（计算机软件与理论专业论文）基于软件复用的领域业务模型演化.pdf

河海大学硕士学位论文摘要 摘要 建立领域业务模型的主要目的是满足单位或组织根据业务需求的变化，不断 进行流程的分析、优化、重组和再造的需要，并为业务应用需求的描述、信息资 源的规划与共享提供基本依据与表述方法。领域业务需求变化要求业务模型不仅 要能够对实际业务需求的变化产生响应与支持，而且还要支持对变化响应进行验 证，使其能在具体业务规则的约束下正确演化。针对上述需求，本文参照软件复 用的思想、运用u m l 技术，对特定领域业务流程建模及演化方法进行了系统的 研究，主要内容如下： 1 、在总结国内外软件复用、业务建模和模型演化的理论、方法和研究成果 的基础上，提出了一种基于软件复用的业务建模、演化框架，分析了框架中主 要组成部分。在这种框架之下，又进一步提出了一种特定领域业务建模方法 m b m s d ( m e m o d o fb u s i n e s sm o d e l i n gi ns p e c i 6 cd o m a i n ) 。阐述了m b m s d 各种 视图的构成要素及其语义、图形化表示等。随后，说明了在m b m s d 中，业务 模型元素的构件化描述。 2 、提出了一种基于c p 网的业务模型资源共享、活动互斥等冲突的验证方 法。同时，提出了一种基于m b m s d 的业务模型演化步骤，并分析了主要演化 环节及核心算法。该步骤将预演化后的业务模型映射为c p 网，并按p e t r i 网理 论与方法对其可达性进行验证，根据验证结果进一步推断预演化后业务模型是否 存在资源共享、活动互斥等冲突，以保障业务模型演化的正确性，并为建立支持 演化的计算机辅助领域业务流程设计系统奠定了基础。 3 、系统阐述了支持图形化操作的领域业务建模系统( s b m s d ，s y s t e mo f b u s i n e s sm o d e l i n gi ns p e c i f i cd o m a i n ) 的软件设计，并开发实现了其原型实验系 统，验证了本文所提出的建模与演化方法的可实用性。 【关键词】业务模型；软件复用；图形化建模；业务模型演化 河海大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t t h em a i np u i p o s e so fe s t l b l i s h i n gt h eb u s i n e s s m o d e li ns p e c i f i cd o m a i na i et o m e e tc h a n g e so fb u s i n e s su n i t so ro r g a n i z a t i o n sa c c o r d i n gt ob u s i i l e s sd e m a n d s ，t o r e a l i z et h e o n g o i n gp r o c e s s o f a n a l y s i s ，o p t i m i z a t i o n ，r e o r g a l l i z a t i o n a i l d r e c o n s t r u c t i o 巩a n dt og i v et h eb a s i cf o m l u l a t i o na i l dt 1 1 ee x p r e s s i v em e t h o df o rm e d e s c r i p t i o no fn e e d so fb u s i n e s sa p p l i c a t i o n s ，a n dt h ep l a n n i n ga n ds h 撕n go f i n f o 咖a t i o nr e s o u r c e s a c c o r d i n gt 0c h a i l g e so fb u s i n e s s sn e e d si nt h ef i e l d ，b u s i n e s s m o d e ls h o u l dn o to n l yb ea b l et or e s p o n s ea n ds u p p o nc h a i l g e si nt h ea c t u a l b u s i n e s s sn e e d s ，b u ta l s ot os u p p o r tt h ev e r i f i c a t i o no ft l l i sr e s p o n s eo fm ec h a n g e s ， t oe n a b l et 1 1 eb u s i n e s sm o d e lt oe v o l v ec o r r e c t l yi nt h es p e c i f i cb u s i n e s s1 1 j l e s t o a d d r e s st h ea b o v ed e m a n d ，t h i sp a p e rs t u d i e ds y s t e m a t