（机械电子工程专业论文）vc环境下纸箱打样机的矢量图形系统软件开发.pdf

摘要 摘要 伴随着国内经济的快速增长和制造业的飞速发展 包装行业中对纸箱 纸盒 的需求量也迅猛的增长 而纸箱打样机的出现解决了以往纸箱 纸盒开发设计成 本高 无法充分满足个性化需求的缺陷 但是 传统的纸箱打样机自动化水平较 低 而且无法事先对纸箱设计图形进行更改和优化 从而导致加工效率的低下和 成本的提高 为改善这种问题 本文提出了采用v i s u a lc 6 0 开发运行于普通 p c p e r s o n a lc o m p u t e r 的矢量图形系统软件 矢量图形系统软件采用的硬件平台为普通p c 操作系统环境为w i n d o w sx p 软件开发环境为v i s u a lc 6 0 论文首先对纸箱打样机矢量图形系统软件进行了 需求分析 简要比较了传统的软件工程方法和面向对象的软件工程方法的优缺点 并在此基础上 采用了面向对象的方法对软件进行了分析 建立起软件的o o a 0 b j e c t o r i e n t e da n a l y s i s 模型 然后 论文详细介绍了纸箱打样机矢量图形系统软件的开发过程 分析了 d x f d r a w i n ge x c h a n g ef o r m a t 图形文件格式 并且着重介绍了实体段 e n t i t i e s 的格式 同时 实现了软件的接口设计 本文还实现了d x f 图形 的界面化显示 并提供了各种方法的显示操作 为方便用户在加工车间里也能对 纸箱图形进行简单的编辑 论文还实现了移动 复制 删除 剪切被选中图形实 体的操作 同时 为防止用户误操作 软件还提供了文档操作可逆化的功能 并 且采用了多属性页对话框解决了纸箱打样机众多参数设置难的问题 论文还着重分析了软件的一些关键算法 建立了复合链表结构来存储众多图 形实体属性和实体额外信息 包括图层和内外轮廓信息 实现了内外轮廓的识别 算法 解决了以往由于定位不足带来的精度损失和无序加工过程带来低效加工的 问题 本文还实现了优化加工路径的功能 进一步提高了纸箱打样机的加工效率 最后 论文采用图文并茂的方式介绍了纸箱打样机矢量图形系统软件 e a s y c o n t r 0 1 的使用方法 并给出了各个功能模块的运行结果 本文基本完成 了课题的设计目标和任务 软件不足之处在于未实现路径模拟和n u r b s 曲线的 识别 操作功能 关键词 纸箱打样机 矢量图形 路径优化 轮廓识别 d x f 文件 广东工业大学硕士学位论文 a bs t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fd o m e s t i ce c o n o m ya n d m a n u f a c t u r i n g t h e d e m a n df o rc a r t o ni np a c k a g ei n d u s t r yi sa l s og r o w i n gm u c hf a s t e rt h a ne v e rb e f o r e a tt h es a m et i m e t h ed e v e l o p m e n to fc a r t o ns a m p l e m a k e rh a ss o l v e dm a n yp r o b l e m s s u c ha sh i g hc o s t so fc a r t o nd e s i g na n du n c a p a b l eo fs a t i s f i t y i n gi n d i v i d u a t i o n w h i c h w e r ev e r yc o m m o nb e f o r e h o w e v e r t h et r o d i t i o n a lc a r t o ns a m p l e m a k e rh a sl o w e r a u t o m a t i o n a n di su n a b l et oe d i to r o p t i m i z ec a r t o np i c t u r e t h e r e b yd e c r e a s i n g e f f i c i e n c yo fm a n u f a c t u r n ga n di n c r e a s i n gt h et o t a lc o s t a sar e s u l t i no r d e rt os o l v e t h e s ep r o b l e m s t h i sp a p e ri n t r o d u c e sh o wt od e v e l o pv e c t o rg r a p h i c ss y s t e mof c a r t o ns a m p l e m a k e rt h a tw i l lr u ni np c p e r s o n a lc o m p u t e r u s i n gv i s u a lc 6 0 v e c t o rg r a p h i c ss y s