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２００６年ｌ２月 农机化研究 第ｌ２期 基于特征数据交换的异构ＣＡ Ｄ协同设计 奚妍，彭维，张三元，叶修梓 （浙江大学计算机科学与技术学院ＣＡＤ＆ＣＧ国家重点实验室，杭州 ３１００２７） 摘 要：产品数据交换技术是异构ＣＡＤ实现协同设计的重要基础。为此，介绍了一种新的基于特征的ＣＡＤ 数据交换方法，以定义造型功能映射集合为基础实现数据交换，可保存高层设计意图；提出了基于特征数 据交换的异构ＣＡＤ协同设计系统。研究了特征数据交换、数据共享、协同设计Ａｇｅｎｔ等关键技术；给出了 实现该技术的方法。 关键词：计算机应用；异构ＣＡＤ；协同设计；特征造型；数据交换；Ａｇｅｎｔ 中图分类号：ＴＰ３９１．７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８８Ｘ（２００６）１２－－０１８８－－０４ ０ 引言 协同设计是完成各种大规模任务的一种重要和 有效的工作方式。随着经济全球化进程的加速，许 协同设计环境的框架，是对于异构协同设计的有效 探索。 １ 异构协同设计的系统框架 传统的ＣＡＤ软件工具都是面向单机单用户开发 的，彼此，如何在分布式环境中实现异构工具 之间的集成是协同设计必须首先解决的问题。为此， 可以通过增加ＣＡＤ系统与外部世界的通信接口（也 就是封装）来解决这个问题。本系统采用基于Ａｇｅｎｔ 多复杂产品的设计需要由分布在不同地点的产品设 计人员和其他相关人员协同完成。协同设计的研究 在经历了将网络通信、分布式计算、计算机支持的 协同：【作、Ｗｅｂ技术等与现有ＣＡＤ技术进行简单结 合的过程后，近年来开始转向对深层次与核心技术 问题的研究。大体可分为ＣＡＤ工具的分布集成、异 步协同设计、同步协同设计与协同装配设计等ｎ 。 目前，大多数的研究都集中在同构ＣＡＤ系统的异地 同步协同设计上，异构ＣＡＤ协同设计一直没有取得 进展。 的封装。Ａｇｅｎｔ是一种抽象的功能实体，它具有通 信接口，可以与其它Ａｇｅｎｔ交换信息，使用Ａｇｅｎｔ 的通信与管理机制实现ＣＡＤ工具之间的通信，以达 到协同工作的目的 。 在异构协同设计系统中（如图ｌ所示），协作者 即用户。作为协同设计过程中的核心，他们根据需 异构ＣＡＤ协同设计是多种异构ＣＡＤ技术与计算 机支持的协同工作相结合，使多个设计专家在不同 ＣＡＤ系统上进行合作实现设计目标 。其难点在于 如何在异构ＣＡＤ之间传递设计意图及设计模型。其 关键在于如何将一个ＣＡＤ系统的设计信息快速与完 整地转换并传输给不同的ＣＡＤ系统。传统的异构ＣＡＤ 主要依靠ＩＧＥＳ和ＳＴＥＰ等标准进行数据交换。交换 要，对不同的ＣＡＤ系统进行操作，绘制模型，提取 出的一些特征信息映射为一定的功能模型后，将结 果由ＣＡＤ开发接口传递给代理程序。客户端的代理 Ａｇｅｎｔ将功能模型传给服务器，由服务器的代理 Ａｇｅｎｔ反映给网络上其他协同用户，并保持数据的 一致性。同样。接收到功能模型的客户通过一系列 层次低，数据量大，又丢失高层设计意图，不利于 协同设计。本文提出了一种基于特征数据交换方法 和功能模型概念的异构ＣＡＤ协同设计思想。在使用 保留高层设计意图的基于特征数据交换方法的基础 上，以功能模型为交流单元，使用Ａｇｅｎｔ的通信与 管理机制实现ＣＡＤ工具之间的通信，建立异构ＣＡＤ 坟疆日期：２００６－０２－１６ 基金项目：国家自然科学基金（６０３３３０１０）；国家科学与技术软 件专项（２００３ＡＡ４Ｚ３１２０） 作者简介：翼妍（１９８１一），女。安徽芜湖人。硕士研究生。 （Ｅ－ｍａｉｌ）ｘｉｙａｎ一８１６０１２６．ｃｏｍ。 映射。用自己的ＣＡＤ系统重建模型，达到异构ＣＡＤ 协同设计的目的。 鼍务嚣 用户ｌ ＣＡＤ系统Ａ 用户２ ＣＡＤ系统Ｂ 敦据中心 ， ——、 ，． ．一一 功能模型 用户３ ＣＡＤ系统Ｃ ＾ｎ ＾ …” ！垒！宝Ｅ垒宝！ 圈１协同ＣＡＤ设计系统结构圈 ．．１８８．． 