ASP模式的機械產品分散式協同設計的研究

摘要以鈑金展開設計系統為研究物件，研究了ASP的執行模式和分散式協同設計的相關理論 。 以 . NET平臺為開發環境，從系統基礎結構、相關使能技術等方面闡述了對鈑金展開設計系統的開發方法 。 該專案的研究將對CAD系統結構的進化起推進作用 。

 

1 概述

ASP(Application Service Provider) 是指在 Internet 上配置、租賃和管理商業應用軟體，為商業企業或單個顧客提供應用軟體服務的公司。使用者將與業務相關的應用委託給服務商，由它來保證這些業務的平滑運作，負責應用程式的建立、維護與升級，對應用系統進行管理等。目前，中國的 ASP 企業還處在初始階段，客戶型別和規模暫時以大客戶為主，主要提供域名註冊、主機託管、辦公自動化、客戶關係管理等服務，其中能夠提供 CAD ， PDM 等服務的大約僅佔 5.88 ％，能針對企業所需提供技術服務的更少心。

 

分散式協同設計是指在不同地點的設計小組之間的協作，它涉及到協同工作環境、分散式資料庫管理和資料傳輸等一系列問題。分散式協同設計系統的主要任務是在網路環境下將自己的設計過程展現給其他設計成員，各設計者可以針對該設計不時發表自己的意見和進行討論。

 

中小型企業在設計能力、軟體開發和 IT 技術人員等方面的資源都非常有限， ASP 模式的機械產品分散式協同設計的 CAD 對它們來說非常適用。企業或單個客戶以一種更簡單、更安全的方式展開業務，對 ASP 和 CAD 軟體應用開發來說無疑是一種更靈活、更進步的新模式。

 

2ASP 模式的分散式協同設計

2.1ASP 模式的特點

在 ASP 模式下，使用者只要以一定的網路頻寬保證資料傳輸速度，支付相應的費用就可以開展各種業務。 ASP 模式的主要特點是：

 

(1) 所有服務都是透過網路來執行。 ASP 模式的各種應用軟體都是基於 Web 的分散式應用。

 

(2)ASP 應用服務平臺具有針對性。它一般是根據企業客戶的需求，為完成某種特定的業務而設計的，並提供完成和設定這種業務的有利環境。

 

(3)ASP 模式的分散式協同設計平臺具有資源整合性。在該應用服務平臺上，使用者除了可以處理正常的業務需求外，還可以在使用者許可權許可的範圍內，查詢和利用與設計有關的資訊資源，如行業產品資訊、各種標準等。

 

(4)ASP 應根據客戶的需求對應用進行更新升級和維護，配置和擴充套件應用軟體，提供解決方案和培訓等。

 

2 ． 2 分散式協同設計的關鍵技術

分散式協同產品設計涉及到客戶、設計者、製造商和供應商等，從設計者和設計環境之間的互動中體現出來．設計可看作是一種活動，這種透過設計者和共享環境之間互動的活動就是協同設計過程。在分散式協同設計系統中，應恰當考慮和處理以下基本問題。

 

2 ． 2 ． 1 網路工程資料庫

網路資料庫是產品協同設計過程中資訊儲存和交換的關鍵。實現 Web 伺服器和資料庫伺服器之間的連線以及網路資料庫訪問通常有以下幾種方案： CGI ， ISAPI ， NSAPI ， ADO 及 Java 等。目前，應用 .NET 平臺開發的 Web 應用程式，訪問資料庫通常採用 ADO.NET 的方法，該方法簡化了資料庫操作，程式設計師可以透過程式進行資料的存取，減少了一些煩瑣的配置過程，同時提高了程式的執行效率。

 

2 ． 2 ． 2 衝突檢測及解決

在機械設計過程中，約束是需要處理的大量相互依賴和相互制約的關係。衝突是不同設計人員對同一物件的不同設計需求。協同設計就是協調約束、解決衝突的過程。圖 1 所示為機械產品協同設計的衝突解決流程。

 

圖 1  機械產品協同設計的衝突解決流程

 

衝突協調策略分為靜態協調和動態協調兩種。靜態協調是在衝突尚未發生之前，透過合理協調設計任務和共享資訊，以減少或避免衝突發生。動態協調是當衝突產生之後，透過沖突檢測發現衝突，並由衝突協調工具解決衝突．若衝突仍不能得到有效調節時，則需要人工協調的方法解決衝突。另外，在 .NET 平臺中有安全與校驗控制元件和相關機制，可以將衝突控制在發生之前。

 

