周 茂 軍, 于 海, 王 明 偉, 李 姝

( 大連工業(yè)大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一,為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能,除合理選用材料和各種成形工藝外,熱處理工藝往往是必不可少的。典型工藝、生產(chǎn)經(jīng)驗與案例知識的管理對熱處理企業(yè)非常重要,而市場上還沒有一個完整的熱處理知識庫管理系統(tǒng)軟件,所以,熱處理企業(yè)迫切需要建立一個標(biāo)準(zhǔn)的熱處理知識庫管理系統(tǒng),以解決企業(yè)對知識管理的需求。

由于熱處理知識會隨著企業(yè)的應(yīng)用而在系統(tǒng)中擴充,不同企業(yè)要求系統(tǒng)所表達(dá)熱處理知識的方式也會有所不同,要求熱處理企業(yè)知識庫管理系統(tǒng)具有可視性、可擴展性、可重用性。所以,面向?qū)ο蠓治黾夹g(shù)已成為構(gòu)建熱處理知識庫管理系統(tǒng)的關(guān)鍵。與面向?qū)ο蟾拍钚路椒ㄏ喟殡S的是統(tǒng)一建模語言UML。UML是一種定義良好、易于表達(dá)、功能強大且普遍適用的建模語言,支持面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計,適用于以面向?qū)ο蠹夹g(shù)來描述任何類型的系統(tǒng)[1]。使用UML的模型視圖對系統(tǒng)進(jìn)行建模能夠使各類人員更好地理解系統(tǒng)和互相溝通,保證系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計以及系統(tǒng)維護(hù)的一致性,同時能對系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制,提供簡化和復(fù)用的機會。作者研究了UML的模型視圖在熱處理企業(yè)知識庫中的應(yīng)用,以期為構(gòu)建適應(yīng)熱處理企業(yè)需求的知識庫系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)主要是建立儲存熱處理企業(yè)典型工藝與案例知識和熱處理標(biāo)準(zhǔn)手冊知識的知識庫系統(tǒng)。熱處理標(biāo)準(zhǔn)手冊知識分為兩類,第一類是根據(jù)某種材質(zhì)種類找到其關(guān)注的熱處理數(shù)據(jù)信息,在系統(tǒng)中叫知識表；第二類是除材質(zhì)種類對應(yīng)的熱處理信息外的一些基礎(chǔ)知識表,在系統(tǒng)中叫單獨表[2]。企業(yè)的典型工藝與案例知識都是在熱處理生產(chǎn)加工中積累起來的,可作為企業(yè)的知識財產(chǎn)應(yīng)用到生產(chǎn)中,使工作人員能更好地利用這兩部分知識對工件安排生產(chǎn)加工工藝,同時防止錯誤案例在生產(chǎn)過程中再次發(fā)生。系統(tǒng)主要具有如下功能:

(1)錄入熱處理標(biāo)準(zhǔn)知識信息:將熱處理標(biāo)準(zhǔn)手冊上的知識進(jìn)行分類并錄入相應(yīng)的模塊下,允許企業(yè)根據(jù)自身要求設(shè)置熱處理標(biāo)準(zhǔn)知識表的模板并填入對應(yīng)數(shù)據(jù)和導(dǎo)入熱處理標(biāo)準(zhǔn)知識中的單獨表數(shù)據(jù)信息。

(2)錄入企業(yè)典型工藝與案例知識:工藝人員根據(jù)企業(yè)的實際生產(chǎn)情況將企業(yè)的典型工藝與案例知識錄入系統(tǒng)中。企業(yè)的典型工藝與案例知識,供工藝人員學(xué)習(xí)與借鑒,以使工藝人員更合理地制定生產(chǎn)工藝指導(dǎo)生產(chǎn)加工。此外,還要設(shè)置過濾查詢條件供查找具體典型工藝與案例知識使用,通過過濾條件的設(shè)置要能精確或模糊地定位到所要查找的典型工藝與案例知識。

(3)查詢熱處理標(biāo)準(zhǔn)知識:要實現(xiàn)對熱處理標(biāo)準(zhǔn)手冊知識中與牌號有關(guān)的熱處理相關(guān)知識的整體查詢功能。查詢的總體設(shè)計思路是選中材質(zhì)種類或填寫具體牌號,再選擇所要查詢的熱處理相關(guān)知識類別(如:化學(xué)元素、力學(xué)性能等)進(jìn)行查詢。在進(jìn)行查詢時,可通過過濾條件的選擇來精確查詢與牌號對應(yīng)的具體熱處理相關(guān)知識元素(如:C、Si等)所具有的數(shù)據(jù)信息,實現(xiàn)牌號的多表查詢、具體熱處理相關(guān)知識元素的快速查詢。

