協同設計

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協同設計(Co-Design)

　　協同設計是指為了完成某一設計目標，由兩個或兩個以上設計主體(或稱專家)，通過一定的信息交換和相互協同機制，分別以不同的設計任務共同完成這一設計目標。

　　與傳統CAD系統相比，協同設計系統有如下特點：

　　(1)多主體性：是指設計活動由兩個或兩個以上設計專家參與，而這些設計專家通常是互相獨立的，並且各自具有領域知識、經驗和一定的問題求解能力。

　　(2)協同性：具有一種協同各個設計專家完成共同設計目標的機構，這一機構包括各設計專家間的通訊協議、衝突檢測和仲裁機制。

　　(3)共同性：多設計專家要實現的設計目標是共同的，他們所在的設計環境和上、下文信息也是一致的。

　　(4)靈活性：參與設計的專家數目可以動態的增加或減少，協同設計的體繫結構也是靈活、可變的。

　　通過下表來對傳統CAD系統和協同設計系統進行性比較詳細的對比：

　　表協同設計系統與單機CAD的比較

　　協同設計是先進位造技術中並行工程運行模式的核心。傳統設計是串列迭代的模式，即瀑布式的設計方法，就是說按產品壽命周期的各個過程順序執行。在使用階段發現問題後，在前面各階段中找原因加以解決。並行工程則是在產品設計階段儘早考慮產品壽命周期中各種因素的影響，全面評價產品設計，以達到設計中的最優化，最大限度消除隱患。因此涉及產品整個生命周期的各個不同部門的專家必須協同工作，在產品的設計階段，不僅設計專家要進行討論，協調產品的設計任務，而且工藝、製造、質量等後續部門也要參與產品設計工作，對產品設計方案提出修改意見。

　　協同設計也是快速製造、動態聯盟的重要方法和手段，當今，市場形勢日趨多變，產品生命周期短、更新換代快、品種增加、批量減小，顧客對產品的交貨期、價格和質量的要求越來越高，企業往往依靠其特有的一些技術構成的新產品以贏得市場份額，獲取高額利潤。在這種情況下，如何及時地提供可利用的知識和技術，快速開發新產品，重組資源，組織生產，滿足用戶“個性化產品”的需要，就成為企業能否贏得競爭、不斷發展的關鍵。快速製造認為，以信息技術為基礎，在全球一體化或地區一體化的金融環境和政治環境中，通過臨時聯合那些能適應環境變化的企業，組成動態聯盟，共同承擔風險，分擔義務，共用成果，才能迅速開發新產品，響應市場需求。

　　(1)橫向協同：橫向協同充分體現了快速製造哲理下的企業間動態聯盟。它適應了現代企業向專業化方向發展的趨勢，即越來越多的製造企業從“大而全”或“小而全”的模式中走了出來，專註於自己的核心能力和核心產品。面向市場機遇，和具有其他專業技術的企業合作，從而擁有技術、資金、成本、速度等綜合優勢，形成“團體化”的競爭方式。

　　(2)縱向協同：縱向設計體現了並行工程的原理。這種工作模式使得開發者從一開始就考慮到產品全生命周期中的所有因素，儘可能保證產品設計、工藝設計、製造的一次成功．從而縮短產品開發周期、提高質量和降低成本。根據並行工程原理，通過電腦網路將產品壽命迴圈各個方面的專家，甚至包括潛在的用戶都集中在一個工作環境下，形成專門的工作小組，協同工作。

　　橫向和縱向的協同設計在具體設計中沒有嚴格區分，常常是互相交織在一起。即動態設計聯盟採用並行的設計過程，在並行的設計過程中設計團體人員是企業內外專業人員的組合。

　　協同設計系統主要由協同工作系統、協同設計系統、分散式產品數據管理、安全控制、決策支持和協同工具等功能模塊組成。

　　(1)協同工作系統：它包括協同系統管理和協同工作管理2個子模塊。前者對整個系統進行有效管理，後者負責對協同設計過程進行管理，統籌安排開發中的各種活動和資源。

　　(2)協同設計系統：它提供系統的設計功能。設計人員在資料庫的支撐下，利用該模塊進行協同設計(包括設計計算、結構設計和分析等)。

　　(3)分散式數據管理：該模塊對所有產品數據信息、系統資源和知識信息等進行組織與管理。

　　(4)安全控制：該模塊負責對進人系統的用戶、協同過程中的數據訪問和傳輸進行安全控制。

　　(5)決策支持：它為協同設計提供決策支持工具(包括約束管理和群決策支持等)。

　　(6)協同工具：該模塊為協同設計提供通訊工具(包括視頻會議、文件傳輸和郵件發送等)。

　　協同設計涉及的關鍵技術有：

　　(1)協同工作管理技術。包括項目管理和工作流程管理技術；

　　(2)分散式數據管理技術。包括支持分佈環境、版本控制管理和許可權管理等技術；

　　(3)網路資料庫技術。它是資料庫技術與網路技術兩者的有機結合，使資料庫技術與網路技術的優點集於一體，支持CSCD對大量信息的調用和傳輸；

　　(4)面向對象技術。該技術把某一產品數據和相關產品或操作的集合在一起進行封裝，便於網上傳輸和共用；

　　(5)安全技術。它包括訪問控制和數據安全傳輸；

　　(6)異地協同工作技術。如Netmeeting、e_mail、Agent技術、CORBA技術等；

　　(7)協同工作中的衝突消解。

　　此外，還包括標準化技術、網路基本技術等。在這些關鍵技術中，有的研究理論已比較完善，如網路資料庫技術、面向對象技術以及網路基本技術等，但協同設計的管理技術、協同工作中的衝突消解技術還處於探索階段。

