（计算机应用技术专业论文）基于UML和软件复用的医院信息系统的研究及实现.pdf

摘要 信息技术和生命科学被认为是2 1 世纪的标志性学科。信息化、网络化、高 科技化已成为社会发展的基本特征。建设医院信息系统、促进医院数字化是知 识经济时代的必然选择，是医院管理现代化的要求，是与国际接轨的必由之路。 医院管理模式在不断变化，这将导致对医院各种有关信息需求的大量增加。只 有促进医院现代化建设，提高医疗服务质量、工作效率和经济效益，增大医院 竞争优势，才能满足医院改革的需要。 基于统一建模语言( u m l ) 的面向对象建模是当前软件建模中最受欢迎的方 法之一。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。 它融入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。将u m l 面向对象的建模 技术应用到信息系统开发中是软件工程发展的必然趋势。软件复用是指在软件 开发活动中，利用已有的、可复用的软件成分来构造和生成新的软件系统。软 件复用被认为是解决软件危机、提高软件生产率和软件质量、增强软件的开放 性和对外部扰动的适应性的主要途径。 本文首先分析了医院信息系统的发展，概括地阐述了医院信息系统的必要 性与重要意义。对u m l 、软件复用技术及其应用的发展历史、研究现状和相关 概念进行了系统的介绍。从湖北中医院信息系统的需求分析入手，运用u m l 进行需求建模。基于整个系统的总体框架的基础上，以其中一个重要组成部分 一医技功能科室子系统为例具体问题具体分析，进行了详细的系统需求分析， 问题领域分析，设计出了系统的用例图、时序图、协作图、状态图及活动图， 并建立了数据库模型。以软件复用的思想设计及开发了整个湖北中医院医院信 息系统，实现了一个比较完整的步骤，取得了良好的科研及经济效益。并对目 前医院信息系统中存在的问题提出了一些建议及解决方法。 关键字：医院信息系统，u m l ，软件复用 a b s t r a c t i t sk n o w nt h a ti n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dl i f es c i e n c ei st h em a r k e d k n o w l e d g ei nt h e2 1 4c e n t u r y a n di n f o r m a t i o n ，n e t w o r ka n da d v a n c e dt e c h n o l o g y i st h eb a s i cf e a t u r eo ft h es o c i a l d e v e l o p m e n t i t st h er e q u i r e m e n to fh o s p i t a l s c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n dt h en e c e s s a r yw a yt ol i n kw i t hi n t e r n a t i o n a lf i e l d w i t h t h ef a s tc h a n g eo fh o s p i t a lm a n a g e m e n tm o d e ，al a r g er e q u k e m e n to ft h er e l a t e d i n f o r m a t i o nd a t aw i l la p p e a r i ti sa ni m p o r t a n tc h o i c et oc o n s t r u c th o s p i t a l i n f o r m a t i o ns y s t e mt om a k eh o s p i t a lm a n a g e m e n td i g i h a la n dm o d e r n h o s p i t a l i n f o r m a t i o ns y s t e mw i l le n h a n c em e d i c a ls e r v i c eq u a l i t y ，w o r k i n ge f f i c i e n c ya n d e c o n o m i c a lb e n e f i ti no r d e rt oi n c r e a s ec o m p e t i t i o na d v a n c e m e n ta n dm e e tt h en e e d o f h o s p i t a li n n o v a t i o n o b j e c to r i e n t e dm o d e l i n gl a n g u a g eb a s e do nu n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ( u m l ) h a sb e e no n eo ft h em o s tw e l c o m em e t h o d si