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００６年１２月 农机化研究 第１２期 系统中建立两种Ａｇｅｎｔ：一是模型访问代理， 简称ＭＡＡ（Ｍｏｄｅ１ Ａｃｃｅｓｓ Ａｇｅｎｔ），每个协作者的计 要体现在功能的不一致和实现的不一致。功能的不 一致是指不同ＣＡＤ系统提供的造型功能不一致；实 算机上都存在一个ＭＡＡ，负责发送和接收数据，并 进行同步处理；二是协同控制代理，简称ＣＣＡ （Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏ１１ Ｃｏｎｔｒｏ１ Ａｇｅｎｔ），在协同环境中 现的不一致是指不同的ＣＡＤ系统提供了相同的造型 功能，但实现：疗法不同。为解决这一问题，笔者提 出基于特征的功能映射模式。这种新型的模式是在 产品的特征模型层次上进行基于特征的数据提取， 某些转换失败或质量不达标的特征在产品的边界模 建立一个ＣＣＡ，它所在的计算机成为服务器，ＣＣＡ 负责这个协同过程中的冲突仲裁和其它策略管理。 ＭＡＡ接收到信息后，对其进行相应的处理，并 传递给接口程序实现信息的读入。模型数据最终又 通过ＣＡＤ软件显：示在屏幕上，从而给协作者以直观 的显示。 型层上采用几何数据交换方法对其进行交换。若干 特征构成功能模型，以功能模型为交流单位，在各 个异构ＣＡＤ系统之间传递。 首先定义造型功能映射集合，包含现有ＣＡＤ系 统支持的造型功能全集，这样各个ＣＡＤ系统的造型 功能就是这个：全集的子集。由于一种功能可能包含 多种实现方法．．所以造型功能和实现方法不是一对 一异构协同系统模型的存储方式采用客户／月艮务 器混合式的结构，客户端是不同的ＣＡＤ系统，用户 可以根据需要保：存自己的设计模型，：异构ＣＡＤ协同 设计所需要的模型则通过一系列操作映射为功能模 关系，笔者将它们分开。例如，对于拉伸，它可 型，通过服务器再传递给各协作用户。因此，服务 器上保留的是共：享的功能模型信息。 以是系统提供的体素（如长方体），可以是给定高度 拉伸，也可以 黾拉伸到某个截面端点。这是一种功 能的不同实现：疗式，得到的是相同的造型结果。如 ２基于特征的功能映射 产品数据交换技术是异构ＣＡＤ系统协同设计的 果交换的特征造型功能在两个系统都能支持，而且 实现方法一致．．就调用同样的实现方法来实现；如 果参与数据交换的两个ＣＡＤ系统提供了不同的功 能，则在两个系统之间进行特征映射。如果两个ＣＡＤ 系统无法实现同一种特征操作，也不能特征映射和 重要基础。异构ＣＡＤ之间由于产品模型的实现存在 不一致，因此不能用简单或统一的命令得到相同结 果。如果光是边界（如ＩＧＥＳ和ＳＴＥＰ…）或网格（如 ＳＴＬ）等低层语义交流，数据量大，不支持参数化特 征建模，又丢失高层设计意图。为此，笔者提出一 种新的思想，基于特征的产品数据分层抽象与共享， 即支持多层次的产品数据交换，将功能模型由本地 用户按一定的规则发送给服务器，服务器进行协同 处理，并转发给其他用户。 产品数据模型从高到低可以抽象成４层，即功 能模型层、特征模型层、边界模型层和网格模型层， 如图２表示。不Ｉ同层次的模型之间可以进行转化。 数据共享的层次越高，所要交换的数据量就越少， 转换，那么只能降低数据共享的层次，在边界模型 层进行数据交换。 通过为不同ＣＡＤ系统开发数据转换接口实现模 型交流，每个ＣＡＤ工具包含两种插件，保证自己的 模型转换成为功能模型，及将其他的功能模型重建 为自己的ＣＡＤ模型。 ３异构协同设计中的Ａｇｅｎｔ ：异构协同设计中，协作者和服务器之间是通过 通信Ａｇｅｎｔ之间的消息通信来实现的。每个Ａｇｅｎｔ 设计意图也越明显。参与协同设计的ＣＡＤ系统可利 用这些数据在本：电机器上重建模型。 功能模型 一一共享 都具有一定的属性，都能通过某些方法和事件来实 现一定的功能。客户端将特征信息封装，通过通信 Ａｇｅｎｔ发送给服务器，服务器通信Ａｇｅｎｔ接收所有 客户端发送过来的消息并进行处理，再发送给合适 的客户端。 鳇 盟 ｌ 特征模型 一一共享 姿墨 Ｉ童 ｌ 边界模型 一一共享 该结构中的Ａｇｅｎｔ使用间接式通信方式，协同 工具间通过通信Ａｇｅｎｔ使用基于Ｓｏｃｋｅｔ机制的 ＫＱＭＬ（ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ Ｑｕｅｒｙ ａｎｄ Ｍａｎｉｐｕ１ａｔｅ Ｌａｎｇｕａｇｅ） 一一共享 塑墼耋垂 网格模型 圈２产品模型的分层表示 语言进行信息交互。