CN103413041A

CN103413041A - 一种基于复杂产品研制对象的协同感知系统构建方法

Info

Publication number: CN103413041A
Application number: CN2013103397776A
Authority: CN
Inventors: 赵罡; 杨学蕊; 王志佳; 陈畅宇; 关煜杰
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2013-08-06
Filing date: 2013-08-06
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-08-06
Also published as: CN103413041B

Abstract

一种基于复杂产品研制对象的协同感知系统构建方法，该方法有五大具体步骤：步骤一：系统架构选用B/S即浏览器/服务器Browser/Server网络结构；步骤二：分析复杂产品研制过程种涉及的元素及其关系，建立数据库表；步骤三：查找当前用户的协同感知信息；步骤四：感知结果的可视化显示；显示内容包括7个部分：当前操作模型、当前任务、当前任务流程图、对象图、总任务列表、其他任务和相关人员；步骤五：建立系统的运行机制。本发明将用户所关心的信息以适当的方式显示出来，为用户提供更方便简洁的用户界面，让用户可以专注于完成任务，提高协同工作效率。它在计算机支持的协同工作和复杂产品研制领域里具有广阔地应用前景。

Description

一种基于复杂产品研制对象的协同感知系统构建方法

技术领域

本发明涉及一种基于复杂产品研制对象的协同感知系统构建方法，具体是一种对协同工作中的感知信息的收集、描述、发布与呈现的方法。属于计算机支持的协同工作和复杂产品研制领域。

背景技术

复杂产品是研发成本高、规模大、技术复杂、单件或小批量生产的大型产品、系统或基础设施。复杂产品的复杂性不仅体现在庞大的系统化结构及尖端技术的应用中，也表现在复杂的组织与信息管理中。为了使来自不同学科专业的、不同文化背景的、处于不同地理位置的、担任不同角色的研制人员向着共同的目标快速迈进，计算机支持的协同工作（CSCW）在复杂产品研制领域的研究与应用值得关注。

在使用CSCW系统的过程中，用户需要感知自身所处的协同环境，即感知他人的活动，以便为自己的活动提供决策依据。在对协同感知进行进一步研究的过程中，协同感知模型被用于感知信息的收集、描述、发布与呈现，并为CSCW系统的搭建与应用提供重要的逻辑框架。典型的协同感知模型可以划分为基于空间的感知模型、基于工作空间的感知模型、基于角色的感知模型、基于事件的模型、基于可视化的模型等多种类型。其中，Benford提出的基于空间的模型对物体间的关系进行了深度的抽象，将感知解释为物体通过特定的媒介在一定范围内进行的相互作用；Gutwi在基于工作空间的感知模型中细致地梳理了用户在进行协同活动时的感知需求；国内学者对基于角色的感知模型进行了大量研究，建立了角色、任务、对象等要素之间的逻辑关系，并基于该关系对感知空间进行了描述；周伟胜提出的基于事件的感知模型将事件作为感知控制对象，并根据用户对事件的兴趣处理协同事件；刘晓平等提出的基于可视化的感知模型建立了感知对象与感知呈现模式之间的映射；詹永照等提出的工作空间感知处理模型把所有共享对象视为广义的空间场所，依据各场所的接近程度确定用户间的行为感知强度。在复杂产品研制方面，周安宁等研究了飞机研制中的协同感知模型，采用设计约束作为协同活动建立的基础，并在CAD系统中进行了实践验证，证明了协同感知在复杂成品研制中应用的必要性。

在复杂产品的研制过程中，协同活动具有数量多、规模大、角色关系复杂的特点，对服务于协同感知的应用系统形成了更多具有挑战性的功能需求。所以，能有效支持复杂产品研制的协同感知模型应符合下述描述：

（1）由于复杂产品研制中的协同活动发起及执行与项目及活动的组织方式紧密相关，故协同感知模型应该符合复杂产品研制的任务分配方式；

（2）协同感知模型需要在临时设计任务发起时告知发起人任务的影响范围，然后自动地搜索并通知所有相关人员该协同任务的内容和目标；

（3）面对数量庞大的协同活动，需要利用协同感知模型对协同活动进行排序，以便于用户识别并关注较为重要的协同活动及其信息；

（4）为了应对漫长研制周期中设计参与人员的岗位及角色更换，协同感知模型需要支持任务相关信息的回溯功能，帮助任务执行者快速了解任务所涉参数的设计历史和相关的协同历史。

