（精密仪器及机械专业论文）基于网格的产品协同设计平台研究.pdf

摘 要 i 论文题目： 论文题目： 基于网格的产品协同设计平台研究 专 业： 专 业： 精密仪器及机械 研 究 生： 研 究 生： 杜艳华 指导教师：指导教师： 商建东 教授 摘 要 摘 要 由于当今市场竞争日益激烈，使得我国企业面临更严峻的挑战，其问题之一 是缺少有竞争力的产品。计算机支持的协同设计(cscd, computer supported collaborative design)为企业迎接新的挑战提供了一种新的产品开发策略和方法。 网格技术的出现更为协同设计发展带来新的契机。本文在分析国内外在协同设计 和网格应用的基础上，构建了基于网格的产品协同设计系统，该系统为网格技术 在协同设计领域的应用研究奠定了基础。 本文结合 globus，现代网络技术和其它中间件技术，采用 ogsa(open grid services architecture)的网格体系结构，提出了一种网格支持的产品协同设计框架 (gscd, grid supported collaborative design)模型。在其基础上，根据各层的功能 需求分别进行研究，并对系统的关键技术及 gscd 中网格服务的实现方法进行了 深入研究。 本文进一步论述了gscd平台网格环境的搭建过程、创建网格服务等过程， 给出了产品设计过程中数据交换服务的具体实现表示。通过研究ogsa的关键技 术globus，剖析globus toolkit工具包gt3版的系统架构，利用globus toolkit3工具 模拟构建了系统环境。在上述研究基础上，以仪表产品为对象，搭建了基于集群 的gscd模型硬件平台，并在此上部署了基于globus gt3的网格设计环境，初步 开发了仪表产品外观协同设计gscd门户网站。门户系统与硬件平台相结合，为 进一步开展针对仪表产品进行的协同设计工作打下基础。 关关 键键 词词：协同设计，网格，ogsa, gt3, gscd 论文类型：论文类型：应用基础研究 本文的研究得到国家自然科学基金的资助(编号：60203018) 河南科技大学硕士学位论文 ii subject: research of collaborative design platform based on the grid specialty: precision instruments %ant_home%bin;%globus_location%bin;%g lobus_rootbin; (2) 安装 java jdk 这里选用 j2sdk-1_4_2_10-windows-i586-p.exe。 (3) 安装 jakarta tomcat tomcat 是一个 java 程序，这里选用 jakarta-tomcat- 4.1.31.exe 来安装。 安装后启动tomcat服务的方法为：开始菜单-设置-控制面板-管理工 具-服务 (4) 安装 apache ant 这里选用 apache-ant-1.6.4-bin.zip。安装 apache ant 只需 将安装文件解压到指定目录即可。 (5) 安装jakarta oro 这里选用jakarta-oro-2.0.8.zip。安装jakarta oro的过程与 安装apache ant的过程类似，但需要注意的是必须将解压后的得到的.jar文件复制 到%ant_home%lib目录下。 (6) 安装 postgressql 的 windows 版 postgressql，简称 postgres，是面向 目标的关系数据库系统。这里选用 pgsql731winal.exe。 安装完postgressql后，还需完成以下几个步骤： 设置允许数据库使用tcp/ip协议及添加允许访问数据库的ip地址 用写字 板打开c:program filespostgresqlusrsharepostgresqlpostgresql.conf.sample。将 tcpip_socket=false中的false改为true，并将注释符#去掉，将该文件另存为 postgresql.conf。 用写字板打开c:program filespostgresqlusrsharepostgresqlpg_hba.conf.sample。添加允许访问数据库的 ip地址，该文件另存为pg_hba.conf。 初始化 如果windows当前用户是administrator，则跳过这一步。否则， 编辑c:program filespostgresqlbininitialise.bat，将其中两处的administrator替换 成当前的用户名，如dyh。 运行c:program filespostgresqlbininitialise.bat 启动数据库 自动启动：开始菜单-程序-postgresql-utilities- 河南科技大学硕士学位论文 38 start postgresql server 创建数据库ogsa 开始菜单-程序-postgresql-utilities-command line 键入：createdb ogsa 4.3.2 gt3 二进制二进制(binary)版本的安装 版本的安装 本课题选用文件包ogsa-3.2.1.zip。 