ASP模式的机械产品分布式协同设计的研究

摘要以钣金展开设计系统为研究对象，研究了ASP的运行模式和分布式协同设计的相关理论 。 以 . NET平台为开发环境，从系统基础结构、相关使能技术等方面阐述了对钣金展开设计系统的开发方法 。 该项目的研究将对CAD系统结构的进化起推进作用 。

1 概述

ASP(Application Service Provider) 是指在 Internet 上配置、租赁和管理商业应用软件，为商业企业或单个顾客提供应用软件服务的公司。用户将与业务相关的应用委托给服务商，由它来保证这些业务的平滑运作，负责应用程序的建立、维护与升级，对应用系统进行管理等。目前，中国的 ASP 企业还处在初始阶段，客户类型和规模暂时以大客户为主，主要提供域名注册、主机托管、办公自动化、客户关系管理等服务，其中能够提供 CAD ， PDM 等服务的大约仅占 5.88 ％，能针对企业所需提供技术服务的更少心。

分布式协同设计是指在不同地点的设计小组之间的协作，它涉及到协同工作环境、分布式数据库管理和数据传输等一系列问题。分布式协同设计系统的主要任务是在网络环境下将自己的设计过程展现给其他设计成员，各设计者可以针对该设计不时发表自己的意见和进行讨论。

中小型企业在设计能力、软件开发和 IT 技术人员等方面的资源都非常有限， ASP 模式的机械产品分布式协同设计的 CAD 对它们来说非常适用。企业或单个客户以一种更简单、更安全的方式展开业务，对 ASP 和 CAD 软件应用开发来说无疑是一种更灵活、更进步的新模式。

2ASP 模式的分布式协同设计

2.1ASP 模式的特点

在 ASP 模式下，用户只要以一定的网络带宽保证数据传输速度，支付相应的费用就可以开展各种业务。 ASP 模式的主要特点是：

(1) 所有服务都是通过网络来执行。 ASP 模式的各种应用软件都是基于 Web 的分布式应用。

(2)ASP 应用服务平台具有针对性。它一般是根据企业客户的需求，为完成某种特定的业务而设计的，并提供完成和设置这种业务的有利环境。

(3)ASP 模式的分布式协同设计平台具有资源集成性。在该应用服务平台上，用户除了可以处理正常的业务需求外，还可以在用户权限许可的范围内，查找和利用与设计有关的信息资源，如行业产品信息、各种标准等。

(4)ASP 应根据客户的需求对应用进行更新升级和维护，配置和扩展应用软件，提供解决方案和培训等。

2 ． 2 分布式协同设计的关键技术

分布式协同产品设计涉及到客户、设计者、制造商和供应商等，从设计者和设计环境之间的交互中体现出来．设计可看作是一种活动，这种通过设计者和共享环境之间交互的活动就是协同设计过程。在分布式协同设计系统中，应恰当考虑和处理以下基本问题。

2 ． 2 ． 1 网络工程数据库

网络数据库是产品协同设计过程中信息存储和交换的关键。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访问通常有以下几种方案： CGI ， ISAPI ， NSAPI ， ADO 及 Java 等。目前，应用 .NET 平台开发的 Web 应用程序，访问数据库通常采用 ADO.NET 的方法，该方法简化了数据库操作，程序员可以通过程序进行数据的存取，减少了一些烦琐的配置过程，同时提高了程序的运行效率。

2 ． 2 ． 2 冲突检测及解决

在机械设计过程中，约束是需要处理的大量相互依赖和相互制约的关系。冲突是不同设计人员对同一对象的不同设计需求。协同设计就是协调约束、解决冲突的过程。图 1 所示为机械产品协同设计的冲突解决流程。

图 1  机械产品协同设计的冲突解决流程

冲突协调策略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，通过合理协调设计任务和共享信息，以减少或避免冲突发生。动态协调是当冲突产生之后，通过冲突检测发现冲突，并由冲突协调工具解决冲突．若冲突仍不能得到有效调节时，则需要人工协调的方法解决冲突。另外，在 .NET 平台中有安全与校验控件和相关机制，可以将冲突控制在发生之前。