t e mo fc a r t o ns a m p l e m a k e rw i l lr u ni np ct h a ti si n s t a l l e d w i n d o w sx pi na d v a n c e a n dw ew i l lu s ev i s u a lc 6 0a sd e v e l o pe n v i r o n m e n t f i r s to fa l l t h i sp a p e rg i v e sd e m a n da n a l y s i so fv e c t o rg r a p h i c ss y s t e m a n d c o m p a r e st h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eb e t w e e nt r a d i t i o n a la n do b j e c t o r i e n t e d s o f t w a r ee n g i n e e r i n gi nb r i e f a n dt h e n i tu s e so o a o b j e c t o r i e n t e da n a l y s i s t o a n a l y z ev e c t o rg r a p h i c ss y s t e ma n dc r e a t e so o a m o d e lf o ri t s e c o n d l y t h i sp a p e ri n t r o d u c e sh o w t od e v e l o pv e c t o rg r a p h i c ss y s t e mo fc a r t o n s a m p l e m a k e ri nd e t a i l i ta n a l y z e st h ef o r m a to fd x f d r a w i n ge x c h a n g ef o r m a t f i l e p u t se m p h a s i so ne n t i t i e ss e c t i o n a n di m p l e m e n t st h ed a t ai n t e r f a c eo fd x f f i l e s i t i n t r o d u c e sh o wt od i s p l a yd x ff i l e sa n ds o m eo p e r a t i o n so fd i s p l a y i n g s u c ha s z o o m i n z o o m o u t d i s p l a y a 1 1 e t c i no r d e rt op r o v i d es o m es i m p l ee d i to p e r a t i o nt o w o r k e r si nw o r k s h o p i ta l s oi m p l e m e n t so p e r a t i o n st h a ta r ec a l l e dm o v e c o p y d e l e t es e l e c t e de n t i t i e s m e a n w h i l e i ts h o w sh o wt or e a l i s eu n d oo p e r a t i o ns oa st o p r e v e n tu s e r sf r o me r r o ro p e r a t i o n s a n di tu s e sm u l t i p a g e sd i a l o g u et os e t u pm a n y p a r a m e t e r sw h i c hw a sc o n s i d e r a t e dt ob em u c hd i f f i c u l tb e f o r e a n dt h e n t h i sp a p e rp u t se m p h a s i so nr e s e a r c ho fk e ya l g o r i t h m s w h i c hw i l lb e d e s c i r b e da s f o l l o w i n g s c r e a t i n gc o m p l e x l i s ts t r u c t u r et o s t o r a g e e n t i t i e s i n f o r m a t i o ni ne a s y c o n t r o l r e c o g n i z i n go u t e r a n di n n e r c o n t o u rs o a st od e c r e a s e i i a b s t r a c t m a n u f a c t u r i n g e r r o rb e c a u s eo fi n s u f f i c i e n tl o c a t i o na n di