把ogsa-3.2.1.zip解压到指定路径下后，进入命令行模式，在d:gridogsa路径 下，键入：ant startcontainer -dservice.port=18080。将显示现在服务容器在开启 的服务(图4-3)。 图4-3 windowsxp下gt3.2服务容器中的服务 fig.4-3 services of gt3.2 service container under windowsxp 当启动服务容器以后，再另开一窗口，进入命令行模式，在ogsa路径即 d:gridogsa下，键入ant gui -dservice.port=18080，将显示图形界面，列出已有 的一些服务。如图4-4所示： 第 4 章 gscd 网格环境的搭建和服务实现 39 图4-4 windowsxp下gt3.2启动后的gui fig.4-4 graphical user interface after starting gt3.2 under windowsxp 4.4 创建网格服务的过程创建网格服务的过程 4.4.1 创建框架 创建框架 gt3.2 的程序设计符合通常的分布式计算编程模型，即 proxy-stub 模型37。 不同的是，在 ogsa 中，允许服务提供者自主的提供 factory 实现，这样，就使 得服务提供者能够方便的对服务实例进行自主的管理。 而 ogsa 是面向文档的。服务端服务和客户端程序的唯一联系是 wsdl 服 务描述文件。服务提供者在开发服务时，必须提供相应服务的 wsdl 服务描述文 件。在该文件中具体描述服务的接口、服务的调用方法以及服务调用同底层通信 协议的绑定情况。客户端用户得到 wsdl 服务描述文件后，就可以根据该文件生 成服务调用的 stub，并通过该 stub 来完成对服务的调用。 同时，以 wsdl 文档为中心，也为上层服务调用与底层通信协议的分离提供 了可能。服务提供者可以提供多种服务调用与底层通信协议绑定的方法。客户端 可以在这些方法中选定一种绑定来完成服务调用。这种绑定选择甚至可以延迟到 河南科技大学硕士学位论文 40 服务调用时进行。 gt3 服务容器除了保证服务能够被正确、高效的调用之外，还需要完成诸如 服务注册、服务质量控制、消息管理、事务管理、安全管理等网格整体特性的管 理功能。在这些功能的保证下，服务提供者就可以集中精力于服务的逻辑实现， 而把服务运行环境的控制完全交给网格中间件来完成。这样，就减轻了网格服务 提供者的工作。 按照 ogsa 开发框架，编写一个服务并将它插入到框架中需要下面的五个主 要步骤： (1) 为网格服务定义创建 wsdl。 (2) 为 wsdl 定义产生 java 代理。 (3) 编写服务器端实现代码。 (4) 编写客户机端实现代码。 (5) 用 ogsa 服务浏览器部署并测试网格服务。 4.4.2 服务器端程序设计 服务器端程序设计 服务器端的设计主要是为了创建一个网格服务实例的应用平台，提供给应用 程序用户一个统一的接口。它的编程模型可以用图 4-5 来表示，由四个基本的服 务端框架构成，又可由这些基础框架延伸出不同的接口。 field porttype service skeleton field service notification service skeleton field porttype notification service skeleton notification source delegation skeleton notification provider servicedata listener notification engine 图 4-5 服务器端实现框架 fig.4-5 the realization framework of server 具体可以通过下面几步来实现。 第一步：提供一个服务接口。 第 4 章 gscd 网格环境的搭建和服务实现 41 用 java 语言编写一个接口，然后用工具生成 wsdl porttype 接口描述文 件，以供用户远端的客户调用。 程序段 1：定义 java 接口文件 echostring.java: package org.nci.sample.impl; public interface echostring public string echostring(string str); 第二步：生成网格服务支持代码。 这一步骤分为两步：生成 wsdl 文件和生成 stub。 首先，生成 wsdl 文件，在 sample 目录下建立 build.xml 文件，并添加以下 程序： 程序段 2：生成 wsdl 文件： 然后，生成 stub。得到 wsdl 描述文件后，下一步的工作就是生成 stub,用 来从 xml 消息中序列/反序列化数据。在 build.xml 添加如下代码。 程序段 3：生成 stub： 第三步：实现服务。 