基于网络支持的协同设计系统研究与实现

　　网络支持的协同设计(Network Supported Collaborative Design，NSCD)是计算机支持的协同工作(Computer Supported Co-operative Work，CSCW)研究的一个分支，它融合通信技术、计算机技术和网络技术，采用并行工程的思想方法，使处于分散的一个群体借助相关技术，共同协调和协作来完成一项任务，从而大大提高生产效率，在制造业中有着广泛的发展前景。

　　当前协同系统有两类协作框架，即透明协作Collaboration-transparent)和明确协作(Collaboration-aware)。

　　针对目前大多数企业使用AutoCAD作为设计软件。以Au-toCAD2002为原型，以Teamcenter为协同设计平台，提出了一种基于AutoCAD图形数据交换的协同设计思想，并开发出了SCADS(Synchronization Collaborative AutoCAD Design System)协同设计系统。

　　1 SCADS协同设计系统的总体结构

　　SCADS协同设计系统由CAD系统模块、数据处理模块、网络处理模块和辅助模块组成。CAD系统模块由数据库监视模块、编辑功能监视模块、对数据库执行操作模块和执行编辑功能模块组成，数据处理模块由编码模块和解码模块组成，网络处理模块由发送数据模块和接收数据模块组成，辅助模块由文字沟通模块组成。在SCADS系统中，各协同设计者在AutoCAD环境中进行的操作都会被系统监控，并将其中变化了的增量数据，通过网络传递给其它协同设计者，从而达到实时协同设计的目的。由于采用了动态数据交换机制，SCADS协同设计系统较好地实现了网络实时协同设计。SCADS协同设计系统总体结构，如图1所示。协同登陆界面，如图2所示。

　　图1 SCADS协同设计系统的总体结构

　　图2 SCADS协同设计系统登陆界面

　　2 SCADS协同设计系统的工作原理

　　AutoCAD是一个开放的平台，提供的二次开发工具有Au-toLisp，ObjectARX，VisualLisp等，其中，尤以ObjectARX开发包的功能最为强大。

　　系统实现实时协同方式的原理为：利用ObjectARX提供的数据库反应器类来监视AutoCAD内部数据库，并对数据库的添加、修改、删除等操作自动做出响应，然后利用vc++6.0的socket编程原理来将本地获得的数据传送到异地，并在异地的AutoCAD平台上还原数据，恢复图形。

　　将人人交互通讯/协作模块和原来的应用模块结合起来，构造所需的协作功能，又能复用单用户程序的各种应用功能。其方法为CAD内核中增加了通迅/协作编程。其基本原理，如图3所示。

　　图3 SCADS协同设计系统实时协同的原理

　　其中，通讯/协作编程是建立在对现有的CAD资源更深层次的操作上，即必须要求能够通过通讯编程手段直接深入到现有CAD系统的图形数据库的内核上。这样不但使其具有了协作性能，而且保留了原有CAD的强大图形编辑功能。

　　3 SCADS协同设计系统的实现

　　在SCADS系统中，通过CAD监控模块完成实时数据提取功能。程序中主要使用了ObjecARX中的两类反应器：数据库反应器和编辑反应器。其中数据库反应器主要负责对AutoCAD数据库中发生的事件实时监控，例如实体对象的添加、修改、删除、镜像、拷贝等。编辑反应器主要负责对其它一些操作监控，如用户命令事件、数据库文档事件、写块事件和克隆事件等。实现过程大体历经触发、传输、和接受三个阶段。

　　3.1 触发

　　这个阶段从数据库反映器对象捕捉到AutoCAD图形数据库动作并触发反应事件开始。先获取新增实体的结果缓冲区链表，然后对结果缓冲区链表的每个节点执行编码操作，生成一种自定义的字符数组结构。触发要经历两个过程：添加数据库反应器，获得实体名和实体句柄(图略)。当AutoCAD成功的添加了数据库反应器后，再次在AutoCAD进行实体编辑时，则数据库反应器自动提取出了所做实体编辑的句柄号、ID号及所存数据库。

　　3.2 传输

　　在网络结构上，SCADS采取的是改进的客户机/服务器模式。这种模式下服务器并不存储所有数据，而是只负责实时转发和智能筛选，避免了传统C/S模式下数据集中于服务器而造成的服务器负担过重产生的拥堵现象。数据分布在所有客户机上，最大限度上避免了读写信息的延迟。

