基于CAD的协同设计平台

产品的设计和开发工作正在由个体化、串行流程的产品研发模式,转向上下游多方协同的并行产品设计,而支持协同设计的CAD平台正是这种转型的基础.

协同设计是企业内不同设计部门、不同专业方向上或者同一项目的不同设计企业之间进行协调和配合,本质上是基于计算机支持的协同工作（Computer Supported Cooperative Work,CSCW).由于这种跨专业、跨地域的基于网络化协同设计可以极大地缩短产品设计和研发周期,快速地研发适应市场变化和需求的产品,提高企业的竞争能力.因此,国内外优秀企业产品开发工作正在从个体化、串行流程的产品研发模式,转向上下游多方协同的并行产品设计.“协同”已经成为当代产品研发策略的重点方向之一.

CAD协同设计的不同层次

对不同类型的企业而言,设计协同的程度和要求不同.在CAD设计领域,概括起来主要包括以下几种层次:

1. 数据共享协同,包含文件传输、图档存储、网络图库等.

数据从最初建立开始到整个工程周期结束都可以实现共享,能够与不同公司的文件格式（如AutoCAD 的 DWG格式）互相兼容,每个项目设计者都可以自由上传和下载图形、文本等资源,设计者之间可以相互参阅,以期达到实现数据投资回报的最大化.

相较而言,这一层次的协同设计是比较初级的.设计数据必须保存入库后重新打开才能实现更新,设计更改的滞后难以避免.而在这段时间内,设计内容的一些变更无法得到及时共享,会导致每个人看到的都不是惟一、准确的设计图纸.对于高度协同化的设计工作而言,这种错误的后果不堪设想.

2. 信息交流协同,包含消息互发、可视化等.

设计者之间的沟通无时不在,随时的消息互发可以进行快速沟通和反馈,可以在Inter环境下召开网络视频会议、评审设计方案、流转校审圈阅,使每个人都可以发表对设计的看法和意见.

这一层次的协同是目前解决协同设计问题的主流思路.但是,它同样存在一些缺陷,主要表现在设计平台和协同平台的分离.在多数情况下,设计者不得不在设计环境下设计产品,然后在协同环境下与协作者进行交流,然后再回到设计环境下对设计进行修改,如此往复.尽管其协同效率比第一层次已经有较大提高,但是仍然难以达到实时的协同设计.

3. CAD平台的协同,这是一种基础协同设计平台.

基于CAD平台的协同设计并不是一种通用的协同设计软件,而是一种标准、开放的平台,供其他软件开发商根据行业部门需要开发相应的应用协同设计软件.CAD基础协同设计平台目的是提供一些底层技术支持,提供丰富协同设计的开发接口.二次开发者可以使用不同编程语言,根据用户需要开发出自己的软件应用产品.通过CAD基础协同设计平台,它们可以深入图档内部,很便捷地提取相关信息,能迅速准确地进行查询、检索、统计、归档等,即可以无缝连接到CAD平台,无需在系统和CAD平台间进行切换.

这种基于CAD平台的协同设计思路是将实现协同设计的众多基本要素以一种工具库或者构件库的形式集成到CAD平台当中,为二次开发者实现针对不同行业的个性化协同应用提供平台支持.它一方面避免了第二层次的协同中面向不同的客户需求开发不同的协同系统的弊端,同时也使得CAD平台和协同平台能够合二为一,实现真正的实时协同设计.

基础的协同设计CAD平台

目前国内外的主流CAD平台都不具备协同设计功能.因为“协同设计”是一个系统工程,除了单独的设计功能外,还有相应管理功能,这靠单独一个软件基本不大可能实现.而且,各种设计单位的需求千差万别,很难有一种CAD产品能给用户提供完备的协同设计怎么写作.所以,致力于研发基于CAD的协同设计平台,将是改变国内CAD厂商一直以来靠模仿国外同类产品而生存的这一现状的一个突破点.