目前，已有的模型不能完全满足复杂产品研制工作的需求，存在以下问题：

（1）基于空间和基于工作空间的感知模型缺乏模型要素之间具体的逻辑化结构定义方法，难以建立任务活动结构及其关系的描述；

（2）基于事件和基于可视化的感知模型缺乏对任务间关系的具体描述，不便于体现复杂产品研制项目任务结构；

（3）基于角色的感知模型要求项目符合“角色单一”及“活动单一”原则，限制了其在任务关系较复杂的项目工程中的应用；

（4）上述模型中的协同关系是在初始化时进行了设定，当临时发起针对特定感知对象的协同活动时，难以利用模型进行自动推理，得到完整的新活动影响范围。

发明内容

（1）目的：本发明的目的在于提供一种基于复杂产品研制对象的协同感知系统构建方法，以解决复杂产品研制过程中协同数量多、规模大、角色关系复杂而带来的信息理解不足的问题，将用户所关心的信息以适当的方式显示出来，为用户提供更方便简洁的用户界面，让用户可以专注于完成任务，提高协同工作效率。具体实现目标如下：

1）采用基于对象的方法对复杂产品研制过程中涉及的信息类型和关联进行定义，获取协同感知信息，帮助协同人员动态获得需要的信息，过滤无关信息；

2）动态生成可视化界面进行显示；

3）建立消息响应机制、动态建立对象约束、协同交流三种机制，帮助用户更好地在协同环境下完成工作

(2)技术方案

本发明为一种基于复杂产品研制对象的协同感知系统构建方法，其实施的基本步骤（见图1）如下：

步骤一：系统架构；

本系统选用B/S即浏览器/服务器(Browser/Server)网络结构，如图2所示，将应用分为表现层、功能层和数据层三个处理层次。表现层即用户界面，由基于Web浏览器的客户端组成，用户通过系统的Web应用界面与系统进行人机交互，完成数据的信息显示；功能层由Web服务器组成，主要负责业务逻辑处理，通过数据库接口组件访问数据层，提取显示信息，采用HTTP协议回应各客户端用户发送的请求，向用户生成客户端实际显示页面；数据层通过数据库服务器执行数据处理逻辑，为系统提供底层数据支持。

步骤二：分析复杂产品研制过程种涉及的元素及其关系，建立数据库表；

1）复杂产品研制过程中涉及的元素：对象集合OBJ、方法集合MET、角色集合ROL、成员集合USR、时间集合TIM、位置集合POS、目标集合TAR。

2）复杂产品研制过程中涉及的元素之间的关系：操作关系OPR、权限关系ACL、活动关系ACT、组织关系ORG、任务关系（非叶结点TASK_p和叶结点TASK_L）。

3）建立数据库表如图3所示：

a)USERS、ROLE、ORG、OPR、ACT、TASK、OBJ分别描述了用户、角色、组织、活动、任务和对象；

b)USER_ROLE、USER_ORG、ACT_REL、TASK_REL、OBJ_REL分别描述了用户与角色的关系、用户与组织的关系、活动之间的关系、任务之间的关系、对象之间的关系；

步骤三：查找当前用户的协同感知信息；

a)当前任务

用户登录系统时，可以获得用户的USER_ID，查找USER_ORG表，可以得到ORG_ID，再查找TASK表，找到ORG_ID相等且TASK_STATE＝“进行中”的任务，即为当前任务。

b)其他任务

与当前任务类似，区别在于其他任务是TASK_STATE≠“进行中”的任务。

c)当前任务流程图

通过当前任务的TASK_ID查找ACT表，得到一系列有序活动ACT集合，根据ACT_REL的定义，将这些ACT连接起来，成为有序图，即当前任务流程图。

d)总任务列表

通过当前任务的TASK_ID查找TASK_REL找到其祖先节点，并连带找出从祖先节点开始的一个树状结构的总任务列表图。

e)当前操作模型

通过当前任务的ACT集合查找ACT表，得到一系列操作OPR_ID，再查找OPR表得到对象集{OBJ_ID}，最后查找OBJ_REL表得到这些对象的共同父对象，即当前操作对象。

