基于UML的參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)分析與建模(精)

1、基于UM啲參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)分析與建模摘 要 該文首先簡要介紹了 UML技術(shù)及其在開發(fā)應(yīng)用程序中的一般框架，并 以此為依據(jù)，結(jié)合南京依維柯汽車有限公司機(jī)器人焊接生產(chǎn)線參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)開 發(fā)實(shí)例，使用UMLX寸該系統(tǒng)進(jìn)行建模，給出了基于 UML的機(jī)器人焊接生產(chǎn)線參 數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)分析階段描述。關(guān)鍵詞UML系統(tǒng)建模，參數(shù)監(jiān)控；1. 引言隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，生產(chǎn)過程復(fù)雜度日益提高，機(jī)器人在汽車工業(yè)中 得到了廣泛的應(yīng)用，采用工業(yè)機(jī)器人可以大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效 益，然而對(duì)于多個(gè)機(jī)器人的生產(chǎn)線系統(tǒng)，存在著諸如如何協(xié)調(diào)多臺(tái)機(jī)器人工 作，減少故障排除時(shí)間，使得管理人員能夠及時(shí)了解生產(chǎn)線場運(yùn)行情況等問 題。大

2、量的工程實(shí)踐證明，對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控可以有效的解決或緩解上 述問題。由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括多個(gè)分系統(tǒng)，為了保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 良好，同時(shí)也為了降低軟件開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，必須采用科學(xué)、高效的建模方法。統(tǒng) 一建模語言UML(Unified Modeling Language ，簡稱UML是OMGfi織確定的面 向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)建模語言，它是一種可視化的建模語言，它能讓系統(tǒng)構(gòu)建者用標(biāo) 準(zhǔn)的、易于理解的方式建立起能夠表達(dá)出他們想法的系統(tǒng)藍(lán)圖，并提供了一種 機(jī)制，以便于不同的人之間有效地共享和交流設(shè)計(jì)成果。UML使用面向?qū)ο蟮母拍顏矸治?、描述軟件系統(tǒng)并構(gòu)造系統(tǒng)模型，是一種在大型復(fù)雜系統(tǒng)的建模領(lǐng) 域中得到普

3、遍認(rèn)可的優(yōu)秀軟件工程方法。因此，本文嘗試用UML來對(duì)監(jiān)控系 統(tǒng)軟件進(jìn)行建模。2. 采用UML對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行建模的基本框架UML包括一些可以相互組合為圖標(biāo)的圖形元素，通過提供不同形式的圖形來表述從軟件分析開始的軟件開發(fā)全過程的描述，一個(gè)圖就是系統(tǒng)架構(gòu)在某個(gè)側(cè)面 的表示，所有的圖組成了系統(tǒng)的完整視圖。UML主要提供了以下五類圖：(1) 第一類是用例圖(Use Case Diagram)，從用戶角度描述系統(tǒng) 功能，并指出參與者，用例圖用來從用戶的角度收集系統(tǒng)的需求。(2) 第二類是靜態(tài)圖(Static Diagram )，包括類圖、對(duì)象圖和包 圖。其中類圖描述系統(tǒng)中類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。對(duì)象圖是類圖的實(shí)例。

4、包圖由包或類 組成，表示包與包之間的關(guān)系。包圖用于描述系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)。(3) 第三類是行為圖(Behavior Diagram )，描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型 和組成對(duì)象間的交互關(guān)系。其中狀態(tài)圖描述類的對(duì)象所有可能的狀態(tài)以及狀態(tài) 之間的轉(zhuǎn)換，并給出狀態(tài)變化序列的起點(diǎn)和終點(diǎn)。而活動(dòng)圖描述滿足用例要求 所要進(jìn)行的活動(dòng)以及活動(dòng)間的約束關(guān)系，有利于識(shí)別并行活動(dòng)。（4）第四類是交互圖（In teractive Diagram ），描述對(duì)象間的交互 關(guān)系。其中順序圖顯示對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)合作關(guān)系，它強(qiáng)調(diào)對(duì)象之間消息發(fā)送的 順序，同時(shí)顯示對(duì)象之間的交互；協(xié)作圖描述對(duì)象間的協(xié)作關(guān)系，與順序圖相 似，顯示對(duì)象間的動(dòng)態(tài)合作關(guān)

