（计算机软件与理论专业论文）基于模型自动化的政务软件开发过程.pdf

摘耍 摘要 随着电子政务软件应用范围的扩大和软件复杂度的提高，需求建模技术越来越 重要，如何实现现实模型和抽象模型之间的准确转换，使得电子政务软件具有良好 的可用性、可扩展性和可维护性无论在理论还是实际上都具有非常重要的意义。 作为全部工作的基础，本文从电子政务的发展与现状与模型自动化等两个组成 环节出发：从模型建立、模型转换方法、数据接口设计、扩展性设计、软件过程等 诸多方面加以论述，并给出实现途径。 从构建现有的模型自动化方案入手，本文总结出现有模型自动化实旌的前提条 件和存在的四个问题：数据接口无法自动化 模型自动化平台本身不是模型自动 化的，造成平台本身扩展性差模型自动化软件产品由于不支持调试，因而难于测 试和调试没有一个明确的软件过程指导实施。为解决这四个问题，本文提出一种 与政务领域特点结合、基于组件技术的：“基于模型自动化的电子政务软件开发过 程”。 接着本文重点介绍了“基于模型自动化的电子政务软件开发过程”详细内容， 包括设计思路、体系结构、存在问题的解决方案，以及技术特点等，并与现有技术 进行了优势与劣势比较。 以及基于这些研究内容，开发了原型系统r e p l i c a t o r ，对“基于模型自动化的 电子政务软件开发过程”的实现技术和使用效益进行了实验和验证。 最后，本文总结了课题的研究成果，概述了将来的研究方向，本文的研究表 明，“基于模型自动化的电子政务软件开发过程”具有很好的实用价值。 关键词模型自动化；电子政务；组件；重用 a b s t r a c l a b s t r a c t a st h er a n g ei nw h j c he 9 0 v e m m e n ti s b e i n gu s e di sb e c o m i n gm o r ea n dm o r e w i d e l ya n dt h es o f t w a r ec o m p l e x i t yi si n c f e a s i n gr a p i d ly ，t h et e c h n o l o g yo fb u j l d i n g m o d e l so nr e q u e s t si sb e i n gm o r ea n dm o r cj m p o r t a n t i t ，sq u i t em e a n i n g f u lt od i s c u s s w i t hh o wt op e r f b nt h et r a n s l a t i o nf m mr c a l i s t i cm o d e l st oa b s t r a c tm o d e l se x a c t l y e n o u g ht om a k ee g o v e n l m e n ts o 最w a r es u r e l yu s a b l e ，e x l e n s i b l ea n d a j n t a i n a b l e a st h eb a s i so fa l lj o b s ，t l l i sp a p e rs t a n sa tt w op o i n t s ：o n ei st h ed e v e l o p m e n ta n dt h e s t a t u sq u oo fe g o v e m m e n ta i l dt h eo t h e rj sm o d e l i ga u t o m a t i c t h e nw ed i s c u s sw i t h h o wt os e tu pm o d e l s ，t h ew a yo ft r a n s l a t i n gm o d e l s ，t h ed e s i g no fd a t ai n t e r l a c e ，h o wt o e x t e n di t ，a n dt h ee n t i r es o f 晰a r ep r o c e s s a tt h ee n dt h i sp a p e rs h o w st h ea p p l i c a t i o n a p p r o a c h s t a f t i n gf r o mc u e n tm o d c l i n ga u t o m a t i cs o l u t i o n s ，t l l i sp a p e rs u m m a r i z e st t l e p r e p a r a t i o no ft h e ma n df i n d4f a c u l 石e s ：i t ，si m p o s s i b l et oa u t o m a t i cd a t ai n 把r f a o e s t h em o d e l i n ga m o m a t i cp l a t f o r m sa r cs e tu pi nn o n em o d e l i n ga u t o m a t i cw a y ，t l l i sw i l l 1 e a dt op o o