（计算机软件与理论专业论文）肉类食品安全追溯系统领域模型的研究.pdf

摘要 摘要 肉类食品消费安全是关系国计民生、社会安定的国家大事，已经成为全国性 的问题，商务部已经开始部署实旌全国性肉类食品消费安全与追溯体系工作。但 是，由于肉类食品追溯体系的建设是一个复杂的工程，“从源头到餐桌”涉及的环 节众多，要实现肉类食品的质量管理控制，必须对肉类食品供应链进行优化重组， 对肉类食品安全管理进行有效监控，以建立肉类食品供应链追溯体系。 领域模型是指在较高的抽象层次上提取领域需求的共性而建立的需求模型， 其特点是可以涵盖整个领域的共性特征，从而使得需求复用成为可能。在系统分 析过程中，所建立的领域模型能够根据需要进行不同的抽象和精化操作。在需要 对某个对象的细节或内部结构进行详尽分析时，可以展开对这个类的精化分析。 本文通过领域工程方法针对目前国内猪肉食品流通安全追溯应用过程生产、 流通、消费各环节信息进行分析，总结、提取不同系统的共性部分，抽象出领域 分析模型，描述领域中系统之间的共同需求。 在领域分析过程中把特征模型引入到面向对象方法中，通过使用抽象和细制 对领域中不同应用的所有特征进行分类，从而得到关于领域体系结构和可重件的 高层视图 在领域设计中采取超前设计的思想，在基于已有应用系统基础抽象的领域模 型基础上提出了融入物流，信息流，管理流于一体的三流一体体系结构设计方案。 在此基础上确定构件模型方案，并提取相应的构件。 关键词食品安全；追溯系统；软件复用；领域模型：需求模型 a b s t r a c t c o n s u m p t i o ns a f e t yo fm e a tf o o di sr e l a t i v et ot h en a t i o n a la f f a i r so fp e o p l e s d a i l yr o u t i n ea n ds o c i a ls t a b i l i t y , w h i c hh a sb e e nan a t i o n a lp r o b l e m ；t h em i n i s t r yo f c o n h n e k 跫h a si m p l e m e n t e dt h en a t i o n a lc o n s u m p t i o ns a f e t yo fm e a tf o o da n dt h e f o o d st r a c e a b i l i t ys y s t e r n h o w e v e r , t h ec o n s t r u c t i o no ff o o d st r a c e a b i l i t ys y s t e r no f m e a tp r o d u c t si sac o m p l e xp r o j e c t ，b e c a u s et h ea s p e c tt h a t ”f r o mt h es o u r c et ot h e d i n n e rt a b l e ”i n v o l v e di nm a n yl i n k s i no r d e rt oa c h i e v et h i sq u a l i t ym a n a g e m e n t c o n t r o l ，t h es u p p l yc h a i no fm e a tp r o d u c t sm u s tb eo p t i m i z e da n dr e s t r u c t u r e d ，a n d s a f e t ym a n a g e m e n to fm e a tf o o dm u s t b em o n i t o r e de f f e c t i v e l y , i no r d e rt oe s t a b l i s h t r a c e a b i l i t ys u p p l yc h a i ns y s t e mo fm e a tf o o d d o m a i nm o d e lr e f e r st or e q u i r e m e n tm o d e lo nw h i c hc o l t l l n o nn e e d sa r e e x t r a c t e df r o mh i g h e ra n da b s t r a c t e dl e v e l w h i c hi sc h a r a c t e r i z e db yc o v e r i n gt h e e n t i r ef i e l do fc o n l n l o nc h a r a c t e r i s t i e s ，s ot h a tt h ed e m a n df o rr e u s i n gi sp o s s i b l e d u r i n gt h ea n a l y s i so fs y s t e m ，d o m a i nm o d e le s t a b l i s h e dh a st h ef u n c t i o no fd e a l i n g t od i f f e r e n ta b s t r a c t e da n dr e f i n e do p e r a t i o na c c o r d i n gt ot h en e e d 。