一種電子產(chǎn)品分布式協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】一種電子產(chǎn)品分布式協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù)往往需要由分布在不同部門(mén)或不同場(chǎng)所的具有不同領(lǐng)域知識(shí)的群組協(xié)同合作完成。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，模擬人類(lèi)群組合作工作的自然屬性、開(kāi)發(fā)具有網(wǎng)絡(luò)協(xié)同作業(yè)功能的系統(tǒng)是當(dāng)前電子線路設(shè)計(jì)技術(shù)研究的前沿課題之一。Internet/Intranet提供了完成這種分布式異地協(xié)同設(shè)計(jì)的物質(zhì)根底，Web技術(shù)和Multi-Agent技術(shù)則構(gòu)成了協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境的底層支撐技術(shù)，但協(xié)同工作系統(tǒng)的協(xié)同機(jī)理、進(jìn)程協(xié)調(diào)、設(shè)計(jì)信息的集成等關(guān)鍵技術(shù)目前還沒(méi)有得到有效解決。因此針對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)和協(xié)作的需要，研究Internet/Intranet模式下電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)協(xié)同求解的原理和實(shí)施方法具有重大的理論價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。

Multi-Agent系統(tǒng)（MAS）是多個(gè)Agent組成的集合，其多個(gè)Agent成員之間相互協(xié)調(diào)，相互服務(wù)，共同完成一個(gè)任務(wù)。它的目標(biāo)是將大而復(fù)雜的系統(tǒng)建設(shè)成小的、彼此互相通信和協(xié)調(diào)的，易于管理的系統(tǒng)。各Agent成員之間的活動(dòng)是自治獨(dú)立的，其自身的目標(biāo)和行為不受其它Agent成員的限制，它們通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)和磋商等手段協(xié)商和解決相互之間的矛盾和沖突。MAS主要研究目的是通過(guò)多個(gè)Agent所組成的交互式團(tuán)體來(lái)求解超出Agent個(gè)體能力的大規(guī)模復(fù)雜問(wèn)題。

代表了分布式對(duì)象技術(shù)的CORBA規(guī)范的出現(xiàn)，為問(wèn)題的解決提供了一種可能的途徑。

1應(yīng)用Multi-Agent實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)同設(shè)計(jì)

1.1Multi-Agent的概念與應(yīng)用

目前Agent領(lǐng)域的研究主要是針對(duì)軟件Agent展開(kāi)的，將它作為軟件工程開(kāi)發(fā)的一種規(guī)范。一個(gè)軟件Agent即為一個(gè)獨(dú)立自主的計(jì)算實(shí)體，能在無(wú)法事先建模的、動(dòng)態(tài)變化的信息環(huán)境中，獨(dú)立規(guī)劃復(fù)雜的操作步驟，解決實(shí)際問(wèn)題；在用戶不參與的情況下，獨(dú)立發(fā)現(xiàn)和索取符合用戶需求的可利用資源與服務(wù)。在Multi-Agent系統(tǒng)中，每個(gè)Agent具有獨(dú)立性和自主性，能夠解決給定的子問(wèn)題，自主地推理和規(guī)劃并選擇適當(dāng)?shù)牟呗裕⒁蕴囟ǖ姆绞接绊懎h(huán)境。

在Multi-Agent系統(tǒng)中，每個(gè)Agent具有獨(dú)立性和自主性，能夠解決給定的子問(wèn)題，自主地推理和規(guī)劃并選擇適當(dāng)?shù)牟呗?，并以特定的方式影響環(huán)境。在Multi-Agent系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，不追求單個(gè)龐大復(fù)雜的體系，而是按面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)造多層次，多元化的Agent，其結(jié)果降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，也降低了各個(gè)Agent問(wèn)題求解的復(fù)雜性。Multi-Agent系統(tǒng)是一個(gè)講究協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，各Agent通過(guò)互相協(xié)調(diào)去解決大規(guī)模的復(fù)雜問(wèn)題；Multi-Agent系統(tǒng)也是一個(gè)集成系統(tǒng)，它采用信息集成技術(shù)，將各子系統(tǒng)的信息集成在一起，完成復(fù)雜系統(tǒng)的集成。多Agent技術(shù)打破了人工智能領(lǐng)域僅僅使用一個(gè)系統(tǒng)的限制，在MAS環(huán)境，各領(lǐng)域的不同可能協(xié)作求解某一個(gè)無(wú)法解決或無(wú)法很好解決的問(wèn)題，提高了系統(tǒng)解決問(wèn)題的能力。