(4)設(shè)置權(quán)限:對使用系統(tǒng)的管理人員設(shè)置操作權(quán)限,使只有具有權(quán)限操作的人員才能登錄系統(tǒng)來完成權(quán)限操作,實現(xiàn)對知識的有效責(zé)任負(fù)責(zé)管理。

(5)可擴展:系統(tǒng)要實現(xiàn)擴展企業(yè)所特有的熱處理知識表與單獨表的功能。企業(yè)可將在生產(chǎn)實踐中總結(jié)的熱處理知識表與單獨表知識信息錄入系統(tǒng)中,不用系統(tǒng)開發(fā)人員去工廠維護(hù),可完全交給企業(yè)人員去實現(xiàn)熱處理知識表與單獨表的擴展。

2 基于UML的系統(tǒng)建模

面向?qū)ο蟮慕ＵZ言UML支持從需求分析到系統(tǒng)實現(xiàn)的軟件開發(fā)的整個過程,是一種面向?qū)ο蟮目梢暬瘶?biāo)準(zhǔn)建模語言,其完整、豐富的圖形和符號表示系統(tǒng)中的對象及其之間的關(guān)系,從不同的角度描述待開發(fā)的系統(tǒng)。其建模過程主要包括用例建模、靜態(tài)建模和動態(tài)建模[1]。

2.1 用例模型

用例模型主要是由用例、用例描述和用例圖組成,用來描述系統(tǒng)的外部特征,它表示了從系統(tǒng)的外部用戶(即參與者或角色)的觀點看看系統(tǒng)應(yīng)該具備什么功能[3]。用例模型是系統(tǒng)的核心,它驅(qū)動著其他模型的開發(fā)。

通過對系統(tǒng)所需功能分析,確定系統(tǒng)主要參與者有:知識庫管理員、工藝庫管理員、系統(tǒng)管理員。知識庫管理員具有錄入知識表與錄入單獨表功能,工藝庫管理員具有錄入典型工藝與錄入案例知識功能,系統(tǒng)管理員具有設(shè)置工作組、設(shè)置工作組管理員、分配工作組權(quán)限、設(shè)置基礎(chǔ)知識表類別、設(shè)置基礎(chǔ)模板、維護(hù)基礎(chǔ)元素檔案、備份數(shù)據(jù)庫與還原數(shù)據(jù)庫功能。系統(tǒng)用例圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的用例圖

根據(jù)系統(tǒng)用例圖,可以對系統(tǒng)的用例進(jìn)行分析,描述每個用例的處理過程。表1為系統(tǒng)的兩個主要用例描述:錄入知識表用例描述,即對錄入與牌號有關(guān)的熱處理標(biāo)準(zhǔn)知識表進(jìn)行描述；錄入典型工藝用例描述,即對錄入企業(yè)自身的典型工藝知識進(jìn)行描述。

2.2 靜態(tài)模型

靜態(tài)模型描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu),主要描述類(或?qū)ο?之間的關(guān)系屬性和操作。靜態(tài)模型是建立動態(tài)模型的基礎(chǔ),它主要用類圖、對象圖、組件圖、部署圖來表示,其中類圖主要用來描述系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)[4-6]。

表1 錄入知識表和錄入典型工藝用例描述

在UML中,類圖顯示了一組類、接口、協(xié)同以及它們之間的關(guān)系,表明了類之間的關(guān)聯(lián)、聚合、泛化、依賴等靜態(tài)關(guān)系。類是對一組具有相同屬性、操作、關(guān)系和語義的對象的描述,屬性用來描述該類的對象所具有的靜態(tài)特征,操作描述了對數(shù)據(jù)的具體處理方法,如存取或改變屬性值或執(zhí)行某個動作,操作說明了該類能做些什么工作。圖2是與知識表類相關(guān)的類圖,可以看出這些類之間的關(guān)系,知識表通過“牌號ID”屬性與牌號關(guān)聯(lián),牌號的“材質(zhì)種類編碼”屬性說明了牌號依賴于材質(zhì)種類,而知識表模板的“材質(zhì)種類編碼”屬性說明知識表模板是針對材質(zhì)種類設(shè)置的模板且單向關(guān)聯(lián)材質(zhì)種類。