在 下 面 这 个 java 文 件 中 ， echostringimpl 继 承 的 是 gridserviceimpl, gridserviceimpl取 代 了gt3 中 的serviceskeleton类 。 同 时 它 实 现 了 echostringporttype 接口中的 echostring 方法。echostringporttype 就是上一步生 成 stub 时生成的服务接口，这个接口是暴露给客户使用的。打开这个文件可以看 到时，它和 echostring.java 文件是差不多，只是添加了一些代码使它成为一个远 程接口，以供远程客户调用。 河南科技大学硕士学位论文 42 程序段 4：生成服务接口： echostringimpl.java package org.nci.sample.impl; import org.globus.ogsa.impl.ogsi.gridserviceimpl; import org.nci.sample.service.echostring.echostringporttype; import java.rmi.remoteexception; public class echostringimpl extends gridserviceimpl implements echostringporttypepublic echostringimpl() public string echostring(string str)throws remoteexceptionreturn str; gt3 还提供了一种实现服务的方法：称作 operation provider（也称为委托或 代理方法）。这种方法使得在部署服务时可以很容易的插入不同的操作实现。 gt3 中 notificationsource 和 factory 服务是用这种方式提供的，因此实现服务需 要 factory 和 notificationsource 时只需要更改以下服务的描述文件而已。 第四步：部署服务。 首先编写一个服务部署描述文件，部署文件告诉 web 服务器应该怎样来发布 网格服务，部署文件以 wsdd 的形式存在。然后建立 gar 文件。最后部署到主 机环境。运行 ant deploy，把服务部署到环境中。至此，服务端开发和部署已经 完成。 4.4.3 客户机端的实现 客户机端的实现 在客户端，首先要得到服务的wsdl描述文件，然后由该wsdl描述文件得 到stub，由于在服务端程序设计中生成的stub也可供客户端使用，所以直接使用了 服务端编程中生成的stub。因此客户端的程序段与服务器端的实现类似。实现过 程参照上一节。 至此，完成启动服务器和客户端的服务。 4.5 产品设计过程中数据交换服务的具体实现表示产品设计过程中数据交换服务的具体实现表示 在设计网格中，所有的资源都是以一种服务的形式存在。在协同设计领域 中，用来进行设计的cad软件很多，当使用不同设计软件的设计服务节点在同一 个设计项目中承接任务时，他们之间必定要进行数据交换，以便进行协同工作。 下面以数据交换为例来阐述gscd中服务的具体实现以及与传统制造资源使用的 区别。 第 4 章 gscd 网格环境的搭建和服务实现 43 4.5.1 传统数据交换的实现 传统数据交换的实现 在传统设计交换的过程中，通常是使用一种点对点的工具软件或cad/cam 系统自带的工具。但是这些工具软件都有特定的应用对象和范围。随着 cad/cam软件版本的升级，交换工具也会升级更新，因而就产生了许多种交换 工具。由于成本控制的约束，在一个企业中一般都无法拥有各种cad/cam软件 之间的交换工具软件。使用时，通过多种途径进行搜索查找，并且还要解决地域 的限制和了解对方的任务闲置程度。使用过程中，资源是以一种无序状态存在。 4.5.2 gscd 中数据交换服务的实现 中数据交换服务的实现 首先，可把制造数据交换能力定义为一种资源，拥有这种资源的企业可以为 另一企业提供服务，在gscd中，数据交换资源作为网格中的一个注册服务，当 有任务需求时，将由网格系统进行服务的调度和服务的创建，它屏蔽了用户和资 源之间的联系，简化了用户获取和使用资源的复杂性。同时，gscd将所有的服 务按一种“并行结构”进行封装，而不是按服务被使用的先后顺序进行封装。 图4-6简单描述了数据交换服务。gridservice是ogsa服务接口中唯一必需的 服务，如何实现服务的生命周期管理(lifetime management)和服务数据管理将是 ogsa 的主要任务11。图4-7阐述了ogsa中服务实例创建的几个主要过程，它描 述了客户应用端发现、获取和占用设计网格中的一个数据交换服务的情况。 