n c r e a s em a n u f a c t u r i n g e f f i c i e n c yb e c a u s eo fr a n d o mp r o c e s s i n g a n do p t i m i z i n gt o o l p a t h t oi n c r e a s e m a n u f a c t u r i n ge f f i c i e n c ya n dp r e c i s i o n a tl a s t t h i s p a p e ra p p l i e sb o t ht e x t sa n dp i c t u r e s t o e x p l a i nh o wt o u s e e a s y c o n t r o l a n ds h o w sr e s u l t so f e a c hm o d u l e i nc o n c l u s i o n i tb a s i c a l l yc o m p l e t e s r e s e a r c ho ft h i ss u b j e c t h o w e v e r i ta l s oh a st op a ya t t e n t i o no ns i m u l a t i n gt o o l p a t h a n dn u r b s n o n u n i f o r mr a t i o n a lb s p l i n e f o rf u r t h e rr e s e a r c h k e yw o r d s c a r t o ns a m p l e m a k e r v e c t o rg r a p h i c s p a t ho p t i m i z a t i o n c o n t o u r r e c o g n i t i o n d x ff i l e i i i 独创性声明 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的 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 并表示了谢意 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的 论文成果 归广东工业大学所有 申请学位论文与资料若有不实之处 本人承担一切相关责任 特此声明 指导老师签名 论文作者签名 叨年6 月弓日 枥 吻建危 刊忽 第幸绪论 1 1 纸箱打样机概述 第一章绪论 111 纸箱打样机的工作原理 日前大多数纸箱打样机都至少包括以下几个组成部分 机台 包把工作台 部分 电 气控制驶驱动部分 真空吸附系统 组合工具头 切割 压线 绘图 图形传输及操作系统 等 有的打样机还必须要有压缩空气系统 纸箱打样机的工作原理如图1 一l 所示l 打川i 吐蜥捕u f f 嘶m 图i l 纸箱打样机1 作原理 f i g1 lw o r k i n gp r i n c i p l eo f c a r t o ns a m p l e m a k e r 纸箱扣样机数控系统t 作原理 位机读1 6 id x f p l t 等图形格式文件 傩等用 1 提供修改图形 优化图形等功能m 用户图形处理完毕后 通过串口发送图形文件到下 位机 最后f 位机根据罔彤文忭摔制驱动器 从m 摔制打样机的执行机构进行纸箱加工 操作 广东 业大学硕士学位论文 1 1 2 纸箱打样机的国内外现状 国内从事纸箱打样机的研发和生产起步相对比较晚 主要是由于中国包装业一直相 对国外都比较落后 传统的手工样盒制作 设计 时间长 不精准的缺点 使得设计环 节薄弱 一直困扰着国内纸箱纸盒厂 目前纸箱产业在技术上有了创新点 全国知名的 上海鼎力 台湾财益 广东佛山东方 广州科盛龙等瓦楞纸箱包装机械公司先后开发出 电脑控制的集多色印刷 开槽 压线 模切于一体的机型 其技术达到了国外同类产品 水平 河北鑫田纸箱集团公司在中速和经济型多色印刷开槽机上以自己独有的专利组合 技术解决了超宽幅和小幅面瓦楞纸板印刷开槽的问题 温州奥科电脑切割设备厂采用软 件技术成功推出纸箱 纸盒 电脑打样机 并实现了切割 绘画 压线的连线高精度操作 浙江博业激光设备有限公司开发了激光雕刻版设备 以橡胶版挑战树脂版 使激光版技 术应用于纸箱行业 从而带动了国内纸箱印刷制版激光雕刻版技术的推广 北京神州镭 神激光技术公司和广东粤铭激光集团公司也先后推出了纸箱印刷制版系列的激光雕刻 机 4 国外纸箱包装业比中国早很多年 所以在纸箱打样机方面的研发和生产都处于领先 地位 国外从事纸箱打样机的公司有荷兰b c s i 系统公司 德国a r i s o 公司 美国d a t a 公 司 英国凹印公司 日本网屏公司 意大利s e i 公司等 他们的产品代表了当今世界纸 箱生产设备的先进技术 其主要特点是 宽幅高速化 自动化程度高 信息反馈快 有 故障自检功能 便于计算机管理 制造精度高 质量品质好 功能齐全 适应性强 同 时 一些有前瞻力的外国企业纷纷在寻求一种专业的包装设计工具及纸箱打样机的组合 应用 众所周知 印刷与包装是不可分割的整体 