学 位 论 文
宋泽惟
指导教师 陈宗基 教授
北京航空航天大学自动控制系
一九九七年三月
Ze-wei Song
Department of Automatic Control
Beijing University of Aeronautics and Astronatics March, 1997
本论文的研究工作集中在并行工程支持环境上。根据并行工程思想的指导,确定用户对并行工程支持环境的需求,在此基础之上,设计并行工程支持环境的总体结构,并且开发出可以使用的原型系统。
本论文在第一章中首先介绍了并行工程的发展背景、概念定义,随后综述了并行工程的研究和应用现状,最后概述了并行工程的研究方法。
论文的第二章是基于PC局域网的面向设计的并行工程通信支持环境的设计与实现。本章首先分析了用户对并行工程通信支持环境的需求,提出了并行工程通信支持环境所必须具备的功能。为实现用户对并行工程通信支持环境的需求,设计了TeamWork系统的总体结构。在此基础上,解决了通用网络接口支持、图形数据高压缩比快速压缩-解压缩算法、多媒体专用数据传输协议等实际问题。
第三章是对面向设计问题的ASIC并行工程设计环境的研究与实现。在本章中,介绍了ASIC的VHDL设计方法,设计了面向设计问题的脚本描述语言规范,并且用图形化的用户界面实现了通用的面向VHDL设计的ASIC并行工程生成环境。
本论文主要针对并行工程的支持环境进行了研究,着重解决了多个实际的技术难题,为实现真正使用的并行工程设计环境打下了一定的技术基础。
关键字:并行工程、设计、网络、通信、协议、图形、压缩、ASIC、支持环境。
This research is focused on support environment of concurrent engineering. Based on the concept of concurrent engineering, the requirement of concurrent engineering support environment was presented. Following this requirement, the architecture of concurrent engineering support environment was designed, and prototype system was developmented.
In chapter one, the bachground and concept of concurrent engineering is introduced at first, then its investigation and application are reviewed, at last the investigation method is mentioned.
Chapter two is mainly about the design and development of concurrent engineering communication supported environment based on the PC-LAN. The customer requirements about concurrent engineering communication supported environment are analysised, and the function is pointed out. In order to satisfy it, the total structure of Teamwork system was designed. Many practical problems was solved, such as network support layer TWNI, Grid-LZW compress algorithm, the fast comparetion method, and the InterVision protocol.
Chapter three is the investigation and development of ASIC concurrent engineering communication supported environment faced to design problem. The VHDL design method of ASIC was introduced, and the design problem oriented describe language was designed, and the general ASIC concurent engineering communication supported environment faced to design problem was solved by the concurrent engineering design enviroment.
This paper is mainly focused on the investigation of concurrent engineering communication supported environment , many practical technical problems were solved, some technique basement was made in order to use the real concurrent engineering communication supported environment.
Keywords: Concurrent Engineering, Design, Network, Communication, Protocol, Graphic, Compress, ASIC, Support Environment.
在我周围有许多堪称技术专家的朋友,每当他们问起我的博士论文研究方向,我回答说是“并行工程”时,几乎所有的专家都要与我谈起Cray、并行计算机和并行算法,我不得不赶在他们说出一连串诸如超级流水线、MPP、SMP、COW等名词前解释到:“并行工程与并行计算和并行计算机无关,它是一种先进的产品设计方法”。有时,我还必须指出并行工程实际上与CIMS的联系更加紧密一些。
这就是并行工程,一种人们往往会把它与并行计算和并行计算机混淆的工程方法。实际上,并行工程已经开始深刻地影响人们在技术和产品开发中的思维和行为方式。
并行工程是有关产品设计和制造的工程方法,在并行工程以及相关技术和方法的协助下,人们能够在更短的时间里设计、开发、制造出更加复杂的硬件或软件产品,而且还能够减少在研制开发中投入的资金、设备和人力。正因为有了并行工程方法,Boeing公司才能够成功地设计制造了Boeing 777飞机,Microsoft公司才可以在短短几个月的时间里向全世界“同时”发布近二十种不同语言版本的Windows 95操作系统。事实上,在当今的世界市场上,大到阿里亚娜火箭、Boeing 777飞机,小到奔腾CPU,无不是在并行工程的指导和支持下得以顺利设计和制造的。
并行工程又是一项“幕后英雄”式的技术。人们在使用具有信息共享功能的CAD/CAM系统进行系统的设计和制造;在使用电视会议系统讨论技术问题;在使用网络通信系统收发电子邮件、实时对话、共享应用程序……,而这一切似乎仅仅与CAD/CAM技术、通信技术和网络技术有关,许多人并不了解并行工程在上述工作方法和技术的背后起着非常关键性的作用。
人们在协同工作完成复杂设计和制造任务的过程中了解了并行工程的概念,并且在并行工程的概念指导下更加有效地协同大规模的产品设计和制造过程。由于计算机和计算机网络大量应用于产品的设计和制造过程中,使人们得以将几乎是纯理念的并行工程思想转化成为实际的计算机通信系统和应用软件。但是,人们最终接触到的恰恰都是这些计算机通信系统和应用软件,并行工程作为这些系统的设计和实现的基本指导思想和目标却没有出现在系统的标签或具体操作步骤上。正因为如此,普通用户才并不熟悉并行工程的概念,以致于经常将她与并行计算机混为一谈了。
借用我国古代的一个概念来比喻:并行工程可以视为在产品设计和制造中的“道”。“形而上者谓之道,形而下者谓之器”,并行工程是设计和制造过程中的“道”,而实际的设计系统和工具则是“器”。“道”的作用通过“器”来体现,而“器”的功能因为“道”而得到升华。 我的博士论文研究正是基于并行工程思想,设计并实现支持并行工程设计思想的设计开发通信环境和设计工具。在这篇博士论文中,我要将三年多来本人在并行工程领域的工作加以详细叙述和总结。虽然,论文中主要的内容是关于计算机网络、通信协议、信息压缩、ASIC设计等似乎与并行工程“无关”的技术,但是,这些内容叙述的实际上都是紧紧围绕着并行工程思想进行的研究和开发工作,正是应用这些具体的技术,使得并行工程思想能够转化为实际的工作方式以及工作效率。
在论文中,我的研究主要集中在两个方面:一个方面是支持并行工程的网络通信环境;另一个方面是面向设计问题的ASIC并行工程设计环境。通过研究和开发,当然包括与其他合作者进行的并行工程化的工作,实际上完成了这两个系统的原型。在研究过程中,我提出了以下新的概念和方法:
记得一个比喻:学术研究就好比登山,登山的过程中必须绕多许多弯路、扫平许多荆棘、也曾遇到许多悬崖绝壁,当你最终登上山颠后回顾身后才发现:原来有一条宽阔而笔直的大路从山脚通往顶峰!于是,人们坐下来用论文和专著来描述这条直接通往顶峰的大路,为后来者指引方向……。虽然,我的研究不过是关于并行工程支持环境的一点初步的探索,但我希望她也同样能够为读者指出一些关于并行工程支持环境的实用方法和捷径,为我国并行工程研究增加一些有益的提高和进步。
宋泽惟
一九九七年三月十六日夜于北京