基于多層構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)的用電管理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

楊軍

摘 要：企業(yè)信息化的發(fā)展，對(duì)軟件開發(fā)提出了新的要求。本文針對(duì)提高軟件模塊的復(fù)用性和擴(kuò)展性，提出提出了一種基于 UML 全程建模和基于構(gòu)件的多層體系結(jié)構(gòu)解決方案，并利用這一理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)開發(fā)了油田電力MIS系統(tǒng)中用電管理子系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：構(gòu)件 UML J2EE 用電管理子系統(tǒng)

隨著信息時(shí)代的來臨，信息技術(shù)的迅速發(fā)展加快了企業(yè)信息化的進(jìn)程。現(xiàn)在軟件系統(tǒng)的開發(fā)也由技術(shù)驅(qū)動(dòng)向業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變。當(dāng)前企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品研發(fā)和業(yè)務(wù)流程需要適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭的激烈變化，伴隨著企業(yè)應(yīng)用集成范圍的不斷擴(kuò)大、集成度的不斷提高。企業(yè)為了適應(yīng)市場(chǎng)不斷進(jìn)行動(dòng)態(tài)重組，旨在實(shí)現(xiàn)企業(yè)活動(dòng)中三要素（人、經(jīng)營、技術(shù)）和三流（物流、信息流、價(jià)值流）的集成與優(yōu)化，從而改善企業(yè)的 T（時(shí)間）、Q（質(zhì)量）、C（成本）、S（服務(wù)），提高競(jìng)爭能力。企業(yè)資源規(guī)劃等企業(yè)信息化應(yīng)用軟件系統(tǒng)外延與內(nèi)涵的擴(kuò)展，對(duì)軟件復(fù)用和體系結(jié)構(gòu)都提出了較高的要求。軟件建模、復(fù)用技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)的研究是軟件開發(fā)和軟件工程中一個(gè)重點(diǎn)的研究領(lǐng)域。怎樣提高軟件模塊的可復(fù)用和重構(gòu)能力、怎樣實(shí)現(xiàn)較好的可擴(kuò)展性和集成能力？怎樣實(shí)現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)模型、設(shè)計(jì)模型到實(shí)現(xiàn)的平滑過渡？怎樣解決傳統(tǒng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)靈活性差的弊端？本文探討了企業(yè)級(jí)應(yīng)用軟件系統(tǒng)的建模和復(fù)用問題，闡述了一種基于 UML 全程建模和基于構(gòu)件的多層體系結(jié)構(gòu)解決方案，并提出了“以 UML 為基礎(chǔ)，以體系結(jié)構(gòu)為中心，構(gòu)件封裝業(yè)務(wù)邏輯”的軟件開發(fā)策略，實(shí)現(xiàn)了基于J2EE 平臺(tái)——**油田電力MIS系統(tǒng)中用電管理子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

一、構(gòu)件

現(xiàn)在對(duì)于構(gòu)件還沒有一個(gè)公認(rèn)的定義，下面選取了兩個(gè)具有代表性的：（1）構(gòu)件是指應(yīng)用系統(tǒng)中可以明確辯識(shí)的 、具有一定功能的構(gòu)成模塊。（2）構(gòu)件是有一定功能，能獨(dú)立工作和能同其他構(gòu)件裝配起來協(xié)同工作的程序體，構(gòu)件的使用和它的開發(fā)、生產(chǎn)無關(guān)。基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法是一種社會(huì)化的軟件開發(fā)方法，它使得開發(fā)者可將由不同語言、不同供應(yīng)商開發(fā)的構(gòu)件組合在一起來構(gòu)造軟件。一般地，基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：提高開發(fā)速度；降低開發(fā)成本；增加應(yīng)用軟件的靈活性、降低軟件維護(hù)費(fèi)用、促進(jìn)軟件產(chǎn)業(yè)的合理分工。由此可見，構(gòu)件技術(shù)可以使原來周期較長的、復(fù)雜的軟件開發(fā)工作變得簡單、快速且成本較低。這樣的應(yīng)用軟件系統(tǒng)不再是一個(gè)固化的整體性系統(tǒng)，而是通過構(gòu)件間互相提出請(qǐng)求及提供服務(wù)的協(xié)同工作機(jī)制來達(dá)到系統(tǒng)的目標(biāo)。當(dāng)前業(yè)界幾種主流構(gòu)件技術(shù)，包括 Microsoft 的分布式構(gòu)件對(duì)象模型（COM/ COM+、DCOM）、OMG 的公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系結(jié)構(gòu)（CORBA）、Sun 公司的 Enterprise JavaBeans（EJB）等。

