UML系統(tǒng)建模的分析和應(yīng)用

楊　明

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇　南京　210031）

UML系統(tǒng)建模的分析和應(yīng)用

楊明

（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京210031）

文章以高職院校教務(wù)管理業(yè)務(wù)作為原型基礎(chǔ)，通過(guò)該實(shí)例詳細(xì)地介紹了UML建模技術(shù)。包含如何進(jìn)行系統(tǒng)模型的分類，怎樣區(qū)分外部視圖和內(nèi)部視圖，如何繪制外部用例和活動(dòng)圖以及如何建立系統(tǒng)組織單元等，最后給出了完整的類圖模型。

UML模型；教務(wù)管理；類圖

統(tǒng)一建模語(yǔ)言（Unified Modeling Language，UML）是面向?qū)ο筌浖臉?biāo)準(zhǔn)化建模語(yǔ)言。UML因其簡(jiǎn)單、統(tǒng)一的特點(diǎn)，并且能表達(dá)軟件設(shè)計(jì)中的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息，目前已成為可視化建模語(yǔ)言的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在信息系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，統(tǒng)一建模語(yǔ)言可以在整個(gè)設(shè)計(jì)周期中使用，幫助設(shè)計(jì)者縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少改進(jìn)成本。

1　UML系統(tǒng)建模

建模，顧名思義，就是建立模型。在本文中，就是建立教務(wù)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型。之所以要建立教務(wù)管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)模型，是因?yàn)闃I(yè)務(wù)系統(tǒng)模型是開(kāi)發(fā)教務(wù)管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)。教務(wù)管理信息系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) （Internet Technology，IT）系統(tǒng)，因此掌握和理解業(yè)務(wù)環(huán)境必不可少，對(duì)業(yè)務(wù)的分析和建模是IT系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重要組成部分。

2　系統(tǒng)模型分類

業(yè)務(wù)建模通常包含如下兩部分：

一是模型的動(dòng)態(tài)方面，業(yè)務(wù)過(guò)程的分析。所謂的業(yè)務(wù)過(guò)程，即為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)目標(biāo)而必須經(jīng)歷的多個(gè)工序或者一系列事件。業(yè)務(wù)過(guò)程通常包含一些步驟，這些步驟稱為活動(dòng)集。例如，在教務(wù)管理中，為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)專業(yè)這個(gè)目標(biāo)，必須包含的活動(dòng)如圖1所示。

圖1　轉(zhuǎn)專業(yè)流程

活動(dòng)可以順序執(zhí)行，也可以并行執(zhí)行，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行轉(zhuǎn)專業(yè)申請(qǐng)時(shí)，其仍然可以進(jìn)行網(wǎng)上選課。通常，業(yè)務(wù)過(guò)程中的活動(dòng)是相互依賴的。這個(gè)依賴關(guān)系是由各個(gè)活動(dòng)之間的交互創(chuàng)建的，這些活動(dòng)屬于為實(shí)現(xiàn)某個(gè)共同目標(biāo)的業(yè)務(wù)過(guò)程。

二是模型的靜態(tài)方面，業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的組織結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)對(duì)象和信息對(duì)象分析。高職院校中常見(jiàn)的教務(wù)管理組織機(jī)構(gòu)如圖2所示。

教務(wù)處和各個(gè)二級(jí)學(xué)院、部共同組成業(yè)務(wù)運(yùn)行主體，教務(wù)的主要業(yè)務(wù)過(guò)程都在這3個(gè)核心部門(mén)運(yùn)行。但是一個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程運(yùn)行可能要跨越多個(gè)部門(mén)，需要多個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)共同完成，例如學(xué)生購(gòu)買教材，需要教務(wù)處和財(cái)務(wù)處協(xié)助完成。

圖2　組織結(jié)構(gòu)

相對(duì)于組織結(jié)構(gòu)，業(yè)務(wù)對(duì)象的分析要簡(jiǎn)單很多。業(yè)務(wù)對(duì)象，就是指在教務(wù)管理業(yè)務(wù)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)物，例如轉(zhuǎn)專業(yè)申請(qǐng)單，成績(jī)單等。

3　系統(tǒng)外部和內(nèi)部視圖

外部視圖就是從外環(huán)境來(lái)觀察教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)，外部環(huán)境包含學(xué)生、普通任課教師和除教務(wù)處之外的其他職能部門(mén)等，外部視圖只關(guān)心和外部環(huán)境相關(guān)的業(yè)務(wù)過(guò)程，以及教務(wù)管理系統(tǒng)本身能提供什么服務(wù)，而教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)本身則是被看作一個(gè)黑匣子。