2 ． 2 ． 3 遠端操作技術

分散式協同設計中的遠端操作可採用下面的方式來實現： COM ／ DCOM ， CORBA ／ Java ／ JavaScript ， ASP ／ Script ， ASP.NET ／高階程式語言 (VB.NET ， VC++.NET 和 C# 等 ) 。其中，第 4 種方法是開發 Web 應用程式和 Web 服務的新方法和手段。對於 CAD ， CAM 等伺服器應用軟體，可在程式中引用其封裝類庫，直接呼叫其類庫和介面函式，透過 ASP.NET 與 VB.NET 程式設計對伺服器應用軟體遠端呼叫，達到應用程式共享的目的。

 

2 ． 2 ． 4 分散式協同方式和工具

分散式協同方式主要有 Email 、文字交談、語音交談、影像交流、共享白板和應用程式等。常用的協同工具軟體比較多，主要有 Microsoft Net Meeting ， Netscape Cool Talk 和 Web Phone 等。這些軟體都可以在 Internet 上進行遠端呼叫、語音交流和影片功能。本文主要利用 Net Meeting 及其開發工具 RtcApiSdk ，使用者可在 Microsoft 網站上下載 API 函式和介面。

 

3 ASP 模式的應用實現

3 ． 1 系統功能

下面以基於 Web 的鈑金展開協同設計系統為物件來討論 ASP 模式的應用。鈑金展開協同設計是基於鈑金件特徵展開的，即根據鈑金加工中常用的鈑金件特徵，如三通管、彎頭和封頭等，利用引數進行展開設計，為鈑金工排樣、下料和加工提供技術依據。

 

ASP 服務過程實質上是資訊的傳遞與處理過程。客戶首先向 ASP 服務中心提出需求，該需求可以是鈑金件訂貨或生產資訊，也可以是產品開發或其他服務。需求經過登入、轉換後形成專案，進入專案管理。根據專案要求，服務中心檢索和呼叫相應資源，經過 ASP 服務中心完成相關需求處理。 ASP 模式的鈑金展開設計服務流程如圖 2 所示。

 

圖 2 ASP 模式鈑金展開設計服務流程

 

ASP 模式的鈑金展開協同設計系統的基本功能主要體現在鈑金展開設計、資料管理、衝突處理機制和協同方式 4 個方面 。

 

鈑金展開設計是系統最主要的服務 。 使用者提出需求， ASP 服務中心根據使用者請求返回相應的展開設計表單 (Web 頁面 ) ，使用者選擇設計物件，輸入相應引數並執行展開計算，最後系統利用計算結果繪圖，使用者可以下載展開資料和圖形檔案 。

 

資料管理主要管理鈑金展開計算結果、圖形、客戶資訊和其他資源等 。 使用者在請求鈑金展開設計服務時，系統要求使用者輸入其客戶資訊以確定其使用和管理該系統的許可權；同時要求使用者輸入展開計算的引數，展開計算後要產生大量的結果資料 。 所有這些資料資訊都需要利用資料庫儲存和管理 。 如何有效地管理和利用這些資料資訊是本系統是否可執 行的關鍵。

 

衝突處理主要是指在多使用者的情況下，如何有效地處理和協調各使用者使用該系統服務的問題 。 如在不同設計者對同一鈑金物件進行展開設計時，系統應該能很好地處理進行操作的過程中出現的衝突 問題。

 

協同方式是指在設計交流時為使用者之間交換資訊提供同步和非同步協同的各種工具，如 FTP ， Email 、電子 ( 音訊和影片 ) 會議等，並記錄設計和交流過程中產生的資料，以達到專案文件共享、網路資源共享和協同設計的目的 。

 

此外， ASP 模式的鈑金遠端設計系統可考慮透過 Internet 和區域網實現異地協同製造和監控 。 因此，可以把設計結果轉換成數控程式碼，傳送給異地的 NC 機床，實現異地加工 。 同樣地，也可以接受生產現場送來的加工資訊，遠端監控加工過程，及時解決加工中出現的問題 。

 

3 ． 2   系統結構

根據 ASP 模式的鈑金展開協同設計系統的服務過程和功能分析，本文提出如圖 3 所示的體系結構 。

 

圖 3 ASP 模式鈑金展開設計系統結構

 