在数字时代来临之际 印刷与包装同 样面临着巨大的挑战与调整 钉 目前欧美的许多纸盒 纸箱包装厂以及香港 台湾 东 南亚的包装印刷企业早已经在使用一些专业包装设计软件来生成纸箱 比如英 a r d e n s o f t w a r e 公司自1 9 8 8 年开发的i m p a c t 包装箱箱模设计软件 并且利用该软件的3 d 功能形成折叠成形的纸箱 还可以直接模拟将商品置于箱中 放在超市货架的真实形象 栩栩如生 令人赞叹 另外 还有与其相匹配的纸箱打样机 比如德国l a s e r c o m b 公司 生产的h s p 系列以及于去年d r u p a 展会上推出的新一代的p r o d i g i 系列 这样用户不仅可 以在显示屏看到三维立体图像 还更能直接真实地在工厂没有制模切板的情况下 立即 拿到几十个 上百个箱子实际包装效果1 6 7 1 但是 国外开发的低 中 高系列产品 性 能虽好 但价格昂贵 而且国外产品在国内维护不方便 许多零配件需在国外订购 国 2 第 章绪论 内许多中小型企业 缺乏合适的技术人员 所以国外机器在国内也很难得到普及 1 2 矢量图形系统概述 1 2 1 矢量图形 矢量图形 也称为面向对象的图形或绘图图形 在数学上定义为一系列由点连接的 线i s 9 像a d o b ei l l u s t r a t o r c o r e l d r a w c a d 等软件是以矢量图形为基础进行创作的 矢量文件中的图形元素称为对象 每个对象都是一个自成一体的实体 它具有颜色 形 状 轮廓 大小和屏幕位置等属性 既然每个对象都是一个自成一体的实体 就可以在 维持它原有清晰度和弯曲度的同时 多次移动和改变它的属性 而不会影响图例中的其 它对象 这些特征使基于矢量的程序特别适用于图例和三维建模 因为它们通常要求能 创建和操作单个对象i l o 基于矢量的绘图同分辨率无关 这意味着它们可以按最高分辨 率显示到输出设备上 矢量图形与分辨率无关 可以将它缩放到任意大小和以任意分辨率在输出设备上打 印出来 都不会影响清晰度 因此 矢量图形是文字 尤其是小字 和线条图形 比如 徽标 的最佳选择 有一些图形 如工程图 白描图 卡通漫画等 它们主要由线条和色块组成 这 些图形可以分解为单个的线条 文字 圆 矩形 多边形等单个的图形元素 再用一个 代数式来表达每个被分解出来的元素 例如 一个圆我们可以表示成圆心在 x l y 1 半 径为r 的图形 一个矩形可以通过指定左上角的坐标 x l y 1 和右下角的坐标 x 2 y 2 的四 边形来表示 线条可以用一个端点的坐标 x l y 1 和另一个端点的坐标 x 2 y 2 的连线来表 示 当然我们还可以为每种元素再加上一些属性 如边框线的宽度 边框线是实线还是 虚线 中间填充什么颜色等等 然后把这些元素的代数式和它们的属性作为文件存盘 就生成了所谓的矢量图 也叫向量图 1 2 2 矢量图形的文件格式 矢量图形格式也很多 如a d o b ei l l u s t r a t o r 的幸 a i 毒 e p s 和s v g a u t o c a d 的掌 d w g 和d x f c o r e l d r a w 的宰 c d r w i n d o w s 标准图元文件 w m f 和增强型图元文件木 e m f 等 等1 1 2 1 3 当需要打开这种图形文件时 程序根据每个元素的代数式计算出这个元素的图 形 并显示出来 就好象我们写出一个函数式 通过计算也能得出函数图形一样 编辑 广东 亡业大学硕士学位论文 这样的图形的软件也叫矢量图形编辑器 如 a u t o c a d c o r e l d r a w i l l u s t r a t o r f r e e h a n d 世 号fo 1 2 3 纸箱打样机的矢量图形系统 本文要开发的纸箱打样机的矢量图形系统 面向的矢量图形对象主要是纸箱图形 该图形采用的文件格式是a u t o c a d 生成的d x f 文件 矢量图形系统必须能够正确显示 d x f 格式的纸箱图形 提供放大和缩小的方式浏览图形 除此之外 还必须提供简单编 辑纸箱图形的功能 这些功能包括移动 复制 删除等选中的图形实体 1 3 本课题的研究背景和目的 1 3 1 研究背景 本文的课题来源于上海信奥数控设备有限公司和广东工业大学机电学院联合开发 的项目 纸箱打样机数控系统软件的设计与开发 上海信奥数控设备有限公司主要从 事c a d c a m 工程数据的开发应用及机电一体化设备的开发 生产 销售 1 1 5 公司与 国内外著名的科研院所建立了长期的技术合作关系 经过多年苦心研制 于1 9 9 8 年推 出了中国第一台电脑切割机 并且获得了该产品的中国专利权 其后相继推出了中国第 一台裁皮机 中国第一台纸箱纸盒电脑打样机 中国第一台服装电脑裁床 中国第一台 数控卡纸斜刻机等奥科 a o k e 系列专利产品 随着国民经济的快速增长和人民生活水平的不断提高 包装行业中对纸箱 纸盒的 需求量也迅猛的增长 同时 在纸箱 纸盒设计过程中起着重要作用的纸箱打样机的市 场空间也随之增大 为此 上海信奥公司为进一步满足市场对纸箱打样机的需求 欲推 出新一代数控系统的纸箱打样机 因此 为本课题的研究提供了很好的条件和基础 1 3 2 