二、基于構(gòu)件的體系結(jié)構(gòu)

通過軟件復(fù)用，在應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)中可以充分地利用已有的開發(fā)成果，消除包括分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試在內(nèi)的許多重復(fù)勞動(dòng)，提高軟件生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，降低開發(fā)成本。但是傳統(tǒng)意義下的代碼重用已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的企業(yè)級(jí)要求。如何較好地實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用？如何滿足復(fù)雜系統(tǒng)的獨(dú)特特征？這兩個(gè)因素是軟件體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。構(gòu)件和體系結(jié)構(gòu)是緊密相關(guān)的。從理論層面看，雖然軟件工程領(lǐng)域?qū)τ谲浖?fù)用與構(gòu)件技術(shù)以及軟件體系結(jié)構(gòu)沒有達(dá)成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和理解，北大楊芙清院士對(duì)以構(gòu)件技術(shù)為支持的軟件復(fù)用作了很多的理論研究。如基于軟件體系結(jié)構(gòu)的可復(fù)用構(gòu)件制作和組裝，軟件復(fù)用與構(gòu)件技術(shù)等，著重對(duì)構(gòu)件的制作和組裝等方面展開研究。國外對(duì)于軟件復(fù)用與構(gòu)件技術(shù)和軟件體系結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)早就開始了。針對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)的研究始于Dewayne Perry和Alexander Wolf，David Garlan和Mary Shaw 所作的工作，目前軟件體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究主要集中于體系結(jié)構(gòu)描述語言，體系結(jié)構(gòu)風(fēng)格及其分類特定領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)的形式化基礎(chǔ)等。由于軟件體系結(jié)構(gòu)描述語言本身并不是一個(gè)可編譯執(zhí)行的語言，目前主要的實(shí)現(xiàn)策略是基于框架模型來建立描述語言到實(shí)現(xiàn)語言的轉(zhuǎn)化過程。國內(nèi)中科院軟件所、北大計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系、北航計(jì)科系等對(duì)軟件體系結(jié)構(gòu)作了較多的理論研究。武大的軟件工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出了基于軟件體系結(jié)構(gòu)的需求分析與設(shè)計(jì)等。軟件體系結(jié)構(gòu)是當(dāng)今軟件工程的重要研究領(lǐng)域之一。系統(tǒng)的復(fù)雜性和軟件復(fù)用技術(shù)是軟件體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。Dewnyne Peny 在 2000 年 8 月北京舉行的 WCC2000 軟件理論與應(yīng)用技術(shù)專題研討會(huì)上的專題報(bào)告中指出：“軟件體系結(jié)構(gòu)的核心問題和它對(duì)軟件工程的根本影響的源泉在于，它有助于把軟件系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)特征與算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)劃分開。把軟件體系結(jié)構(gòu)看作是制作和發(fā)展軟件系統(tǒng)的第一重要因素，軟件體系結(jié)構(gòu)有利于更好地設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)”。

三、 UML

UML，Unified Modeling Language 統(tǒng)一建模語言。UML 于 1997 年被 OMT 組織批淮作為標(biāo)淮。UML 可以對(duì)任何大型的系統(tǒng)包括軟件、機(jī)械系統(tǒng)、企業(yè)過程、復(fù)雜的信息系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、分布系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)等進(jìn)行建模。UML 方法的類和模型圖是一個(gè)整體，可以采用任何一種模型圖或者其組合實(shí)現(xiàn)可視化和面向?qū)ο蠹夹g(shù)的建模。UML包括用例圖、類圖、對(duì)象圖、狀態(tài)圖、順序圖、協(xié)作圖、活動(dòng)圖、構(gòu)件圖、配置圖等。用例圖描述了一組用例和參與者以及他們之間的關(guān)系，描述系統(tǒng)提供的功能，顯示了系統(tǒng)的外部角色以及他們與系統(tǒng)所提供的用例之間的關(guān)系（由“誰”提供了哪些功能或哪些服務(wù)）。類圖顯示了一組類、接口、協(xié)作以及他們之間的關(guān)系，描述了系統(tǒng)中類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，定義了系統(tǒng)類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬性和操作。對(duì)象圖顯示了一組對(duì)象以及他們之間的關(guān)系。狀態(tài)圖顯示了一個(gè)由狀態(tài)、轉(zhuǎn)換、事件和活動(dòng)組成的狀態(tài)機(jī)，描述類的對(duì)象所有可能的狀態(tài)以及事件發(fā)生時(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件。順序圖描述對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)協(xié)作和消息傳遞，強(qiáng)調(diào)消息的時(shí)間次序的交互圖。協(xié)作圖描述對(duì)象之間的協(xié)作關(guān)系，強(qiáng)調(diào)收發(fā)消息的對(duì)象的結(jié)構(gòu)組織的交互圖。活動(dòng)圖顯示了系統(tǒng)從活動(dòng)到活動(dòng)的流以及活動(dòng)之間的約束關(guān)系。構(gòu)件圖顯示了程序代碼的物理結(jié)構(gòu)。配置圖顯示了軟件在硬件環(huán)境中的配置關(guān)系。

