基于Web环境的机械设计的异地协同分析

苏力

摘要：在互联网时代，机械产品设计不可能与之脱离，基于web环境下的机械产品设计已经成为了行业设计的主流趋势。尤其是在web环境下实现不同地点或用户之间的协同设计是当今机械产品设计的重要内容之一。本文就此加以分析，并通过实例以探索机械产品异地协同设计的具体环节中各类情况。

关键词：现代机械设计；异地协同设计；网络工程数据库

随着计算机的普及，在现在机械产品的设计中了已经普遍采用计算机辅助设计，设计软件、工程数据库、网络技术等已经成为了行业设计中不可或缺的要素，开创了机械产品设计的新阶段。机械产品异地协同设计是产品设计中提出的新概念，更是行业发展的需求，互联网技术的发展为其提供了实现的可能。现在关于计算机支持的协同工作（Computer Supported Cooperative Work，以下简称CSCW）的研究就是基于Internet网络环境下多人多组协同工作而进行的。现代机械设计的发展方向就是实现计算机支持的协同工作，实现基于Internet的现代集成智能CAD开放设计。

所谓基于Web的协同设计指的是多个用户在不同的场所完成同一件产品的设计，通过将所设计的产品信息输入到系统数据库中以实现彼此之间的共享或冲突协调处理以达到最佳的设计方案。同时，在设计过程中不同用户即可随时将信息进行共享便于其他人员的查看，以提升工作效率。当今，随着互联网技术的不断发展、计算机的不断普及、宽带的提升等，在企业生产中运用网络技术以及信息化技术已经是现代化企业的重要标志之一。通过网络技术即可实现生产中的大多数环节，形成一个完整的web基础之上的工作环境以是实现不同用户之间的信息共享以及机械产品设计中的异地协同设计，形成了更加完善的设计方案或作品。

1 Web环境下的机械设计结构与设计流程

1.1 基于web的机械设计的系统结构

web环境下的机械设计的系统结构是一个典型的C/S结构，整个系统分为用于管理和交互的Web）服务器端和用户设计的客户端，以Internet为交互连接介质连接起来。此外，也可以把整个系统分为设计层、交互层、管理层与支持层。每个用户本地设计端属于设计层；Web页面属于交互层；Web端设计项目管理程序属于管理层；工程数据库以及web服务器属于系统支持层。

1.2 基于Web的机械设计的设计流程

采用Web模式进行机械产品设计的流程仍然是基于原有的设计流程，并通过web环境加以优化和改进所成。在该设计模式下，设计任务是关键所在也即所有工作的核心，由不同的设计小组组成而小组成员负责具体的设计任务。根据现有经验以及技术的现状，基于web环境下的机械设计的工作流程如下图1所示：

2 协同设计中的关键技术

2.1 网络工程数据库

CAD系统在当今的机械产品中较为常见，是主流设计产品之一，该系统的运用是基于计算机对信息见处理的一个过程。而在web环境下进行机械产品的协同设计需要利用到网络工程数据库，是必不可少的部件之一。多个用户在web环境下即可向工程数据库递交设计信息或者从中检索所需要的信息，以达到数据之间的交换与共享。

基于web的网络数据库，由一个作为用户界面的web浏览器、一个作为信息存储的数据库服务器和一个连接两者的web服务器组成。通常，实现web服务器和数据库服务器之间的连接以及网络数据库的存取有以下几种方案：CGI，ISAPI，NSAPI，Script，ADO及Java等。网络工程数据库与传统数据库之间并未本质上的区别，均包括了工程数据库的设计以及管理。前者主要是用于根据使用者的需求并结合工程数据库的优势，设计出符合工程设计需求的结构合理且工作效率较高的运用系统，后者主要是对信息进行维护，确保信息的安全。在该数据库中信息有动态和静态之分，动态信息描述的是设计对象的相关信息而静态信息描述的是设计环境的相关信息，各有分工。