2.3 動態(tài)模型

在建好系統(tǒng)靜態(tài)模型的基礎(chǔ)上,應(yīng)分析和設(shè)計系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)以及建立相應(yīng)的動態(tài)模型。系統(tǒng)動態(tài)模型主要描述系統(tǒng)隨著時間變化的行為,這些行為是用從靜態(tài)視圖中抽取系統(tǒng)的瞬間值的變化來描述的。動態(tài)模型主要用順序圖、協(xié)作圖、狀態(tài)圖與活動圖來建模,它們從不同的角度描述對象的行為和對象之間的交互,并不是在任何情況下都要畫所有的圖,應(yīng)根據(jù)需要選擇建立不同的動態(tài)模型。在熱處理知識庫管理系統(tǒng)的分析過程中,主要使用順序圖進(jìn)行動態(tài)模型的建立。

順序圖可以用來描述場景,也可以用來描述對象之間及對象與參與者之間的交互,是由一組協(xié)作的對象及它們之間可發(fā)送的消息組成的,強調(diào)消息之間的順序。正是由于順序圖具備了時間順序的概念,從而可以清晰地表示對象在其生命周期的某一時刻的動態(tài)行為。在順序圖中,每一個對象用一條生命線來表示,即用垂直線代表整個交互過程中對象的生命周期,生命線之間的箭頭連線代表消息,圖3為錄入知識表信息的順序圖。從圖3可以看出,錄入知識表用例從知識庫管理員選擇材質(zhì)種類開始,選擇材質(zhì)種類后根據(jù)材質(zhì)種類的選擇調(diào)用對應(yīng)的知識表模板,知識表模板調(diào)用后,返回知識表模板到知識表對象上,此時知識庫管理員選擇此材質(zhì)種類下的牌號,牌號選擇后輸入知識表模板上與選擇的牌號對應(yīng)的其他內(nèi)容,輸入其他內(nèi)容后將知識表對象信息保存,保存成功,錄入知識表結(jié)束。

圖2 與知識表類相關(guān)的類圖

圖3 錄入知識表信息的順序圖

3 結(jié) 論

基于UML技術(shù)構(gòu)建了熱處理企業(yè)知識庫管理系統(tǒng),用UML進(jìn)行建模的過程就是對系統(tǒng)進(jìn)行需求分析和設(shè)計的全過程,在系統(tǒng)的分析和設(shè)計過程中使用UML的模型視圖能使客戶具體了解待開發(fā)的整套系統(tǒng),有利于及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的不足并在UML各種圖形中進(jìn)行一些必要的修改,為系統(tǒng)的開發(fā)和構(gòu)造提供了很好的基礎(chǔ),逐漸減少了開發(fā)后的系統(tǒng)與用戶所想要的系統(tǒng)之間的差異,使用戶對系統(tǒng)的滿意度提高,極大減少了系統(tǒng)維護(hù)的工作量,使系統(tǒng)真正滿足熱處理企業(yè)的需求?？傊?使用UML對熱處理企業(yè)知識庫管理系統(tǒng)進(jìn)行建模,實現(xiàn)了用戶、系統(tǒng)開發(fā)人員、分析人員、測試人員、管理人員之間信息的共享,大大地提高了系統(tǒng)開發(fā)效率,節(jié)約了系統(tǒng)開發(fā)成本。

[1] 郭寧. UML及建模[M]. 北京:北京交通大學(xué)出版社, 2007:16-59.

[2] 葉衛(wèi)平,張覃鐵. 熱處理使用數(shù)據(jù)速查手冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2005:36-179.

[3] 劉威,于強,俞號峰. 基于UML的空間科學(xué)實驗監(jiān)控系統(tǒng)的建模[J]. 計算機工程與設(shè)計, 2010, 31(6):1343-1346.

[4] 王祥濱,趙克,程培濤,等. 基于領(lǐng)域自然語言理解的知識庫管理系統(tǒng)[J]. 計算機技術(shù)與發(fā)展, 2009, 19(6):61-64.

[5] 王偉達(dá),劉文劍. 基于UML的適應(yīng)調(diào)度知識系統(tǒng)開發(fā)[J]. 計算機應(yīng)用, 2007, 27(2):421-424.

[6] 楊林,李小堅. 基于UML實時系統(tǒng)的分析和設(shè)計[J]. 計算機工程與設(shè)計, 2007, 28(20): 5035-5038.