瞻盈e l lt h ed e t a i l s o ft h ei n t e r n a ls t r u c t u r eo fa no b j e c tn e e dd e t a i l e da n a l y s i s ，r e f i n e da n a l y s i sc a nb e c a r r i e do u t i nt h i sp a p e r , b yt h em e t h o d o l o g yo ft h ed o m a i ne n g i n e e r i n g , i th a sb e e nc a r r i e d o u tt h a ti sad e t a i l e da n a l y s i so fa l ll i n k se x i s t i n gi nb e i j i n gt r a c e a b i l i t ys y s t e mo f p o r l ( ，s u c ha sp r o d u c t i o n ，c i r c u l a t i o na n dc o n s u m p t i o na n ds oo n b a s e do nt h a t a n a l y s i s ，a f t e rs u m m a r ya n de x t r a c to ft h ec o m m o np a r t so fd i f f e r e n ts y s t e m s ，t h e d o m a i n m o d e lw i l lb eo b t a i n e du s i n ga b s t r a c ta n a l y s i s a sar e s u l t , c o m m o nd e m a n d s i nt h ed o m a i nc a nb ef u l l yd e s c r i b e d i np r o c e s so fd o m a i na n a l y s i s ，i n t r o d u c i n gf e a t u r em o d e li n t oo b j e c t - o r i e n t e d m e t h o d s t h ed i f f e r e n te l a s s i f i c a t i o no fa l lt h ec h a r a c t e r i s t i c so fa p p l i c a t i o n si nt h e d o m a i nc a nb ea c c o m p l i s h e dt h r o u g ht h ea b s t r a c ta n dd e t a i l e dt h i n k i n g , a n dt h e n d o m a i na r c h i t e c t u r ea n dh i g h 1 e v e lv i e w st h a tc a nb er e u s e dw o u l db eo b t a i n e d ， c o n s e q u e n t l y u s i n gas u r p a s s i n gt h i n k i n gi nt h ed o m a i nd e s i g n ，b a s e do nt h es i m p l ya b s t r a c t d o m a i n m o d e le x i s t i n gc u r r e n t l yi nc o m p l e t e da p p l i c a t i o ns y s t e m s i th a sb e e np u t f o r w a r dt h a ti sa ni n t e g r a t e da r c h i t e c t u r e c a l l e db r i e f l y ai n t e g r i t yc o m p r i s i n gt h r e e f l o w s ，t h a tc o m p r i s e sl o g i s t i e s ，i n f o r m a t i o nf l o w , a n dm a n a g e m e n tf l o w w i t ha 1 1 a n a l y s e sm e n t i o n e da b o v et h ec o m p o n e n t - m a k i n gs c h e m ew i l lb ep r o p o s e d ，a n dt h e c o r r e s p o n d i n gc o m p o n e n t sw i l lb ee x t r a c t e d k e y w o r d sf o o ds a f e t y ；t r a c e a b i l i t yi t _ f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ；s o f t w a r er e u s e ； d o m a i nm o d e l ；r e q u i r e m e n tm o d e l i i i 独创性声明 本人声明所呈交的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。 