nt h ep r e s e n ts o f t w a r em o d e l i n g u m li sak i n do fm o d e l i n gl a n g u a g ew h i c hi sf i n ed e f i n e d ，e a s yt oe x p r e s sa n d p o w e r f u li nf u n c t i o n i ta d o p t st h en e wc o n c e p t i o n ，m e t h o da n dt e c h n o l o g yi n s o f t w a r ee n g i n e e r i t sa l s oat r e n dt oa p p l yu m lt ot h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o n s y s t e m s o f t w a r er e u s ei su s e dt oc o n s t r u c tn e ws y s t e mb yu s i n go ft h ee x i s t e d s o f t w a r ec o m p o n e n t sw h i c hc 孔b er e u s e d i t st h o u g h tt h a ts o f t w a r er e u s ei sam a i n w a yt o s o l v et h es o f t w a r ec r i s i s ，e n h a n c ee f f i c i e n c y ，q u a l i t ya n da d v a n c et h e o p e n n e s sa n da d j n s t a b i l i t yo fs o f t w a r e a tf i r s t , t h i sp a p e ra n a l y z e st h ed e v e l o p m e n t ，e s s e n t i a l i t ya n di m p o r t a n t m e a n i n go fh i s a n dt h e ni ti n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n th i s t o r y ，r e s e a r c ha c t u a l i t y a n dr e l a t e dc o n c e p t i o no fu m la n ds o f t w a r er c u o nt h eb a s eo ft h ew h o l e f r a m e w o r ko fh i so fh u b e iz h o n g y ih o s p i t a l ，i ta n a l y z e st h en e e do ff u n c t i o n a l o f f i c es u b s y s t e mi nd e t a i l e d ，o n eo ft h em o s ti m p o r t a n t p a r to fh i s t h e ni tg i v e st h e r e a l i z a t i o np r o c e s so fm o d e l i n gb yd r a w i n go u tt h en 僦a s ed i a g r a m ，s e q u e n c e d i a g r a m ，c o l l a b o r a t i o nd i a g r a m ，s t a t e c h a r td i a g r a ma n da c t i v i t yd i a g r a mo ft h e s u b s y s t e m w i t ht h eh e l po fc o n s t r u c t i n gt h ed a t a b a s em o d e la n dd e v e l o p i n gt h e w h o l eh i s ，t h ep a p e rh a sa c h i e v e da ni n t e g r a t e dp r o c e s so fs o f t w a r ed e v e l o p m e n t a n ds h o w e dav a l u eb o t hi nr e s e a r c ha n de c o n o m y a tt h ee n do ft h i sp a p e r ，i t g i v e s u ss o m ea d v i c ea n dr e s o l v e n ta c c o r d i n gt ot h ee x i s t e d p r o b l e mi na c t u a lh i s ， k e yw o r d s ：h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，u m l ，s o f t w a r er e u s e 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本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 武汉理工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。 