研究目的 国内生产的纸箱打样机加工效率普遍较低 在这方面 美国 日本 德国都是中国 的很多倍 温州奥科电脑切割设备厂采用软件技术成功推出的纸箱 纸盒 电脑打样机 虽然在技术上迈出了一个台阶 但是相对国外水平 该产品生产效率低下 加工精度也 不高 特别是自动化水平更不能与国外机器相比 软件的兼容性较低 致使买一台机器 的同时必须还要带一套相匹配的c a d c a m 软件 从而导致成本难以降下来 系统的稳定 4 第 章绪论 性 可靠性都比较落后 很难达到客户的要求 因此 为提高纸箱生产厂家的生产效率 降低企业成本 同时为提高国内生产纸箱打样机企业与外国企业的竞争力 开发出一款 基于p c 的 集纸箱原设计图形的浏览 图形优化 图形简单修改于一体的纸箱打样机 矢量图形系统软件就显得尤其必要 1 4 本课题的研究内容 本课题主要从以下几个方面进行研究 1 对纸箱打样机矢量图形系统软件进行总体方案设计 采用面向对象方法对软件 进行面向对象分析 并建立起软件的面向对象分析模型 o o a 模型 2 分析d x f 的文件格式 并提供相应的软件接口 读取和浏览d x f 文件 3 提供各种修改图形元素的操作 包括 移动 剪切 复制 删除等功能 并研 究文档的可逆化操作功能 4 解决纸箱打样机众多参数的设置问题 5 研究软件的各种关键算法 包括 存储图形元素的数据结构 纸箱图形的内外 轮廓识别 加工路径的优化 1 5 论文的组织结构 全文分为五章 主要根据课题的研究内容进行分划 第一章介绍了论文的研究背景 其中包括纸箱打样机的概述 课题的研究背景和意 义 课题的研究内容 第二章介绍了纸箱打样机矢量图形系统软件总体方案的设计 分析比较了结构化设 计和面向对象设计的优缺点 并采用面向对象方法对软件进行了分析 建立其面向对象 的分析模型 o o a 模型 第三章介绍了纸箱打样机矢量图形系统软件平台的建立 分析了d x f 文件格式 并提供d x f 文件读取接口 完成了修改图形元素的各种操作功能 并开发了打样机参 数设置对话框 第四章介绍了软件的一些关键算法 包括 存储图形元素的数据结构 纸箱图形的 内外轮廓识别 加工路径的优化 第五章介绍了纸箱打样机矢量图形系统软件 e a s y c o n t r 0 1 的运行 并演示了各种 广东工业大学硕士学位论文 功能模块的操作结果 1 6 本章小结 本章首先对纸箱打样机做了一个概述 介绍了其工作原理和国内外现状 然后引申 出课题的研究背景和意义 最后给出了课题的研究内容和论文的组织结构 为读者提供 了一个总体的把握 6 第 章纸箱打样机矢量图形系统软件的总体方案设计 第二章纸箱打样机矢量图形系统软件的总体方案设计 2 1 面向对象的软件工程方法 2 1 1 面向对象方法概述 面向对象不仅是一种具体的软件开发技术与策略 而且是一整套关于如何看待软件 系统与现实世界的关系 以什么观点来研究问题并进行求解 以及如何进行系统构造的 软件方法学 1 6 面向对象方法是一种运用对象 类 继承 封装 聚合 消息传送 多态性等概念 来构造系统的软件开发方法 面向对象方法在很大程度上改变了传统的面向问题的系统开发过程 其基本思想是 尽可能运用人类的自然思维方式 将现实世界中客观存在的事物抽象分类 把复杂的事 物 对象 抽象为相对简单的对象层层组合而成 对象间的关系与实际相对应 实现了 自然事物到数学模型的直接映射 保证了问题模型与设计模型的一致性 1 6 a 们 2 1 2 传统的软件工程方法 传统的软件工程方法指面向对象方法出现之前的各种软件工程方法 其设计过程如 图2 1 所示 广东工业大学硕士学位论文 自然语言 分析与设计的鸿沟 总体设计 亘 编程语言 二夏 1 2 1 2 1 需求分析 图2 1 传统的软件工程方法 f i g 2 1m e t h o do ft r a d i t i o n a ls o f t w a r ee n g i n e e r i n g 软件工程学中的需求分析具有两方面的意义 在认识事物方面 它具有一整套分析 认识问题域的方法 原则和策略 这些方法 原则和策略使开发人员 系统分析员 对 问题域的理解比不遵循软件工程方法更为全面 深刻和有效 在描述事物方面 它具有 一套表示体系和文档规范 这比仅用自然语言来表达更为准确 也更接近于后期的开发 阶段 但是 传统的软件工程学中的需求分析在上述两方面都存在不足 它对问题域的认 识和描述不是以问题域中固有的事物作为基本单位 并保持它们的原貌 而是打破了各 项事物之间的界限 在全局范围内对功能 数据或数据流为中心来进行分析 例如功能 分解法 把整个问题域看做一些功能和子功能 数据流法则把它看做一些数据流和加工 所以这些方法的分析结果不能直接地映射问题域 而是经过了不同程度的转化和重新组 合 s 因此 传统的分析方法容易隐蔽一些对问题域的理解偏差 与后续开发阶段的衔 接也比较困难 8 第二章纸箱打样机矢量图形系统软件的总体方案设计 2 1 2 2 总体设计和详细设计 在总体设计阶段 以需求分析的结果作为出发点构造出一个具体的系统设计方案 主要是决定系统的模块结构 包括决定模块的划分 模块间的数据传送及调用关系 详 细设计是在总体设计的基础上考虑每个模块的内部结构和算法 最终将产生每个模块的 程序流程图 经过总体设计和详细设计 