特征造型协同设计中冲突消解的研究

齐新军

QI Xin-jun

（哈尔滨学院 数学与计算机学院，哈尔滨 150086）

特征造型协同设计中冲突消解的研究

The study of conflict resolution in feature modeling collaborative design

齐新军

QI Xin-jun

（哈尔滨学院 数学与计算机学院，哈尔滨 150086）

协同设计是一种高效的设计方法，但是设计者之间不可避免的会产生冲突。本文提出一种冲突消解的原型系统，在操作过程中采取银行家算法解决死锁机制来预防冲突，并且根据冲突的特征将他们进行分类从而找出相匹配的消解策略。对那些无法解决的冲突问题，可以采用视频会议协商进行有效解决。

协同设计；冲突阻止；冲突消解；死锁；银行家算法

0 引言

网络环境下的特征造型主要分为分布式特征造型和协同特征造型两大类。前者侧重于挖掘网络的计算潜力和集成异构多平台造型系统,而后者主要处理多客户间的协同设计问题。

当前，有许多支持协同设计的产品和实验系统。WebSPIFF是一个采用瘦客户端模式的、基于Web的协同特征造型系统[1]。采用“交通灯”的方法来保证某一时段只有惟一客户可以修改模型。CADDAC系统中针对多客户协同问题使用了Model-Controllers-Viewers设计模式[2]。然而在某一时刻，只有一个主客户可以调用服务器的造型功能，其他的客户只能观察3D模型或进行模型变换。在CSM系统中[3]，每个客户端都保留了产品模型的一个拷贝。当一个客户端修改了模型，其结果被传送回服务器，然后再发送到其他客户端。以上系统中，当一个客户进行模型修改时都采用了某种令牌传递策略[4,5]，使得其他客户只能观察或查询被置锁的产品模型。

本文提出一种冲突消解原型系统，用于解决特征造型协同设计过程中产生的冲突问题。主要采用了银行家算法来避免死锁机制[6]，从而对产生的冲突问题进行有效避免及消解[7]。

1 冲突阻止

协同特征造型设计系统中的冲突阻止分为两个方面：一方面要充分考虑那些潜在的冲突，并且在静态设计时就要尽可能的避免。另一方面，从长远来看，由于各个专家来自不同的领域，他们的经验也不相同，因此，潜在的冲突将会上升。

假设有n个设计人员竞争m份资源，通常采用操作系统中用于解决死锁问题的银行家算法来解决冲突问题。在一个拥有m份资源和n个设计人员的协同特征造型设计系统中，至少需要m*n步操作。银行家算法用于解决资源分配和避免死锁问题。

在协同特征造型设计系统中，阻止冲突的主要方法是动态协商，包括优先级策略、双边协商和仲裁策略等等。如果确信每个设计人员有不同的优先级，那么拥有更高优先级的设计人员拥有资源的优先分配权。当设计人员之间发生冲突时，拥有高优先级的设计人员得到保护，其他的设计人员应该等待或挂起。如果设计人员没有优先级或者拥有相同的优先级，他们可以通过双边协商解决冲突。

2 冲突分类

冲突可能来自设计和开发活动的各个阶段。协同设计的过程也是冲突不断产生和得到解决的过程。以下的几个因素可能导致冲突：1）由于各专家的设计目标和设计评价的标准不同，会做出不同的设计选择。2）由于缺乏一个共同的知识表达方法和一致的设计对象模型，各领域的设计人员在进行局部设计时做出最佳的、合理的方案，当它们集成为一个总体设计方案时，就会出现相互矛盾、互不协调的情况。3）上游设计人员的设计可能不符合下游设计人员、其他参与人员的评价和要求。4）涉及协同产品开发活动的资源缺乏或者资源规划调度不合理等等。

针对上述分析，可以将冲突划分为三个方面：

1）数据冲突：表达方式不同会引起信息很难转换。数据没有统一有效的安排和处理就不能满足某些阶段的需求。2）知识冲突：不同领域的规则不能满足系统的需要。设计者的经验不同并且每个设计者对变量的定义也不尽相同。3）资源冲突：包括人力资源、产品资源、软硬件资源，及其他一些辅助资源。如果它们不能够适度的分配或者及时提供，有可能引起资源冲突。

3 冲突消解

3.1 冲突消解方法

目前，关于冲突消解已经提出很多方法，但是比较典型的并且常用的几个方法简单介绍如下：

1）约束和松弛法。协同设计系统可以看作约束条件满足问题。冲突就被看作违反约束的一种风格。可以通过放松约束条件和废除约束条件来解决此类冲突问题。2）基于原因的方法。通过设置规则模式和建立模式数据库起作用。如果冲突满足该规则，就使用这个规则消除它。3）基于实例的推理法。同人类的认知过程相似，取决于专家描述和记忆的经验和背景，该方法有很强的扩展性和自我调整能力。4）仲裁定律。在使用其他方法都不能解决问题时采用该方法解决。该方法试图寻找一个所有团队都能够接受的草图。相对来说较公正。

