（系统工程专业论文）基于构件的软件开发中的构件供应商任务指派及构件选择方法.pdf

_=&藩 ad i s s e r t a t i o nf o r t h ed e g r e eo fd o c t o ri ns y s t e m se n g i n e e r i n g m e t h o d sf o rc o m p o n e n ts u p p l i e ra s s i g n m e n ta n d c o m p o n e n ts e l e c t i o np r o b l e m s i nc o m p o n e n t - b a s e d s o f t w a r ed e v e l o p m e n t b ym ul i f e n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rt a n gj i a f u n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y o c t2 0 0 9 量f k翔、 i， 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 尘二 思。 学位论文作者签名：第五蜂 签字日期：加，矿，罗 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、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 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名：绨乏本 签字日期：沙i o f 9 导师签名：7 ；o 饥少 签字日期：力f 口，吵 东北大学博士学位论文摘要 基于构件的软件开发中的构件供应商的任务指派及构件选择方法 摘要 随着软件行业的快速发展，软件公司需要开发出满足企业顾客需求的高质量软件 系统，努力使开发后的系统能适应企业顾客的商业需求和业务流程变化。在这种环境 下，基于构件的软件开发( c o m p o n e n t b a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，c b s d ) 应运而生。 c b s d 体现了“组装已有构件，而不是重新构造”的哲学思想，将软件开发的重点从 程序编写转移到了对已有构件的复用和组装，从而更快地构造软件系统，降低和缩短 用来开发和设计大型软件系统所需要的费用和时间。 随着c b s d 技术的发展，构件市场逐步繁荣，涌现了大量构件产品。同时，软件 开发企业内部也积累了大量构件技术和产品。如何在纷繁的构件产品中选择最合适的 构件，将他们组装成为高质量的软件产品，是基于构件的软件工程( c o m p o n e n t b a s e d s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，c b s e ) 所关注和要解决的主要决策问题。 在基于构件的软件产品生命周期中各种角色分工逐步明确，企业不再单独依靠自 己技术实力，同时也借助构件供应商在特定领域内的专业技术能力来参与软件产品的 设计和开发工作。这个过程中，如何根据构件供应商的各项能力，对其进行任务分配 也是十分重要的决策问题。 目前，对c b s d 的研究多局限在从计算机科学技术的角度来研究c b s d 的具体实 现方式。而对于构件供应商的参与和构件的选择而言，以管理科学和运筹学的视角来审 视问题更为合适。这就进一步要求运用数学的方法，对构件的各种特性( 如兼容性、复 用方法和成本构成等) 和供应商的各种特性( 开发能力和开发周期等) 进行客观描述， 并基于这些定量的描述构造决策模型，辅助软件工程管理人员进行正确的决策。 本文以此为研究路线，以c b s d 为研究背景，在对基于构件的软件产业现状进行 深入分析的基础上，运用优化理论和方法，研究了c b s d 过程中构件供应商的任务指派 和构件的选择若干重要问题。本文的研究成果及核心内容归纳为如下六个方面： 1 ) 对c b s d 过程中的优化问题的研究综述。分析c b s d 过程中构件供应商任务指 派和构件选择问题的产生背景和概况；概述目前软件构件的市场格局及市场中的各种角 色及角色之间的关系；总结基于构件的软件产品生命周期内的优化问题的学术文献，并 重点综述了供应商参与软件产品开发和构件选择优化的研究现状。 一i i 东北大学博士学位论文摘要 2 ) 以构件供应商参与软件产品设计和开发任务为研究背景，考虑在构件供应商信 息模糊的前提下，运用模糊方法描述构件供应商的各种关键指标( 开发能力，成本，开 发周期) ，将质量功能展开( q u a l i t yf u n c t i o nd e p l o y m e n t ，q f d ) 理论运用到c b s d 开 发过程中，设计多目标模糊规划模型，为软件开发商提供构件供应商的任务指派模型和 方法0 3 ，以软件开发商依靠企业内部原始构件积累开发软件产品为研究背景，以白盒方3 ) 以软件开发商依靠企业内部原始构件积累开发软件产品为研究背景，以白盒方l 式复用构件为问题特点，考虑构件之间的兼容关系和软件开发成本因素，设计优化模型 指导软件开发商选择构件。模型运用改进后的非此即彼( e i t h e r - o r ) 的0 1 约束表示构 件之间的兼容关系，通过仿真实验讨论模型中各个关键参数变化对目标函数的影响，揭 示模型中所蕴含的管理意义。 4 ) 以软件开发商同时承担多个软件产品的开发任务为研究背景，以运用黑盒方式 复用商业构件为问题特点，针对构件选择问题，设计优化模型指导软件开发商的构件选 择决策。模型以最小化所有软件产品总成本为目标，并考虑构件之间的兼容性因素( 要 求同一个软件产品中的所有构件相互兼容) 。通过仿真实验揭示模型的管理决策意义。 5 ) 以面向服务的架构( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 理论为指导，在阐述 s o a 与c b s d 两者的之间关系的基础上，以使用s o a 方式实现一个企业信息系统为背 景，以己知服务模块( s e r v i c em o d u l e ) 设计方案为前提，以系统整体高内聚低耦合为 目标，考虑可替代构件因素，设计商业构件0 一l 组合优化选择模型指导软件开发商完 成s o a 服务模块设计过程中的构件选择工作。设计了符合问题特点的遗传算法( g e n e t i c a l g o r i t h m ，g a ) 算法，给出了求解问题的有效手段并通过一个数例来解释模型的使用 方法。 6 ) 以第五部分工作为基础，以使用s o a 方式实现一个企业信息系统为研究背景， 在已知服务模块设计方案的前提下，以服务模块个体高内聚低耦合和整体开发成本最低 为目标，考虑构件市场上的可替代构件集合因素，设计多目标0 1 组合规划模型。