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基于CSCW的CAD系统关键技术研究

欧阳应秀

  设计活动不仅具备创造性和智能性,而且具备群体性和协作性。随着Internet/Intranet网络和并行、高性能计算机及事务处理的普及,异地、协同、虚拟设计也在CAD中得到了广泛应用。本文对CSCW支持的CAD关键技术进行研究分析。作者首先回顾了CAD系统和技术的发展历程,然后对目前CSCW支持的CAD系统的研究现状和存在的问题进行综述和分析。针对目前协同设计系统的研究现状,在分析现有的网络CAD系统结构的基础上,本文提出了一个基于Web Service分布式协同CAD系统框架。该系统采用XML定义服务器端和客户端之间特征操作和协同设计的通讯协议,以特征为基本协同设计单元,服务器和客户端之间采用增量式特征信息交互。由于系统基于Web Service构造,系统可以支持跨异构平台协同设计。原型系统的应用表明,该系统可以较好地支持分布式条件下的协同设计。目前网络CAD系统的核心造型系统大多是基于特征的参数化造型系统。在特征编辑时,维护设计者的设计意图,需要一个拓扑实体的永久命名机制来维护实体模型修改前后拓扑结构的对应关系,保证实体模型求值重建的正确性。本文在分析当前的已有命名机制和实现的相关工作基础上,提出一个基于面和设计历史的混合拓扑元素永久命名机制,该命名机制采用三个实体命名表来管理和维护命名拓扑元素,由一个两层的表示来支持模型重建,实体模型重建时,系统会自动建立这三个表之间的连接对应关系。文中详细介绍了该命名机制的实现并讨论它在网络CAD系统中的应用。与SolidWorks相比较,实验结果表明,该命名机制能够有效地处理命名机制中的问题。随着在网络上传输和共享实体模型的需要的出现,如何有效地传输实体模型数据,减少设计时的网络时延已成为一个重要的研究问题。目前的主要技术是实体模型的B-rep简化和Cellular Topology方法,然而这些方法没有考虑设计历史,特征实体之间的相互依赖关系。本文提出了一个基于设计历史的CAD数据多分辨层次传输方法,采用命名机制来维护和增量更新客户端实体模型。用户根据设计历史和特征依赖关系,可以有选择地要求服务器端传送感兴趣的实体模型部分。实验数据表明,当实体主模型中的拓扑结构复杂和含有曲面时,采用基于设计历史的模型增量式传输方法,可以有效地减少网络数据流量,提高协同设计效率。并行开发过程实质上是一个寻找满足各种约束条件的解的过程或者说是一个寻找约束网的解的过程。约束已经成为支持整个设计过程不可缺少的部分,它摘要浙江大学博士学位论文不仅在详细设计阶段用来表示几何元素联系和定位的信息,而且在概念设计阶段是设计者表达设计意图和知识的工具。因此高效、鲁棒和支持欠约束的约束求解系统对于基于网络的CAD系统就至关重要。本文将约束求解问题转化为最优化问题,分析了传统BFGS和混沌算法的优点和弊端,提出了一个将两者相结合的求解方法,把混沌方法嵌入BFGS算法。本文给出了该算法在几何约束方面的应用实例,实际上该算法可以应用到分布式产品设计的各个相关方面。计算结果表明,这种混合算法能够自然地处理欠/过约束问题和有效克服单纯的BFGS算法容易陷入局部最优以及无法越过临界点的情况,提高约束求解的效率和鲁棒性。……   
[关键词]:CAD;CSCW;并行设计;Web Service;命名机制;基于特征的设计;增量传输;约束求解;最优化算法
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2004年
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