（电力电子与电力传动专业论文）基于uml的船舶管理系统的设计和数据安全.pdf

东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep 印e rd i s c u s s e st h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to fs 1 1 i p p i n gm a n a g e m e n ti n f o m a t i o ns y s t e m f o rs h a n g h a it i m es 1 1 i p p i n gc o ，【t d a n di tr e s e a r c h e st h es e c u r i t yo ft h em a n a g e m e n t i n f o n l l a t i o ns y s t e ma n dd a t ac o m m 疵c a t i o nb e t w e e ns m pa j l db a i 墩 f i r s t l y ， t h ea p p l i c a t i o na n db e n e f i to fm a l l a g e m e n ti n f o n n a t i o ns y s t e mi ns h i pe n t e 印r i s ea r e d e s c r i b e da n da n a l y z e di nd e t a i l s t h e b a c k g r o u l l do f m ec o 印，t h e r e sai n t r o d u c to ft 1 1 et o t a ls t m c t u r eo fs h i p p i n gm a j l a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mf o rs h a j l 曲a it i m es h i p p i n gc o ，l t d t h e ng i v eae x 锄p l es l 蛐m i n gu pt h e s t e pa n dn o w o ft h ed e s i g nb a s eo nt h e nu n i t e dm o d i 匆l a n g u a g ei nt h ed e v e l o p m e n to fm a n a g e m e n t i n f o m l a t i o ns y s t e m t h ep r o je c to fc o m b i l l i n gi n m a r s a t cs y s t e ma n de - m a i la n dt h ep r o je c tu s i n gi nm i sd e s i g n a r ep r e s e n t e di nt h ed i s u s so ft h ec o m m u n i t i o n a n dt h es t i p u l a t i o no fd a t ac o m m u l l i c a t i o nb e 铆e e n s h i pa n d b a n ka r es i m p l yi n t r o d u c e d t h e r e sad i s c u s so ft h es e c u r i t yo fm a n a g e m e n ti n f o m l a t i o ns y s t e m ，a n di n t r o d u c eo ft h e f 1 1 em a n a g es y s t e m t h e nd i s c u s s i n gt h es e c u r i 够o fa n ds m i m e s u m m i n gu pt h ee x p e r i e n c ea n dl e s s o no ft h i sd e s i g no fs h i p p i n gm a n a g e m e n ti n o m l a t i o ns y s t e m f o rs h a n g h a it i m e s h i p p i n gc o ，i j di nt h ee n d k e yw o r d s ：s h i p p i n gm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ， d a t ac o m m u l l i c a t i o nb e t w e e ns m pa n d b 甜墩，u n i t e dm o d i 匆l a n g u a g e ， s e c u r i t ) ro fm a n a g e m e n ti n f o m l a t i o ns y s t e m 东南大学学位论文独创性声明 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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 日期：加甲。