工作流程。
4.2 信息管理系統
產品數據管理技術( PDM)是二十世紀八十年代初期才發展起來的一門新興數據管理技術，是一門管理與產品相關的所有數據以及這些數據的處理流程的技術。PDM能夠提供一種結構化方法，有效地、有規則地存取、集成、管理、控制產品數據和數據的使用流程。
PDM的基本功能如下：
(1)工程圖檔管理：包括圖檔信息定義與編輯、圖檔入庫與出庫、圖檔瀏覽、圖檔批注，支持數據庫中圖檔文件的Check in/Check out功能，保證文件的完整性和一致性。
(2)產品配置與變更管理：產品結構定義與編輯、產品結構多視圖管理、產品結構查詢與瀏覽，提供快速訪問和修改BOM表的方法，能根據不同需求生成產品結構信息的不同視圖。
(3)工作流程管理：工作流程編輯、工作流程管理，根據實例化的流程建立有關人員的任務列表，伴隨工作流程的進展情況，向有關人員提供過程信息和執行任務的指令。
(4)項目團隊管理：提供機構、角色、用戶的定義和修改，分配對象操作權限和系統操作權限。
(5)集成工具：將外部應用系統封裝或集成到PDM系統中，提供應用系統與PDM之間的雙向數據交換。
國內針對設計院的產品有金慧系列協同設計產品、緯衡協同設計平臺、理正協同設計平臺等，“金慧BuildingEasyTM工程設計綜合管理信息系統一協同設計版”系統是主要針對于設計單位需求的套裝產品。核心是“基于CAD二維協同設計的項目管理系統”，其重點是解決“錯、漏、碰、缺”等核心的設計管理問題。其實質是為企業搭建一個將“設計”與“管理”一體化集成的協同設計平臺。緯衡協同設計平臺在北京市建筑設計研究院推廣應用三年，將項目策劃、CAD設計、審核會簽、互提資料、出圖歸檔、設計變更等各個設計與管理環節融合形成一體化的系統。理正協同設計平臺著眼于實現設計過程中信息、資源的共享與整合，解決設計過程中不同專業內部、不同專業之間以及不同層面上的分工合作與交流，從而幫助設計企業全面提高設計質量、提供管理效率和管理水平。
5 結語
信息化建設是一個持續投入的過程，在使用協同設計平臺的過程中，也要不斷地深化和加強協同設計平臺，以保證系統的穩定發展。協同設計，針對勘察設計行業，著眼于實現信息與資源的共享與整合，可以幫助設計企業全面提高管理效率和管理水平。它作為一種先進設計思想的集中體現，也在國外的設計行業得到了實際的應用，必將有助于我國勘察設計行業的飛速發展，有助于增進設計院的核心競爭力，以在更廣闊的舞臺上競爭發展。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：設計院協同設計平臺淺談
本文網址：http://www.guhuozai8.cn/html/solutions/14019310820.html
相關文章