instance name,etc. exchange info gridservicenotificationexchange 图4-6 数据交换服务 fig.4-6 data exchange services 河南科技大学硕士学位论文 44 community registry user application exchange factory exchange 数据交换服务提供者数据交换服务提供者 findgshfindgsh keepalive keepalive 图4-7 数据交换服务实例的创建 fig.4-7 creating cases of data exchange services 用户应用端连接到一个注册区(community registry)，该注册区维护那个服 务提供者可以提供请求的数据交换服务。用户请求可以明确一些必要的信息，如 服务的成本、位置或效果等。 注册区返回一个标识数据交换服务的句柄(gsh, grid service handle)。 用户应用端将一些例如交换形式等情况提交到exchange factory，同时给 exchange service一个初始的lifetime。 假如服务提供者和服务使用者的合约如期地进行，这时一个具有状态、 资源和生命周期的exchange实例被创建。 exchange实例创建后, 用户应用端与实例之间以keepalive消息保持连 接。数据交换服务在同时进行。 4.6 本章小结本章小结 本章介绍了 gscd 平台的软件开发应用环境，分别详细说明了利用 globus toolkit 3.2 版本在 linux 下和 windowsxp 下搭建 gscd 平台网格环境的过程； 接着对创建网格服务的过程进行了介绍，最后以产品设计过程中的数据交换为例 阐述了 gscd 中服务的具体实现。 第 5 章 基于集群的 gscd 模型和 gscd 平台门户系统设计 45 第5章 基于集群的第5章 基于集群的 gscd 模型和模型和 gscd 平台门户系统设计平台门户系统设计 本章将在前面几章关键技术研究的基础上，以仪表产品为对象，搭建基于集 群的 gscd 模型硬件平台，部署基于 globus gt3 的网格设计环境，初步开发仪 表产品外观协同设计 gscd 门户网站，其主要功能就是能使异地的设计人员，通 过互联网登录该门户网站后，针对同一个设计任务或者技术问题进行在线的协同 设计或讨论，交流设计思想和理念；其次还可为浏览者提供所需的资料，对于注 册用户，依据其不同的权限而访问不同的页面。 5.1 基于集群的基于集群的 gscd 模型系统结构模型系统结构 “基于网格的产品协同设计平台 gscd”应用系统是建立在 globus 基础上 的。本文的 gscd 应用子系统主要是仪表产品协同设计系统。整个系统的体系结 构如图 5-1 所示。 河南科技大学河南科技大学gscd系统平台门户系统平台门户 仪表产品协同设计界面仪表产品协同设计界面 仪表产品协同设计系统仪表产品协同设计系统 globus 部署调度系统部署调度系统 曙光集群系统曙光集群系统+各学院共享服务器各学院共享服务器 仪表产品协同设计界面仪表产品协同设计界面 图 5-1 基于集群的gscd系统体系结构 fig.5-1 the architecture of gscd based on the clusters 河南科技大学硕士学位论文 46 5.2 基于集群的基于集群的 gscd 模型软硬件配置模型软硬件配置 5.2.1 硬件配置 曙光集群系统 硬件配置 曙光集群系统 (1) 计算结点：16 个计算结点，计算速度为每秒 5240 亿次，19标准，1u， xeon(em64t)3.2g*2, 2g ecc register ddr333 内存，73g 10k rpm ultra320 scsi 硬盘，集成双通道 ultra 320 scsi 控制器，1000m rj45 网 卡*2, 结点机监控系统 (2) 管理结点：1 个 (3) io 结点：1 个 (4) 配置了 1tb 存储设备（主要用于资源存储） 5.2.2 软件配置 软件配置 (1) 操作系统：集群节点操作系统 redhat linux 9, windowsxp(客户机用) (2) 数据库软件：postgresql, mysql (3) 并行环境运行库：mpich (4) 应用服务器：apache tomcat 5.2.3 网格环境 网格环境 网格支撑平台：globus toolkit 3.2.1 5.3 globus gt3 网格设计环境的部署网格设计环境的部署 在集群节点上安装部署globus toolkit 3.2.1的过程与在节点myserver上的安装 部署过程大致相同(详见第4章)，只是linux操作系统下的安全认证部分略有差 异。集群节点上安装的安全认证包是从myserver的/home/dyh/.globus/simpleca目 录下拷贝的分布包，并且在安装后向myserver发送验证请求，由myserver签发认 证证书。 5.4 gscd 门户层的主要内容及要实现的关键技术介绍门户层的主要内容及要实现的关键技术介绍 门户系统是一个有效利用网格资源的手段，能为潜在的用户提供高端的图形 化界面。