躲埠吼盟笪 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、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) 躲群新虢鳓吼一 第l 章绪论 量曼曼曼曼曼曼曼皇皇曼曼皇ii 量皇曼詈曼曼曼曼曼曼曼曼舅舅皇曼曼皇鼍鼍皇曼量量舅曼曼曼曼曼曼曼曼皇皇曼皇皇鼍皇皇皇量寡曼皇曼曼曼曼曼 1 。1 问题的提出 第1 章绪论 进入2 l 世纪，随着入类对风险认识的不断加深、消费者自我保护意识的提 高、食品安全对社会经济发展的影响的扩大，以及世界贸易组织协议所产生的义 务遵从，均使得国家对食品安全管理体系的完善和强化予以了空前的重视。 在这种背景下，有关食品安全的研究和探讨越来越广泛和深入。关于“动物 性食品安全 的定义，很多文献将其界定为动物性食品中不应含有可能损害或威 胁人体健康的因素，不应导致消费者急性或慢性毒害或感染疾病，或产生危及消 费者及其后代健康的隐患。实际上，这些具有不同学科特征的特点被聚集在一起， 从经济学角度来看，它们都反映了消费这些食品后可能对人体产生的“潜在的不 利影响”。 关于食品安全的研究【l - 2 l ，发达国家处于食品安全管理与控制的领先地位。以 动态的眼光来看，发达国家所取得的理论成果和实践经验可以成为发展中国家的 后发优势；但从截面时间来看，发达国家主导食品安全管理与控制的原则和标准 很容易恶化发展中国家在食品领域的贸易条件。近几年我国有关食品与农产品贸 易摩擦事件的不断攀升就是一个证明。 所以，在这次前所未有的食品安全关注热潮中，发展中国家面临着比发达国 家更为艰巨的挑战：最显而易见的问题就是，发展中国家面临着更为错综复杂的 食品安全问题和利益权衡，而他们所掌握的技资源、数据资源等又非常有限。目 前，大多数发展中国家的食品安术资源、资金资源、人力全管理现状被描述为立 法零散、多元管辖、监督和执法工作不力，以及实施过程中的混乱无章、重复工 作和资源浪费。在这种背景下，研究作为发展中国家的我国如何在更为开放的国 际环境中改善食品安全管理、提高有限公共资源的利用效率，是具有重大理论和 现实意义的事情。 为此，本文在总结国内外可追溯系统发展的基础上，借鉴国外经验并结合我 国国情，通过对畜产品可追溯系统的领域研究综述，从技术的应用、实施、经济 的角度研究分析适合我国国情的肉类产品安全生产过程可追溯系统的三流一体 领域模型，使信息在食品供应链成员之间、食品供应链成员和消费者之间能够安 全共享和交流，并达到对肉类工厂化生产的全程信息跟踪监控的目的，从而满足 消费者获得安全肉类产品的需求，提高消费者对肉类产品的安全消费信心。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 国外动物性食品安全管理的许多方面，对完善中国动物性食品安全管理体制 与政策具有重要的借鉴意义，了解其动物性食品安全保证制度的先进管理经验 【3 】。 1 2 1 澳大利亚 澳大利亚食品安全保证制度：澳大利亚动物性食品出口到7 0 多个国家，年 出口收入近5 0 亿澳元，出口量占本国动物性食品总产量的6 0 左右，动物性食 品在全球享有较高的声誉，是全球最主要的动物性食品出口国之一。澳大利亚动 物性牧业的全球竞争力与其动物性食品的国家质量保证制度密切相关。在澳大利 亚，动物性食品生产质量保证制度( q u a l i t ya s s u r a n c e ，q a ) 一直受到政府和产业 界的极大关注( r o dc o x 等，2 0 0 2 ) 。随着消费者对食品安全要求的升级以及国际 竞争环境的改变，澳大利亚在实施动物性食品保证制度的过程中，不断调整和完 善其已极为先进的动物性食品生产质量保证制度体系。 1 2 2 美国 美国的动物性食品安全保证制度：美国畜牧业高度发达，也是资金和技术密 集的产业。2 0 世纪9 0 年代以来，其动物性食品产量占世界产量的比重一直维持 在2 0 左右，2 0 0 0 年肉类产量占世界总产量的1 8 ，其中牛肉占世界总产的2 0 ，猪肉占世界总产的1 4 ，禽肉占世界总产的2 3 ，奶类产量占世界总产的 1 9 ，蛋类产量占世界总产的1 2 ；动物性食品出口已占国内消费量的l o 左 右，其中肉类出口占世界出口的1 5 ，奶类出口占世界出口的3 ，蛋类出口占 世界出口的8 - 9 。牲畜业产值在全美农业产值中所占比重为4 5 左右。美国动 物性食品产量大，竞争力强，多数年份的出口量大于进口量。