基于UML的热处理企业知识库管理系统建模

周 茂 军, 于 海, 王 明 伟, 李 姝

( 大连工业大学 机械工程与自动化学院, 辽宁 大连 116034 )

0 引 言

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一,为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能,除合理选用材料和各种成形工艺外,热处理工艺往往是必不可少的。典型工艺、生产经验与案例知识的管理对热处理企业非常重要,而市场上还没有一个完整的热处理知识库管理系统软件,所以,热处理企业迫切需要建立一个标准的热处理知识库管理系统,以解决企业对知识管理的需求。

由于热处理知识会随着企业的应用而在系统中扩充,不同企业要求系统所表达热处理知识的方式也会有所不同,要求热处理企业知识库管理系统具有可视性、可扩展性、可重用性。所以,面向对象分析技术已成为构建热处理知识库管理系统的关键。与面向对象概念新方法相伴随的是统一建模语言UML。UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言,支持面向对象的分析与设计,适用于以面向对象技术来描述任何类型的系统[1]。使用UML的模型视图对系统进行建模能够使各类人员更好地理解系统和互相沟通,保证系统分析、系统设计以及系统维护的一致性,同时能对系统的体系结构进行控制,提供简化和复用的机会。作者研究了UML的模型视图在热处理企业知识库中的应用,以期为构建适应热处理企业需求的知识库系统奠定基础。

1 系统功能分析

系统主要是建立储存热处理企业典型工艺与案例知识和热处理标准手册知识的知识库系统。热处理标准手册知识分为两类,第一类是根据某种材质种类找到其关注的热处理数据信息,在系统中叫知识表；第二类是除材质种类对应的热处理信息外的一些基础知识表,在系统中叫单独表[2]。企业的典型工艺与案例知识都是在热处理生产加工中积累起来的,可作为企业的知识财产应用到生产中,使工作人员能更好地利用这两部分知识对工件安排生产加工工艺,同时防止错误案例在生产过程中再次发生。系统主要具有如下功能:

(1)录入热处理标准知识信息:将热处理标准手册上的知识进行分类并录入相应的模块下,允许企业根据自身要求设置热处理标准知识表的模板并填入对应数据和导入热处理标准知识中的单独表数据信息。

(2)录入企业典型工艺与案例知识:工艺人员根据企业的实际生产情况将企业的典型工艺与案例知识录入系统中。企业的典型工艺与案例知识,供工艺人员学习与借鉴,以使工艺人员更合理地制定生产工艺指导生产加工。此外,还要设置过滤查询条件供查找具体典型工艺与案例知识使用,通过过滤条件的设置要能精确或模糊地定位到所要查找的典型工艺与案例知识。

(3)查询热处理标准知识:要实现对热处理标准手册知识中与牌号有关的热处理相关知识的整体查询功能。查询的总体设计思路是选中材质种类或填写具体牌号,再选择所要查询的热处理相关知识类别(如:化学元素、力学性能等)进行查询。在进行查询时,可通过过滤条件的选择来精确查询与牌号对应的具体热处理相关知识元素(如:C、Si等)所具有的数据信息,实现牌号的多表查询、具体热处理相关知识元素的快速查询。

(4)设置权限:对使用系统的管理人员设置操作权限,使只有具有权限操作的人员才能登录系统来完成权限操作,实现对知识的有效责任负责管理。

(5)可扩展:系统要实现扩展企业所特有的热处理知识表与单独表的功能。企业可将在生产实践中总结的热处理知识表与单独表知识信息录入系统中,不用系统开发人员去工厂维护,可完全交给企业人员去实现热处理知识表与单独表的扩展。

2 基于UML的系统建模

面向对象的建模语言UML支持从需求分析到系统实现的软件开发的整个过程,是一种面向对象的可视化标准建模语言,其完整、丰富的图形和符号表示系统中的对象及其之间的关系,从不同的角度描述待开发的系统。其建模过程主要包括用例建模、静态建模和动态建模[1]。

2.1 用例模型

用例模型主要是由用例、用例描述和用例图组成,用来描述系统的外部特征,它表示了从系统的外部用户(即参与者或角色)的观点看看系统应该具备什么功能[3]。用例模型是系统的核心,它驱动着其他模型的开发。

通过对系统所需功能分析,确定系统主要参与者有:知识库管理员、工艺库管理员、系统管理员。知识库管理员具有录入知识表与录入单独表功能,工艺库管理员具有录入典型工艺与录入案例知识功能,系统管理员具有设置工作组、设置工作组管理员、分配工作组权限、设置基础知识表类别、设置基础模板、维护基础元素档案、备份数据库与还原数据库功能。系统用例图如图1所示。