签名：塑亟墨日期：! ：竖塑夕 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、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) ( 注：此页内容装订在论文目录前) 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 论文选题背景 第1 章绪论 随着改革开放的进程，医院己经逐步的走向了市场，因此也就越来越多的 具有了企业的性质，经济管理已经成为医院管理的核心内容。因此，医院信息 系统( h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，下简称h i s ) 要同时满足医院管理两方面的需 求。第一是以病人为主线，根据病人在院接受医疗服务所产生的各种业务信息 流，组织h i s 的整体架构和运行方式；第二是以财务为中心，保证医院各种财 务信息流明晰、合理、准确，并不断促进财务信息由为核算服务向为综合管理 服务的转轨。以保证医院既能在提供卫生服务的数量和质量上充分满足病人需 求，又能使医院的经济活力得到不断的加强。 1 1 1 研究目的及意义 信息技术和生命科学被认为是2 1 世纪的标志性学科。信息化、网络化、高 科技化已成为社会发展的基本特征。特别是2 0 世纪9 0 年代i n t e m e t 等现代信息 技术的飞速发展和人类基因组计划的完成，使人们面临的不仅仅是一个个庞大 的信息数据库，而是浩瀚的信息海洋。正是生物技术和信息技术的高速发展， 使我们多年的愿望一建立医院信息系统h i s 成为现实。 医院信息系统是指利用计算机和网络通讯设备，为医院所属各部门提供病 人诊疗信息和行政管理信息的收集、存储、处理、提取和数据交换，并满足所 有授权用户功能需求的管理信息系统。以计算机、数据库、网络技术为基础的 h i s 系统由一些子系统构成，如：门诊管理部门、住院管理部门、药库部门、 医技功能科室子系统组成，是提高医院管理水平和医疗技术水平的重要契机。 随着计算机技术的迅猛发展及其向医学领域的渗透，计算机医院信息系统 已经成为当医学领域现代化的重要标志。然而，随着人民生活的不断提高和改 善，对于医疗保健服务的要求也在不断提高，这就造成了管理中的信息量迅猛 增长，使得传统的管理模式已不适应时代的发展，必须及时调整、改造和拓展【”。 总的来说，医院信息系统的主要目标有三个：第一，辅助医院的行政管理与事 武汉理工大学硕士学位论文 务处理，实现全院信息的数字化、办公的无纸化和无胶片化，从而降低管理费 用，减轻工作人员劳动强度：第二，提高以病人医疗信息为中心的整个医疗、 教学、科研活动的管理水平：第三，加快信息流通速度，辅助决策支持，提高 工作效率，使医院能以较少的投入获得更大的社会效益与经济效益。建设医院 信息系统，促进医院信息系统建设，是知识经济时代的必然选择，是医院管理 现代化的要求，是与国际接轨的必由之路。因此医院信息系统将促进医院现代 化建设，提高医疗服务质量、工作效益和经济效益，增大医院竞争优势；并将 改变人们的时空观念，为全球范围的信息交流与资源共享创造条件。 运用统一建模语言u m l 建立系统模型，在系统实现过程中采用软件复用思 想及技术进行编码实现，可以更加深刻的理解u m l 和软件复用技术的思想和意 义，并对系统设计和开发过程中所设计到的关键和核心技术进行研究。 1 1 2 医院信息系统概述 1 1 2 1 医院信息系统建设的必要性 医院管理模式的变化的需要：当医疗改革终于来临的时候，医院如何面向 医疗市场，提高医院的竞争力，是摆在每一个医院面前的问题。医疗改革实行 后，现行的医院管理模式将发生变化：合同医院将不再存在，患者可自由选择 医疗定点医院；医疗费用的结算方式发生变化，由过去的报销制变为与医疗保 险部门的清算制；医院药品的销售方式将由医院管理变为政府监控管理；疾病 的治疗将由单纯医院决定变为医疗保险部门干预决定。 上述医院管理模式的变化，将导致对医院各种有关信息需求的大量增加， 只有对医院治疗、管理，收费的信息处理速度加快，才能满足医院改革的需要。 而要更好、更快、更全、更准的完成对医院信息的处理，建设医院信息系统是 十分必要的。 1 医院信息的庞大的数据处理量的需要：医院日常产生的原始数据( 包括管理数 据、医疗数据及收费数据) 是非常庞大、复杂且保密的。对于医院医疗过程中产 生的这些数据，处理时要求及时、准确。并且需要做的随时能够对这些数据进 行统计，打印，报表，查询。因此只有通过医院信息系统这个科学的管理手段， 才能实现对医院数据的科学、安全、便捷的管理，以满足医院工作人员的日常 工作需要。 2 武汉理工大学硕士学位论文 2 医院管理深入的需要：医院的管理正在由过去的传统管理向现代化的管理转 变。