CN1176438C - 网络化制造协同支持工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络化制造协同支持工具，针对网络化制造对协同环境的需求，本发明研究了协同工作、网路通信、多媒体交互、图形浏览等构建方法，实现了一个基于Java方案的跨平台Web多媒体协同工作支持工具。该网络化制造协同支持工具具有专用化、集成度高、方便实用、实时多媒体、跨平台、易维护等优点，可以很好地实现在设计过程的各设计人员之间的协同机制和对整个设计过程的控制，该工具采用制造任务驱动的协同项目管理实现了协同权限控制、多媒体协同会话以及零件模型的协同浏览、协同历史的记录等功能，并能为制造协同知识的发掘提供数据源。

Description

网络化制造协同支持工具

一、所属技术领域

本发明属于网络化技术，涉及基于ASP的网络化制造应用集成服务平台的子项目，特别涉及一种网络化制造协同支持工具。

二、背景技术

德国Fraunhofer计算机图形研究所的Stork和Jasnoch认为计算机支持的小组工作有两个研究方面——协同环境和集成在协同环境中的协同应用，他们提出了分布式产品开发环境CoConut和协同应用Shared 3D Viewer。Shared 3DViewer的主要功能是STEP几何数据和产品结构的分布可视化，为用户提供协同浏览、讨论和标注功能。

Kentucky大学计算机系的Zhang和Cheng研究了基于Web构架的协同CAD，通过讨论Web协同系统的优点，他们认为WWW为协同CAD应用提供了一个理想的支持环境。他们还具体地研究了协同用户界面、协同感知支持、同步与异步、以及安全性等技术。

Iowa大学Internet实验室的Kang和Grady等着眼于Internet环境下协同设计的研究，提出了一个基于WWW的协同设计系统总体结构，并加以实现，称为CyberView。它在浏览器下实现分布设计小组对STEP产品模型的协同浏览。他们做的主要工作是实现从STEP到VRML的转换、STEP到OODB存储以及VRML浏览等。

中国科学院计算机技术研究所CAD开放实验室的郭玉钗、林守勋等对CSCD的基本概念、内容进行了探讨，并对CSCD的工作模式进行了研究，提出了建立高效、可靠的工作模式的原则，以及建立工作模式的方法。

南京理工大学的张友良、曹健、陆春进等研究了协同CAD的结构、CSCD环境下的任务调度、合作与冲突消解、信息共享和交流、版本管理的方面的问题，提出了一个以Microsoft Netmeeting为基础平台的协同CAD系统的初步设计方案。

清华大学计算机科学与技术系的史美林、杨光信在其论文中详细地讨论了一个实时协同设计支撑系统原型CoDesign的设计与实现中的若干问题。

现有的研究工作大多集中在通用CSCW的使能技术，并且偏重于理论研究，而面向特定应用领域应用研究则很少。而且，大部分现有系统还存在集成度低、非多媒体、不跨平台、维护不便等方面的不足。

三、发明内容

因此，在吸收理论研究成果和总结现有系统不足的基础上，本发明构建一个面向制造领域的协同工作环境，提供一种网络化制造协同支持工具。该网络化制造协同支持工具具有专用化、集成度高、方便实用、实时多媒体、跨平台、易维护等优点。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是，该网络化制造协同支持工具包括用户界面模块、协同会话模块、白板交互模块、二维图形(图像)协同浏览模块、三维图形协同浏览模块、基本通信模块、音频交互模块、视频交互模块、Project管理模块以及安全机制组成，其特点是：

用户界面模块

用户界面模块是本系统与用户进行双向交互的窗口，它基于其它各功能模块及安全机制，是各功能模块及安全机制的外在表现；

协同会话模块

协同会话模块对应于系统所提供的协同会话功能，它的通信基于基本通信模块，输入/输出依赖于用户界面模块；

白板交互模块

白板交互模块实现系统中的白板交互功能，这个模块从用户界面模块获取输入信息，经本模块处理后，再把输出信息发送给用户界面模块，这个模块的通信依赖于基本通信模块；

二维图形(图像)协同浏览模块

二维图形(图像)协同浏览模块的输入是用户对二维图形(图像)的操作，输出是所有用户端对该操作的实现，该模块的输入/输出通过用户界面模块反映，实现依赖于基本通信模块；

