基于陶瓷云平台的协作设计服务模型

聂 宇 ，金紫萍 ，章义来 ，王鹰汉

(1.景德镇陶瓷大学，江西 景德镇 333403；2.蛟潭镇中心小学，江西 景德镇 333416；3.上饶职业技术学院，江西 上饶 334109)

0 引 言

随着经济全球化、产业专业化和社会化分工的发展，使世界上的一些产业发生了重大变化，产业的发展呈现横向一体化趋势[1]。如今，互联网技术与信息技术的发展十分迅猛，支持企业间业务协作的服务平台开始受到研究者与企业的重视。近年来，协作式服务已经成为了许多企业解决了大量的信息化问题，因其相对于传统工作方式在时效和沟通成本等方面的优势，让它已经成为支撑产业间协作的重要手段。

协作设计服务模型作为陶瓷云平台[2]的设计服务系统的重要构成，采用工作流引擎的设计思想，以子平台中间件的架构部署运行，能够满足协作式服务任务发布和管理需求，更友好、更直观的显示主任务和子任务的基本情况，能够将一个主任务按需求分成多个子任务、针对子任务去评选验收以及支付费用等功能，并支持图形化操作界面。

为了解决陶瓷产品设计服务资源不足的问题，本文依据陶瓷企业产品协作设计的特点，重点研究陶瓷设计协作的需求，研究了一种面向陶瓷企业的产品设计协作的服务模型。该模型具有如下创新：

(1)基于将陶瓷云平台，可利用云计算环境下的服务资源来实现设计服务资源的组织、管理及应用；

(2)通过基于工作流和消息传递的协作技术、面向用户需求的互动设计支持技术研究，实现陶瓷产品设计服务的手段与设计工具的创新。

1 模型概述

陶瓷云平台是在云计算三层服务模式的基础上，结合行业云以数据服务为中心的特点，汇聚行业相关数据及设计资源，进行数据处理，形成行业公有云，构建云服务大厅，为陶瓷企业提供企业创新服务、设计服务、营销服务等，以满足企业的资讯需求、管理需求、营销需求、设计需求[2]，整体架构如图1所示。

(1)IaaS层，为用户提供所需要的虚拟机或者存储等资源来装载相关的应用，如资源抽象、资源部署、数据管理。企业可以利用所提供的服务构架托管的私有云，降低中小企业对IT系统及应用的购买、建设和运维成本[2]。

(2)PaaS层，通过为平台用户提供友好的开发环境、便利的API应用接口，由相关陶瓷机构企业快速开发自己所需要的应用和产品，聚集行业相关数据及设计资源，构架个性化公有云，以满足陶瓷企业多元化和定制化的数据服务需求[2]。

(3)SaaS层，以景德镇陶瓷大学所拥有的设计资源为基础，汇聚社会设计资源，构建陶瓷产品设计公有云，面向陶瓷生产企业提供陶瓷产品设计资源库共享服务；组织大专院校设计专业师生和社会闲置设计力量，为陶瓷产业集群提供产品设计服务[2]。

因此，基于陶瓷云平台的协作设计服务模型的研发目标是解决跨地域基于系统的陶瓷产品协作设计管理，即以陶瓷产品研发过程管理为目标，构建基于工作流的协作设计流程控制，将基于模型的陶瓷产品协作设计的全程纳入系统管理，针对协作设计服务任务的所有设计服务参与者提供文档共享、信息或任务的过程的流程控制等，从而实现对预期的设计任务的完成过程的监控与管理。

图1 陶瓷云平台架构模型图Fig.1 Ceramic cloud platform architecture model

2 基于工作流的陶瓷产品协作设计服务模型

工作流属于计算机支持的协同工作( Computer Supported Cooperative Work，CSCW) 的一部分。其概念起源于生产组织和办公自动化领域，是针对日常工作中具有固定程序活动而提出的一个概念，目的是通过将工作分解成定义良好的任务或角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对其进行监控，达到提高工作效率、更好的控制过程、增强对客户的服务、有效管理业务流程的目的[3]。因在用户提出产品综合设计需求时，在平台支持下对产品综合设计服务需求进行分解[4-6]，进入产品协作设计流程，经过需求定时招标，确定中标的设计师(平台动态服务资源)，激活平台内指定的动态设计服务资源(专业设计师)及时完成相应的功能设计。在工作流的所有流程节点代表的功能均完成设计后，最终产品设计服务也随之完成。在工作流引擎支持下，平台可将分散的动态设计服务资源组合成为一个完整的应用组合，集体完成复杂的设计服务。

(1)WF的业务工作流程模型

节点动作(触发器)时序域

则平台协作设计业务流程模型Wf可以表述为式(1)：

式(1)所示的平台协作设计业务流程模型Wf可用图2来表述。

(2)平台用户协作业务实例(CoD Instance)模型

平台的用户、设计师参与基于WF的协作设计业务时，将通过将用户、中标设计师根据其在协作业务中起的作用不同，建立起平台用户与流程Wf中的角色的等价映射，来实现平台用户参与WF控制下的协作设计业务。

