（系统工程专业论文）水布垭库存管理系统的设计与实现.pdf

摘 要 随着市场需求的日益变化， 技术的不断进步， 企业与企业之间的竞争也日益激烈。 日益激烈的生存环境对企业的生产管理提出了更为严峻的考验。物流管理作为生产管 理的一个重要组成部分，对企业的正常运作起着至关重要的作用，因而作为物流管理 核心的库存管理更是企业关注的焦点。建立企业的库存管理系统，能够实现企业库存 管理的现代化与科学化。 面向对象技术是一种运用对象、类、封装、消息传送、继承和多态性等概念来构 造系统的软件开发方法。面向对象建模从系统的不同方面去对系统进行建模，得到各 种相关的系统模型，从而简化系统开发的复杂性。uml(unified modeling language) 是一种可视化标准建模语言，它统一了面向对象方法表示的多样性，已经被 omg 采 纳并成为工业标准，在全世界得到广泛的支持和普及应用。 本文将面向对象技术引入到水布垭库存管理系统的开发中。在运用 uml 对整个 库存管理系统进行了需求分析和系统对象、类的静态建模和动态建模后，采用 powerbuilder9.0 作为数据库前端开发工具，microsoft 公司的 sql server 作为数据库 后台，实现了 c/s 结构下的水布垭库存管理系统。 本文最后描述了库存管理系统的系统管理、基础信息管理、入库管理、出库管理、 统计报表和盘点分析六大功能模块。水布垭库存管理系统解决了此前水布垭物资管理 混乱等问题，大大降低了库存管理人员的劳动强度，为企业提供了决策依据，受到了 用户的肯定。 关键词：库存管理系统 安全库存 面向对象分析与设计 统一建模语言 abstract with the variety change of the market requirement, and the ceaseless advancement of technique, competition between enterprises is becoming more and more drastic. more baptism is put on the manufacture management facing to the increasingly drastic environment. as an important part of manufacture management, logistic management is especially important to maintain the working order of enterprises. thus as the core of the logistic management, inventory management is much more focused by enterprises. constructing an inventory management system in enterprise can achieve the modernization and scientization of the enterprise inventory management. object-oriented technology is a software developing method of constructing a system by the way of objecting, classing, packing, sourcing, succeeding, multi-modeling etc. object-oriented modeling mainly focuses on building a model of system by several different ways, so it simplifies the complex developing process, since many relative necessary system models can be obtained easily. for uml, it is a visual standard modeling language. because this language integrates the varieties of object oriented programming method, uml has been adopted by omg and has become an industry standard to be widely used all over the world. the method of object-oriented technology is imported in the development of shuibuya inventory management system. with unified modeling language, system analysis, static and dynamic