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1、CAD/CAM基础理论与应用,机械工程及其自动化一级学科 硕士生学位课,第4章 计算机辅助产品设计方法_协同设计,CAD/CAM研究室,本章学习要点,掌握协同设计的基本概念,计算机辅助产品协同设计的关键技术,案例,计算机辅助产品协同设计环境的实现,5 计算机辅助协同设计,5.2 计算机辅助产品协同设计的关键技术,5.3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,5.1 协同设计的概念,5.4 应用,产品协同设计的定义,产品协同设计是指两个或两个以上来自不同或相同专业领域的人员，通过一定的信息交换和相互协同机制，分别完成各自的产品设计协作任务，以实现共同的产品设计目标；是CSCW理论在产品设计中应用的直
2、接体现,产品协同设计的实质,通过交换、共享关于产品设计的信息与知识，从而提高产品设计过程中决策的正确率，减少返工次数，加速决策过程，进而提高设计效率,5.1 协同设计的概念,协同设计实例（阀心工艺设计）,5.1 协同设计的概念,数控机床的协同设计与管理,5.1 协同设计的概念,协同管理：订单管理、项目计划、产品修改和发布,概念设计与整体设计,协同设计概念与方案设计、详细设计与出图,数控机床,产品协同设计活动链建模,产品设计活动链调度与管理工具,产品设计同步、异步CAD协同工具集,产品协同设计基础信息框架,产品协同设计的主要研究内容,5.1 协同设计的概念,产品开发需求分析,产品功能设计,产品方
3、案设计,产品结构配置设计,产品详细设计,产品工艺设计,产品制造,需求分析报告,产品功能表,产品方案及原理图,装配图及BOM,零件图及文档,产品协同设计的内涵,5.1 协同设计的概念,底层人员之间的协同：同等制,设计小组会审：主从制,设计项目会审：主从制,一个产品的设计可归纳为一个项目的实施；项目由负责人总控；若干个小组分别负责相关部分,产品协同设计要解决什么问题？,产品设计不仅要满足市场需求、功能性、成本性，而且要满足可制造性、可装配性、可维护性、生态适应性等。很多问题设计人员本身无法解决，这就要求设计人员在设计阶段与相关人员（如工艺人员、市场销售人员、售后服务人员进行协同！,一个大的项目会划
4、分成若干个子项目实施，这就要求设计人员本身之间必须协同工作,产品协同设计的体现形式,内涵就是考虑各种可能因素，使所设计的产品满足市场需求、低成本、高质量、短生产周期,产品协同设计的内涵,5.1 协同设计的概念,5.1 协同设计的概念,网络化产品协同设计制造平台,2 协同设计的关键技术,2.1 协同设计链建模,从产品设计流程的角度看，要实现各个设计阶段的结果输出，必须依赖于一组设计任务；而根据项目的复杂性，该组任务划分有多解；因此，可将每个设计任务形式化定义为一个活动,在每一个设计任务（活动）中，反复再设计逻辑在产品设计过程中占据重要地位。再设计的主要依据来自DFX中的X性能相关的评价。因此，一
5、个设计任务可由“设计”-“协同”-“再设计”循环完成。可将循环体定义为子活动,完成再设计循环的一个子活动，需要一系列的工作步骤。因此，可将每个子活动的一个工作步骤定义为一个操作,完成每个设计阶段任务的活动链的骨架能根据产品设计通用流程加以规定。因此，可将这类活动定义为预定义活动,在执行预定义活动中，当出现需求，必须能随即插入某些额外的任务。因此，对应这类任务定义为随机活动,产品协同设计链的思路与相关概念的由来,2 协同设计的关键技术,2.1 协同设计链建模,产品不同制造阶段的BOM信息,2 协同设计的关键技术,2.1 协同设计链建模,C,产品协同设计的活动链,对应于一个子活动的操作序列,基于再
6、设计逻辑的子活动循环,对应于一般设计流程的活动序列,由预定义活动 构成的与或图,由随机活动构 成的或图,由辅助活动构 成的与或图,活动空间,根据设计流程形式化预定义活动,根据设计流程和特征形式化随机活动,根据系统注册等形式化辅助活动,2 协同设计的关键技术,2.1 协同设计链建模,活动空间的建立,2 协同设计的关键技术,协同设计链建模的方法 结构化分析方法,2.1 协同设计链建模,2 协同设计的关键技术,协同设计链建模的方法 IDEF系列方法,2.1 协同设计链建模,生产过程中的IDEF0图,递阶分解结构,IDEF0的基本结构,2 协同设计的关键技术,协同设计链建模的方法 Petri网 经典的