從外部視圖來(lái)觀察教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)，只考慮那些和外部用戶相關(guān)的活動(dòng)，并不關(guān)心教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)是如何運(yùn)轉(zhuǎn)的，里面的業(yè)務(wù)過(guò)程有多少個(gè)環(huán)節(jié)，只關(guān)心教務(wù)系統(tǒng)能輸出什么或者能給提供什么服務(wù)。

教務(wù)管理系統(tǒng)的輸出可以分兩種：實(shí)物輸出和服務(wù)輸出。實(shí)物輸出是有形的，例如一張學(xué)生的成績(jī)單，而服務(wù)輸出是無(wú)形的，如查詢學(xué)生成績(jī)。

內(nèi)部視圖則是描述教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)是如何給外部環(huán)境提供服務(wù)，內(nèi)部視圖包含很多業(yè)務(wù)對(duì)象和業(yè)務(wù)信息，例如教務(wù)處管理人員、二級(jí)學(xué)院教學(xué)秘書(shū)以及成績(jī)單、申請(qǐng)表等，他們處理必要的業(yè)務(wù)過(guò)程，同時(shí)也是業(yè)務(wù)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)的一部分。內(nèi)部視圖對(duì)外部環(huán)境而言是不可見(jiàn)的。

內(nèi)部視圖描述的是教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部的活動(dòng)、過(guò)程、關(guān)系和結(jié)構(gòu)。內(nèi)部視圖通過(guò)功能向外界提供服務(wù)，功能是存在業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部的，它對(duì)于外部用戶而言，既不可見(jiàn)，也不可以訪問(wèn)，它用來(lái)表示一個(gè)內(nèi)部活動(dòng)，或者一個(gè)業(yè)務(wù)過(guò)程。和業(yè)務(wù)用例一樣，業(yè)務(wù)過(guò)程既可以手工執(zhí)行，也可以基于IT系統(tǒng)執(zhí)行。

4　系統(tǒng)的外部用例、活動(dòng)圖

本文將通過(guò)用例圖和活動(dòng)圖來(lái)構(gòu)建外部視圖。用例，根據(jù)OMG的定義，是由系統(tǒng)執(zhí)行的一系列操作，該操作為其他參與者或者相關(guān)涉眾提供一個(gè)重要的結(jié)果。在教務(wù)管理系統(tǒng)中，用例可以是手工的，也可以是基于IT系統(tǒng)的。業(yè)務(wù)用例始終是由參與者發(fā)起的，或者說(shuō)外部用戶可以使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供的服務(wù)了。參與者就是使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)輸出的外部用戶，在教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，外部用戶就是學(xué)生、教師。參與者能夠與業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的人或IT系統(tǒng)進(jìn)行交互，例如學(xué)生輸入自己的學(xué)號(hào)，才能查詢到自己的成績(jī)。在教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部的操作人員或IT啟動(dòng)的活動(dòng)并不是外部視圖中的業(yè)務(wù)用例。

在外部視圖中，使用UML用例圖來(lái)表示業(yè)務(wù)用例和參與者之間的交互關(guān)系。之所以采用用例圖，是因?yàn)樗泻芎玫臏贤ㄐ裕簧婕熬唧w的技術(shù)細(xì)節(jié)。無(wú)論是對(duì)于設(shè)計(jì)者、開(kāi)發(fā)人員還是客戶，都能根據(jù)用例圖進(jìn)行深入的溝通，雖然用例圖不能描述工序的細(xì)節(jié)，但能很好描述系統(tǒng)的功能。設(shè)計(jì)用例圖，首先確定教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的外部參與者，參與者在其中發(fā)揮重要作用。

教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的外部參與者羅列如下：

教師：學(xué)校的一個(gè)員工，教學(xué)活動(dòng)直接參與者，向?qū)W生傳授知識(shí)技能。

學(xué)生：經(jīng)過(guò)高考進(jìn)入學(xué)校的一個(gè)人，在學(xué)校的目的主要是學(xué)習(xí)知識(shí)和技能。