re x t e n s i b j 】i t y t h ep r o d u c t i o no fm o d e l i n ga u t o m a t i ci sh a r dt ob et e s t e dd u e t ot h em o d e l sc a nn o tb et e s t e da ta 1 1 1 os o l v ea no ft l l e m ，t l l i sp a p e rs h o w s “e - g o v e m m e td e v e l 叩i n gp m c e s sb a s e do nm o d e l i n g 卸t o m a t j c ”w h i c hi sf i 咖l yf i tf o r t h e c h a m c t e r i s t i c so fg o v e m m e n t w o r k j n gn o w a i l dc o m p l e t e l yb a s e do nc o m p o n e n t s t h e nm i sp a p e rm a i n l yf o c i l s e so nt h ed e t a i l so f ”t h ee g o v e m m e n ts o f t w a r ep r o c e s s b a s e d0 nm o d e l j n ga u t o m a t j c ”，i c i u d i n go fd e s i g np r o c e s s ，a r c h i t e c t u r e ，s o l u t i o n so f r e m a i n i n gi s s u e s ，a n dt e c h 面c a lc h a r a c t e r i s t i c l a t e r ，t l l i sp a p 村c o m p a r e dt h e mw i t ht h e t e c h n i c a lb e j n gu s e dc u r r e n n y _ b a s e do nt h e s em a t e r i a l s ，w ed e v e l o p e dad e m os y s t e mn a l i l e d ”r e p l i c a t o r t o p r a c t i c ea n de x a m i n et 量l ep r a d i c a lw a ya l l dt h ee f f i c i e n c y0 f ”t h ee - g o v e m m e n ts o r w a r e p r o c e s sb a s c do nm o d e l i n ga u t o m a t 秽 a t l a s t ，t l l i sp a p e rs u m m a f i z e st h er e s u l t sg a i n e db yu s ，d i s c u s st h ep e r s p e c t i v e0 ft h i s p m c e s s t h i sp a p e rs h o w st h a ti ts h o u l dq u i t ev a i u a b l eo f t h ee g o v e m m e n ts o f t w a r e p m c e s sb a s e do nm o d e l i n ga u t o m a t i c ” k e yw o r d s m o d e i i n ga u t o m a t i c ，e g o v e m m e n t ，c o m p o n e n ts o f f w a r e ，f c u s e i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导9 币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4 i 包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与找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。 签名：翻垡塑 关于论文使用授权的说明 日期：一# 、埠 本人完全了解北京工业大学有暮保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 獬：逊翠铷张兰盔嗍型上 第l 章绪论 1 1 课题研究背景 1 1 1 技术背景 第1 章绪论 软件开发过程的发展 自2 0 世纪六十年代以来，人们发现软件丌发成果总是不能完美的吻合实际需 求，这是软件开发的固有矛盾。这种矛盾导致人部分软件不能直接投入应用，甚至 完全无法应_ h j 【”。软件过程的目标是规范无序的软件开发流程，提高软件的质量与 生产率，最终实现软件的工业化生产【“。软件过程的方法学也在随着计算机科学的 发展而不断变化。 