这与美国大力推进 动物性食品出口，和推进畜牧农场规模化、工业化是分不开的，更与其动物性食 品安全保证制度的实施分不开。 1 2 3 中国 中国动物性食品检测工作起步较晚，在农产品质量安全管理方面法律体系还 很不完善。2 0 世纪8 0 年代以前，中国动物性食品供给长期处于短缺状态，提高 产量是这一阶段的主要任务，对动物性食品的检测技术要求不高，仅限于常规检 测；2 0 世纪8 0 年代以后，随着经济体制的改革，畜牧业生产有了较快的发展， 伴随着产量的提高，国家开始重视动物性食品的检测，但仍然主要以微生物等常 规检测为主。9 0 年代以来，随着畜牧业集约化及产业化的发展，动物性食品的 有毒有害物质的残留问题日益严重，危害人体健康的事件时有发生，动物性食品 安全问题开始纳入日程1 4 。 第l 章绪论 1 3 影响猪肉安全追溯的主要因素 1 3 1 肉类产品供给体系复杂 畜产品供给链包括养殖场、屠宰加工厂、流通渠道、终结产品的贮存方式与 时间等诸多环节【铀】。在流通过程中经营主体之间的交易行为不规范，交易信息 不能真实、准确的被记录，一旦发生紧急事件无法进行有效的责任认定，加大畜 产品风险发生的概率。影响了畜产品质量安全。 1 3 2 肉类生产、流通的产业化程度低 目前部分小型屠宰企业存在着工艺落后、卫生条件差等安全隐患。市民购买 肉类商品的主要渠道是农贸市场，而农贸市场的经营者多数每天只卖1 2 头猪的 零散商户，在市场组织化和销售过程的规范化方面还停留在小生产、小流通的状 态。 1 3 3 传统的行政执法的技术手段及市场监管效果不够明显 传统的防、堵、抓手段对于抑制私屠滥宰、流通环境混乱的效果越来越不明 显。屠宰、流通、消费等社会分工的弱化，使屠宰病猪、售劣质肉等活动更加隐 蔽，加大了执法难度。需要由政策、执法、舆论、技术联动的综合治理机制，利 用信息化技术强化执法力度，保障目前肉类消费安全。 1 3 4 信息服务与群众监督的环境尚不完善 目前的流通方式影响了老百姓在买肉、吃肉时无法获取肉类商品的安全信 息、经营者的信用信息、肉类商品的流转信息，老百姓只能凭眼看、靠手摸来辨 别商品质量。缺乏一种让老百姓看得见的以政府为主导的公共信息服务和发布渠 道。 1 3 5 地方工程与全国性的追溯体系建设缺乏一致 肉类消费安全已经成为全国性的问题，商务部已经开始部署实施全国性肉类 消费安全与追溯体系工作，并且有关部门已经开始制订肉类追溯的行业标准。企 业与地方肉类消费安全与追溯工程应当与全国性工程技术一致，管理标准一致， 追溯流程一致，既满足地方消费特点，又符合构建全国统一追溯体系的要求。 1 4 研究内容与框架 本文研究旨在以提高我国猪肉食品安全的效率为目标。通过对我国当前猪肉 食品安全现状进行领域分析，提出猪肉食品安全流通可追溯体系三流( 物流、信 息流和管理流) 一体化体系结构领域模型。 具体通过以下三部分研究内容得以实现： 北京工业大学工学硕士学位论文 第一部分借鉴国外动物性食品安全管理经验，分析我国动物性食品安全面临 的问题。因为动物性食品污染问题可能给个人、家庭、社区、商业出口和国家带 来严重的社会经济后果。政府要实现动物性食品安全管理与控制的目标，必须首 先了解所面临的动物性食品安全问题是什么，以及如何进行控制和管理，国外发 达国家是如何管理的。 第二部分重点针对目前国内猪肉食品流通安全追溯应用过程生产、流通、消 费各环节信息进行分析，总结、提取不同系统的共性部分，抽象出领域分析模型， 描述领域中系统之间的共同需求。由于分析现有猪肉食品流通追溯应用系统基本 都没有包含三流一体体系结构思想，如果仅按照传统的领域分析方法建立领域模 型就无法实现先进的三流一体体系结构思想，所以在领域分析中本文将采取超前 设计的思想，在基于已有应用系统基础抽象的领域模型基础上融入三流一体体系 结构设计方案。 第三部分在研究分析已有主流构件模型的基础上确定构件模型方案。构件的 设计开发将重点集中在业务构件的提取、设计、开发上，对于组成一个业务构件 基本功能的基础构件采取利用现有可复用资源的办法。由于本课题研究重点集中 在领域模型的抽象和构件的提取、开发上，所以对构建库的检索方法和管理不作 为重点，仅提出构件简单存储、检索的方案，实现构件存储、检索的简单管理。 1 5 本文结构 本文以软件构件技术和领域工程为研究背景，将面向对象的分析和设计领域 工程技术相结合，提出了面向对象的领域分析和领域设计方法，并将这应用于食 品安全领域中。本文结构和成果可以概括为如下几个方面： 1 对国内外食品安全领域进行研究，通过阅读食品安全法规和国外食品安全 保证制度，重点研究目前国内猪肉食品安全现状，获得领域知识。 2 进行基础理论的研究：通过大量阅读科技文献资料，研究基于软件构件的 用的理论基础及相关实现技术，对软件复用、软件构件技术和各种领域工程行了 总结，分析了当前各种领域工程方法中存在的不足。 3 提出面向对象的领域分析与领域设计过程和方法。 ( 1 ) 在分析阶段中，把特征模型引入到面向对象方法中，通过使用抽象和细制 对领域中不同应用的所有特征进行分类，从而得到关于领域体系结构和可重件的 高层视图，它包括功能特征、环境特征和表示特征。 ( 2 ) 在面向对象的方法中引入了解决共性和变化性的处理机制，详细介绍了 域模型的建立步骤和方法，包括领域边界模型、领域特征模型、领域用例模型、 领域对象模型，最终建立领域的软件构架。 ( 3 ) 在设计阶段，主要关注于从分析模型到构件体系结构设计的映射过程， 4 第l 章绪论 来指导构件的产生。将在分析阶段得到的制品领域模型作为设计输入条件，设计 软件体系结构和相应构件。 第2 章研究方法与技术路线 曼皇曼皇量曼鼍i 一a m,ni 量曼曼曼寡皇皇蔓 第2 章研究方法与技术路线 2 1 领域工程及相关概念 领域工程有助于解决可复用信息的识别、组织和利用的问题，有助于产生具 有较高可复用性的构件，而且通过产生体系结构定义了复用的时机和复用的上下 文，对开发者复用构件提供了有力的支持【刀。课题的研究基于领域工程的基本理 论和基本技术，故首先对领域工程进行介绍，阐述领域工程对软件复用的支持， 详细地讨论领域工程的基本技术。 2 1 1 领域工程研究和实施的基本前提 对特定领域的应用系统实施领域工程必须具备一些基本的前提，只有这样， 领域工程的实施才能顺利，才能更具有意义。 ( 1 ) 可复用信息的领域特定性。可复用性不是信息的一种孤立的属性，它依赖 于特定的问题和特定问题的解决方法。即当说某信息具有可复用性，是指当使用 特定的方法解决特定的问题时，它是可复用的【8 】。基于这一基本认识，在识别、 获取和表示可复用信息时，应采用面向领域的策略。 ( 2 ) 问题领域的内聚性和稳定性。关于现实世界问题领域的解决方法的知识 是充分内聚和稳定的，这才能使得获取和表示这些知识的努力是有意义的，这一 基本认识是实际观察的结果。一个问题领域的规约和实现知识的内聚性，便得可 以通过一组有限的、相对较少的可复用信息来把握这些可以解决大量问题的知 识。领域的稳定性，使得获取和表示这些信息所付出的代价，可以通过在一段较 长的时间内多次复用它们来得到补偿。 2 1 2 领域工程 领域工程是为一组相似或相近系统的应用工程建立基本能力和必备基础的 过程，它覆盖了建立可复用软件构件的所有活动，是面向构件的理念工程。 目前对领域的理解主要有三种观点1 9 】：一组或一族相关系统，所有这些系 统共享一种能力和或数据集。具有相同需求的一个应用程序族表述的问题空 间。一个问题或任务领域，在其中可以开发出多重高度相似的应用系统以满足 各种不同用户的特定需求。这三种定义从不同的角度对领域进行了刻画，第一种 定义强调了领域的基本组成成分一相关系统，所有这些系统之间存在某种依赖 关系，用来实现一个共同的目标。第二种定义通过现有的一族系统来展示所提出 的问题空间，也就是通过对现有系统的研究，来找出系统间的可重用的资源，这 不仅有利于加深对领域的认识还有利于领域知识表达的形式化和标准化，并且对 领域内系统的开发打下了重用基础。第三种定义是基于重用的，强调了基于重用 北京工业大学工学硕士学位论文 的应用系统开发。通过这几种定义可知领域所具有的一些基本特征t 1 0 l ：领域中 的系统具有相关性，具体体现为：具有相同的需求；共享领域范围内的数据；共同 实现一个目标；共同描述了一个问题空间。对领域内各系统所形成的问题空间 的求解可以导出新的系统。领域内的重要资源以及这些资源的业务和关系是以 一定的结构来表示的。 因此，可以给出领域的一个描述性定义：领域是有具有相同需求的一组或一 族相关系统所组成，是为重用的系统开发和基于重用的系统开发所形成的系统仓 库。这里的领域具有更广泛的含义：包括“软件领域”自身和软件的应用领域。 领域工程对领域中的系统进行分析，识别这些应用的共同特征和可变特征， 对刻画这些特征的对象和操作进行选择和抽象，形成领域模型，依据领域模型产 生领域应用中共同具有的体系结构，即特定领域的软件体系结构( d o m a i ns p e c i f i c s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e ，d s s a ) ，并以此为基础，识别、开发和组织可复用构件。 这样，当开发同一领域中的新应用时，可以根据领域模型，确定新应用的需求规 约，根据特定领域的软件构架形成新应用的设计，并以此为基础选择可复用构件 进行组装，从而形成新的系统【l 。 实施领域工程的过程中包含了一些基本的行为。虽然具体的领域工程方法可 能定义不同的概念、步骤、产品等，但这些基本行为是大体一致的。以下将分为 三个阶段介绍这些行为，如图2 1 所示，包括领域分析、领域设计和领域实现三 阶段。 图2 1 领域工程的实现步骤 f i g u r e2 - 1t h es t e p so fd o m a i n ( 1 ) 领域分析：这个阶段的主要目标是获得领域模型【1 2 】。领域模型描述领域 8 第2 章研冤方法与技术路线 中系统之间的共同的需求，领域模型所描述的需求为“领域需求”。在这个阶段 中首先要进行一些准备性的行为。这包括定义领域的边界，从而明确分析的对象； 识别信息源，即领域分析和整个领域工程过程中信息的来源。可能的信息源包括 现存系统、技术文献、问题域和系统开发的专家、用户调查和市场分析、领域演 化历史记录等。在此基础上，就可以分析领域中系统需求的共性和变化性，确定 哪些需求是被领域中的系统广泛共享的从而建立领域模型。 ( 2 ) 领域设计：这个阶段的目标是获得d s s a 。d s s a 描述在领域模型中表示 的需求的解决方案。它不是单个系统的表示，而是能够适应领域中多个系统的需 求的一个高层次的设计。建立了领域模型之后。就可以派生出满足这些被建模的 领域需求的d s s a 。由于领域模型中的领域需求具有一定的变化性，d s s a 也要 相应地具有变化性。它可以通过表示多选一的( a l t e r n a t i v e ) 、可选的( o p t i o n a l ) 解 决方案等来做到这一点。 ( 3 ) 领域实现：这个阶段的主要目标是依据领域模型和d s s a 开发和组织可 复用信息( 在基于构件的系统中主要指领域构件) 。这些可复用信息可能是从现有 系统中提取得到，也可能需要通过新的开发得到。依据领域模型和d s s a 进行组 织。也就是领域模型和d s s a 定义了这些可复用信息的复用时机，从而支持了系 统化的软件复用。 领域工程是一个反复的、逐渐精化的过程。在实施领域工程的每个阶段中， 都可能返回到以前的步骤，对以前的步骤得到的结果进行修改和完善，再回到当 前步骤，在新的基础上进行本阶段的行为。 2 1 3 领域工程对软件复用的支持 从软件开发过程的角度看，有关复用的问题可以分为两类，一类是关于面向 复用的开发，另一类是关于基于复用的开发。第一类问题主要是关于如何产生具 有较高可复用性的构件或生成过程，第二类问题包含三个方面，t l p 如何找到可 复用构件，如何判断可复用构件是否符合当前需要，以及如何对可复用构件进行 适应性修改。领域工程有助于这些问题的解决，从而对软件复用提供了有力的支 持。 领域工程有助于产生具有较高可复用性的构件。领域工程将关于领域的知识 转化为领域中系统共同的规约、设计和体系结构，使得可以被复用的信息的范围， 扩大到了抽象级别较高的分析和设计阶段。由于通过领域工程产生的可复用构件 来源于领域中现有的系统，体现了领域中系统的本质需求，因此这些构件具有较 高的可复用性。 同时，领域工程产生了领域模型和特定领域的软件体系结构或应用系统的生 成过程，这对于基于复用的开发很有帮助。可复用构件是根据领域模型和d s s a 组织的，方便了构件的检索。开发以领域模型和d s s a 为线索进行，它们为构件 北京工业大学工学硕士学位论文 组装提供了上下文，可以帮助开发者识别复用机会，判断可复用构件是否符合当 前需要，使得利用可复用构件组装或生成新的系统较为容易。 2 1 4 领域工程方法 领域工程方法定义了领域工程的过程，每个过程的具体行为和产品、所使用 的工具、产品的定义和表示方法，对产品的验证和度量方法等。目前国内外己出 现了很多领域工程方法，其中一些己成功地应用于实际的领域软件开发中。以下 介绍几种有代表性的领域工程方法【i 3 1 。 ( 1 ) c m u s e i 的f o d a f o r m ( f e a t u r e o r i e n t e dd o m a i nm e t h o d ) f o d a f o r m 是卡耐基梅隆大学软件工程研究所提出来的领域工程方法。 f o d a ( 面向特征的领域分析) 的主要内容是以特征模型为核心的领域分析过程， 而f o d a 的基础上，将领域工程方法扩展到了领域软件体系结构的建立、可复 用的构件的开发以及应用工程，从而形成了一个完整的领域工程方法。f o d a 的 过程分为以下三个阶段。 上下文分析：在该过程中要分析领域与外部元素之间的关系，确定领域的 范围，从而建立领域的上下文模型。 领域建模：领域的范围确定后，领域建模阶段提供了一些步骤来分析领域 中的应用表现出的共同性和差异，并产生一些领域模型。本阶段主要包含三种行 为：特征分析，目的是要获得客户或最终用户对一类系统的一般能力的理解，即 特征。特征描述了领域应用的上下文，需要的操作和属性，以及表示法的变化； 信息分析，目的是要定义和分析为实现领域中应用所需要的领域知识和数据需 求，目标是用领域实体及其相互之间的关系表示领域知识，并使他们的操作分析 和体系结构建模中可以用来派生对象和数据定义：操作分析，目的是要识别领域 中应用的行为特性，例如数据流和控制流的共同性和差异性、有限状态自动机模 型。 构架建模：这个阶段为领域中的应用提供软件解决方案。在这个阶段中开 发出体系结构模型，即领域中应用的高层设计。这个阶段的焦点为识别并发进程 和面向领域的共同模型。这个阶段中定义进程，并将定义在领域模型中的特征， 功能和数据对象分配到进程和模块。 f o d a 方法定义【1 4 】明确，已被应用到商业和军事应用中。但f o d a 也具有 一些缺点。f o d a 更侧重的是一种面向复用用户的领域需求分析方法，它的重点 在于分析特定领域软件系统的共同点和不同点，为领域工程和获取复用机会服 务，而它对问题域复杂多变的联系和区别没有定义直观和统一的表达规范。在从 领域模型到体系结构建模的过程中没有定义详细的过程，不便于f o d a 的分析 结果被广大系统分析员的复用和支持。 ( 2 ) w i l l t r a c z 的d s s a 方法f 1 5 1 第2 章研究方法与技术路线 根据w i l l t r a c z 提出的进行领域工程的d s s a 方法。