2 ． 2 ． 3 远程操作技术

分布式协同设计中的远程操作可采用下面的方式来实现： COM ／ DCOM ， CORBA ／ Java ／ JavaScript ， ASP ／ Script ， ASP.NET ／高级编程语言 (VB.NET ， VC++.NET 和 C# 等 ) 。其中，第 4 种方法是开发 Web 应用程序和 Web 服务的新方法和手段。对于 CAD ， CAM 等服务器应用软件，可在程序中引用其封装类库，直接调用其类库和接口函数，通过 ASP.NET 与 VB.NET 编程对服务器应用软件远程调用，达到应用程序共享的目的。

2 ． 2 ． 4 分布式协同方式和工具

分布式协同方式主要有 Email 、文字交谈、语音交谈、影像交流、共享白板和应用程序等。常用的协同工具软件比较多，主要有 Microsoft Net Meeting ， Netscape Cool Talk 和 Web Phone 等。这些软件都可以在 Internet 上进行远程呼叫、语音交流和视频功能。本文主要利用 Net Meeting 及其开发工具 RtcApiSdk ，用户可在 Microsoft 网站上下载 API 函数和接口。

3 ASP 模式的应用实现

3 ． 1 系统功能

下面以基于 Web 的钣金展开协同设计系统为对象来讨论 ASP 模式的应用。钣金展开协同设计是基于钣金件特征展开的，即根据钣金加工中常用的钣金件特征，如三通管、弯头和封头等，利用参数进行展开设计，为钣金工排样、下料和加工提供技术依据。

ASP 服务过程实质上是信息的传递与处理过程。客户首先向 ASP 服务中心提出需求，该需求可以是钣金件订货或生产信息，也可以是产品开发或其他服务。需求经过登录、转换后形成项目，进入项目管理。根据项目要求，服务中心检索和调用相应资源，经过 ASP 服务中心完成相关需求处理。 ASP 模式的钣金展开设计服务流程如图 2 所示。

图 2 ASP 模式钣金展开设计服务流程

ASP 模式的钣金展开协同设计系统的基本功能主要体现在钣金展开设计、数据管理、冲突处理机制和协同方式 4 个方面 。

钣金展开设计是系统最主要的服务 。 用户提出需求， ASP 服务中心根据用户请求返回相应的展开设计表单 (Web 页面 ) ，用户选择设计对象，输入相应参数并执行展开计算，最后系统利用计算结果绘图，用户可以下载展开数据和图形文件 。

数据管理主要管理钣金展开计算结果、图形、客户信息和其他资源等 。 用户在请求钣金展开设计服务时，系统要求用户输入其客户信息以确定其使用和管理该系统的权限；同时要求用户输入展开计算的参数，展开计算后要产生大量的结果数据 。 所有这些数据信息都需要利用数据库存储和管理 。 如何有效地管理和利用这些数据信息是本系统是否可执 行的关键。

冲突处理主要是指在多用户的情况下，如何有效地处理和协调各用户使用该系统服务的问题 。 如在不同设计者对同一钣金对象进行展开设计时，系统应该能很好地处理进行操作的过程中出现的冲突 问题。

协同方式是指在设计交流时为用户之间交换信息提供同步和异步协同的各种工具，如 FTP ， Email 、电子 ( 音频和视频 ) 会议等，并记录设计和交流过程中产生的数据，以达到项目文档共享、网络资源共享和协同设计的目的 。

此外， ASP 模式的钣金远程设计系统可考虑通过 Internet 和局域网实现异地协同制造和监控 。 因此，可以把设计结果转换成数控代码，发送给异地的 NC 机床，实现异地加工 。 同样地，也可以接受生产现场送来的加工信息，远程监控加工过程，及时解决加工中出现的问题 。