6 0 年代，随着软件规模的扩大，逐渐形成基于结构化设计为主的软件编码方 式，这个时期的软件过程基本是瀑布式的，其缺点是对需求变更的适应性差，初始 设计带来的问题将贯穿项目开发的始终并有可能最终导致软件开发的失败。并且， 该项目管理的复杂性将随着项目规模的扩大而急剧上升，最终导致无法管理。 8 0 年代中期，随着编译方法与数据库技术的发展，以及大量复杂的商业需求的 出现，开始出现了面向对象的软件编码方式，基于面向对象的软件过程是以需求分 析与软件体系结构设计为核心的。其缺点是仍然受需求变更影响，需求的改变可能 导致项目返工；最终导致资金超过预算，并且软件不能按时交付。事实上，采用面 向对象方法之后，仍然有7 0 以上的软件不能保证交付质量。 9 0 年代后期，随着x m l 技术与u m l 技术的成熟，开始出现了面向构件的软 件开发方法，基于面向对象的软件过程是以软件再 程与软件复用为核心的。其缺 点是构件的质量对软件最终质量起着决定性的作用，并且关于构件组建技术不够完 善，软件人员也很难找到符合需要的1 c 。面向构件技术依然不能有效解决需求分析 不清楚、软件产品不符合实际需求的软什固有矛盾，没有能显著降低软件开发的不 良产品率。 这些软件过程之所以不能从根本解决软件固有矛盾，其根本原因在于需求分析 工作由软件开发人员完成，而更清楚业务的客户并没有能力给出能直接用于软件开 工作由软什开发人员完成，而更清楚业务的客户并没有能力给出能直接用于软件开 1 北j 再一l ：业人产 学硕十学位论文 发的需求描述，由于计算机软件丌发人员往往不够了解业务领域的细节客户小了 解计算机专业知识，导致需求分析与实际需求不能吻合，而客户也缺乏矫下需求分 析的能力。 为此，本文提出一种基于数据库的建模语言并给出了基于这种模型的软件自动 化过程，客户可以使用该过程直接完成需求分析过程，这可以大大的降低软件开发 的风险。 软件生产方式的进展 目前，仍然没有一种有效的方式能够保证软件项目符合最初的工程预算。大部 分公司开发了有效的系统，但其中只有非常少数的项目满足了目标、时间进度和预 算的要求。并且，在这些项目中，总会存在b u g ，漏洞，以及不可预知的错误与危 机。 造成这种情况的原因是软件生产方式。与单纯的电子产品、机械产品相比较， 计算机软件是最先进的生产力的代表，也应该有更精细、准确的生产过程。但是在 电子产品、机械产品、甚至纺织都已经进入机械化自动生产的时候，计算机软件产 品的核心部分( 业务逻辑实现) 还要完全的由程序员手工生产，这种矛盾决定了没 有任何一种方法能够有效降低软件产品的不合格率。 目前，软件还不可能脱离人而完全由计算机自动生产。但是，可以由高水平的 程序员一次性的完成业务逻辑的设计，开发出软件组件。然后由水平一般的程序员 使用这些组件，显然可以减低软件开发的风险。我们把能够直接拿来使用的、符合 高质量软件评价标准的组件成为软件i c ( i c 来自于电子行业的集成电路) 。 为此，本文提出一种开发自动生成方法，该方法能够根据客户建立需求模型自 动生成软件框架与业务逻辑。 电子政务软件的发展 随着十六大明确提出把电子政务作为未来政府改革的方向，中国政府电子政务 建设已经步入高成长期，各地各级政府以电子政务信息平台为基础，扩大政府的服 务范围和提高服务质量。作为整个社会信息化工程的一个重要组成部分，电子政务 越来越受到政府、信息界、软件工程人员与群众的关注。 但是，目前我国的电子政务建设还很不平衡，主要表现在电子政务信息系统数 量与质量的不平衡。现在我国电子政务建设取得的进步主要集中在电子政务网络建 设的规模上，而不是服务的质量上。电子政务既没有表现出明显的对政务流程的优 第l 章绪论 化作用，也没有有效的提高政府的服务功能。其突出表现是很少有民众电子政务服 务，也很少有某个政府机关完全依赖于电了政务系统。许多电子政务系统实际上已 经退化为政府上网工程与办公自动化工程。【3 。l 为此，本文结合北京工业大学电子政务研究院多年开发电子政务系统的经验， 对电子政务的开发重点与开发难点加以总结，并以这些项目和相关科研课题作为基 础，在这个范围内获取需求，利用本文中提到的技术、遵循本文提出的软件过程， 建立原型，并试用评价，争取在科研与开发项目的后期进行推广使用。 1 1 2 应用背景 当前，8 0 的国家都在不同程度上着手推进电子政务的发展，许多国家都将其 列为国家级的重要事项嘲。 电子政务系统本身就是多种信息技术的综合运用，是应用系统级别上的互联互 通的系统，是要改变和整合以往的条块分割、地域分割、部门分割建设所形成的 “孤岛系统”。电子政务系统的复杂形态、系统的复杂层次结构、系统的众多外界 约束大大超过我们已有的系统建设经验和知识。因此，如果仅用传统的软件开发过 程与软件生产方式，难以达到理想效果。这也导致了许多电子政务产品没有能发挥 理想作用，流于形式，最终退化为办公自动化系统。 但是，电子政务软件系统的设计由于其复杂性与政府部门的特殊性，使得电子 政务软件建设很少能真正符合政府需求，因此，大部分的电子政务软件建设流于形 式，不能真正提高政务效能”1 。 电子政务系统的业务逻辑具有很强的相似性，并且业务规则明确，变化频率 低。电子政务系统又是对安全性、易用性、扩展性要求极高的系统，因此，电子政 务系统适于用模型自动化技术开发。