f)对象图

通过当前操作对象的OBJ_ID查找OBJ_REL找到其祖先节点集合，并连带找出从祖先节点集合开始的一个图状结构的对象图。

g)相关人员

通过e步骤中的对象集{OBJ_ID}以OPR‐ACT的顺序查找表，获得与当前操作对象相关的任务集合，再通过这些任务的TASK_ID以TASK‐USER_ORG的顺序查找表，获得与这些任务相关的用户集合，即与对象集{OBJ_ID}相关的相关人员；同理，还可以通过对象集{OBJ_ID}的兄弟对象、子对象、父对象、约束对象等查找到更多的相关人员。

步骤四：感知结果的可视化显示；

1）可视化显示过程。如图4所示：

a)将步骤三得到的协同感知信息，动态拼接成XML界面描述文件并存储到数据库

XML界面描述文件以PANEL(面板)为基本单位。一个PANEL描述代表了窗口内的一个页面显示，它即是一个容器，又是一个复合元素,一个PANEL可以作为另外一个PANEL的子元素出现。一个典型的界面结构如图5所示。PANEL包含1‐N个ELEMENT，一个ELEMENT节点对应于页面显示的一个控件。每个ELEMENT都可以注册自己的事件。

PANEL＝<ID,TITLE,TYPE,CSS,HANDLER>：其中，ID表示了一个面板的唯一存在；TITLE表示面板的标题；TYPE表示面板的类型；CSS表示面板的显示样式；HANDLER是事件处理接口的一个具体实现。

ELEMENT＝<ELEMENT_ID,ELEMENT_TYPE,ELEMENT_EVENT,ELEMENT_PROPTY>：其中，ELEMENT_ID是控件在面板中的唯一标志；ELEMENT_TYPE是控件类型；ELEMENT_EVENT表示控件所能触发的事件；ELEMENT_PROPTY定义了控件的属性。

b)通过界面解析器解析XML文件并调用界面库，得到多个面板

根据PANEL的TYPE和ELEMENT的ELEMENT_TYPE可以从界面库中调用相应的定义好的控件，再分别添加其他属性，得到多个可以在界面上显示的面板。

c)通过界面布局器生成最终界面

界面形式采用仿windows可拖动窗口显示方法，界面描述文件中的LAYOUT属性定义表示显示列数，再根据每个PANEL的CSS属性，确定显示样式。

d)当前用户和其他协同人员的操作都会对显示结果产生影响，系统可以记录显示结果，并将描述文件存储到数据库替换原来的描述文件。

2）可视化显示内容

显示内容包括7个部分：当前操作模型、当前任务、当前任务流程图、对象图、总任务列表、其他任务和相关人员。当前操作模型可以让用户在系统中对三维模型进行浏览、标注等；当前任务、流程图、其他任务可以帮助用户了解需要完成什么和如何完成；对象图和总任务列表可以让用户明确当前操作对象、当前任务分别在总的项目、总的对象中的位置和作用；相关人员可以让用户与协同人员进行及时交流。

步骤五：建立系统的运行机制；

1)消息响应机制。为了实现对协同信息的及时响应，本发明建立了消息响应机制，其原理如图6所示：

a）产生响应事件。具体涉及到两类事件：①协同人员1对对象发出动作，导致对象的状态发生变化，同时产生事件描述对象状态变化；②协同人员1完成任务，产生事件描述任务状态变化。

b）通过感知计算进行事件过滤，查找相关协同人员。①对于第一类事件，以步骤三查找相关人员的方法进行查找；②对于第二类事件，通过任务的TASK_ID查找TASK表得到ORG_ID，再查找USER_ORG表得到USER_ID；同理还可以通过完成任务的兄弟任务、子任务、父任务等查找到更多的相关人员。