i c a l l vt 1 1 eb u s i n e s sp r o c e s s r n 【o d e l i n g 毅l dt h ei r l e 让l o do fm o d e le v o l u t i o nr e f e r i n gt om ei d e ao fs o r w 砌er e u s e ， u s i n go fu m l i nt h i sp a p e r ，t h ef o l l o 、) r i n gk e ye l e m e n t s ： 1 o nt h eb a s i so fs u m m i n gu pag r e a tm a l l yo ft h et h e o r i e s ，m e t h o d s ，锄dr e s e a r c h r e s u l t so fs o m a r er e u s e ，b u s i n e s sm o d e l i n 2 甜l dm o d e le v o l u t i o ni nt l l ed o m e s t i ca 1 1 d f o r e i g n ，t l l i sp a p e ri n t r o d u c e dab u s i n e s sm o d e l i n gf r a m e w o r kb a s e do ns o m v a r e r e u s e ，a r l da 1 1 a l y s e dt h em a i nc o m p o n e m si nt h i sf r a m e i i lt l l i sf 锄e 、o r k ，a u l d 允砒e r p u tf o r w a r dam e t h o do fb u s i n e s sm o d e l i n gi ns p e c i f i ca r e as _ m b m s d ( m e t h o do f b u s i n e s s 】o d e l i n gi ns p e c i n cd o m a i n ) a tt m ss 锄et i m e ，t l l i sp a p e re x p o u n d e dt l l e e l e m e n t s ，t h e i rs e m a n t i c s ，锄dt h e i rg 】陋p l l i c a le x p r e s s i o no fn l ev a n o u sv i e 、v si nm e m b m s d s u b s e q 鹏n t l y ，m i sp a p e re x p l a i n e dt h ec o m p o n e n td e s 嘶p t i o no fe l e m e n t s i nm eb u s i n e s sm o d e lo fm b m s d 2 i i lt h i sp a p e r ，av e r i f i c a t i o nm e t h o db a s e do nc pn e tf o rt h ec o n f l i c te x i s t e n c e o fr e s o u r c es h 撕n ga 1 1 dm u n l a l l ya c t i v i t i e sw 硒 c r e a t e d a tt h es 锄et i m e ，i t i n 们d u c e dt h ee v o l u t i o ns t e p so f b u s i n e s sm o d e l b a s e do nm b m s d ，a i l da n a l y s e da e v o l u t i o np r o c e s s 龇l dt i l ec o r ea l g o r i t h m so fb u s i l l e s sm o d e l s b ys t u d y i n gt h e c h 牡a c t 嘶s t i c so fc pn e t ，“sp 印e rg i v e dt h em 印p i n gm l e s ，p r o c e d u r e sa n ds t e p s f 硒mt h eb u s i n e s sm o d e lt 0t l ec pn e t ，w l l i c hm a d ei tp o s s i b l et h a tm a k i n gu s eo f m a t l 盯e ：t h e o r i e so fp e t r in e tv e r i f i e dt h er e a c h a b i l i t vo ft 1 1 i sc pn e t a n df h r t h e r i i l j 眙r r e dt h ec o n n i c te x i s t e n c eo fr e s o 切陀es h a r i n ga n dm u t u a n ya c t i v