基于Web的微波器件协同设计系统研究

基于Web的微波器件协同设计系统研究

张志胜，史金飞，颜景平

（东南大学机械工程系，江苏 南京210096）

    摘  要：针对协同设计过程中的冲突产生，提出了实用的协同设计基本原则。并结合微波器件的设计特点，设计出基于Web的协同设计系统，包括用户功能设计、冲突消解设计和数据库设计等。
    关键词：基于Web；协同设计；微波器件；冲突消解

1引言
    微波器件的设计是一项集成度较高的电子机械设计，涉及到多个领域的专业知识和技能。微波电路主要由模拟电路组成，电平小至微微瓦，大至几十兆瓦；频率低端为100 MHz以下，高端为100 GHz以上；电路结构有波导、同轴、微带、介质波导、鳍线、悬置微带等；电路受分布参数、电磁场影响大，难以量化。由于在微波频段参数设计比低频和数字电路复杂，因而使得微波器件的设计比一般电路的设计困难得多。
    但是，如果限定微波器件的设计范围，设计其中的某一类微波器件，则由于微波器件结构形状比较稳定，可以用一组参数来约定尺寸，而且在产品的开发中，大部分设计属于类似设计，可以通过知识库等予以限定，其他部分可以通过协同设计来解决。通过对设计任务进行适当的分解，在网络的支持下，联合相关知识领域的研究人员进行协同设计。
    网络协同设计可以使不同地点的管理人员、设计人员、施工人员以及普通用户等均能同步或异步地参与设计工作，从而提高设计的质量和效率。该设计方式很大程度上改善了传统设计中项目管理与设计之间和不同设计阶段之间的脱节问题，具有设计周期短、费用低、质量易于保证等优点。
2基本原则
    在系统设计之前，首先必须认识到冲突是不可完全消除的，这是因为设计者之间的专业知识、语意表达、任务理解以及争论出发点可能会有不同，而且某些设计问题在学术上可能目前还处于争鸣阶段，难以达成完全的一致。
    基于上述原因，一个实用的协同设计系统必须排除以上不可消除的因素，要求满足以下三条基本原则：
2.1趋同原则
    要求所有协同设计工作人员对于设计任务的理解是相同的，至少是可以通过交流来趋向一致的。为了保证此假设成立，协同设计人员必须经常交流。
2.2实用原则
    要求协作设计中涉及的知识或学术范围的冲突是可以通过协商解决的。该原则排除了一些学术争议的引入，从而保护协同设计的实用性。
2.3全局原则
    所有协同设计工作人员均须注重全局的利益，在局部利益与全局利益冲突时做出合理的选择，从而有利于设计的正常进行。作为小型设计系统，这一点比较容易达到，但是对于大型设计系统，由于参与人员的多方面差异，要组成一个注重全局利益的设计集体，只能依靠管理手段予以保证。
    基于以上原则的系统，可以避免难以解决的冲突，有利于设计任务的高效率、高质量完成。微波器件的协同设计系统中，参与设计的人员可以限制在某个利益集团，因此可以要求微波器件的协同设计系统遵循以上三条原则。
3协同系统设计
    协同设计系统主要由用户端/服务器端/数据库三层结构组成，如图1所示。用户端界面一般由Web浏览器和设计系统客户端界面两部分构成，分别完成信息交流和参数设计功能。重点讨论协同设计方法，对参数化设计有关内容将另文阐述。服务器端程序主要完成微波器件设计操作的判别、协调与执行，可以包括参数化设计、冲突消解、协同交流、辅助设计和数据库管理等子系统。该系统中，以协同设计管理系统为核心，协调各子系统，将用户端提交的设计经服务器端冲突判断后反馈用户，一旦产生冲突，则首先进行系统消解，若失败则提请用户使用交流系统进行交流仲裁。

