面向?qū)ο蟮囊簤合到y(tǒng)分析研究

1、面向?qū)ο蟮囊簤合到y(tǒng)分析研究                        摘要：本文介紹了面向?qū)ο蟮姆治龇椒?，并給出了一種面向?qū)ο蟮姆治瞿Ｐ偷谋磉_(dá)方法。以液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)為工程應(yīng)用背景，探討了面向?qū)ο蟮姆治龇椒ㄔ诠こ滔到y(tǒng)分析中的應(yīng)用。按照類對(duì)象層、結(jié)構(gòu)層、主題層、屬性層和服務(wù)層五個(gè)層次分析了液壓系統(tǒng)的類層次構(gòu)成及其連接與通信。關(guān)鍵詞：對(duì)象，面向?qū)ο蟮姆治觯簤合?/p>

2、統(tǒng)。一、面向?qū)ο蟮姆治龊?jiǎn)介在大型軟件開發(fā)項(xiàng)目中，無論是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)，還是具體到自動(dòng)代碼生成，或擴(kuò)展到一個(gè)工廠的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，都存在著一個(gè)共同的需求，就是在系統(tǒng)分析階段建立系統(tǒng)的信息模型。在眾多的系統(tǒng)分析方法中，面向?qū)ο蟮姆治觯∣OA）方法更接近于人類的思維方式，正在被越來越多的系統(tǒng)分析人員使用。持面向?qū)ο笥^點(diǎn)的人認(rèn)為，計(jì)算機(jī)程序的結(jié)構(gòu)應(yīng)該與所需解決的問題一致，而不是與某種分析方法保持一致。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)任何軟件系統(tǒng)而言，其中最穩(wěn)定的成份是相應(yīng)問題論域（PROBLEM DOMAIN）的成份。而系統(tǒng)出問題通常也是由于問題論域的某些成份。因此，對(duì)問題論域進(jìn)行充分分析及準(zhǔn)

3、確理解是保證系統(tǒng)穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)。那么對(duì)象到底是什么呢？通俗地講，對(duì)象指的是客觀世界中的實(shí)體， 它能“知道一些事情”（即存儲(chǔ)數(shù)據(jù)），“做一些工作”（即封裝服務(wù)），并“與其它對(duì)象協(xié)同“（通過交換消息），從而完成（模塊化）系統(tǒng)的所有功能。為什么對(duì)對(duì)象感興趣呢？答案是簡(jiǎn)單的棗即可復(fù)用性。盡管從計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之初，我們就已經(jīng)在復(fù)用代碼，但面向?qū)ο蠹夹g(shù)允許復(fù)用的不僅僅是代碼，還有其它許多的東西。通過面向?qū)ο蠹夹g(shù)，我們可以復(fù)用需求、分析、設(shè)計(jì)、測(cè)試計(jì)劃、用戶界面以及體系結(jié)構(gòu)等。面向?qū)ο蠓治龇椒ㄊ墙⒃趯?duì)象及其屬性、類屬及其成員、整體及其部分這些基本概念的基礎(chǔ)上。大英百科全書指出：“人類在認(rèn)識(shí)和理解現(xiàn)實(shí)世界的過程

4、中普遍運(yùn)用著三個(gè)構(gòu)造法則：1. 區(qū)分對(duì)象及其屬性。例如，區(qū)分一棵樹和樹的大小或空間位置關(guān)系。 2. 區(qū)分整體對(duì)象及其組成部分。例如，區(qū)分一棵樹和樹枝。 3. 不同對(duì)象類的形成及區(qū)分。例如，所有樹的類和所有石頭的類的形成和區(qū)分?！?OOA就是建立在以上三個(gè)常用法則的基礎(chǔ)上。OOA模型描述了表示某個(gè)特定論域中的對(duì)象，以及各種各樣的結(jié)構(gòu)關(guān)系和通信關(guān)系。OOA模型有兩個(gè)用途。首先，每個(gè)軟件都建立在特定的現(xiàn)實(shí)世界中，OOA模型就是用來形式化該現(xiàn)實(shí)世界的“視圖”。它建立起各種對(duì)象，分別表示軟件系統(tǒng)主要的組織結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)實(shí)世界強(qiáng)加給軟件系統(tǒng)的各種規(guī)則和約束條件。其次，給定一組對(duì)象，OOA模型規(guī)定了它們?nèi)绾螀f(xié)同