( 详见第3 章) 1 2 本课题研究的理论与实际意义 理论上的意义 新的软件过程的诞生：目前的基于模型的软件自动化技术普遍是基于u m l 或者 北京j ：业人1 学硕十学位论文 基于工作流的，而本文采用模型自动化技术基丁二业务规则和元数据( 人员元数 据和数据模，钽元数据) 来丌发管理信息系统软件，由于企业需求的特蛛性，以 及对u m l 初期建模f 作的放弃，必然要求一种全新的软件丌发过程来指导基于 企业模型自动化技术的企业管理信息系统的设计。 企业信息系统顶层设计的实现：只有采用模型自动化技术来搭建业务系统，那 么所有的政务信息j 能建立在统一数据平台与工作流平台之上，顶层漫计才能 影响与控制下面的相关子系统“1 。 软件复用理论的发展：软件复用由低到高分为三个不同层次：代码级复用、组 件级复用和设计复用。1 。如果电子政务信息系统能够用基于模型自动化技术的 软件过程开发实现，那么将意味着电子政务信息系统软件设计过程的复用能把 基于领域的复用法”“和软件自动化复用法“”结合起来，达到最好的复用目标一 一设计级复用。 经济上的意义 质量：提供从设计、丌发到维护的全面质量保证。 成本：在一期开发投入之后，由于所有后续应用均可以通过模型自动化技术自 动生成，并且易于维护，这可以极大地降低项目总体成本。 周期：全部采用构件式软件开发，可以极大地加快开发进度。 管理：简化软件工程，降低管理的复杂度。 风险：支持快速应用原型开发，并且核心的业务逻辑模块由最优秀的程序设计 人员编写，需求与应用相分离，大大降低开发风险。 人员：采用最好的人员设计核心的业务逻辑，能够集中优势人力资源：同时， 对系统的开发人员的要求大大降低。 投资保护：使持续改善或管理需求变更成为可能，增强了软件的再工程能力大 大延长项目和产品的使用寿命；。 效益：对政府业务的运行、规范和重组提供强大的支持。 第l 章绪论 1 3 相关领域的研究进展及成果 软件建模语言 u m l 是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。它溶入了 软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析 与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。 但是，在直接生成业务逻辑这一点上，u m l 还做的不够，其突出的问题表现在 采用u m l 建模需要很强的计算机专业支持，并且，采用u m l 生成的业务模型往往过 于复杂，难以满足快速的业务需求变化。目前，采用u m l 的比较成熟的建模技术是 o m g 的m d a 方法，也有许多基于u m l 的软件自动化方法。”1 。但是，在下面小节 中，我们将看到m d a 技术的局限与不足。 模型自动化 目前，国内外普遍认识到在财经、企业管理、电子商务、电子政务等业务比较 规范，同时对软件质量要求比较高的行业中，企业模型自动化技术是一个理想的技 术，并且国内的用友、金蝶等公司也都推出了一些基于企业模型自动化技术的软 件。但是，无论在国内还是国外，模型自动化的理论研究目前尚不深入，没有成熟 的软件过程、没有形式化的描述，没有评价的合适标准成为企业模型自动化理论研 究的几处空白。帅a 技术目前成为企业模型自动化技术的主要发展方向，并且已经 有一些组织和公司( 如0 m g ) 发布了一些如a 辅助设计工具，但是平台无关模型的 描述对非计算机专业人员来说仍然有很大的难度，并不适合直接应用在电子政务信 息系统的建模过程中。其具体问题如下文所列举： 数据和应用程序的移植：目前在商业领域经常需要面对的问题是，大量的数据 和应用程序如何向新的，m d a 为基础的系统中移植。纯粹的m d a 流程将把数据 模型和数据库表结构看成是技术细节。它们不应该对平台无关模型( p i m ) 层产生 任何影响一那么，m d a 工具或生成器无法直接生成针对某一个数据库的脚本， 因此，该方法无法产生直接可以应用的程序。 软件维护：编制不同的发行版本，补丁或者升级，是对目前正在运行的程序进 行维护的重要组成部分。目前，m d a 没有给出软件维护模型。 投资报酬率( r e t u r n o n i n v e s t m e n t ) ：即应该如何评价m d a 的投资与收益。投 北京工+ 业人学【学顺十学位论芟 资收益应该从从应用m d a 的第二个项f 1 开始，还是从第五个开始昵? 由于存在 j r 发规模的限制，因此，很难将传统的利益计算方法与m d a 项目结合起来。 m d a 力求与技术平台无关，而这一点恰恰是很难实现的。因为m d a 生成器和m d a 相关工具将无可避免的造成了对其生j 。商的依赖。 基于m d a 的软件很难测试，在建模中引入的问题要到往往到集成测试才能发 现。并且由于m d a 不支持调试，因此很难修改程序错误。 工作流 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念。通过将工作 活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来进行执行和监控，达到提高生产 组织水平和工作效率的目的。工作流技术为企业更好地实现经营目标提供了先进的 手段。一个工作流包括一组活动及它们的相互顺序关系，还包括过程及活动的启动 和终止条件，以及对每个活动的描述。