ASP 模式的鈑金展開設計系統採用三層 B ／ S 結構，即客戶層／應用層／資料層 。 使用者在客戶端透過瀏覽器開展各種業務，在客戶端除安裝瀏覽器 (Internet   Explorer 或 Netscape) 軟體外，一般還要安裝相應的控制元件、外掛、多媒體、檔案傳輸和 Email 等軟體 。 大部分應用軟體和服務管理軟體安裝在 ASP 的 W eb 伺服器上 。 資料層在 ASP 服務過程中存取和管理使用者操作的結果，包括計算資料和圖形資料等 。 同時，資料層也是 ASP 資料中心中各種資源和資訊的集散地，以保證各種 ASP 服務順利、正確和暢通地執行 。 因此， ASP 應用層的 Web 伺服器和資料層的資料庫伺服器通常採用多臺伺服器並行執行的方式 。

 

ASP 模式的鈑金展開系統採用基於 Internet ／ Intranet 的 HTTP 和 SOAP(Simple   Object   Access   Protoc01) 協議通訊 。 SOAP 屬於服務呼叫協議，是 Web 服務體系中服務互動的基礎架構 。 SOAP 資訊中的資料完全採用 XML 格式，各個處理結點都能容易地理解由 SOAP 訊息傳達的語義資訊，而且它能順利地解決防火牆問題 。

 

在產品協同設計過程中，必須進行資料的交換，因此在鈑金展開設計系統中採用資料匯流排方式通訊 。 系統透過資料匯流排與外部進行通訊，並透過它與其他應用系統連線，以實現更廣泛的系統應用 。

 

3 ． 3   系統設計實現

3 ． 3 ． 1   遠端鈑金展開設計系統

ASP 模式的鈑金展開應用系統架構於 .NET 平臺，是採用 VB .NET ， ASP .NET ， SQLServer2000 資料庫、 MDT6 的 ActiveX   Automation 、相關的外掛、控制元件和影片工具軟體等實現的 。 ASP 模式的鈑金展開設計系統執行介面如圖 4 所示 。

 

圖 4 ASP 模式鈑金展開協同設計

 

設計者首先要在系統的引導下注冊和登入系統，然後向 ASP 服務中心提出鈑金件展開設計請求， ASP 服務中心返回圖 4 所示的鈑金設計主介面 。 設計者在選擇某一種鈑金設計物件後，系統提示輸入相應的展開設計引數，設計者就可以在系統的引導下完成鈑金件的展開計算、繪製展開圖和生成實體模型等操作 。 此外，設計者還可以儲存和處理鈑金件設計輸入／輸出引數和 CAD 圖形檔案等 。

 

當設計者協同設計時，他們有共享、協同、註釋各種設計媒介的需求，設計者可用圖片、語音、文字、 CAD 實體模型和影片來記錄和相互通訊 。 在利用 Net   Meeting 組織協同設計時，設計人員透過遠端呼叫組織實時協同，當遠端應答及安全認證後，設計人員之間就可以進行協同設計 。

 

設計任務可以在系統工作流中劃分，並利用檔案傳輸功能傳輸到各個被呼叫的設計者，各個設計者在自己的子任務中利用 ASP 提供的各種應用開始鈑金件的設計 。 透過影片和音訊裝置，可將多媒體資訊實時傳遞給參與協同工作的各個設計者，如果沒有影片和音訊裝置，則只能接收其他設計者的多媒體資訊，或者透過文字資訊參與協同設計 。

 

此外，設計者透過共享自己的計算機螢幕或應用程式 ( 如 IE 等 ) ，使其他的設計者可以實時地看到自己的操作，也可以使用共享白板來同步表達設計者的各種設計意圖，還可以透過電子郵件子系統或設計留言等方式傳遞和表達設計意圖和經驗，這樣可大大提高線上設計效率 。

 

3 ． 3 ． 2   系統應用邏輯和資料訪問

系統表示層是基於 ASP .NET 和 .NET 框架設計和執行的，開發人員只需進行簡單的業務邏輯程式設計，而由 ASP .NET 基本結構負責透過 SOAP 傳遞服務 。 Web 表單是基於伺服器端的動態頁面技術，伺服器端根據客戶端請求和提交的資訊，動態地生成與客戶端瀏覽器型別無關的通用 HTML 頁面 。

 

同時， Web 表單提供了一種將應用程式程式碼和使用者介面內容分離的更加結構化的方法，使 ASP .NET 網頁能動態地編譯到受控類中以提高應用服務的效能 。 在資料層中，利用 ADO .NET 完成對資料庫的訪問 。 ADO .NET 包含了眾多的類，程式設計師透過使用這些類來獲得資料訪問服務 。 為了將資料庫連線和訪問分離， ADO .NET 使用 D ataSet 和 D ataProvider 物件對資料庫操作提供強有力的支援 。