modeling of objects and classes are realized, the shuibuya inventory management system is developed in c/s structure. in this system, powerbuilder9.0 is used as the tool to develop the foreground database and sql server of microsoft company is adopted as the background database. this paper also describes the following system modules: system management, preliminary data management, stores- in and out management, statistics management, check and analysis management. the system, won agreement by customers, solves the management problem of shuibuya inventory. decisions can be made with the aid of the system, by this way labor intensity is greatly decreased. key words: inventory management system safety stock object-oriented analysis&design unified modeling language 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本 文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 1 绪 论 1.1 课题背景与意义课题背景与意义 随着市场需求的日益变化，技术的不断进步，企业与企业之间的竞争也日益激烈。 日益激烈的生存环境对企业的生产管理提出了更为严峻的考验。物流管理作为生产管 理的一个重要组成部分，对企业的正常运作起着至关重要的作用，因而作为物流管理 核心的库存管理更是企业关注的焦点。 葛洲坝水利水电工程集团是国务院首批大型试点企业集团，其核心企业中国葛洲 坝水利水电工程集团有限公司，前身是国家为兴建长江葛洲坝水利枢纽而集水电精英 队伍组建的全国最大水电工程施工企业，1999年被列入国家512家重点企业。面对新世 纪的机遇与挑战， 葛洲坝水利水电工程集团委托华中科技大学系统工程研究所开发 “大 型水电企业物资管理系统”项目。水布垭库存管理系统属于“大型水电企业物资管理 系统”子系统，作者参与了水布垭库存管理系统开发的全过程，负责了系统的分析、 设计、程序的编制及后期维护工作。 库存管理是企业管理的重要组成部分。首先，准确的库存信息是进行正确的物料 需求的前提与基础，它影响着企业的整个生产计划与控制活动。其次，库存作为供、 需之间的缓冲区，一方面，适量的库存可以应付各种有规律与偶然性的变化，起到应 急、备用的缓冲作用，保证生产过程的连续性，提高用户服务水平；另一方面，一定 数量的库存又占用着企业的大量资金，减缓了物流过程和资金的周期。 通过建立企业的库存管理信息系统，规范并加强了企业的管理，使企业的管理由 传统方式转变为现代化科学管理，为企业提供了决策依据，防止了盲目采购，降低采 购费用，减少库存占用，提高资金利用率，加速了资金的周转，最终降低成本，提高 了企业经营效益12。 1 1.2 国内外库存管理研究现状国内外库存管理研究现状 至今为止，企业界对库存的认识变迁，可大致分为下述六个时期： 第一时期：“视库存为企业财产”的时期。 这个时期从手工业时代一直到19世纪后半期为止。当时拥有库存就是拥有财产， 当时的个人财富和国家财富都是以所拥有物质的多少来衡量。因为在那个时代，企业 的专业化、社会分工的细化都未达到成熟和完善的状态，还未形成企业竞争，所有存 货都可以销售成功，获得利润，库存就是财富这是毫无疑问的。 第二时期：“视库存为企业坟墓”的时期。 第一次世界大战过后不久，世界经济萧条，美国遭受空前的经济危机。当时持有 大量库存的企业都在一夜之间惨遭厄运，从此拉开了“视库存为企业坟墓”的一幕。 很多企业在经营中采用了得过且过的采购政策，但是这样却又错过了很多获取利润的 良机。 第三时期：“认识适当库存的需要，而开始进行科学化库存管理”的时期。 这一时期，人们认识到：除了要考虑增加库存本身所需要花费的成本外，也要考 虑减少库存时所需消耗的成本。增加库存所需的储藏费用并保持库存品所需的各项开 支，即为持有成本；减少库存的费用方面，则由于订货数量的减少，导致订货次数上 升而引起的订货费用(即订购成本)的提高，同时也会引起缺货成本、机会成本的增加。 因此，经营者经多方思考，希望能够寻得令两者的费用合计达到最小的订货量的方法。 