　　為了適應越來越激烈的全球化市場競爭，快速響應客戶定製產品的需求，電腦支持的協同工作理論在產品設計中的應用研究工作已經開展了好多年?。協同設計是一個以知識為基礎的計算過程，不僅需要不同領域的知識和專家的經驗，更重要的是要有綜合和協調這些經驗知識的有效機制和知識來耦合不同專家的設計任務。

　　目前，協同設計和知識管理在傳統製造業的革新中正被廣泛實施，但是在協同設計系統或知識管理系統中都存在功能單一的問題。協同設計和知識管理應該是互相協調發展，這樣能夠為製造業智力資產的管理提供新的拓展空間。這既需要信息集成、過程集成，更需要知識集成。

　　因此，在統一平臺、統一門戶的網路環境下，建立一個相互支撐的集成平臺成為研究熱點。

　　1、基於協同設計的知識管理的特點

　　協同設計過程是一個知識密集型流程，需要大量跨學科、多類型、多渠道的知識及知識交流，因此需要知識管理的全面支持。協同設計對知識管理提出了新的要求，支持協同設計的知識管理的特點是：

　　(1)分散式是協同設計的主要環境特征，支持協同設計的知識管理必須適應協同設計的分散式特點。

　　(2)參與協同設計的設計成員幾乎不可能具有完全一致的設計環境，因此支持協同設計的知識管理系統應該具有跨平臺的特性。

　　(3)產品協同設計需要產品市場分析、設計、製造、銷售、採購和服務等各方面人員的參與，支持協同設計的知識管理系統應為他們提供協商平臺。

　　(4)需要充分考慮到產品設計過程中的並行性，對協同設計過程中的設計歷史進行管理。

　　(5)需要快速響應協同設計過程的變化，滿足協同設計過程對知識資源的需求。

　　(6)向協同設計過程中的具體設計任務提供全方位的知識支持：便捷的知識查詢、個性化的知識服務、專家快速定位以及設計問題的解決等。

　　2、基於協同設計的知識管理模式

　　面向協同設計的知識管理聚焦於設計任務與知識的協同，如知識獲取(主動搜索知識、動態知識匹配和自動知識推送)、利用已有知識f不僅是文檔，設計活動特有的知識形式，如零件庫、程式化知識和知識服務等，針對設計知識的特點提供多種知識利用形式，提高知識利用的效率)、創造新知識(提供可控的非同步、同步知識交流工具和知識活動流程管理)等，這些都需要知識管理工具和知識庫的支持。面向協同設計過程的知識管理主要包括以下幾方面內容：

　　(1)對協同設計的過程知識的管理

　　協同設計的過程知識管理主要是對過程模型建立階段建立起來的過程模型進行分類和管理，並以此建立產品設計的過程參考模型庫，以便實現產品協同設計過程的重用和改進，並對各種知識活動中的知識進行關聯，建立系統化的和集成的知識庫。

　　(2)面向協同設計過稷的設計歷史知識管理

　　產品建模對於產品設計信息、設計決策過程、功能、設計意圖的捕獲與表達的研究還遠未成熟。設計歷史知識管理強調的是協同設計過程中的非同步知識協同，使得下游的設計活動獲得的不僅是上游的設計結果，而且能從設計歷史知識記錄中瞭解他人的設計意圖和決策依據。

　　(3)知識活動流程與協同計過程的集成

　　由於市場和客戶需求的多樣化、技術更新的快速化，不可避免的，知識員工在業務處理中經常遇許多新問題，這時知識庫中知識往往無法滿足需求，需要求助於多名專家共同協作，動態地獲取相關知識。

　　(4)協同設計過程的集成協商平臺

　　衝突消解是知識管理對協同設計過程級支持必須考慮的問題。由於協同設計中衝突所涉及的範圍甚廣，給衝突的消解帶來困難。隨著網路技術和多媒體技術的迅速發展，人們協商的手段不再滿足於文件傳輸、電子郵件和白板等，而希望藉助網路化視音頻技術傳輸實時動態圖像和聲音等流媒體信息。

　　3、支持協同設計的知識管理體系框架

　　要實現支持協同設計的知識管理目標，就需要相應的方法和工具實現知識管理對協同設計的支持。

　　隨著企業對技術創新的日益重視和企業信息化程度的提高，越來越多的設計人員使用知識管理系統和協同設計系統支持技術創新。將知識管理系統和協同設計系統集成為一體，提高了知識在協同設計中的重用度，並使知識的積累和共用更加方便，其意義在於：提高協同設計的效率，有利於企業的知識管理，促進了企業的技術創新。