| 1 引言
1990年以来，我国已经完成了数十个CIMS应用工程项目，取得了明显的社会经济效益。随着市场竞争的加剧，及CIM相关技术的发展，越来越多的企业接受了CIM哲理，并实施了CIMS工程。
CIMS 是基于CIM哲理建成的系统，在实施的不同企业中，其CIMS工程的规模、系统组成、体系结构、实现途径及运行模式等差异很大。因此，必须针对企业的实际情况和需求，设计它自己的CIMS工程系统。由于CIMS工程的复杂性，设计开发工作量很大，很少有企业能完全按既定计划实施并取得预期效益。据统计，在欧洲实施CIMS工程的企业只有25%能达到预期目的。在国内，立项的 CIMS应用工程多数拖期，设计开发效率很低，企业受益效果不明显，导致上述结果的一个重要原因是CIMS工程太复杂，在设计开发过程中缺少一套先进的设计方法和工具。
2 CIMS应用工程开发过程的问题分析
CIMS应用工程是一项复杂的系统工程，对这种大型复杂系统，应该采用生命周期法进行系统设计和实施［1］。它的开发过程主要可以分为以下几个阶段：①可行性论证阶段；②初步设计阶段；③ 详细设计阶段；④实施阶段；⑤运行和维护阶段。前一阶段是后一阶段的基础，后一阶段是前一阶段的深化、细化，前后衔接，推进系统的开发和实施。
2.1 在CIMS总体设计中存在的问题
在CIMS设计过程中要对企业进行需求分析、提出总体方案，作为实施的依据。
目前在CIMS开发过程中存在较严重的问题是：
(1) 分析和设计两个阶段的工作脱节，形成“分析一堆纸，设计又一堆纸”的现象。分析结果未得到充分利用，甚至是完全丢弃，结果在设计阶段工作又从头开始。这不仅造成CIMS前期工作成果的极大浪费，而且由于设计脱离分析结果，导致设计结果偏离实际需要，从而造成CIMS实施结果和预期目标之间的偏离；
(2)许多设计人员认为CIMS的一些规范要求过于烦琐、是不必要的。为了应付评审，在设计过程中，存在敷衍了事的现象，因而更助长了这种分析和设计的脱节；
(3)更多的设计人员认真按规范进行设计，但由于所用的设计方法本身的弱点和缺少有效的工具支持，很难保证设计质量，工作效率低下，造成拖期。
2.2 存在问题的分析
按系统工程和软件工程观点，设计工作应有一个先进可行的方法论，一套科学的规范和实用有效的工具，以保证设计开发工作的质量和效率。我国863/CIMS应用工程中，在总结经验的基础上，已提出了一整套工程实施规范，并建议用IDEF0方法进行功能建模，用IDEF1X进行信息建模，也初步开发出了相应的工具软件［2］。应该说，这些在我国CIMS 应用示范工程中已经发挥了重要作用。
IDEF0和IDEF1X都是作为标准而使用的方法。IDEF0是一种基于功能分解的单元建模技术，它描述了系统的功能活动及其联系；IDEF1X描述信息及其联系，用来产生一个描述该环境中信息、结构和语义的信息模型，作为数据库设计的依据。但是由于IDEF0和IDEF1X自身存在的缺点，导致CIMS分析和设计过程脱节等诸多问题，它的主要原因是：
(1)IDEF0缺乏从分析向设计过渡的完善机制，通常用IDEF0方法得到的分析结果不能很方便地过渡到实施过程，造成分析阶段创建的文档在实施阶段被抛弃，造成人力、物力资源的严重浪费。
(2) 由于未建立起IDEF0和IDEF1X之间的联系，分析设计人员用IDEF1X建立信息模型时未采用IDEF0的分析结果，只能凭经验和想象力进行建模，造成了前期分析阶段工作的浪费，而且容易导致所建立模型和实际需要的偏离；而且使支持IDEF0和IDEF1X集成的CASE工具的开发工作异常困难。通常需要分别建立功能模型和信息模型，而很少考虑其中一种模型如何去支持（或不支持）另一个模型，产生了两种模型表示的一致性问题并容易形成多余的数据接口。
(3)IDEF0本身缺少一种从宏观上控制对功能进行分解的机制，使得在进行功能分解过程中随机地加上了各种限制条件。因此为了适应建模技术的要求，可能会得到多于实际业务需求的建模结构。
(4) IDEF1X方法在建模顺序上也存在问题。IDEF1X是基于分步方法进行建模的：①建立ER图；②定义主键和外键；③向模型中添加非键属性。其目的是建立一个标准化的数据模型，实体只有在属性间的关系是已知的情况下才能被正确地定义出来，将定义实体属性的工作一直推迟到建模的最后阶段，这不仅推迟了对数据模型属性的注意，还导致了所建立模型具有很大的随机性和不稳定性。
(5)IDEF0和IDEF1X都不能很好地描述系统的动态特性，导致CIMS分析和设计结果的不全面。