由此可见，到了这个时期，企业界已正式地面对库存问题，产生了企业以科学化方法 加以管理、控制的构想。 第四时期：“计数上的适当量”时期。 第二次世界大战爆发前后，企业界开始了运用各种统计理论及方略研究库存管理 方法的进程，在这个时期里，陆陆续续出现了利用概率统计理论的库存管理方法、卡 耐基大学西门教授所开发的借用自控制理论的库存管理方法、马基创建的最大最小化 库存管理方法、利用线性规划理论的库存管理方法、利用随机理论的库存管理方法和 利用“仿真实验”的库存管理方法，使得库存管理向着科学量化的方向发展3。 2 第五时期：“ 管理信息系统”时期。 随着计算机的大面积普及，运用计算机进行信息处理己在各个行业及各个经营环 节中运用，当计算机引进库存管理，就将基于前述理论而建的各种库存管理方法运用 得更为快捷、精确；同时将库存管理环节与其它相关环节紧密结合起来，形成统一整 体，发挥更高的效益。 管理信息系统(management information system，mis)一词最早出现在1970年，由 瓦尔特肯尼万(walter t. kenneran)下的定义：“以书面或口头的形式，在合适的时间 向经理、职员以及外界人员提供过去的、现在的、预测未来的有关企业内部及其环境 的信息，以帮助他们进行决策4。”这一定义并非强调一定要借助计算机和应用模型， 是一个建立在管理概念上的初始的定义。直到80年代，明尼苏达大学卡尔森管理学院 的著名教授高登戴维斯(gorden b.davis)才给出了一个较完整的定义：“它是一个利用 计算机硬件和软件、手工作业、分析、计划控制和决策模型，以及数据库的用户 机器系统。它能提供信息，支持企业或组织的运行、管理和决策功能4。”在70年代未 80年代初，根据中国的特点，许多从事管理信息系统工作的学者给出了以下定义： “管 理信息系统是一个由人、计算机等组成的能进行信息收集、传递、储存、加工、维护 和使用的系统，能实测企业的各种运行情况，利用过去的数据预测未来，从企业全局 出发辅助企业进行决策，利用信息控制企业的行为，帮助企业实现其规划目标”。朱 铭基总理在主编的 管理现代化 一书中定义说： “管理信息系统是一个由人、 机械(计 算机等)组成的系统，它从全局出发辅助企业进行决策，它利用过去的数据预测未来， 它实测企业的各种功能情况， 它利用信息控制企业行为， 以期达到企业的长远目标4。 ” 随着mis系统在企业中逐步实践运用，使得企业管理的系统内涵发生了巨大的变 化，企业中原本相互关联，却因十分繁杂难以协调的环节得以统一管理，进而相互支 持，企业部内的管理达到了高速高效的境界。库存管理也从原先只停留在库房中物的 管理层面，扩大到了企业内生产、经营的全过程。 第六时期：“基于供应链概念下的库存管理”时期。 随着全球化发展进程的加快，企业家们发现，企业管理的有效性再不仅仅只是企 业内部管理的因素，企业外部的很多因素(如运输、供应商、分销商等)对企业经营管 3 理也有很大的制约作用，因而，供应链管理成为当今国际企业管理的重要方向和重要 领域。它是将核心企业通过对信息流、物流、资金流的控制，从采购原材料开始，到 制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的。将供应商、 制造商、分销商、零售商直到最终用户连成的一个整体的功能网链看成一个大的系统， 将网链的各个节点做为分系统，深入研究其系统结构、功能以及相互关联，以达到最 佳结合方式。 供应链管理是一种基于传统供销管理法，充分借助于计算机手段的更为广泛的极 具战略性的管理方法5。 这是由于全球经济竞争的日趋激烈， 地理因素造成的运输文化 论点、各种法律法规等不确定因素的影响，使得企业不得不以更多的库存准备来缓冲 可能造成的损失，从而增加了企业的风险成本。于是人们开始寻求不同于以往工业时 代的“金字塔”式的管理体系的新兴的管理体系，由业务流程的再造(bpr)的兴起， 力求破除组织间资讯沟通壁垒，从根本上考虑流程的目的及各个活动的附加价值，从 而构成了供应链管理的基础观念。于是企业联盟逐步形成，这是建立在互相信任基础 上的信息共享的联盟。 供应链管理的发展经历了三个阶段：首先是萌芽阶段(1980年1989年)，由美国 管理学家史蒂文斯(stevens)在1989年提出的供应链管理的概念，这是一种将企业内部 与外部进行有效集成的观点，这时的供应链各节点企业之间的合作非常重要；第二阶 段是供应链管理初步形成的阶段(1990年1995年)，由于各成员企业之间的利益冲突， 导致供应链管理的绩效不高，究其原因发现是信息在系统传递过程中的失真造成。因 此在此阶段，信息的共享是供应链管理的重要基础之一；第三阶段(1996年)是主 张供应链企业“协调对外”的阶段，强调与尽可能少的供应商合作，建立合作伙伴关 系，而对合作伙伴的选择是分步骤的，也是多因素评价的过程，目前我国的企业多处 于上述第一或第二阶段。 供应链下的库存管理是供应链管理中一个极其重要的环节，从一定意义上说是左 右供应链效益的关键，它是企业开源节流、创造最佳效益的基本途径之一，是既保障 企业信誉，又保障资金安全的重要手段。