    丰富多彩的Web页面、功能强大的ASP程序、性能稳定的数据库，为实现基于Web的协同设计提供了较好的基础。基于Web的协同设计，可以在实现产品模型系列化、标准化、模块化、客户化的基础上，将设计结果封装在网上提供服务。设计人员可以通过Web快速查询所需设计产品的功能、型号、性能及相应标准等详细信息(以HTML, VRML, XML, JavaScript等形式)。
4服务器端设计
    基于Web的协同系统，将设计的处理功能都集中在服务器端，主要包括用户功能设计、冲突消解系统设计和数据库设计三部分。相应地，服务器端程序担任着三大职责：一是用户权限的判断与功能设计；二是实现知识推理、约束松弛、回溯和仲裁等冲突消解过程的主要算法；三是用户需求与数据库共享之间的协调。系统主要采用ASP(Active Server Page)技术实现算法的编程，面向用户的部分程序通过HTML、ASP、Javascript、XML实现，面向数据库的部分程序，由ODBC或ADO等与数据库连接，通过SQL实现交互。
4.1用户功能设计
    工程设计中，协同设计人员为了能够完成规定的设计任务，必须定期召开会议，对设计内容进行探讨，以解决彼此的分歧。传统的现场会议式的协同设计过程，要求相关设计人员必须在指定时间和地点参加会议，浪费了大量的人力、财力和时间。基于Web的协同设计，让相关人员在计算机前完成相互的协调，这些Web协调会议可以由双方或多方在某一选定的时间进行。
    在基于Web的协同设计系统中，设计人员通过Web浏览器进入设计模块界面，并将设计事件或消息发送到服务器端，服务器端处理完毕后返回相关信息至用户界面。
    在图形用户界面中，协同设计人员的操作功能随着设计对象的改变而改变，但涉及协同设计的主要功能应该包括以下几个：
        a) 电子白板功能，供协同设计人员在交流时，用于写字及绘图；
        b) 屏幕传送与广播功能，可以将某一协同设计人员的计算机界面传送到其他协同设计者；
        c) 语音及图像会议功能，实现多协同设计人员的网络会议；
        d) 资料信息查询功能，实现设计标准、参考资料及相关信息的网上共享。
    由于系统的核心处理程序在服务器端执行，可以动态调整用户的权限及其相应的处理功能，可以根据用户喜好选择用户界面，因此系统具有更好的安全性与宜人性。
4.2冲突消解设计
    冲突是协同设计系统必须面临的问题，如前所述，微波器件的设计遵循系统设计的三条基本原则，因而可以按照以下步骤消解冲突：
    （1）通过知识推理解决一些工程设计者的设计错误，避免将错误的设计放入共享库，危害后设计者。例如，微波器件的引脚长度和过渡圆角有特定的规范，若设计人员在设计时忽略了这一规范，则知识推理可以指出其错误，并要求改正后再次提交。
    （2）放宽一些约束条件或忽略次要约束来平衡多方面利益，达到冲突消解的目的。例如，微波器件外观设计时，外观设计人员和功能设计人员对于形状提出的设计准则，如果相互冲突，则系统以功能设计人员的准则为主约束，外观设计人员的准则为次要约束，进行适当的约束放宽后确定最优设计。
    （3）利用回溯技术找到回溯点，修改不相容的环境及相应的结构模型以消除冲突。因此在数据库设计时，应将设计人员的所有操作记录备查，以便在发生冲突时回溯记录。需要特别注意的是，回溯的方法一般应与其他冲突消解方法联合使用。
    （4）采用仲裁的方法，消除难协调冲突。当上述方法不能有效地消除冲突时，而冲突涉及的协同人员不肯为冲突消解做出让步时，冲突的消解必须通过仲裁来完成。仲裁是一个反复交互与逐渐求解的过程，在这个过程中，冲突各方必须反复交互并提出修改建议及其相应的理由，直至最终达成一致，消解冲突。仲裁有自动仲裁和人工仲裁两种，前者通过编程实现，编程复杂，通用性较差，而后者一般通过会议交流来解决，通用性好，效率较低。
    值得注意的是，在实际应用中，上述四步消解冲突方法，往往是交叉循环进行的。为了有效地解决冲突，协同设计人员可以借助于基于Web的交流平台来实现相互之间的通讯，可以使用语音、图像、电子白板等多种交流方式进行交流，反复使用上述消解步骤。
4.3数据库设计
    系统的数据库可采用SQL Server或Oracle等具有自组织、自管理功能的数据库系统，主要完成数据的存取，同时还可以使用部分增强功能以减轻程序设计任务。如采用视图功能，可以建立多个数据表的关联，采用触发器或存储过程可以执行部分数据计算任务。根据协同系统需要，数据库可以划分为：
        a) 产品参数库，存放参数化设计之后的产品样本；
        b) 产品设计库，存放所设计产品的具体参数；
        c) 产品知识库，存放产品的基本设计规范，作为知识推理的主要依据；
        d) 共享规则库，存放共享规则，作为解决冲突的判断依据；
        e) 资料信息库，存放产品设计相关文献资料，也包括已有的设计经验等；
        f) 用户行为库，记录用户的操作行为，在解决冲突时可以回溯以往操作；
        g) 用户资料库，存放用户基本信息。
    数据库的备份设计和安全设计也是数据库设计的重要环节，应经常检查系统的安全性能，保障数据库安全可靠。
5结论与展望
    结合微波器件的特点，设计了基于Web的协同设计系统。在设计前期，应该充分分析设计对象的属性，制定合理的设计规则，建立相应的知识库和数据库，则可以避免或减少一些冲突的产生，有利于进一步协同设计的顺利进行。在协同设计过程中，设计人员之间应该经常通过网络相互沟通设计情况。特别是应该多使用系统的交互功能，与辅助设计系统或其他设计人员多交流。
    针对微波器件设计而提出的协同设计框架，对于电子器件的协同设计具有一定的指导意义和实际参考价值。

参考文献：

［1］Stephen T C W. Coping with Conflict in Cooperative Knowledge