当用户直接使用网格服务时，通常会遇到或多或少的困难，为此，需要 在用户和网格服务之间开发门户，屏蔽网格资源复杂的内部细节，使用户能通过 第 5 章 基于集群的 gscd 模型和 gscd 平台门户系统设计 47 一个熟悉的用户界面、一致的操作方式和高效方便的访问机制来使用网格系统和 获取网格服务，从而解决网格系统资源使用复杂的问题。门户层应满足用户好用 性、安全性、可移植性、可扩展性、独立性和完备性的要求。 门户系统的主要内容及要实现的关键技术包括： (1) 基于 web 的使用模式和界面的设计； (2) 用户帐号管理，包括用户帐号的建立和删除、设置用户权限、身份认 证、用户个人信息的维护和修改、用户活动的监控与记帐等； (3) 协同设计技术，如产品的总体方案设计及子系统设计、信息交流方式、 实时交互工具、文件格式转换、虚拟装配和 cae 模型的前处理等； (4) 协同管理技术，如提交、暂停、删除作业，监视作业运行状态，查看作 业运行中间产生的文件，选择运行作业的时机，控制和管理文件等； (5) 文件传输技术，包括文件上传、下载和第三方文件传输； (6) 资源信息服务，即给用户提供远程资源或作业的某些信息，如在线帮 助、资源占用情况等。 5.5 gscd 平台门户系统的总体结构平台门户系统的总体结构 5.5.1 仪器仪表产品的设计需求 仪器仪表产品的设计需求 仪器仪表作为信息技术的关键和基础，是现代工业、科学、军事、航天、地 质、能源、医疗卫生、交通、通信、乃至环境保护等人类生活各个领域不可缺少 的重要工具之一。而我国在仪器仪表的设计、制造和品种上，都还远远落后于国 外，不仅损失巨额外汇而且极大地阻碍我国各行各业的发展。为此，中国科学院 和中国工程院20位院士向国务院提出了“关于振兴中国仪器仪表工业的建议 书”。当前美国、日本、欧洲等发达国家和组织都已将仪器仪表技术列为国家重 点支持的关键技术，因为信息工业将在本世纪中成为第一工业。 我国目前仪表产品制造企业存在的普遍问题是缺乏系统性、模块化、和市场 驱动性。新产品开发能力薄弱，技术落后，设计方法以经验、试凑、静态和定性 为核心，在“设计制造修改”的多次循环中求得高质量的产品，从而设计周 期长49。不少企业处于仿制国外产品的阶段。要使我国的企业在国际市场中赢得 竞争和发展，产品自主开发能力的提高已成为关系到我国制造业发展命运的至关 重要的问题50, 51。 河南科技大学硕士学位论文 48 5.5.2 gscd 门户层主要功能模块分析 门户层主要功能模块分析 为了尽快提高仪表产品的开发设计能力，本章节以 gscd 系统平台(见第三 章中图 3-1)为基础，初步开发以仪表产品为对象的 gscd 平台门户网站。根据系 统平台的要求，网站主要由用户管理、ca 证书管理、产品展示信息、产品人机 工程库、协同设计系统、结构强度仿真、技术论坛等功能模块组成。主要功能模 块图表如图 5-2 所示。 图 5-2 gscd 门户总体结构 fig.5-2 the total architecture of gscd portal (1) 用户管理：在这个模块里，用户可以建立和删除自己的帐号，查看自己 的详细注册信息、修改自己的个人资料、设置用户权限和身份认证，并能查看自 己发送的短消息和收到的短消息。 gscd系统图形用户界面(gui)gscd系统图形用户界面(gui) 用户 管理 用户 管理 产品展 示信息 产品展 示信息 技术 论坛 技术 论坛 协同设 计系统 协同设 计系统 结构强 度仿真 结构强 度仿真 ca证 书管理 ca证 书管理 产品人 机工程库 产品人 机工程库 faqfaq 用 户 帐 号 注 册 用 户 帐 号 注 册 修 改 个 人 资 料 修 改 个 人 资 料 权 限 管 理 权 限 管 理 身 份 认 证 身 份 认 证 删 除 用 户 删 除 用 户 用 户 活 动 监 控 用 户 活 动 监 控 产 品 目 录 产 品 目 录 新 品 介 绍 新 品 介 绍 最 新 动 态 最 新 动 态 人 体 测 量 数 据 库 人 体 测 量 数 据 库 人 体 感 知 数 据 库 人 体 感 知 数 据 库 工 作 空 间 数 据 库 工 作 空 间 数 据 库 显 示 装 置 设 计 规 则 显 示 装 置 设 计 规 则 色 彩 设 计 查 询 色 彩 设 计 查 询 操 纵 装 置 设 计 规 则 操 纵 装 置 设 计 规 则 美 学 设 计 查 询 美 学 设 计 查 询 当 前 状 态 当 前 状 态 证 书 审 批 证 书 审 批 证 书 申 请 证 书 申 请 代 理 证 书 生 成 代 理 证 书 生 成 设 计 资 料 下 载 设 计 资 料 下 载 设 计 信 息 交 互 设 计 信 息 交 互 协 同 设 计 协 同 设 计 第 5 章 基于集群的 gscd 模型和 gscd 平台门户系统设计 49 (2) ca(certificate authority)证书管理：即用户权限管理，包括证书的当前状 态，证书的申请、代理证书的生成以及最后证书的审批。ca 权限管理的过程如 图 5-3 所示。 (3) 产品展示信息：这个部分包括产品目录，新品介绍和最新动态三部分， 产品目录将用列表的方式展示给浏览者企业生产的产品有那些，以及各种产品的 参数和性能。新品介绍和产品目录类似，将展示给浏览者近期研发的产品列表。 最新动态列出企业最近的研发动态和相关新闻。 (4) 产品人机工程库：包括人体测量数据库/人体感知数据库、工作空间数据 库、显示装置设计规则、美学设计查询、色彩设计查询、操纵装置设计规则等模 块，在新产品设计中给予用户指导性建议52。 (5) 协同设计系统：是本门户网站的核心所在，设计人员可以在这里针对要 研发的产品进行协同设计，具体的功能模块如图 5-4 所示。 (6) 技术论坛：有三个子论坛，设计资料下载、设计信息交互和协同设计。 主要提供设计人员之间资料共享和设计思想交流的场所。 组 建立建立ca中心中心 申批证书申请申批证书申请, 签发证书签发证书 提交证书申请提交证书申请 获得签发证书获得签发证书 生成代理证书生成代理证书 网格管理员 网格用户 网格管理员 网格用户 流程 依赖 流程 依赖 图 5-3 ca 权限管理 fig.5-3 authorization management of ca 河南科技大学硕士学位论文 50 5.5.3 以仪表产品为对象的协同设计系统模块主要内容结构 以仪表产品为对象的协同设计系统模块主要内容结构 协同设计系统协同设计系统 仪表产品设 计任务分配 仪表产品设 计任务分配 信息交 流方式 信息交 流方式 实时交 互工具 实时交 互工具 零件检索零件检索 总 体 方 案 与 设 计 总 体 方 案 与 设 计 子系统设计子系统设计 结 构 框 架 设 计 结 构 框 架 设 计 操 纵 件 设 计 操 纵 件 设 计 后 面 板 设 计 后 面 板 设 计 前 面 板 设 计 前 面 板 设 计 附 件 设 计 附 件 设 计 产 品 检 索 产 品 检 索 标 准 件 检 索 标 准 件 检 索 短 消 息 短 消 息 电 子 邮 件 电 子 邮 件 视 频 会 议 视 频 会 议 电 子 白 板 电 子 白 板 桌 面 共 享 桌 面 共 享 产品数据 管理 产品数据 管理(pdm) 产品数据查询产品数据查询 产品数据修改记录产品数据修改记录 产品模型管理产品模型管理 图 5-4 仪表外观协同设计系统结构框架图 fig.5-4 the frame chart of instrument appearance collaborative design (1) 仪表产品设计任务分配：把设计任务分成多个子任务，用户可根据自己 不同的设计权限进入不同的子任务进行设计操作。 (2) 零件检索：该模块分为两部分，一是产品检索模块，用户通过选择适合 需要的仪表产品各属性，通过实例库检索，可检索出符合条件的多样实例，确定 某产品后点击查看详细信息即可浏览该产品的二维工程图，三维立体图及 bom 表，其中三维图可实现在人机交互界面中的旋转、平移、放大等功能，给用户一 个全方位的产品效果。二是标准件检索模块，用户可以在该模块下直接查看一些 标准的零件如：螺钉、旋钮等。 (3) 产品数据管理 pdm(product data management)53：主要存储产品修改的 历史记录，例如哪个用户在什么时间和什么原因修改什么产品，以及每次产品设 计的参数数据和三维模型数据，对产品的不同版本进行管理，定期删除一些旧的 版本，保证产品数据的一致性。 (4) 信息交流方式：包括短消息和电子邮件，可实现用户之间互相发送消 息，进行异步的沟通。 (5) 实时交互工具：可采用视频会议、电子白板、桌面共享等方式。视频会 第 5 章 基于集群的 gscd 模型和 gscd 平台门户系统设计 51 议：通过视频聊天室工具用户更加详细的交流产品信息，来达到更好的协同设计 效果，以达到即你见即我见(what you see is what i see, wysiwis)。 电子白板为设计人员提供文本、绘图、文档等共同讨论的工作空间，可以使 用此工具进行简单的二维工程图交互来达到信息交流的目的，拥有现场加注标记 的功能，包括作示意图的各方面，如直线、任意曲线、矩形、箭头、标注文字 等。同时提供了多种作图颜色，以便各参加者分别选用。 5.6 gscd 系统门户界面系统门户界面 当各类网格用户通过网格门户层来使用协同设计服务时，首先需要注册帐 号，然后利用合法的用户名和口令登录到门户层中。本文针对仪表产品的造型设 计，在 web 环境下门户层为用户提供用户管理、产品展示信息、产品人机工程 库、协同设计系统、数值仿真等几个主要服务。 5.6.1 网站系统配置 网站系统配置 (1) 硬件环境 高性能的处理器，采用 pentium 4 1.8g 以上的 cpu。 内存 512m 以上。 硬盘 80g。 显卡分辨率支持 1024768 以上，颜色要设为 32 位真彩色。 必须安装网卡。 (2) 软件环境 网站服务器安装了 windowsxp2 操作系统和 microsoft iis6.0 web 服务器。目 前在局域网环境下搭建了 gscd 平台，安装了 globus toolkit3.2，编写了门户层 程序，其实现的门户层框架主界面和其它界面如下一节中所示。 