CN109635161B - 一种海量数据环境下跨域异地协同设计方法 - Google Patents

Abstract

一种海量数据环境下跨域异地协同设计方法，能够有效解决海量数据环境下跨域设计人员打开三维设计模型速度缓慢，严重制约跨域协同设计的技术问题，有效支撑了跨域异地并行协同设计。三维模型轻量化与设计要素抽取方法既能够大幅减小三维设计模型的数据量，提高协同设计时加载背景模型的速率，并在不将轻量化模型切换到原三维模型的情况下，快速获取模型的主要设计要素信息。海量数据环境下跨域异地协同设计网络环境，提供了分布式的增量备份的三维设计数据仓库和轻量化缓存服务，大幅缩短了异地协同设计人员加载大数据量三维模型的等待时间。轻量化模型与设计模型切换方法，方便了设计人员将轻量化模型切换为原三维设计模型，快速开展协同设计。

Description

一种海量数据环境下跨域异地协同设计方法

技术领域

本发明属于三维协同设计领域，特别涉及一种海量数据环境下跨域异地协同设计方法，主要用于提高异地协同设计海量三维模型加载效率。

背景技术

协同设计是一种基于并行工程的产品设计方法，分布在不同地理位置上的设计人员通过网络传输设计数据、采用计算机辅助设计工具协同地进行产品设计活动。协同设计研究的内容十分广泛，主要涉及协同设计过程建模、产品信息建模、资源管理、数据传输、人员组织模型及协同机制、协同设计的环境构建、协同设计系统的安全策略等。

大型复杂产品协同设计，传输三维设计模型数据量过大、数据信息种类繁多，参与协同设计的设计人员相隔距离过远，实现海量数据环境下跨域异地协同设计具有很大挑战。传统协同设计方法，采用提高网络带宽的方法解决大量设计数据传输问题。但是大型复杂产品精细化设计越来越高，设计数据达到了TB级数量级别，传统方法在网络延时和带宽的限制下，跨域异地加载三维设计模型效率低下，无法满足协同设计要求。

传统的三维模型轻量化方法，能够有效简化三维模型，减小三维设计数据量，从而提高三维设计数据传输和加载速度。但是，传统三维模型轻量化方法不能满足协同设计要求，因为轻量化的三维模型丢失了大量设计要素和信息，不能将轻量化模型传输给异地的设计人员进行协同设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海量数据环境下跨域异地协同设计方法，以解决海量数据环境下设计数据传输和加载问题，从而支撑跨域异地并行协同设计。

海量数据是指三维设计软件设计产生的大数量级别的三维设计数据，存储在三维设计平台数据仓库中，通过网络传输，供分布在远距离异地设计人员同时开展三维设计工作，大数量一般是指TB级及以上。

本发明提供的海量数据协同设计环境及处理方法，既可以保证设计数据的完备性和正确性，也能显著提高海量三维模型异地加载效率，能有效支撑异地协同设计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种海量数据环境下跨域异地协同设计方法，包含：

(1)三维设计模型轻量化与设计要素抽取：打开三维设计模型，抽取三维设计模型属性信息及设计要素信息，用基于XML格式文件存储抽取的模型属性信息及设计要素信息，采用三角片面替代模型外表面的方法对三维设计模型进行轻量化处理，将替代数据形成轻量化模型；

(2)三维设计数据仓库分布式部署：构建海量数据环境下跨域异地协同设计网络环境，协调设计网络环境由2及以上个设计域构成，其中一个设计域为主设计域，在每个设计域中配置一个三维设计数据仓库，主设计域中的三维设计数据仓库为主三维设计数据仓库，其他设计域中的三维设计数据仓库与主三维设计数据仓库之间采用增量同步方式，根据用户的请求将其他设计域中的三维设计数据仓库进行三维设计数据的实时同步；

(3)轻量化缓存：在每个设计域中建立轻量化缓存，在主设计域，采用所述三维模型轻量化与设计要素抽取步骤对设计人员新建或者修改的三维设计模型以产品结构树最底层的零件为单位进行三维模型轻量化处理和设计要素提取，将轻量化模型和所述XML格式文件存放在主设计域轻量化缓存，其他设计域轻量化缓存中的轻量化模型和XML格式文件与主设计域中的采用增量同步方式保持同步，设计人员用计算机辅助设计工具打开三维模型时，优先加载所在设计域中的轻量化缓存，快速打开三维模型，通过开发的工具读取XML格式文件，快速获取轻量化模型相关的全部模型属性信息及设计要素信息；