i t i e si n p r e e v o l u t i o nb u s i n e s sm o d e l s s o ，i tp r o t e c t e dt h ec o r r e c t l l e s so ft l l ee v o l u t i o ni nm e b u s i n e s sm o d e l s ，a i l de s t a b l i s h e dt h ef o u n d a t i o no fc r e a t i n gc o m p u t e r - a i d e dd e s i g n s y s t e mo fb u s i n e s sp r o c e s s e ss u p p o r t i n gt h ee v o l u t i o n 3 t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f m e 铲印h i c a ls y s t e m o f b u s i n e s s m o d e l i n g s b m s d ( s y s t e m o fb u s i n e s s m o d e l i n g i n s p e c i f i c d o m a i n ) a n dd e v e l o p e da n dr e a l i z e di t sp r o t o t y p es y s t e m a tt h es a m et i m e ，i t v e r i f i e dt h ep r a c t i c a l i t yo ft h em e t h o do fm o d e l i n ga n de v o l l l t i o ni nt h i sp a p e r 【k e y w o r d s 】b u s i n e s sm o d e l ；s o f e ，a r er e u s e ；g r a p h i c a l l ym o d e l i n g ； b u s i n e s sm o d e le v o l u t i o n 学位论文独创性声明： 本人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。与我一同工 作的同事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。如不实，本人负全部责任。 论文作者 ( 签名) ：二雄 2 。8年歹月 衫日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 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。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河 海大学研究生院办理。 论文作者 ( 签名) ：弓皓 2 。8年多月 ? 乡日 河海人学顾十学位论文第一章绪论 1 1 问题的提出 第一章绪论 本论文的研究工作是教育部科学技术研究重点项目基于本体的水利领域软 件体系结构基础研究及建模分析( 项目编号：1 0 7 0 5 6 ) 的有机组成部分。 领域业务模型的建立不仅给特定领域的机构、企业带来了前所未有的机遇和 手段来整合业务、保持优势，而且改变了机构、企业的运营方式并促使它们不断 进行组织、业务过程等方面的重组或重构【l 】。事实上，在2 1 世纪，一个企业、组 织或机构最有价值的特点就是它在运行过程中，能够适应动态变化的外部环境 【2 1 ，由此而来的业务流程动态变化急需业务模型的可正确演化来支撑，并成为软 件领域研究的热点之一。 在业务建模领域，有许多不同的理论、方法去对实际业务进行构建、描述和 改进。但却没有一个统一的标准、统一的方法来实现这个目标，大多数的文献都 集中于怎样描述一个业务而不是去定义一种良好的方法或技术进行特定领域的 业务建模。 同时，业务流程的动态变化的客观性是导致业务领域信息系统不断变化的主 要原因。正如b e r s o f r 在“软件配置管理生命周期模型的冲击 一文中所述：不 管在系统生命周期的什么地方，系统都将会发生变化，并且对变化的希望将持续 于整个生命周期中【3 】。 对业务流程动态变化的软件实现的研究，重点是研究特定领域的业务模型及 其演化。就业务模型演化的动因而言，主要体现在两个方面：领域业务建模技术 的变化及领域业务需求的变化。 随着领域业务建模理论与技术的发展，各种新的建模框架和体系不断出现， 同时还出现了一些针对不同领域的业务建模方法，以适应不断更新的软硬件运行 环境、业务流程环境。在软件工程领域，新的方法学、技术、标准、开发工具( c a s e 工具) 、开发平台层出不穷；而w 曲技术、i n t e m e t 和i n t r a n e t 的迅速普及还为 企业间业务流程的集成提供了有效的技术支持。这些发展或多或少都会导致业务 模型的不断改进。 河海大学硕上学位论文 第一章绪论 更为重要的是，领域业务流程的不断变化，要求领域业务模型能够及时响应 并有效地支持和表示这些变化。