三维图形协同浏览模块

三维图形协同浏览模块实现所有用户对三维图形的协同浏览，该模块以基本通信模块为基础，以用户界面模块为反映；

基本通信模块

基本通信模块是本系统实现的基础，它为协同会话模块、白板交互模块、二维图形(图像)协同浏览模块、三维图形协同浏览模块等提供通信的基础，同时，它也为Project管理模块提供实现的可能；

音频交互模块

音频交互模块实现系统中声音的多向实时采集、传输和播放，它的活动受制于Project管理模块，它的界面依赖于用户界面模块；

视频交互模块

视频交互模块实现图像信息在用户端之间的实时多向的采集、传输和播放。它的输入/输出在用户界面模块中体现，但它要受到Project管理模块的调度；

Project管理模块

Project管理模块是本系统工作流程管理的核心，它根据用户的需求、工作流程和工作习惯，设计出规范、方便的工作模式，协同会话模块、白板交互模块、二维图形(图像)协同浏览模块、三维图形协同浏览模块、音频交互模块和视频交互模块的工作内容都要由Project管理模块来决定；

安全机制

安全机制为用户界面模块的实现提供安全方面的保障，它根据用户界面模块要实现的功能，提供适合和安全的权限。

本发明是一个面向制造领域的协同支持工具。它针对制造领域的特殊需求，进行量身定做，最大限度地满足了网络化制造过程中对协同工作的要求。

四、附图说明

图1是本发明的系统结构图；

图2是本发明的系统总体流程如图；

图3是权限控制策略示意图；

图4是系统的用户界面示意图；

图5是服务器端程序的目录结构图；

图6是用户端程序的目录结构图；

图7是各Project的存储结构图；

图8是启动服务器界面图。

五、具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和发明人给出的具体实施方案对本发明作进一步的详细描述。

5.1系统结构

系统主要由用户界面模块、协同会话模块、白板交互模块、二维图形(图像)协同浏览模块、三维图形协同浏览模块、基本通信模块、音频交互模块、视频交互模块、Project管理模块以及安全机制等组成。系统的结构如图1所示。

各模块分述如下：

用户界面模块

用户界面模块是本系统与用户进行双向交互的窗口。它基于其它各功能模块及安全机制，是各功能模块及安全机制的外在表现。

协同会话模块

协同会话模块对应于系统所提供的协同会话功能。它的通信基于基本通信模块，输入/输出依赖于用户界面模块。

白板交互模块

白板交互模块实现系统中的白板交互功能。这个模块从用户界面模块获取输入信息，经本模块处理后，再把输出信息发送给用户界面模块。这个模块的通信依赖于基本通信模块。

二维图形(图像)协同浏览模块

二维图形(图像)协同浏览模块的输入是用户对二维图形(图像)的操作，输出是所有用户端对该操作的实现。本模块的输入/输出通过用户界面模块反映，实现依赖于基本通信模块。

三维图形协同浏览模块

三维图形协同浏览模块实现所有用户对三维图形的协同浏览。本模块以基本通信模块为基础，以用户界面模块为反映。

基本通信模块

基本通信模块是本系统实现的基础。它为协同会话模块、白板交互模块、二维图形(图像)协同浏览模块、三维图形协同浏览模块等提供通信的基础，同时，它也为Project管理模块提供实现的可能。

音频交互模块

音频交互模块实现系统中声音的多向实时采集、传输和播放。它的活动受制于Project管理模块，它的界面依赖于用户界面模块。

视频交互模块

视频交互模块实现图像信息在用户端之间的实时多向的采集、传输和播放。它的输入/输出在用户界面模块中体现，但它要受到Project管理模块的调度。

Project管理模块

Project管理模块是本系统工作流程管理的核心。它根据用户的需求、工作流程和工作习惯，设计出规范、方便的工作模式。协同会话模块、白板交互模块、二维图形(图像)协同浏览模块、三维图形协同浏览模块、音频交互模块和视频交互模块的工作内容都要由Project管理模块来决定。