在最高的级别上，将领 域工程的主要过程分为五个阶段【1 6 1 。每个阶段可以进一步划分为一些步骤或子阶 段。每个阶段包括一组需要回答的问题，一组需要的输入，一组将产生的输出和 验证标准。本过程是并发的( c o n c u r r e n t ) 、递归的( r e c u r s i v e ) 和反复的( i t e r a t i v e ) 。 或者可以说，它是螺旋型的( s p i r a l ) 1 1 7 1 。完成本过程可能需要对每个阶段经历几 遍，每次增加更多的细节。本领域工程过程的五个阶段是： 定义领域范围：本阶段的重点是确定什么在感兴趣的领域中以及本过程到 何时结束。这个阶段的一个主要输出是领域中的应用需要满足的一系列用户的需 求； 定义领域特定的元素：本阶段的目标是编译领域字典和领域术语的同义词 词典。在领域工程过程的前一个阶段产生的高层块图将被增加更多的细节，特别 是识别领域中应用间的共同性和差异性： 定义领域特定的设计和实现需求约束：本阶段的目标是描述解空间中有差 别的特性。不仅要识别出约束，并且要记录约束对设计和实现决定造成的后果， 还要记录对处理这些问题时产生的所有问题的讨论： 定义领域模型和构架：本阶段的目标是产生一般的构架，并说明构成它们 的模块或构件的语法和语义； 产生、搜集可复用产品：本阶段的目标是为d s s a 增加构件使得它可以被 用来产生问题域中的新应用。 ( 3 ) 青鸟领域工程方法【1 8 】 当前的领域工程方法主要都属于结构化范型的。而近十几年来兴起的面向对 象方法的主要概念与原则与软件复用的要求比较吻合，从而给软件复用提供了比 较好的支持，使得对于复用技术的研究也逐步转向以面向对象方法为基础，并产 生了一些新的复用技术。而北大软件工程研究所的青鸟领域正是一种面向对象的 领域工程方法。其领域方法如下： 领域分析阶段主要有三项活动：建立领域需求定义，建立领域面向对象分 析模型和建立领域数语字典。其中，前两项活动构成领域分析的主线，建立领域 术语字典是在这两项活动中穿插进行的。 领域设计主要有三项活动：进行初步的领域设计，结合设计模式实现变化 性以及建立与领域分析模型的可追踪性。一般情况下，这3 项活动是顺序进行的。 领域实现阶段主要活动有d s s a 和构件的详细设计，d s s a 和构件的实现。 2 2 领域工程与应用工程 与领域工程相对，把开发单个应用系统的过程称为“应用工程 。应用工程 与领域工程是既有区别又相互联系的。 北京工业大学工学硕士学位论文 它们之间的区别表现在：在应用工程中，软件开发人员的任务是在特定条件 下，针对一组特定的需求产生一组特定的设计和实现1 9 】。开发过程中的行为和结 果基本上是针对当前开发的特定系统。在领域工程中，领域工程人员的基本任务 是针对一个领域中所有系统进行抽象，而不再局限于个别系统。因此，与应用工 程相比，领域工程处于一个较高的抽象级别上，对领域中相似系统的共同特征进 行抽象，并通过领域模型和d s s a 表示了这些共同特征之间的关系。 它们之间的关联表现在：一方面，通过应用工程得到的现有系统( 包括需求 规约、设计、实现等) 是领域工程的主要的信息来源，领域工程的各个阶段主要 是对应用工程中相应阶段的产品进行抽象。领域工程的产品( 领域模型、d s s a 、 可复用构件等) 又对本领域中新系统的应用工程提供了支持。另一方面，领域工 程和应用工程需要解决一些相似的问题。如何从多种信息源中获取用户的需求； 如何表示需求规约，如何进行设计：如何表示设计模型，如何进行构件开发；如何 在需求规约、设计和实现间保持逻辑联系；如何对需求规约、设计和实现进行演 化等。因此，领域工程的步骤、行为、产品等很多方面都可以和应用工程进行类 比。图2 2 展示了领域工程与应用工程之间的关系。 图2 - 2 领域工程与应用工程的关系 f i g u r e2 - 2t h er e l a t i v eo fd o m a i ne n g i n e e r i n ga n da p p li c a t i o n e n g i n e e r i n g 第2 章研究方法与技术路线 2 3 本章小结 本章开始先给出领域工程的概念，提出领域工程实施的基础。领域工程在具 体实施的过程中需要哪几个步骤，每个步骤需要如何操作。领域工程对软件工程 的支持。最后给出领域工程和应用工程的区别。 第3 章面向对象可重构食品安全追溯系统的领域分析 第3 章面向对象可重构食品安全追溯系统的领域分 析 本章开始简述相关理论基础，根据领域分析相关的理论对食品安全领域分 析，本课题首先以肉用猪为研究对象，进行实地考察，剖析猪肉生产流通的关键 因素。并对其关键因素建立领域边界模型，领域特征模型，领域用例模型，领域 对象模型。 3 1 面向对象的领域工程方法的研究 将面向对象的方法和领域工程技术相结合，研究了一种面向对象的领域工程 方法。该方法研究了从领域分析到领域设计的整个过程。首先，在领域分析阶段， 提出了四种领域分析模型的建立方法。然后，在领域设计阶段，按照三个步骤建 立了软件体系结构，抽取了领域构件并设计了支持子系统。