7、Petri网是简单的过程模型，由两种节点：库所和变迁，有向弧，以及令牌等元素组成的,2.1 协同设计链建模,一个Petri网的例子,2 协同设计的关键技术,协同设计链建模的方法 UML活动图,2.1 协同设计链建模,2 协同设计的关键技术,2.2计算机支持的协同工作（CSCW）,CSCW的基本概念,CSCW（Computer Supported Cooperative Work）的概念是MIT的Irene Grief和DEC的Paul Cashman于1984年提出,CSCW的定义可从两个层面理解：,从方法学层面上看，一组在时间和空间上分散的人员通过一个具备“虚拟面对面（Virtual fac
8、e to face）”和“所见即所得（What you see is what I see）”特性的工作空间来实现同步或异步式共同工作的方法,从技术实现层面上看，CSCW是一个利用计算机技术、网络与通信技术、多媒体技术以及人机接口技术将时间上间隔、空间上分布的人员组织在一起来共同完成某项工作的分布式计算机环境,2 协同设计的关键技术,CSCW系统的分类,时空性为CSCW系统分类的关键。基于异地同步模式和异地异步模式的CSCW系统为实现协同设计两个关键支撑技术,2 协同设计的关键技术,CSCW系统的基本操作功能,协同会话,协同浏览,协同文本编辑,协同绘图,协同查询,2 协同设计的关键技术,CSC
9、W系统实现的关键技术,虚拟工作空间的构建,当协同参与者就某方面的问题进行“人对人”协同工作时，采用面对面的工作模式。此过程中的协同操作在一个实际存在的物理空间里进行,而当采用CSCW理念进行协同工作时，协同空间为基于多媒体可视化技术在一组基于网络的计算机上实现的一个虚拟空间，协同参与者通过该虚拟空间完成协同操作任务、交换并共享各种信息,2 协同设计的关键技术,CSCW系统实现的关键技术,虚拟工作空间的构建,物理协同工作空间,Internet/ Intranet,多媒体可视化技术虚拟协同工作空间,等价,2 协同设计的关键技术,CSCW系统实现的关键技术,虚拟工作空间的构建,从表象特征看，虚拟工作
10、空间由通过网络联接的一些显示与操作设备如计算机屏幕、投影设备、虚拟现实设备等呈现,从系统开发的角度看，该空间为多媒体空间，且包括：,文本和图形工作区：以电子白板、BBS、Chatting文本流、目录服务等体现,音频缓存、中继站与通道：以用户界面中的音频按钮菜单体现,视频缓存、中继站与通道：以用户界面中的视频窗口、按钮等体现,虚拟程序运行区：提供虚拟目录服务及利用其进行远程程序调用的操作空间,2 协同设计的关键技术,CSCW系统实现的关键技术,CSCW中的协同控制方法,操作权限控制和转移：主持人控制法和自由操作控制法,协同操作冲突的消解策略：中断策略、顺序策略、重要度策略等,2 协同设计的关键技
11、术,CSCW系统实现的关键技术,协同过程链的建立,从拓扑形态看，过程链定义为由节点和节点联接关系构成的一种具有动态与非线性特征的有向图,协同过程链用于对协同过程涉及的相关活动的控制和导航,协同过程链中的节点被定义为领域相关的协同任务，而联接关系则指明任务的执行顺序,建模方法：活动网络图，Petri网，与或图等,体系架构,2 协同设计的关键技术,2.3 基于无线手持设备的协同技术,关键技术与实例,协同感知 协同感知理论渗透到包括过程管理，协同工具集，以及协同决策系统中，因此研究协同感知的实现是首要问题 所谓协同感知，是指了解他人的活动，这些活动为自己的活动提供上下文的场景,包括行为感知、有效性感
12、知、环境感知等等 设计过程中，协同节点的主持人感知各协同参与人员的协同状态除了主动感知，即在系统中刷新协同人员的状态 该方式不能实时的感知到协同人员的状态变化 另一种方式是协同参与人员通过协同终端通知节点主持人状态的更新 该方式的主持人处于信息的被动接收的状态,2 协同设计的关键技术,2.3 基于无线手持设备的协同技术,基于无线协同设计的过程建模与管理,协同节点配置,添加前驱,查看信息,编辑信息,添加角色,2 协同设计的关键技术,2.3 基于无线手持设备的协同技术,电子白板,绘制区域,打开通信端口,绘图工具栏,消息栏,绘图工具栏以及消息栏,2.3 基于无线手持设备的协同技术,2 协同设计的关键
13、技术,基于SVG的CAD图形图像的轻量化显示与协同浏览,SVG定义:可缩放的二维矢量图形，可分为：SVG，SVGB，SVGT几种类型 SVG的优点：以XML表示数据，无限的无损缩放，轻量级图形转换为SVG格式能节省空间 SVG的缺点：目前版本的IE浏览器对SVG的支持不够、需要安装第三方的插件,2.3 基于无线手持设备的协同技术,2 协同设计的关键技术,基于SVG的CAD图形图像的轻量化显示与协同浏览,47k 800% JPEG,50% dwg,60k 800% SVG,2.3 基于无线手持设备的协同技术,2 协同设计的关键技术,基于SVG的CAD图形图像的轻量化显示与协同浏览,PC端的SVG
