可拓創(chuàng)新軟件體系結(jié)構(gòu)研究

李衛(wèi)華，傅曉東

(1.廣東工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院,廣東 廣州 510006;2.廣東第二師范學(xué)院 物理系,廣東 廣州 510303)

可拓創(chuàng)新軟件體系結(jié)構(gòu)研究

李衛(wèi)華1，傅曉東2

(1.廣東工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院,廣東 廣州 510006;2.廣東第二師范學(xué)院 物理系,廣東 廣州 510303)

摘要:為了將可拓創(chuàng)新方法基本原理制作成軟件，方便用戶利用可拓創(chuàng)新軟件進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了可拓創(chuàng)新軟件體系結(jié)構(gòu)和主要構(gòu)件，結(jié)構(gòu)中包含了可拓創(chuàng)新方法中創(chuàng)新產(chǎn)品的3個(gè)創(chuàng)造法.該軟件體系結(jié)構(gòu)有利于用戶利用構(gòu)件制作可擴(kuò)展可演化的可拓創(chuàng)新軟件，以適應(yīng)不同領(lǐng)域應(yīng)用.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明了該體系結(jié)構(gòu)的有效性.

關(guān)鍵詞:可拓創(chuàng)新方法； 3個(gè)創(chuàng)造法； 軟件體系結(jié)構(gòu)； 構(gòu)件

文獻(xiàn)[1]介紹了可拓創(chuàng)新方法及其應(yīng)用研究進(jìn)展，但還沒(méi)有從軟件體系結(jié)構(gòu)[2]方面探討可拓創(chuàng)新軟件的研制這方面的報(bào)道.目前雖然有一些可拓軟件已成功研制出來(lái)[3-7]，并獲得了軟件著作權(quán)，但可拓創(chuàng)新軟件的研制相對(duì)滯后.為了方便用戶制作適用于自己領(lǐng)域的可拓創(chuàng)新軟件，必須首先建立可拓創(chuàng)新軟件的軟件體系結(jié)構(gòu), 同時(shí)將可拓創(chuàng)新方法的主要部分制成軟件構(gòu)件，才能達(dá)到上述目的.基于此，本文探討了可拓創(chuàng)新軟件體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建立問(wèn)題.

1可拓創(chuàng)新方法的主要部分

《可拓學(xué)》[8]一書(shū)介紹了可拓創(chuàng)新方法的主要部分，分別是拓展分析方法、可拓變換方法、共軛分析與共軛變換方法、可拓集方法、優(yōu)度評(píng)價(jià)方法和可拓思維模式.詳細(xì)內(nèi)容可參考該書(shū)，在此不再贅述.

《可拓工程方法》[9]一書(shū)提出了新產(chǎn)品構(gòu)思的3個(gè)創(chuàng)造法，分別為第一創(chuàng)造法、第二創(chuàng)造法和第三創(chuàng)造法.

第一創(chuàng)造法是從消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品功能的需要出發(fā)構(gòu)思全新產(chǎn)品的方法，主要用于開(kāi)發(fā)它擇性產(chǎn)品、綜合性產(chǎn)品、互補(bǔ)性產(chǎn)品和終端產(chǎn)品[10].

第二創(chuàng)造法從已有的產(chǎn)品出發(fā)，利用可拓變換創(chuàng)造新產(chǎn)品，該創(chuàng)造法是構(gòu)思系列產(chǎn)品或組合產(chǎn)品的常用方法.

第三創(chuàng)造法是從產(chǎn)品的缺點(diǎn)入手，通過(guò)可拓變換或變換的運(yùn)算，將產(chǎn)品的缺點(diǎn)變?yōu)閮?yōu)點(diǎn)的構(gòu)思新產(chǎn)品的方法.文獻(xiàn)[11]介紹了如何利用第三創(chuàng)造法進(jìn)行產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的研究.

本文在上述可拓創(chuàng)新方法的主要內(nèi)容基礎(chǔ)上研制可拓創(chuàng)新軟件，且主要考慮如何用軟件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的3個(gè)創(chuàng)造法.

2建立可拓創(chuàng)新軟件體系結(jié)構(gòu)

軟件體系結(jié)構(gòu)架起了軟件需求與軟件設(shè)計(jì)之間的一座橋梁[2，12]，在引入了體系結(jié)構(gòu)的軟件開(kāi)發(fā)之后,應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)造過(guò)程變?yōu)椤皢?wèn)題定義→軟件需求→軟件體系結(jié)構(gòu)→軟件設(shè)計(jì)→軟件實(shí)現(xiàn)”[12].也就是說(shuō)，如果要設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)可拓創(chuàng)新軟件，必須先建立可拓創(chuàng)新軟件的體系結(jié)構(gòu).

2.1正交軟件體系結(jié)構(gòu)

正交軟件體系結(jié)構(gòu)由組織層和線索的構(gòu)件構(gòu)成，如圖1所示.