利 用多目标进化算法s p e a 2 ( i m p r o v i n gt h es t r e n g t hp a r e t 0e v o l u t i o n a r ya l g o r i t h m ) 求解优 化模型并给出运用模型进例降模块设计的使用方法 1 关键词：基于构件的软件开发；面向服务的架构；构件选择；构件供应商任务指派；多 目标启进化算法；服务模块设计 - i i i m e t h o d sf o rc o m p o n e n ts u p p l i e ra s s i g n m e n ta n d c o m p o n e n t s e l e c t i o np r o b l e m si nc o m p o n e n t - - b a s e d s o f t w a r ed e v e l o p m e n t a b s t r a c t w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fs o f t w a r ei n d u s t r i e s ，t od e v e l o pq u i c k l yh i g hq u a l i t ys o f t w a r e d r o d u c t sm e e tr e q u i r e m e n t so fe n t e r p r i s ec u s t o m e r s ，a n dm a k es o f t w a r es y s t e m sf l e x i b l ea n d a d j u s t a b l ew i t hv a r i a t i o n so fb u s i n e s sr e q u i r e m e n t sa n dp r o c e d u r e s i ne n t e r p r i s ec u s t o m e r s ， c o m p o n e n t b a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t ( c b s d ) i s i n t r o d u c e di nt h es c e n a r i o c b s d r e p r e s e n t sap a r a d i g mo f “r e u s ei n s t e a do fr e i n v e n t i n g t h ew h e e l ”，a n ds h i f t st h ee m p h a s i so n s o f t w a r ed e v e l o p m e n tf r o mb u i l d i n gs y s t e m sf r o ms c r a t c h st or e u s m ga n da s s e m b l i n go t r e a d y m a d ec o m p o n e n t s t a k i n ga d v a n t a g eo f a c c o m p l i s h e dw i t hl o w e rc o s ta n d s h o r t e rt i m e c b s d ，l a r g e s i z e ds o f t w a r es y s t e m sc a nb e w i t hd e v e l o p m e n to fc b s d ，al a r g ea m o u n to fc o m p o n e n t sr u s hi n t om a t u r ec o m p o n e n t m a r k e t s t h e r e f o r e ，i nt h ec o m m u n i t yo fc o m p o n e n t - b a s e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n g ( c b s e ) ，i t b e c o m e sa ni m p o r t a n td e c i s i o nm a k i n gp r o b l e mh o wt os e l e c ta p p r o p r i a t ec o m p o n e n t sa l l d a s s e m b l et h e mi n t ot h ef i n a lh i g hq u a l i t ys y s t e m s v a r i o u sk i n d so fo r g a n i z a t i o n sp l a yd i f f e r e n tr o l e sa n da r es e p a r a t e l yr e s p o n s i b l eo f s p e c i a l 、0 r k si nt h et i m ec y c l eo fc o m p o n e n t - b a s e ds o f t w a r ep r o d u c t s t ot a k ea d v a n t a g eo f p r o f e s s i o n a lt e c h n i q u e so fc o m p o n e n ts u p p l i e r s ，i n s t e a do fi m p l e m e n t i n gs o f t w a r ep r o d u c t s b vt h e m s e l v e s ，s o f t w a r ee n t e r p r i s e si n v o l v ec o m p o n e n ts u p p l i e r si n t os o f t w a r ed e v e l o p m e n t i nt h i se n v i r o r 蚰e n t ，h o wt oa s s i g nc o m p o n e n ts u p p l i e r sd e s i g na n dd e v e l o p m e n t t a s k s a c c o r d i n gt ot h e i ra b i l i t i e si sas i g n i f i c a n tp r o b l e m i na c a d e l l l i cw o r l d ，m o s to fr e s e a r c h e so fc b s d ，w h i c hw e r ec o n d u c t e db yu s m g c o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , m a i n l yf o c u s