環(huán)球優(yōu)路

1.引言
    計算機技術的快速發(fā)展，對設計行業(yè)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(fā)展和應用使傳統(tǒng)的設計方法和生產模式發(fā)生了深刻變化，已成為衡量一個設計院現(xiàn)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(yè)整體信息化水平已經(jīng)達到了一個較高的程度，有些已經(jīng)接近國際先進水平；而中小企業(yè)研發(fā)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(jīng)比較普遍，而對這些工具軟件所產生的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、仿真數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)進行協(xié)同管理的平臺系統(tǒng)。雖然現(xiàn)在企業(yè)大都實施了PDM系統(tǒng)，并解決了CAD數(shù)據(jù)和一些文檔數(shù)據(jù)的管理問題，但其對CAE數(shù)據(jù)的管理、以及CAD/CAE等多學科之間的協(xié)同過程的支撐卻很薄弱。隨著科技發(fā)展，產品復雜度也越來越高，這種多學科、多專業(yè)協(xié)同的重要性越來越高，對相關平臺的要求也愈發(fā)迫切。如何在先進的思想體系下，結合協(xié)同設計、協(xié)同仿真等先進的理念，整合已有的工具和專業(yè)系統(tǒng)，發(fā)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(yè)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(shù)據(jù)協(xié)同、過程協(xié)同、知識共享等方面的存在著以下問題：
(1)設計過程人工協(xié)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(xié)作過程仍然是靠人工來協(xié)調，工作量非常大，而且從管理層來看，很難對具體的執(zhí)行細節(jié)進行監(jiān)控。
(2)存在信息孤島：目前現(xiàn)存的設計、分析包括實驗等等方面數(shù)據(jù)，由于系統(tǒng)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(fā)展。
(3)設計知識、經(jīng)驗分散：設計知識、經(jīng)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(jīng)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(yè)的創(chuàng)新和后續(xù)發(fā)展意義重大，但是目前并沒有一個很好的手段對這些經(jīng)驗知識進行固化和重用。
(4)缺少專業(yè)化的快速設計工具：缺少面向具體產品的專業(yè)化的設計環(huán)境來支撐工程師們進行快速的設計。實際上，這些掌握優(yōu)秀技能的工程師、行業(yè)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(huán)節(jié)。
(5)多專業(yè)協(xié)同困難：目前的設計已經(jīng)不是一個專業(yè)的問題，而是多專業(yè)，多學科共同協(xié)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(xié)同方面依然存在著很多困難，如果要進行一個有效的協(xié)同，也要有一個統(tǒng)一的平臺，使多學科的專業(yè)技術人才在上面進行充分的協(xié)作。
(6)中間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，一些很有價值的經(jīng)驗數(shù)據(jù)沒有得到傳承和共享。
3.計算機支持的協(xié)同技術
    協(xié)同設計的概念源于CSCW(Computer Supported Cooperation Work，即計算機支持的協(xié)同工作)，即，在計算機技術支持的環(huán)境下，一個群體協(xié)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(wǎng)絡通訊、并行和分布式處理、數(shù)據(jù)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(xié)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(xiàn)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(yè)已不能勝任，需要多個專家和企業(yè)組成多功能設計小組，以一種協(xié)同的方式來進行產品的設計。協(xié)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，**終得到符合要求的設計結果的設計方法。協(xié)同設計強調采用群體工作方式，從而不同程度地改善傳統(tǒng)設計中項目管理與設計之間、設計與生產之間的脫節(jié)，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(xié)同設計的過程具有以下特點
(1)分布性：參加協(xié)同設計的人員可能屬于同一個企業(yè)，也可能屬于不同的企業(yè)；同一企業(yè)內部不同的部門又在不同的地點，所以協(xié)同設計須在計算機網(wǎng)絡的支持下分布進行，這是協(xié)同設計的基本特點。
(2)交互性：在協(xié)同設計中人員之間經(jīng)常進行交互，交互方式可能是實時的，如協(xié)同造型、協(xié)同標注；也可能是異步的，如文檔的設計變更流程。開發(fā)人員須根據(jù)需要采用不同的交互方式。
(3)動態(tài)性：在整個協(xié)同設計過程中，產品開發(fā)的速度，工作人員的任務安排，設備狀況等都在發(fā)生變化。為了使協(xié)同設計能夠順利進行，產品開發(fā)人員需要方便地獲取各方面的動態(tài)信息。
(4)協(xié)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(xié)作。另外，由于協(xié)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(xié)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(shù)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(guī)劃、沖突消解等活動。協(xié)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(xié)同設計還有產品開發(fā)人員使用的計算機軟硬件的異構性、產品數(shù)據(jù)的復雜性等特點。對協(xié)同設計特點的分析有助于為建立合理的協(xié)同設計環(huán)境體系結構提供參考。
3.2 協(xié)同設計中的關鍵技術
協(xié)同設計是計算機支持的協(xié)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(jīng)驗，還要有綜合協(xié)調這些知識、經(jīng)驗的有效機制，來禍合不同的設計任務。一般認為，協(xié)同工作的基本要素為協(xié)作、信任、交流、折衷、一致、不斷提高、協(xié)調。為體現(xiàn)這七個基本要素，實現(xiàn)協(xié)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(shù)據(jù)結構，是協(xié)同設計的基礎和核心。在協(xié)同設計環(huán)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(guī)劃、調度和控制產品開發(fā)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(fā)過程收斂于顧客需求。