人作為一類(lèi)特殊的Agent，在協(xié)同工作系統(tǒng)中占有相當(dāng)重要的地位。軟件Agent的主要思想即是人格化。在協(xié)同工作這類(lèi)松耦合式、動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)中，人類(lèi)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)以及面對(duì)新環(huán)境的主動(dòng)性、適應(yīng)性是軟件Agent無(wú)法比較的。因此將人本身作為Multi-Agent系統(tǒng)的一部分來(lái)構(gòu)建Muti-Agent系統(tǒng)也是未來(lái)Agent技術(shù)研究的一個(gè)重要方向。

1.2協(xié)同設(shè)計(jì)單元的構(gòu)建

協(xié)同設(shè)計(jì)單元（CooperativeDesignCell，CDC）由設(shè)計(jì)者、多個(gè)軟件Agent以及設(shè)計(jì)工具等構(gòu)成，如圖1所示。CDC本身就是一個(gè)Multi-Agent系統(tǒng)。在這個(gè)Multi-Agent系統(tǒng)中，人占有主導(dǎo)地位，而軟件Agent主要用來(lái)輔助人管理節(jié)點(diǎn)上的各種資源和設(shè)計(jì)工具。軟件Agent的輔助管理使得設(shè)計(jì)者（即自然Agent）將更多的注意力集中在設(shè)計(jì)任務(wù)上，從而提高設(shè)計(jì)的效率。設(shè)計(jì)者通過(guò)軟件Agent的幫助，理解節(jié)點(diǎn)上一些動(dòng)作含義，而軟件Agent則通過(guò)與設(shè)計(jì)者的交互不斷獲取新的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

1.3CDC之間的協(xié)同工作原理

單個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)單元不能完全表達(dá)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作系統(tǒng)中的協(xié)作性，由這些設(shè)計(jì)單元互相連接構(gòu)成的更高層次的Multi-Agent系統(tǒng)才是一個(gè)有意義的協(xié)同工作環(huán)境。這種Multi-Agent系統(tǒng)的協(xié)同工作不僅僅是人-機(jī)之間的協(xié)作，更是人-人之間的協(xié)作。它使Multi-Agent系統(tǒng)突破了時(shí)空上的限制，具有更高的智能性和協(xié)作性，它提供了下述幾個(gè)層次的協(xié)同應(yīng)用。

（1）人與人的協(xié)同。協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的目的是提供一個(gè)使設(shè)計(jì)者和們能夠協(xié)同合作的環(huán)境，這與傳統(tǒng)的系統(tǒng)有所不同。系統(tǒng)追求的目標(biāo)是讓普通的、非的設(shè)計(jì)者能完成才能完成的任務(wù)，并到達(dá)的水平。

（2）設(shè)計(jì)界面的協(xié)同。支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)的交互界面是對(duì)傳統(tǒng)人機(jī)交互界面的繼承和發(fā)展，它是群體合作的聯(lián)系紐帶。單機(jī)上人機(jī)交互時(shí)，用戶面對(duì)的是機(jī)器，而網(wǎng)絡(luò)上的交互，用戶面對(duì)的是人，交互過(guò)程中，他們要互相感覺(jué)到彼此的存在。因此，一個(gè)支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)的交互界面對(duì)傳統(tǒng)人機(jī)交互界面開(kāi)展了延伸。

（3）設(shè)計(jì)信息的協(xié)同。協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中，全域的產(chǎn)品信息共享是協(xié)同的。隨著設(shè)計(jì)過(guò)程的深入，產(chǎn)品信息模型是動(dòng)態(tài)演進(jìn)的。因此在任何時(shí)刻，當(dāng)某一CDC提交設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品信息模型開(kāi)展修改時(shí)，與此信息相關(guān)的其他CDC應(yīng)該能及時(shí)得到一個(gè)合適的信息跟隨。

（4）設(shè)計(jì)工具的協(xié)同。設(shè)計(jì)工具的共享具體表達(dá)在應(yīng)用的共享上，其主要目標(biāo)是：①同一應(yīng)用同時(shí)受控于參與共享的所有CDC。②應(yīng)用的輸出結(jié)果同時(shí)提供應(yīng)參與共享的所有CDC。