e do n t h et o p i co ft h es p e c i f i ci m p l e m e n t a t i o n o fc b s db yn o w h o w e v e r , a sf o rc o m p o n e n ts u p p l i e ra s s i g n m e n tp r o b l e ma n dc o m p o n e n t s e l e c t i o np r o b l e m s ，t h em e t h o d so fm a n a g e m e n ts c i e n c ea n do p e r a t i o n sr e s e a r c ha r em o r e q 吼l i f i e dt h a nc o m p u t e rs c i e n c et e c h n o l o g y t h e r e f o r e ，m a t h e m a t i cm e t h o d sa r ei n t r o d u c e d t o d e f i n ea n dd e s c r i b eo b j e c t i v e l ya t t r i b u t i o n so fc o m p o n e n t s ( c o m p a t i b i l i t y , r e u s a b i l i t y , t h e c o n s t i t u e n t so fc o s t ，e t c ) a n di n f o r m a t i o no fc o m p o n e n ts u p p l i e r s ( d e v e l o p m e n ta b i l i t y , d e v e l o p m e n tt i m ec y c l e ，e t c ) ， b a s i n go nt h e s em e a s u r e s ，t h eo p t i m i z a t i o nm o d e la r e p r o p o s e d t oa s s i s ts o f t w a r ee n g i n e e r si nm a k i n gd e c i s i o n s a c c o r d i n gt og u i d e l i n em e n t i o n e da b o v e ，t h eb a c k g r o u n do ft h i st h e s i si s l o c a t e do n i v 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t c b s d b a s i n go na n a l y s i so ft h ep r e s e n ts i t u a t i o no fc o m p o n e n t - b a s e ds o f t w a r ei n d u s t r i e s ， t h e o r i e sa n dm e t h o d so fo p t i m i z a t i o na r ea d o p t e dt or e s e a r c hs o m eb a s i ca n d i m p o r t a n t p r o b l e m so fc o m p o n e n ts u p p l i e ra s s i g n m e n ta n dc o m p o n e n ts e l e c t i o ni nc b s d t h em a j o r r e s e a r c hr e s u l t so ft h et h e s i si n c l u d es i xa s p e c t sa sf o l l o w s ： 1 ) al i t e r a t u r er e v i e wo fo p t i m i z a t i o nr e s e a r c h e si nc b s di sc o n d u c t e d b a c k g r o u n da n d c i r c u m s t a n c eo fs u p p l i e ra s s i g n m e n tp r o b l e ma n dc o m p o n e n ts e l e c t i o np r o b l e m sa r e a n a l y z e ds y s t e m ；t h ec u r r e n tp a t t e r no ft h es o f t w a r ec o m p o n e n tm a r k e ti ss u m m a r i z e d b r i e f l y , a n dd i s t i n c to r g a n i z a i o n si nt h em a r k e ta n dr e l a t i o n s h i p sa m o n gt h e ma r ec l a r i f i e d c o n c i s e l y ；b a s i n go nc o n c l u d i n gl i t e r a t u r e sa b o u to p t i m i z a t i o np r o b l e m sd u r i n gt h e p r o c e s s o fc b s d ，s o f t w a r e d e v e l o p m e n ti n v o l v e db yc o m p o n e n ts u p p l i e r sa n d c o m p o n e n ts e l e c t i o np r o b l e ma r ec l a s s i f i e da n ds u m m a r i z e ds y s t e m i c a l l y 2 ) u n d e rt h eb a c k g r o u n do fc o m p o n e n ts u p p l i e r si n v o l v i n gs o f t w a r ep r o d u c td e s i g na n d d e v e l o p m e n t ，c o n s i d e r i n gf u z z i n e s so fs u p p l i e r si n f o r m a t i o n ，f u z z ym e t h o d o l o g yi s e m p l o y e dt od e s c r i b es u p p l i e r sk e yc r i t e r i a ( d e v e l o p m e n