现代机构、企业需要具有快速重构的能力，以支 持机构、企业持续进行的管理创新与流程重组优化，实现利润最大化和提高竞争 力【4 】。业务建模和分析技术可能的发展趋势之一便是加强模型的分析功能，通过 系统化的仿真分析对所建立的企业模型进行功能、组织和过程的优化【5 】。近年来， 业务模型和建模( 产生模型的一系列活动) 已经受到了越来越多的关注【6 j 。为了使 业务模型具有高灵活性和低风险性，既可适应企业、组织在经营过程中进行业务 流程快速重组的要求，又要尽量避免或减少传统上b p r ( b u s i n e s sp r o c e s s r e e n g i n e e r i n g ，企业经营过程重构) 的高风险，依托计算机技术进行业务建模的 理论、技术、方法和应用工具等方面的研究，通过业务模型的演化与软件实现来 支撑业务需求的改变，是领域业务建模研究的重点。 综上所述，面对社会和技术环境快速变化带来的各种的挑战，如何应对成为 特定领域业务建模的重大问题之一。为解决这一重大问题，本文研究了“基于软 件复用的领域业务模型演化( b u s i n e s s m o d e le v o l u t i o ni ns p e c i f i cd o m a i nb a s e d o ns o r 、聊er e u s e ) ，就是要运用软件复用的思想、技术，通过特定领域业务建 模方法，来实现领域业务模型建立、演化( 变化) 可以最大程度地复用已有的模型 元素，而不是一切都重新开始。同时，研究了从软件系统的角度去设计领域业务 建模方法，以实现其建立的业务模型不仅能够全面描述领域内企业、机构本身的 情况，而且便于它们中公共元素的整合、利用，为以后的软件系统设计奠定基础。 最后，研究了对业务模型进行资源共享、活动互斥等冲突验证的方法。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 业务建模方法研究现状 对于现有的业务建模方法和技术，大致体现在六种模型当中，每种模型来源 于从不同的角度来观察和分析的实际系统。 1 产品模型( 方法) 此模型主要是从产品类型和产品结构等信息或产品和其它企业要素之间的 关系方面来描述系统。 2 河海大学硕j ：学位论文 第一章绪论 2 功能模型( 方法) 此模型主要是从企业的各个功能模块之间的关系角度来观察整个系统。如， c i m o s a ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g o p e r u l e s ss y s t e ma r c h i t e c t u r e ) 方 法【7 】，和g r a i ( g r a p hw i t hr e s u l t sa n da c t i v i t i e s ，i n t e e l a t e d ) 方法【9 1 ，i d e f o 方法【8 】o 3 信息模型( 方法) 此模型主要是从信息的角度来观察整个系统。这里的信息是用于存储、维护、 处理与企业所有相关的信息。如，实体关系模型( e n t i t yr e l a t i o nm o d e l ，e l w ) 方法和i d e f l 方法。 4 组织模型( 方法) 此模型是从企业的组织结构和配置情况角度来分析整个系统，描述企业各种 组织对象之间的关系，为过程模型提供组织约束和人力支持。如，r a d ( r o l e a c t i v i t yd i a 伊锄) 方法【l o 】和基于通信的工作流( c o m m u n i c a t i o n - b a s e d 、v o r k n o w ) 方法。 5 资源模型( 方法) 此模型是从资源的结构和行为角度来分析整个系统，这些资源有产品、文档 和机器。资源模型中的资源主要是用于过程模型中的资源。如，s a d t ( s t l l j c 眦d a j l a l y s i sa n dd e s i g nt e c t u l o l o g y ，s a d t ) 方法、i d e f 0 方法、i d e f 3 方法等。 6 过程模型( 方法) 此模型主要是从企业的业务过程、产品开发的过程和制造过程中各种活动及 它们之间的逻辑关系角度来分析系统。如c p m ( c r i t i c a lp a mm e t h o d ) 与 p e r t ( p r o g r 锄e v a l u a t i o na n dr e v i e wt e c h n i q u e ) 计划评审方法1 1 ，1 2 1 、i d e f 3 方法、 p e t r i 网方法、c i m f l o w 工作流建模方法。 目前，业内普遍认为模型是现实世界中的某些事物的一种抽象表示。模型既 反映事物的原型，又不等于该原型【1 3 】。换言之，模型是实际系统的抽象及简化表 示，是从现实中抽取并用于特定研究目的的本质特征。 业务模型的主要应用目标是帮助特定领域企业或组织充分了解自身的特点 与不足，不断进行流程的分析、优化、重组和再造。