5、系。除顯示信息交換外，協(xié)作圖還顯示對(duì)象以及 它們之間的關(guān)系。這些基本圖示符號(hào)為系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)建模提供了十分方便的可視化手段。采 用UML對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行建模，就是用上述的五類圖將軟件開發(fā)過程中的各個(gè)步 驟可視化地表現(xiàn)出來。由于 UML僅僅是一種建模語言，而不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā) 過程，它完全獨(dú)立于開發(fā)過程，因而在實(shí)際的運(yùn)用過程中，必須要同一定的軟 件開發(fā)過程結(jié)合起來。但僅從面向?qū)ο蠓治鲈O(shè)計(jì)的角度考慮，軟件建模的一般 過程是首先描述需求，次之根據(jù)需求建立系統(tǒng)的靜態(tài)模型，以構(gòu)造系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)，第三步是建立動(dòng)態(tài)模型，描述系統(tǒng)的行為。UML分別提供不同的圖來實(shí)現(xiàn)上述建模需求，其建模的基本框架如圖（5）第五類

6、是實(shí)現(xiàn)圖（Implementation Diagram ）。其中構(gòu)件圖 描述代碼部件的物理結(jié)構(gòu)及各部件之間的依賴關(guān)系。它包含邏輯類或?qū)崿F(xiàn)類的 有關(guān)信息。部署圖顯示了基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理體系結(jié)構(gòu)。它可以描述計(jì)算 機(jī)，展示它們直接的連接，以及駐留在每臺(tái)機(jī)器中的軟件。每臺(tái)計(jì)算機(jī)用一個(gè) 立方體表示，立方體之間的連線表示這些計(jì)算機(jī)之間的賴性。1所示。其中UML提供用例圖、類圖（包括包圖）、對(duì)象圖、構(gòu)件圖和配置圖等六種圖 來描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，這些圖構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)建模語言 UML的靜態(tài)建模機(jī)制。而順序 圖、合作圖、狀態(tài)圖和活動(dòng)圖等四種圖則用于描述執(zhí)行時(shí)的時(shí)序狀態(tài)或交互關(guān) 系，構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)建模語言 UML的動(dòng)態(tài)建模機(jī)

7、制。由圖1也可以看出，使用UML建模語言對(duì)系統(tǒng)建模也可以是一個(gè)反復(fù)迭代的過 程，發(fā)現(xiàn)需求、靜態(tài)建模和動(dòng)態(tài)建模都是相互影響，相互作用的。初步的需求 可以進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)建模，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)建模時(shí)，還可以進(jìn)一步捕 獲需求，再進(jìn)行建模，如此迭代遞增。3.基于UML的監(jiān)控軟件建模機(jī)器人焊接監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)分布式的復(fù)雜人機(jī)信息系統(tǒng)。由于現(xiàn)場參數(shù)比 較多，變化比較快，因此系統(tǒng)必須要具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，該控制軟件要具有很強(qiáng)的信息處理能力，同時(shí)要具備分布性，并行性能力，才能滿足系統(tǒng)的性能要 求。UM啲建模能力比其它面向?qū)ο蠓椒ǜ鼜?qiáng)，不僅適合于一般系統(tǒng)的開發(fā)， 更擅長于并行、分布式系統(tǒng)的建模，因而采用 UML