它必须建立在整个供应链运行有效的基础上， 才能达到理想的效果。 4 1.3 本文内容及结构安排本文内容及结构安排 本文对库存管理相关理论进行了介绍，研究了统一建模语言，运用统一建模语言 对库存管理系统进行了分析，最后实现了水布垭库存管理系统。 本文的结构安排如下： 第 1 部分，介绍课题的背景，阐述课题研究的目的及意义，简述国内外库存管理 研究现状。 第 2 部分，概述库存的基本概念、库存控制策略等库存管理相关理论。 第 3 部分， 以水布垭库存管理系统项目为背景， 引入了面向对象的系统开发方法， 通过 uml 完成了对库存管理系统的需求分析以及系统对象、类的静态和动态建模， 为系统最终实现奠定了基础。 第 4 部分，设计并实现了库存管理系统，对系统各子模块进行了描述。 第 5 部分，对全文进行了总结，列举本文的研究成果，并分析研究工作的不足， 展望进一步研究的内容和方向。 5 2 库存管理相关理论概述 2.1 库存的基本概念库存的基本概念 2.1.1 库存的定义库存的定义 库存对一般人来说比较容易理解，但站在不同的角度，从事不同的行业，对库存 的理解不尽相同。一般有如下几种定义： 1) 库存是指一个组织机构用于今后销售或使用的任何需要而持有的所有物品和 材料(包括原材料、半成品、成品等不同形态) 6； 2) 库存是指由厂外供应单位进入厂内， 但尚未投入到生产领域而在一定时间内需 要在仓库停留的物资7； 3) 库存是指处于存储状态的物品或商品8。 2.1.2 库存的分类库存的分类 库存有不同的形式，从不同的角度可以对库存进行多种不同的分类： 1) 按其在生产过程中和配送过程中所处的状态分类，库存可分为原材料库存、在 制品库存、维修库存和产成品库存。 2) 按库存的作用分类，库存可分为周转库存、安全库存、调节库存和在途库存 4 种9。 3) 按用户对库存的需求特性分类，库存可分为独立需求库存与相关需求库存。 独立需求库存是指用户对某种库存物品的需求与其他种类的库存无关，表现出对 这种库存需求的独立性。相关需求是指与其他需求有内在相关性的需求，根据这种特 性，企业可以精确地计算出它的需求量和需求时间，它是一种确定型需求。 2.1.3 库存的作用与弊端库存的作用与弊端 任何企业都不希望存在任何形式的库存，无论是原材料、在制品还是成品，企业 6 都想方设法降低库存。理想的情况是企业没有库存，材料采购回来立即进行生产，生 产完后立即交给客户，生产过程中工序连贯，也没有中间库存。但这只是理想的状态。 之所以说库存是企业的坟墓，是因为库存商品要占用资金、发生库存维持费用， 并存在库存积压而产生损失的可能。因此既要防止缺货、避免库存不足，又要防止库 存过量，避免发生大量不必要的库存费用。库存有利也有弊，库存的作用是相对的。 库存的作用10有： 1) 维持生产的稳定： 企业按销售订单与销售预测安排生产计划， 并制定采购计划， 下达采购订单。由于采购的物品需要一定的提前期，这个提前期是根据统计数据或者 是在供应商生产稳定的前提下制定的，不仅存在一定的风险，又可能会拖后而延迟交 货，最终影响企业的正常生产，造成生产的不稳定。为了降低这种风险，企业就会增 加材料的库存量。 2) 平衡企业物流： 企业在采购材料、 生产用料、 在制品及销售物品的物流环节中， 库存起着重要的平衡的作用。采购的物料会根据库存能力(资金占用等)、协调来料收 获入库。同时对生产部门的领料应考虑库存的能力、生产线物流情况，平衡物料发放， 并协调在制品的库存管理。另外，对销售产品的物品库存也要视各个分(子)仓库的调 度与出货速度等进行协调。 3) 维持销售产品的稳定： 销售预测型企业(mts 方式)对最终销售产品必须保持一 定数量的库存，其目的是应付市场的销售变化。在这种方式下，企业并不预先知道市 场真正需要什么，只是按对市场需求的预测进行生产，因而产生一定数量的库存。 4) 平衡流通资金的占用：库存的材料、在制品及成品是企业流通资金的主要占用 部分，因而库存量的控制实际上也是流通资金的平衡。例如，加大订货批量会降低企 业的订货费用， 保持一定量的在制品库存与材料会减少生产交换次数， 提高工作效率。 对于库存的弊端主要表现在以下几个方面11： 1) 占用企业大量资金。 2) 增加了企业的产品成本与管理成本。库存材料成本的增加直接增加了产品成 本，而相关库存设备、管理人员的增加也加大了企业的管理成本。 3) 掩盖了企业众多管理问题，如计划不周、采购不力、生产不均衡、产品质量不 7 稳定及市场销售不力等。 2.2 库存管理的目标及内容库存管理的目标及内容 库存管理是企业生产管理的重要内容之一，是企业合理组织生产必不可少的要素。 物资库存是物资流通过程的中间环节， 有资料表明， 一个大中型企业的库存通常有5000 到10000种以上不同的物资， 这意味着库存物资要占用大量的流动资金。 在工业企业中， 各种物资的库存价值往往占企业资金的30%左右，在流通领域中商品及其它物资的价值 约占企业流动资金的75%左右。