安全机制

安全机制为用户界面模块的实现提供安全方面的保障。它根据用户界面模块要实现的功能，提供适合和安全的权限。

5.2系统流程

系统的总体流程如图2所示。

在用户端程序运行之前，服务器端程序必须已经启动，并且，服务器端程序应当完成用户线程的初始化，进入等待用户登录的状态。在用户启动用户端程序之后，用户端程序接收用户输入的用户名和密码，并对其进行语法检查。通过语法检查的用户名和密码将被发送给服务器端程序。服务器端程序接收用户名和密码。在身份被确认之后，服务器端程序向对应用户端发出确认信息，发送在线用户列表，并且向其它用户端发送新登录用户的信息。用户端程序对这些信息一一进行接收，并对用户界面作相应的操作。用户可以新建或打开一个工程。如果当时已经有工程被打开，那么，服务器端程序和用户端程序要分别发送和接收该工程的数据。如果用户要新建一个工程，则用户端程序要发送新建请求，服务器端程序在接收到该请求后，需要进行新建的可行性检查，并把结果发送给用户端。如果用户要打开一个工程，则用户端程序要发送打开请求。服务器端程序接收该请求，并向用户端发送这个工程的数据。无论新建还是打开，用户端程序在接收到相应指令和数据时，都要进行用户界面的更新。在这之后，系统就进入了协同工作的状态。系统为用户提供了协同会话、二维图像的协同浏览、三维图形的协同浏览、白板交互、音频交互、视频交互等协同实用工具。这些协同实用工具的使用不分先后次序，可以同时进行。在协同工作结束后，服务器端程序要对协同的内容进行存储。之后，用户退出协同环境，系统流程结束。

5.3基于的Project项目组织和管理

在系统中，对某一制造任务或问题的一次或多次协同构成一个协同事件。一个协同事件对应于一个Project。而一个Project由以下几部分组成：

●项目文件  描述Project的总体信息，如Project的名称、创建时间、创建人、主要内容、Project各相关文件的列表等。该文件以.pro为扩展名。该文件的读写采用对象序列化(Object Serializing)的方式实现。某个协同事件开始时，协同事件的组织者有权限新建一个Project。与此同时，系统将为该Project新建相应的组织结构。

●协同讨论记录  存储关于某个Project的协同过程中面向公众的所有讨论记录。为方便检索，这些记录存储在一张数据表中。数据表与相对应的Project同名。数据表的结构参见相关的数据库说明部分。

●CAD图形文件  对本Project中用到的所有二维图形(图像)文件、三维图形文件进行存储。系统所支持的图形(图像)文件格式见相关部分。

●音频文件  存储协同工作过程中的音频信息。在协同工作进行的时候，各用户端都向其它用户端发送音频信息，同时，各用户端也能同时听到来自于其它用户端的声音。Project管理人员可以选择部分或全部音频信息进行存储。每次来自每一个用户端的音频信息将被存储为一个声音文件。

●视频文件  存储协同工作过程中的音频信息。在协同工作中，来自于所有用户端的视频信息都将被存储。存储的格式由Project管理人员确定。每次来自每一个用户端的视频信息将被存储为一个视频文件。

●其它相关文件  在一个Project需要存储的文件中，所有不属于以上各类型的文件将被存储在这个目录下。

5.4权限控制策略

系统采用一种混合式的权限控制策略。系统的控制策略分为总体控制策略和各个交互工具的控制策略，其中包括协同会话的控制策略、白板交互的控制策略、二维图形(图像)协同浏览的控制策略、三维图形的协同浏览的控制策略、音频交互的控制策略、视频交互的控制策略等。每种控制策略都有：

0.无规则；1.轮流发言；2.集中控制；3.指定；4.令牌传递；5.时间片轮换；等几种控制模式。当整体控制策略为无规则模式时，各个交互工具可以分别有自己独立的控制模式；否则，各个交互工具没有自己独立的控制模式，其控制模式服从于整体控制策略的模式。

在无规则模式中，各参与方均有权参与协同，并且各方都拥有均等的机会，服务器端按照先到先服务的原则对用户请求进行响应。

在轮流发言模式中，协同的组织者有权确定一个发言队列以及发言是否可以循环。当组织者确认协同开始时，队列中的第一个参与方将获得发言权。在某一参与方获得发言权时，其它参与方将无权发言。当某一参与方的发言结束后，发言权自动传递给下一个参与方。当队列中的最后一个参与方发言完毕，如果发言可以循环，队列中的第一个参与方将获得发言权，否则发言结束。协同的组织者可以随时终止发言的继续。