(3)約束管理：產品開發(fā)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(guī)范和設計對象的基本規(guī)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(fā)中的約束關系。產品開發(fā)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(xié)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(fā)的考慮角度、評價標準和領域知識不盡相同，必然導致協(xié)同設計過程中沖突的發(fā)生?？梢哉f，協(xié)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**大限度地滿足各領域專家的要求，使**終產品的綜合性能達到**佳。
(5)歷史管理：歷史管理的目的是記錄開發(fā)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(fā)過程。
目前，在實現(xiàn)這種基于CAD的協(xié)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(fā)者根據(jù)用戶需要開發(fā)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(xié)同設計管理軟件，配合單機設計軟件達到協(xié)同設計目的。再一種就是基于協(xié)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(fā)商提供開發(fā)項目管理、文檔管理、用戶管理、圖紙審核、網(wǎng)絡圖庫、協(xié)商交流工具等協(xié)同設計系統(tǒng)功能的底層函數(shù)支持。
4.協(xié)同設計平臺的應用
4.1 協(xié)同CAD系統(tǒng)
    協(xié)同設計系統(tǒng)的類型是多種多樣的，根據(jù)各個站點在協(xié)同中的地位和分布情況，協(xié)同設計系統(tǒng)可以分為集中式協(xié)同設計系統(tǒng)和復制式協(xié)同設計系統(tǒng)，以及混合式協(xié)同設計系統(tǒng)；根據(jù)各個站點中采用的CAD系統(tǒng)的相似與否，可以分為同構系統(tǒng)和異構系統(tǒng)。
    早期的協(xié)同CAD系統(tǒng)大部分都是異步協(xié)同設計系統(tǒng)。異步協(xié)同設計是一種松散耦合的協(xié)同工作。其特點是多個協(xié)作者在分布集成的平臺上圍繞共同的任務進行協(xié)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(xié)作者處得到反饋信息。而同步協(xié)同設計是一種緊密耦合的協(xié)同工作，多個協(xié)作者在相同的時間內，**共享工作空間進行設計活動，并且任何一個協(xié)作者都可以迅速地從其他協(xié)作者處得到反饋信息。因此近年來，其正在成為協(xié)同設計領域研究的熱點之一。
    集中式的同步CAD協(xié)同設計系統(tǒng)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(tǒng)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(xié)同設計系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)結構簡單、并發(fā)控制容易，但也存在網(wǎng)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(tǒng)采用在每個站點都放置建模系統(tǒng)和存儲共享模型的方法，**使所有站點同步執(zhí)行相同的建模操作，生成同樣的三維模型，進而實現(xiàn)同步協(xié)同建模。復制式同步協(xié)同建模的優(yōu)點是網(wǎng)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(tǒng)結構復雜、不同建模系統(tǒng)之間的語義通信和數(shù)據(jù)通信困難、并發(fā)控制困難等。
    這方面的代表性系統(tǒng)有BENTLEY公司推出的三維數(shù)字工廠設計（3D Plant Design）及工廠數(shù)據(jù)管理(Plant Data Management)，為工程項目內容的管理提供了一個集成的協(xié)同環(huán)境，可以精確有效地管理各A/E/C(Architecture/Engineer/Construction)文件內容，并**良好的安全訪問機制，使項目各個參與方在一個統(tǒng)一的平臺上協(xié)同工作。Intergraph公司推出的三維數(shù)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(tǒng)
    產品數(shù)據(jù)管理技術( PDM)是二十世紀八十年代初期才發(fā)展起來的一門新興數(shù)據(jù)管理技術，是一門管理與產品相關的所有數(shù)據(jù)以及這些數(shù)據(jù)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(guī)則地存取、集成、管理、控制產品數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)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(jù)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(zhí)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(tǒng)操作權限。
(5)集成工具：將外部應用系統(tǒng)封裝或集成到PDM系統(tǒng)中，提供應用系統(tǒng)與PDM之間的雙向數(shù)據(jù)交換。
    國內針對設計院的產品有金慧系列協(xié)同設計產品、緯衡協(xié)同設計平臺、理正協(xié)同設計平臺等，“金慧BuildingEasyTM工程設計綜合管理信息系統(tǒng)一協(xié)同設計版”系統(tǒng)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(xié)同設計的項目管理系統(tǒng)”，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(yè)搭建一個將“設計”與“管理”一體化集成的協(xié)同設計平臺。緯衡協(xié)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(huán)節(jié)融合形成一體化的系統(tǒng)。理正協(xié)同設計平臺著眼于實現(xiàn)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(yè)內部、不同專業(yè)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(yè)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(xù)投入的過程，在使用協(xié)同設計平臺的過程中，也要不斷地深化和加強協(xié)同設計平臺，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。協(xié)同設計，針對勘察設計行業(yè)，著眼于實現(xiàn)信息與資源的共享與整合，可以幫助設計企業(yè)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(xiàn)，也在國外的設計行業(yè)得到了實際的應用，必將有助于我國勘察設計行業(yè)的飛速發(fā)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(fā)展。