因此，其关注的是企业或组 织内部业务流程的抽象描述，故业务模型一般又称为业务过程模型或过程模型。 河海人学硕上学位论文第一章绪论 在建立业务过程模型时，由于其应用目标的不同，对从现实中抽取业务过程 的本质特征的角度和认识也不尽相同，从而导致业务流程模型内涵和建模技术的 多样化。 一种看法是业务过程模型是业务过程的简化描述，是一种典型的用于描述、 展现业务过程信息的工具【1 4 1 。 相当一部分学者认为，过程模型以一定的事件、活动次序去描绘实际系统， 且在过程模型中，有着明确输入、输出的活动是按特定的顺序组织的，而业务过 程的输出有可能是一种产品，也可能是某种服务。在业务过程中的每一个活动， 都将输入转化为附加了一些价值的输出，去供给相应的顾客，这就是业务流程的 本质特征【1 5 】【1 8 】。 也有将业务流程分为物资过程、信息过程和业务过程，并可以分别建立物资 模型、信息模型和过程模型的做法。这里的信息模型包括实体关系模型和面向对 象模型，物资模型包括数据流和过程模型，而过程模型则被看成是类似于带有相 互作用的工作流的网络【1 6 】【17 1 。 一般地，业务模型可以认为是对企业内部组织及其业务流程的抽象描述，它 包含组织结构、资源、业务过程、业务信息等组成部分。 当前，业务建模方法按其特点主要可以分为结构化建模和面向对象建模两 类。结构化建模技术的着眼点是面向过程的。系统被分解为若干个过程，每个过 程还可以继续分解，比如，c i m o s a 方法、i d e f 方法、a 砒s 体系结构等都属于 这一类。而面向对象技术是采用对象的观点，在系统设计中，初始元素是对象， 随着不断的分析，将具有共同属性的对象归纳为类，然后组织类之间的层次关系， 构造出系统所需的类库。较为广泛使用的是基于u m l 的方法。 一方面，业务模型是一种规范化、图形化的系统，各组成要素之间是相互联 系、相互制约的。这就导致了业务模型本身的复杂性，导致了业务建模是一个不 断深化、不断改进的过程；另一方面，由于业务模型的流程复杂性等原因很难找 到一种有效的算法对业务模型进行分析与验证。这些问题都需要有一种有效的数 学化建模方法，用数学模型的方法加以解决。就目前情况而言，这还是一个需要 进一步加强的环节。 依据文献【1 9 ，p e t r i 网已经广泛用于制造系统的建模和分析，并且p e t r i 网有 4 河海大学硕卜学位论文 第一章绪论 以下优点： 1 它能够很好地地展示过程的同步、活动的协作、存在的冲突、资源的共享 等； 2 通过选择合适的建模层次，能够充分显示系统的基本特性。p e t r i 网提供了 自顶向下或自底向上的方法去构建模型； 3 作为图形化工具，p e t r i 网提供了可视的交流途径，增强了设计者和客户之 间的沟通，同时避免了复杂的规范和模糊的文字说明； 4 作为一种数学工具，p e t r i 网通过运用代数方程式等方法，使形式化地分析 模型成为可能。 文献 2 0 】中指出，一个库所变迁网( p l a c e - t r a n s i t i o nn e t ，p t - n e t ) 可以有其标识 函数、关联矩阵和状态方程等，并在此基础上用数学的方法去分析p e t r i 网的性 质。 因此，利用p e t r i 网方法对业务流程进行建模及分析逐渐被重视。p e t r i 网 理论起源于1 9 6 2 年。当时，联邦德国的c 砌a d 锄p e t r i 在他的博士论文用自动 机通信中首次使用网状结构模拟通信系统，这种系统模型后来以p e t r i 网为名流 传。近5 0 年来，p e t r i 网理论已经形成为一门系统的、独立的学科分支，而且p e t r i 网在计算机科学技术，机械设计与制造，以及其他许多科学技术领域，都得到广 泛的应用。它是描述具有分布、并发、异步特征的动态系统的有效工具；同时， 它还适合于描述系统中的资源约束。 p e t r i 网是一种可用图形表示的组合模型，具有直观、易懂和易用的优点， 对描述和分析并发现象有独到的优越之处。同时，p e t r i 网又是严格定义的数学 对象，借助于数学开发的p e t r i 网分析方法和技术即可用于静态的结构分析，又 可用于动态的行为分析。基于p e t r i 网的建模技术可用于模拟带有并发性、异步 性、分布式、非确定性、并行性等特性的系统，已成为目前最有前途的建模工具。 随着对p e t r i 网研究的深入，它的高级变种( 着色网【2 l 】、赋时网【2 2 1 、层次网、 对象网等) 能描述和分析复杂的过程【2 3 1 。因此，利用p e 硒网变种( 高级p e t r i 网) 来建 模也是业务模型研究的一个热点。通常库所表示活动，而变迁则表示活动间的转 移。但也有用变迁来表示活动，库所表示活动使能条件的做法。如牛军钰等人【2 4 】 采用基于p e t r i 网技术的功能网( f u n c t i o nn e t ) 构造工作流过程模型，可通过该模型 河海大学硕士学位论文 第一章绪论 形式化来验证其逻辑j 下确性及完整性。由于各种理论都有自己的适用范围，因此 针对特定领域业务流程具体情况结合使用多种建模理论是目前业务建模常采用 的技术方案。 