（5）設(shè)計(jì)方法的協(xié)同。設(shè)計(jì)方法的共享是指設(shè)計(jì)者之間通過(guò)在線演示，互相交流設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的一些方法。具體方式可以采用遠(yuǎn)程控制接收某一節(jié)點(diǎn)，開(kāi)展手把手式教授，或者通過(guò)視頻會(huì)議開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)直播。

（6）網(wǎng)絡(luò)通信的協(xié)同。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作系統(tǒng)中，各個(gè)CDC所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是不同的，因此提供一個(gè)異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境集成方式是實(shí)施網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作的根底。

2應(yīng)用CORBA規(guī)范實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)用的集成

2.1公用對(duì)象請(qǐng)求代理構(gòu)造CORBA

CORBA是為實(shí)現(xiàn)分布計(jì)算環(huán)境下的應(yīng)用集成而制定的分布對(duì)象規(guī)范，是新一代客戶/服務(wù)器模式，其是接口定義語(yǔ)言和對(duì)象請(qǐng)求代理。服務(wù)器對(duì)象包括界面和對(duì)象實(shí)現(xiàn)兩部分，界面是用IDL定義的，它描述服務(wù)器對(duì)象所能提供的操作及這些操作所需要的參數(shù)，對(duì)象實(shí)現(xiàn)具體完成這些操作的代碼和數(shù)據(jù)。ORB為系統(tǒng)提供了軟件總線機(jī)制，任何對(duì)象只要用IDL對(duì)其界面開(kāi)展描述，就可連接到ORB上，為其他對(duì)象提供服務(wù)或向其他對(duì)象請(qǐng)求服務(wù)，實(shí)現(xiàn)即插即用。

2.2基于CORBA的分布式應(yīng)用的集成

基于CORBA的分布式應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)造如圖2所示，由應(yīng)用層、開(kāi)放式分布處理層和系統(tǒng)支持層構(gòu)成。

系統(tǒng)支持層為具體應(yīng)用的開(kāi)發(fā)提供了必要的軟件環(huán)境和工具。企業(yè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一般存在異種機(jī)、異種網(wǎng)、異種數(shù)據(jù)庫(kù)和異種協(xié)議，是典型的異構(gòu)計(jì)算環(huán)境。

開(kāi)放式分布處理層是基于CORBA的開(kāi)放式分布平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)分布異構(gòu)計(jì)算環(huán)境下各具體應(yīng)用之間以及它們與多種數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器之間的透明訪問(wèn)。

應(yīng)用層上聚集了各種具體設(shè)計(jì)、仿真工具和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，它們以插件的形式連接到ORB軟件總線上，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用服務(wù)的分布式集成。

各應(yīng)用模塊之間和應(yīng)用模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)之間沒(méi)有直接的聯(lián)系，它們通過(guò)ORB通信。這樣，只要應(yīng)用服務(wù)或數(shù)據(jù)庫(kù)的界面定義不變，為適應(yīng)環(huán)境而對(duì)其中任意應(yīng)用服務(wù)開(kāi)展修改，增加新的應(yīng)用服務(wù)模塊或更換數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，都不會(huì)影響其他部分，因而系統(tǒng)具有更好的柔性和可重構(gòu)性。當(dāng)然在充分研究已有設(shè)計(jì)工具的功能和數(shù)據(jù)構(gòu)造的根底上，也可以直接利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)、仿真工具的功能，當(dāng)有新的功能需求時(shí)，可以開(kāi)展補(bǔ)充和擴(kuò)展。

3分布式協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

目前市場(chǎng)上支持電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的商用軟件品種繁多，各個(gè)企業(yè)、各個(gè)具體的設(shè)計(jì)部門(mén)出于自身的需要，可能選用不同的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)仿真平臺(tái)或開(kāi)發(fā)基于CORBA的應(yīng)用服務(wù)。因此，協(xié)同工作系統(tǒng)中，應(yīng)該讓參與協(xié)同過(guò)程的設(shè)計(jì)者能夠共享設(shè)計(jì)工具。從圖3中可以看出，二個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)單元基于Web技術(shù)可共享成熟的產(chǎn)品構(gòu)造設(shè)計(jì)工具、電路原理設(shè)計(jì)與仿真工具或利用CORBA技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種專門(mén)應(yīng)用服務(wù)的集成。

4結(jié)論

本文采用Multi-Ag