14、图形浏览,PDA端的SVG图形浏览,SmartPhone端的SVG图形浏览,2.3 基于无线手持设备的协同技术,2 协同设计的关键技术,Chatting、BBS等文本交流技术,2 协同设计的关键技术,2.3 基于无线手持设备的协同技术,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,IP型远程电视会议系统：,各自在本地机运行视频会议工具，键入 IP地址，在两个工具间建立连接,启动白板、在线讨论等工具执行 产品协同设计任务,远程视频会议系统出现本地及远 程用户视频信息,当视频会议结束，关闭IP连接及 程序,基本运行流程：,主要产品：,微软的Netm
15、eeting视频会议系统,VCON的IP视频会议系统,视频会议及协同工具简介,协同任务提出者Guanghui Zhou,协同任务参与者赵刚,各自在本地机运行Netmeeting视频会议工具，Zhou和赵刚分别键入IP地址，在两个工具间建立连接,例1：无设计过程链支持的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,双方启动白板工具， Zhou将夹具图转换成bmp图，并粘贴到白板上,例1：无设计过程链支持的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,赵刚看到同步的白板显示,例1
16、：无设计过程链支持的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,例1：无设计过程链支持的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,Zhou看到同步的白板显示,例1：无设计过程链支持的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,文件名： 图编号：,Zhou与赵刚根据白板中的夹具图，继续讨论夹具公差设置是否能满足装夹的要求？,双方启动chat工具， Zhou首先输入相关信息，赵刚应答：,例2：基于设计过程链的协同
17、实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,活动链模型片段及相应的操作步骤：,“设计”子活动名称：完成连杆零件细节设计,“协同”子活动名称：用RP制造出连杆零件原型，与相关件组装进行功能测试,该协同的操作步骤如下图所示：,例2：基于设计过程链的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,由屏幕拷贝串联起来的操作步骤,例2：基于设计过程链的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,浏览来自CAD系统的连杆件图形,例
18、2：基于设计过程链的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,与RP工程师讨论可制造性,例2：基于设计过程链的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,用FTP将待造零件的STL文件上载,例2：基于设计过程链的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,用Web程序层切待造零件的STL文件,例2：基于设计过程链的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,用Web程序监视零件加工过程,例2：基于设计过程链的协同实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.1 利用已有单用户程序及组工作逻辑的协同产品设计技术,使用远程视频的原型零件的功能性评价,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.3 基于Web的3D-CAD同步远程协同产品设计的实现,主轴零件设计的基于活动的过程链模型及可制造性在线讨论,3D协同CAD系统实例,3 计算机辅助产品协同设计环境的实现,3.3 基于Web的3D-CAD同步远程协同产品设计的实现,从产品结构配置（产品树）进行协同设计浏览,3D协同CAD系统实例,