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1、网络环境下数字化设计与制造技术,何发智 http:/ 浙江大学CAD&CG国家重点实验室,报告内容,1 网络环境下数字化设计与制造技术综述 1.1 分布集成技术 1.2 协同设计与制造 2 协同集成设计环境的协同用户界面和协同感知 2.1 协同用户界面模型与结构 2.2 协同感知方法 3 因特网上Web使能的同步协同实体建模系统 3.1 增量传输方法 3.2 Web界面下的图形交互 3.3 一致性维护与并发控制,分布集成技术,实体模型或者设计特征模型,加工特征模型,转换,人工或者自动,自动特征识别,CAD/CAM集成技术概述,（1）信息集成 信息集成的目标是实现CAD/CAM之间的信息流通、交
2、换、传递，连结散布于产品设计到制造各个领域的自动化孤岛，使其成为一个有机的整体。,CAD/CAM集成技术概述 (2),（2）过程集成 为了支持并行工程，需要利用面向某一领域的DFX工具，在计算机和网络通讯环境的支持下，在产品开发的早期阶段，就能充分考虑整个产品生命周期中的各种因素，以缩短产品开发时间、提高产品质量、降低产品成本。因此，过程集成是一种动态、在线集成模式。,要求采用,面向产品生命周期的多视图模型,技术支持,是一种动态、在线集成模式,面向产品生命周期的产品建模技术,CAX/DFX软件工具的封装（1）,（1）基于分布式对象的封装,单机单用户的CAD/DFX工具,封装,网络环境下的CAD
3、/DFX工具,传统CAD/DFX工具,封装,分布式对象,CORBA Java DCOM,分布式对象标准,I-DEAS,典型应用SDRC公司,CORBA封装,Open I-DEAS,封装层次,软件实现层次封装,（2）基于Agent的封装,CAX/DFX软件工具的封装（2）,传统CAD/DFX工具,封装,Agent,代表性工作Cutkosky,90年代初的PACT系统 90年代中期Agent模板,应用方法层次封装,封装层次,最新研究动向,Agent模板技术 提高Agent的自治能力和智能性 Web上的Agent技术,CAX/DFX工具之间的互用性（互操作）（1）,（1）产生问题的原因 不同的术语表
4、达方式和表达习惯 相同术语所表达的概念可能完全不同 同一概念在内涵和外延等语义上存在差异 存在概念上的差异,（2）基于本体论的工程信息共享,公共本体论，例如TOVE、Enterprise,中介本体论，例如PIF、PSL,两类本体论,马里兰大学的Ciocoiu等人以PSL为中介成功地实现了过程建模工具ProCAP和进度求解器ILOG的集成。,CAX/DFX工具之间的互用性（互操作）（2）,（3）CAD服务标准 CAD系统的API进行标准化。 最早工作可以追溯到美国CAM-I公司的AIS规范。 OMG于2000开始征求意见，2001公布了由达索/IBM、SDRC、UG、福特、NASA的Glenn研
5、究中心等联合提交初步建议，建议得到波音公司、通用电器公司、国家标准技术局NIST等的支持。 最终目的是成为CORBA标准之一。,总模型,接口模型,定位与连接,几何与拓扑,产品结构,用户接口,主体,几何,边界,公共服务,特征,协同设计与制造,单机单用户,分布式设计与制造,协同设计与制造,网络化,协同化,分布式设计与制造在狭义上是指单个Agent（人、计算机或者人机混合技术系统）调用物理上分布的各种工具和资源进行产品设计活动，所强调的是分布在各地的工具与资源的共享。,协同设计与制造则是在此基础上的更进一步，是指多个Agent在分布集成的环境中协同地进行产品设计活动，活动中的每一个Agent都会明确