当前流行的业务建模技术由于自身的特点和局限性，无法很好地完成从业务 系统建模、分析到验证的全部任务。改进和扩展这类建模技术，将软件复用思想 与p e t r i 网建模技术结合在一起，综合各自的优势，彼此互相克服存在的主要缺 陷，是解决特定领域大规模业务流程建模问题的有效途径。 1 2 2 业务模型演化研究现状 2 0 世纪6 0 、7 0 年代以来，全球一体化进程的加剧使企业、组织的经营环境和 运作方式发生了很大的变化，市场竞争日益激烈，企业、组织临着严峻挑战。在 这种情况下，许多学者认识到，必须对现有的企业管理观念、组织原则、业务流 程和工作方法进行彻底的变革，做一次伤筋动骨的大手术，才能帮助众多的企业 迅速获得再生。因此，迈克尔哈默( m i e h a e lh a m m e r ) 和詹姆斯钱皮( j a m e s c h a m p y ) 合著了再造企业( r e e n g i n e e r i n gt h ec o 叩o r a t i o n ) 一书。他们在书中提 出，应在新的企业、组织运行空间条件下，改造原来的工作流程，以使企业、组 织更适应未来的生存发展空间。这一全新的思想震动了管理学界，一时间“企业 再造”、“流程再造”成为谈论的热门话题。哈默和钱皮强调流程再造就是要打破 原有分工理论的束缚，重新树立“以流程为导向 的思想。企业再造直接针对的 就是被割裂得支离破碎的业务流程，其目的就是要重建完整和高效率的新流程。 至此，流程再造( b p r ，b u s i n e sp r o e e s sr e e n 百n e e 咖g ) 理论己初具雏形。 到了8 0 年代中后期，许多美国和欧洲的大企业发现即使这种连续的改善，对 满足企业应对市场变化的要求仍然是不够的。信息技术的飞速发展，为流程的彻 底改善提供了新的技术手段。因而，产生了“价值链 的概念，产生了“为制造 而设计”、“并行工程”等思想。这些思想的共同点在于将关注的焦点由流程的某 一职能扩展到跨职能的流程，以信息技术为手段，以组织调整为切入点，追求流 程业绩的巨大改善。这与b p r 的本质特性是一致的，而且，b p r 把这些思想推广 应用到制造型企业外的各行各业，在企业中推广到整个企业的所有流程。 但是，毕竟企业或组织不能天天进行b p r ，更多的情况下，演化才是主题。 6 河海人学硕上学位论文 第一章绪论 很多数据、统计都显示了进行b p r 存在高失败率。于是，流程改善或者叫流程演 化与之同时发展起来。特别是2 0 世纪7 0 年代的全面质量管理( t q m ) 更强调流程思 考和流程改善，把流程改善和流程思考的思想在更广泛的企业管理范围内加以运 用，逐步推进了业务流程演化的研究。目前，通过支持演化的业务建模来研究和 实施业务流程的演化，是一条可行的途径。但研究与应用均还很不充分。 1 3 论文选题与主要研究内容 领域业务模型主要作用之一是描述领域内企业、机构情况，其可演化性也是 以相应的业务模型为基础。 在充分分析业务建模方法与技术发展现状的基础上，本文选择了针对特定领 域的业务演化需求，依托软件复用的方法体系，集成多种建模技术的优点，探索 建立一种适合领域业务流程设计分析与演化的方法体系与辅助工具软件系统为 研究对象，不但符合业务流程设计发展的总体趋势，而且可在实际的领域中得到 应用，并具有集成创新的特色。 根据选题，论文的主要研究内容如下： 1 在讨论软件复用、业务模型演化基本概念的基础上，分析和总结当前业务 建模的主流方法，主要包括c i m o s a 方法、a 对s 方法、i d e f 方法和u m l 方法等。 为建立支持复用、可演化的领域业务模型的方法奠定理论与技术基础。 2 结合特定领域业务特点，依照软件复用的思想，以e r i k s s o n p e n k e r 的u m l 扩展业务模型技术为基础，研究提出基于软件复用的业务建模、演化框架。并在 此框架下，进一步提出特定领域业务模型建模方法一m b m s d ( m e t h o do f b u s i n e s s m o d e l i n gi ns p e c i f i cd o m a i n ) 。随后，研究了对其中业务模型元素构件化的描述。 同时，提出了一种基于m b m s d 的业务模型演化步骤，并分析了主要演化环节。 3 研究了基于c p 网的业务模型资源共享、活动互斥等冲突的验证方法。 4 设计s b m s d ( s y s t e mo f b u s i n e s sm o d e l i n gi ns p e c i f i cd o m a i n ) ，即特定领 域业务建模系统，该系统应包括图形建模模块、业务规则管理模块、业务模型管 理模块和模型动态检验模块，从而支持业务流程设计、验证等工作的计算机自动 化过程。 7 河海人学硕士学位论文第一章绪论 1 4 论文的结构和章节安排 论文共分为六章。 第一章，绪论。从特定领域业务建模发展面临的问题出发，阐述特定领域业 务模型研究的目的和意义；讨论了论文研究问题的研究现状和主要内容等。 第二章，软件复用与业务模型演化。阐述软件构件技术、业务模型演化等基 本概念，并分析、说明了软件复用与业务模型演化的关系，用以支撑下文的论述。 