c）其他协同人员感知事件。系统将事件描述信息发送给相关人员：某人在某时间（系统自动获取的时间）对某对象进行了某种操作/某人在某时间完成了某项任务。

2)系统的协同交流机制。在协同设计过程中，当协同人员之间需要进行交流时，可以采用三种方式：收发信息、共享资料、视频会议。本发明采用的协同交流机制如图7所示：

a）协同人员1发送信息，协同人员2查看信息

b）协同人员1上传资料，协同人员2下载资料

c）协同人员1发送会议申请，审核通过后系统自动给与会人员（协同人员1、2）发送信息，之后与会人员看到信息后在相应的时间进入视频会议模块进行交流。

(3)优点及有益效果

1.使用本发明的基于复杂产品研制对象的协同感知系统，可以帮助协同人员动态获得需要的信息，过滤无关信息，使协同人员可以更充分、更专心的完成协同任务；

2.相比较其它现有的协同感知系统，以对象之间的约束作为考察协同性存在的标准，更加符合系统工程要求，并保证所有协同需求均可被推理发现；

3.采用XML语言描述用户界面，可以使应用逻辑与用户界面分离，提高系统的可扩展性和可维护性。

附图说明

图1：本发明方法步骤流程图。

图2：系统B/S体系结构图。

图3：数据关系结构图。

图4：感知结果可视化显示过程图

图5：XML界面描述文件结构图

图6：系统的消息响应机制原理图

图7：系统的协同交流机制原理图

图8：实例的当前任务流程图

图9：实例的总任务列表图

图10：实例的对象图

图11：实例的数据及关系示意图

图中符号说明如下：

图8：task1‐task10表示任务的TASK_ID

图9：act1‐act5表示活动的ACT_ID

图10：A‐M表示对象的OBJ_ID

具体实施方式

本发明为一种基于复杂产品研制对象的协同感知系统构建方法，实例采用的数据及关系见图11（只显示了实例用到的数据，其它数据未显示），其实施的基本步骤（见图1）如下：

步骤一：系统架构；

本系统的Web浏览器使用IE，Web服务器使用tomcat7.0，数据库使用Oracle11i，开发工具使用Myeclipse8.6。图2是系统B/S体系结构图。

步骤二：分析复杂产品研制过程中涉及的元素及其关系，建立数据库表；

1）复杂产品研制过程种涉及的元素：对象集合OBJ、方法集合MET、角色集合ROL、成员集合USR、时间集合TIM、位置集合POS、目标集合TAR。

2）复杂产品研制过程中涉及的元素之间的关系：操作关系OPR、权限关系ACL、活动关系ACY、组织关系ORG、任务关系（非叶结点TASK_p和叶结点TASK_L）。

3）建立数据库表如图3所示：

b)USER_ROLE、USER_ORG、ACT_REL、TASK_REL、OBJ_REL分别描述了用户与角色的关系、用户与组织的关系、活动之间的关系、任务之间的关系、对象之间的关系

步骤三：查找当前用户的协同感知信息；

a)当前任务

当前用户的USER_ID设定为user1，查找USER_ORG表得到ORG_ID为org1，再查找TASK表得到ORG_ID＝“org1”且TASK_STATE＝“进行中”的任务task5。

b)其他任务

与当前任务类似，区别在于其他任务是TASK_STATE≠“进行中”的任务，得到task6。

c)当前任务流程图

通过task5查找ACT表得到一系列有序活动ACT集合{act1,act2,act3,act4,act5}，根据ACT_REL的定义，将这些ACT连接起来，成为有序图（见图8）。

d)总任务列表

通过task5查找TASK_REL得到其祖先节点task1，并连带找出从祖先节点开始的一个树状结构的总任务列表图（见图9）。

e)当前操作模型

通过{act1,act2,act3,act4,act5}集合查找ACT表得到操作OPR_ID的集合{opr1,opr2,opr3,opr4,opr5}，再查找OPR表得到对象OBJ_ID集合{F,G}，最后查找OBJ_REL表得到这些对象的共同父对象E。

f)对象图

通过E查找OBJ_REL得到其祖先节点集合{A,H}，并连带找出从祖先节点集合开始的一个图状结构的对象图（见图10）。

g)相关人员

通过{F,G}以OPR‐ACT的顺序查找表，获得与{F,G}相关的任务集合{task6,task7}，再以TASK‐USER_ORG的顺序查找表，获得与这些任务相关的用户集合{user2,user3}，即与当前操作对象相关的相关人员；同理，还可以通过{F,G}父对象E、互约束对象L等查找到更多的相关人员。

