协同设计

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协同设计(Co-Design)

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什么是协同设计

  协同设计是指为了完成某一设计目标,由两个或两个以上设计主体(或称专家),通过一定的信息交换和相互协同机制,分别以不同的设计任务共同完成这一设计目标

协同设计的特点

  与传统CAD系统相比,协同设计系统有如下特点:

  (1)多主体性:是指设计活动由两个或两个以上设计专家参与,而这些设计专家通常是互相独立的,并且各自具有领域知识、经验和一定的问题求解能力。

  (2)协同性:具有一种协同各个设计专家完成共同设计目标的机构,这一机构包括各设计专家间的通讯协议、冲突检测和仲裁机制。

  (3)共同性:多设计专家要实现的设计目标是共同的,他们所在的设计环境和上、下文信息也是一致的。

  (4)灵活性:参与设计的专家数目可以动态的增加或减少,协同设计的体系结构也是灵活、可变的。

  通过下表来对传统CAD系统和协同设计系统进行性比较详细的对比:

  表协同设计系统与单机CAD的比较

系统项目单机CAD系统协同设计系统
运行环境单机网络
系统结构孤立系统分布式系统
设计过程或进程独立运行设计过程或进程要有协调
交互或协同
设计数据单机存储,人工协调对设计数据要进行协同控制
安全性应注意存储安全需要注意反问控制、存储安全和传输安全

协同设计的主要方式

  协同设计是先进制造技术中并行工程运行模式的核心。传统设计是串行迭代的模式,即瀑布式的设计方法,就是说按产品寿命周期的各个过程顺序执行。在使用阶段发现问题后,在前面各阶段中找原因加以解决。并行工程则是在产品设计阶段尽早考虑产品寿命周期中各种因素的影响,全面评价产品设计,以达到设计中的最优化,最大限度消除隐患。因此涉及产品整个生命周期的各个不同部门的专家必须协同工作,在产品的设计阶段,不仅设计专家要进行讨论,协调产品的设计任务,而且工艺、制造、质量等后续部门也要参与产品设计工作,对产品设计方案提出修改意见。

  协同设计也是快速制造、动态联盟的重要方法和手段,当今,市场形势日趋多变,产品生命周期短、更新换代快、品种增加、批量减小,顾客对产品的交货期价格和质量的要求越来越高,企业往往依靠其特有的一些技术构成的新产品以赢得市场份额,获取高额利润。在这种情况下,如何及时地提供可利用的知识和技术,快速开发新产品,重组资源,组织生产,满足用户“个性化产品”的需要,就成为企业能否赢得竞争、不断发展的关键。快速制造认为,以信息技术为基础,在全球一体化或地区一体化的金融环境政治环境中,通过临时联合那些能适应环境变化的企业,组成动态联盟,共同承担风险,分担义务,共享成果,才能迅速开发新产品,响应市场需求

  (1)横向协同:横向协同充分体现了快速制造哲理下的企业间动态联盟。它适应了现代企业向专业化方向发展的趋势,即越来越多的制造企业从“大而全”或“小而全”的模式中走了出来,专注于自己的核心能力核心产品。面向市场机遇,和具有其他专业技术的企业合作,从而拥有技术、资金、成本、速度等综合优势,形成“团体化”的竞争方式。

  (2)纵向协同:纵向设计体现了并行工程的原理。这种工作模式使得开发者从一开始就考虑到产品全生命周期中的所有因素,尽可能保证产品设计、工艺设计、制造的一次成功.从而缩短产品开发周期、提高质量和降低成本。根据并行工程原理,通过计算机网络产品寿命循环各个方面的专家,甚至包括潜在的用户都集中在一个工作环境下,形成专门的工作小组,协同工作。

  横向和纵向的协同设计在具体设计中没有严格区分,常常是互相交织在一起。即动态设计联盟采用并行的设计过程,在并行的设计过程中设计团体人员是企业内外专业人员的组合。

协同设计的功能模块

  协同设计系统主要由协同工作系统、协同设计系统、分布式产品数据管理、安全控制、决策支持和协同工具等功能模块组成。

  (1)协同工作系统:它包括协同系统管理和协同工作管理2个子模块。前者对整个系统进行有效管理,后者负责对协同设计过程进行管理,统筹安排开发中的各种活动和资源。

  (2)协同设计系统:它提供系统的设计功能。设计人员在数据库的支撑下,利用该模块进行协同设计(包括设计计算、结构设计和分析等)。

  (3)分布式数据管理:该模块对所有产品数据信息、系统资源和知识信息等进行组织与管理。

  (4)安全控制:该模块负责对进人系统的用户、协同过程中的数据访问和传输进行安全控制。

  (5)决策支持:它为协同设计提供决策支持工具(包括约束管理和群决策支持等)。

  (6)协同工具:该模块为协同设计提供通讯工具(包括视频会议、文件传输和邮件发送等)。

协同设计的关键技术

  协同设计涉及的关键技术有:

  (1)协同工作管理技术。包括项目管理和工作流程管理技术;

  (2)分布式数据管理技术。包括支持分布环境、版本控制管理和权限管理等技术;

  (3)网络数据库技术。它是数据库技术网络技术两者的有机结合,使数据库技术与网络技术的优点集于一体,支持CSCD对大量信息的调用和传输;