医院逐渐由社会福利型转向医疗市场。这个转变使医院的管理由定性的管 理变为定量的管理，例：医院要进行成本核算，要统计每个人的工作量。医院 每个部门工作的好与坏，要有正确的统计数字。而且医院的宗旨是治病救人， 这就要求了医院的日常工作需要以病人为中心。医院信息系统可以帮助病人更 加方便快捷地就医，在一定程度上提高医院服务质量和效率，也为病人带来方 便，减少看病时间，浏览和查询各种资源信息。 3 医疗保险的需要：社会要实现医疗保险。不论是基本医疗保险，还是商业医 疗保险，保险部门都要求医院提供医疗过程中的详细数据，没有计算机的速度 保证，这些要求将办不到。 1 1 2 2 医院信息系统的发展1 2 l 计算机7 0 年代末期就进入了我国医疗行业，当时以m m 的m 3 4 0 小型机 为主，只有少数几家大型的部属综合医院和教学医院拥有，如北京协和医院、 北京肿瘤医院、3 0 1 医院等，主要应用于科研和教学，还没有将信息技术融入 到医院管理中。8 0 年代初期，随着苹果p c 机的出现和b a s i c 语言的普及，一 些医院开始开发一些小型的管理软件，如工资软件等；8 0 年代中期，随着x t 2 8 6 的出现和国产化，以及d b a s e i i i 和u n i x 网络操作系统的出现，一些医院开 始建立小型的局域网络，并开发出基于部门管理的小型网络管理系统，如住院 管理，药房管理等。进入9 0 年代，n o v e l l 网和f o x b a s e 、f o x f r o 数据 库日益盛行，完整的医院网络管理系统的实现已经成为可能，于是一些有计算 机技术力量的医院开始开发适合自己医院的医院管理系统。一些计算机公司也 不适时机的开发针对医院管理的信息系统，如h i 公司( 与3 0 1 医院合作) 、m m 公司、微软公司、浪潮公司。 而国外在这方面的发展更是领先一步，电子计算机在医院的应用已有三十 多年的历史，6 0 年代初，美国便开始了将信息技术融合到医院管理系统的研究。 著名的麻省总医院 开发的c o s t a r 系统是6 0 年代初开始并发展到今天 成为大规模的临床病人信息系统。随着计算机技术的发展，7 0 年代，信息技术 在医院信息管理领域进入大发展时期，美日欧各国的医院，特别是大学医院及 医学中心纷纷开发医院信息管理系统，成为医药信息学的形成和发展的基础。 7 0 8 0 年代，该产业已有很大发展。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 9 8 5 年美国全国医院数据处理工作调查表明，1 0 0 张床位以上的医院，8 0 实现了计算机财务收费管理，7 0 的医院可支持病人挂号登记和行政事务管理。 2 5 的医院依靠信息技术有了更完善的管理系统，即实现了病房医护人员直接 用计算机处理医嘱和查询实验室的检验结果。1 0 的医院有全面的计算机管理 系统。 日本的信息技术在医院管理方向的开发和应用从7 0 年代初开始。多数日本 医院是8 0 年代以后开始进行这项研究的，但发展十分迅猛，规模相当大，是以 大型机为中心的医院计算机系统。如北里大学医院的i b m 3 0 9 0 双机系统。当 前日本的医院管理系统总的趋势是系统化、网络化、综合性，开始走自上而下 的开发路线，一般都有大型机作为中心，支撑整个系统工作，并尽量采用微机 和网络技术，投资规模大，正在实现“o r d e r i n g 工作方式，即数据从发生源直接 输入计算机。到1 9 9 1 年统计有近加家实现或基本实现此种方式。支持诊疗的 功能在不断加强，系统2 4 小时运行。不少软件是医院和计算机公司联合开发的， 一些大公司也开发了一些通用的医院信息管理软件包，也有些医院自己开发。 如北里大学，开发了综合的信息管理系统，开发费用( 机器设备除外) 为3 亿4 千万日元( 约合人民币1 3 0 0 万元) 。日常运行费用支出为一年5 亿1 千万日元( 约 合人民币2 0 0 0 多万元1 。 欧洲把信息技术融入到医院管理中的发展比美国稍晚，大多数是7 0 年代中 期和8 0 年代开始。欧洲医院管理系统的特点是实现了一些区域信息系统。如丹 麦的r e ds y s t e m ，管理7 6 所医院和诊所。法国第八医疗保健中心实现了能管理 三所大医院和三所医药学院的一体化信息系统。随着初级卫生保健工作的发展， 欧洲各国区域性医院计算机网络将实现。目前欧共体的s h i n e 工程( s t r a t e g i c h e a l t h i n f o r m a t i c s n e t w o r k f o r e u r o p e ) 已经开始，英法意德许多公司都参与了此 项工程，在分布式数据库系统和开放网工程方面已做了大量工作。 1 1 3 本文的研究思路 本文首先分析了医院信息系统的发展，概括地阐述了医院信息系统的必要 性与重要意义。介绍了u m l 建模及软件复用技术的相关概念及关键技术及在 信息系统的开发阶段的应用。从湖北中医院信息系统的需求分析入手，理论联 系实际地运用u m l 进行需求建模，然后讲解了整个系统的总体框架，并以其 中一个重要组成部分一医技功能科室为例具体问题具体分析，进行了详细的系 4 武汉理工大学硕士学位论文 统需求分析，问题领域分析，设计出了系统的用例图、时序图、写作图交互图 状态图及活动图，并建立了数据库模型，以软件复用的思想设计及开发了整个 医院信息系统，实现了一个比较完整的步骤。