　　利用visualC++6.0的Socket来编程实现通讯协议的。在数据通信中，不管客户端还是服务器端，发送数据是主动的，而接收数据总是被动的。在Visual C++6.0中提供了Socket类：提供了监听函数Listen()，服务器端建立一个监听Socket，即自动创建一个监听线程，随时监听是否有客户端的连接请求，在监听Socket上建立消息相应函数OnAccept()，接收客户端的连接请求。服务器为每一个客户端请求建立一个Socket，以便并行处理客户端的数据通讯请求。服务器端为了接收客户端的数据，在为客户端建立的Socket上建立消息响应函数OnReceive()，用来接收数据。客户端为了接收服务器端的数据，则在连接的Socket上，建立一个消息响应函数OnReceive()，用来接收数据。

　　3.3 接收

　　接收是触发的逆过程，执行的是解码。我们主要定义了ChatUneAdd()，ChatLineEdit ()，ChatLineDel()，等函数来接受发送过来的数据。

　　3.4 SCADS系统与AutoCAD的融合

　　将我们所开发的SCADS系统融合到AutoCAD中。此时AutoCAD可以作为传统的CAD使用。当需要协同设计时，则点击菜单栏中河北工业大学SCADS系统或工具栏按钮进入协同设计界面，开始协同设计。还可通过聊天交流模块进行文字交流达到协同设计。SCADS融合到AutoCAD后的界面(图略)。

　　3.5 SCADS系统的实时通讯模块

　　系统采用面向对象的系统模型，采用VC++6.0这个可视化开发工具进行编码，使整个软件系统的结构变得更加灵活。实时通讯模块采用聊天的形式来实现(图略)。

　　3.6 系统的软件实现

　　系统的程序框图，如图4所示。

　　图4 系统程序框图

　　下面以添加椭圆(ellipse)为例来说明上面这个过程。本代码省略了变量定义、指针定义及指针关闭等辅助代码。

　　if(TYPE-ELLIPSE EQ nType)

　　{AcDbEllipse *pEllipse=static cast(pEnt);

　　message.Add(TYPEesELLIPSE);

　　AddPoint(message，pEllipse->center());

　　Add Vector(message，pEllipse->normal());

　　AddVector(message，pEllipse->majorAxis());

　　message.Add(pEllipse->radiusRatio());

　　message.Add(pEll ipse->startAngle());

　　message.Add(pEllipse->endAngle());}

　　message.SetAt(0，nReaICount);

　　g_client.SendMessageToServer( message);

　　if(TYPE_ELLIPSE EQ nType) {

　　GetPoint(message，center,index);

　　GetVector(message，normal, index);

　　GetVector(message，majorAxis, index);

　　message.GetAt(index++，radiusRatio);

　　message.GetAt(index++，startAngle);

　　message.GetAt (index++，endAngle);

　　pEntityAdd=new AcDbEllipe(center，normal，majorAxis，radiusRatio，

　　startAngle, endAngle ); }

　　es=aeDocManagerPtr()一>lockDocument(g-pDoc);

　　es=pBlockTable->getAt(ACDB_MODEL-SPACE, pBlockTableRecord,

　　ACDb：： kForWrite);

　　es--pBlockTableRecord->appendAeDbEntity(1 ineId, pEntityAdd) ;

　　es=acDocManagerPtr()一>unlockDocument(g-pDoc);

　　pEntityAdd->getAcDbHandle(localHand 1e);

　　arrayLocal.Add(localHandle);

　　arrayRemote.Add(remoteHhandle);}

　　4 应用实例

　　设计者甲和乙使用SCADS系统进行直角坐标压盖机器人的

　　协同设计和并发控制情况，如图5，图6所示。

　　图5 设计者甲端的显示

　　图6 设计者乙端的显示

　　5 结论

　　提出的SCADS协同设计系统，提出了一种协作性能与应用功能相结合的协作框架。

　　将当前CSCW系统在协作性能方面的长处和传统CAD系统在图形处理方面的优势有机地统一起来，直接支持事实上的工业标准的矢量图形的协同设计。通过直角坐标压盖机器人的协同设计实例验证了SCADS系统的正确性和可行性。

　　SCADS协同设计系统是一个开放性的协作框架，有很好的商业和工程应用前景。为中小企业实现异地设计和异地制造提供了很好的技术支持。