基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型*

呂冠艷,李奮華

(1.山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系,山西 運城044004；2.運城學(xué)院 計算機科學(xué)與技術(shù)系,山西 運城044000)

需求分析是軟件開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需求分析結(jié)果的好壞直接決定軟件開發(fā)的成敗[1]，如何選擇一種高效的需求分析方法，直接影響待開發(fā)軟件的質(zhì)量。本文在簡要介紹UML的基礎(chǔ)上，針對常用需求分析算法存在的不足，提出了一種基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型，實踐表明，該模型能有效提高軟件開發(fā)的效率和待開發(fā)軟件的質(zhì)量。

1 UML概述

UML是一種編制系統(tǒng)藍(lán)圖的標(biāo)準(zhǔn)化語言，可以實現(xiàn)大型復(fù)雜系統(tǒng)各種成分描述的可視化，說明并構(gòu)造系統(tǒng)模型并建立各種所需的文檔，是一種定義良好、易于表達、功能強大且普遍適用的建模語言[2]。

UML對軟件工程的發(fā)展做出了杰出的貢獻[3]。UML支持從需求分析開始的軟件開發(fā)的全過程。UML通過三類圖形建立系統(tǒng)模型：用例(Use Case)圖、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖(對象類圖、對象圖、組件圖、配置圖)和動態(tài)行為圖(順序圖、協(xié)同圖、狀態(tài)圖、活動圖)，這些圖可以從不同的抽象角度實現(xiàn)系統(tǒng)的可視化[4]。

UML采用一整套成熟的建模技術(shù)，廣泛地適用于各個應(yīng)用領(lǐng)域。它的各個模型可以幫助開發(fā)人員更好地理解業(yè)務(wù)流程，建立更可靠、更完善的系統(tǒng)模型。從而使用戶和開發(fā)人員對問題的描述達到相同的理解，以減少語義差異，保障分析的正確性。

2 常用需求分析方法及其不足

信息系統(tǒng)實質(zhì)上是實際業(yè)務(wù)系統(tǒng)的一種計算機模型，因此，信息系統(tǒng)的開發(fā)實質(zhì)上就是要建立業(yè)務(wù)模型與計算機模型系統(tǒng)之間的映射關(guān)系[5]。一個綜合性的信息系統(tǒng)要支持組織內(nèi)各級多個部門的管理，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模龐大。因此，要想開發(fā)出一套高效的系統(tǒng)，首先要進行系統(tǒng)的需求分析，根據(jù)需求過程中工作性質(zhì)的不同，信息系統(tǒng)需求分析可分為問題識別、分析與綜合、編制需求分析文檔、需求評審四個階段。

但是，在實際需求分析過程中，由于信息系統(tǒng)所涉及的信息量非常龐大，以致在需求定義中常常忽略某個環(huán)節(jié)或環(huán)節(jié)間的必要聯(lián)系，從而出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量低下、開發(fā)周期漫長或遺漏關(guān)鍵功能等問題[6]。

目前比較常用的需求分析方法主要有數(shù)據(jù)流分析法、原型分析法和基于用例的分析法三種。

(1)數(shù)據(jù)流分析法(DFA)

數(shù)據(jù)流分析是建立系統(tǒng)模型的一種主要需求分析方法，它采用分解的策略，將軟件系統(tǒng)抽象為一系列的邏輯加工單元，單元接收輸入數(shù)據(jù)流，加工后使之變換成輸出數(shù)據(jù)流，從而表示出軟件系統(tǒng)的處理內(nèi)容和任務(wù)。但是隨著信息技術(shù)的發(fā)展和企業(yè)業(yè)務(wù)過程的日益龐大復(fù)雜，信息系統(tǒng)復(fù)雜多變，易出錯，難維護。

(2)原型分析法

原型法是指在系統(tǒng)尚不完善時就呈現(xiàn)給用戶，不斷修改改善，在完善過程中逐漸了解需求，但原型法也存在如下缺陷[7]：①原型的設(shè)計和修改工作量大,增加了系統(tǒng)的開發(fā)成本；②由于用戶不關(guān)心或不理解原型的概念和實現(xiàn)，而且存在較大期望，使得與實際系統(tǒng)差別較大的原型增加了需求分析人員與用戶交流的難度[3]。

(3)基于用例(Use Case)的需求分析法

用例本質(zhì)上是用戶與系統(tǒng)之間為達到某個目的而進行的某種形式的交互的描述。但是，以用例為中心，從用例開始的需求分析存在如下缺陷：①對于劃分Use Case的粒度大小、Use Case的分類、Use Case的提取還沒有一個特定的標(biāo)準(zhǔn)和較好的方法，完全由需求分析人員憑經(jīng)驗來掌握，這樣很容易造成系統(tǒng)分析的失誤；②對于大規(guī)模信息系統(tǒng)，Use Case的定義、分析、審查需要花費大量成本，而且不恰當(dāng)?shù)剡x擇Use Case往往給識別系統(tǒng)中的對象帶來困難，導(dǎo)致系統(tǒng)的對象結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，影響系統(tǒng)功能。

3 基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型

針對上述常用需求分析方法存在的不足，UML作為一種強大的圖形化建模語言，是理想的需求描述和建模分析工具，它對信息系統(tǒng)的大規(guī)模、復(fù)雜、不斷變化的用戶需求有很強的控制力，為解決人員交流和通信障礙提供了有力的工具[8]。

基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型，不從用例開始進行需求分析，而從業(yè)務(wù)流程分析開始，從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面對系統(tǒng)的需求建模，該模型如圖1所示。