并在湖北中医院信息系统的项目 中进行了实践，取得了良好的科研及经济效益。在本文的最后就医院信息系统 中存在的问题提出了一些建议及解决方法。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章u m l 设计及软件复用 2 1 标准建模语言u m l 2 1 1u m l 概述 u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ( u m l ) 又称统一建模语言或标准建模语言，是始 于1 9 9 7 年一个o m g 标准，它是一个支持模型化和软件系统开发的图形化语言， 为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析到规格，到 构造和配置i ”。 2 1 1 1u m l 的定义及发展 面向对象的分析与设计( o o a & o o d ) 方法的发展在2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代中出现了一个高潮，u m l 是这个高潮的产物。它不仅统一了b o o c h 、 r u m b a u g h 和j a e o b s o n 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【4 l 。 公认的面向对象建模语言出现于2 0 世纪7 0 年代中期。从1 9 8 9 年1 9 9 4 年，其数量从不到1 0 种增加到了5 0 多种1 5 1 。在众多的建模语言中，语言的创 造者努力宣传自己的产品，并在实践中不断完善。但是，使用面向对象方法的 用户并不了解不同的建模语言的优缺点及相互之间的差异，因而很难根据应用 特点选择合适的建模语言，于是爆发了一场方法大战。2 0 世纪9 0 年代中期， 一批新方法出现了，其中最引人注目的十b o o c h l 9 9 3 、o o s e 和o m t - - 2 等。 面向对象技术和u m l 的发展过程可用图2 - 1 表示，标准建模语言的出现是 其重要成果。u m l 代表了面向对象方法的软件开发技术的发展方向，具有巨大 的市场前景，也具有重大的经济价值和国防价值【q 。 6 武汉理工大学硕士学位论文 图2 - 1u m l 的发展历型5 1 统一建模语言u m l 是为软件系统的制品进行详述( s p e c i f y i n g ) 、形象化 ( v i s u a l i z i n g ) 、构建( c o n s t r u c t i n g ) 、文档化( d o c l l m e n t i l l 曲的一种语割8 l 。对于商业 模块和其他非软件系统，u m l 规范是一个能够成功提供大而复杂模板的工程实 现的集合。 u m l 是一种标准的图形化建模语言，它是面向对象分析与设计的一种标准 表示。u m l 不是一种可视化的程序设计语言，而是一种可视化的建模语言； u m l 不是工具或者是知识库的规格说明，而是一种语言规格说明，是一种表示 的标准；u m l 不是过程和方法，但是允许任何一种过程和方法使用它嗍。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。u m l 提供了各 种图形，比如用例图、类图、时序图、协作图和状态图等，来把这些模型元素 及其关系可视化，让人们可以清楚容易地理解模型。可以从多个视角来观察模 型，从而更加全面地了解模型，这样一个模型元素可能会出现在多个图中，对 应多个图形元素【4 】。 2 1 1 2 u m l 包含的内容 u m l 是标准建模的建模语言，而不是标准的开发过程。它的定义由u m l 7 武汉理工大学硕士学位论文 语义和u m l 表示法两个部分组成。 1 u m l 语义 u m l 的语义是定义在一个四层建模概念框架中的，其层结构如下【1 0 】： ( 1 ) 元元模型层：组成u m l 的基本元素“事物”，代表要定义的所有事物。 ( 2 ) 元模型层：组成了u m l 的基本元素，包括面向对象和面向组件的概念。这 一层的每一个概念都是元元模型中“事物”概念的实例。 ( 3 ) 模型层：组成了u m l 的模型。这一层的每个概念都是元模型中概念的一个 实例，这一层的模型通常叫做类模型或者类型模型。 ( 4 ) 用户模型层：这个层中的所有元素都是u m l 模型的实例。这一层中的每个 概念都是模型层的一个实例，也是元模型的一个实例。这一层的模型通常叫做 对象模型或实例模型。 2 u m l 表示法 u m l 表示法定义u m l 符号的表示法，为开发者或开发工具使用这些图形 符号和文本语法为系统建模提供了标准。这些图形符号和文字所表达的是应用 级的模型，在语义上它是u m l 元模型的实例。 客观世界是一个复杂的系统，需要从不同的角度来考察，才能真正理解这 个系统。