8、對(duì)監(jiān)控軟件進(jìn)行建模是一種 有效的手段和方法。應(yīng)用UML開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)基本框架來對(duì)機(jī)器人焊接生產(chǎn)線中監(jiān)控軟件進(jìn)行建模， 首先進(jìn)行需求分析，理解機(jī)器人焊接生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)所需要完成的功能及其軟 件要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)；其次進(jìn)行靜態(tài)建模，用 UML的靜態(tài)圖描述監(jiān)控軟件的功 能、類及其相互間的聯(lián)系；最后進(jìn)行動(dòng)態(tài)建模，用 UML的動(dòng)態(tài)圖描述 機(jī)器人焊 接生產(chǎn)線監(jiān)控軟件中對(duì)象之間的交互關(guān)系。UML作為一種優(yōu)秀的建模語言，適用于軟件開發(fā)過程的需求、分析、設(shè) 計(jì)、編碼測試等各個(gè)階段，下面將以初始分析階段為主，用UML寸監(jiān)控軟件開發(fā)進(jìn)行建模。3.1理解需求機(jī)器人焊接生產(chǎn)線參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)是以參數(shù)來反映系統(tǒng)狀態(tài)并以直觀的方式

9、表現(xiàn) 出來，及時(shí)了解被監(jiān)視對(duì)象的狀態(tài)和狀態(tài)的變化情況。其主要目標(biāo)是為了達(dá)到 減少生產(chǎn)線的處理時(shí)間，降低故障率，縮短故障排除時(shí)間，從而提高生產(chǎn)線的 生產(chǎn)效率和效益，同時(shí)提高生產(chǎn)管理水平的目標(biāo)。生產(chǎn)線中需要監(jiān)測的對(duì)象有：機(jī)器人、焊接控制器、工件傳輸線以及氣源、水源和電源。整個(gè)監(jiān)控軟件主要有七部分組成。權(quán)限管理模塊：權(quán)限管理模塊包括添加用戶、刪除用戶和密碼修改三部分， 其中添加用戶和刪除用戶只能由管理員使用，其余用戶不能使用。當(dāng)?shù)卿洺晒?后，用戶可使用密碼修改功能來更改自己的密碼。(2) 系統(tǒng)設(shè)置界面模塊：系統(tǒng)設(shè)置界面模塊主要包括 OPCW設(shè)置和參數(shù)樹設(shè)置兩 部分。OPC樹設(shè)置主要是為管理員了解并配

10、置 PLC底層數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)，PLC的 數(shù)據(jù)在第一次使用該系統(tǒng)時(shí)數(shù)據(jù)庫表里并沒有，需要管理員或編程人員將其導(dǎo) 入數(shù)據(jù)庫中，并在界面上顯示。因?yàn)?PLC的數(shù)據(jù)由OPC SCOUN生成并保存在一 個(gè)文本文件中，由于數(shù)據(jù)量比較大，若手工輸入到數(shù)據(jù)庫表中，不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且不能保證輸入的正確性，所以我們用導(dǎo)入文本文件的方式來保存數(shù)據(jù) 到數(shù)據(jù)庫中。參數(shù)樹設(shè)置可由人工添加、刪除、修改參數(shù)項(xiàng)及目錄項(xiàng)。參數(shù)樹 中的參數(shù)項(xiàng)和目錄項(xiàng)可動(dòng)態(tài)拖動(dòng)，如參數(shù)自動(dòng)選擇狀態(tài)原屬于外部條件目錄 項(xiàng)，可以用鼠標(biāo)選中自動(dòng)選擇狀態(tài)參數(shù)項(xiàng)，按住鼠標(biāo)左健將其拖到任何目錄下 或其它參數(shù)旁均可，當(dāng)然，目錄項(xiàng)也可像參數(shù)項(xiàng)一樣的托動(dòng)，若拖動(dòng)成功