厂 第一章绪论 1 1 管理信息系统概述 1 1 1 管理信息系统的概念和结构 第一章绪论 管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o 珈a t i o ns y s t e m s 简称m i s ) 是一个利用计算机软硬件资源以及数据 库的人一机系统。它能提供信息支持企业或者组织的运行、管理和决策功能。 管理信息系统对企业的作用主要有：合理安排生产，提高产品生产效率；降低产品的生产成本；提高 对客户的服务质量；提高企业的管理水平和员工素质：增强企业的应变能力和竞争能力。企业中管理信息 系统的概念图如图1 1 所示： 经理 ( 计划、决策) l 支持 系统 中级管理人员i 经理 ( 控制、决策) r 一 支持 系统 官 l 理 l 知识工作系统i 7 i 职能人员i 皇r 、画磊f 、 毳t 累 j r 擎桦| | 忍| | 尚l | 尚i 图1 1 企业中管理信息系统概念图 概念上，管理信息系统由四个部件构成：信息源、信息处理器、信息用户和信息管理者。信息源是信 息的产生地；信息处理器负担信息的传输、加工、保存等任务；信息用户是信息的使用者，利用信息进行 决策；信息管理者负责信息系统的设计、实现和维护。 1 1 2 管理信息系统的基本功能 完善的m i s 具有确定的信息需求、信息的可采集与可加工、可以通过程序为管理人员提供信息和可以 对信息进行管理等标准，主要具有以下几个功能： ( 1 ) 数据的采集和输入。 ( 2 ) 数据的传输。数据传输包括计算机系统内和系统外的传输，实质是数据通信。 ( 3 ) 信息的存储。信息存储的概念比数据存储的概念广，主要问题是确定存储哪些信息，存多长时 间，以什么方式存储，经济上是否合算。这些问题需要根据系统的目标及要求来确定。 ( 4 ) 信息的加工。信息加工的范围很大，从简单查询、排序、归并到复杂的模型调试及预测。现代 信息系统在这方面的能力越来越强，在加工中使用了许多数学及运筹学的工具，涉及许多专门领域的知识， 如数学、运筹学、经济学、管理科学等。 l 东南大学硕士学位论文 ( 5 ) 信息的维护。保持信息处于合用状态叫信息维护。狭义上包括经常更新存储器中的数据，使数 据保持合用状态。广义上包括系统建成后的全部数据管理工作。其主要目的在于保证信息的正确、及时、 安全和保密。 ( 6 ) 信息的使用。信息的使用主要是高速度和高质量地为用户提供信息，进一步来讲是实现信息价 值的转化，提高工作效率，利用信息进行管理控制，辅助管理决策等。 1 1 3 管理信息系统的开发方法 管理信息系统的开发是一个复杂的系统工程，它涉及到计算机处理技术、系统理论、组织结构、管理 功能、管理知识等各方面的问题。目前，管理信息系统开发方法主要有：结构化生命周期开发方法、原型 法、面向对象的开发方法等。 这些开发方法各有利弊，而且相互之间也有重叠的地方。目前，人们普遍认为较好的开发方法是面向 对象的分析设计方法。本系统也是基于此方法进行设计和开发的。 ( 1 ) 结构化生命周期开发方法 其基本思想是用系统的思想和系统工程的方法，按用户至上的原则，结构化、模块化的自上而下对生 命周期进行分析和设计。可分为5 个依次相连的阶段：系统规划阶段、系统分析阶段、系统设计阶段、系统 实施阶段和系统运行阶段。 ( 2 ) 原型法 其基本思想是系统开发人员凭借自己对用户需求的理解，通过强有力的软件环境支持，构造出一个实 在的系统原型，然后与用户协商，反复修改原型直至用户满意。 ( 3 ) 面向对象系统开发方法 面向对象( 0 0 ，即o b j e c to r i e n t e d ) 的系统开发方法，其基本思想是将客观世界抽象地看成是若干相 互联系的对象，然后根据对象和方法的特性研制出一套软件工具，使之能够映射为计算机软件系统结构模 型和进程，从而实现信息系统的开发。 1 2 课题的研究背景和意义 当今世界，经济全球一体化的发展异常迅速，形成了一个自由、开放的格局。在信息化浪潮的席卷之 下，世界性的竞争日趋激烈。随着计算机软硬件技术、网络技术和数据库技术的不断发展，航运企业需要 改进原有管理模式，加强信息化建以适应新的市场竞争需要。 船舶运输自身存在着运输周期长，信息传递不通畅的特点。通过建立包括数据采集、流程管理和数据 通信子系统在内的一整套船上管理信息系统，实现管理过程的高度自动化，加强船和船舶管理公司之间的 信息交流。 根据船舶运营中的实际情况和船舶管理要求，对备件和物润料的申请耗存，船舶设备监控等模块进一 步设计和开发，提高程序的可扩充性、可移植性，增强代码重用性，使得系统维护更加简单。 系统采集到的各项船舶参数存储在船上数据库中，导出数据后通过无线传输方式发送至公司数据服务 器中。在以前通过把数据以文本方式导出，这种方式存在诸多问题，本文希望采用一种新的方法改进数据 导入导出机制，进一步提高数据导入导出的可靠性。 作为系统最宝贵的财富，数据能够及时、准确地为管理人员提供船舶动态信息和各部门运作情况，为 保证船舶的运营安全，提高航运企业的运营效率、降低运营成本提供依据。