基于Web的微波器件協(xié)同設計系統研究

1引言
微波器件的設計是一項集成度較高的電子機械設計，涉及到多個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)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；電路結構有波導、同軸、微帶、介質(zhì)波導、鰭線(xiàn)、懸置微帶等；電路受分布參數、電磁場(chǎng)影響大，難以量化。由于在微波頻段參數設計比低頻和數字電路復雜，因而使得微波器件的設計比一般電路的設計困難得多。

但是，如果限定微波器件的設計范圍，設計其中的某一類(lèi)微波器件，則由于微波器件結構形狀比較穩定，可以用一組參數來(lái)約定尺寸，而且在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，大部分 設計屬于類(lèi)似設計，可以通過(guò)知識庫等予以限定，其他部分可以通過(guò)協(xié)同設計來(lái)解決。通過(guò)對設計任務(wù)進(jìn)行適當的分解，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)同設計。

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

2基本原則
在系統設計之前，首先必須認識到?jīng)_突是不可完全消除的，這是因為設計者之間的專(zhuān)業(yè)知識、語(yǔ)意表達、任務(wù)理解以及爭論出發(fā)點(diǎn)可能會(huì )有不同，而且某些設計問(wèn)題在學(xué)術(shù)上可能目前還處于爭鳴階段，難以達成完全的一致。 基于上述原因，一個(gè)實(shí)用的協(xié)同設計系統必須排除以上不可消除的因素，要求滿(mǎn)足以下三條基本原則：

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

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

2.3全局原則
所有協(xié)同設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(shí)做出合理的選擇，從而有利于設計的正常進(jìn)行。作為小型設計系統，這一點(diǎn)比較容易達 到，但是對于大型設計系統，由于參與人員的多方面差異，要組成一個(gè)注重全局利益的設計集體，只能依靠管理手段予以保證。

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

3協(xié)同系統設計
協(xié)同設計系統主要由用戶(hù)端/服務(wù)器端/數據庫三層結構組成，如圖1所示。用戶(hù)端界面一般由Web瀏 覽器和設計系統客戶(hù)端界面兩部分構成，分別完成信息交流和參數設計功能。重點(diǎn)討論協(xié)同設計方法，對參數化設計有關(guān)內容將另文闡述。服務(wù)器端程序主要完成微 波器件設計操作的判別、協(xié)調與執行，可以包括參數化設計、沖突消解、協(xié)同交流、輔助設計和數據庫管理等子系統。該系統中，以協(xié)同設計管理系統為核心，協(xié)調 各子系統，將用戶(hù)端提交的設計經(jīng)服務(wù)器端沖突判斷后反饋用戶(hù)，一旦產(chǎn)生沖突，則首先進(jìn)行系統消解，若失敗則提請用戶(hù)使用交流系統進(jìn)行交流仲裁。

豐富多彩的Web頁(yè)面、功能強大的ASP程序、性能穩定的數據庫，為實(shí)現基于Web的協(xié)同設計提供了較好的基礎?；?/span>Web的協(xié)同設計，可以在實(shí)現產(chǎn)品模型系列化、標準化、模塊化、客戶(hù)化的基礎上，將設計結果封裝在網(wǎng)上提供服務(wù)。設計人員可以通過(guò)Web快速查詢(xún)所需設計產(chǎn)品的功能、型號、性能及相應標準等詳細信息(以HTML, VRML, XML, JavaScript等形式)。

4服務(wù)器端設計
基于Web的 協(xié)同系統，將設計的處理功能都集中在服務(wù)器端，主要包括用戶(hù)功能設計、沖突消解系統設計和數據庫設計三部分。相應地，服務(wù)器端程序擔任著(zhù)三大職責：一是用 戶(hù)權限的判斷與功能設計；二是實(shí)現知識推理、約束松弛、回溯和仲裁等沖突消解過(guò)程的主要算法；三是用戶(hù)需求與數據庫共享之間的協(xié)調。系統主要采用ASP(Active Server Page)技術(shù)實(shí)現算法的編程，面向用戶(hù)的部分程序通過(guò)HTML、ASP、Javascript、XML實(shí)現，面向數據庫的部分程序，由ODBC或ADO等與數據庫連接，通過(guò)SQL實(shí)現交互。

4.1用戶(hù)功能設計
工程設計中，協(xié)同設計人員為了能夠完成規定的設計任務(wù)，必須定期召開(kāi)會(huì )議，對設計內容進(jìn)行探討，以解決彼此的分歧。傳統的現場(chǎng)會(huì )議式的協(xié)同設計過(guò)程，要求相關(guān)設計人員必須在指定時(shí)間和地點(diǎn)參加會(huì )議，浪費了大量的人力、財力和時(shí)間?；?/span>Web的協(xié)同設計，讓相關(guān)人員在計算機前完成相互的協(xié)調，這些Web協(xié)調會(huì )議可以由雙方或多方在某一選定的時(shí)間進(jìn)行。