工作流管理系统指运行在一个或多个工作流 引擎上用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它与工作流执行者 ( 人、应用) 交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。目前，工 作流以多种形式在各行各业中得到了广泛的应用“1 。 但是，我们也应该看到，工作流更多的是某一个特定厂家的产品，因此，工作 流往往不具备良好的兼容性，不能作为实施标准。同时，工作流平台本身不是基于 工作流技术搭建的，这样，当工作流平台本身出现需要扩展、维护时，其复杂度可 能比传统软件复杂度更高。 此外，文献2 0 “2 1 展示了基于中间件的系统组织方法，文献2 2 介绍了基于事 件触发的模型定义语言，文献2 3 2 5 介绍了基于领域语言的模型及自动化方法。文 献2 6 介绍了基于x m l 的数据建模方法。 在电子政务流程再造方面，文献2 7 介绍了一种面向决策的电子政务流程再造 方法。 1 。4 论文的主要研究内容 1 平台无关模型的描述方法 由于各地区经济生产力发展水平、在企业信息管理上的投入、以及工作人员平 第1 章绪论 均文化教育水平的不均等因素，国内各地各个企业的信息中心的平均水平比国外有 相当的差距，先进者与国外发达国家相当，落后者接近于空白。因此，制定一种能 够为比较广泛范围内的企业部门都接受的描述方法成为推广本软件丌发方法的关键 一步。 2 由平台无关模型到行业领域业务代码的自动映射方法 该研究的目的是由确定的平台无关模型转化为依赖于某一种平台的类库，是论 文中最核心的技术问题。 3 对于设计变更，新增业务需求的处理方案 4 软件开发过程的研究 本文给出了一个基于动态模型自动化系统的软件过程，这里面的关键问题是如 何分清楚需求分析、开发、测试、评价、维护等各个阶段。只有一个允许迭代与增 量开发的软件过程才能不断完善产品自身，提高软件质量。 1 5 相关概念 作为整篇论文的理论基础。这一节总结了政务模型自动化技术的相关软件理 论，应用技术，行业规范等内容，模型自动化技术正是从这些技术出发，融合总 结，并采用了新的软件过程，来保证最终政务软件产品的质量。 以下介绍一些本论文涉及到的相关开发技术背景知识与行业术语，并简要介绍 某些技术在本研究中的应用。 电子政务 电子政务是政务在管理和服务职能中运用现代信息和通信技术，实现政府组织 结构和工作流程的重组优化，超越时间、空问和部门分隔的制约，全方位的向社会 提供优质、规范、透明的服务，是政府管理手段的变革。 与传统政务过程相比，电子政务有以下四个特点： 1 )电子政务将使政务工作更有效、更精简。 2 )电子政务将是政务工作更公开、透明。 3 )电子政务将为企业和居民提供更好的服务。 4 )电子政务将重新构造政府、企业、居民之间的关系，使之比以前更加协 调，使企业和居民能够更好的参与政府的管理。 北zi 业大宁- 学硕士。产位论文 当前，电子政务的核心任务是提供划识处理的能力，即运用信息技术推动仝社 会信息资源的整合，站在伞局高度【二最仃效的配置全社会的资源。 工作流 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念。工作流是指 通过将工作活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来进行执行和监控，达 到提高生产组织水平和工作效率的目的。工作流技术为企业更好地实现经营目标提 供了先进的手段“。 一个工作流包括一组活动及它们的相互顺序关系，还包括过程及活动的启动和 终止条件，以及对每个活动的描述。工作流管理系统指运行在一个或多个工作流引 擎上用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它与工作流执行者( 人、 应用) 交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。 企业级应用整合 一个完整的e a i 解决方案应当包含以下五个层面。： 用户交互：实现应用用户界面统一的接入与安全机制，利用门户技术进行构 建。 应用连接：通过h u b 或总线架构，实现应用与应用之间的连接，完成相关的数 据路由与数据格式转换。 业务流程整合：实现业务流程管理，包括工作流管理和自动化流程两个方面。 构建整合：这个层面包含两个部分，一部分是构建与现有应用兼容的新应用， 另一部分是对现有资源进行重用以适应新环境的需要。 信息集成：实现数据集成，在异构的数据源之间实现数据层的直接整合。 如果没有政务模型自动化技术，那么随着分布式系统的不断扩大，具有独立业 务逻辑的业务终端数量的增加，应用整合将变成一个复杂而庞大的课题，甚至于无 法实现，后面将给出政务模型自动化对这个问题的解决方案。 x m l x m l ：统一文本标记语言。它是一种自描述的语言。应用x m l 技术创建的文件 可以在全球范围内被传输、解析和使用。目前，在公文统一格式、政府部门统一身 份认证、共享数据打包格式等方面，x m l 是最先进，最成熟，也是可行性最高的解 决方案m 1 “。 组件 第1 章绪论 由于组件技术正处于发展过程之中，凶此目前尚不能对它进行精确的定义。