在当今社会，一个企业能否生存与其是否合理利用资金 有很大关系，所以库存管理的现代化和科学化已成为企业需要解决的重要课题之一。 库存管理的最终目标是在保证企业生产经营管理正常进行的前提下，最大限度地 简化日常事务，降低原材料成本和运营成本，降低库存和占用资金，增加企业的流动 资金，减少财务收支差错或延误，使物资管理人员把更多的精力集中在诸如供应商选 择、合同谈判和效益分析等战略性决策任务上12。用计算机来管理物资不能照搬照抄 人工管理模式，变成人工管理的翻版，而是要根据物资管理的目标对人工管理的业务 流程进行优化、合理化、科学化，要超越当前的业务，抽象出业务中的管理思想和规 律。要让物流、资金流、数据流、控制流畅通并形成一个完整的闭环反馈系统。整个 物资供应管理系统要以计划和控制为主线，充分体现物流、资金流、信息流、控制流 有机集成的管理思想。同时，物资的管理效率就体现在对信息的采集、传递、处理加 工过程中，信息流是物资供应管理过程的影响。要有丰富的监控、考核、管理功能， 做到事先有计划，事中有控制，事后有核算，要求每一个业务过程都要为综合管理提 供丰富的决策信息和考核数据。 库存管理的内容主要由两大部分组成。 第一部分是库存物资的各种单据的管理。 这部分内容主要是处理物资出入库信息， 如入库单、领料单、调拨单、退料单、盘点单等，目的是随时掌握库存物资的动态， 以便于查询和制作各种报表。 第二部分为库存的物资控制。它的主要目的是为了合理控制库存量的大小，内容 包括需求预测，确定物资的订货量和订货时间。为了使库存控制科学、准确，主要是 8 建立一些能反应实际商业运作的数学模型，然后利用计算机进行辅助决策。 2.3 库存控制策略库存控制策略 2.3.1 abc 重点管理法重点管理法 abc 重点管理法的基本原理是：把物品按品种和占用资金的大小进行分类，再按 照各类重要程度不同分别控制，抓住重点，分清主次，以收到事半功倍的效果。 一般来说，库存与资金占用之间存在这种现象：少数库存物品价值昂贵，占用大 部分的资金；相反，大多数库存物品价格便宜，仅占用很小部分的库存资金。因此， 可根据库存种类数量与所占用库存资金比重之间的关系，将库存分为 abc 三类，并 根据其特点分别采用不同的管理方法，如图 2.1 所示： 100 80 60 40 20 100200300400500 资金累计比率 品种累计 a区 b区 c区 图 2.1 库存品种与金额累计比率曲线图 从 abc 曲线图很容易看出， 其中 50 种物资占用资金额为总金额的 70%， 中间 100 种占总金额的 25%，其余 350 种只占总金额的 5%。 对于a类物品，应当投入最多的精力和资源进行重点控制，由于其年消耗金额较 大，为了减少物资的储备资金，要严格控制a类物资的储备数量；对b类物品的管理， 9 具有较大的机动性，属于年消耗很多的可采取类似a类物品的管理，反之则可采用类 似c类物品的管理；对于c类物品，由于年耗金额不大，可适当增加储备天数，以减少 订货次数和简化库存管理13。 abc 控制法操作简单，能够对库存控制做到重点与一般的相结合。 2.3.2 安全库存量 安全库存量 安全库存(safety stock)，又称保险库存，是为防止由于不确定因素(如订货期间需 求率增长、到货期延误等)引起缺货而设置的一定数量的库存。 如果某一期间的需求是固定的，则没有设置安全库存的必要。但是，市场需求和 生产现场的消费大多数情况下是要发生波动的，补充库存的交货期也会出现提前或延 迟的现象。此外，生产过程中出现的破损，仓库台帐上出现的记账误差以及物料计算 差错等都会导致库存与需求发生偏差。安全库存正是为了避免出现库存不足，对库存 进行适当管理的需求而设置的。 安全库存越大，出现缺货的可能性就越小。避免出现缺货是企业所希望的。但是， 作为库存的一部分，安全库存与库存量的大小有直接关系。安全库存过高，会导致剩 余库存的出现，占用大量资金。从经济性的角度考虑，应该根据不同物品的用途以及 顾客的要求，将缺货率保持在适当的水平上，允许一定程度缺货现象的存在。 水布垭库存有以下特点：在某一时间内，对某种商品的需求是一随机变量14；补 充库存有一个交货时间，即发出订单到货物到达有一延迟期；补充策略是当存储水平 下降到称作“安全库存量或定货点”时，开始定货，每次定货需支付定货费；虽然定 货期提前了一个时期，但由于需求是随机的，在这段时间内仍可能出现缺货1517。 直接求解安全库存量与订货量是十分困难的。借助计算机强大功能，通过计算机 模拟，在短时间模拟很多方案，从所有方案中找出损失费最小的方案，可以认为是最 优方案。 图 2.2 给出最优库存方案程序框图。 10 开始 安全库存量最小值 订货量最小值 模拟天数清零 今天是否为到货日期？ 库存量库存量订货量 订货天数清零 产生随机需求量 需求量是否小于库存量？ 库存量库存量出库量 库存量是否大于安全库存量？ 模拟天数模拟天数1 是否已到模拟天数？ 分别计算“平均库存量”、“平均出库量”、 “平均缺货量”、“订货次数”、“缺货次 数”、“损失费”并把它们和相应的存储方案显 示在窗体上 订货量订货量增量 订货量是否大于最大订货量？ 