基于CAD的协同设计的目的不仅是注重数据的创造,更为重要的是注重对信息的交流与管理,从而将信息转化为知识,将信息管理上升到对知识管理.笔者认为,要在现有情况下实现设计企业的协同设计,需要实现如下两方面功能:

1. 图纸设计管理.主要包括:

● 制定消息和文件传输标准,数据传输与交互界面可以跨平台、跨系统、甚至跨领域,

● 图纸实时编辑,不同的设计者可以实时在线共同编辑或参阅同一份图纸,避免设计更改的滞后引起的问题,同时在设计人和校审人之间可以实时流转校审,

● 图纸权限管理,解决图纸的安全性保密性以及图纸的不同控制权限问题,

● 图档存储管理,实现图纸存储、版本管理的自动化、智能化,网络图库可以实现高效的资料共享和再利用.

2. 项目流程管理.主要由流程协作、项目管理两部分,设计、校审和管理等不同角色人员利用该平台中的相关功能实现各自工作.

图纸设计管理的要求是快速、方便、安全,功能主要由CAD基础协同设计平台实现并提供接口,这些功能是在经过大量用户实践,抽象出标准,并以API形式开放出来.而项目流程管理则要做到高效、精确、便捷,功能主要由二次开发商基于上述API依据各种需求开发实现,部分基本功能可由CAD基础协同设计平台实现.只有实现了这两方面功能,才可能实现真正的协同设计.

当然,还可以进一步设计有实际应用的特殊功能,如实现CAD网络分布计算等,可以利用分布计算进行CAD设计领域内大量存在的优化设计计算.以优化计算的遗传算法（GA）为例,如果某一台计算机需要启动遗传优化计算,它就先构造若干个“村落”,将这些村落发送到网络间其他节点, 接受到计算请求的节点立即对这个村落进行遗传,并在一定时间内将本村落进化出来的若干“最杰出人才”回送给计算请求者,计算请求者立即“引进”这样的人才,改善本地村落基因.这样可以大大加快遗传算法的收敛速度.

平台设计存在的难点

目前,在实现这种基于CAD的协同设计方面,存在三种主流的技术思路.一种是在CAD平台提供一些底层技术支持,供二次开发者根据用户需要开发出各种应用.比如AutoCAD,提供XREF即外部参照,做到可视化协同,平台提供丰富的开发接口,可以用各种编程语言访问图形数据,但平台并没有在协同设计上特意做太多的功能.

另外一种就是提供可写作化的基于项目管理、文档管理的协同设计管理软件,配合单机设计软件达到协同设计目的.

而笔者认为,业界应该致力于提供一种用于开发协同设计软件的基础平台,它是标准的、开放的、可扩展的,能够为二次开发商提供开发项目管理、文档管理、用户管理、图纸审核、网络图库、协商交流工具等协同设计系统功能的底层函数支持.

例如,浩辰软件公司针对CAD系统的特征,定义出“网络化实时协同设计协议”（Realtime Cooperating Aided Design,简称RCAD协议）,这是一个完全实时的网络化的协同设计方案.内容包括数据类型和结构、数据对象模型、事件对象模型、网络通信和信息交换、安全和验证等等.所有网络上能通过TCP/IP协议相互访问的计算机,其中一方发生数据更改时,都将更改转换为一条或者多条协同指令,标识数据发生的变化,并向协同对方发送该指令,接受到指令的一方立即依据指令附带的参数,更新本地数据,达到数据的实时同步.

但是,在实现协同设计的过程中,还存在一些难点.这其中除了技术难点以外,还有一些关于标准方面的障碍.很多公司在解决这些问题方面也做了大量工作,但效果都不明显,没有哪个公司的方案被广泛接受.本来AutoCAD可以有很大优势,它的市场占有率很高,DWG格式已经成为市场标准,甚至可以说是行业标准,但它在这方面没有太多的投入.其他公司的协同设计,大多立足于协同设计管理方向,最重要的,几乎都是独立于CAD平台,没有提供平台方案,更没有开放给其他软件厂商作后续开发.

总体而言,最主要的难点还是标准化、开放化.协同设计是一个系统工程,不仅仅是一个软件.每个设计单位可能对协同的需求都有不同.不大可能也没有必要出现一种万能普适的协同设计软件.标准的制定和推广都有一定的难度.所以,目前可行的办法是,在基于CAD平台的协同设计上,不是设法设计出一种通用的协同设计软件,而是提供一种标准、开放的平台,供其他软件开发商根据行业部门需要开发出各种应用协同设计软件.（作者单位: 浩辰软件公司研发部）