3 ． 2   系统结构

根据 ASP 模式的钣金展开协同设计系统的服务过程和功能分析，本文提出如图 3 所示的体系结构 。

图 3 ASP 模式钣金展开设计系统结构

ASP 模式的钣金展开设计系统采用三层 B ／ S 结构，即客户层／应用层／数据层 。 用户在客户端通过浏览器开展各种业务，在客户端除安装浏览器 (Internet   Explorer 或 Netscape) 软件外，一般还要安装相应的控件、插件、多媒体、文件传输和 Email 等软件 。 大部分应用软件和服务管理软件安装在 ASP 的 W eb 服务器上 。 数据层在 ASP 服务过程中存取和管理用户操作的结果，包括计算数据和图形数据等 。 同时，数据层也是 ASP 数据中心中各种资源和信息的集散地，以保证各种 ASP 服务顺利、正确和畅通地执行 。 因此， ASP 应用层的 Web 服务器和数据层的数据库服务器通常采用多台服务器并行运行的方式 。

ASP 模式的钣金展开系统采用基于 Internet ／ Intranet 的 HTTP 和 SOAP(Simple   Object   Access   Protoc01) 协议通信 。 SOAP 属于服务调用协议，是 Web 服务体系中服务交互的基础架构 。 SOAP 信息中的数据完全采用 XML 格式，各个处理结点都能容易地理解由 SOAP 消息传达的语义信息，而且它能顺利地解决防火墙问题 。

在产品协同设计过程中，必须进行数据的交换，因此在钣金展开设计系统中采用数据总线方式通信 。 系统通过数据总线与外部进行通信，并通过它与其他应用系统连接，以实现更广泛的系统应用 。

3 ． 3   系统设计实现

3 ． 3 ． 1   远程钣金展开设计系统

ASP 模式的钣金展开应用系统架构于 .NET 平台，是采用 VB .NET ， ASP .NET ， SQLServer2000 数据库、 MDT6 的 ActiveX   Automation 、相关的插件、控件和视频工具软件等实现的 。 ASP 模式的钣金展开设计系统运行界面如图 4 所示 。

图 4 ASP 模式钣金展开协同设计

设计者首先要在系统的引导下注册和登录系统，然后向 ASP 服务中心提出钣金件展开设计请求， ASP 服务中心返回图 4 所示的钣金设计主界面 。 设计者在选择某一种钣金设计对象后，系统提示输入相应的展开设计参数，设计者就可以在系统的引导下完成钣金件的展开计算、绘制展开图和生成实体模型等操作 。 此外，设计者还可以存储和处理钣金件设计输入／输出参数和 CAD 图形文件等 。

当设计者协同设计时，他们有共享、协同、注释各种设计媒介的需求，设计者可用图片、语音、文字、 CAD 实体模型和视频来记录和相互通信 。 在利用 Net   Meeting 组织协同设计时，设计人员通过远程呼叫组织实时协同，当远程应答及安全认证后，设计人员之间就可以进行协同设计 。

设计任务可以在系统工作流中划分，并利用文件传输功能传输到各个被呼叫的设计者，各个设计者在自己的子任务中利用 ASP 提供的各种应用开始钣金件的设计 。 通过视频和音频设备，可将多媒体信息实时传递给参与协同工作的各个设计者，如果没有视频和音频设备，则只能接收其他设计者的多媒体信息，或者通过文本信息参与协同设计 。

此外，设计者通过共享自己的计算机屏幕或应用程序 ( 如 IE 等 ) ，使其他的设计者可以实时地看到自己的操作，也可以使用共享白板来同步表达设计者的各种设计意图，还可以通过电子邮件子系统或设计留言等方式传递和表达设计意图和经验，这样可大大提高在线设计效率 。

3 ． 3 ． 2   系统应用逻辑和数据访问

系统表示层是基于 ASP .NET 和 .NET 框架设计和运行的，开发人员只需进行简单的业务逻辑编程，而由 ASP .NET 基本结构负责通过 SOAP 传递服务 。 Web 表单是基于服务器端的动态页面技术，服务器端根据客户端请求和提交的信息，动态地生成与客户端浏览器类型无关的通用 HTML 页面 。

同时， Web 表单提供了一种将应用程序代码和用户界面内容分离的更加结构化的方法，使 ASP .NET 网页能动态地编译到受控类中以提高应用服务的性能 。 在数据层中，利用 ADO .NET 完成对数据库的访问 。 ADO .NET 包含了众多的类，程序员通过使用这些类来获得数据访问服务 。 为了将数据库连接和访问分离， ADO .NET 使用 D ataSet 和 D ataProvider 对象对数据库操作提供强有力的支持 。