船上和公司之间通过e - m a 订 进行通信，为了提高通信的安全性，可利用p 的私钥、公钥对e m a 订通信进行加密、解密。公钥基础设 施p k i ( p u b l i ck e ym r a s t u c t u 也) ，就是指在分布式计算环境中，使用公钥加密技术和证书的安 全服务集合。p k i 就是由发布机构发布证书给p k i 的用户，证书中含有公钥和私钥信息。p 的用户都拥 有自己的一对公钥和私钥，利用私钥签发发出信息或者私钥解密接受信息，而其它用户利用对应公钥发送 或接受信息，采用这种方式，将使e - m a i l 的安全性得到极大的保证。 2 第一章绪论 另外由于船上除了数据之外还有很多资料需要管理，这些资料包括海图、 船舶结构图和大量零部件 设备图和其他一些文档等，这些文件如果采用数据库来管理会更统一，避免出现文档、数据分离的现象。 1 3 论文的工作介绍 本课题的主要研究内容是上海时代航运有限公司船舶管理信息系统的设计开发。 由于时代航运公司现有船十余条，且规模仍在扩展，对不同船舶的管理方式有所差别，但不可能为每 条船单独设计一套管理系统软件。为了适应这种多样化和特殊化的情况，根据开发过程中，随船航行所掌 握的船舶实际运营中的管理要求、操作流程，对船上管理系统中备件、物润料的申请耗存信息处理等部分 模块，将采用u m l 建模方法，辨别出需求中的概念模型，然后找到这些概念模型之间的关联，最后把概念 模型转换为类，并且运用了一些较为成熟的设计模式，使得这一部分程序的可扩充性增强，类与类之间的 耦合性降低，适应性更好。 在开发过程中，采用迭代开发的思想。面向对象的开发方法在本质上就是迭代的、递增的。快速原型 和反馈成为它的标准结构，开发过程成了一次次的迭代。根据船上的实际情况，在不断迭代的过程中分析 和实现用户需求。一方面可以获得客户的更多的反馈，更逼近实际的软件需求，同时增加软件的易维护性。 在数据通信方面，船上管理信息子系统程序将它采集的航行以及船舶机务数据存储在船上数据库内， 需要使用安全、快速、节省的无线传输方式传送到公司数据服务器，这样才可以实现船岸数据共享和数据 一致。在以前是定义了一套自己的数据传输协议，采用文本文件进行数据传输，这种方法存在很多缺陷， 首先，必须保证船上和公司使用相同的通信协议，协议修改时必须两边同时修改，否则数据导入时会失败； 其次，由于文本本身的限制，必须采用特殊的分隔符来分隔数据，这个分隔符必须在表数据中不存在，否 则也会发生数据导入失败的情况。改进的方法准备采用) 眦格式进行数据的导出、加密后通过0 l e a u t o m a t i o n 使用0 u t l o o k 引擎自动发送。希望利用a d 0 直接完成数据的读取和导入，提高导入数据的效率， 减少导入数据失败的情况。 为了保证数据传输的安全性，本课题将采用i k e y l 0 0 0 进行身份认证，i k e y 在硬件电路中集成读写功 能，包含完成存储功能的资源和高速加密引擎。它使用通用串行接口( u s b ) 提供电源并且与计算机通信， 可以在i k e y 中保存数字证书，直接用于加密通信数据。 在数据通信时准备采用基于p k i 签名认证的e m a i l 方式，未经加密的e m a i l 并不安全。本课题准备 利用使用公钥加密的证书进行数据加密和身份认证，公司证书和船上的证书都可以保存在i k e y 里面，既 可靠又方便。使用公司的公钥加密，使用船上私钥签名，之后再进行数据传输，而公司采用自己的私钥解 读e m a i l ，这样即使e m a 儿在传输过程中被截获也无法被解读，并且可以通过船上证书的签名来认证数 据是否被篡改，提高了数据传输的安全性。 船上文档和资料尽量都采用电子文档的方式保存在数据库中，相当于办公自动化中的文档管理，在需 要的时候可以直接从服务器端下载后在本地打开。与w i n d o w s 传统的文件管理方式相比，文件存在于数据 库中，易于管理，而且只有有权限的用户可以浏览或者修改这些文件，比起传统文件管理方式在安全性上 要高。 船上和公司的通信将采用卫星c 站方式通信，公司可以每天都获得船上数据，卫星通信是以流量计费 的，合理安排传输数据，需要对传输数据的内容和格式进行分析，进行合理的调整。 本系统由船上服务器，客户机，浏览器等组成，通过无线g p r s 通信。客户机通过c l i e n t s e r v e r 模 式访问服务器。整个系统采用了网络操作系统w i n d o w sn t 、分布式关系数据库开发环境架构，后台采用 s q ls e r v e r 关系型数据库，前台编程语言采用m i c r o s o f tv i s u a lb a s i c ，数据访问接口采用a d o 来实现。 1 4 论文的主要内容 本文绪论首先介绍了管理信息系统的概念和开发方法： 第二章以本系统一些模块的开发过程为例，介绍了基于u m l 的软件开发方法； 3 东南大学硕士学位论文 第三章介绍了系统中船岸通信方式的选择以及具体通信方法的分析和实现； 第四章介绍了系统中办公自动化的文档管理模块的开发； 第五章重点探讨了信息系统的安全性问题，对数据的安全管理、数据传输中的加密、签名实现都进行 了详尽的讨论。 