基于Web的微波器件協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)研究

1引言
微波器件的設(shè)計是一項集成度較高的電子機(jī)械設(shè)計，涉及到多個領(lǐng)域的專業(yè)知識和技能。微波電路主要由模擬電路組成，電平小至微微瓦，大至幾十兆瓦；頻率低端為100 MHz以下，高端為100 GHz以上；電路結(jié)構(gòu)有波導(dǎo)、同軸、微帶、介質(zhì)波導(dǎo)、鰭線、懸置微帶等；電路受分布參數(shù)、電磁場影響大，難以量化。由于在微波頻段參數(shù)設(shè)計比低頻和數(shù)字電路復(fù)雜，因而使得微波器件的設(shè)計比一般電路的設(shè)計困難得多。

但是，如果限定微波器件的設(shè)計范圍，設(shè)計其中的某一類微波器件，則由于微波器件結(jié)構(gòu)形狀比較穩(wěn)定，可以用一組參數(shù)來約定尺寸，而且在產(chǎn)品的開發(fā)中，大部分 設(shè)計屬于類似設(shè)計，可以通過知識庫等予以限定，其他部分可以通過協(xié)同設(shè)計來解決。通過對設(shè)計任務(wù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆纸?，在網(wǎng)絡(luò)的支持下，聯(lián)合相關(guān)知識領(lǐng)域的研究 人員進(jìn)行協(xié)同設(shè)計。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計可以使不同地點的管理人員、設(shè)計人員、施工人員以及普通用戶等均能同步或異步地參與設(shè)計工作，從而提高設(shè)計的質(zhì)量和效率。該設(shè)計方式很大程度 上改善了傳統(tǒng)設(shè)計中項目管理與設(shè)計之間和不同設(shè)計階段之間的脫節(jié)問題，具有設(shè)計周期短、費用低、質(zhì)量易于保證等優(yōu)點。

2基本原則
在系統(tǒng)設(shè)計之前，首先必須認(rèn)識到?jīng)_突是不可完全消除的，這是因為設(shè)計者之間的專業(yè)知識、語意表達(dá)、任務(wù)理解以及爭論出發(fā)點可能會有不同，而且某些設(shè)計問題在學(xué)術(shù)上可能目前還處于爭鳴階段，難以達(dá)成完全的一致。 基于上述原因，一個實用的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)必須排除以上不可消除的因素，要求滿足以下三條基本原則：

2.1趨同原則
要求所有協(xié)同設(shè)計工作人員對于設(shè)計任務(wù)的理解是相同的，至少是可以通過交流來趨向一致的。為了保證此假設(shè)成立，協(xié)同設(shè)計人員必須經(jīng)常交流。

2.2實用原則
要求協(xié)作設(shè)計中涉及的知識或?qū)W術(shù)范圍的沖突是可以通過協(xié)商解決的。該原則排除了一些學(xué)術(shù)爭議的引入，從而保護(hù)協(xié)同設(shè)計的實用性。

2.3全局原則
所有協(xié)同設(shè)計工作人員均須注重全局的利益，在局部利益與全局利益沖突時做出合理的選擇，從而有利于設(shè)計的正常進(jìn)行。作為小型設(shè)計系統(tǒng)，這一點比較容易達(dá) 到，但是對于大型設(shè)計系統(tǒng)，由于參與人員的多方面差異，要組成一個注重全局利益的設(shè)計集體，只能依靠管理手段予以保證。

基于以上原則的系統(tǒng)，可以避免難以解決的沖突，有利于設(shè)計任務(wù)的高效率、高質(zhì)量完成。微波器件的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中，參與設(shè)計的人員可以限制在某個利益集團(tuán)，因此可以要求微波器件的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)遵循以上三條原則。

3協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計
協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)主要由用戶端/服務(wù)器端/數(shù)據(jù)庫三層結(jié)構(gòu)組成，如圖1所示。用戶端界面一般由Web瀏 覽器和設(shè)計系統(tǒng)客戶端界面兩部分構(gòu)成，分別完成信息交流和參數(shù)設(shè)計功能。重點討論協(xié)同設(shè)計方法，對參數(shù)化設(shè)計有關(guān)內(nèi)容將另文闡述。服務(wù)器端程序主要完成微 波器件設(shè)計操作的判別、協(xié)調(diào)與執(zhí)行，可以包括參數(shù)化設(shè)計、沖突消解、協(xié)同交流、輔助設(shè)計和數(shù)據(jù)庫管理等子系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，以協(xié)同設(shè)計管理系統(tǒng)為核心，協(xié)調(diào) 各子系統(tǒng)，將用戶端提交的設(shè)計經(jīng)服務(wù)器端沖突判斷后反饋用戶，一旦產(chǎn)生沖突，則首先進(jìn)行系統(tǒng)消解，若失敗則提請用戶使用交流系統(tǒng)進(jìn)行交流仲裁。