比 较流行的定义是：组件是一种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件或分层 软件借助这种模块在不同的技术之间共享逻辑。组件位于客户机服务器的操作系 统之上，管理计算资源和网络通讯”“。 软件过程 软件过程即是软件工程化过程。它提供了在开发机构中分派任务和责任的纪律 化方法。它的目标是消除软件开发的随意性和不可管理性，在可预见的日程和预算 前提下确保满足最终用户需求的高质量产品，并从项目开发，团队开发，个人开发 等三个方面来增强软件开发的有效性 3 6 。 用例与涉众 关于用例，i r a nj a c o b s o n 的定义是：用例实例是在系统中执行的一系列动 作，这些动作将生成特定执行者可见的价值结果。一个用例定义一组用例实例。 a l i s t a i rc o c k b u r n 进一步发展了用例思想，正如编写有效用例开篇所言，用 例是什么? 用例是涉众之间就系统行为达成的契约。笔者尝试把它补充下，作为 用例的进阶定义：用例是涉众之间就系统行为达成的契约，以执行者为达成特定目 标和系统交互的方式演绎。7 ”，同时，用例也可以加强系统分析的准确程度。“。 1 6 本文的组织 本文共分七章。文章的结构安排如下： 第l 章绪论，阐明了本研究课题的产生背景、研究的理论与实际意义和本研究 领域的研究现状及主要研究内容。 第2 章对本课题研究涉及的相关概念、术语、惯用名词缩写做了简单的介绍。 第3 章对模型自动化技术实现的关键方法和技术进行了归纳和总结。 第4 章分析并总结了目前影响力较大的三个基于模型自动化技术的解决方案。 第5 章详细介绍了电子政务的特点，以及应用模型自动化技术开发电子政务信 息系统的可行性。基于政务模型自动化技术的原理、技术特点等。 第6 章介绍了基于政务模型自动化技术的电子政务信息系统开发原理、技术特 点等。并将这种技术与其他软件开发技术做了对比。 第7 章介绍了基于政务模型自动化技术的电子政务信息系统的开发原型实现： 北京一l 业人学_ 【学硕十学位论文 总结了这种技术的优点与小足。 最后，对本课题研究的结论进行了总结，并谈了对进一步工作的构想。 第2 章梭型自动化技术 第2 章模型自动化技术 2 1 模型自动化相关技术的发展与现状 目前，国内外普遍认识到在财经、企业管理、电子商务、电子政务等业务比较 规范，同时对软件质量要求比较高的行业中，企业模型自动化技术是一个理想的技 术，并且国内的用友、金蝶等公司也都推出了一些基于企业模型自动化技术的软 件。但是，无论在国内还是国外，政务模型自动化的理论研究目前尚不深入，没有 成熟的软件过程、没有形式化的描述，没有评价的合适标准成为政务模型自动化理 论研究的几处空白。m d a 技术目前成为企业模型自动化技术的主要发展方向，并且 已经有一些组织和公司( 如o m g ) 发布了一些m d a 辅助设计工具，但是平台无关模 型的描述对非计算机专业人员来说仍然有很大的难度，并不适合直接应用在电子政 务软件系统开发中。 但是，在电子政务领域，企业模型自动化技术( m d a ) 仍然难于获得推广，其 主要基于如下三种原因： 没有根本的提升软件开发的抽象层次 m d a 难于从根本上提高政务软件开发的抽象层次。使用模型技术的最终目的是 通过建立企业应用模型，软件开发团体可以避免复杂的软件开发环节，不必书写繁 复的代码，而直接获得软件产品。但是，目前的软件建模方式难于从抽象层次上提 高软件开发的质量。 举例说，从结构化开发方式到面向对象的开发方式是抽象层次的提升，但是， 由遵守m d a 语言特殊规约的u m l 顺序图生成软件与直接使用软件开发流程图开发代 码相比，仅仅是减少了代码开发的工作量，由于现代软件开发过程中，代码开发仅 是整个软件开发过程中的一小部分工作，因此，直接m d a 技术不能从根本上减少软 件开发工作的工作量与提高最终软件产品的质量。 代码难于测试与调试 电子政务系统规模庞大，遗留系统复杂，如果直接m d a 技术，那么接口问题将 北京_ l 业人学t 学硕士学化论文 变得十分一l 要，由于m d a 技术的最终目的是1 0 0 的代码自动 成，那么，系统测试 将变的十分复杂，目前，u m l 尚不支持断点与调试，因此，系统测试过程将非常复 杂，难于进行。 无法直接与数据库结合 m d a 的目的是使软件开发公司独立于代码开发平台与具体开发技术，而专注于 模型本身，但是，电子商务模型与电子政务模型都包含两部分模型：即业务模型与 数据模型。尽管在业务模型这方面，在一定条件下，m d a 可能有方法生成相应的业 务逻辑代码，但是在数据模型方面，m d a 没有有效的手段。特别在u m l 中，表达各 模块之间的驱动主要在顺序图中用消息进行实现，由于没有有效的手段保证消息事 件与数据模型的完全准确的映射关系，这意味着，如果软件公司在开发政务模型的 过程中采用数据模型驱动，现有m d a 技术将很难获得成功。 综上所述，现有的模型自动化技术标准( 胁a ，其他尚未形成标准) 还不能适 合电子政务软件开发，需要一种基于模型自动化技术的、新的软件开发过程来保证 最终电子政务软件产品的质量。 