(4)轻量化模型与设计模型切换：设计人员加载轻量化模型作为设计背景，开始针对局部模型开展三维设计时，从当前设计域三维设计数据仓库中加载三维设计模型替换相应零件轻量化模型，即可快速开展协同设计。

进一步地，在本发明的海量数据环境下跨域异地协同设计方法中，在三维设计数据仓库分布式部署步骤中，每个设计域包含工作站和连接工作站内每个处理点之间的局域网，设计域之间互联网通过互联，并采用内置协议调优算法的加速器提升互联网专线带宽的实际吞吐率。

进一步地，在本发明的海量数据环境下跨域异地协同设计方法中，所述从当前设计域三维设计数据仓库中加载三维设计模型替换相应零件轻量化模型具体包括：

三维设计模型与轻量化模型的对应关系以结构化数据存储在主设计域的三维设计服务器中，当用户选择切换轻量化模型为三维设计模型时，从主设计域读取关联关系信息，并根据所述关联关系信息从当前设计域三维设计数据仓库加载三维设计模型。

进一步地，在本发明的海量数据环境下跨域异地协同设计方法中，三维模型轻量化与设计要素抽取步骤中：

产品三维设计模型产品结构树由区域-系统-部件-零件逐级构成，打开三维设计模型后，逐个读取构成零件；

从轻量化缓存中搜索该零件模型的轻量化模型是否已经构建；

如果没有，则读取该零件模型的属性信息及设计要素信息，采用统一的结构保存为XML格式文件；

同时，采用角片面替代模型外表面的方法，对零件模型进行轻量化处理，生成轻量化模型。

进一步地，在本发明的海量数据环境下跨域异地协同设计方法中，轻量化模型的数据量为原三维设计模型的8％-10％。

进一步地，在本发明的海量数据环境下跨域异地协同设计方法中，在轻量化缓存步骤包括：

设计域中的设计人员访问主设计域中三维设计服务器，获取产品结构树，选取需加载区域/系统/部件，从所述三维设计服务器获取所有需要加载的零件,从当前设计域轻量化缓存中搜索需加载零件对应的轻量化模型；

如果当前设计域轻量化缓存中存在需要的零件模型，则直接加载该轻量化模型，设计人员可通过开发的工具读取相应XML文件，获取该轻量化模型的模型属性信息及设计要素信息；如果不存在，从当前设计域三维设计数据仓库中加载三维模型。

实施本发明的海量数据环境下跨域异地协同设计方法，具有以下有益效果：本发明能够有效解决海量数据环境下跨域设计人员打开三维设计模型速度缓慢，严重制约跨域协同设计的技术问题，有效支撑了跨域异地并行协同设计。三维模型轻量化与设计要素抽取方法既能够大幅减小三维设计模型的数据量，提高协同设计时加载背景模型的速率，并在不将轻量化模型切换到原三维模型的情况下，快速获取模型的主要设计要素信息。海量数据环境下跨域异地协同设计网络环境，提供了分布式的增量备份的三维设计数据仓库和轻量化缓存服务，大幅缩短了异地协同设计人员加载大数据量三维模型的等待时间。轻量化模型与设计模型切换方法，方便了设计人员将轻量化模型切换为原三维设计模型，快速开展协同设计。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是三维模型轻量化与设计要素抽取流程图；

图2是海量数据环境下跨域异地协同设计网络环境示意图；

图3是轻量化缓存加载过程图；

图4是轻量化模型与设计模型切换过程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明的海量数据环境下跨域异地协同设计方法包括：三维模型轻量化与设计要素抽取、三维设计数据仓库分布式部署、轻量化缓存以及轻量化模型与设计模型切换共四个步骤。

(1)三维设计模型轻量化与设计要素抽取：打开三维设计模型，抽取三维设计模型属性信息及标注信息等设计要素信息，用基于XML格式文件存储抽取的模型属性信息及设计要素信息，采用三角片面替代模型外表面的方法对三维设计模型进行轻量化处理，将替代数据形成轻量化模型。

如图1所示，复杂产品三维设计模型产品结构树由区域-系统-部件-零件逐级构成，打开三维设计模型后，逐个读取构成零件；一般一个区域包含一个或者多个系统，一个系统包含一个或者多个部件，一个部件包含一个或者多个零件；