为了能支持从不同角度来考察系统，标准建模语言u m l 定义了下列5 类、共9 种模型图： 第一类是用例图，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。 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。 第三类是行为 虱( 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，包括状态图、活动图。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。在实际应用当 中并不需要为所有的类画状态图，应仅为那些有多个状态其行为受外界环境的 8 武汉理工大学硕士学位论文 影响并且发生改变的类画状态图。而活动图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。 第四类是交 ( 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，包括顺序图 和合作图。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。 第五类是实现r e ( i m p l e m e n t a t i o n d i a g r a m ) ，包括构件图、配置图。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。 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；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。其中在第一步与第二步中所建立的模型都是静态的，包括用例图、类图( 包 含包k 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。其中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、顺序图和合作图等四个图形，是标准 建模语言u m l 的动态建模机制两大类1 4 】。 2 1 1 3u m l 的使用目的l 7 】 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。简单 来说，它的主要目的有： ( 1 ) u m l 易于使用，能够进行可视化建模； ( 2 ) 与具体的实现无关，可应用于任何语言平台和工具平台； ( 3 ) 与具体的过程无关，可应用于任何软件开发的过程； ( 4 ) 简单并且可扩展，具有扩展和专有化机制，便于扩展，无须对核心概念进行 修改； 9 武汉理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 为面向对象的设计与开发中涌现出的高级概念提供支持，强调软件在开发过 程中对架构、框架、模式和组件的重用； ( 6 ) 与最好的软件工程实践经验集成； 有利于面对对象工具的市场成长； 2 1 1 4u m l 的应用领域 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。它适用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的 不同阶段。在需求分析阶段，可以用用例图来捕获用户需求。通过用例建模， 描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统( 用例) 的功能要求。分析阶段主要关 心问题域中的主要概念和机制，需要识别这些类以及它们相互问的关系，并用 u m l 类图来描述。为实现用例，类之间需要协作，这可以用u m l 动态模型来 描述。在分析阶段，只对问题域的对象( 现实世界的概念) 建模，而不考虑定 义软件系统中技术细节的类( 如处理用户接口、数据库、通讯和并行性等问题 的类) 。这些技术细节将在设计阶段引入，因此设计阶段为构造阶段提供更详细 的规格说明1 7 】【n 1 。 编程( 构造) 是一个独立的阶段，其任务是用面向对象编程语言将来自设计 阶段的类转换成实际的代码。在用u m l 建立分析和设计模型时，应尽量避免 考虑把模型转换成某种特定的编程语言。因为在早期阶段，模型仅仅是理解和 分析系统结构的工具，过早考虑编码问题十分不利于建立简单正确的模型。 u m l 模型还可作为测试阶段的依据。系统通常需要经过单元测试、集成测 试、系统测试和验收测试。不同的测试小组使用不同的u m l 图作为测试依据： 单元测试使用类图和类规格说明：集成测试使用部件图和合作图：系统测试使 用用例图来验证系统的行为：验收测试由用户进行，以验证系统测试的结果是 否满足在分析阶段确定的需求【4 】。 2 1 2 静态建模机静态视图 静态建模机制是其他建模的基础。静态建模主用是用来对应用领域中的概 念以及系统实现有关的内部概念建模，它将行为实体描述为离散的模型元素， 但不描述与时间有关的系统行为。静态建模将系统中的行为实体看作是将被类 所指定、拥有并使用的物体，这些实体的动态行为在其他视图中进行描述。 