在基于Web的協(xié)同設計系統中，設計人員通過(guò)Web瀏覽器進(jìn)入設計模塊界面，并將設計事件或消息發(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(hù)界面。

在圖形用戶(hù)界面中，協(xié)同設計人員的操作功能隨著(zhù)設計對象的改變而改變，但涉及協(xié)同設計的主要功能應該包括以下幾個(gè)：
a) 電子白板功能，供協(xié)同設計人員在交流時(shí)，用于寫(xiě)字及繪圖；
b) 屏幕傳送與廣播功能，可以將某一協(xié)同設計人員的計算機界面傳送到其他協(xié)同設計者；
c) 語(yǔ)音及圖像會(huì )議功能，實(shí)現多協(xié)同設計人員的網(wǎng)絡(luò )會(huì )議；
d) 資料信息查詢(xún)功能，實(shí)現設計標準、參考資料及相關(guān)信息的網(wǎng)上共享。

由于系統的核心處理程序在服務(wù)器端執行，可以動(dòng)態(tài)調整用戶(hù)的權限及其相應的處理功能，可以根據用戶(hù)喜好選擇用戶(hù)界面，因此系統具有更好的安全性與宜人性。

4.2沖突消解設計
沖突是協(xié)同設計系統必須面臨的問(wèn)題，如前所述，微波器件的設計遵循系統設計的三條基本原則，因而可以按照以下步驟消解沖突：
（1）通過(guò)知識推理解決一些工程設計者的設計錯誤，避免將錯誤的設計放入共享庫，危害后設計者。例如，微波器件的引腳長(cháng)度和過(guò)渡圓角有特定的規范，若設計人員在設計時(shí)忽略了這一規范，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(lái)平衡多方面利益，達到?jīng)_突消解的目的。例如，微波器件外觀(guān)設計時(shí)，外觀(guān)設計人員和功能設計人員對于形狀提出的設計準則， 如果相互沖突，則系統以功能設計人員的準則為主約束，外觀(guān)設計人員的準則為次要約束，進(jìn)行適當的約束放寬后確定最優(yōu)設計。

（3）利用回溯技術(shù)找到回溯點(diǎn)，修改不相容的環(huán)境及相應的結構模型以消除沖突。因此在數據庫設計時(shí)，應將設計人員的所有操作記錄備查，以便在發(fā)生沖突時(shí)回溯記錄。需要特別注意的是，回溯的方法一般應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)調沖突。當上述方法不能有效地消除沖突時(shí)，而沖突涉及的協(xié)同人員不肯為沖突消解做出讓步時(shí)，沖突的消解必須通過(guò)仲裁來(lái)完成。仲裁 是一個(gè)反復交互與逐漸求解的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，沖突各方必須反復交互并提出修改建議及其相應的理由，直至最終達成一致，消解沖突。仲裁有自動(dòng)仲裁和人工 仲裁兩種，前者通過(guò)編程實(shí)現，編程復雜，通用性較差，而后者一般通過(guò)會(huì )議交流來(lái)解決，通用性好，效率較低。

值得注意的是，在實(shí)際應用中，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)同設計人員可以借助于基于Web的交流平臺來(lái)實(shí)現相互之間的通訊，可以使用語(yǔ)音、圖像、電子白板等多種交流方式進(jìn)行交流，反復使用上述消解步驟。

4.3數據庫設計
系統的數據庫可采用SQL Server或Oracle等具有自組織、自管理功能的數據庫系統，主要完成數據的存取，同時(shí)還可以使用部分增強功能以減輕程序設計任務(wù)。如采用視圖功能，可以建立多個(gè)數據表的關(guān)聯(lián)，采用觸發(fā)器或存儲過(guò)程可以執行部分數據計算任務(wù)。根據協(xié)同系統需要，數據庫可以劃分為：

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

數據庫的備份設計和安全設計也是數據庫設計的重要環(huán)節，應經(jīng)常檢查系統的安全性能，保障數據庫安全可靠。

5結論與展望
結合微波器件的特點(diǎn)，設計了基于Web的協(xié)同設計系統。在設計前期，應該充分分析設計對象的屬性，制定合理的設計規則，建立相應的知識庫和數據庫，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)同設計的順利進(jìn)行。在協(xié)同設計過(guò)程中，設計人員之間應該經(jīng)常通過(guò)網(wǎng)絡(luò )相互溝通設計情況。特別是應該多使用系統的交互功能，與輔助設計系統或其他設計人員 多交流。針對微波器件設計而提出的協(xié)同設計框架，對于電子器件的協(xié)同設計具有一定的指導意義和實(shí)際參考價(jià)值。