5.6.2 gscd 系统各界面演示 系统各界面演示 (1) 系统主界面：用户登录 gscd 系统，可以查看 gscd 系统简介，最新产 品，行业最新动态等设计资料共享信息，如果想要进入协同设计系统区域则必须 先注册登录系统，如图 5-5 所示。 河南科技大学硕士学位论文 52 图 5-5 gscd 门户主界面 fig.5-5 the main interface of gscd (2) 用户管理界面：详细记录着用户的资料信息，如图 5-6。 图 5-6 gscd 系统用户管理界面 fig.5-6 user management interface of gscd 第 5 章 基于集群的 gscd 模型和 gscd 平台门户系统设计 53 (3) 产品展示界面：为用户展示最新产品的资料信息，用户可以在此查看最新产 品的参数，以及多种产品之间性能对比，如图 5-7。 图 5-7 gscd 系统产品展示界面 fig.5-7 the product exhibition interface of gscd (4) 产品人机工程库：如图 5-8。 图 5-8 gscd 系统产品人机工程库 fig.5-8 the man-machine engineering storeroom of gscd 河南科技大学硕士学位论文 54 (5) 仪表产品协同设计界面：如图 5-9。 图 5-9 协同设计界面 fig.5-9 the interface of collaborative design 基于网格的仪表产品协同设计系统的完整实现比较复杂，需要做更深入的分 析和设计开发。以上只是对仪表产品基于 gscd 系统平台的设计过程进行了简要 的分析介绍，说明基于 gscd 系统平台开发实际的应用系统不仅可行，而且非常 方便，还能实现原有系统平台难以实现的创新性应用。 5.7 本章小结本章小结 本章根据第三章的系统框架模型，搭建基于集群的 gscd 模型硬件平台，部 署基于 globus gt3 的网格设计环境，并针对仪表产品外观造型协同设计系统进 行初步开发，建立了仪表产品外观协同设计 gscd 门户网站，该网站将为设计者 提供资料共享和设计方法交流的平台。 第 6 章 结 论 55 第6章 结第6章 结 论论 6.1 结论结论 未来的制造业将建立在数字化和网络化基础上，其总体目标是要达到快速设 计、快速制造、快速检测、快速响应和快速重组。网格技术是近年来发展起来的 一种新兴技术，在缺少中央控制及强信任关系的情况下，能够协同使用地理上分 布的各种资源。网格技术在制造业中的应用，给制造业的发展带来了新的思维模 式，也为协同设计技术的发展带来新的契机。 本文介绍了网格的基本概念、组成和特点，分析了网络协同设计国内外的研 究现状。着重论述了开放式网格服务体系结构 ogsa，剖析了 globus toolkit 工 具包的 gt3 版系统架构，因为本文的研究是基于 ogsa 之上，充分利用了 gt3 的核心中间件，完成底层相关模块的实施。 通过研究，本文主要取得以下几方面的成果： (1) 本文将网格技术与协同设计有机结合，提出了一种基于网格的产品协同 设计 gscd 框架模型，该模型采用 ogsa 的网格体系结构，用 globus 工具进行 构建，为网格技术在协同设计领域的应用研究奠定了基础。 (2) 针对 gscd 系统的 4 层框架模型，分别进行分析研究，指出了 gscd 中 网格服务的实现方法及系统的关键技术如产品生命周期管理、任务分解、协同设 计、冲突消解及设计安全等。 (3) 模拟构建了 gscd 平台的网格环境。在曙光集群系统上搭建了 gscd 模 型硬件平台，部署了基于 globus gt3 的网格设计环境，为下一步开展应用研究 提供了可能。 (4) 以仪器仪表产品的协同设计为应用点，初步设计了 gscd 平台门户系 统。门户系统与硬件平台的结合，为进一步开展针对仪表产品进行的协同设计工 作打下基础。 产品协同设计是一个较为复杂和困难的问题，本文是基于网格的仪表产品协 同设计的一个尝试，受能力与时间的限制，本文所做的工作还较为有限，许多问 题还有待进一步的研究。 6.2 进一步的工作展望进一步的工作展望 由于网格本身的异构性，对设计网格应用程序有很多要求。网格平台不仅要 河南科技大学硕士学位论文 56 对下层资源具有可扩展性和自动适应性，而且要能提供给用户二次开发的环境和 工具。 本文根据目前网格的应用研究领域，提出了针对于制造业的网格产品协同设 计模型，该模型主要基于网格ogsa，采用gt3作为底层基础设施。由于网格计 算还没有像tcp/ip一样的标准协议和既定标准，gt3符合ogsa，但还有部分功 能没有实施。而且internet上的协同设计是一个复杂的环境，面临平台异构性、安 全性、动态性、协同性等重大问题，因此，还有一些方面需要研究。又由于时间 和其它条件的限制，gscd模型的实现还无法完成，对于模型的设计也还存在很 多不足，因此gscd还需要不断更新。 