武汉理工丈学硕士学位论文 u m l 的静态建模机制包括用例图( u s ec a s gd i a g r a m ) 、类图( c l a s sd i a g r a m ) 、 对象图( o b j e ad i a g r a m ) 、包( p a c k a g e ) 、构件 ( c o m p o n e n td i a g r a m ) 和配置图 ( d e p l o y m e n td i a g r a m ) 。 1 用例图：u m l 的用例视图就是软件产品外部特性描述的视图。用例视图从用 户的角度而不是从开发者的角度来描述对软件产品的需求，分析产品所需的功 能和动态行为。用例模型描述的是外部执行者( a c t o o 所理解的系统功能。用例 模型用于需求分析阶段，它的建立是系统开发者和用户反复讨论的结果，表明 了开发者和用户对需求规格达成的共识【4 】。 2 类图：用于描述系统中类的静态结构。它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，还包括类的内部结构( 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。通过分析用例 和问题域，就可以得到相关的类，然后再把逻辑上相关的类封装成包。这样可 以很好体现出系统的分层结构。 3 对象图：它是类图的实例，几乎有于类图完全相同的标识。对象图用于显示 类图的多个对象实例，而不是实际的类。一个对象图是一个类图的一个实习。 由于对象存在生命周期，因此对象图只能在系统某一时间存在。 4 包图：由包和包之间的联系构成，它是维护和控制系统总体结构的重要建模 工具。当对大型系统进行建模时，经常需要处理大量的类、接口、组件、节点 和图，这时就有必要将这些元素进行分组，即把那些语义相近并倾向于一起变 化的元素组织起来加入同一个包，这样方便理解和处理整个模型。同时也便于 轻松地控制这些元素的可见性，使一些元素在包外可见，一些元素隐藏在包内。 设计良好的包是高内聚、低耦合的，并且对其内容的访问具有严密的控制。 5 构建图和配置图：构件图和配置图显示系统实现时的一些特性，包括源代码 的静态结构和运行时刻的实现结构。构件图显示软件构件之间的依赖关系。一 般来说，软件构件就是一个实际文件，可以是源代码文件、二进制代码文件和 可执行文件等。可以用来显示编译、链接或执行时构件之间的依赖关系，显示 代码本身的结构。配置图描述系统硬件的物理拓扑结构以及在此结构上执行的 软件。配置图可以显示计算结点的拓扑结构和通信路径、结点上运行的软件构 件、软件构件包含的逻辑单元( 对象、类) 等。常常用于帮助理解分布式系统。 而配置图显示系统运行时刻的结构。 武汉理工大学硕士学位论文 2 1 3u m l 动态建模机动态视图 动态模型描述了系统随时间变化的行为，这些行为是用从静态视图中抽取 的系统的瞬间值的变化来描述的。在u m l 的表现上，动态模型主要建立系统 的交互图和行为图。交互图包括时序图和协作图；行为图则包括状态图和活动 图。 时序图用来显示对象之间的关系，并强调对象之间消息的时间顺序，同时 显示对象之间的交互。协作图主要用来描述通过类对象的生存周期建立模型来 描述对象随时间变化的动态行为。活动图是一种特殊形式的状态机，用于对计 算流程和工作流程建模【4 】o 2 2 软件复用技术 由于信息技术的高速发展，软件的需求增大，功能也日益复杂，但开发软 件的效率和质量的降低导致出现所谓的“软件危机”现象。软件的复杂性和其中包 含的错误已经达到了开发人员无法控制的程度，这便是人们所说的软件危机。 为了解决这个问题，人们提出了软件复用的方法【1 2 】。 2 2 1 软件复用概述 软件复用是指在软件开发活动中，利用已有的、可复用的软件成分来构造 和生成新的软件系统。该软件成分可能是已有的软件成分，也可能是为复用而 专门设计开发的可复用软件成分。可复用软件成分范围比较广泛，包括源代码、 组件、需求分析结果、软件体系结构、设计方案、测试计划以及测试案例等。 软件复用被认为是解决软件危机、提高软件生产率和软件质量、增强软件的开 放性和对外部扰动的适应性的主要途径【”1 1 1 4 1 。如今，软件复用技术已经发展成 为软件工程的一个重要研究领域，人们对软件复用技术和方法进行了广泛、深 入的研究，在复用技术上取得了一定的成果和成功的实践经验。 2 2 2 软件复用的关键技术 系统化软件复用有两个基本问题：必须有可以复用的对象以及复用者需要 知道如何去使用被复用的对象。因此软件复用包括两个相关的过程：面向复用 武汉理工大学硕十学位论文 的开发( d e v e l o p m e n t f o r r e u s e ) 和使用复用进行开发( d e v e l o p m e n t w i t hr e u s e ) 1 1 5 1 。面向复用的开发生成可复用的软件资产，包括软件组件、需求规范以及开 发文档，即可复用的对象。这一生成可复用对象的过程可以是软件生产者从已 经存在的应用系统中提取，也可以是由软件生产者重新进行设计开发。使用复 用进行开发是利用已存在的可复用对象进行应用系统的开发。实现系统化软件 复用的关键技术主要包括：面向对象技术、软件组件技术、领域工程、应用工 程、软件体系结构、设计模式、软件再工程、开放系统、软件过程、c a s e 技术 以及各种非技术因素掣”】【1 6 1 。 