4 第二章船舶管理信息系统的分析与设计 第二章船舶管理信息系统的分析与设计 本节主要介绍包括数据采集、流程管理和数据通信子系统在内的一整套船上管理信息系统的结构组成， 以及系统的设计以及具体模块的实现。 2 1 系统介绍 建立完善的船舶管理信息系统，能够及时得到船上正确、完整的数据，对于计算效益，减少差错，弥 补电报传送数据的不足有很大意义。并且集中化管理船舶的机务、航运、人员等信息对公司的信息化管理 和统一效益结算以及提高整个企业的效益是非常有帮助的。 船上管理信息子系统，由数据采集计算机、数据服务器、数据浏览计算机等组成。实现快速传递和处 理信息的功能，随时得到船舶实时动态数据；管理船上的备件和物料的申请、审核、库存、领耗等一系列 业务流程；实现船岸间数据一体化，船上管理信息子系统程序将采集的航行以及船舶机务数据存储在船上 数据库内，通过无线传输方式传送到公司数据服务器，可以实现船岸数据共享和数据一致，让公司船舶管 理人员及时得到船上完整的数据资料，更好对船的各方面进行完善管理。同时这些数据也为整个公司的效 益测算提供丰富的资料，增加了效益测算的准确度。 2 2 系统功能概述 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) 船上管理信息子系统的业务逻辑部分主要由1 0 个功能模块构成，各模块以及主要业务如图2 1 所示： 图2 1 系统各模块业务 系统管理模块：对整个系统界面结构、船舶基本数据、人员信息、角色、权限等信息进行管理和 维护。 申请管理模块：管理船上备件、物料和润料的申请业务流程。用于在每个季度末向公司提出下一 个季度的申请，将船上需要检修和更换设备、需要定期申领物料和润料的型号、数量等信息以无 线通信的方式发送到公司进行审核。 耗存管理模块：管理船上入库的备件、物料、润料的库存信息，包括库存数量、存放地点、新旧 信息、厂家等，以及各入库物资对应的领用记录，包括领用时间、领用数量、领用人等。与申请 管理模块以及公司管理系统中的审核管理模块共同构成了船上备件、物资管理的申请、审核、领 气 东南大学硕士学位论文 用、消耗的业务流程。 设备监控管理模块：用于记录船上主要备件的检修、换新等信息。作为对船设备各种状态以及参 数分析的资料，以便于机务管理人员具体掌握船上主要设备的状况进行检修和更换，对船设备的 安全运行进行监测。 航运信息管理模块：记录船航行时的所有重要的数据，包括航次时间、航次事件、航次油水消耗、 航次油水补给、航次润料补给等船上的第一手航运数据。 燃料管理模块：通过燃润料月报的方式将月航次信息包括航次运行时间、里程、货物量、停时和 燃润料信息包括燃润料各种消耗、领用等整体显示。 日志管理模块：对船主机日志、辅机日志、航海目志和电气日志进行记录与管理。 船舶文件管理模块：采用办公自动化的电子文档的管理方式，建立文件服务器。对船舶航海图书、 船舶证书、救生消防证书等文档资料进行管理。 参数测量模块：对船设备使用中的各项试验参数进行记录管理。 通信模块：将航运数据以合理的方式提取出来，格式化后利用程序自动发送到公司， 同时用于接收公司的返回信息，实现船岸数据共享。 2 3 面向对象的设计方法f 2 3 1 面向对象的概念 面向对象方法学认为，客观世界是由许多各种各样的对象所组成的，每个对象都有各自的内部状态和 运动规律，不同的对象相互作用和联系就构成不同的系统。在用计算机求解的过程中，尽可能追求解空间 对问题空间的直接模仿，即尽可能使数据模型与概念模型相对应( 数据模型是概念模型在数据世界的抽象描 述) 。此外，还要建立一套适应人们一般思维方式的描述范式。面向对象技术引入对象和消息传递来分别表 示事物以及事物之间的相互关系，类和继承是适应人们一般思维方式的描述范式。对象簇形成问题空间， 对象间的消息传递表示用户需求。方法是作用在对象上的各种操作，通过封装将对象的定义与实现分开， 面向对象的软件系统是由对象组成的，对象通过消息传递相互联系，协同完成某一活动，类和继承用于描 述对象，类是构造软件系统的最小单位，对象是系统执行的最小单位。 相对于其他的系统分析方法，面向对象分析的优点主要有以下一些： ( 1 ) 面向对象分析强调从问题域中的实际事物以及与系统责任有关的概念出发来构造系统的模型。这使系 统中的对象、对象的分类、对象的内部构成以及对象之间的结构与连接能直接地描述问题域和系统责任， 并与之产生良好的对应。因此，面向对象分析非常有利于对问题域和系统责任的理解。 ( 2 ) 面向对象分析使用了与问题域一致的概念及术语，并且面向对象分析体现了人类的日常思维方式，从 而使与分析有关的各类人员具有一种比较易懂的共同语言，有利于人员之间的交流。 ( 3 ) 面向对象分析的封装原则是以稳定的成分对象作为构成系统的基本单位，而把易变化的成分 服务及属性封装在对象之中。因此，面向对象分析对变化比较有弹性，对需求变化具有良好的适应性。 ( 4 ) 面向对象分析支持软件复用。面向对象分析中的类具有完整性和独立性，这两点是可复用的重要条件， 因而面向对象分析中的类很适合于作为一个可复用构件。 2 3 2 面向对象设计方法的特点 下面简单介绍面向对象设计方法的一些特性： ( 1 ) 对象( o b j e c t ) 在计算机系统中，对象是指一组属性以及这组属性上的专用操作的封装体。属性通常是一些数据，有 时也可以是另外一个对象。