开发人员对问题域的认识和描述越来越接近于 系统的具体实现 编程 但是传统的软件工程方法中设计文档很难与分析文档对应 原因是二者的表示体系 不一致 结构化分析的结果 数据流图 d f d 和结构化设计的结果 模块结构图 m s d 是两种不同的表示体系 d f d 中的一个数据流 既不能对应m s d 中模块的数 据也不能对应模块间调用关系 d f d 中的加工也未必对应m s d 中的一个模块 分析与 设计之间在表示体系上的不一致被称作 分析与设计的鸿沟 它为从分析到设计的过 度带来了较大的困难 所谓 从分析到设计的转换 实际上并不存在可靠的转换规则 而是带有人为的随意性 从而很容易因理解上的错误而埋藏下隐患 1 6 j 7 1 分析与设计的 鸿沟带来的另一个后果是 设计文档和问题域的本来面貌相差更远了 因为其中经过了 两次扭曲 一次发生在分析阶段 一次发生在从分析到设计的 转换 当程序员手持 设计文档进行编程工作时 已经难以透过这些文档看到问题域的本来面貌了 2 1 2 3 编程和测试 编程阶段 是利用一种编程语言产生一个能够被机器理解和执行的系统 这是人类 涉足软件工程的第一块领地 技术也最为成熟 测试是发现和排除程序中的错误 最终 产生一个正确的系统 从理论上讲 从设计到编程 从编程到测试应能较好地衔接 不存在明显的鸿沟 但是 由于分析方法的缺陷很容易产生对问题域的错误理解 而分析和设计的鸿沟很容 易造成设计人员对分析结果的错误转换 所以在编程时程序员往往需要对分析员和设计 人员已经认识过的事物重新进行认识 并产生与他们不同的理解 在实际开发过程中常 常看到 后期开发阶段的人员不断地发现前期阶段的错误 并按照他们的新的理解进行 工作 所以每两个阶段之间都会出现不少变化 其文档不z 日 匕b t k e t 好的衔接 2 1 2 4 软件维护 软件维护阶段的工作有两种情况 一是对使用中发现的错误进行修改 二是因需求 9 广东 i j 业大学硕二t 学位论文 发生了变化而进行修改 前一种情况需要从程序逆向追溯到发生错误的开发阶段 由于 程序不能映射问题域以及各个阶段的文档不能对应 每一步追溯都存在许多理解障碍 第二种情况是一个从需求到程序的顺向过程 它也存在初次开发时的那些困难 并且又 增加了每个阶段原有文档的困难 无论如何 各种传统的软件工程方法的历史作用是不可磨灭的 它们在自然语言和 编程语言之间的鸿沟上铺设了一些平坦的路段 尽管还不太连贯 它们的优点和缺点 也为面向对象方法提供了有意的借鉴 2 1 3 面向对象的软件工程方法 面向对象的软件工程方法是面向对象方法在软件工程领域的全面运用 其分析过程 如图2 2 所乖旧 自然语言 面向对象的 编程语言 图2 2 面向对象的软件工程方法 f i g 2 2m e t h o do fs o t t w a r ee n g i n e e r i n gb a s e do no b j e c t o r i e n t e d 2 1 3 1 面向对象的分析 面向对象分析 o o a 强调直接针对问题域中客观存在的各项事物设立o o a 模型 中的对象 用对象的属性和服务分别描述事物的静态特征和动态行为 问题域有哪些值 得考虑的事物 o o a 模型中就有哪些对象 而且对象及其服务的命名都强调与客观事 物一致 另外 o o a 模型也保留了问题域中事物之间关系的原貌 这包括 把具有相 同属性和相同服务的对象归结为类 用一般 特殊结构描述一般类与特殊类之间的关系 即继承关系 用整体 部分结构描述事物问的组成关系 用实例连接和消息连接表示 事物之间的静态联系 一个对象的属性与另二对象有关 和动态联系 一个对象的行为 1 0 第二章纸箱打样机矢量图形系统软件的总体方案设计 与另一个对象行为有关 可以看出 无论是对问题域中的单个事物 还是对各个事物 之间的关系 o o a 模型都保留着它们的原貌 没有加以转换 扭曲 也没有打破原有 的界限而重新组厶 1 6 所以 o o a 模型能够很好地映射问题域 o o a 对问题域的观察 分析和认识是很直接的 对问题域的描述也是很直接的 它采用的概念及术语与问题域中的事物保持了最大程度的一致 不存在语言上的鸿沟 2 1 3 2 面向对象的设计 o o a 与面向对象设计 o o d 的职责划分是 o o a 针对问题域运用面向对象 o o 方法 建立一个反映问题域的o o a 模型 不考虑与系统的具体实现有关的因素 从而 使o o a 模型独立于具体的实现 o o d 则是针对系统的一个具体的实现运用0 0 方法 其中包括两方面的工作 一是把o o a 模型直接搬到o o d 不经过转换 仅作某些必要 的修改和调整 作为0 0 d 的一个部分 另外是针对具体实现中的人机界面 数据存储 人物管理等因素补充一些与实现有关的部分m 这些部分与o o a 采用相同的表示法和 模型结构 o o a 和o o d 采用一致的表示法是面向对象的分析与设计优于传统的软件工程方法 的重要因素之一 这使得从o o a 到o o d 不存在转换 只有很局部的修改或调整 并 增加几个与实现有关的独立部分 因此o o a 与o o d 之间不存在传统方法中分析与设 计之间的鸿沟 二者能够紧密衔接 降低了从o o a 过渡到o o d 的难度 工作量和出 错率 2 1 3 