针对以上问题，我们提出了一个I2DEF集成的方案，来解决上述问题。
3 用集成方法解决在CIMS分析和设计中存在的问题
3.1 解决上述问题的基本思路
要解决上述问题，必须采取以下方案：
(1)找出IDEF0和IDEF1X之间的必然的联系，将二者完全有机地结合为一个整体，且使二者表示方法一致，使分析顺利地过渡到设计；
(2)在建立IDEF0和IDEF1X之间的联系的基础上，开发一个实用性的CASE工具；
(3)基于系统树和功能树思想，建立一个系统/功能分解树，以实现对IDEF0功能分解过程的宏观控制；
(4)用IDEF0的分析结果得出IDEF1X的实体，以解决IDEF1X由于建模顺序问题带来的实体、实体间关系和实体属性、键值的确定问题；
(5)在模型中加入可以反映系统随时间变化的动态模型部分，实现动态建模。
3.2 I2DEF方法简介
鉴于以上方案，我们提出了一套新的面向大型复杂系统分析设计的集成化IDEF方法，称之为I2DEF（Integrated IDEF）方法。该方法以OMT（Object-Oriented Modeling Technology）方法的三种模型为框架，充分吸收OMT、OOSE、OOA/OOD(Object-oriented Analysis/Design)、UML(Unified Modeling Language)等方法的优点，将IDEF0、IDEF1X、IDEF3（动态模型）和IDEF4（面向对象模型）方法有机地集成在一起，使得这几种方法既能发挥其各自的优点，又紧密地结合在一起，共同为系统建模服务。
该方法定义了三种模型：结构模型（包括系统树、功能树和IDEF1X的全部内容）、动态模型（包括状态转移图、活动周期图和IDEF3的全部内容以及IDEF0的部分内容）、功能模型（包括数据流图和 IDEF0图的内容）是传统IDEF0图的一个高级表现形式(见图1)。
I2DEF方法的三种模型组成结构如图2所示。它涵盖了系统描述的所有方面，可以用于建立一个全面完整的系统模型，而且在各个建模层次上得到的图型，都是对系统的某一方面在特定层次上的一个完整描述，可以单独地阅读和检查。
3.3 在CIMS开发过程中用I2DEF方法建模
I2DEF 的建模顺序是：①建立结构模型中的系统/功能分解树；②动态建模（建立事件流程图等图形）；③功能建模（建立数据流程图等图形）；④根据数据流程图抽取数据，在这些数据的拥有者（产生数据的系统）中建立构件图，然后用IDEF1X方法建立构件间关联、属性及键值。这种建模顺序有以下优点：
(1)首先，I2DEF建立系统/功能分解树，这是基于系统树和功能树思想建立起来的，可以实现对后续系统/功能分解过程的宏观控制，这对于建立一个稳定的系统至关重要。
(2)按系统/功能分解树逐层展开系统，先建立系统各层次上的动态模型，由此可从动态角度观察系统，得到系统在该层次上的一个完整的描述，和分系统间的各种交互行为的发生条件及进行的数据操作，以及各交互行为之间的关系，由此可对系统的真实运行情况进行核实和检验。
(3)从动态模型中抽取各分系统间进行交互时所产生或携带的数据，生成数据流程图。该图是IDEF0的一个高级形式，既可以发挥IDEF0图的优点，又可以十分准确地描述各分系统交互时的数据传递情况，这些传递的数据就是在IDEF1X建模中要定义的实体。
(4)在此方法基础上，我们开发了I2DEF建模工具，可以自动实现分析结果和设计阶段的衔接，以及前后工作的一致性检查等，从根本上解决了上述CIMS开发过程中存在的问题。
图3是I2DEF三种模型之间的内在联系图，从图中可以看出：
(1)其结构模型中系统/功能分解树的各分解层次的分系统/功能Si，分别与动态模型和功能模型中相同分解层次的Si节点相对应，达到以系统/功能分解树来宏观控制各种模型展开层次的目的；
(2)动态模型中事件携带数据Di和功能模型中的数据Di对应，同时对应于构件图中的构件Di，以此实现了各种模型之间相互关联的目的，同时IDEF1X中实体的确定问题也得到解决。 上述建模活动可归纳为表1所示的方式。
由图3和表1可以看出，I2DEF对于大型复杂化系统的分析和设计工作的高度集成，体现在纵横两个方面(横向上的三位一体建模和纵向上的统一形式)支持生命周期。
(1) I2DEF在横向上的集成内容为：动态模型的事件流程图和功能模型的数据流程图分别以相同的模式，沿结构模型的系统/功能分解树逐级展开，充分体现Top -Down的分析设计思想；数据是从分析向设计阶段过渡的桥梁，在事件流程图中事件携带的数据、数据流程图中的数据和构件图中的构件是同一事物，只不过对于数据信息描述的侧重点不同而已。