每个对象都有自己的属性值，表示该对象的状态。对象中的属性只能通过该对 6 ) ) ) ) ) ) 0 d 盼 加l，l，l，l，l，l，l 第二章船舶管理信息系统的分析与设计 象所提供的操作来存取或修改。操作也成为方法或服务，它规定了对象的行为，表示对象所能提供的服务。 一个对象通常由对象名、属性和操作三部分组成，它具有自己的静态特征和动态特征。静态特征即可以用 某种数据来描述的特征，动态特征即对象所表现的行为或对象所提供的服务。 ( 2 ) 类( c l a l s s ) 类是具有相同属性和操作的一组对象的集合，它为属于该类的全部对象提供了统一的抽象描述，其内 部包括属性和操作两个主要部分。类是对象的抽象描述。在分析和设计时，我们通常把注意力集中在类上， 而不是具体的对象上。 ( 3 ) 继承( i n h e r i t a n c e ) 一个特殊的子类可以定义为父类的特殊情况。继承是指子类可以自动拥有父类的全部属性和服务。子 类在继承了父类的属性和操作的基础上可以添加一些专属自己所有的属性和操作。继承简化了人们对事物 的认识和描述。在定义子类时不必重复定义那些已在父类中定义过的属性和服务，只要声明自己是某个类 的子类，继承提高了软件的可复用性。 ( 4 ) 消息( m e s s a g e ) 消息是指对象之间在交互中所传送的通信信息。一个消息通常包括接受对象名、调用的操作名和适当 的参数。一个对象通过向另一个对象发送消息来请求其服务。消息只告诉接收对象需要完成什么操作，但 并不指示接收者如何完成操作。消息完全由接收者解释，接收者独立决定采用什么方法完成所需的操作。 消息是对象问实现通信的手段。 ( 5 ) 多态性( p o l y m o r p h i s m ) 多态性是指同一方法( 过程或函数) 可应用于许多不同的类，而每一类则以其独有的方式执行此方法， 不同的类可能有性质相同的方法，在不同的类中以不同的方式实现，并产生不同的行为。对象发出的同一 消息给不同的对象，可以有不同的解释，解释的方法依赖于接收消息的对象，而不依赖于发送消息的对象。 多态性机制不但为软件的结构设计提供了灵活性，减少信息冗余，而且显著提高了软件开发的可复用性和 可扩充性。 2 4 关于u m l 2 4 1 统一建模语言( u n i f i e dm o d e li n gl a n g u a g e ) 面向对象分析的过程中所产生的各种模型需要有较好的表达工具来表示，统一建模语言( u n i f i e d m o d e l i n gl a n g u a g e ，u m l ) 作为面向对象的建模语言已经成为一种标准，它的主要作用是帮助我们对软件 系统进行面向对象的描述和建模，它可以描述这个软件开发过程从需求分析直到实现和测试的全过程。 u m l 的目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统，具有很宽的应用领域。其中最常用的是建 立软件系统的模型，但它同样可以用于描述非软件领域的系统，如机械系统、企业机构或业务过程，以及 处理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之，u m l 是一个通用的标准建模语 言，可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。 2 4 2u m l 的主要内容 标准建模语言u m l 的重要内容可以由下列五类图( 共9 种图形) 来定义： ( 1 ) 第一类是用况图，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。 ( 2 ) 第二类是静态图( s t a t i cd i a g r a m ) ，包括类图、对象图和包图。其中类图描述系统中类的静态结构。 不仅定义系统中的类，表示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) 。 类图描述的是一种静态关系，在系统的整个生命周期都是有效的。对象图是类图的实例，几乎使用与类图 完全相同的标识。他们的不同点在于对象图显示类的多个对象实例，而不是实际的类。一个对象图是类图 7 东南大学硕士学位论文 的一个实例。由于对象存在生命周期，因此对象图只能在系统某一时间段存在。包由包或类组成，表示包 与包之间的关系。包图用于描述系统的分层结构。 ( 3 ) 第三类是行为图( b e h a v i o rd i a g r a m ) ，描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系。其中状态图描 述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态的转移条件。通常，状态图是对类图的补充。在实用上并 不需要为所有的类画状态图，仅为那些有多个状态其行为受外界环境的影响并且发生改变的类画状态图。 而活动图描述满足用况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。 ( 4 ) 第四类是交互图( i n t e r a c t i v ed i a g r a m ) ，描述对象间的交互关系。其中顺序图显示对象之间的动态 合作关系，它强调对象之间消息发送的顺序，同时显示对象之间的交互：合作图描述对象间的协作关系， 合作图跟顺序图相似，显示对象间的动态合作关系。除显示信息交换外，合作图还显示对象以及它们之间 的关系。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。这两种图合称为交 互图。 ( 5 ) 第五类是实现图( i m p l e m e n t a t i o nd i a g r a m ) ，其中构件图描述代码部件的物理结构及各部件之间的依 赖关系。一个部件可能是一个资源代码部件、一个二进制部件或一个可执行部件。它包含逻辑类或实现类 的有关信息。部件图有助于分析和理解部件之间的相互影响程度。配置图定义系统中软硬件的物理体系结 构。它可以显示实际的计算机和设备( 用节点表示) 以及它们之间的连接关系，也可显示连接的类型及部件 之间的依赖性。在节点内部，放置可执行部件和对象以显示节点跟可执行软件单元的对应关系。 2 4 3u m l 的建模机制 从应用的角度看，当采用面向对象技术设计系统时，首先是描述需求，即建立系统的功能模型。其次 根据需求建立系统的静态模型，以构造系统的结构。第三步是描述系统的行为。 在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的，包括用况图、类图( 包含包) 、对象图、组件图和配置 图等五个图形，是标准建模语言u m l 的静态建模机制。 第三步中所建立的模型或者可以执行，或者表示执行时的时序状态或交互关系。它包括状态图、活动 图、顺序图和协作图等四个图形，是标准建模语言u m l 的动态建模机制。 因此，标准建模语言u m l 的主要内容也可以归纳为静态建模机制和动态建模机制两大类。 2 4 4u m l 的进一步说明 需要指出的是，u m l 是一种建模语言，而并非方法。一个方法告诉用户做什么，怎么做，什么时候做， 为什么做( 特定活动目的) 。方法包括模型，这些模型用来描述某些内容，并传达用一个方法的结果。模型 用建模语言来表达，建模语言由记号( 模型中使用的符号) 和一组如何使用它的规则( 语法、语义和语用) 组 成。 方法与建模语言之间的主要区别是建模语言缺少一个过程，或者说缺少对做什么，怎么做，什么时候 做，为什么做的指示。u m l 属于建模语言而并不是一种方法，它并不能指导软件开发人员完成系统分析和 设计中的一切工作，如u m l 并没有告诉我们在用况图中识别多少用况合适，类图应该如何组织，如何建立 顺序图等，这些仍然必须由分析员结合实际情况，掌握一定的分析和设计方法来完成。 到目前为止，u m l 己经取得了重要成功，它已成为在软件工业中占支配地位的建模语言，并在许多领 域的软件开发中得到应用。 2 5 船上管理信息子系统的设计开发 叭? j 系统开发过程中，根据船舶运营中的实际情况和船舶管理要求，对备件和物润料的申请耗存，船舶设 备监控等模块进一步设计和开发，提高程序的可扩充性、可移植性，增强代码重用性，使得系统维护更加 简单。下面以系统中备件和物润料申请模块的开发为例，对系统的开发过程做一介绍。 8 第二章船舶管理信息系统的分析与设计 2 5 1 系统的静态建模 ( 1 ) 用况分析 用况是系统的使用过程，使用用况来增进对需求的理解是一项很好的技术，用况是一个叙述型的文档， 用来描述一个参与者( 一个外部的主动者) 使用系统完成某个过程时的事件发生顺序。确切地说，用况不 是需求或者功能的规格说明，但用况展示和体现了所描述的过程中的需求情况。 高层用况：高层用况用简介的方式来描述一个过程，可以快速获得对系统整体过程的理解，开发过程中， 应当从高层用况出发，快速获得对象个体过程的理解。申请模块各用况如下： 幻用况：备件或物润料申请 参与者：申请人、部门领导、船长 类型：主要 描述：申请人填写所需备件或物润料的申请信息，经各级领导审核后保存申请信息。 b ) 用况： 参与者： 类型： 描述： c 、 小 取消申请 申请人、部门领导、船长 主要 取消未发送的申请。 用况：发送申请 参与者：船长 类型： 主要 描述：将审核过的申请发送到公司。 用况：读取审核 参与者：船长 类型： 主要 描述：读取公司有返回的申请审核信息。 e ) 用况： 参与者： 类型： 描述： 查找分类目录 已登陆的使用人员 次要 查找要申请的物料或物润料信息，并添加到申请内容中 d用况：查找记录中的申请信息 参与者：已登陆的使用人员 类型：次要 描述：查找记录中的申请信息，并添加到申请内容中 g ) 用况： 参与者： 类型： 描述： 船长审核 船长 次要 审核申请信息签名 h ) 用况： 部门领导审核 参与者：部门领导 9 东南大学硕士学位论文 妯 类型： 次要 描述：审核申请信息签名 用况：登陆 参与者：使用人员 类型：次要 描述： 判断用户权限，做用户登陆记录。 用况：退出系统 参与者：已登陆的使用人员 类型：次要 描述：做用户退出记录。 用况：选择币种 参与者：已登陆的使用人员 类型：次要 描述：添加申请物品金额的币种 1 )用况： 参与者： 类型： 描述： 选择申请部门 已登陆的使用人员 次要 选择申请人所属部门 ( 2 ) 用况图 用况图显示了系统的一组用况、用况的参与者以及用况和参与者之间的关系。