5、才能完成軟件系統(tǒng)所指定的工作。這種協(xié)同在模型中是以表明對(duì)象之間通信方式的一組消息連接來表示的。本文采用Ed Yourdon建議的分析方法，OOA模型被劃分為五個(gè)層次。這種層次結(jié)構(gòu)允許從不同的角度來看待OOA模型，而且，這種結(jié)構(gòu)也便于有效地處理比較大的OOA模型。OOA模型的五個(gè)層次分別如下：· 對(duì)象類層 · 屬性層 · 服務(wù)層 · 結(jié)構(gòu)層 · 主題層 其表示法如圖1所示。圖1 OOA模型的結(jié)構(gòu)第一層，對(duì)象類層表示待開發(fā)系統(tǒng)的基本構(gòu)造塊。對(duì)象都是現(xiàn)實(shí)世界中應(yīng)用論域概念的抽象。這一層是整個(gè)模型的基礎(chǔ)。圖符的外層邊界表示實(shí)例邊界，實(shí)際上它表明對(duì)象是非

6、空的。而圖符的內(nèi)層邊界則表示類邊界。有時(shí)可以定義一些不當(dāng)作程序塊來實(shí)現(xiàn)的對(duì)象，即只有類邊界而沒有實(shí)例邊界。在某些情形下，定義這種對(duì)象是很有用的。我們將它們稱為模板類或抽象類。模板類可以為結(jié)成較高級(jí)的聚合體提供一條方便的途徑。第二層，屬性層，對(duì)象的屬性和實(shí)例連接共同組成了OOA模型的屬性層。我們把對(duì)象所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)稱為對(duì)象的屬性。類的實(shí)例之間互相約束，它們必須遵從應(yīng)用論域的某些限制條件或事務(wù)規(guī)則。例如，當(dāng)定金取消后，相應(yīng)的訂戶也應(yīng)該被取消，這可能是一項(xiàng)事務(wù)規(guī)則。我們稱這些約束為實(shí)例連接。第三層，服務(wù)層，對(duì)象的服務(wù)和消息通信組成了OOA模型的服務(wù)層。我們把對(duì)象所做的工作稱為服務(wù)或方法。系統(tǒng)的不同對(duì)象

7、都分別執(zhí)行一定的工作或功能，它們之間通過消息通信，即所謂的協(xié)同，如圖中的箭頭所示。對(duì)象的服務(wù)及對(duì)象實(shí)例之間的消息通信共同組成了OOA模型的服務(wù)層。第四層，結(jié)構(gòu)層，該層負(fù)責(zé)捕捉特定應(yīng)用論域中的結(jié)構(gòu)關(guān)系。泛化-特化結(jié)構(gòu)獲得類及成員組織，有助于刻畫問題空間的類成員層次，它通過搜集公共特性并把這種特性擴(kuò)充到特例中來顯示現(xiàn)實(shí)世界事件的通用性及專用性。整體部分結(jié)構(gòu)表達(dá)了人類的一種基本組織方式，即自然的整體和部分的結(jié)構(gòu)關(guān)系，從而把一些部分的聚合構(gòu)造成整體。例如，一輛汽車由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置和剎車裝置組成。第五層，主題層，相當(dāng)于全局系統(tǒng)的子系統(tǒng)或子模型。由于OOA模型的結(jié)構(gòu)龐大而復(fù)雜，因此眾多的對(duì)象有時(shí)很難處理

8、。于是，可以把對(duì)象歸到各個(gè)主題層中，可以把有關(guān)的對(duì)象用一個(gè)邊框框起來加以實(shí)現(xiàn)。例如，在一個(gè)控制系統(tǒng)中，眾多的對(duì)象可分為“管理”和“控制”兩個(gè)主題，則可以用圖2表示。以上簡(jiǎn)單介紹了面向?qū)ο蟮姆治黾霸诒疚闹械谋硎痉椒?，下面將研究面向?qū)ο蟮姆治鲈谝簤合到y(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。                             