 

ASP 模式的鈑金展開設計中，利用 SQL   Server 作為資料庫伺服器，主要管理和儲存系統中的各種資料資訊，包括使用者資訊、鈑金設計輸入引數、輸出結果、展開工程圖檔、實體模型、常用標準資訊、手冊資料、行業資訊、客戶留言等 。 當使用者請求繪圖時，應用 ADO .NET 技術，使系統從資料庫中讀取鈑金展開計算引數和結果，透過 V B .NET 程式設計呼叫 MDT 的 ActiveX   Automation 庫函式和介面啟用 ASP 服務中心伺服器上的 MD T 軟體，分別繪製鈑金件的展開圖和三維實體模型 。 鈑金展開圖和三維實體模型以不同的檔案格式儲存在資料庫伺服器中，透過系統資料匯流排與其他應用共享資料 。 使用者可以透過瀏覽器瀏覽鈑金展開圖和三維實體模型，同時也可以下載計算資料和圖形檔案 。

 

3 ． 3 ． 3   衝突協調

ASP 模式的鈑金展開設計是基於 Web 的分散式設計系統，它不僅要保證單使用者的設計正確和流暢，同時也要保證多使用者使用的需要 。 一般單使用者的情況下，系統是穩定的，但是當多個設計者對同一物件提出不同需求時，就可能產生設計衝突 。

 

. NET 框架提供了安全與校驗控制元件和相關機制，資料庫定義中各個欄位對應的記錄值也有相應的資料型別、範圍等限制，當使用者的輸入或操作不符合系統要求時，系統會自動捕捉到錯誤，並將正確的操作提示給使用者 。 同時，在系統資料管理方面也進行了全面的考慮，根據使用者登入註冊使用系統的許可權和型別，為使用者建立單獨的例項，因此係統提供相應的知識規則管理，約束每位使用者例項，使其操作的資料單獨儲存，相互之間互不影響 。 由於 .NET 框架支援高階語言的編譯和除錯功能，因此對於系統可能沒有考慮到的動態衝突，可以利用 .NET 框架的 Exception 類提供的支援找到協調與解決方案 。

 

3 ． 3 ． 4   各種使能工具的應用

CAD 圖形檔案一般不能被 Web 瀏覽器直接顯示和控制，但是可以利用相應的外掛或將 CAD 檔案轉換為瀏覽器可以識別的中性檔案格式 。 使用外掛主要是使瀏覽器能夠直接訪問 CAD 檔案 。 Volo   View   Express 外掛可使使用者利用瀏覽器觀察、縮放、旋轉、下載和列印 DWG ， DWF ， DXF 等圖形檔案 。 此外，因為本系統呼叫 M D T6 自動化伺服器實現實體造型，所以在瀏覽器中利用 Volo   View   Express 顯示 MDT 實體模型還必須在客戶端安裝 M DT 6 的物件使能器 。

 

Volo   View   Express 和 MDT6 物件使能器軟體都是免費軟體，在 Autodesk 公司的網站上提供下載 。

 

在不同 CAD 系統之間的資料交換是將 MDT 格式檔案轉換為資料交換標準檔案格式 。 在微機和工作站上用於資料交換的圖形檔案標準主要有 DXF ， IGES 及 STEP 等 。 Autodesk 公司近來強呼叫二進位制的 DWG 和網路上的 DWF 格式作為它的資料傳輸標準，但二者的格式都不公開，因此很難為其他 CAD 系統所利用 。御雲網站：

 

線上協同工具是利用 Microsoft 的 Net   Meeting 工具 。 在 Microsoft 網站上使用者可以免費下載該軟體及其相應的開發包檔案 (API 和幫助檔案 ) 。 應用該軟體在區域網內進行遠端呼叫和語音互動，並與相應的 Web 控制元件一起在系統內最終實現共享白扳和應用程式、語音影片交流、文字交談、檔案傳輸和電子郵件等功能 。 圖 4 所示為利用該軟體的協同設計過程 。

 

4   總結

ASP 模式的機械產品分散式協同設計是一種新型的 CAD 模式，它為使用者和 CAD 開發商都找到了一種有效的需求和服務的方式 。 本文以鈑金展開設計為物件，運用 ASP 和分散式協同設計的相關理論，較詳細地敘述了該系統的設計過程和相關的使能技術．該系統的設計對於 CAD 技術的發展方向和建立區域性的分散式協同設計平臺都有一定的理論和實踐的參考價值 。