輔導(dǎo)員：老師的一種，主要是從事學(xué)生的思想政治教育工作。

二級(jí)學(xué)院院長(zhǎng)：老師的一種，主要負(fù)責(zé)二級(jí)學(xué)院的管理工作。

教務(wù)處處長(zhǎng)：老師的一種，主要負(fù)責(zé)學(xué)校的日常教學(xué)管理工作。

其次，要標(biāo)識(shí)從外部參與者來(lái)看，將會(huì)涉及的用例，如下所示：

U1：學(xué)生登陸系統(tǒng)可以查詢成績(jī)信息。

U2：學(xué)生可以進(jìn)行網(wǎng)上公共選修課選課。

U3：學(xué)生可以進(jìn)行網(wǎng)上體育課選課。

U4：選課完畢后，學(xué)生去聽(tīng)課。

U5：教師可以查詢打印選課學(xué)生名單信息。

U6：教師可以查看課表。

U7：教師去上課。

U8：教師網(wǎng)上錄入學(xué)生成績(jī)。

最后，本文使用用例圖可完整地展示上面提到的用例示意，如圖3所示。

本文從圖3中可以解讀出如下信息：對(duì)于學(xué)生角色，他與4個(gè)業(yè)務(wù)用例進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以執(zhí)行4個(gè)業(yè)務(wù)用例。而對(duì)于教師角色，他也和4個(gè)業(yè)務(wù)用例進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以執(zhí)行4個(gè)業(yè)務(wù)用例。上課用例和錄入成績(jī)用例是包含關(guān)系，這意味著在和上課用例進(jìn)行交互的過(guò)程中，將會(huì)在某個(gè)時(shí)候執(zhí)行錄入成績(jī)用例。對(duì)于二級(jí)學(xué)院院長(zhǎng)、教務(wù)處處長(zhǎng)、輔導(dǎo)員的角色作了泛化，因?yàn)楸举|(zhì)上他們都是教師的角色。

圖3　用例示意

用例圖雖然可以清楚地看到外部參與者和用例之間的關(guān)聯(lián)，但是無(wú)法描述業(yè)務(wù)用例的細(xì)節(jié)，就是教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)過(guò)程。這些缺陷可以通過(guò)活動(dòng)圖來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)，活動(dòng)圖可以描述外部參與者和業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的交互，這種交互包含并行、分支和順序等。

活動(dòng)圖與程序流程設(shè)計(jì)相關(guān)，它用于表示活動(dòng)集。在外部視圖中，本文用活動(dòng)圖來(lái)描述這些業(yè)務(wù)過(guò)程，也就是描述業(yè)務(wù)系統(tǒng)的功能，從功能的角度思考問(wèn)題，對(duì)業(yè)務(wù)過(guò)程建模很有幫助。

繪制活動(dòng)圖可以選擇不同的詳細(xì)程度。可以把他們逐步精細(xì)化，在外部視圖中，活動(dòng)圖和用例圖類似，只是從外部視角來(lái)觀察業(yè)務(wù)過(guò)程和活動(dòng)。本文不能描述業(yè)務(wù)過(guò)程的執(zhí)行細(xì)節(jié)，這是內(nèi)部視圖考慮的事情。

從學(xué)生的角度觀察，活動(dòng)圖如圖4所示，活動(dòng)圖首先從學(xué)生登陸教務(wù)管理系統(tǒng)這個(gè)事件開(kāi)始，然后沿著控制流到達(dá)一個(gè)決策點(diǎn)，如果沒(méi)有登陸成功，活動(dòng)結(jié)束。如果登陸成功，將會(huì)遇到一條粗線，學(xué)生可以進(jìn)行選公選課或者選體育課，注意這2個(gè)用例是可以同時(shí)進(jìn)行的。當(dāng)這2個(gè)用例都進(jìn)行完畢后，控制流進(jìn)行了匯總，進(jìn)行聽(tīng)課的用例執(zhí)行，在聽(tīng)課結(jié)束后，學(xué)生可以查詢自己的個(gè)人成績(jī)。如圖4所示，相比較用例圖，本文可以看出用例之間是并行執(zhí)行的還是順序執(zhí)行的。

圖4　學(xué)生的活動(dòng)示意

5　系統(tǒng)組織單元

要執(zhí)行內(nèi)部視圖建模，首先是調(diào)查內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。組織單元結(jié)構(gòu)對(duì)于教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部視圖而言是很重要的。在UML中，組織單元結(jié)構(gòu)使用包圖來(lái)描述，它可以包含教務(wù)處管理人員、業(yè)務(wù)對(duì)象以及其他組織單元。組織單元是能夠負(fù)責(zé)執(zhí)行業(yè)務(wù)過(guò)程活動(dòng)的實(shí)體，組織單元是對(duì)組織中各種個(gè)體工作的抽象。