申请模 块的用况图如下： ( & 惫录瀛人 查找分类目录 误耿申仫 图2 2 申请模块用况图 1 0 第二章船舶管理信息系统的分析与设计 ( 3 ) 扩展用况 扩展用况能够显示出比高层用况更详细的细节信息。它用于对过程和需求进行更深层次的理解。 在开发过程的计划和细化阶段中，应将最关键、影响最大和最具开发风险的那些用况用扩展的基本格 式写出，以便能够更好地理解和估计出问题的性质和规模。其他相对不重要的用况可以等到处理这些用况 的开发周期中再用扩展的基本格式写出，将复杂的分析过程推迟。 a ) 扩展的备件或物润料申请用况如下： 用况：建立申请信息 参与者：申请人( 发起者) 、部门领导、船长 目的：记录新建的申请信息 描述： 申请人使用系统各种功能，填写完所需备件或物润料的申请信息，部门领导和船长依次对信 息进行审核后签名，保存申请信息。 类型：主要的基本的 典型的时间发生过程 参与者动作系统响应 1 ) 用况起始于申请人开始一次申请2 ) 系统为用户提供一个继承了以前申请记录的新批号 3 ) 申请人开始一条申请4 ) 系统生成本批号下的一个序号，记录申请 5 ) 申请人选择申请内容的输入方式：6 ) 系统根据申请人选择的输入过程，为用户提供所需的申请信 a 查找到申请项目在分类标准中的息，根据申请数量、货币单位、汇率计算和显示申请项目的总金 定位，根据查找到的信息录入申额等 请内容 b 查找记录中的申请信息，找到同一 项目以往申请的描述直接导入 c 手工录入全部的申请信息 7 ) 录入完成后，申请人向系统发出提8 ) 记录申请人录入的申请信息 示，提示一条申请已完成。 9 )部门领导浏览申请信息。 1 0 ) 部门领导对申请信息审核。1 1 ) 记录部门领导的审核信息。对这次申请进行保护。 1 2 ) 船长浏览申请信息。 1 3 ) 船长对信息进行审核。1 4 ) 记录船长的审核信息。对这次申请进行保护。 可供选择的过程 第5 行：如果是物润料的申请，没有b 查询方式。 第7 行：申请人录入信息不完整，系统进行提示，要求申请人完成 第1 0 行：部门长审核未通过，取消本次申请。 第1 3 行：船长审核未通过，取消本次申请。 上述扩展用况中主段包含的子段： 段名：分类查找 典型的事件发生过程 参与者动作系统响应 1 )申请人选择查找方式( 按名称、按c w b t 编码) ，查找2 ) 系统根据用户选择的方式查找并显示 到申请项目在分类标准中的定位 查询出的信息记录 3 ) 选择确定一条查找到的信息4 ) 将用户确定的信息中的内容显示出来 可供选择的过程： 第1 行：未查找到所需信息，系统进行提示选择其他录入方式。 东南大学硕士学位论文 段名：库内查找 典型的事件发生过程 参与者动作 系统响应 1 )申请人选择查找方式( 按名称、按订货编码、按检索字、按2 ) 系统根据用户选择的方式查找并 c w b t 编码等) ，从以往的申请记录中查找到同一项目的申请 显示查询出的信息记录 记录 3 ) 选择确定一条查找到的信息4 ) 将用户确定的信息中的内容显示 出来 可供选择的过程： 第1 行：未查找到所需信息，系统进行提示选择其他录入方式。 段名：手工录入 典型的事件发生过程 参与者动作系统响应 1 ) 确定使用手工录入的方 式 2 ) 手工录入全部申请信息3 ) 系统根据申请数量、货币单位、汇率计算和显示申请项目的总金额等并 显示 b ) 扩展的取消申请用况 用况：取消申请。 参与者：申请人( 发起者) 、部门领导、船长。 目的：取消未发送到公司的申请。 描述： 取消未发送的申请。 类型：主要的基本的 典型的时间发生过程 参与者动作系统响应 1 ) 用况起始于使用者准备取消申请 2 ) 使用者要取消的对象：3 ) 显示提示信息，提示用户是否确定取消操作 a 取消某批次下的一条记录 b 取消整个批次的记录内容 4 ) 记录取消操作，更新申请信息 5 ) 提示用户取消已经完成 可供选择的过程 第2 行：如果取消的是某个批次的唯一一条记录，应当提示用户直接将该批取消 c ) 扩展的发送申请用况： 用况：发送申请 参与者：船长( 发起者) 目的： 发送新的申请信息或重发己发送的但未被公司审核的申请信息 描述： 申请信息建立后，船长申将要发送的申请发送到公司。 类型：次要的基本的 典型的时间发生过程 参与者动作系统响应 1 2 第二章船舶管理信息系统的分析与设计 1 ) 用况起始于船长准备发送申请 2 ) 选择查询方式：3 ) 系统根据查询方式显示查询结果。 b 对未发送批次查询 c 对发送未被公司审核的批次查询 d 对公司已审核的批次查询 4 ) 船长选择要发送的批次。 5 ) 将要发送批次导出6 ) 将信息导出到e x c e l 表中，提供给用户 7 1 船长发送申请。8 ) 将船长选择发送的申请通过电子邮件的形式发送到公司。 可供选择的过程 第2 行：对公司已审核的申请只提供查询和导出功能，不提供发送功能 d ) 扩展的读取审核用况 用况：读取审核 参与者：船长( 发起者) 目的：读取公司有返回的申请审核信息。 描述：申请信息发送到公司经过审核后将审核信息发送回船上，由船长接收和记录。 