ta b i l i t y , c o s t ，t i m ec y c l e ) ， q u a l i t yf u n c t i o nd e p l o y m e n t ( q f d ) a l s oi si n t r o d u c e di n t oc b s dp r o c e s s ，af u z z y m u l t i - o b j e c t i v ep l a n n i n gm o d e li sp r o p o s e dt oa s s i s tt h es o f t w a r ed e v e l o p e rt oa s s i g nt h e c o m p o n e n ts u p p l i e r st a s k so fd e s i g na n dd e v e l o p m e n t 3 ) u n d e rt h eb a c k g r o u n dt h a tas o f t w a r ed e v e l o p e ru t i l i z e sc o m p o n e n td e v e l o p e di n h o u s e t oa c c o m p l i s hd e v e l o p m e n to fas o f t w a r ep r o d u c t ，a n dt h es o f t w a r ed e v e l o p e ru s e s w h i t e - b o xm e t h o dt or e u s ec o m p o n e n t si n t ot h ef i n a lp r o d u c t ，a no p t i m i z a t i o nm o d e l ， w h i c hc o n s i d e r s c o m p o n e n tc o m p a t i b i l i t ya n dc o s t c o n s t i t u e n ts i m u l t a n e o u s l y , i s p r o p o s e dt oh e l pt h es o f t w a r ed e v e l o p e rt os e l e c tc o m p o n e n t s i nt h em o d e l ，t h em o d i f i e d e i t h e r - o rc o n s t r a i n t sa r e e m p l o y e d t o e x p r e s sc o m p a t i b i l i t y c o n s t r a i n t s a m o n g c o m p o n e n t s s e v e r a le x p e r i m e n t sa r ec o n d u c t e dt oo b s e r v ei n f l u e n c e so fk e yp a r a m e t e r s o nt h eo b j e c t i v ev a l u e ，a n dd i s c u s sm a n a g e m e n ti m p l i c a t i o no ft h ep r o p o s e dm o d e l 4 ) ac o m p o n e n ts e l e c t i o np r o b l e m ，w h i c hi su n d e rt h eb a c k g r o u n dt h a tas o f t w a r ed e v e l o p e r u n d e r t a k e sm u l t i p l ed e v e l o p m e n tt a s k s ，i sc h a r a c t e r i z eb ya d o p t i n gb l a c k - b o xm e t h o dt o r e u s ec o m m e r c i a lc o m p o n e n t si ns o f t w a r ep r o d u c t a i mt o s o l v i n gt h ep r o b l e m ，a n o p t i m i z a t i o nm o d e li sp r o p o s e dt oa s s i s ts o f t w a r ed e v e l o p e r si ns e l e c t i n gc o m p o n e n t s t h eo b j e c t i v eo ft h ep r o p o s e dm o d e li st om i n i m i z et h et o t a ld e v e l o p m e n tc o s to fa l l s o f t w a r ep r o d u c t s ，a n dt h ec o m p o n e n tc o m p a t i b i l i t y ( a l lc o m p o n e n t si nt h es a m es o f t w a r e s y s t e ms h o u l db ec o m p a t i b l ew i me a c ho t h e r ) a l s oi sc o n s i d e r e di nt h ep r o p o s e dm o d e l m a n a g e m e n ti m p l i c a t i o ni su n c o v e r e db yc o n d u c t i n ge x p e r i m e n t s 5 ) t h es e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ( s o a ) i si n t r o d u c e d a n dc o m p a r i s o nb e t w e e ns o a a n dc b s di sm a d e u n d e rt h ec o n d i t i o nw h e r es o a t e c h n i q u e sa r eu t i l i z e dt oi m p l e m e n t ae n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m ，a n da s s u m i n gt h a tt h ed e s i g np l a no fs e r v i c em o d u l e a l r e a d yh a sb e e nm a d e ，a no p t i m i z a t i o nm o d e l ，w h i c hc