安全库存量安全库存量增量 安全库存量是否大于最大安全库存量？ 在所有模拟过的方案中找出损失费最小的方案 把最优方案显示在窗体上结束 计算缺货损失费 库存清零 重新订货 计算订货量 n n n n n n 图 2.2 最优库存方案的程序框图 11 2.3.3 库存信息分析库存信息分析 为了达到库存管理的目的，应随时动态地了解库存状况，及时发现问题，采取有 力措施加以解决。通常情况下，动态地了解库存情况的有效途径是设置各种库存信息 分析功能。主要的库存信息分析有库存积压分析、短缺超储分析、资金占用分析。 1) 库存项目积压通常定义为所规定的积压日期外的期间所形成的积压，其公式表 达为: 如果: 当前日期 - 该项目最后次出库日期 - 规定的积压日期 0 则: 积压天数 = 当前日期 - 该项目最后一次出库日期 积压数量 = 现有库存量 积压金额 = 积压数量 x 平均价格 2) 短缺超储分析 库存项目的超储项目和短缺项日根据库存项目的可用量、最高储备量和安全库存 来计算。 对于超储项目: 可用量 最高储备量 则: 超储量 = 可用量 - 最高储备量 超储金额 = 超储量 x 平均价格 对于短缺项目: 可用量 安全库存 则: 短缺量 = 安全库存 - 可用量 短缺金额 = 短缺数量 x 平均价格 3) 资金占用分析 对于特定的仓库和一定数量的库存项目，用于资金占用分析的计算方法为： 总资金额 = (每种库存项目现有量 x 平均价格) 某项目占总额百分比 = 该项目的资金占用/资金总额 x 100% 12 3 用统一建模语言分析库存管理系统 传统的结构化软件开发方法主要是在进行系统分析后，根据系统功能把系统划 分成若干个功能模块进行开发，因而亦被称为面向功能的软件开发方法。随着计算 机技术的发展，软件危机的产生表明这种面向功能的软件开发方法己经不再适应现 代软件的开发。 3.1 面向对象的系统分析与设计面向对象的系统分析与设计 3.1.1 面向对象的分析与设计面向对象的分析与设计(ooad) 面向对象分析方法(object-oriented analysis，以下简称ooa)，就是运用面向对象 方法进行需求分析。ooa的基本任务是：运用面向对象方法，对问题域和系统责任进 行分析和理解，对其中的事物和它们之间的关系产生正确的认识，找出描述问题，预 计系统所需的类及对象的属性与服务，以及它们之间所形成的结构、静态联系和动态 联系18。以前在系统分析中面临许多难题，其中最主要的四个问题是：对问题域和系 统责任的理解、人与人之间的交流、需求的不断变化以及软件复用对分析的要求。针 对以上的问题，软件技术人员提出了ooa方法。面向对象分析的目标是完成对所解问 题的分析，确定待建的系统要做什么，并建立系统的模型。为达到这一目标，必须完 成以下任务： 1) 在客户和软件工程师之间沟通基本的用户需求； 2) 标识类（包括定义其属性和操作） ； 3) 刻画类的层次结构； 4) 表示类(对象)之间的关系； 5) 为对象行为建模； 6) 递进地重复任务 1 至任务 5，直至完成建模。 其中任务 2 至任务 4 刻画了待建系统的静态结构， 任务 5 刻画了系统的动态行为。 13 面向对象分析的一般步骤如下： 1) 获取客户对系统的需求：包括标识场景(scenario)和用例(use case)，以及建造需 求模型； 2) 用基本的需求为指南来选择类和对象(包括属性和操作)； 3) 定义类的结构和层次； 4) 建造对象关系模型； 5) 建造对象行为模型； 6) 利用用例或场景来复审分析模型。 ooa建模过程是：发现对象，定义它们的类；识别对象的内部特征；识别对象的 外部关系； 划分主题， 建立主题图； 定义use case建立交互图； 发现活动者、 定义use case， 建立交互图、建立详细说明、原型开发19。 面向对象设计(object-oriented design，以下称为ood)是将ooa所创建的分析模 型转化为设计模型。与传统的开发方法不同，ood和ooa采用相同的符号表示，ood 和ooa没有明显的分界线，它们往往反复迭代地进行。在ooa时，主要考虑系统做什 么，而不关心系统如何实现。在ood时，主要解决系统如何做，因此需要在ooa的模 型中为系统的实现补充一些新的类，或在原有类中补充一些属性和操作。ood时应能 从类中导出对象，以及这些对象如何互相关联，还要描述对象间的关系、行为以及对 象间的通信如何实现20。 由于 ooa 和 ood 采用一致的概念、原则和表示法，二者之间不存在鸿沟，二者 之间也不强调严格的阶段划分。因此在下面，只是简单的介绍面向对象的设计方法。 ood是指直接在ooa模型的基础上进行设计层面的细化工作。 它的主要工作是对 ooa模型在问题域的部分、人机交互部分、任务管理部分和数据库部分这四个层面进 行详细设计。它也包括两个方面的建模：静态结构模型建立和动态模型建立21。 ood 的问题域部分是在主题层描述所包含的对象之间的关系， 它需要分别讨论和 描述各层主题之间的关系及最底层主题内对象之间的关系。对于此次开发的项目，它 的关系主要有两个层面，分别为数据层面和通信层面。 