第三章，基于软件复用的业务建模、演化。依照软件复用的思想，结合特定 领域业务特点，提出了一种基于软件复用的业务建模、演化框架，分析了框架中 主要组成部分。在这种框架之下，又进一步提出了一种特定领域业务建模方法 m b m s d ( m e t h o do f b u s i n e s sm o d e l i n gi ns p e c i f i cd o m a i n ) 。随后，分析了其建立 的业务模型中元素的构件化描述形式。最后，提出了一种基于m b m s d 的业务模 型演化步骤，并分析了主要演化环节。并对业务模型演化进行了分类；并且给出 了模型演化的核心算法。 第四章，基于c p 网的业务模型验证。提出了一种采用c p 网对业务模型中资 源共享、活动互斥等方面冲突的验证方法，分析了此方法的主要环节。同时，给 出了业务模型验证的具体示例。 第五章，s b m s d 的设计与原型。为实现运用计算机进行业务流程图形化的 辅助建模，设计了s b m s d ( s y s t e mo f b u s i n e s sm o d e l i n gi ns p e c i f i cd o m a i n ) ，并 给出利用计算机实现模型冲突自动验证的解决方案，构造了原型系统。 第六章，研究结论与展望。对全文进行总结，并对进一步的研究工作进行展 望。 8 河海大学硕卜学位论文第二章软件复用和业务模型演化 第二章软件复用和业务模型演化 2 1 软件构件技术 2 1 1 构件的定义 关于软件构件的定义没有一个统一的标准，许多学者从各自不同的角度给出 相应的定义。 1 9 9 8 年，i a n g r a l l 锄给出的构件定义如下：构件( c o m p o n e n t ) ) 是指一个对象 ( 接口规范、或二进制代码) ，它被用于复用，接口被明确定义。构件作为一个逻 辑紧密的程序代码包形式出现的，有着良好的程序接口。开发商可以通过组装己 有的构件开发新的系统，从而达到软件复用的目的【2 5 1 。 卡内基梅隆大学软件工程研究所的b a t c h m a n 等人给出的定义是，可在物理 或逻辑设备上运行的软件实现。构件遵照某种构件模型，可在不修改构件的前提 下按照构件的组装标准，部署到特定的软件架构中。 北京大学杨芙清等给出的定义2 6 】：构件是指应用系统中可以明确辨识的构 成成分。而可复用构件( r e u s a b l ec o m p o n e n t ) 是指具有相对独立的功能和具有复 用价值的构件。 构件的广义定义是指任何在当前或将来对于开发和维护软件系统的企业和 组织有价值的信息单元【2 7 】。构件可以包括软件工作产品、软件子系统、源代码 构件、专家联系名单、框架、领域分析、设计、文档网、个案分析、经验教训【2 9 】、 研究成果以及有创建的软件工程思想与表达等等【3 0 1 。 文献 3 1 】，概括了可复用构件的一般要求： ( 1 ) 可复用构件应该具有功能上的独立性与完整性。一个可复用构件应该具 有相对独立的完整功能，构件与构件之间的联系应该尽可能少，彼此之间应该具 有较为松散的耦合度，并且构件与构件之间的交互应该通过良好定义的接口进 行。一个功能不完整，与其他构件耦合紧密的构件对于复用是非常不利的。 ( 2 ) 可复用构件应该具有较高的通用性。可复用构件的通用性的高低在很大 程度上决定着它的适用范围。所以在开发构件时，应该尽量提高构件的通用性， 9 i | i j 海大学硕士学位论文第二章软件复用和业务模型演化 使其可以在更多的软件系统的开发中被重复使用。 ( 3 ) 可复用构件应该具有较高的灵活性。可复用构件应该允许构件的用户根 据具体情况对构件进行适当调整，以适应不同用户和环境的具体要求。提供灵活 的构件调整机制，以便于构件的复用和构件适用范围的扩大。 ( 4 ) 可复用构件应该具有严格的质量保证。可复用构件是组装软件系统的“零 部件 ，构件必须有质量保证。在一个可复用构件被使用以前，必须对构件进行 充分的测试，尽可能多地发现并纠f 构件中的错误，同时在复用构件的过程中， 对于潜在的错误要及时加以修改。测试时需要考虑构件在不同的软硬件环境中， 是否健壮和可靠。 2 1 2 构件的分类 构件的分类方法有很多种，从不同的角度可以分为不同的类。其中，有一种 分类方法，是按照自顶向下设计、自底向上组装的思想可将构件分为四类3 2 1 。 系统构件、组织构件、分子构件和原子构件。 1 系统构件和组织构件 系统构件是指系统总体框架构件，类似于微机中的主板。系统构件的开发必 须在一定规范下进行，这种规范类似于硬件中总线的概念，因此可称其为软件总 线。 组织构件是嵌入到系统构件中的子构件，类似于微机主板上的插板。一个或 几个组织构件可完成一个特定的任务。系统构件负责协调各个组织构件的工作， 从而构成整个应用系统。通过系统构件和组织构件这两类构件的合理组装，就可 形成新的应用系统。 2 分子构件和原子构件 分子构件和原子构件是构成系统构件、组织构件的子构件，它们可类比于微 机硬件结构中的集成电路芯片( i c ) 。其中，分子构件是通过原子构件组装而成。 