6、感觉到其他Agent的存在，并且Agent之间会进行不同程度的交互。,群体性,交互性,感知性,异步协同设计与制造,松散耦合的协同工作方式,特点,代表性工作,Cutkosky 领导的小组,SHARE项目 Madefast项目,Wright等人,基于因特网的CAD/CAM系统CyberCut,Kim等人,基于Web的三维交互标注系统CyberView,Shi等人,支持分布式应用在因特网协同的Agent方法,同步协同设计与制造（1）,特点,紧密耦合的协同工作方式,（1）同步协同建模系统,同步协同设计与制造（2）,代表性工作,（2）三维CAD模型的网上快速传输,三维面片模型,三维精确模型,Sarma等
7、人,边界表示的流式传输,单元体模型的增量传输,Gadh等人,分层抽象的几何表示,（3）协同装配设计,同步协同设计（3）,零件,装配件,产品,代表性工作,Gadh等人,面向协同装配设计的产品表示AREP,基于因特网的协同装配设计原型系统cPAD,装配单元,接口装配特征,客户端,智能路由服务器,多个应用服务器（Web、实体建模、可视化、数据库、产品目录）,三层结构,协同用户界面和协同感知,缺乏有效支持群体协同工作的用户界面是制约协同CAD技术发展与应用的重要原因之一。国内外相关研究主要是针对协同编著系统的。 协同集成设计环境的计算机辅助工具(Computer-Aided Tools for Col
8、laborative Integrated Design Environments，CATCIDE)是一种典型的分布式、多用户协同工作系统，用于支持密切、并行的设计工作。 ASME 2001大会上首次开辟了协同集成设计环境的计算机辅助工具(ASME CATCIDE01)研讨会，协同用户界面(Collaborative user interfaces)是其4大议题之一。 以一个协同集成设计环境的计算机辅助工具为背景，对协同用户界面以及协同感知问题进行探讨。,协同用户界面设计思想与模型,（1）以群体为中心的界面 以群体为中心 以人为线索的查询统计 任务向导 协同感知 灵活松散的WYSIWIS （2
9、）基于Agent协同用户界面模型 面向对象模型强调信息抽象的方法和概念，如MVC模型。 结构化模型将用户界面建模为一些可控制的部件和单元，注重软件的重用性、可维护性和性能，如Seeheim模型、ARCH模型,在现有CAD系统中应用较为广泛。 这里提出一种基于Agent的协同用户界面模型，具体方法是通过Agent把通讯和协作支持等并行处理的概念和方法引入到现有结构化模型之中。,基于Agent的协同用户界面模型（1）,基于Agent的协同用户界面模型（2）,（1）交互工具部件 （2）表示部件 （3）对话部件 （4）域适配器部件 （5）提问单 （6）CAD应用域部件 （7）Agent,协同用户界面的
10、软件Agent结构（1）,协同用户界面的软件Agent结构（2）,半透明半明确协作框架 （1）透明协作框架 （2）明确协作框架 （3）CoCADToolAgent半透明半明确协作框架 用户管理编辑器监视器 选择集监视器 实体对象监视器 数据库监视器 通讯状态监视 接受器 发送器,协同感知与远程指针相关研究,（1）感知（awareness） （2）形势感知（situation awareness） （3）协同感知（cooperative awareness） 群体感知（group awareness） （4）协同感知的分类 （5）远程指针感知（telepointers ） 初期的远程指针、灵巧指
11、针(smart pointer)、姿态指针(gesturing pointer)、语义指针(semantic pointer)。,COCADToolAgent中远程指针的共享方法,鼠标移动消息事件的截取,鼠标消息事件的执行模式,简单执行,语义重载,指针一致性维护与指针映射,动态指针模拟资源,（1）动态指针的第一类模拟资源 直接利用CAD系统的各种丰富的图形、字符来模拟动态指针，从而满足指针动态性需求。 为了避免与图形数据库的其他操作产生并发冲突，在CAD图形数据库中预先设置一个指针池。 优点是可以由CAD系统内部数据库来管理模拟指针的刷新。缺点必须进行模拟指针的自适应大小调整。 （2）动态指针