在UML中，一個(gè)組織單元是由工作者、業(yè)務(wù)對(duì)象、其他組織單元以及它們之間的關(guān)系構(gòu)成的。組織單元必須位于業(yè)務(wù)系統(tǒng)之中，這是一個(gè)基本原則。在業(yè)務(wù)系統(tǒng)之外的組織單元是參與者。

6　系統(tǒng)的類圖

包圖可以反映每個(gè)管理單元所包含的內(nèi)部工作人員和業(yè)務(wù)對(duì)象，但是包圖并不能反映內(nèi)部工作人員和業(yè)務(wù)對(duì)象之間的關(guān)系，類圖可以彌補(bǔ)包圖的缺陷。

類圖5可以對(duì)教務(wù)管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部分，即各個(gè)管理人員、業(yè)務(wù)對(duì)象以及外部參與者的關(guān)系進(jìn)行描述。業(yè)務(wù)模型級(jí)的類圖盡量保持了簡(jiǎn)化，只使用了很少部分的元素，這樣做是為了便于閱讀和溝通。因?yàn)閁ML所設(shè)想的目標(biāo)就是簡(jiǎn)化相關(guān)參與者之間的溝通，如果過(guò)于復(fù)雜，這一優(yōu)勢(shì)就會(huì)喪失殆盡。

在圖5中本文能讀出如下信息，學(xué)籍管理人員會(huì)生成班級(jí)名單和學(xué)生名單，教學(xué)計(jì)劃任務(wù)管理人員會(huì)使用班級(jí)名單，然后生成上課地點(diǎn)清單和公共、專業(yè)課任務(wù)清單。公選課管理人員會(huì)根據(jù)上課地點(diǎn)清單生成公選課任務(wù)清單。體育選項(xiàng)管理人員使用上課地點(diǎn)清單生成體育選項(xiàng)任務(wù)清單。成績(jī)管理人員使用學(xué)生名單生成學(xué)生成績(jī)單。排課管理人員使用體育選項(xiàng)任務(wù)清單、公選課任務(wù)清單、公共課專業(yè)課任務(wù)清單、學(xué)生名單來(lái)生成學(xué)生課表和教師課表。生成的教師課表發(fā)給人事系統(tǒng)使用。學(xué)生名單則供學(xué)工系統(tǒng)、一卡通、財(cái)務(wù)、圖書(shū)館系統(tǒng)使用。教師和學(xué)生作為系統(tǒng)外部參與者可以查看教師課表和學(xué)生課表。

7　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，UML統(tǒng)一了各種方法對(duì)不同類型的系統(tǒng)、不同開(kāi)發(fā)階段以及不同內(nèi)部概念的不同觀點(diǎn)，從而有效地消除了各種建模語(yǔ)言之間不必要的差異。UML建模能力比其他面向?qū)ο蠼７椒ǜ鼜?qiáng)。它不僅適合于一般系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，而且對(duì)并行、分布式系統(tǒng)的建模尤為適宜。

圖5　類圖

［1］PATRICK G，HENRIETTE B.UML 2.0 in Action［M］.Birmingham：Packt Publishing，2007.

［2］MIKE D.Object-Oriented Analysis&Design［M］.United States：O'Reilly Medi，2005.

［3］GRADY B， JAMES R， IVAR J.Unified Modeling Language User Guide（Second Edition）［M］.United States：Pearson education inc，2013.

［4］張海藩，倪寧.軟件工程［M］.3版.北京：人民郵電出版社，2010.

Analysis and application of UML system modeling

Yang Ming
（Nanjing Institute of Railway Technology， Nanjing 210031， China）

This paper sets a high vocational college educational academic management as a prototype， introducing the UML modeling technology in details， including how to carry out the classifcation of the system modeling， how to distinguish between external view and internal view， how to draw external use cases and activity diagram， and how to set up system organization units. Finally， it gives the complete class diagram model.

UML system modeling； academic management； class diagram

江蘇高校哲社研究立項(xiàng)課題；項(xiàng)目名稱：大數(shù)據(jù)背景下職業(yè)院校教師的挑戰(zhàn)與發(fā)展研究；項(xiàng)目編號(hào)：2016SJB880057。

楊明（1978— ），男，江蘇徐州，碩士，工程師；研究方向：數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，軟件工程。