步骤四：感知结果的可视化显示；

1）可视化显示过程。如图4所示：

一个界面描述文件的具体结构如下：

b)通过界面解析器解析XML文件并调用界面库，得到多个面板

从界面库中调用ObjPortlet和tree控件，再相应的添加ID、TITLE、CSS和HANDLER属性，得到对象图面板；同理可得到其他面板。

c)通过界面布局器生成最终界面

界面显示列数为3，为对象图面板添加ObjStyle的CSS样式，同理为奇特面板添加样式。

d)用户在界面上修改界面显示列数为2，保存设置，则XML描述文件会覆盖之前的文件，下次登录时会显示为2列。

2）可视化显示内容

显示内容包括7个部分：当前操作模型、当前任务、当前任务流程图、对象图、总任务列表、其他任务和相关人员。图5是XML界面描述文件结构图。

步骤五：建立系统的运行机制；

1)消息响应机制（见图6）

a）产生响应事件。①user1修改对象F；②user1完成task5。

b）通过感知计算进行事件过滤，查找相关协同人员。①以步骤三查找相关人员的方法进行查找，得到相关人员集合{user2,user3}；②通过task5查找TASK表得到org1，再查找USER_ORG表得到{user2,user3}；同理还可以通过task5的兄弟任务task6、父任务task2等查找到更多的相关人员。

c）其他协同人员感知事件。系统将事件描述信息发送给相关人员：user1在time（系统自动获取的时间）对F进行了修改/user1在time完成了task5。

2)系统的协同交流机制（见图7）

a）user1发送信息，user2查看信息

b）user1上传资料，user2下载资料

c）user1发送会议申请，请求与user2开会，审核通过后系统自动给user1和user2发送信息，user1和user2看到信息后在相应的时间进入视频会议模块进行交流。

Claims

1.一种基于复杂产品研制对象的协同感知系统构建方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：系统架构；

本系统选用B/S即浏览器/服务器Browser/Server网络结构，将应用分为表现层、功能层和数据层三个处理层次；表现层即用户界面，由基于Web浏览器的客户端组成，用户通过系统的Web应用界面与系统进行人机交互，完成数据的信息显示；功能层由Web服务器组成，负责业务逻辑处理，通过数据库接口组件访问数据层，提取显示信息，采用HTTP协议回应各客户端用户发送的请求，向用户生成客户端实际显示页面；数据层通过数据库服务器执行数据处理逻辑，为系统提供底层数据支持；

1）复杂产品研制过程中涉及的元素：对象集合OBJ、方法集合MET、角色集合ROT、成员集合USR、时间集合TIM、位置集合POS、目标集合TAR；

2）复杂产品研制过程中涉及的元素之间的关系：操作关系OPR、权限关系ACL、活动关系ACT、组织关系ORG、任务关系即非叶结点TASK_p和叶结点TASK_L；

3）建立数据库表；

步骤三：查找当前用户的协同感知信息；

a)当前任务

用户登录系统时，获得用户的USER_ID，查找USER_ORG表，得到ORG_ID，再查找TASK表，找到ORG_ID相等且TASK_STATE＝“进行中”的任务，即为当前任务；

b)其他任务

与当前任务类似，区别在于其他任务是TASK_STATE≠“进行中”的任务；

c)当前任务流程图

通过当前任务的TASK_ID查找ACT表，得到一系列有序活动ACT集合，根据ACT_REL的定义，将这些ACT连接起来，成为有序图，即当前任务流程图；

d)总任务列表

通过当前任务的TASK_ID查找TASK_REL找到其祖先节点，并连带找出从祖先节点开始的一个树状结构的总任务列表图；

e)当前操作模型

通过当前任务的ACT集合查找ACT表，得到一系列操作OPR_ID，再查找OPR表得到对象集{OBJ_ID}，最后查找OBJ_REL表得到这些对象的共同父对象，即当前操作对象；

f)对象图

通过当前操作对象的OBJ_ID查找OBJ_REL找到其祖先节点集合，并连带找出从祖先节点集合开始的一个图状结构的对象图；

g)相关人员

通过e）步骤中的对象集{OBJ_ID}以OPR‐ACT的顺序查找表，获得与当前操作对象相关的任务集合，再通过这些任务的TASK_ID以TASK‐USER_ORG的顺序查找表，获得与这些任务相关的用户集合，即与对象集{OBJ_ID}相关的相关人员；同理，通过对象集{OBJ_ID}的兄弟对象、子对象、父对象、约束对象查找到更多的相关人员；