豐富多彩的Web頁面、功能強(qiáng)大的ASP程序、性能穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫，為實現(xiàn)基于Web的協(xié)同設(shè)計提供了較好的基礎(chǔ)?；?/span>Web的協(xié)同設(shè)計，可以在實現(xiàn)產(chǎn)品模型系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、客戶化的基礎(chǔ)上，將設(shè)計結(jié)果封裝在網(wǎng)上提供服務(wù)。設(shè)計人員可以通過Web快速查詢所需設(shè)計產(chǎn)品的功能、型號、性能及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)等詳細(xì)信息(以HTML, VRML, XML, JavaScript等形式)。

4服務(wù)器端設(shè)計
基于Web的 協(xié)同系統(tǒng)，將設(shè)計的處理功能都集中在服務(wù)器端，主要包括用戶功能設(shè)計、沖突消解系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計三部分。相應(yīng)地，服務(wù)器端程序擔(dān)任著三大職責(zé)：一是用 戶權(quán)限的判斷與功能設(shè)計；二是實現(xiàn)知識推理、約束松弛、回溯和仲裁等沖突消解過程的主要算法；三是用戶需求與數(shù)據(jù)庫共享之間的協(xié)調(diào)。系統(tǒng)主要采用ASP(Active Server Page)技術(shù)實現(xiàn)算法的編程，面向用戶的部分程序通過HTML、ASP、Javascript、XML實現(xiàn)，面向數(shù)據(jù)庫的部分程序，由ODBC或ADO等與數(shù)據(jù)庫連接，通過SQL實現(xiàn)交互。

4.1用戶功能設(shè)計
工程設(shè)計中，協(xié)同設(shè)計人員為了能夠完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù)，必須定期召開會議，對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行探討，以解決彼此的分歧。傳統(tǒng)的現(xiàn)場會議式的協(xié)同設(shè)計過程，要求相關(guān)設(shè)計人員必須在指定時間和地點參加會議，浪費了大量的人力、財力和時間?；?/span>Web的協(xié)同設(shè)計，讓相關(guān)人員在計算機(jī)前完成相互的協(xié)調(diào)，這些Web協(xié)調(diào)會議可以由雙方或多方在某一選定的時間進(jìn)行。

在基于Web的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中，設(shè)計人員通過Web瀏覽器進(jìn)入設(shè)計模塊界面，并將設(shè)計事件或消息發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端處理完畢后返回相關(guān)信息至用戶界面。

在圖形用戶界面中，協(xié)同設(shè)計人員的操作功能隨著設(shè)計對象的改變而改變，但涉及協(xié)同設(shè)計的主要功能應(yīng)該包括以下幾個：
a) 電子白板功能，供協(xié)同設(shè)計人員在交流時，用于寫字及繪圖；
b) 屏幕傳送與廣播功能，可以將某一協(xié)同設(shè)計人員的計算機(jī)界面?zhèn)魉偷狡渌麉f(xié)同設(shè)計者；
c) 語音及圖像會議功能，實現(xiàn)多協(xié)同設(shè)計人員的網(wǎng)絡(luò)會議；
d) 資料信息查詢功能，實現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、參考資料及相關(guān)信息的網(wǎng)上共享。

由于系統(tǒng)的核心處理程序在服務(wù)器端執(zhí)行，可以動態(tài)調(diào)整用戶的權(quán)限及其相應(yīng)的處理功能，可以根據(jù)用戶喜好選擇用戶界面，因此系統(tǒng)具有更好的安全性與宜人性。

4.2沖突消解設(shè)計
沖突是協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)必須面臨的問題，如前所述，微波器件的設(shè)計遵循系統(tǒng)設(shè)計的三條基本原則，因而可以按照以下步驟消解沖突：
（1）通過知識推理解決一些工程設(shè)計者的設(shè)計錯誤，避免將錯誤的設(shè)計放入共享庫，危害后設(shè)計者。例如，微波器件的引腳長度和過渡圓角有特定的規(guī)范，若設(shè)計人員在設(shè)計時忽略了這一規(guī)范，則知識推理可以指出其錯誤，并要求改正后再次提交。