ASP 模式的钣金展开设计中，利用 SQL   Server 作为数据库服务器，主要管理和存储系统中的各种数据信息，包括用户信息、钣金设计输入参数、输出结果、展开工程图档、实体模型、常用标准信息、手册资料、行业信息、客户留言等 。 当用户请求绘图时，应用 ADO .NET 技术，使系统从数据库中读取钣金展开计算参数和结果，通过 V B .NET 编程调用 MDT 的 ActiveX   Automation 库函数和接口激活 ASP 服务中心服务器上的 MD T 软件，分别绘制钣金件的展开图和三维实体模型 。 钣金展开图和三维实体模型以不同的文件格式保存在数据库服务器中，通过系统数据总线与其他应用共享数据 。 用户可以通过浏览器浏览钣金展开图和三维实体模型，同时也可以下载计算数据和图形文件 。

3 ． 3 ． 3   冲突协调

ASP 模式的钣金展开设计是基于 Web 的分布式设计系统，它不仅要保证单用户的设计正确和流畅，同时也要保证多用户使用的需要 。 一般单用户的情况下，系统是稳定的，但是当多个设计者对同一对象提出不同需求时，就可能产生设计冲突 。

. NET 框架提供了安全与校验控件和相关机制，数据库定义中各个字段对应的记录值也有相应的数据类型、范围等限制，当用户的输入或操作不符合系统要求时，系统会自动捕捉到错误，并将正确的操作提示给用户 。 同时，在系统数据管理方面也进行了全面的考虑，根据用户登录注册使用系统的权限和类型，为用户建立单独的实例，因此系统提供相应的知识规则管理，约束每位用户实例，使其操作的数据单独存储，相互之间互不影响 。 由于 .NET 框架支持高级语言的编译和调试功能，因此对于系统可能没有考虑到的动态冲突，可以利用 .NET 框架的 Exception 类提供的支持找到协调与解决方案 。

3 ． 3 ． 4   各种使能工具的应用

CAD 图形文件一般不能被 Web 浏览器直接显示和控制，但是可以利用相应的插件或将 CAD 文件转换为浏览器可以识别的中性文件格式 。 使用插件主要是使浏览器能够直接访问 CAD 文件 。 Volo   View   Express 插件可使用户利用浏览器观察、缩放、旋转、下载和打印 DWG ， DWF ， DXF 等图形文件 。 此外，因为本系统调用 M D T6 自动化服务器实现实体造型，所以在浏览器中利用 Volo   View   Express 显示 MDT 实体模型还必须在客户端安装 M DT 6 的对象使能器 。

Volo   View   Express 和 MDT6 对象使能器软件都是免费软件，在 Autodesk 公司的网站上提供下载 。

在不同 CAD 系统之间的数据交换是将 MDT 格式文件转换为数据交换标准文件格式 。 在微机和工作站上用于数据交换的图形文件标准主要有 DXF ， IGES 及 STEP 等 。 Autodesk 公司近来强调用二进制的 DWG 和网络上的 DWF 格式作为它的数据传输标准，但二者的格式都不公开，因此很难为其他 CAD 系统所利用 。御云网站： www.bjmes.cn

在线协同工具是利用 Microsoft 的 Net   Meeting 工具 。 在 Microsoft 网站上用户可以免费下载该软件及其相应的开发包文件 (API 和帮助文件 ) 。 应用该软件在局域网内进行远程呼叫和语音交互，并与相应的 Web 控件一起在系统内最终实现共享白扳和应用程序、语音视频交流、文字交谈、文件传输和电子邮件等功能 。 图 4 所示为利用该软件的协同设计过程 。

4   总结

ASP 模式的机械产品分布式协同设计是一种新型的 CAD 模式，它为用户和 CAD 开发商都找到了一种有效的需求和服务的方式 。 本文以钣金展开设计为对象，运用 ASP 和分布式协同设计的相关理论，较详细地叙述了该系统的设计过程和相关的使能技术．该系统的设计对于 CAD 技术的发展方向和建立区域性的分布式协同设计平台都有一定的理论和实践的参考价值 。