(2)I2DEF在纵向的集成表现为，基于该思想开发的软件建模工具直接支持CIMS开发中业务活动，通过系统/功能分解树将业务分析、需求分析、软件设计等各阶段融为一体，实现了真正的增量式开发。
4 基于I2DEF方法的工具——I2DEF Toolkit
基于I2DEF方法，我们自行开发了一整套实用的可视化建模软件工具包——I2DEF Toolkit。该工具界面友好、直观、易于理解和掌握，可帮助系统分析员迅速建立业务调查、需求定义、初步/详细设计等各阶段的系统模型。在此基础上可自动生成C++、Java、SQL等程序语言代码框架，根据各阶段分析设计结果自动生成设计文档大纲，并可根据需要对文档中有关系统模型的图形进行自动更新。
I2DEF Toolkit先后被应用于“新一代全分布系统预研”、“沈变ST-CIMS初步/详细设计”、“大连港务局DP-CIMS初步设计”等CIMS应用工程的开发项目中，取得了良好的效果，明显地提高了开发的效率和质量。
4.1 应用实例
下面以某工厂CIMS为例，简要介绍I2DEF Toolkit的应用情况。
4.1.1 建立该工厂的系统/功能分解树（结构建模）
该工厂由生产经营部门、技术部门和生产部门组成，分别由MIS、CAD和CAPP三个分系统支持，其中生产经营部门又可继续分为销售处、财务处和计划处三个部门，分别由不同的子系统支持，其它两个部门也可继续细分，如图4所示（图中系统盒横线上方为现实情况，下方为软件支持系统）。限于篇幅，该图假定工厂只与客户（外部系统）发生联系。
4.1.2 建立系统动态模型
(1) 首先建立事件流程图（以下图形只显示软件系统）首先客户向工厂发出询价事件，可能询价单为该事件携带的数据，工厂给客户一个商务报价，在第1层图中，给出商务报价的过程，则是客户发询价单给MIS， MIS委托CAD给出的技术报价，在此基础上MIS根据一定的运算给出商务报价。其余事件的层次分解递进相同，如图5所示。
(2)根据需要建立事件汇总图(如图6所示) 它以汇总方式显示所有事件，以方便系统分析员和用户的检查和核实。
(3)根据需要建立工作案例图 从某一层事件流程图中抽取某一个完整的事件序列，目的是针对该事件序列进行观察和设计，而不考虑其它的与此事件序列无关的事件，如图7所示。
(4)根据需要建立典型事件跟踪图 从某一层事件流程图中抽取某一完整的事件序列，目的是从时间角度观察一事件发生序列的运行的所有情况，如图8所示。
4.2.3 建立系统的功能模型
(1)建立数据流程图(如图9所示) 从事件流程图中提取数据，建立数据流程图，该图是IDEF0图的一个高级表示形式，从（子）系统/功能间交换的数据角度观察系统。
(2)建立数据汇总图(如图10所示) 以汇总方式显示系统间交互的所有数据。
4.2.4 建立构件图（结构模型）
(1)建立枚举层构件图(如图11所示) 以枚举方式显示某一系统产生或处理的所有数据，在该图的建立过程中定义构件的属性、键值等，可以根据实际需要添加新的构件，也可以删除现有构件或将现有构件转移到其它系统的构件图中去。
(2)建立关系层构件图 在关系层构件图中定义了连接关系、分类关系和组装关系等三类关系，分别对应于IDEF1X方法中的连接关系、继承关系和聚集关系。图12为这三种连接关系的示意图。
(3)自动生成程序代码框架 可根据在构件图中定义的该构件的属性、方法和键自动生成C++、Java、SQL等程序代码框架。
5 结语
由上述介绍可以看出，I2DEF可全面、完整地支持CIMS分析和设计阶段的工作，该建模方法语义丰富，使用方便，表达清晰明了。该方法及其工具I2DEF Toolkit具有以下优点：
(1)全面支持系统调查、系统分析和设计等各个阶段的建模，实现了CIMS开发从分析向设计阶段的平稳过渡；
(2)结构建模、动态建模和功能建模三位一体，可全面完整地对系统进行描述；
(3)利用建模软件工具I2DEF Toolkit，可以自动生成程序代码框架和各个阶段的文档大纲，可节省大量的时间和人力，而且可以自动进行CIMS分析设计工作的一致性检查，克服了分析和设计脱节的问题。
(4)建模图示清晰、易懂，便于系统分析员和用户之间的交流。
由于I2DEF有上述优点，所以在应用中取得了令人满意的效果。该方法也可以用于其它复杂系统的建模、分析和设计。 | 
网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！）