9、二、液壓系統(tǒng)面向?qū)ο蟮姆治?二、液壓系統(tǒng)面向?qū)ο蟮姆治?1. 問題描述 液壓系統(tǒng)分為液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓控制系統(tǒng)兩種類型，本文的研究對(duì)象是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)是能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的液壓回路的總和。液壓回路又是能實(shí)現(xiàn)某種規(guī)定功能的液壓元件的組合。液壓元件是組成液壓系統(tǒng)的基本單元。主要的液壓元件有液壓泵、執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)）、液壓控制閥（壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥等）、液壓輔件（密封圈、濾油器、蓄能器、油箱及其附件、管件、熱交換器等）。液壓控制閥按照其安裝形式的不同又可分為普通閥、疊加閥、插裝閥。液壓回路是液壓元件組成的功能單元。液壓回路主要有壓力控制回路、流量（速度）控制回路、方向控

10、制回路、安全回路、定位回路、同步回路、順序動(dòng)作回路等。以上分類只是粗略分類，限于篇幅，詳細(xì)分類此處不一一列出。液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是根據(jù)機(jī)械師提出的主機(jī)的動(dòng)作循環(huán)要求、靜、動(dòng)態(tài)性能及液壓系統(tǒng)工作環(huán)境等方面的要求，進(jìn)行系統(tǒng)的工況分析，確定主要參數(shù)（包括系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)流量、液壓執(zhí)行元件類型及主要參數(shù)等），選擇合理的液壓回路和液壓元件，設(shè)計(jì)工作的最終形式是液壓系統(tǒng)原理圖和各種技術(shù)文件。2. 標(biāo)識(shí)類和對(duì)象 類和對(duì)象是對(duì)應(yīng)用論域中的概念的標(biāo)識(shí)，是系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。這一過程要考慮許多情況，以形成軟件復(fù)用的基礎(chǔ)。類和對(duì)象的標(biāo)識(shí)是從對(duì)問題描述的分析開始的。在液壓系統(tǒng)中抽取出如下對(duì)象（本文的類即對(duì)象都是以大寫字母表示）

11、：液壓系統(tǒng)（HYDRAULIC SYSTEM）、執(zhí)行元件（ACTUATOR）、液壓缸（CYLINDER）、液壓馬達(dá)（MOTOR）、液壓回路（CIRCUIT）、壓力控制回路（PRESSURE CONTROL）、流量（速度）控制回路（SPEED CONTROL）、方向控制回路（DIRECTIONAL VALVE CONTROL）、安全回路（SECURITY CONTROL）、定位回路（POSITION CONTROL）、同步回路（SYNCHRONISE CIRCUIT）、順序動(dòng)作回路（SEQUEUNT CIRCUIT）、液壓泵（PUMP）、閥（VALVE）、壓力控制閥（PRESSURE VALVE

12、）、流量控制閥（FLOW VALVE）、方向控制閥（DIRECTIONAL VALVE）、液壓輔件（ACCESSORY）普通閥（COMMON VALVE）、插裝閥（CARTRIDGE VALVE）、疊加閥（SUPERIMPOSED VALVE）。因?yàn)橐簤合到y(tǒng)是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)，在此不可能將所有的對(duì)象都列出，本文只列出了部分對(duì)象，為下文繼續(xù)分析提供依據(jù)。3. 標(biāo)識(shí)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)層反映了對(duì)象之間的組裝及繼承關(guān)系。整體部分結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)了組裝結(jié)構(gòu)，泛化特化關(guān)系反映了繼承關(guān)系。如果父對(duì)象，或泛化對(duì)象的屬性或特征可為其所有的子對(duì)象，或特化對(duì)象共享，就建立起了泛化特化關(guān)系。父對(duì)象和子對(duì)象的這種屬性共享就稱之為繼承性

13、。父對(duì)象是由若干子對(duì)象以某種方式組裝而成的，就構(gòu)成了整體部分關(guān)系。這種關(guān)系一般建立在物理組裝的基礎(chǔ)上。雖然整體部分關(guān)系不象泛化特化關(guān)系那樣具有繼承性，但它們也同樣有重復(fù)度和參與度特征。重復(fù)度是指組成一個(gè)父對(duì)象的子對(duì)象的數(shù)量。（例如，一個(gè)液壓系統(tǒng)中有若干個(gè)調(diào)速回路。）參與度是指父對(duì)象或子對(duì)象是否都必須在整體部分關(guān)系中出現(xiàn)。（例如，一個(gè)液壓系統(tǒng)有若干個(gè)調(diào)速回路，而一個(gè)調(diào)速回路并不一定是一個(gè)液壓系統(tǒng)的一部分。）在液壓系統(tǒng)中，由于液壓回路組成了液壓系統(tǒng)，液壓元件組成了液壓回路，所以整體部分結(jié)構(gòu)較容易標(biāo)識(shí)。以液壓回路組成液壓系統(tǒng)為例，可得到圖3所示的組裝結(jié)構(gòu)。圖中數(shù)字表示了整體與部分之間的數(shù)量關(guān)系。1,