在集中控制模式中，想发言的参与方可以向协同的组织者提出申请，协同的组织者有权决定是否给予申请者发言权，原则上某一时刻只有一个参与者拥有发言权。协同的组织者可以随时终止正在发言者的发言。

在指定模式中，协同的组织者可以把发言权分配给任意一个参与者，协同的组织者可以随时终止正在发言者的发言。

在令牌传递模式中，协同的组织者可以把发言授予某一参与者，在这个参与者发言的时候，其它参与者可以要求这个参与者传递发言权，如果这个参与者同意放弃发言，则申请者将获得发言权，否则这个参与者将继续发言。协同的组织者可以随时剥夺当前发言者的发言。在这种模式中，发言权就像令牌一样在参与者之间传递。

在时间片轮换模式中，协同的组织者有权确定一个发言时间以及发言是否可以循环。当组织者确认协同开始时，队列中的第一个参与方将获得发言权。在某一参与方获得发言权时，其它参与方将无权发言。当某一参与方的发言时间结束或该参与方自动放弃发言，发言权自动传递给下一个参与方。当队列中的最后一个参与方发言的发言时间结束，如果发言可以循环，队列中的第一个参与方将获得发言权，否则发言结束。协同的组织者可以随时终止发言的继续。

另外，协同过程的组织者有权赋予或取消任意一个协同参与者参与某一协同模式的权利。

5.5基于WEB的多媒体协同环境

通过对JMF的开发，系统实现了一个基于WEB的多媒体协同工作环境。这使得用户的在线音频交互、视频交互成为现实。

系统的音频交互规则为：

系统运行后便进行音频交互的就绪状态。用户登录成功后，服务器端向该用户端发送已在线用户的端口列表，该用户端立即根据这些信息向其它用户端发送本地音频，并同时开始从其它用户端接收音频信息。对某一已在线用户来说，服务器端向该用户端发送新登录用户的端口信息，该用户端立即向新登录用户端发送本地音频。所有用户端的音频信息将在服务器端存储。当用户双击Project树上的音频文件时，服务器端向该用户端发送对应音频信息，该用户端立即开始接收。

音频信息在服务器端存储为*.mp3文件。

服务器端程序的目录结构参见图5。

用户端程序的目录结构参见图6。

各Project的存储结构参见图7。

系统的视频交互规则为：

视频信息的是否发送由用户决定。当某一用户端开始捕捉并向其它用户发送本地视频时，服务器端程序把这一信息发送给其它在线用户，这些用户端的发送视频用户列表将加入该用户。如果某一用户(A)从视频发送用户列表中选择了一个用户(B)，则这个用户端(A)将立即开始从发送视频(B)的用户端接收视频。接收方和发送方在发送与接收的过程中均有暂停、恢复、停止和重新开始的操作。

视频信息在服务器端存储为*.mov文件。

5.6系统的用户界面

系统的用户端采用可视化界面，利用菜单项(JMenuItem)、按钮(JButton)、文本框(JTextArea)、树(Tree)等组件，构建出方便、实用的工作空间。具体的图形界面如图4所示。

系统是基于Java平台的解决方案。这使得系统继承了Java“一次编译，到处运行”的特点。系统的服务器端程序以Servlet的形式出现。它随着WEB服务器的启动而启动。启动服务器界面参见图8。