图2 协作设计业务流程模型Fig.2 Collaborative design business process model

业务流程实例I可表述为式(2)：其中，P为参与本次协作设计业务的平台设计人员，包括协作设计发起者在内，其为平台用户空间的子集S为业务流程实例中的用户、角色映射(匹配)，通过S来将平台的用户p与工作流引擎中的用户(操作者) 进行等价的映射，形如，以便参与协作设计的设计人员及协作设计发起人能通过工作流引擎的用户参与相关业务流程控制下的协作设计，如图3所示。

图3 基于工作流引擎的协作设计实例图Fig.3 Case diagram of collaborative design based on workflow engine

图4 平台用户－工作流角色等价映射图Fig.4 Platform user -workflow role equivalence map

(p,) 表示用户、角色匹配关系，g(x) 为用户p与流程间的数据变换通道，实现在用户p、角色间的数据传送关系，S表示将工作流引擎中角色在业务流程中的任务及触发响应转接到平台用户p端，使用户p具有角色 在业务流程中的所有功能，实现平台用户p参与基于工作流引擎的协作设计。

3 协作设计引擎

协作设计过程管理引擎的功能是根据协作设计任务的类型，自动匹配应用与任务类型相适应的协作设计流程，对系统中的每一个协作设计任务的进展进行过程管理[7-9]。主要由用户发布协作式需求任务，由设计单位选择并完成子任务，最终完成主任务的一个流程。

在协作设计流程中，它是由一个或多个工作流执行机组成。工作流执行机实际上是协作设计过程的任务调度器，同时还是设计资源的分配器。工作流执行机的主要功能是：解释过程定义、负责调试流程的运行、即创建和管理过程实例运行、调度活动的运行并创建要处理的工作项、维护工作流控制数据和相关数据、维护用户的工作列表[8-10]，工作流执行机的结构如图5所示。

4 协作实例

图5 协作设计引擎架构图Fig.5 Collaborative design engine architecture

实例分析的案例来自陶瓷产品云设计服务平台( http://design.ccmall.cn/)，该平台由江西省陶瓷企业信息化工程技术研究中心开发和运营，是为陶瓷产业链上下游企业之间的协作设计服务所开发的一个综合云平台，其业务范围涵盖了企业间的素材设计、产品设计、设计加工等业务过程，主要实现企业间的设计业务交互和协同服务管理。目前陶瓷云平台的企业用户约400余家，其中主要分为四类，分别是：陶瓷生成制造企业、艺术设计服务企业、艺术设计工作室、个体经销商。

基于陶瓷云平台的协作设计引擎管控下的陶瓷产品协作设计服务实例如图6所示。

图6 陶瓷产品协作设计服务实例Fig.6 An example of cooperative design service for ceramic products

5 结 论

本文通过对工作流驱动的协作设计的分析，通过对设计服务系统的研究，给出了结合陶瓷云平台的陶瓷产品协作设计服务模型，该模型采用工作流引擎的设计思想，以子平台中间件的架构部署运行，能够满足协作式服务任务发布和管理需求，更友好、更直观的显示主任务和子任务的基本情况，能够将一个主任务按需求分成多个子任务、针对子任务去评选验收以及支付费用等功能，并支持图形化操作界面。今后将对该服务模型进行进一步优化和扩展，并将其构建一个能够独立运行的服务组件，使其可以为其他第三方平台提供协作式设计服务。

参考文献：

[1]陈静.面向业务关联的多产业链协作网络和公共服务平台关键技术研究 [D].成都: 西南交通大学, 2011.8-130.

[2]章义来, 黄华.陶瓷云科技服务集成平台的研究与实现[J].中国陶瓷, 2015, 51(2): 43-44 ZHANG Y L, HUANG H.China Ceramics, 2015, 51(2): 43- 44.

[3]王宜晓, 张建.基于工作流的协同管理系统的研究与设计[J].计算机技术与发展, 2014, 24(7): 232-236.WANG Y X, ZHANG J.Computer Technology and Development, 2014, 24(7): 232-236.

[4]GREENBERG S.Computer-supported cooperative work and groupware [J].Semantic Scholar, 2015 (7): 68-79

[5]CHUNG M J, KIM W, GOPALAN R, et al.Service Model for Collaborating Distributed Design and Manufacturing [C].CEUR-WS: Ulrike Sattler, 2014.

[6]FAN Hongri, LIU Yusheng, LIU Ying.SysML-based model integration for online collaborative design of mechatronic systems [C].ICED, 2013 : 237-246

[7]高庆萱, 易树平, 余德海, 等.企业信息化环境下产品协同开发流程再造研究[J].北京理工大学学报, 2010, 30(4): 496-500.GAO Q X, YI S P, YU D H, et al.Journal of Beijing Institute of Technology, 2010, 30(4): 496-500.

[8]贾永庆.企业工作流管理系统的Web应用 [J].武钢技术, 2005,43(4): 35-39.JIA Y P.Wuhan Iron and Steel Corporation Technology,2005, 43(4): 35-39.

[9]CAO Y, LIU Y S, FAN H R, et al.SysML-based uniform behavior modeling and automated mapping of design and simulation model for complex mechatronics[J].Computer-Aided Design, 2012 doi: 10.1016/j.cad.2012, 05.001.

[10]FAN H R, LIU Y S.Integration of system-level design and detailed design models of mechatronic systems based on SysML and step ap 203 standard [C]// Technical Presentation,Proceedings of the ASME 2012 IDETC/CIE, 2012, Chicago,IL, USA.