ＫＱＭＬ是一种描述性语言，定义 了’Ａｇｅｎｔ间传递的消息格式和消息处理协议。通过 提供标准的通信原语，使得Ａｇｅｎｔ间可以交流和共 享知识 。Ｓｏ—ｚｋｅｔ（套接字）技术则是实现基于 现在主流ＣＡＤ系统都提供基于约束的参数化特 征造型，但是缺乏对特征操作的形式化定义，造成 异构ＣＡＤ特征造型结果不一致问题。这种不一致主 ．Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＴＣＰ通信，并保证ＴＣＰ连接可靠地建立、 １８９． 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００６年１２月 农机化研究 Ｃ１ａｓｓ ＣＮＤＥｘｔｒｕｄｅＦｅａｔｕｒｅ｛ 第１２期 友好地终止，以及在终止发生之前的所有数据都会 被可靠地传递。 ／／拉伸特征类定义 采用Ａｇｅｎｔ作为系统的组成单元，这种协同环 境的构造方法可以很好地满足系统分布要求。如前 面系统功能描述的，整个网络中存在一个服务器， 也就是存在一个ＣＣＡ的Ａｇｅｎｔ。该Ａｇｅｎｔ负责对整 个项目的活动进行协调，实现过程规划和控制、冲 突协调和资源组织。每台计算机都建立ＭＡＡ，它是 协作者，是异构ＣＡＤ之间联系的桥梁。ＣＡＤ是主进 程，负责模型的设计，ＭＡＡ接收网络用户的各 ｔｙｐｅ ＥｘｔｒｕｄｅＴｙｐｅ；／／拉伸方式。 ＣＮＤＲｅｆＰＩａｎｅ ｍＲｅｆＰ１ａｎｅ； ／／参考面。 Ｅｘｔｒｕｄｅ—＿ＣＮＤＳｋｅｔｃｈ ｍ＿Ｓｋｅｔｃｈ； —／／拉伸草图。 ＣＮＤＲｅｆＤｉｒｅｃｔｉｏｎ ｍＲｅｆＤｉｒｅｃｔｉｏｎ１； ／／拉伸方向１。（草图所在平面的正法矢方向） Ｅｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｘｔｒｕｄｅ ＥｎｄＣｏｎｄｉｔｉｏｎ１； ——／／在方向１上的拉伸终止条件。 Ｄｏｕｂ１ｅ ｍ＿ｄＤｅｅｐ１； ／／沿拉伸方向ｌ上 种信息，在自己的进程里处理各种协同的消息，并 的拉伸距离。（草图所在平面的负法矢方向） 在适当的时候通知主进程，传递模型。这样的结构 ＣＮＤＲｅｆＤｉｒｅｃｔｉｏｎ ｍ＿ＲｅｆＤｉｒｅｃｔｉｏｎ２；／／拉伸方向２。 使用户可以进行自己的操作，又可以及时与协作者 Ｅｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ——ｅｘｔｒｕｄｅ ＥｎｄＣｏｎｄｉｔｉｏｎ２；／／在方向 联系。 ２上的拉伸终止条件 ４ 应用实例 Ｄｏｕｂｌｅ ｍ—ｄＤｅｅｐ２； ／／沿拉伸方向２上的拉伸距离。 本文应用特征数据交换方式，通过Ａｇｅｎｔ的消 ） 息通信，在Ｉｎｖｅｎｔｏｒ８．０和Ｓｏ１ｉｄＷｏｒｋＳ ２００４这两 不同的ＣＡＤ可以根据其特征信息调用ＡＰＩ重建 种ＣＡＤ工具间进行协同设计。 模型。 Ｉｎｖｅｎｔｏｒ ＡＰＩ和ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ ＡＰＩ都是基于组 在协同设计过程中。协同用户间的沟通交流是 件对象模型（ＣＯＭ），这种接口为大多数流行语言所 通过各Ａｇｅｎｔ间的消息通信来完成的。笔者使用了 支持。它提供所有语言一致的编程接口，且可在不 成熟的软件模块ＪＡＴＬｉｔｅ ’来进行开发。ＪＡＴＬｉｔｅ是 同版本间保持代码的兼容性。Ｉｎｖｅｎｔｏｒ ＡＰＩ和 分层的Ａｇｅｎｔ模板库。提供Ｊａｖａ源代码，它为Ａｇｅｎｔ ８ｏｌｉｄＷｏｒｋｓ ＡＰＩ均包含产品的大部分功能。而且是 的开发提供了高起点平台。消息是协同设计系统的 读写访问。插件是一种特殊类型的程序，在系统启 基本通信单元。Ａｇｅｎｔ之间是使用ＫＱＭＬ语言来通信 动时可以自动加载，可以创建新的命令，可以访问 的，协同工具间使用原语进行交互，为保证规范性， 和使用ＡＰＩ。 使用ＸＭＬ来表示原语。 