圖1　正交軟件體系結(jié)構(gòu)

層是由一組具有相同抽象級(jí)別的構(gòu)件構(gòu)成的.線索是子系統(tǒng)的特例，它由完成不同層次功能的構(gòu)件組成，每一條線索完成整個(gè)系統(tǒng)中相對(duì)獨(dú)立的一部分功能.每一條線索的實(shí)現(xiàn)與其他線索的實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)或關(guān)聯(lián)很少，在同一層中的構(gòu)件之間是不存在相互調(diào)用的.

正交軟件體系結(jié)構(gòu)有明顯的優(yōu)點(diǎn)[2]：

(1) 結(jié)構(gòu)清晰，易于理解.由于線索功能相互獨(dú)立，不進(jìn)行互相調(diào)用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清晰，構(gòu)件在結(jié)構(gòu)圖中的位置已經(jīng)說(shuō)明它所實(shí)現(xiàn)的是哪一級(jí)抽象，擔(dān)負(fù)的是何功能.

(2) 易修改，可維護(hù)性強(qiáng).由于線索之間是相互獨(dú)立的，所以對(duì)一個(gè)線索的修改不會(huì)影響到其他線索.系統(tǒng)功能的增加或減少，只需相應(yīng)的增刪線索構(gòu)件集，而不影響整個(gè)正交軟件體系結(jié)構(gòu)，因此能方便地實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整.

(3) 可移植性強(qiáng)，重用粒度大.因?yàn)檎唤Y(jié)構(gòu)可以為一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的所有應(yīng)用程序所共享，這些軟件有著相同或類(lèi)似的層次和線索，可以實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)級(jí)的重用.

因此，用正交體系結(jié)構(gòu)做為可拓創(chuàng)新軟件體系結(jié)構(gòu)的首選.

2.2可拓創(chuàng)新軟件正交軟件體系結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新產(chǎn)品的3個(gè)創(chuàng)造法，用4層3條線索的正交軟件體系結(jié)構(gòu)來(lái)建立體系結(jié)構(gòu),如圖2所示.

圖2　產(chǎn)品創(chuàng)新軟件體系結(jié)構(gòu)

第1層是用戶界面，輸入用戶信息，并輸出創(chuàng)新方案.第2層是各創(chuàng)造法的出發(fā)點(diǎn).第3層是各創(chuàng)造法用到的方法步驟.第4層是基礎(chǔ)庫(kù)，主要是各種構(gòu)件、領(lǐng)域知識(shí)及用戶信息.

2.2.1線索1

線索1A-B-E-H實(shí)現(xiàn)第一創(chuàng)造法，構(gòu)件B處理用戶需求，構(gòu)件E按照第一創(chuàng)造法的5個(gè)步驟[8-10]構(gòu)思新產(chǎn)品.

2.2.2線索2

線索2A-C-F-H實(shí)現(xiàn)第二創(chuàng)造法，構(gòu)件C確定要變換的產(chǎn)品，構(gòu)件F按照第二創(chuàng)造法的9個(gè)步驟[8-10]構(gòu)思新產(chǎn)品.

2.2.3線索3

線索3A-D-G-H實(shí)現(xiàn)第三創(chuàng)造法，構(gòu)件D確定有缺點(diǎn)的產(chǎn)品，構(gòu)件G按照第三創(chuàng)造法的5個(gè)步驟[8-10]構(gòu)思新產(chǎn)品.

2.3可拓創(chuàng)新軟件構(gòu)件集

構(gòu)件是正交軟件體系結(jié)構(gòu)的重要部分，設(shè)計(jì)可拓創(chuàng)新軟件的正交體系結(jié)構(gòu)的同時(shí)必須建立有關(guān)的構(gòu)件集.

拓展分析方法的4種構(gòu)件分別是發(fā)散分析方法(發(fā)散樹(shù))構(gòu)件、相關(guān)分析方法(相關(guān)網(wǎng))構(gòu)件、蘊(yùn)含分析方法(蘊(yùn)含系)構(gòu)件和可擴(kuò)分析方法(分合鏈)構(gòu)件.

共軛分析方法4種構(gòu)件分別是虛實(shí)共軛分析構(gòu)件、軟硬共軛分析構(gòu)件、潛顯共軛分析構(gòu)件和負(fù)正共軛分析構(gòu)件.

可拓變換方法的4種構(gòu)件分別是置換變換構(gòu)件、增刪變換構(gòu)件、擴(kuò)縮變換構(gòu)件和分解變換構(gòu)件.

關(guān)聯(lián)函數(shù)的3種構(gòu)件分別是簡(jiǎn)單關(guān)聯(lián)函數(shù)構(gòu)件、初等關(guān)聯(lián)函數(shù)構(gòu)件和離散關(guān)聯(lián)函數(shù)構(gòu)件.