2 2 3 软件复用的信息系统开发模型 2 2 3 1 快速原型法 原型法的核心是原型。原型是系统的早期可运行版本，随着用户或开发者 对系统理解的加深，原型不断地得到补充和细化。所谓原型，是指一个用于实 验的、结构简单但已具备系统的基本功能的应用软件系统设计人员不是在间接 地完善概念性的信息系统，而是与用户合作，直接在运行中不断修改一个尚不 够成熟的系统原型，通过反复试验、评价与修改，最终开发出符合用户要求的 管理信息系统i ”l 。 快速原型法的开发过程体现了不断迭代的快速修改过程，是一种动态定义 技术。系统的定义是在逐步发现的过程中进行的，这就是快速原型法的基本出 发点。快速原型法的最大优点是能够大大减少软件系统的后期维护费用，使系 统功能正确反映用户的需求。原型本身及这种方法的不足之处在于，如果原型 本身功能设置不齐全、性能不好，会导致原型的设计和使用超出预期的花费和 时间：另一个关键不足是原型法需要一个合适的软件开发环境，以便原型能直 接转换成现实的系统。 与“自底向上”和“自顶向下”方法相比，快速原型法虽然具有很明显的优越 性，但因其依赖于快速开发工具的支持，对系统开发者提出了更高的要求【1 2 1 。 2 2 3 2 面向对象开发方法 面向对象方法将客观世界( 即问题域) 看成是由一些相互联系的事物( 即对象) 组成。每个对象都有自己的特征和状态，不同对象间的相互作用和相互联系构 成了完整的客观世界。问题域由对象和对象间的联系来描述，它把数据及相关 武汉理工大学硕士学位论文 的方法封装在一起构成对象，以对象和数据结构为中心来构造系统。由于采用 将数据和功能封装的原则，面向对象方法对需求变化有较强的适应能力，也使 开发的系统容易复用【1 8 1 1 1 9 1 。但是面向对象的程序设计方法也存在以下的局限性 【1 2 1 ( 1 ) 面向对象的程序设计方法在处理大型软件系统时，它的粒度粗细难以有效控 制。 ( 2 ) 对象之间的继承性可能造成系统的级联影响，即父类的改动会引起相应的子 类的性质的自动变化。 2 2 3 3 基于软件复用的领域开发模型 在面向对象的开发方法中，问题域由对象和对象间的联系来描述，它把数 据及相关的方法封装在一起构成对象，以对象和数据结构为中心来构造系统。 面向对象的程序设计方法也存在两个不足：一是面向对象的程序设计方法在处 理大型软件系统时，它的粒度粗细难以有效控制：二是对象之间的继承性可能 造成系统的级联影响，即父类的改动会引起相应的子类的性质的自动变化。 借鉴领域工程、应用工程、构件化开发的思想，结合演化模型开发方法与 面向对象开发方法的优势，信息系统开发模型可采用一种较为普遍的模型，该 模型涵盖了需求复用、设计复用以及组件复用三个层次。其实现过程如图2 2 所示。 鞭域专家 镁域用户 已存在藉隶 图2 2 基于软件复用的领域开发模型 基于软件复用的开发模式由原型系统开发与应用系统开发两部分组成，分 为软件复用、设计复用和组件复用三个层次。系统开发分为一下三个阶段： ( 1 ) 领域可复用需求：根据领域专兼、领域用户的共同参与，结合领域内已存在 系统的领域定义，进行领域需求分析活动，获得领域内可复用需求并将可复用 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 需求存入领域可复用需求库中。复用的优点：一致性和熟悉。软件中的模式将 变得一致，导致更好的可维护性。确保去建立一组复用“设计规则”，使得这些 好处能够达到【2 1 】。 ( 2 ) 领域可复用设计：根据领域需求分析的结果进行软件的系统设计活动，包括 特定领域软件体系结构，获取领域内可复用设计成分。 ( 3 ) 领域可复用构件：这一阶段的目的是进行领域组件的开发，包括组件设计、 编码以及测试等活动，得到领域可复用的组件，并存入领域可复用组件库中。 根据以上几个阶段获取的领域需求、系统设计与领域组件最终完成原型系 统的实现。原型系统的开发过程不仅可以获取领域需求、设计以及组建等可复 用的软件成分，而且还可以为应用系统的开发提供数据、功能和实现的支持， 是面向复用的过程。 2 2 4 本系统软件复用应用简介 从软件工程角度来看，软件重用发生在构造新系统的过程中，使用软件复 用不仅可以提高软件开发生产率，减少开发时间和开发费用，降低系统的维护 难度和工作量，也可以大大提高系统的可靠性。 本系统采用p o w e r b u i i d e r 编程工具，它是一个灵活的面向对象的开发工具， 构成p o w e r b u i l d e r 应用程序的窗口、控件及事务对象等部件实际都是 p o w e r b u i l d e r 的对象，对它们编程也符合面向对象程序设计的要求。同时 p o w e r b u i l d e r 也支持对象的继承和用户自定义对象，利用这一特点，我们可以 先定义和设计一组具有抽象功能的基本对象，这些对象包括窗体、控件、不可 见用户对象以及一些通用过程和应用逻辑等，然后将它们保存在一个或多个类 库中。这些类库将作为以后程序设计中软件复用的基础，我们称它们为基类库。 在以后的编程过程中，可以通过继承的方式，从基类库中生成子类，然后再对 予类进行扩充和重载，以满足实际需要。同时在程序设计过程中，也需要不