14、m表示一個(gè)液壓系統(tǒng)可由一個(gè)或多個(gè)泵源回路組成；0,m表示一個(gè)液壓系統(tǒng)可以包含零個(gè)或多個(gè)相應(yīng)回路；0,1表示該回路可以不作為該液壓系統(tǒng)的組成回路，也可以作為該液壓系統(tǒng)的組成回路。泛化特化關(guān)系在液壓系統(tǒng)中也是廣泛存在的。以閥的泛化特化關(guān)系為例，可得到如圖4所示繼承關(guān)系。  4.標(biāo)識(shí)主題 過去的結(jié)構(gòu)化模型的特征之一就是層次分解。而大多數(shù)OOA模型的結(jié)構(gòu)都相對(duì)平坦,除非應(yīng)用論域使用泛化特化結(jié)構(gòu)或整體部分結(jié)構(gòu)。事實(shí)上，可以通過建立多個(gè)主題來處理規(guī)模比較大的復(fù)雜模型。每個(gè)主題可以看作一個(gè)子系統(tǒng)。主題的概念是從觀察者的角度來看的。分析員可以依據(jù)子論域、子系統(tǒng)，甚至組織或地域等來區(qū)分主題，只要運(yùn)用得

15、當(dāng)，所有這些規(guī)則都有助于主題劃分。本文討論的液壓系統(tǒng)根據(jù)子系統(tǒng)原則劃分為三個(gè)主題層。組成液壓系統(tǒng)的液壓回路對(duì)象及其對(duì)象之間的聯(lián)系構(gòu)成了回路層；組成液壓回路的液壓元件對(duì)象及其之間的聯(lián)系構(gòu)成了元件層。各主題層內(nèi)對(duì)象之間與主題層間的對(duì)象之間都存在著實(shí)例連接和消息通信。兩個(gè)主題層共同構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主題層如圖5所示。            三、結(jié)論本文以面向?qū)ο蟮姆治龇椒ㄟM(jìn)行了液壓系統(tǒng)信息模型的分析研究，采用了Ed Yourdon的OOA分析和建模方法，討論了液壓系

16、統(tǒng)的OOA模型的建立的過程。在此作者并未給出液壓系統(tǒng)的詳細(xì)OOA模型，原因有兩個(gè)：液壓系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，在短短的幾頁(yè)內(nèi)很難完善表達(dá)系統(tǒng)的整體模型；作者寫作本文的主旨是希望和進(jìn)行系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的研究人員探討面向?qū)ο蟮姆椒ㄔ诠こ淘O(shè)計(jì)中的應(yīng)用，因此文中未涉及較深入的液壓領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)。面向?qū)ο蟮姆治瞿Ｐ褪擒浖到y(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)，最終要過渡到面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)模型和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)。然而，面向?qū)ο蟮姆治鲞^程卻是最重要的，因?yàn)樵谶@里主要涉及應(yīng)用論域的問題，分析過程是對(duì)應(yīng)用論域認(rèn)識(shí)逐步深入的過程。只有對(duì)應(yīng)用論域有了充分的認(rèn)識(shí)才能建立起完善的設(shè)計(jì)模型，開發(fā)出符合應(yīng)用論域要求的軟件系統(tǒng)。因此，工程系統(tǒng)分析人員應(yīng)該

17、掌握面向?qū)ο蟮姆治龇椒?。參考文獻(xiàn)1. Edward Yourdon & Carl Argila，殷人昆等譯，實(shí)用面向?qū)ο筌浖こ探坛?，PRENTICE HALL出版公司，1998，6 2. Peter Coad，Edward Yourdon，邵維忠等譯，面向?qū)ο蟮姆治?，北京大學(xué)出版社，1992，2 3. 雷天覺主編，液壓工程手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，1990，4 Research on Hydraulic System Design with Object-Oriented Analysis MethodAbstract:Object-Oriented Analysis (OOA) is introduced and a representation method of OOA is provided in this paper。Hydraulic system is selected as engineering application background.How to apply OOA method to engineering applications is discussed.According to Class-Object level、 Struc