从轻量化缓存中搜索该零件模型的轻量化模型是否已经构建；

如果没有，则读取该零件模型的属性信息、标注信息等重要的设计要素信息，采用统一的结构保存为XML格式文件，方便加载轻量化模型是读取相关的设计要素信息；

同时，采用三角片面替换模型外表面的方法，对零件模型进行轻量化处理，生成轻量化模型，轻量化模型的数据量一般为原三维模型的8％-10％，方便设计人员快速加载设计背景模型。

(2)三维设计数据仓库分布式部署：构建海量数据环境下跨域异地协同设计网络环境，协调设计网络环境由2及以上个设计域构成，其中一个设计域为主设计域，在每个设计域中配置一个三维设计数据仓库，主设计域中的三维设计数据仓库为主三维设计数据仓库，其他设计域中的三维设计数据仓库与主三维设计数据仓库之间采用增量同步方式，根据用户的请求将其他主计域中的三维设计数据仓库进行三维设计数据的实时同步；每个设计域包含工作站和连接工作站内每个处理点之间的局域网，设计域之间互联网通过互联，并采用内置协议调优算法的加速器提升互联网专线带宽的实际吞吐率。

如图2所示，为实现海量数据环境下跨域异地协同设计，构建一套海量数据环境下跨域异地协同设计环境。

为满足复杂产品设计、建造，需在设计单位、建造单位和其他相关单位之间构建协同设计环境，满足远距离、海量设计数据高速传输、快速加载、协同设计。

设计单位设计域为主设计域，在主设计域部署三维设计服务器、三维设计数据仓库、轻量化缓存服务器，和三维设计工作站。在主设计域中，设计人员通过千兆局域网直接访问三维设计服务器和主三维设计数据仓库，轻量化缓存服务器存储采用三维模型轻量化与设计要素抽取方法轻量化处理的三维设计模型，进一步提高主设计域三维模型加载速度。

其他协同设计单位设计域部署三维设计数据仓库、轻量化缓存服务器，和三维设计工作站。三维设计数据仓库、轻量化缓存服务器中的数据通过时间戳对比方式，实现与主设计域三维设计数据仓库、主轻量化缓存服务器中的数据增量同步。在协同设计域与主设计域之间部署内置协议调优算法的加速器提升互联网专线带宽的实际吞吐率。

(3)轻量化缓存：在每个设计域中建立轻量化缓存，在主设计域，采用所述三维设计模型轻量化与设计要素抽取步骤对设计人员新建或者修改的三维设计模型以产品结构树最底层的零件为单位进行三维模型轻量化处理和设计要素提取，将轻量化模型和所述XML格式文件存放在主设计域轻量化缓存，其他设计域轻量化缓存中的轻量化模型和XML格式文件与主设计域中的采用增量同步方式保持同步，设计人员用计算机辅助设计工具打开三维模型时，优先加载所在设计域中的轻量化缓存，快速打开三维模型，通过开发的工具读取XML格式文件，快速获取轻量化模型相关的全部模型属性信息及设计要素信息。

如图3所示，在跨域异地协同设计环境中，跨域设计人员可快速打开三维设计模型。

设计域中的设计人员访问主设计域中三维设计服务器，获取产品结构树，选取需加载区域/系统/部件，从三维设计服务器获取所有需要加载的零件,从当前设计域轻量化缓存中搜索需加载零件对应的轻量化模型。

如果当前设计域轻量化缓存中存在需要的零件模型，则直接加载该轻量化模型，设计人员可通过开发的工具读取相应XML文件，获取该模型的详细设计要素信息。

如果不存在，从当前设计域三维设计数据仓库中加载三维模型，加载三维模型的时间比加载相应轻量化模型的时间长4到5倍，因此需保证轻量化缓存中轻量化模型的完备性。

(4)轻量化模型与设计模型切换：设计人员加载轻量化模型作为设计背景，开始针对局部模型开展三维设计时，从当前设计域三维设计数据仓库中加载三维设计模型替换相应零件轻量化模型，即可快速开展协同设计。

如图4所示，设计人员可快速将选择的已加载的轻量化模型切换到详细三维设计模型。

设计域用户采用轻量化缓存快速打开三维模型作为设计背景后，选取需要进行设计的部件，读取构成该部件的全部零件，从当前设计域三维设计数据仓库中加载三维模型替换相应零件轻量化模型，从而能够对该模型进行修改和设计。