2 2 模型自动化技术的体系结构 模型自动化技术的本质特征在于不专注于特定平台的实现技术，而首先关注应 用程序的功能，建立目标机构的业务模型，然后，根据业务模型，通过代码产生平 台直接生成业务逻辑代码。 为实现上述特征，模型自动化的体系结构通常包括如下几个必要组成要素： 模型定义语言：即用户定义模型的方式。可以为图形，可以为形式化描 述，也可能是自然语言，但是。模型定义语言必须是自描述的、可扩展的 及无二义性的。本论文中采用元数据规则库作为模型定义语言。在m d a 中，采用u m l 作为模型定义语言。 目标代码：目标代码即可以在不同的软件平台上执行的可执行程序。即一 般意义上的应用系统的源程序。由于业务逻辑复杂度不同，在某些情况 下，模型自动化技术可能只能产生部分业务逻辑代码，模型自动化技术的 1 2 第2 章模型自动化技术 关键是在不能产生全部代码的情况下，如何保证最大幅度的生成核心的业 务逻辑代码。本论文中采用基于j 2 e e 的j a v a 代码作为目标代码。在实际 应用中，目标代码可以为其他面向对象语言。 规则库：规则库中描述了从模型到目标代码的映射方式。该部分是模型自 动化的技术核心。规则用于建立业务模型与目标代码的联系。本论文采用 ) 【m l + 组件库的形式来描述规则，在m d a 中，采用u m lp r o f i l e 的形式来描 述代码产生规则。 2 3 基于模型自动化技术的软件过程 基于模型自动化技术的软件过程如图2 1 所示。 北京l 。业大：学一f 一学颂卜学位论文 藜 iv 评价、任正 黼、謦萋 v 精 、 b e t a 版发布 x 图2 1 基于模型自动化的软件过程 f i g l l r e2 一ls o f t w a r ep r o c e s so fm o d e l i g 肌t o m a t i c1 e c h n o l o g y 本文总结了基于模型自动化的软件工程的一般软件过程，并以图表的形式展示 出整个基于模型自动化的软件工程的生命周期。整个类库的软件过程呈螺旋型分 布，经历了原型开发，测试，与类库求精等几个关键的环节。 2 4 模型自动化技术的适用环境 模型自动化的应用主要集中在易于满足模型自动化的三个要素的软件开发环境 之中( 模型自动化的要素见2 2 节模型自动化的体系结构) ，所谓易于满足，主要 指如下三个方面： 实现模型描述可行性 第2 章模璀自动化技术 实现模型描述可行性即目标用户的业务功能与业务流程具有稳定，规范，可较简 单的用形式语言刻画；这里说的稳定指的是模型认知的稳定性。即模型定义完成 后，该模型即可在某一领域内得到认可，并且在该领域内有相当数量的用户计划采 用这种模型作为业务应用描述模型。 为此，如果计划应用模型自动化技术，就必须对业务功能、业务流程有个清晰 无二义性的解释，该解释可以用形式语言，也可以用自然语言，只要能保证在这个 应用领域内，该解释能成为通用的实现即可。在政务领域中，这种对业务功能与业 务流程的定义是通过法律、文件等形式来完成的。 下面举例说明：普通电子商务网站上的购物车系统由于使用广泛，可使用无二义 性的建模语言加以描述，并且，该购物车系统模块的功能与流程已经经过时间检验， 被大众所认可，模型旦建立，其对应的应用平台( 如j a v a ) 不会迅速的发生变化，并 且，最终实现的产品易于测试，因此，购物车系统适合应用模型自动化技术。 另个例子是数据库查询优化程序，这种程序需要复杂的语法分析，不同的模型 定义将必定产生不同的运行效果，而且，这种程序的安全性，正确性与时间特性难于 用模型完整的定义出来，并且，因算法不同或硬件不同，该程序的具体实现平台与 实现方法将有较大差异。因此，模型自动化技术不适用数据库查询优化程序。 映射到目标语言的可行性 模型自动化技术不同于编译技术，其本质是通过模型的约束，避免复杂的开 发、测试等容易出现二义性的环节，最大限度的用需求约束软件产品的质量，提高 软件产品的开发速度、质量、可维护性、可复用性等。为此，模型到软件映射必须 有个最大的复杂度限制，超过了这个限制，将反而使整个软件开发的工作量增大， 这违背了模型自动化的初始目的。 如j a v a 与n e t 等面向对象的语言是为了企业级应用而开发的语言，因此，如 果使用模型自动化技术将业务模型映射到这些语言上，由于目前面向对象技术是最 接近事物自然关系的描述方式，并且，j a v a 与n e t 都具有大量的类库产品，因 此，定义将模型映射到面向对象语言的映射规则将事半功倍。 反之，对于一些计算性语言或局限于某些专业应用很强的语言，如f o r t r a n ， 嵌入式开发语言，由于从业务实现到程序实现转换过于复杂( 比如将业务规则映射 到c 语言中，那么怎么划分模块，划分函数调用关系就是个非常复杂的问题) ，即 北京l 业大学工学硕士学位论文 使模型描述是可行的，也不适用模型自动化技术。 映射规则的确定性 目前实现模型描述的可行性的决定性因素是该软件模块的业务功能与业务流秤 能否被规则有效定义，从而映射到目标语言。在本文中，限于技术力量与篇幅，主要 针对可以使用下列规则定义业务功能，可以使用循环、分支定义业务流程的政务软 件系统的模型自动化应用研究中： o 罨竺基本路径 逻辑规则 流程协作规则 任务协作规则 事件规则 时间规则 图2 - 2 用规则描述的业务功能与业务流程图 f i g i l r e2 - 2o p e r a t i o nf u n c t i o na l l do p e r a t i o nf 1 0 wc h a nd e s c r i b c db yr u l c s 此图具体定义见4 1 3 节，业务规则数据库。 