图1 系统的用例图

根据系统用例图,可以对系统的用例进行分析,描述每个用例的处理过程。表1为系统的两个主要用例描述:录入知识表用例描述,即对录入与牌号有关的热处理标准知识表进行描述；录入典型工艺用例描述,即对录入企业自身的典型工艺知识进行描述。

2.2 静态模型

静态模型描述系统的静态结构,主要描述类(或对象)之间的关系属性和操作。静态模型是建立动态模型的基础,它主要用类图、对象图、组件图、部署图来表示,其中类图主要用来描述系统的静态结构[4-6]。

表1 录入知识表和录入典型工艺用例描述

在UML中,类图显示了一组类、接口、协同以及它们之间的关系,表明了类之间的关联、聚合、泛化、依赖等静态关系。类是对一组具有相同属性、操作、关系和语义的对象的描述,属性用来描述该类的对象所具有的静态特征,操作描述了对数据的具体处理方法,如存取或改变属性值或执行某个动作,操作说明了该类能做些什么工作。图2是与知识表类相关的类图,可以看出这些类之间的关系,知识表通过“牌号ID”属性与牌号关联,牌号的“材质种类编码”属性说明了牌号依赖于材质种类,而知识表模板的“材质种类编码”属性说明知识表模板是针对材质种类设置的模板且单向关联材质种类。

2.3 动态模型

在建好系统静态模型的基础上,应分析和设计系统的动态结构以及建立相应的动态模型。系统动态模型主要描述系统随着时间变化的行为,这些行为是用从静态视图中抽取系统的瞬间值的变化来描述的。动态模型主要用顺序图、协作图、状态图与活动图来建模,它们从不同的角度描述对象的行为和对象之间的交互,并不是在任何情况下都要画所有的图,应根据需要选择建立不同的动态模型。在热处理知识库管理系统的分析过程中,主要使用顺序图进行动态模型的建立。

顺序图可以用来描述场景,也可以用来描述对象之间及对象与参与者之间的交互,是由一组协作的对象及它们之间可发送的消息组成的,强调消息之间的顺序。正是由于顺序图具备了时间顺序的概念,从而可以清晰地表示对象在其生命周期的某一时刻的动态行为。在顺序图中,每一个对象用一条生命线来表示,即用垂直线代表整个交互过程中对象的生命周期,生命线之间的箭头连线代表消息,图3为录入知识表信息的顺序图。从图3可以看出,录入知识表用例从知识库管理员选择材质种类开始,选择材质种类后根据材质种类的选择调用对应的知识表模板,知识表模板调用后,返回知识表模板到知识表对象上,此时知识库管理员选择此材质种类下的牌号,牌号选择后输入知识表模板上与选择的牌号对应的其他内容,输入其他内容后将知识表对象信息保存,保存成功,录入知识表结束。

图2 与知识表类相关的类图

图3 录入知识表信息的顺序图

3 结 论

基于UML技术构建了热处理企业知识库管理系统,用UML进行建模的过程就是对系统进行需求分析和设计的全过程,在系统的分析和设计过程中使用UML的模型视图能使客户具体了解待开发的整套系统,有利于及时发现系统存在的不足并在UML各种图形中进行一些必要的修改,为系统的开发和构造提供了很好的基础,逐渐减少了开发后的系统与用户所想要的系统之间的差异,使用户对系统的满意度提高,极大减少了系统维护的工作量,使系统真正满足热处理企业的需求。总之,使用UML对热处理企业知识库管理系统进行建模,实现了用户、系统开发人员、分析人员、测试人员、管理人员之间信息的共享,大大地提高了系统开发效率,节约了系统开发成本。

[1] 郭宁. UML及建模[M]. 北京:北京交通大学出版社, 2007:16-59.

[2] 叶卫平,张覃铁. 热处理使用数据速查手册[M]. 北京:机械工业出版社, 2005:36-179.

[3] 刘威,于强,俞号峰. 基于UML的空间科学实验监控系统的建模[J]. 计算机工程与设计, 2010, 31(6):1343-1346.

[4] 王祥滨,赵克,程培涛,等. 基于领域自然语言理解的知识库管理系统[J]. 计算机技术与发展, 2009, 19(6):61-64.

[5] 王伟达,刘文剑. 基于UML的适应调度知识系统开发[J]. 计算机应用, 2007, 27(2):421-424.

[6] 杨林,李小坚. 基于UML实时系统的分析和设计[J]. 计算机工程与设计, 2007, 28(20): 5035-5038.