ood 的人机交互部分主要是系统用户界面设计， 内容包括： 菜单设计、 窗口设计、 14 输入输出设备设计等。 ood 的任务管理部分主要是建立一些新的类(或对象)， 这些类负责处理操作系统 的并发问题、中断、调度及其它与特定平台有关的问题，还包括数据库引擎等问题。 ood 数据库管理部分工作主要是以 ooa 模型的属性层内容为基础， 将数据库技 术从系统的其他部分中分离出来，这部分包括：表、数据管理及备份等。 静态模型是通过一系列的类及类层次关系的设计，表示软件系统的静态组成和结 构，它是以 ooa 模型为基础的，抽象描述所表示的对象，设计系统的基本单元 类，并进一步抽象类，设计系统中的类层次，它是一个抽象的过程。 动态模型是利用静态结构模型中所设计的类的实例化对象的操作，进行系统中各 服务功能以及整个系统的行为过程的设计。首先分析功能内所必须实现的操作，确定 与此操作相关的类，然后，根据整个功能块的实现过程和各类对象所提供的操作，确 定此类对象在功能块中何时生成，何时删除，以及此对象与其他对象的相互作用情况 22。 3.1.2 统一建模语言 统一建模语言(uml) 面向对象的分析与设计(ooad)方法的发展在 80 年代末至 90 年代中出现了一个 高潮，uml是这个高潮的产物。booch是面向对象方法最早的倡导者之一，他提出了 面向对象软件工程的概念，且他设计的booch1993 比较适合于系统的设计和构造23； rumbaugh等人提出了面向对象的建模技术(omt)方法，采用了面向对象的概念，并引 入各种独立于语言的表示符；jacobson于 1994 年提出了dose方法，其最大特点是面 向用例(use-case)， 并在用例的描述中引入了外部角色的概念。 uml不仅统一了booch， ftumbaugh和jacobson的表示方法，而且对其作了进一步的发展，并最终统一为大众所 接受的标准建模语言。 uml采用的是一种图形表示法，即它将模型中的信息用标准图形元素直观的显 示。建立模型后，所有重要信息将一目了然。例如，用户可以通过模型直观地看到用 户与系统间地交互，分析人员可以看到系统对象间地交互，开发人员可以看到要开发 的对象每个对象的任务，测试人员可以看到对象间的交互并根据这些交互准备测试案 15 例，项目管理人员可以看到整个系统各部分的交互24。 从功能上 uml 建模系统可分为需求模型， 对象模型和体系结构模型三个子系统。 1) 需求模型 需求模型包括静态模型和动态模型： 静态模型在uml中用用例图描述系统外部的 执行者与系统提供的用例之间的某种关系； 动态模型在uml中用活动图描述系统中各 种活动的执行顺序25。 用例图 (use case diagram)在面向对象领域中用例这一概念己被广泛地接纳， 并认 为它是第二代面向对象技术的标志。用例被定义为系统执行的一系列动作，动作执行 的结果能被指定执行者察觉到。 那么从用户的角度来看， 用例图就是来描述系统功能， 并指出各功能的执行者(执行者是指用户在系统中所扮演的角色)。用例用来获取需求， 规划和控制项目。用例的获取是需求分析阶段的主要任务之一，而且是首先要做的工 作。 大部分用例将在项目的需求分析阶段产生并且随着工作的深入会发现更多的用例， 这些都应及时增添到己有的用例集中。 而用例集中的每一个用例都是一个潜在的需求。 活动图是用来描述满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关系，有利于 识别并行活动。它依据对象状态的变化来捕获动作(将要执行的工作或活动)与动作的 结果，在一个活动结束后将立即进入下一个活动26。 2) 对象模型 也包括静态模型和动态模型：静态模型用类图，对象图及包图进行描述；动态模 型用顺序图，合作图及状态图进行描述。 类图是面向对象方法的核心，是定义其它图的基础。所谓的类是指一些具有相同 属性的行为的对象。类图定义了系统中的类，描述了类之间的联系如关联、依赖、聚 合等，也包括类的内部结构(类的属性和操作)。由于类图描述的是一种静态关系，所 以在系统的整个生命周期都是有效的。 对象图是类图的一种实例化，一个对象图就是类图的一个实例。由于对象的存在 是有其生命周期的，因此对象图只能在系统某一时间段存在。 包图则将具有一些共性的类图组合在一起，以减少类之间的依赖关系。这将有助 于改进系统的结构。 顺序图用来描述几个对象之间的动态协作关系， 它强调对象之间消息发送的顺序， 16 同时显示对象之间的交互27。而顺序图中的消息可以是信号、操作调用。当对象接收 到消息后立即开始执行活动，也就是说该对象被徽活了。合作图用来描述系统中对象 之间的动态协作关系。虽然顺序图和合作图都用来描述对象间的交互关系，但侧重点 不一样，顺序图着重体现交互的时间顺序，合作图则着重体现交互对象间的静态链接 关系。因此，如果强调时间和顺序，则使用顺序图；如果强调上下级关系，则选择合 作图。 而状态图是对类的一种补充描述，它展示此类对象所具有的所有可能的状态以及 某些事件发生时其状态的转移情况。