步骤四：感知结果的可视化显示；

1）可视化显示过程：

a)将步骤三得到的协同感知信息，动态拼接成XML界面描述文件并存储到数据库；

XML界面描述文件以PANEL即面板为基本单位，一个PANEL描述代表了窗口内的一个页面显示，它即是一个容器，又是一个复合元素,一个PANEL作为另外一个PANEL的子元素出现，PANEL包含1‐N个ELEMENT，一个ELEMENT节点对应于页面显示的一个控件，每个ELEMENT都能注册自己的事件；

PANEL＝<ID,TITLE,TYPE,CSS,HANDLER>：其中，ID表示了一个面板的唯一存在；TITLE表示面板的标题；TYPE表示面板的类型；CSS表示面板的显示样式；HANDLER是事件处理接口的一个具体实现；

ELEMENT＝<ELEMENT_ID,ELEMENT_TYPE,ELEMENT_EVENT,ELEMENT_PROPTY>：其中，ELEMENT_ID是控件在面板中的唯一标志；ELEMENT_TYPE是控件类型；ELEMENT_EVENT表示控件所能触发的事件；ELEMENT_PROPTY定义了控件的属性；

b)通过界面解析器解析XML文件并调用界面库，得到多个面板

根据PANEL的TYPE和ELEMENT的ELEMENT_TYPE，从界面库中调用相应的定义好的控件，再分别添加其他属性，得到复数个在界面上显示的面板；

c)通过界面布局器生成最终界面

界面形式采用仿windows可拖动窗口显示方法，界面描述文件中的LAYOUT属性定义表示显示列数，再根据每个PANEL的CSS属性，确定显示样式；

d)当前用户和其他协同人员的操作都会对显示结果产生影响，系统可以记录显示结果，并将描述文件存储到数据库替换原来的描述文件；

2）可视化显示内容；

显示内容包括7个部分：当前操作模型、当前任务、当前任务流程图、对象图、总任务列表、其他任务和相关人员；当前操作模型让用户在系统中对三维模型进行浏览、标注；当前任务、流程图、其他任务帮助用户了解需要完成什么和如何完成；对象图和总任务列表让用户明确当前操作对象、当前任务分别在总的项目、总的对象中的位置和作用；相关人员让用户与协同人员进行及时交流；

步骤五：建立系统的运行机制；

1)消息响应机制；为了实现对协同信息的及时响应，建立消息响应机制；

a）产生响应事件，具体涉及到两类事件：①协同人员1对对象发出动作，导致对象的状态发生变化，同时产生事件描述对象状态变化；②协同人员1完成任务，产生事件描述任务状态变化；

b）通过感知计算进行事件过滤，查找相关协同人员；①对于第一类事件，以步骤三查找相关人员的方法进行查找；②对于第二类事件，通过任务的TASK_ID查找TASK表得到ORG_ID，再查找USER_ORG表得到USER_ID；同理，通过完成任务的兄弟任务、子任务、父任务查找到更多的相关人员；

c）其他协同人员感知事件，系统将事件描述信息发送给相关人员；某人在某时间即系统自动获取的时间对某对象进行了某种操作/某人在某时间完成了某项任务；

2)系统的协同交流机制；在协同设计过程中，当协同人员之间需要进行交流时，采用三种方式：收发信息、共享资料、视频会议；

a）协同人员1发送信息，协同人员2查看信息；

b）协同人员1上传资料，协同人员2下载资料；

c）协同人员1发送会议申请，审核通过后系统自动给与会人员即协同人员1、2发送信息，之后与会人员看到信息后在相应的时间进入视频会议模块进行交流。