类型：次要的基本的 典型的时间发生过程 参与者动作系统响应 1 ) 用况起始于船长准备接受公司返回2 ) 向用户显示接受到的供读取的公司审核后返回的申请信息， 的审核信息。如果没有则给以提示 3 ) 船长选择要读取的信息 4 ) 读取审核信息5 ) 读取审核返回信息，更新对应申请内容 ( 4 ) 概念模型 概念模型是问题域中概念的描述。在u m l 中，一个概念模型用一组静态结构图来表达，在静态结构 图中没有定义操作和方法。使用概念模型可以强调领域中的概念而不是软件实体。概念模型展示出问题域 中的一组概念，概念之间的关联和概念的属性，是面向对象的分析中要得到的最重要的制品。概念模型的 建立主要包括以下几个步骤： a ) 在所考虑的范围内，找出问题域中的候选概念。 b ) 将这些概念绘制到概念模型图中。 c ) 在概念之间添加必要的关联来记录概念之间需要保持的记忆联系。 d ) 为概念添加属性，来满足需求信息。 对于关联和属性的添加下面将做一介绍： a ) 对概念的识别 识别出一组概念或对象是面向对象分析的核心，开发者应当在考虑的问题域内建立一个认为有意义的 概念和概念模型。在这种情况下就意味着需要建立与开发周期中高级用况有关的概念模型。其中的核心任 务是找出概念。 我们使用根据名词性短语找出概念的方法，识别出问题域的文本描述中的名词和名词短语，然后将它 们作为概念或属性的候选对象。下面以申请系统的开发为例，介绍问题域中的概念： 按照名词性短语策略的分析，可以得到备件和物润料申请系统中的一个候选概念列表，这个列表受限 于所要考虑的系统需求，即所要考虑的用况。把用况中的名词或名词短语提取出来，作为概念的候选对象。 以下是申请模块中的一个提取出的名词表： 申请人 c a p t i o n ( 船长)d e p a r t m e n t l e a d e r c o i n k i n d ( 币种) ( 部门领导) 东南大学硕士学位论文 申请批申请项目申请部门c w b t c o d e ( c w b t 编码) m r p r e l o t ( 批号) m r p r e s n ( 序号)分类目录计量单位 e x c e l 表格e m a i l 邮件o r d e 疋o d e ( 订货船长签名 编码) 部门领导签名以往的申请返回的审核信息汇率 申请数量管理系统终端 经过判断，汇率应作为币种的一个属性，批号和序号应当作为申请项目或者申请批的属性，c w b t 编 码和申请数量应当作为申请项目的属性，船长签名和部门领导签名应当作为船长和部门领导的属性。通过 对上面所列举的名词的辨别，确定的候选概念可以用u m l 的静态结构图表示出来，它展示了概念模型的 起源： 以往的申请 ( r e c o r d e da p p l i c a t i o n ) 图2 3 申请模块的初始概念模型 b ) 对关联的识别 关联是概念之间的一个有意义的连接，在u m l 中，关联是不同对象或者类型之间的结构化关系。它 通常为了满足当前正在开发的用况需求，必须识别出概念之间的关联，以便更好地理解概念模型。在系统 过程中，采用了类似于对概念识别的方法来找出关联，即从问题域的文本描述中找出动词和动词短语，从 中提取关联。 c ) 对属性的识别 为了满足正在开发的用况信息需求，必须识别出概念的属性，属性是某个对象的逻辑数据值，概念模 型中的属性是在需求说明( 如用况) 中提示或暗示开发者要记住的那些信息，应该取简单属性或纯数据值， 常见的简单属性类型包括：b o o l e a n ( 布尔) 、d a t e ( 日期) 、n u m b e r ( 数字) 、s t r i n g ( 字符串) 、t e x t ( 文本) 、t i m e ( 时 间) 等类型，其它常见的类型包括a d d r e s s ( 地址) 、c o l o r ( 颜色) 、g e o m e t r i c s ( 几何元素) 、p h o n en u m b e r ( 电话 号码) 等。 系统开发中，在所考虑的需求以及开发周期中的用况范围内，建立一个属性清单，通过阅读以下文档 明确地找出一部分属性：需求规格的说明文档、当前所考虑的用况描述文档以及简化说明、解释说明和假 设说明文档。在此过程中，有些属性可能不是那么明显，并且在分析阶段中较难被识别出来。这些是允许 的情况，在设计阶段和构造阶段中，其余的属性将被识别出来并被添加到模型中去。 根据所得到的概念、属性和关联，可以得出申请模块的一个概念模型，如下图所示： 1 4 第二章船舶管理信息系统的分析与设计 a p p l i c a t o r | i s t a r t e d - b y q u e r y c l a s s i n e di i q u e 吖一r e c l | b a c ka u d i t j n g a p p u c a t i o ns y s t c n l s e n d e m a il i i 蕊丽 c a p t u r e d o r e c or d c da p p i j c a t i o n a d d r c cl c l a s s i f i c dc a t a l o g a d d c a t a i o 延 2