3 面向对象的编程 理想的0 0 开发规范 应要求在o o a 和o o d 阶段对系统需要设立的每个对象类及 其内部构成 属性和服务 与外部关系 结构和静态 动态联系 都达到透彻的认识和 清晰的描述 而不是把许多问题遗留给程序员去重新思考 程序员需要动脑筋的工作主 要是 用具体的数据结构来定义对象的属性 用具体的语句来实现服务流程图所表示的 算法 面向对象的编程 o o p 阶段产生的程序能够紧密地对应o o d 模型 o o d 模型中 一部分对象类对应o o a 模型 其余部分的对象类对应与实现有关的元素 o o a 模型中 全部类及对象都对应问题域中的事物 这样的映射关系不但提高了开发工作的效率和质 量 而且对开发以后的维护工作更具长远的意义 广东t 业大学硕十学位论文 2 1 3 4 面向对象的测试 面向对象的测试是指 对于用o o 技术开发的软件 在测试过程中继续运用o o 技 术 进行以对象概念为中心的软件测试 2 1 3 5 面向对象的软件维护 面向对象的软件工程方法为改进软件维护提供了有效的途径 程序与问题域是一致 的 各个阶段的表示是一致的 从而减少了理解的难度 无论是发现了程序中的错误而 逆向追溯到问题域 还是需求发生了变化而从问题域正向地追踪到程序 道路都是比较 平坦的 o o 方法可提高软件维护效率的另一个重要原因是 系统中最容易变化的因素 功能 被作为对象的服务封装在对象内部 对象的封装使一个对象的修改对其它 对象影响很少 避免了所谓的 波动效应 因此 面向对象的软件工程方法中 从面向对象的分析到面向对象的设计 再到面 向对象的编程 面向对象的测试都是紧密衔接的 填平了语言之间的鸿沟 2 2 软件开发环境的确定 v i s u a l c 6 o 是微软公司推出的开发w i n 3 2 应用程序 w i n d o w s 9 5 9 8 2 0 0 0 x p n t 的 面向对象的可视化集成工具 它的最大优点就是提供了功能强大的m f c 类库 m f c 是一个很大的c 类层次结构 其中封装了大量的类及其函数 很多w i n d o w s 程序所 共有的标准内容可以由m f c 的类来提供 m f c 类为这些内容提供了用户接口的标准实 现方法 程序员所要做的就是通过预定义的接口把具体应用程序特有的东西填入这个轮 廓 这将简化编程工作 大大的减少程序员编写的代码数量 使编程工作变得更加轻松 容易 因此 本文将采用v i s u a lc 6 0 作为纸箱打样机矢量图形系统软件的开发环境 2 3 纸箱打样机矢量图形系统软件的面向对象分析 2 3 1 面向对象的分析方法 面向对象的分析方法 o o a 是采用面向对象方法进行需求分析的一种方法 它 具有作为一种分析方法所具有的一切 包括一套符合软件工程要求的概念 原则 表示 1 2 第二章纸箱打样机矢量图形系统软件的总体方案设i l 法 过程 策略及文档规溜 引 同时o o a 又是一种崭新的分析方法 它的一切都充分 地体现了面向对象方法的概念及原则 o o a 的基本任务是 运用面向对象方法 对问题域及系统责任进行分析和理解 对其中的事物和它们之间的关系产生正确的认识 找出描述问题域及系统责任所需的类 及对象 定义这些类和对象的属性和服务 以及它们之间所形成的结构 静态联系和动 态联系 t 9 2 0 最终的目的是产生一个符合用户需求 并能够直接反映问题域和系统责任 的o o a 模型及其详细说明 完整的o o a 文档应包括 o o a 基本模型 o o a 补充模型和o o a 详细说明 如图 2 3 所示 其中o o a 基本模型是o o a 结果的核心 主题图和交互图构成了o o a 的补 充模型 o o a 详细说明是对模型语义的详细定义与解释 图2 3o o a 模型与详细说明 f i g 2 3o o a m o d e la n dd e t a i l e de x p l a n a t i o n 2 3 2 纸箱打样机矢量图形系统软件的面向对象分析 2 3 2 1 矢量图形系统软件的基本模型 用o o a 开发的系统基本模型就是一个类图 c l a s sd i a g r a m 类图的主要构成成份 是 类 属性 服务 一般一特殊结构 整体 部分结构 实例连接和消息连接 这些成 份所表达的模型信息可分为三个层次 即对象层 特征层和关系层 这三个层次分别描 广东工业大学硕士学位论文 述了 1 系统中应设立哪几类对象 2 每一类对象的内部构成 3 各类对象与外 部的关系 三个层次的信息 包括图形符号和文字 叠加在一起 就形成了一个完整的 类图l 以下给出了这三个层次的建立过程 l 发现对象与建立对象类 建立对象层 对象层给出了系统中所有反映问题空间及系统责任的对象 用类符号来表达属于每 一类的对象 而类作为对象的抽象描述 是构成系统的基本单位 确定一个系统中的对 象是一个复杂的过程 需要考虑多方面的问题 而问题域与系统责任是发现对象的根本 出发点 二者从不同的角度告诉分析员应该设立哪些对象 前者侧重于客观存在的事物 与系统中对象的映射 后者侧重于系统责任范围内的每一项职责都应落实到某些对象来 完成b 6 通过对纸箱打样机矢量图形系统软件问题域与系统责任的分析 得到该系统的 如下对象 在处理d x f 文件中 图形实体对象有直线 