優(yōu)度評(píng)價(jià)構(gòu)件包括單評(píng)價(jià)特征優(yōu)度評(píng)價(jià)構(gòu)件和多評(píng)價(jià)特征優(yōu)度評(píng)價(jià)構(gòu)件.

這些構(gòu)件支持3個(gè)創(chuàng)造法的創(chuàng)新步驟.

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

用Java技術(shù)[13]實(shí)現(xiàn)可拓創(chuàng)新軟件，用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)[14]實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)庫(kù).這些技術(shù)都是開(kāi)源的，方便大中小型企業(yè)以低成本開(kāi)發(fā)創(chuàng)新軟件.Java語(yǔ)言是優(yōu)秀的面向?qū)ο蠹夹g(shù)，通過(guò)類(lèi)的繼承很容易實(shí)現(xiàn)迭代式開(kāi)發(fā)，方便系統(tǒng)擴(kuò)展與演化.

3.1軟件體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

軟件體系結(jié)構(gòu)可以用不同的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，該可拓創(chuàng)新軟件體系結(jié)構(gòu)用Java EE Web技術(shù)[15]來(lái)實(shí)現(xiàn)，以方便用戶在網(wǎng)上共享創(chuàng)新軟件.Web服務(wù)器用開(kāi)源的Tomcat服務(wù)器[16]，它免費(fèi)下載，易于使用，便于部署，應(yīng)用廣泛，適用于大中小型企業(yè).

系統(tǒng)界面截圖如圖3所示.

圖3　產(chǎn)品創(chuàng)新軟件界面

3.2構(gòu)件實(shí)現(xiàn)

采用JavaBeans構(gòu)件技術(shù)[17]來(lái)實(shí)現(xiàn)可拓創(chuàng)新方法主要部分的軟構(gòu)件.JavaBeans是可復(fù)用的Java程序，既可以在單機(jī)版上使用，又可以在Web頁(yè)面上使用，適應(yīng)不同企業(yè)的需要.

各構(gòu)件編譯后備用，被3種創(chuàng)造法調(diào)用.如拓展分析構(gòu)件和共軛分析構(gòu)件，與創(chuàng)造法的部分邏輯關(guān)系如圖4所示.

圖4　構(gòu)件關(guān)系

3.3案例實(shí)現(xiàn)

以文具是否綠色環(huán)保為案例進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新(見(jiàn)圖5)，用第三創(chuàng)造法分析當(dāng)前某文具的缺點(diǎn)，保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便后面分析與變換.

圖5　以缺點(diǎn)出發(fā)

然后調(diào)用適當(dāng)?shù)姆治鰳?gòu)件進(jìn)行分析，如圖6所示.接下來(lái)再進(jìn)行可拓變換，如圖7所示.此外，還要進(jìn)行優(yōu)度評(píng)價(jià)，如圖8所示.最后，得到較好的文具創(chuàng)新方案.

4結(jié)論

本文提出了用正交軟件體系結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)可拓創(chuàng)新軟件的軟件體系結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)鮮明，容易維護(hù)，包括擴(kuò)展與演化，方便各企業(yè)根據(jù)自己的領(lǐng)域裁減系統(tǒng)架構(gòu).本文還提出將可拓創(chuàng)新方法的主要部分用軟構(gòu)件的形式實(shí)現(xiàn)，存放在基礎(chǔ)庫(kù)中，支持3個(gè)創(chuàng)造法，也方便用戶調(diào)用.可拓創(chuàng)新軟件用Java等開(kāi)源技術(shù)實(shí)現(xiàn)，降低了企業(yè)的成本，迭代式開(kāi)發(fā)也節(jié)約了企業(yè)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的時(shí)間.

圖6　相關(guān)分析

圖7　可拓變換

圖8　優(yōu)度評(píng)價(jià)

張朝平、薛偉鵬和許逵耿同學(xué)為本文工作做了大量實(shí)驗(yàn)，在此表示感謝.

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A Research on Extension Innovation Software Architecture

Li Wei-hua1, Fu Xiao-dong2

(1.School of Computers, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006， China;2.Department of Physics, Guangdong University of Education, Guangzhou 510303, China)

Abstract:In order to make the basic principle of the extension innovation methods into software, and facilitate users to use the extension innovation software to innovatively design, the architecture of the extension innovation software and major components are designed, which contain the three creation methods for new products design in extension innovation methods. The software architecture is conducive for users to develop scalable evolution software by components and is suitable for application into different fields. Experimental results illustrate the effectiveness of the architecture.

Key words:extension innovation methods; three creative methods; software architecture; component

收稿日期:2015-11-30

基金項(xiàng)目:廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012B061000012)

作者簡(jiǎn)介:李衛(wèi)華(1957-)，女，教授，主要研究方向?yàn)橹悄苘浖?E-mail：lw@gdut.edu.cn

doi:10.3969/j.issn.1007-7162.2016.02.001

中圖分類(lèi)號(hào):TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1007-7162(2016)02-0001-04