这种方法扩展面向对 象方法的应用范畴，这样充分发挥两者各自的优势，既面向用户又面向重用者， 即吸收了领域的设计思想又有面向对象成熟技术的支持，可以更加清晰地反映领 域中应用系统的特点，以及系统对象模型的结构，非常适合于领域工程的研究中。 领域分析是针对特定领域中的一族( f a m i l y ) 应用系统的相同之处和不同之处 所进行的系统分析，通过分析该领域中原有系统的用户需求、领域专家知识、技 术发展趋势等多种因素，标识出所有该族成员所共有的元素，同时也处理该族成 员之间有差异的元素。在领域分析阶段，特征建模是关键技术，特征模型面重用， 面向特定领域，主要关注某特定领域内重用者的需求，可以说明该领域内的系统 族提供的共性服务，它不仅能反映用户对软件功能上的需求，而且也综合了领域 专家的领域知识，甚至一些开发人员对于软件的理解。可见特征就包含了尽可能 多的软件相关人员对软件需求的理解，从而可以全面整体地从各个方面对软件需 求进行描述。 面向对象方法关注的是特定的应用系统，用于开发具体的应用程序，相对于 领域工程而言，它没有考虑将要进行设计的问题范围和同一领域相关应用的共性 和差异性，也没有长远考虑问题域将来的变化可能性，更没有一种方法上的支持 将这些差异性和变化性设计到可重用构件中，所以不能保证面向对象方法分析得 出的构件一定能够在其他的应用中重用，不能直接应用到特定领域中。但是面向 对象的分析方法是建立在封装、多态和继承的基础上，在一定程度上已经对重用 提供了支持，而且面向对象技术已经相当成熟，所以本文将面向对象的方法和领 域工程技术相结合，扩展面向对象方法的应用范畴，这样充分发挥两者各自的优 势，既面向用户又面向重用者，即吸收了领域的设计思想又有面向对象成熟技术 北京工业大学工学硕士学位论文 的支持，可以更加清晰地反映领域中应用系统的特点，以及系统对象模型的结构。 将面向对象概念引入到面向特征的领域分析中，需要在领域工程方法的基础上进 行面向对象的扩展，通过以下四个反复迭代循环的步骤来实现这个过程： ( 1 ) 分析领域的上下文环境，确立领域的边界，建立领域边界模型； ( 2 ) 分析领域的共性需求和变化性需求，建立领域特征模型 ( 3 ) 抽象领域中的业务处理，得到领域用例模型； ( 4 ) 通过在领域用例模型中提取名词，进行筛选，建立领域对象模型。 3 2 食品安全追溯系统领域边界模型 因为领域分析针对的是特定领域，所以应该首先进行领域的上下文环境分 析，明确领域的边界。确定领域的范围，就可以明确分析的对象，领域工程过程 中所有活动都要在这个范围内进行。领域范围的含义包括以下两个方面：一方面 它规定了本次领域工程活动将对哪些应用系统进行分析；另一个方面，他规定了 本次领域工程活动将针对哪些功能进行。建立领域边界模型的步骤如下： ( 1 ) 初步定义目标领域的范围，标识出该领域中己有的应用程序，识别出对该 领域己有的工作，包括领域分析的结果、领域的一些标准等； ( 2 ) 详尽分析当前领域与外部实体( 使用者，其它领域，数据库) 之间的关系， 以及当前领域与外部实体之间关系存在的变化性，同时应考虑诸如技术发展趋 势、项目限制、经济利益、领域专家等其他相关因素，最终确定当前领域工程活 动覆盖的功能区域，形成领域边界模型 目前，常用的领域边界分析方法有f o d a 方法，青岛领域工程方法和 p u i s e ( p r o d u c tl i n e ss o f t w a r ee n g i n e e r i n g ) 方法。本文在此以青岛领域工程方法的 功能区域应用系统的二维图分析法进行分析。在分析时，需要注意的是，领 域边界确定和领域分析是紧密联系，相互迭代的两个活动，在初期可能得到一个 较为粗略的领域边界，随着领域分析活动的进行，初期得到的领域边界将不断被 精确化、清晰化。 如图所示，功能区域应用系统的二维图分析法是从应用系统和功能区域两 个角度来规定领域的范围，使得在领域工程的文档中可以将本次领域工程所关注 的对象明确的表示出来，以便于领域工程的顺利实施以及构件的复用者了解可复 用构件的来源和适用性。在图3 1 中，粗线所围成的矩形就表示一次领域工程所 关注的领域范围，在应用系统方面，它包括系统1 、2 、3 、4 和5 ，在功能区域 方面，它涉及功能b 、c 、d ，e 和f o 一般地，在这样的二维图中，一个领域表 示为这样的一个或一组矩形。 第3 章面向对象可莺构食品安全追溯系统的领域分析 图3 - i 功能区域一应用系统的二维图 f i g u r e3 一la p p l i c a t i o ne n g i n e e r i n g st w o d i m e n s i o n a lm a p 下面采用了本文上面介绍的功能区域应用系统的二维图分析法，对食品 供应链系统进行分析。 供应链是围绕核心企业，从养殖，采购原料开始，制成中间产品以及最终产 品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的将养殖场，供应商、制造商、销售 商直到最终用户连成一个整体的功能网络结构模式。整体概念下的优质肉类生产 由畜禽繁育、饲料加工、兽药生产、疫病防治、屠宰加工、包装贮存、流通销售 和最终消费等多个环节的相应主体构成，任何一个环节出现问题都将最终影响肉 类