2.2 设计约束与冲突的检测及解决

机械产品设计较为负责，在设计阶段受到多方面因素制约，尤其无数彼此依存且制约的关系，致使机械产品设计效率偏低。例如，针对同一产品设计的不同小组之间可能存在一定的设计理念冲突，即使同一小组成员之间亦会存在设计上的冲突。因此。必须要引入协调机制以及时对解决冲突，保障进度。其中争夺有限的设计资源是机械产品协调设计中最为常见冲突之一。机械设计阶段必不可少的会遇到各类冲突以及约束关系，在此环节最为重要的是发挥冲突协调机制的作用，制定最佳的冲突解决方案。协调机制的设计一般要根据冲突的类型加以设计，如基于实力之间的冲突、因知识之间冲突、应规则之间的冲突等，进而针对性的制定相应的冲突协调机制，以在最短时间内将冲突解决掉，确保机械产品设计的顺利进行。

冲突的协调策略可以分为静态协调和动态协调两种。静态协调是在冲突尚未发生之前，通过合理的协调设计任务规划，信息、知识的共享，全面而细致的设计考虑，以减少或者避免沖突的发生。动态协调是当冲突产生之后，通过内部的冲突检测机制以筛查信息之间存在的冲突之处，并采用协调处理机制加以协调处理。如果该环节未能处理掉冲突，则需要通过人工干预的方式进行协调。

2.3 数据信息交换

在机械产品的具体设计中涉及到数据之间的交换，包括多个设计小组之间的信息共享以及小组内部人员之间的信息交换与共享；产品设计完成之后与具体生产环节之间的数据交换与共享。在该方面的研究中，ISO在上世纪90年代即发布了STEP标准。STEP是一个系列的国际标准，它提供了必要的机制和定义，使得产品的数据表达能够在不同的计算机系统及与产品定义和制造有关的环境中进行通信。它可用于产品数据的传输、共享和存档。STEP标准在发布之后经历了不断的完善，已经是CAD设计行业内最具完善性的标准。就不同设计小组之间的协同工作，其数据交换中存在的问题在于如何解决数据之间的冲突并使之得以协调，当前还依赖于系统数据库的接口予以数据之间的相互交换。采用该结构模式，能够最大程度上的发挥数据库的优势以保障数据之间的顺畅交换以及共享管理。

3 运用实例

当前，在诸多大型企业中已经开始利用了Internet异地协同设计并在实践中得到了一定的成果，实现了资源的优化配置。根据上文中的分析，在设计过程中要实现web环境下异地协同设计，需要具备web环境、系统的协调管理、各类设计数据之间的共享与安全管理、多用户之间的管理等，具体结构如下图2：

普通机床主轴变速箱在机械设备中较为常见，是运用激光的设备之一。对于该设备的设计主要包括以下几个方面：变速箱体、变速箱传动设计、零部件设计与工艺设计等。基于此，为最大程度上的提升设计效率，本文在案例实践过程中分别安排的3个相应的设计小组对上述三个方面进行相应的设计，并对设计方式提出了要求。例如，传变速箱的传动设计采用的是Auto-CAD设计软件。三个小组在完成各自设计之后并向系统数据库提交设计信息，以实现了三个小组设计信息的共享进而形成了一个最初的完整设计方案。同时，系统内部设置的冲突协调机制能够对不同小组之间的设计的冲突之处进协调，并最终形成一个完善的设计方案。通过以上环节，基本上实现了不同设计人员之间的协同工作，满足了各项基本要求，是机械协同设计中的初级表现。

4 结论

随着“甩图板”的口号被国家科委提出来之后，CAD设计软件已经在设计行业中得到了广泛运用，已经是设计工业中必学的软件之一，所有工业设计行业从业人员基本上对于CAD的运用能做到熟练自如。同时，在我国众多的科技学院、研究院、重点实验室中存在诸多能够提升机械设计的相关知识与最新的资源，但并没有得到有效的利用，在行业中并未得到普及。具备开发能力以及科技水平较高的企业，能够掌握最新的设计资源但对于中小型企业而言则无法获得运用，这是未来我国应重点加强改进的环节与问题。此外，从当前单一用户的CAD运用现状来说，虽然相比以往已经得到了较大提升但随着企业的发展，用户的需求，必定是不断提升的。因此，在机械设计方面去发展趋势是件单一的CAD系统升级改造成多个用户可以同时进行设计的协同设计系统，进而计算机网络环境下的设计模式最大程度上的接近传统手工设计模式，使设计人员在共同设计中提升工作效率以及创造出质量更高的产品，值得软件开发公司在未来时间内加以研究和突破。