原子构件是最小粒度的构件，它不能通过复用方式构造，一般包括一些最基本的 数据结构以及与相关算法封装在一起的基本类。系统构件和组织构件通过可复用 分子构件、原子构件构造自己，而分子构件和原子构件只能参与系统构件、组织 构件的组装，但不参与最后新的应用系统的组装。 1 0 河海人学硕士学位论文第一二章软件复用和业务模型演化 文献 3 3 】对构件从多个侧面进行了分类： 1 根据构件重用的方式可以分为黑箱构件和白箱构件； 2 根据使用的范围可分为通用构件和专用构件； 3 丰艮据构件粒度的大小，可分为数据结构构件、功能构件和子系统构件； 4 根据功能用途，可分为系统构件、支撑构件和领域构件； 5 根据构件的结构，可分为原子构件和组合构件； 6 根据构件重用的状态，可分为动态构件和静态构件。 2 1 3 构件技术的研究内容 软件构件技术是支持软件复用的核心技术，是近几年来迅速发展并受到高度 重视的一个学科分支。其主要研究内容包括【3 4 】： 1 构件获取。有目的的构件生产和从已有系统中挖掘提取构件； 2 构件模型。研究构件的本质特征及构件间的关系； 3 构件描述语言。以构件模型为基础，解决构件的精确描述、理解及组装问 题： 4 构件分类与检索。研究构件分类策略、组织模式及检索策略，建立构件库 系统，支持构件的有效管理； 5 构件组装。在构件模型的基础上研究构件组装机制，包括源代码级的组装 和基于构件对象互操作性的运行级组装； 6 标准制定。构件模型的标准化和构件库系统的标准化。 2 1 4 构件描述及其模型 目前，构件的范围越来越广泛，包括了分析件、设计件、代码件、测试件等 多种类型。从操作、服务、业务流程、组织架构到界面元素、运算单元，都可以 作为构件。这样，为了使构件使用者能够很容易地理解构件的功能及其属性，对 构件做一个清晰的描述是非常必要的。一般认为描述构件的最简捷途径是构件模 型【3 5 】。 然而，不同的行业所关注的构件模型也不尽相同。学术界更多地关注构 件描述模型，工业界更多地关注构件实现模型。具有代表性的描述模型： 河海大学硕：e 学位论文第二章软件复用和业务模型演化 r e b o o t 、a l o a f ：构件规约模型有：3 c 模型、c d l a d l 模型( 如a c m e 、c 2 、 d a n v i n 、u n i c o n ) ；工业界关注的实现模型：c o i 啦a 、e j b j a v ab e a n 、 c o m d c o m c o m + ；模型过程管理的宏观实现模型：青鸟f l p 模型。下面简要 介绍其中几种模型： 1 i 迮b o o t 模型 i 迮b o o t 模型又被称为刻面模型，它是一个基于刻面的分类模型。它所考虑 的刻面包括依赖、抽象、操作及操作对象，即从刻面刻画构件属性。 2 3 c 模型 构件可以用很多的形式来描述，但是理想的描述是围绕t r a c e 提出的3 c 模型 一概念、内容和语境。这三个方面描述了构件的3 个c 特征。“概念”用于描述构 件的功能。构件的概念，依据它的接口说明以及它所执行操作的语义描述表现出 来，使用者可以从概念描述中了解它的功能。“内容”用来描述构件怎样完成概 念所描述的功能，如算法、结构等，它是概念的细化描述。“语境 或者叫“上 下文”，主要用于描述构件与其他构件的关系，它是构件中最复杂的特征描述。 3 青鸟模型 北京大学青鸟构件模型从三个不同的、相互正交的视角来看待构件，每个具 体的构件都是形态、层次和表示构成的三维空间中的一个点。构件形态被分为类、 类树、框架、设计模式、体系结构5 种；构件层次被分为分析件( 指系统需求规约 和功能规约) 、设计件( 指系统体系结构和设计方案) 、编码件( 由具体程序设计语 言编制的源代码构件) 、测试件( 测试计划和测试案例) 4 个层次；构件的表示与层 次有关，不同层次的构件具有不同的表示媒介和手段，如图形、复合文档、正文、 伪码、编程语言、目标码等。根据上述概念，青鸟构件模型从9 个方面来描述构 件，即概念、操作规约、接口、类型、实现体、构件复合、构件性质、构件注释、 构件语境。青鸟构件模型是一个具有面向对象风格的模型。 2 2 业务模型演化 2 2 1 业务建模技术 一、业务模型内涵 1 2 河海大学硕十学位论文第一二章软件复用和业务模型演化 模型是人们为了研究和解决客观世界中存在的种种问题而对客观现实经过 思维抽象后用文字、图表、符号、关系式以及实体模样描述所认识到的客观对象 的一种简化的表示形式【3 6 】。简单地说，模型就是对实际对象或系统的抽象及简 化表示【3 7 1 。值得注意的是，模型不是客观世界的全部，建模过程中一般会忽略 掉或精简掉一些次要的非本质的元素。一般来说，模型应该包含一个完整的概念 集合、一套相应的表达方法以及必要的规则约束，它们为人们抽象地表达客观对 象提供了一个参考性的框架。 特定领域机构、企业和组织建模就是针对需要解决的问题，从不同方面建立 实际系统的表示方法【3 8 1 。传统的业务建模方法包括了功能模型、信息模型、资 源模型、组织模型等四个主要模型。除此之外，有人还提出了性能模型、控制模 型、过程模型、决策模型和经济模型等3 9 4 0 1 。 一般地，业务模型可以认为是对企业内部组织及其业务流程的抽象