三维设计模型与轻量化模型的对应关系以结构化数据存储在主设计域的三维设计服务器中，当用户选择切换轻量化模型为三维设计模型时，从主设计域读取关联关系信息，并从当前设计域三维设计数据仓库加载三维设计模型。

设计人员以加载的轻量化模型为设计背景，将选取设计部件的部件快速切换为三维设计模型，实现了在海量三维设计数据背景下跨域快速开展协同设计工作。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种海量数据环境下跨域异地协同设计方法，其特征在于，包含：

(1)三维设计模型轻量化与设计要素抽取：打开三维设计模型，抽取三维设计模型属性信息及设计要素信息，用基于XML格式文件存储抽取的模型属性信息及设计要素信息，采用三角片面替代模型外表面的方法对三维设计模型进行轻量化处理，将替代数据形成轻量化模型；

(2)三维设计数据仓库分布式部署：构建海量数据环境下跨域异地协同设计网络环境，协调设计网络环境由2个及以上个设计域构成，其中一个设计域为主设计域，在每个设计域中配置一个三维设计数据仓库，主设计域中的三维设计数据仓库为主三维设计数据仓库，其他设计域中的三维设计数据仓库与主三维设计数据仓库之间采用增量同步方式，根据用户的请求将其他设计域中的三维设计数据仓库进行三维设计数据的实时同步；

(3)轻量化缓存：在每个设计域中建立轻量化缓存，在主设计域，采用所述三维设计模型轻量化与设计要素抽取步骤对设计人员新建或者修改的三维设计模型以产品结构树最底层的零件为单位进行三维模型轻量化处理和设计要素提取，将轻量化模型和所述XML格式文件存放在主设计域轻量化缓存，其他设计域轻量化缓存中的轻量化模型和XML格式文件与主设计域中的采用增量同步方式保持同步，设计人员用计算机辅助设计工具打开三维模型时，优先加载所在设计域中的轻量化缓存，快速打开三维模型，通过开发的工具读取XML格式文件，快速获取轻量化模型相关的全部模型属性信息及设计要素信息；

(4)轻量化模型与设计模型切换：设计人员加载轻量化模型作为设计背景，开始针对局部模型开展三维设计时，从当前设计域三维设计数据仓库中加载三维设计模型替换相应零件轻量化模型，即可快速开展协同设计。

2.根据权利要求1所述的海量数据环境下跨域异地协同设计方法，其特征在于，在三维设计数据仓库分布式部署步骤中，每个设计域包含工作站和连接工作站内每个处理点之间的局域网，设计域之间互联网通过互联，并采用内置协议调优算法的加速器提升互联网专线带宽的实际吞吐率。

3.根据权利要求1所述的海量数据环境下跨域异地协同设计方法，其特征在于，所述从当前设计域三维设计数据仓库中加载三维设计模型替换相应零件轻量化模型具体包括：

三维设计模型与轻量化模型的对应关系以结构化数据存储在主设计域的三维设计服务器中，当用户选择切换轻量化模型为三维设计模型时，从主设计域读取关联关系信息，并根据所述关联关系信息从当前设计域三维设计数据仓库加载三维设计模型。

4.根据权利要求1所述的海量数据环境下跨域异地协同设计方法，其特征在于，三维模型轻量化与设计要素抽取步骤中：

产品三维设计模型产品结构树由区域-系统-部件-零件逐级构成，打开三维设计模型后，逐个读取构成零件；

从轻量化缓存中搜索该零件模型的轻量化模型是否已经构建；

如果没有，则读取该零件模型的属性信息及设计要素信息，采用统一的结构保存为XML格式文件；

同时，采用角片面替代模型外表面的方法，对零件模型进行轻量化处理，生成轻量化模型。

5.根据权利要求4所述的海量数据环境下跨域异地协同设计方法，其特征在于，轻量化模型的数据量为原三维设计模型的8％-10％。

6.根据权利要求4所述的海量数据环境下跨域异地协同设计方法，其特征在于，在轻量化缓存步骤包括：

访问主设计域中三维设计服务器，获取产品结构树，选取需加载区域/系统/部件，从所述三维设计服务器获取所有需要加载的零件,从当前设计域轻量化缓存中搜索需加载零件对应的轻量化模型；

如果当前设计域轻量化缓存中存在需要的零件模型，则直接加载该轻量化模型，设计人员可通过开发的工具读取相应XML文件，获取该轻量化模型的模型属性信息及设计要素信息；如果不存在，从当前设计域三维设计数据仓库中加载三维模型。

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