在两个不同的ＣＡＤ系统上协同设计，首先定义 下面开始Ｉｎｖｅｎｔｏｒ与Ｓｏ１ｉｄＷｏｒｋｓ之间的协同 两系统的造型功能映射集合。在造型功能映射集合 工作。通过一系列不同工具完成的拉伸、打孔、旋 中，造型功能和实现方法是一对多的关系。两个系 转及倒角等操作，一个简单的零件协同设计完成， 统如果没有直接对应的方法。可以通过其他途径来 如图３所示。 实现。比如Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ中的ｕｐ ｔｏ Ｖｅｒｔｅｘ，可以 利用Ｉｎｖｅｎｔｏｒ中的ＤｉｓｔａｎｃｅＥｘｔｅｎｔ方法来实现。 通过上述处理，就建立起两系统间的造型功能映射 集合。 异构ＣＡＤ系统之间的协同以功能模型作为交流 单位，包含若干特征信息。在Ｉｎｖｅｎｔｏｒ中，访问浏 览器中的特征树不能直接得到特征历史信息，如果 需要可以激活零件，并在零件的特征数组中得到特 征数据。特征数组中各特征项的排列刚好和特征树 的排列顺序是相同的，由此可以同时得到历史信息。 对于不同于Ｉｎｖｅｎｔｏｒ的系统。也可以通过特征抑制 和解除得到特征历史信息。大部分ＣＡＤ系统都提供 了特征抑制和解除抑制功能。信息的记录是采用面 向对象的方法进行储存，面向对象结构对每一特征 都提供了详细的记录。比如拉伸特征的定义： 曼垡ｌｉ∞●■融一■日 曼＝ 竺！：唑 ．１９Ｏ－ 维普资讯 http://www.cqvip.com
２００６年ｌ２月 农机化研究 第ｌ２期 不过。作为一种新的异构协同设计的思路，它在特 征、功能、历史造型等高层语义上实现共享，能很 好地传达设计意图。值得深入去研究。 参考文献： ［１］ 高曙明，何发智．分布式协同设计技术综述［Ｊ］．计 算机辅助设计与图形学学报，２００４（２）：２一ｌ０． ［２］ｔｔｕａｎｇ ＧｅｏＴ‘ｇｅ Ｑ．Ｗｅｂ—ｂａｓｅｄ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ Ｃｏｌ ｌａ— ｂｏｒａｔｉｖｅ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ ｉｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，２００２，４８：７１—８８． ｉ竺Ｉ ●●。 ！！！苎 ｛菌！！苎竺！ Ｉ 一 ［３］ 张 程，王 云莉，肖田元．分布式实时协同设计环境 圈 ３ Ｉｎｖｅｎｔｏｒ与Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ协同设计出的零件 的研究［Ｊ］．计算机工程与应用，２００２（１４）：６１—６３． ５ 结束语 ［４］ＩＳＯ １０３０３—２２，Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒ’ａｔｉ０ｎ——Ｐｒ０ｄｕｃｔ Ｄａｔａ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ 异构ＣＡＤ系统的协同设计作为协同设计的一个 ａｎｄ Ｅｘｃｈａｎｇｅ－－Ｐａｒｔ ２２，Ｉｍｐｌ ｅｍｅｎｔａｔ ｉ ｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ： 重要方面，一直没有突破性进展，因而有广阔的应 Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｄａｔａ Ａｃｃｅｓｓ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉ— 用背景和研究价值。本文利用基于特征数据交换的 ｏｎ［Ｓ］． 思想。实现Ｉｎｖｅｎｔｏｒ与Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ系统之间的协 ［５］ 白丽娜，唐刚斗．基于多Ａｇｅｎｔ的协同工作环境的 同设计。从效果上看。这种方法具备可行性。但系 实现［Ｊ］．系统工程与电子技术，２００３（１２）：８５—８８． 统还需逐步完善，它需要为每个ＣＡＤ系统编写插件； ［６］ 常智勇。