o n s i d e r ss u b s t i t u t es e t so f v 一 一一 东北大学博士学位论文 a b s t r a c t c o m p o n e n t sa n da c h i e v i n gl o o s ec o u p l i n ga n dt i g h tc o h e s i o no ft h et o t a ls y s t e m ，i s p r o p o s e dt oh e l ps o f t w a r ed e v e l o p e r st os e l e c ta n da s s e m b l ec o m p o n e n t si n t os e r v i c e m o d u l e s a c c o r d i n gt oa t t r i b u t i o n so ft h ep r o b l e m ，ag aa l g o r i t h mi sd e s i g n e d ，a n da n e x a m p l ei su s e dt oe x p l a i nt h eu s a b i l i t yo ft h ep r o p o s e dm o d e l 6 ) b a s i n go nt h ew o r ko fp a r t5 ，c o n s i d e r i n gt h a ts o at e c h n i q u e sa r eu t i l i z e dt oa c h i e v ea n e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m ，a n da s s u m i n gt h a tt h ed e s i g np l a no fs e r v i c em o d u l eh a s b e e nm a d ea l r e a d y , am u l t i - o b j e c t i v e o p t i m i z a t i o nm o d e li sp r o p o s e dt om i n i m i z e c o u p l i n g ，m a x i m i z ec o h e s i o no fi n d i v i d u a ls e r v i c em o d u l e sa n dm i n i m i z et h et o t a lc o s t o ft h es y s t e m t h ep r o p o s e dm o d e lc a nb eu s e dt oh e l ps o f t w a r ed e v e l o p e r st os e l e c ta n d g r o u pc o m p o n e n t si n t o s e r v i c e m o d u l e s s p e a 2 ( i m p r o v i n gt h es t r e n g t hp a r e t o e v o l u t i o n a r ya l g o r i t h m ) i sc u s t o m i z e dt os o l v et h ep r o p o s e dm o d e l ，a n da ne x a m p l ei s i n t r o d u c e dt oi l l u s t r a t eh o wt ou s et h em o d e lt om a k ead e c i s i o n k e y w o r d s ：c o m p o n e n t - b a s e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n t ；s e r v i c e - o r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ； c o m p o n e n ts e l e c t i o np r o b l e m ；c o m p o n e n ts u p p l i e ra s s i g n m e n tp r o b l e m ；m u l t i o b j e c t i v e e v o l u t i o n a r ya l g o r i t h m ；s e r v i c em o d u l ed e s i g n v i 一 - 东北大学博士学位论文a b s t r a c t v i i 一 一 0 东北大学博士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i v 第一章绪论l 1 1 课题研究背景1 1 2 课题研究的目的和意义5 1 3 研究内容6 1 4 研究的技术路线与方法7 1 5 主要研究成果7 第二章供应商参与软件开发问题和构件选择问题的研究综述1 1 2 1c b s d 的发展过程1 1 2 1 1 第一个“软件”1 l 2 1 2 计算机软件的出现1 1 2 1 3 软件危机与c b s d 1 l 2 1 4 传统软件工程的发展1 2 2 1 5 现代软件工程的发展。1 2 2 1 6c b s d 的发展1 2 2 2c b s d 的概念13 2 2 1 软件构件的定义1 3 2 2 2 软件构件的属性1 4 2 2 3 软件构件的分类1 4 2 2 4c b s d 的开发过程和框架l5 2 3 构件供应商参与产品开发的研究综述1 7 2 3 1 供应商参与产品开发的定性研究1 7 2 3 2 供应商参与产品开发的模型1 8 2 3 3 供应商参与产品开发的求解方法1 8 2 3 4 供应商参与产品开发的应用1 9 2 3 5 供应商参与软件产品开发的必要性和可能性2 0 2 4 构件选择2 0 2 4 1 构件选择的模型2 1 2 4 2 构件选择的方法2 1 2 4 3 构件的评价方法2 2 一v i i i 东北大学博士学位论文目录 2 4 4 构件选择的其他研究问题2 2 2 4 5 构件选择研究综述小结2 3 2 5 本章小结2 3 第三章构件供应商参与软件产品设计开发的模糊任务指派模型2 5 3 1 问题背景2 5 3 2 质量功能展开( q f d ) 概述2 6 3 2 1q f d 的概念2 6 3 2 2 质量屋( h o q ) 概念和结构2 7 3 2 3q f d 的瀑布式分解过程2 8 3 3q f d 与软件开发3 0 3 3 1q f d 在软件行业中的应用一31 3 3 2 软件质量功能展开模型3 l 3 4 面向c b s d 的q f d 规划过程3 2 3 5 构件供应商参与软件设计开发的任务指派问题一3 4 3 6 构件供应商参与软件设计开发的任务指派数学模型3 5 3 6 1 数学模型3 5 3