在实际当中，并不需要画出所有类的状态图，而 只要为那些有多个状态且行为受外界环境的影响发生改变的类画状态图28。 3) 体系结构模型 通过构件图和配置图支持软件体系结构和硬件体系结构以及通信机制的定义。构 件图用来描述程序代码的组织结构，说明各个构件之间的依赖关系，从而便于人们分 析和发现当修改某个构件时可能对那些构件产生影响，以便对它们做相应的修改或更 新；配置图描述系统中硬件和软件的物理配置情况和系统体系结构29。 总之，uml适用于以面向对象技术来描述任何类型的系统，而且适用于系统开发 的不同阶段，从需求规格描述直至系统完成后的测试和维护。用户在遵循增量迭代开 发的原则下， 完全可以根据自己所开发系统的特点， 在每次迭代的微过程(分析、 设计、 实现、测试和配置)中，灵活的选用uml所提供的各种图30。统一建模方法作为一种 系统开发方法已被广大信息系统开发人员所认同，其多阶段的系统开发过程和开发语 言uml 正得到越来越多的应用。 3.2 系统需求分析系统需求分析 管理系统建模的第一步，也是最关键的一步，是用户需求的捕捉和分析，在需求 捕捉分析中， uml 采用的主要技术是用例分析技术， 一个用例是指用户为了达到某种 目标而对系统进行的一次典型的交互过程，用例为用户和开发方之间提供了沟通的基 础，一系列用例的集合就构成了整个系统的需求。因此用例分析技术成为 uml 的核 心。采用 uml 中的用例分析技术，是避免或减少需求风险的主要途径。 17 用例是向参与者提供重要价值的操作序列。认识它的另一种途径是：用例描述实 际参与者与系统交互的方式。基本用例是一种简化、抽象且通用的用例，它以独立于 技术和实现的方式描述用户的意图。基本用例是一种结构化的叙述，用应用程序领域 和用户的语言来表达，它包含对任务或交互的简化、通用、抽象、与技术无关且独立 于实现的描述。从担当某个（或某些）系统角色的用户的观点来看，基本用例是完整 而有意义的，并且设计得很好，这就体现了交互背后的目的或意图。 用例图由两个主要元素用例、使用者和它们的关系组成 1) 用例(use case) 可以从以下几点来说明用例： (1) 用例表示的是使用者的工作方法；通过他/它和系统的交换过程描述来详细说 明用户的真实需求。 (2) 用例表示的是不同的使用者对系统的应用方式。 (3) 用例是类，所有类的描述可以应用于用例。 (4) 用例是一种特殊的类；类的父子特性在使用范例中被具体化或扩展为应用 (uses)和扩充(extends)。 2) 使用者(actor) 可以从以下几点来说明使用者： (1) 使用者是系统的外部用户。 (2) 使用者不是系统的一部分。 (3) 使用者可以是用户（人） ，也可以是一个在执行过程中要调用本系统的另一个 应用系统3133。 经过深入的调研分析，水布垭库存管理系统主要实现以下功能： 1) 供应商根据采购部门列出的订单，把器材交给库存管理员，库存管理员把器材 入待验库并填写入待验库登记单，同时填写检验申请单，待检验合格后入器材库并填 写入库单。 2) 生产部门根据生产情况填写领料单， 库存管理员根据库存情况和领料单的信息 填写出库单，并把器材发给生产部门完成物资出库。 18 3) 生产部门把多余的或不合格的器材退回仓库时填写入库申请单， 并把器材交给 库存管理员，库存管理员把器材入待验库并填写入待验库登记单，同时填写检验登记 单，待检验合格后入器材库并填写入库单。 4) 库存管理员对以后不再用的或不合格的器材，填写出库单后把器材退给供应 商，同时把器材出库信息传给财务部门，由财务部门处理退款事宜。 5) 库存管理员每隔一段时间必须对仓库作移动调整处理， 主要是根据实际情况对 仓库的库位作适当调整，使得仓库库位利用合理化。 6) 库存管理员在适当的时候需要对仓库库存器材进行盘点， 主要是清查仓库的实 际库存情况和帐面是否吻合，如有信息不符的则根据情况作适当的调整处理。 7) 库存管理员根据需要对库存信息进行管理，主要包括库存积压分析、短缺超储 分析、资金占用分析、物料查询、库存事物处理查询。 8) 库存管理员在发料中出错或生产部在领料时出错的情况下必须填写换料单之 后进行换料。 9) 财务部门每隔一段时间就要获取有关的库存成本信息， 用以统计整个生产过程 中牵涉到的资金成本。 依据上述分析，系统用例主要包括：一般入库，一般出库，物资检验，库存盘点， 库位移动，库存查询，库存信息管理及统计分析。 使用者则主要包括：采购部门，生产部门，供应商，库存管理员，检验员与财务 部门。 系统用例图如图 3.1 所示： 图 3.1 系统用例图 19 3.3 系统对象、类的建模系统对象、类的建模 分析用例图后，就可以对系统作进一步的分析。在系统建模分析中的核心就是对 系统对象和类的建模与分析。 模型是现实世界中的某些事物的一种抽象表示，抽象的含义是抽取事物的本质特 性，忽略事物的其他次要因素。因此，模型既反映事物的原型但它又不等于该原型， 模型是理解、分析、开发或改造事物原型的一种常用手段。 而一个大型信息系统通常十分复杂，很难直接对它进行分析设计。因此人们经常 借助模型来设计分