5.7发明的效果

1)技术效果

√系统是CSCW技术实用化的一个范例。它对国内CSCW技术从理论研究走向实际应用有积极的作用。

√系统是一个面向制造领域的协同支持工具。它针对制造领域的特殊需求，进行量身定做，最大限度地满足了网络化制造过程中对协同工作的要求。

√系统实现了对协同内容的组织和管理。这使得系统可以高效地组织和管理协同的内容，便于对协同过程的记录，以及后期对协同记录的检索。

√系统实现了灵活的权限控制机制。系统提供了方便、灵活、有效的权限控制机制。这保证了协同工作的有效控制和顺利进行，同时也为用户提供了更大的自由空间。

√系统实现了一个协同白板。系统的协同白板为用户提供了一个用画笔进行交流的场合。因此，协同的过程变得更加形象、生动。

√系统实现了对二维图像、三维图形的协同浏览。系统提供了对大多数格式的二维图像及三维图形的支持。用户可以对这些图形或图像进行平移、旋转、缩放等操作。

√系统实现了一个多媒体的协同交互环境。通过对JMF的开发，系统支持了协同过程中的音频交互、视频交互，使这个虚拟的工作环境更加具有真实感。

√系统提供了友好的用户界面。系统采用图形化用户界面，提供了各种Tooltip和帮助，在易用性、好用性方面做了大量工作。

√系统提供了一个高度集成的协同环境。针对网络化制造领域对协同工作的需求，系统集成了协同会话、白板交互、二维图像的协同浏览，三维图形的协同浏览、音频交互、视频交互等各种工具。

√系统采用三层结构，便于维护和升级。系统采用Browser/Server/Database三层结构，所有的程序和数据都存储在服务器端。这大大方便了系统的维护和升级，节约了相关的人力、物力支出。

√系统具有跨平台的特点。系统是100％的Java解决方案，继承了Java跨平台的优点。在相关运行环境的支持下，系统可以在Windows、Linux等平台上顺利运行。

2)有益效果

√大大方便了制造相关人员的交流

√大大节约了交流成本。

5.8.实施例

本发明已经在某企业的设计部得到例证。通过本软件的安装和使用，可以很好地实现在设计过程的各设计人员之间的协同机制和对整个设计过程的控制，效果明显，企业反映良好。

Claims (1)

1.一种网络化制造协同支持工具，其特征在于：该网络化制造协同支持工具由用户界面模块、协同会话模块、白板交互模块、二维图形或图像协同浏览模块、三维图形协同浏览模块、基本通信模块、音频交互模块、视频交互模块、Project管理模块以及安全机制构成；

a.用户界面模块，用户界面模块是本系统与用户进行双向交互的窗口；

b.协同会话模块，协同会话模块对应于系统所提供的协同会话功能；

c.白板交互模块，白板交互模块实现系统中的白板交互功能；

d.二维图形或图像协同浏览模块，二维图形或图像协同浏览模块的输入是用户对二维图形或图像的操作，输出是所有用户端对该操作的实现；

e.三维图形协同浏览模块，实现所有用户对三维图形的协同浏览；

f.基本通信模块，是本系统实现的基础，它为各模块提供最基本的通信服务；

g.音频交互模块，实现系统中声音的多向实时采集、传输和播放；

h.视频交互模块，视频交互模块实现图像信息在用户端之间的实时多向的采集、传输和播放；

i.Project管理模块，是本系统工作流程管理的核心，它根据用户的需求、工作流程和工作习惯，设计出规范、方便的工作模式，其它各模块的工作内容都要由Project管理模块来决定；

j.安全机制，为用户界面模块的实现提供安全方面的保障；

各个模块之间的连接关系为：

a.Project管理模块是协同工作流程管理的核心，它负责对其它各模块的调度；

b.基本通信模块是系统的通信基础；

c.协同会话模块、白板交互模块、二维图形或图像协同浏览模块、三维图形协同浏览模块、音频交互模块和视频交互模块对应于系统所提供的协同工具集；其中，前四个模块的实现建立在基本通信模块的基础上；

d.用户界面模块是系统的外在表现，各个协同功能模块通过它与用户取得交互，而安全机制则为系统的正常运行提供安全保障；

系统的信号流向为：

a.系统的输入信号来源于用户在用户界面模块中的操作；

b.用户的操作经过基本通信模块传送到后台，Project管理模块则根据协同规则和用户的输入，调度协同工具集中的相应功能模块处理用户的输入；

c.在协同工具集中的各功能模块中，协同会话模块处理用户在协同中会话操作；白板交互模块处理用户在白板上的操作；二维图形或图像协同浏览模块处理用户协同浏览二维图形或图像的操作；三维图形协同浏览模块处理用户协同浏览三维图形的操作；音频交互模块处理用户的有关音频交互的操作；视频交互模块处理用户的有关视频交互的操作；

d.协同工具集中各功能模块的输出信息通过基本通信模块传递给用户界面模块；

e.用户界面模块对其它各功能模块运行结果的反映是系统的输出信号。

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