12、的第二类模拟资源 采用界面耦合方法，在系统运行过程中动态生成任意Windows系统的图形、字符对象，从而满足指针动态性需求。 缺点会造成严重的重影问题，必须对上次指针位置进行主动刷新。,动态指针的语义重载,除了定位和系统状态信息之外，远程指针还要重载一些协作语义。上述重载语义的动态组合基本覆盖了基本“who、where、what、how”的协作语义 。,协同用户界面的实现与运行实例,(a) 用户李洁 (b)用户周勋,因特网上Web使能的同步协同实体建模系统,总体框架,系统设计,服务器设计 （1）造型服务 把几何引擎封装成的CORBA对象。 把复杂的几何模型离散为面和线。 （2）协作管理 用户管
13、理。 任务管理。 会话管理。 客户端端设计 （1） 实体模型显示 采用Java 3D为基本显示框架，并进行拓展和改进。 模型显示并列采用线框模型与着色模型。 （2）用户交互 用户输入造型命令与参数 交互选取几何元素 对几何元素进行加锁/解锁处理,增量传输技术,协同建模与拓扑元素命名 （1）客户端通过选择具体的面、边、点等拓扑元素来以确定目标对象。而服务器端则要根据所选取的目标对象进行几何运算，通过命名机制来保证客户端选取的对象和服务器端执行运算的对象的统一。 （2）通过命名机制使每个拓扑元素都有自己的名字，因此，在会话过程中，可以通过传输拓扑元素的名字参数来实现该拓扑元素的网上传输。 （3）支
14、持增量传输。在拓扑元素命名的基础上，可以通过比较运算前后拓扑元素集合来找到增量传输的对象。 通过命名机制，实体的每一个拓扑元素都被系统给予唯一的名字。,拓扑元素分类,（1）增加的元素 包括增加的点 、增加的边 和增加的面。 （2）删除的元素 包括删除的点 、删除的边 和删除的面。 （3）部分变动的元素 对于一拓扑元素，如果在操作 执行前后，虽然其拓扑信息发生了改变但其几何信息未变，称之为被该操作部分变动的元素。 包括部分变动的边和部分变动的面。 部分变动的边就是指该边的端点发生了变化，但是边本身包括边的方程和边名字均没有改变。 部分变动的面是指面的边界边发生了变化，但是面本身包括面的方程和面名
15、字均没有改变。,增量传输的实施算法,Web界面下的几何图形交互（1）,增加了面模型子树和边模型子树的Java3D场景模型,Web界面下的几何图形交互（2）,选取一个离散面片或边,找到对应的面节点或边节点,获取该节点的面号或边号，与精确模型对应,选中该节点所有离散面片或边，并加亮显示,保证客户端足够瘦的同时，又能 支持线框和着色的混合显示 支持面、边选取 并且与服务器上的精确模型对应起来,一致性维护与并发控制,1 协同建模系统关于一致性维护与并发控制的研究现状 TOBACO系统 Cooperative ARCADE系统 WebSPIEF系统 CSCW-FeatureM系统 NetFeature系
16、统 2 若干考虑和出发点 简单序列化方法的不足 并行与同步方面的要求 冲突解析和加锁的对象粒度 在目前版本协同实体造型系统中,以面作为冲突解析和加锁的基本粒度具有现实意义。,基本操作的冲突解析,面的基本操作有五种：添加、删除、修改、加锁和解锁 （1）各个站点同时发出添加操作 顺序执行。 （2）添加操作与其他操作之间 添加 + 删除 = 顺序执行，该面被删除 添加 + 修改 = 顺序执行，该面被修改 添加 + 加锁 = 顺序执行，该面被锁定 （3）处于锁定状态的面 只能被来在同一站点的操作修改、解锁和删除。 （4）处于未锁定状态的面 修改 + 加锁 = 顺序执行 修改 + 修改 = 顺序执行 删除 + 修改 = 执行删除操作 删除 + 删除 = 执行第一个删除操作,用户操作的冲突解析,用户操作的影响面,用户操作的冲突类型,对明显冲突的检测和处理,对隐含冲突的检测和处理,隐含冲突的一个快照,隐含冲突的检测基本步