(1)相關(guān)人員培訓(xùn)：該模型涉及三類人員：領(lǐng)域?qū)＜?、用戶代表、需求分析員。通常情況下，領(lǐng)域?qū)＜液陀脩舸砣鄙儆嬎銠C方面的知識，不精通需求分析及建模技術(shù)；需求分析員又缺少用戶的業(yè)務(wù)知識，不熟悉其業(yè)務(wù)流程，因此，在需求分析前，對領(lǐng)域?qū)＜液陀脩舸磉M行UML知識的培訓(xùn)，使其了解各種視圖的含義；對需求分析員進行業(yè)務(wù)知識的培訓(xùn)，使其對該領(lǐng)域中的一些基本知識和常用術(shù)語等有所了解[9]。

(2)初始需求的捕獲：通過調(diào)研和建立聯(lián)合分析小組等方式，了解用戶的業(yè)務(wù)流程，進而獲取用戶對系統(tǒng)的最初需求，并用UML活動圖對以用戶業(yè)務(wù)流程為核心的初始用戶需求進行描述[10]。

圖1 基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型

(3)用例模型的創(chuàng)建：分析步驟(2)所得活動圖中每個活動的參與者，找出該活動中與之相對應(yīng)的動作，二者形成一個用例。通過確定系統(tǒng)邊界和分析活動的轉(zhuǎn)移，刪除多余的用例，合并相同的用例，填補遺漏的用例；采用活動圖的泳道技術(shù)對用例進行集成，形成一個完整的用例模型。

(4)動態(tài)模型、靜態(tài)模型的創(chuàng)建：分析步驟(2)所得活動圖中每個活動所涉及到的對象及對象之間的關(guān)系，根據(jù)活動的改變而引起對象狀態(tài)的變化和對象的交互，創(chuàng)建相應(yīng)的對象圖、狀態(tài)圖和交互圖(順序圖、協(xié)作圖)；應(yīng)用順序圖對步驟 (2)所得活動圖中的每個活動進行分析，發(fā)掘新的需求，完善描述初始用戶需求的活動圖；通過順序圖對步驟(3)所得用例模型中的每個用例進行處理，創(chuàng)建相應(yīng)的類圖。

4 基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型的應(yīng)用

基于UML的信息系統(tǒng)需求分析模型對MIS系統(tǒng)的開發(fā)具有較好的適應(yīng)性，結(jié)合具體實踐，本節(jié)以運動會信息管理系統(tǒng)的開發(fā)為例，說明該模型在MIS系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用[11]。

(1)捕獲初始需求：通過大量調(diào)研，給出該系統(tǒng)的初始需求描述：運動會信息管理系統(tǒng)要實現(xiàn)運動員報名、各類人數(shù)統(tǒng)計、競賽日程設(shè)定、初秩序冊生成、檢錄和成績處理、新秩序冊生成、團體分統(tǒng)計、破紀(jì)錄人數(shù)統(tǒng)計等功能。該系統(tǒng)的活動圖模型如圖2所示。

(2)創(chuàng)建用例模型：通過對圖2中每個活動的參與者的分析，所獲得運動會信息管理系統(tǒng)的完整用例模型如圖3所示。

(3)創(chuàng)建動態(tài)模型、靜態(tài)模型：通過對圖2中“比賽成績處理”活動所涉及到的對象、對象之間的關(guān)系分析，獲取的比賽成績處理順序圖如圖4所示，其他活動順序圖的獲取與此類似。

基于UML的需求分析模型以簡單的圖形建模語言UML為基礎(chǔ)，為人員交流提供了統(tǒng)一的平臺，消除了語言理解分歧；該模型涵蓋了領(lǐng)域知識學(xué)習(xí)、建模方法培訓(xùn)、系統(tǒng)需求分析構(gòu)造等環(huán)節(jié)，并從實施的角度考慮了角色構(gòu)成及其職責(zé)分配，使各類人員能夠更好地交流與合作，為得到完善的需求分析打下了堅實的基礎(chǔ)。通過MIS的開發(fā)實踐表明，該模型不但能縮短軟件開發(fā)的周期，而且減少了軟件開發(fā)的風(fēng)險，有效提高了開發(fā)軟件的質(zhì)量。

圖2 運動會信息管理系統(tǒng)活動圖

圖3 運動會信息管理系統(tǒng)用例圖

圖4 比賽成績處理順序圖

[1]張海潘.軟件工程導(dǎo)論[M].北京：清華大學(xué)出版社,2009:320-344.

[2]袁濤,孔蕾蕾.統(tǒng)一建模語言 UML[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009:46-79.

[3]FOWLER M.The unified modeling language[J].Computer Science,2003,2863(9):325-334.

[4]EVANS A,FRANCE R.The UML as a Formal modeling notation[J].Computer Science,2004,1618(7):336-348.

[5]熊筱琴.高校圖書館信息管理系統(tǒng)與設(shè)計方法研究[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2007(14):7-9.

[6]CHOE J M.The consideration of cultural differences in the design of information systems[J].Information Management,2004,41(5):669-684.

[7]王新昊.Web快速開發(fā)技術(shù)淺析[J].科技資訊,2007(14):219-221.

[8]樸春慧,趙靜，李建斌.基于 UML的工程資料管理系統(tǒng)分析與設(shè)計[J].微計算機信息,2008(2-3):13-15.

[9]汪成亮,張聰,張勤.UM技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用[J].計算機工程與應(yīng)用,2002,38(1):121-124.

[10]施維,宋雨.基于UML的網(wǎng)絡(luò)管理平臺的分析與設(shè)計[J].華北電力大學(xué)學(xué)報,2003,30(4):86-89.

[11]林子禹,鄧靖荒,唐勝群,等.UML在醫(yī)療保險管理信息系統(tǒng)領(lǐng)域模型設(shè)計中的應(yīng)用[J].計算機工程與應(yīng)用,2002,38(15):206-208.