莫蓉，杨海成．基于Ａｇｅｎｔ的网络协同设 另外还有质量分析等工作，有待进一步加强工作。 计系统［Ｊ］，计算机工程与设计，２００５（１）：２卜２３． ＨｅｔｅｒＯｇｅｎｅＯｕｓ ＣＯｎａｂＯｒａｔｉＶｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｉｓｏｍｅｒｉｃ ＣＡＤ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｄａｔａ Ｅｘｃｈａｎｇｅ ＸＩ Ｙａｎ，ＰＥＮＧ Ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｓａｎ．ｙｕａｎ，ＹＥ Ｘｉｕ．ｚｉ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ ＣＡＤ＆Ｃ Ｇ’Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３ ｌ ００２７，．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｄａｔａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｂａｓｅ ｆｏｒ ａ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ． Ａ ｎｅｗ ｆｅａｔｕｒｅ－ｂａｓｅｄ ＣＡＤ ｄａｔａ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｐｒ—ｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍａｐｐｉｎｇ ｏｆ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｓｅｔ．Ｔｈｉｓ ａｐｐｒｏａｃｈ ｅｎｓｕｒｅｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄａｔａ ｅｘｃｈａｎｇｅ ａｍｏｎｇ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ＣＡＤ ｓｙｓｔｅｍｓ，ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｌｅｖｅｌ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎｔｅｎｔ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｅｒ ｉｓ ｒｅｓｅｒｖｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄｓ ａ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅ－ｂａｓｅｄ ＣＡＤ ｄａｔａ ｅｘｃｈａｎｇｅ．Ｓｏｍｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｓｈａｒｉｎｇ，ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｇｅｎｔ ａｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｌａｓｔｌｙ，．ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｄｅｓｉｇｎ－ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｉｓｏｍｅｒｉｃ ＣＡＤ；ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｅｄ ｄｅｓｉｇｎ；ｆｅａｔｕｒｅ－ｂａｓｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｄａｔａ ｅｘｃｈａｎｇｅ； Ａｇｅｎｔ １９１