3.2 冲突消解模式及过程

冲突消解的系统模型如图1所示。具体方法如下：在开始协同设计之前安装冲突检测模块，一旦检测出冲突立即锁定相关对象。对冲突进行分类，冲突分类模块分析并且提取冲突特性。不同的冲突种类或类别要求不同的冲突消解策略。拥有相同特征集合的冲突归入一类。一个专门的策略对应一个或多个它能够解决的冲突类。冲突消解模块根据冲突的特征和以前处理过的相似冲突对冲突进行处理。对那些没有相应的处理策略的新的冲突，采用视频会议协商策略。

图1 冲突消解系统模型

冲突消解的过程分为以下几个步骤：

1）确定约束模型 在协同设计过程中，各部分间的依赖和约束关系可以通过约束关系表达。该约束关系是同技术专家有关的技术，同制造商无关。在产品设计过程中，所有的约束关系在复杂的网络中互相制约。在协作团队之间，表达过程、产品和资源关系的一个有效的方法就是使用约束网络。通过确定他们之间的关系，约束网络将会引发冲突。

2）冲突检测 冲突网络确立后，系统将会检测冲突。该程序将会检查所有的结点，寻找冲突结点。使用Petri网络，可以完成检测。冲突可以划分为满足约束的一类。

3）分析冲突 通过检测系统，冲突划分为相关关系、不相关关系和相互关系。检测后，冲突将会按照规则计算的优先级进行分类。这个规则是这样的：相关关系优先于依赖关系，因此它将首先得到解决。不相关关系也在同时得到解决。然后再对依赖关系进行解决。

4）冲突消解 分析了冲突产生的原因后，系统进行冲突消解。根据在检测中得到的问题，系统可以使用不同的冲突消解策略。包括约束法、观察法和实例法。

5）冲突整理 冲突问题解决后，系统挑选相关的信息并且存储数据，留作下次运用。所有的信息都存储在信息数据库、规则数据库、冲突数据库和产品设计库中。

4 冲突消解算法

距离表达式定义如下：假设规则的覆盖范围和置信度设为C，D。那么C=(C1,C2,…,Cn)，结果为（v1,v2,…,vn）。在同等条件下还可以表示为(ai1,ai2,…,ain)和(aj1,aj2,…,ajn)。Ri表示某个规则，Rj表示某种属性。如果Rj满足Ri，那么就认为它们相容，不会产生冲突。距离方程式表示如下：

采用此算法，可以解决一般的冲突消解问题，但是还存在一些特殊的冲突问题无法解决，此时可以采用视频会议协商机制进行解决。即利用当前先进的视频会议技术，远程连接相关工作人员，通过视频协商，达到工作目的和方案的一致性，从而避免产生冲突。

5 结束语

特征造型的协同设计在国内的研究才刚刚起步，关于协同设计中的冲突问题也取得了一定的成果，但是以前的研究方法多采用令牌传递策略和置锁机制来避免产生冲突问题，限制了产品的开发效率。本文提出的冲突消解原型系统采用银行家算法来避免死锁，从而有效阻止冲突的产生。冲突消解算法对那些产生冲突的属性进行锁定，进而进行冲突消解。当然，本文论述对该方向的研究还处于探索阶段，还需要大量的后续工作。

[1] Bidarra R,van den Berg E,Bronsvoort W F.Interactive facilities for collaborative feature modeling on the web [C].In:Proceedings of the 10th Portuguese Conference on Computer Graphics,Lisbon, Portugal,2001,43-52.

[2] Agrawal A,et al1 CADDAC:Multi-client collaborative shape design system with server-based geometry kernel[J].Journal of Computing and Information Science in Engineering,2003,3(2):109-175.

[3] 唐敏,董金祥.Shang-ChingChou.多客户协同特征造型系统中的冲突解决[J].计算机辅助设计与图形学学报,2005,17(6):1139-1145.

[4] 孙欢,刘强.分布式CAD协同设计中的冲突消解[J].电子学报.2006.12,12(A):2458-2461.

[5] Quan Liu,Xingran Cui,Xiuyin Hu. Conflict Resolution within Multi-Agent System in Collaborative Design [C].2008 International Conference on Computer Science and Software Engineering.2008,520-523.

[6] Junming Hou,Chong Su, Liang Tang,etc.Conflict Resolution for Collaborative Design [C].Proceedings of the IEEE International Conference on Automation and Logistics Qingdao,China September 2008.2008.9,875-880.

[7] Jun Ma,Tian-Yuan Xiao,Jian-Chao Zeng. Conflict resolution for collaborative design based on rough set theory[C].Computer Supported Cooperative Work in Design,2008.12th International Conference on 16-18 April 2008.2008,4,64-69.

TP391

A

1009-0134(2010)11(下)-0001-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.11(下).01

2010-08-20

齐新军（1968 -），女，硕士，研究方向为数据库应用。