11、，則 拖動(dòng)的目錄項(xiàng)將與接收的目錄項(xiàng)同級(jí)。(3) 主界面模塊：主界面模塊是登錄成功后的默認(rèn)界面，主要包括開機(jī)檢查、夾 具信息、參數(shù)值查詢以及重要參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視等內(nèi)容。開機(jī)檢查包括在生產(chǎn)線 啟動(dòng)前幾個(gè)參數(shù)指標(biāo)的查詢。夾具信息是生產(chǎn)線上工位的夾具信息，分為夾緊 和松開兩種信息，若工位上有工件，則在工件上顯示當(dāng)前車型。參數(shù)值查詢是 當(dāng)用戶想查看單個(gè)參數(shù)或多參數(shù)的多個(gè)屬性時(shí)可以通過選擇參數(shù)樹上的參數(shù)來 獲得。主界面上的大部分空間為重要參數(shù)的顯示。(4) 查詢與統(tǒng)計(jì)模塊：查詢與統(tǒng)計(jì)模塊包括歷史數(shù)據(jù)查詢、年月日?qǐng)?bào)表以及故障 統(tǒng)計(jì)，該模塊對(duì)生產(chǎn)管理與調(diào)度以及企業(yè)層領(lǐng)導(dǎo)了解生產(chǎn)線狀況起著重要的作 用。(5) 輔

12、助界面模塊：輔助界面模塊是為了用戶能夠更清晰的了解當(dāng)前生產(chǎn)線的狀 況而設(shè)置，主要包括連鎖、報(bào)警以及車型三個(gè)界面。(6) 機(jī)器人模塊：機(jī)器人模塊將每臺(tái)機(jī)器人單獨(dú)作為一個(gè)界面，包括了機(jī)器人的 所有信息，還包括一個(gè)FTP客戶端，供管理員進(jìn)行服務(wù)器和客戶端文件的上傳 下載使用。(7) 幫助模塊：幫助模塊主要是為了方便用戶使用監(jiān)控軟件而設(shè)置的幫助信息。3.2靜態(tài)建模根據(jù)上述需求，可以首先繪制出用例圖，如圖2所示，用例圖是站在用戶的角度上理解機(jī)器人焊接生產(chǎn)線參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)所要完成的功能；其次，根據(jù)用例 圖，進(jìn)行領(lǐng)域概念分析，可以找出監(jiān)控控制軟件中概念性的類及它們之間的相 互關(guān)系。如果類很多，還可從功能的角度

13、建立邏輯包，繪制包圖。在分析階段 用UMLi行靜態(tài)建模時(shí)，建立用例圖、類圖就基本能夠描述系統(tǒng)，如果需要， 也可建立包圖和對(duì)象圖。而構(gòu)件圖和配置圖是在設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)階段所必需的。3.3動(dòng)態(tài)建模建立好系統(tǒng)的靜態(tài)模型之后，開始進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模。對(duì)于動(dòng)態(tài)模型，主要是 建立系統(tǒng)的順序圖、協(xié)作圖和狀態(tài)圖。圖 3是管理員登錄使用時(shí)的順序框圖例 子。首先管理員進(jìn)入用戶的登錄窗口，經(jīng)用戶合法性驗(yàn)證后，進(jìn)入系統(tǒng)主界 面，然后進(jìn)入系統(tǒng)配置模塊，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。如果不是管理員登錄，一般用 戶是沒有設(shè)置權(quán)限的，一般用戶只有查詢和瀏覽的權(quán)限。提交查詢請(qǐng)求，系統(tǒng) 會(huì)把相關(guān)的信息顯示出來，并對(duì)生產(chǎn)量等情況生成報(bào)表供打印輸出4.結(jié)束語通過以上的步驟，初步建立了機(jī)器人焊接生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的需求模型，我們是先進(jìn)行需求分析，再建立靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。該機(jī)器人焊接生產(chǎn)線參數(shù)監(jiān) 控系統(tǒng)的最大的特點(diǎn)在于：能夠滿足用戶實(shí)時(shí)了解各參數(shù)值的要求，界面簡 潔，操作簡單方便。采用UML寸監(jiān)控軟件進(jìn)行建模，可以將復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)用 簡單明了的可視化圖形表示出來，對(duì)整個(gè)監(jiān)控軟件的開發(fā)提供靈活、一致、易 讀的表達(dá)，不僅可以解決監(jiān)控軟件開發(fā)中不同領(lǐng)域人員之間難以互相交流理解 的難題，為系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、維護(hù)及擴(kuò)展提