圆弧 圆 人机界面对象有视图 文 档 窗口 纸箱打样机配置参数对象 串口通讯对象 还有一个全局对象t h e a p p 从而 得出纸箱打样机矢量图形系统软件o o a 模型的对象层 矢量图形系统软件的对象层如 图2 4 所示 目目目目目 目目目目 图2 4 纸箱打样机矢量图形系统软件的对象层 f i g 2 4o b j e c tl a y e ro fv e c t o rg r a p h i c ss y s t e mi nc a r t o ns a m p l e m a k e r 2 定义属性与服务 建立特征层 特征层给出了每一类及其所代表对象的内部特征 即每类的属性与服务 描述了对 象的内部构成状况及细节 这个层次描述了对象的内部构成状况 以分析阶段所能达到 的程度为限给出对象的内部细节 1 6 1 为了发现对象的属性 主要的工作是研究当前的问 题域和系统责任 针对系统中应该设置的每一类对象 按照问题域的实际情况 以系统 责任为目标进行正确的抽象 从而找出每一类对象应有的属性 同时 为确定发现和定 义对象的服务 也必须考虑系统责任与问题域 并分析对象的状态 追踪服务的执行路 线 根据纸箱打样机矢量图形系统软件的对象层 按照确定对象属性和服务的方法 得 1 4 第二章纸箱打样机矢量图形系统软件的总体方案设计 出矢量图形系统软件的特征层 矢量图形系统软件的特征层如图2 5 所示 直线 起点坐标 终点坐标 图层 长度 读取d x f 文件0 绘制实体0 文档 图形实体链表 读取d x f 文件 读取配置参数 保存d x f 文件 视图 绘制模式 绘制图形 绘制模式0 配置参数 机器类型 工作台尺寸 调刀位 停刀位 初始化0 读取出厂设置 保存出厂设置 串口 端口号 波特率 校验码 数据位 发送文件0 接受文件0 检验数据 圉酉 图2 5 纸箱打样机矢量图形系统软件的特征层 圆弧 一圆心 一半径 图层 读取d x f 文件 绘制实体 f i g 2 5c h a r a c t e r i s t i cl a y e ro fv e c t o rg r a p h i c ss y s t e mi nc a r t o ns a m p l e m a k e r 3 定义结构与连接 建立关系层 关系层给出了各个类及其所代表的对象彼此之间的关系 这些关系包括继承关系 用一般 特殊结构表示 组装关系 用整体 部分结构表示 属性问的静态依赖关系 用 实例连接来表示 服务间的动态依赖关系 用消息连接表示 上述两种结构和两种连接 就构成o o a 基本模型 类图 的关系层 6 需要说明的是 对结构与连接的分析将启 发我们进一步完善对象层与特征层 包括 发现一些原先未曾认识的类 重新考虑某些 对象的分类 对某些类进行调整 以及 对某些类的属性与服务进行增删或调整其位置 经过详细的分析和调查 最终得出纸箱打样机矢量图形系统软件的关系层 该关系层如 图2 6 所示 1 5 广东t 业大学硕十学位论文 配置参数 牟l 0 上 c m y a p p i 一 表示消息连接 司 一表示对象一般 特殊关系 一表示对象整体 部分关系 l 图2 6 纸箱打样机矢量图形系统软件的关系层 f i g 2 6r e l a t i o n s h i pl a y e ro f v e c t o rg r a p h i c ss y s t e mi nc a r t o ns a m p l e m a k e r 2 3 2 2 控制系统的补充模型 补充模型是对o o a 基本模型的补充和进一步的完善 一般包括建立主题层和交互 图两个基本活动 在实际构建补充模型时要根据具体问题的需要进行选择 针对纸箱打 样机矢量图形系统软件 简要作出其主题层 主题层是从更高层次上对所研究的问题进行分析 它提供了系统分析员一种认识和 描述问题空间的更为方便的手段 同时它也有利于o o a 模型的阅读者在不同的层次对 o o a 模型做出准确的理解 t 6 主题层的建立有两种方式 其中一种方式是自底向上的 即 先建立类图 然后把 1 6 第二章纸箱打样机矢餐图形系统软件的总体方案设计 类图中每一组联系较强的类组织为一个主题 这种方式适合于小型系统或中型系统 本 文采用该策略进行划分主题 得到纸箱打样机矢量图形系统软件的压缩方式主题图 纸 箱打样机矢量图形系统软件的主题图如图2 7 图2 7 纸箱打样机矢量图形系统软件的主题图 f i g 2 7s u b j e c tp i c t u r eo fv e c t o rg r a p h i c ss y s t e mi nc a r t o ns a m p l e m a k e r 2 3 2 3 控制系统的详细说明 通过o o a 所建立的系统基本模型和补充模型 直观地表达了系统的总体结构 基 本成份 每个成份内部的主要特征以及彼此之间的关系 1 6 但是 只靠这些图形文档还 不足以详细准确地表达分析阶段应该给出的全部系统信息 所以需要对模型进行详细解 释与说明 一般来说 系统的详细说明 贯穿于基本模型和补充模型建立的全过程 在 o o a 结束之前再集中的审查和补充 类描述模版是o o a 详细说明的最主要 最大量的内容 每个类都有一个类描述模 版 它把这个类内部的所有属性与