2 5 模型自动化技术的应用案例 2 5 1 用友的u a p 技术 用友u a p 平台是用友e r p 的核心，是国内第一个成功的管理软件平台。它遵循 j 2 e e 技术规范，以企业业务信息管理和企业资源管理为基础、业务过程控制管理为 核心，支持w e b 和x m l 、支持工作流管理、支持业务流程重组、支持异构系统集 渗9 第2 章模型自动化技术 成、支持多数据库系统、提供呵视化建模工具的统一架构平台。 图2 3 用友自动化平台体系结构图 f j g2 3t h e 撕i t e c t l l r eo fu f i d 孤t o m a t i cp l a t f 叫n 用友u a p 平台支持全企业范围和全生命周期的企业建模。企业建模工具支持企 业的全部应用范围( 包括企业的功能、信息、组织、资源，以及产品的设计、生产 过程) 和实施的全生命周期( 需求分析、设计、实施) 。这种开发方式使得管理软 件的开发可以通过业务人员理解的“管理语言”来实现，从而使用户和合作伙伴参 与开发成为可能，体现了管理软件充分贴近用户需求的设计思想，并表现出如下鲜 明的特点和领先优势： 用友u a p 是一个稳定可靠的、可扩展的、易部署的运行平台。提供基于7 x 2 4 不问断运行，支持大并发用户数，支持集中分布混合a s p 多种应用部署。 用友u a p 是一个高效的模型化的应用开发平台。它是基于企业建模理论的，以 业务导向和驱动的、可快速构建应用软件的软件平台，从而大大缩短开发周期，提 高应用开发效率，减少企业信息化风险，降低实施成本，实现最终用户的个性化的 需求，支持用户不断发展的需要。 用友u a p 是一个强大的客户化定制和二次开发工具。实现流程、模型、以及部 北京r 业大学工学硕士学位论文 分、务规则的动态配制，满足行业化和个性化需要。用友u a p 平台一ij 以由使用者根 据具体需求定制，满足企业持续改进的管理需求。 用友u a p 是一个开放的系统集成平台。支持与第三方应用集成利统一管理平台 ( 权限、安全、系统监控等) 。 用友u a p 是一个增值商业平台。具体需求定制，用友公司产品合作伙伴、实施 合作伙伴可以借助u a p 进行增值开发和服务。 2 4 用友软件应用体系结构图 f i g2 4t h ea p p l i c a t i o na r c h i t e c t u r eo fu f i d aa u t o m a t i cp l a t f b m 对于面向用友高端e r p 的支持平台，面对的是规模庞大、业务复杂而且地域比 较分散的集团企业，数据分布往往比较分散。为了解决此尖锐问题，用友u a p 支持 全面的数据分布式管理解决方案，提供数据集中管理的分布计算环境。 2 5 2 金蝶的a u t o f i x 技术 金蝶e a sb o s 体系的基本实现思想可以简单描述为： 基于企业应用环节来设计软件 企业应用软件的开发过程是一个庞大的系统工程，其中涵盖了业务需求规划、 系统设计、程序开发、软件测试等多个环节。金蝶e a sb o s 该系统工程中各个不同 的受众提供了相应的服务和工具，使得各个环节只需要关心自己领域内的工作而不 需要付出更多无谓劳动，金蝶e a sb o s 提供的服务和引擎又能够保证各个环节的衔 第2 章模型白动化技术 接，从而使得整个系统工程是一个完美无暇的整体。 基于企业模型来设计软件 企业应用软件最终都是要为企业的实际应用管理提供服务的，因此企业应用软 件必须基于企业的实际业务流程以及业务模型来构建企业应用系统。金蝶e a sb o s 提供了一系列的服务以及工具，使得金蝶公司的企业应用软件基于企业模型来设 计，即主要从管理和业务的角度来描述管理软件，开发人员只需设计企业的组织结 构、流程、信息和业务逻辑等，而不必关心这些业务是由何种平台、何种技术实现 的。 基于运行平台来运行软件 金蝶e a sb o s 不但是一个模型构建的工具，而且是一个运行引擎。基于企业模 型来设计的企业应用系统，通过运行平台来直接执行企业的业务，金蝶e a sb o s 运 行引擎提供了一个完整的协作环境和强大的业务处理支持。 金蝶e a sb o s 由两部分构成： d e s i g nt i 鹏：即描述管理和业务的各种要素和规则，用以对企业业务对象以及流 程进行描述和架构，使得企业的实际应用可以以企业模型的方式在金蝶e a sb o s 中 进行构建并发布为相应的企业应用程序。 r u nt i m e ：即理解并支持这种模型和规则的软件工具，相当于运行引擎。在前文已 经提及过，金蝶队sb o s 本身也是一种运行引擎。当基于金蝶e a sb o s 构建的企业 应用系统( e a s ) 需要执行某种业务时，金蝶e a sb o s 将会提供一系列的服务以及 工具来解释并解析该业务流程中的执行规则，反映相应的业务流程并转换相应的 s q l 语法把相关的业务数据存储到数据库中。 因此，基于金蝶e a sb o s 进行软件开发和维护，其主要工作就是用企