  (4)面向对象技术。该技术把某一产品数据和相关产品或操作的集合在一起进行封装,便于网上传输和共享;

  (5)安全技术。它包括访问控制和数据安全传输;

  (6)异地协同工作技术。如Netmeeting、e_mail、Agent技术、CORBA技术等;

  (7)协同工作中的冲突消解。

  此外,还包括标准化技术、网络基本技术等。在这些关键技术中,有的研究理论已比较完善,如网络数据库技术、面向对象技术以及网络基本技术等,但协同设计的管理技术、协同工作中的冲突消解技术还处于探索阶段。

协同设计案例分析

案例一:基于协同设计的知识管理研究[1]

  为了适应越来越激烈的全球化市场竞争,快速响应客户定制产品的需求,计算机支持的协同工作理论在产品设计中的应用研究工作已经开展了好多年?。协同设计是一个以知识为基础的计算过程,不仅需要不同领域的知识和专家的经验,更重要的是要有综合和协调这些经验知识的有效机制和知识来耦合不同专家的设计任务。

  目前,协同设计和知识管理在传统制造业的革新中正被广泛实施,但是在协同设计系统或知识管理系统中都存在功能单一的问题。协同设计和知识管理应该是互相协调发展,这样能够为制造业智力资产的管理提供新的拓展空间。这既需要信息集成过程集成,更需要知识集成

  因此,在统一平台、统一门户的网络环境下,建立一个相互支撑的集成平台成为研究热点。

  1、基于协同设计的知识管理的特点

  协同设计过程是一个知识密集型流程,需要大量跨学科、多类型、多渠道的知识及知识交流,因此需要知识管理的全面支持。协同设计对知识管理提出了新的要求,支持协同设计的知识管理的特点是:

  (1)分布式是协同设计的主要环境特征,支持协同设计的知识管理必须适应协同设计的分布式特点。

  (2)参与协同设计的设计成员几乎不可能具有完全一致的设计环境,因此支持协同设计的知识管理系统应该具有跨平台的特性。

  (3)产品协同设计需要产品市场分析、设计、制造、销售采购服务等各方面人员的参与,支持协同设计的知识管理系统应为他们提供协商平台。

  (4)需要充分考虑到产品设计过程中的并行性,对协同设计过程中的设计历史进行管理。

  (5)需要快速响应协同设计过程的变化,满足协同设计过程对知识资源的需求。

  (6)向协同设计过程中的具体设计任务提供全方位的知识支持:便捷的知识查询、个性化的知识服务、专家快速定位以及设计问题的解决等。

Image:协同设计的知识管理1.jpg

  2、基于协同设计的知识管理模式

  面向协同设计的知识管理聚焦于设计任务与知识的协同,如知识获取(主动搜索知识、动态知识匹配和自动知识推送)、利用已有知识f不仅是文档,设计活动特有的知识形式,如零件库、程序化知识和知识服务等,针对设计知识的特点提供多种知识利用形式,提高知识利用的效率)、创造新知识(提供可控的异步、同步知识交流工具和知识活动流程管理)等,这些都需要知识管理工具知识库的支持。面向协同设计过程的知识管理主要包括以下几方面内容:

  (1)对协同设计的过程知识的管理

  协同设计的过程知识管理主要是对过程模型建立阶段建立起来的过程模型进行分类和管理,并以此建立产品设计的过程参考模型库,以便实现产品协同设计过程的重用和改进,并对各种知识活动中的知识进行关联,建立系统化的和集成的知识库

  (2)面向协同设计过稷的设计历史知识管理

  产品建模对于产品设计信息、设计决策过程、功能、设计意图的捕获与表达的研究还远未成熟。设计历史知识管理强调的是协同设计过程中的异步知识协同,使得下游的设计活动获得的不仅是上游的设计结果,而且能从设计历史知识记录中了解他人的设计意图和决策依据。

Image:协同设计的知识管理2.jpg

  (3)知识活动流程与协同计过程的集成

  由于市场和客户需求的多样化、技术更新的快速化,不可避免的,知识员工在业务处理中经常遇许多新问题,这时知识库中知识往往无法满足需求,需要求助于多名专家共同协作,动态地获取相关知识。

Image:协同设计的知识管理3.jpg

  (4)协同设计过程的集成协商平台

  冲突消解是知识管理对协同设计过程级支持必须考虑的问题。由于协同设计中冲突所涉及的范围甚广,给冲突的消解带来困难。随着网络技术和多媒体技术的迅速发展,人们协商的手段不再满足于文件传输、电子邮件和白板等,而希望借助网络化视音频技术传输实时动态图像和声音等流媒体信息。

Image:协同设计的知识管理4.jpg

  3、支持协同设计的知识管理体系框架

  要实现支持协同设计的知识管理目标,就需要相应的方法和工具实现知识管理对协同设计的支持。

Image:协同设计的知识管理5.jpg

  随着企业对技术创新的日益重视和企业信息化程度的提高,越来越多的设计人员使用知识管理系统和协同设计系统支持技术创新。将知识管理系统和协同设计系统集成为一体,提高了知识在协同设计中的重用度,并使知识的积累和共享更加方便,其意义在于:提高协同设计的效率,有利于企业的知识管理,促进了企业的技术创新。

参考文献

  1. 初苗,田少辉.基于协同设计的知识管理研究[J].《科技信息》2010年第30期
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