四、電力MIS用電管理子系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

863CIMS 主題專家組提出了 CIMS 的概念：CIMS 將信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)相結(jié)合，并應(yīng)用于企業(yè)產(chǎn)品全生命周期（從市場(chǎng)需求分析到最終報(bào)廢處理）的各個(gè)階段。通過信息集成過程優(yōu)化、運(yùn)行，達(dá)到人（組織、管理）、經(jīng)營、技術(shù)三要素的集成，以加強(qiáng)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的 T、Q、C、S、E，從而提高企業(yè)的市場(chǎng)應(yīng)變能力和競(jìng)爭能力。電力MIS系統(tǒng)中的用電管理子系統(tǒng)不只是一個(gè)軟件系統(tǒng)，而是一個(gè)集各種企業(yè)模型、用電相關(guān)設(shè)備管理以及相關(guān)業(yè)務(wù)流程、管理規(guī)范和信息技術(shù)、實(shí)施方法為一體的綜合管理應(yīng)用體系。該子系統(tǒng)幫助企業(yè)對(duì)用電信息進(jìn)行卓有成效的管理，充分發(fā)揮資產(chǎn)的效能，保證企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)的順利進(jìn)行。對(duì)企業(yè)的用電全業(yè)務(wù)流程進(jìn)行管理，對(duì)用電設(shè)備的檔案、用電設(shè)備設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行維護(hù)、查詢，為各級(jí)管理部門提供所需的統(tǒng)計(jì)、查詢數(shù)據(jù)。 本子系統(tǒng)將設(shè)備管理部門、設(shè)備使用部門、財(cái)務(wù)等相關(guān)部門聯(lián)系起來，以用電子系統(tǒng)的流程為核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和流程之間的共享，形成一個(gè)較完整的管理體系。電力MIS中的用電管理子系統(tǒng)從管理上突出特點(diǎn)便是事前控制和事中控制，強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)流程各個(gè)環(huán)節(jié)之間的銜接、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。從軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)而言，與其他子系統(tǒng)之間有廣泛的數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)邏輯的接口，具體反應(yīng)在三個(gè)方面：用電管理子系統(tǒng)是從企業(yè)的業(yè)務(wù)流程出發(fā)；用電子系統(tǒng)提現(xiàn)了現(xiàn)代化的管理思想、用電子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享。用 Servlets/JSP、EJB 構(gòu)件解決軟件模塊的復(fù)用和重構(gòu)問題、用基于J2EE體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)用電子系統(tǒng)較好的可擴(kuò)展性和集成能力。從業(yè)務(wù)流程的角度看，用 UML 實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模型到軟件建模的映射；從 UML 建模的角度看，用 UML 實(shí)現(xiàn)全程的、集成的企業(yè)建模。UML為分析、設(shè)計(jì)和部分實(shí)現(xiàn)提供了“共同語言”，而且構(gòu)件和多層體系結(jié)構(gòu)的分析也需要用UML來體現(xiàn)，并能生成代碼框架。這樣不但解決了系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)之間不能平滑過渡的缺點(diǎn)，而且基于構(gòu)件的多層層體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)業(yè)務(wù)的復(fù)用和重構(gòu)。

五、結(jié)語

本文提出了基于業(yè)務(wù)規(guī)則、業(yè)務(wù)邏輯的構(gòu)件封裝以及構(gòu)件顆粒度的劃分；闡述了多層體系結(jié)構(gòu)能較好地解決軟件系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和集成的問題 ，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)模型到軟件模型由傳統(tǒng)的“轉(zhuǎn)化”向“優(yōu)化”的轉(zhuǎn)變，在理論上重點(diǎn)研究了基于UML的集成企業(yè)建模和構(gòu)件封裝業(yè)務(wù)規(guī)則和業(yè)務(wù)邏輯，并應(yīng)用于實(shí)際電力MIS系統(tǒng)用電管理子系統(tǒng)開發(fā)。