下一步的研究工作主要包括： (1) 从理论上扩展gscd模型，针对gscd的功能需求，开发相应的网格服 务，并以实验验证gscd的可行性，针对其中的问题加以改进。 (2) 在以实验实施gscd平台的过程中，更深入的研究设计资源的表示、资源 发现、任务协同等关键技术。 (3) 系统的安全问题，当进行企业间的资源共享实现时，系统的安全问题需 要加强。 (4) 如何将 gscd 系统的经验进一步转化为仪表行业开发新产品的有效支持 工具，还需要做大量的工作。 (5) 完成并完善以仪表产品为对象的 gscd 平台门户系统设计。 参考文献 57 参考文献参考文献 1 芮延年，刘文杰，郭旭红.协同设计m.北京：机械工业出版社，2003, 125. 2 徐志伟，冯百明，李伟.网格计算技术m.北京：电子工业出版社，2004, 15. 3 史美林.计算机支持的协同工作：概念、技术、应用m.北京：电子工业出版社，1998, 113123. 4 屠建发.现代敏捷制造技术的发展现状与工业应用j.模具技术，2004, (1): 5. 5 michael case, stephen cy lu. discourse model for collaborative designj. computer aided design, 2004, 28(5): 335345. 6 田凌，童秉枢.网络化产品协同设计的理论与实践j.计算机工程与应用，2003, 38(5): 34. 7 虞付进.计算机支持的协同设计研究综述j.机电工程，2005, 17(3): 56. 8 李建，张鸿梁，王计斌等. 基于网络的协同设计方法研究j.清华大学学报(自然科学 版)，2003, 40 (9): 9394. 9 ian foster and carl kesselman. the grid: blueprint for a future computing infrastructurej. morgan kaufmann publishers, 2003. 10 肖连兵，黄林鹏. 网格计算综述j.计算机工程，2005, 28(3): 13. 11 都志辉，陈渝，刘鹏.网格计算m.北京:清华大学出版社，2002.10. 12 黄允中，顾志松，张世永.网格技术框架的探讨和研究j.计算机工程，2005, 10(13): 1820. 13 陈颖健.下一代网络技术：网格计算j.国外科技动态，2005, 20(7): 1314. 14 ian foster, carl kesselman, steven tuecke. the anatomy of the grid: enabling scalable virtual organizationsj. international journal of supercomputer applications, 2002, 15(3): 200222. 15 ian foster, carl kesselman, john nick, et al. the physiology of the grid: an open grid services architecture for distributed systems integrationj. globusproject, 2003, /research/papers/ogsa.pdf. 16 李玉祥，沈刘军.什么是web servicez. 2005.4.30. 17 the globus project: http:/www.g/, raining/grids-and-globus- toolkit/introtogrids andglobus-toolkit. ppt, 2005.3.10. 18 lan foster and carl kesselman. globus: a miscomputing infrastructure toolkitj. international journal of supercomputer application, 2004, 11920: 115128. 河南科技大学硕士学位论文 58 19 陈萍，余华山，王彬等.网格计算环境globus介绍j.计算机应用研究，2005, 20(8): 9697. 20 jay unger, matt haynos(z). 2006.1.20. 21 ian foster. the grid: computing without boundsj. scientific american, 2006, 288 (4):7885. 22 ian.foster and carl.kesselman. the globus project: a status report in proceedings of ipps/spdpj. heterogeneous computing workshop, 2005: 418. 23 brunett, czajkowski, ian foster, et al. application ex