（2） 放寬一些約束條件或忽略次要約束來平衡多方面利益，達(dá)到?jīng)_突消解的目的。例如，微波器件外觀設(shè)計時，外觀設(shè)計人員和功能設(shè)計人員對于形狀提出的設(shè)計準(zhǔn)則， 如果相互沖突，則系統(tǒng)以功能設(shè)計人員的準(zhǔn)則為主約束，外觀設(shè)計人員的準(zhǔn)則為次要約束，進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束放寬后確定最優(yōu)設(shè)計。

（3）利用回溯技術(shù)找到回溯點，修改不相容的環(huán)境及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型以消除沖突。因此在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，應(yīng)將設(shè)計人員的所有操作記錄備查，以便在發(fā)生沖突時回溯記錄。需要特別注意的是，回溯的方法一般應(yīng)與其他沖突消解方法聯(lián)合使用。

（4） 采用仲裁的方法，消除難協(xié)調(diào)沖突。當(dāng)上述方法不能有效地消除沖突時，而沖突涉及的協(xié)同人員不肯為沖突消解做出讓步時，沖突的消解必須通過仲裁來完成。仲裁 是一個反復(fù)交互與逐漸求解的過程，在這個過程中，沖突各方必須反復(fù)交互并提出修改建議及其相應(yīng)的理由，直至最終達(dá)成一致，消解沖突。仲裁有自動仲裁和人工 仲裁兩種，前者通過編程實現(xiàn)，編程復(fù)雜，通用性較差，而后者一般通過會議交流來解決，通用性好，效率較低。

值得注意的是，在實際應(yīng)用中，上述四步消解沖突方法，往往是交叉循環(huán)進(jìn)行的。為了有效地解決沖突，協(xié)同設(shè)計人員可以借助于基于Web的交流平臺來實現(xiàn)相互之間的通訊，可以使用語音、圖像、電子白板等多種交流方式進(jìn)行交流，反復(fù)使用上述消解步驟。

4.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫可采用SQL Server或Oracle等具有自組織、自管理功能的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要完成數(shù)據(jù)的存取，同時還可以使用部分增強(qiáng)功能以減輕程序設(shè)計任務(wù)。如采用視圖功能，可以建立多個數(shù)據(jù)表的關(guān)聯(lián)，采用觸發(fā)器或存儲過程可以執(zhí)行部分?jǐn)?shù)據(jù)計算任務(wù)。根據(jù)協(xié)同系統(tǒng)需要，數(shù)據(jù)庫可以劃分為：

a) 產(chǎn)品參數(shù)庫，存放參數(shù)化設(shè)計之后的產(chǎn)品樣本；
b) 產(chǎn)品設(shè)計庫，存放所設(shè)計產(chǎn)品的具體參數(shù)；
c) 產(chǎn)品知識庫，存放產(chǎn)品的基本設(shè)計規(guī)范，作為知識推理的主要依據(jù)；
d) 共享規(guī)則庫，存放共享規(guī)則，作為解決沖突的判斷依據(jù)；
e) 資料信息庫，存放產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)文獻(xiàn)資料，也包括已有的設(shè)計經(jīng)驗等；
f) 用戶行為庫，記錄用戶的操作行為，在解決沖突時可以回溯以往操作；
g) 用戶資料庫，存放用戶基本信息。

數(shù)據(jù)庫的備份設(shè)計和安全設(shè)計也是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)經(jīng)常檢查系統(tǒng)的安全性能，保障數(shù)據(jù)庫安全可靠。

5結(jié)論與展望
結(jié)合微波器件的特點，設(shè)計了基于Web的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)。在設(shè)計前期，應(yīng)該充分分析設(shè)計對象的屬性，制定合理的設(shè)計規(guī)則，建立相應(yīng)的知識庫和數(shù)據(jù)庫，則可以避免或減少一些沖突的產(chǎn)生，有利于進(jìn)一步 協(xié)同設(shè)計的順利進(jìn)行。在協(xié)同設(shè)計過程中，設(shè)計人員之間應(yīng)該經(jīng)常通過網(wǎng)絡(luò)相互溝通設(shè)計情況。特別是應(yīng)該多使用系統(tǒng)的交互功能，與輔助設(shè)計系統(tǒng)或其他設(shè)計人員 多交流。針對微波器件設(shè)計而提出的協(xié)同設(shè)計框架，對于電子器件的協(xié)同設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義和實際參考價值。