基于UML的数控机床IETM系统需求分析

1 研究背景

数控机床技术含量高，结构复杂，对每一种新型数控机床的熟悉认识需要较长的过程。而数控装备的技术资料是数控机床的重要组成部分，是数控机床使用和维修保障的重要技术支撑。据美军统计，若技术资料保障及时，85％的任务可在第一时间内正确地完成；30％的维修费用是由不正确的维修所造成。因此，研究先进的数控装备技术资料应用技术与模式，对于提高维修能力、提高数控机床的可靠性、降低维修保障费用、快速培养数控技术人才具有现实意义。

交互式电子技术手册（IETM）就是将技术手册的内容以数字化的格式存储，并以交互方式进行查阅，通过计算机控制的电子显示系统，将维修技术人员或系统操作人员所需的特定信息（如文字、声音、影像、图片等），精确地展现在使用者面前，以促进装备使用和保障活动的实施。这种手册的应用将会提高数控机床的维修效率及操作人员培训效率，减少停机时间，并提高数控机床的维修性和可靠性。

我国IETM研究工作起步较晚，特别是信息化条件下IETM系统建设需求分析的研究工作比较薄弱，而在软件生命周期中，需求分析是最重要的一个阶段。软件需求分析的质量对软件开发的影响是深远的、全局性的，高质量的需求分析对软件开发往往起到事半功倍的效果，在后续阶段改正需求分析阶段产生的错误将付出高昂的代价。

目前在IETM系统需求领域存在的问题主要表现在IETM系统的需求理论和模型不明确；系统设计的需求体系框架、流程和描述形式不规范；互动机制不合理，技术、方法和手段不配套；需求系统及相关的支撑环境平台的研究与建设还很欠缺等等。

针对目前IETM系统需求领域面临的问题和存在的差距，本文将UML建模技术应用到数控机床IETM系统需求分析中，确定合理的需求分析流程，实现系统设计的合理性、创新性，以确保IETM系统需求分析的准确性。

2 数控机床IETM的特征

作为交互式电子显示系统，数控机床IETM系统与纸质手册相比应具备以下几个特征。

1）技术信息的格式和样式优化显示，易于用户操作，能提高使用人员对技术手册的理解能力。

2）更高的查询效率和精度。由于IETM技术信息的元素之间相互关联，用户可通过多种途径访问到自己所请求的信息。在交互的基础上，IETM能提供维修过程向导、技术数据导航、备件供应信息等与装备保障相关的帮助。使用IETM，至少可以节省50％的查询时间，而且解决问题的准确率比使用纸质技术手册提高50％。

3）方便现场使用。随着数控装备的不断复杂化，在维修保障现场对技术资料的依赖程度也越来越高，维修保障人员需要在维修现场参考各种技术信息，要求进行实时信息交付。纸质技术资料由于体积、更新等因素的限制，难以在维修现场提供准确服务，这给维修保障带来了很大的不便。采用IETM技术可以圆满解决这些问题，通过便携式计算机在维修现场可以迅速检索出自己需要的各种资料，大大提高了效率。而且IETM通过采用统一的标准数据格式，实现了各种数据的统一存储。在统一的基础上，IETM还可以向不同的机床使用场地提供技术信息服务，满足不同使用场地对技术数据的要求。并且，不同的使用场地可通过IETM传递相关的技术信息，提高了技术数据的互操作。

4）重量轻、体积小，便于携带、更改和传输。在使用过程中，装备的技术状态在不同的寿命阶段是不尽相同的，因此需要对技术资料进行不断修正。使用IETM只需要修改公用数据库的数据，通过共享技术可以使所有相关的资料及时得到更新，以最新的技术资料作为维修保障的技术支持，而不必像纸质技术资料那样进行重新印刷，降低了修改的费用，减少了出现错误的可能。IETM可存储于光碟或硬盘上，减少了技术资料的存放空间，提高了携带的便利性。IETM能够通过无线电、网络等通信媒介进行传递，使技术资料的更新、运输和分发更加容易和快捷，并可以实现数控机床维修的远程技术支持。

5）培训周期短。IETM的功能可以在不同意义上进行扩展，具备了培训的功能。因此，IETM可代替一些过去需要在课堂培训的有关数控机床使用、维修的内容。由于IETM技术提供的信息快捷、准确、针对性强，即使是缺乏专门经验和技能的人员也能在其引导下完成复杂机床的某些操作和维修任务，完成的效率远高于使用纸张型技术手册且经验丰富的技术人员，从而可缩短整个培训周期，缩减培训机构的数量和规模，并且可以在很大程度上消除地理区域上的培训约束，可以边工作边进行培训训练。

通过上述分析可见，IETM作为一种全新的技术和培训维修工具，是解决技术资料问题最行之有效的方法。数控机床IETM的这些特征也构成了它在数控机床数字化维修及培训中的发展空间。

3 数控机床IETM系统的需求

数控机床IETM系统对高效维修和培训具有重大意义，而开发数控机床IETM系统的关键在于满足用户的需求，要想达到此目的，分析设计人员必须能够获取用户的需求。获取需求是一个确定和理解不同用户类的需要和限制的过程，它描述了用户需要利用系统完成的任务。一旦充分理解用户对系统的要求、用户的工作方式等信息，分析者、开发者和客户就能探索出描述这些需求的多种解决方案。所以获取用户的需求在数控机床IETM系统的生命周期中是非常重要的环节。

根据数控机床IETM的特征，将系统的需求分为内容需求和功能需求两部分。

3.1内容需求

由于不同用户具有不同的能力、技能和经验，而且由于所执行工作的不同，用户也有不同的信息需求，即使同一个用户也可能在不同时间段中需要不同的信息，用户需要以一种稳定和有效的方式获取精确的最新的信息。因此，数控机床IETM所包含的信息内容必须能够支持用户的不同行为，帮助不同种类的用户获取精确的信息。

根据上述原则，结合数控机床IETM系统的特点，数控机床IETM系统针对不同用户所需的具体信息内容如表1所示。这些信息存在于数控机床的工艺卡、技术说明书、维修说明书等电子文档中，CAD图纸、照片等可通过扫描的方式录入计算机，实现初步数字化。

3.2功能需求

功能需求是系统必须能够实现的系统行为，而不需要在条件中加入物理约束，它指定了系统的输入和输出行为。功能需求将会反映一个IETM全面性的目的，例如，IETM开发的目的是通过支持维护人员执行预防性的维护任务并安全地改进维护方法来减少设备的非生产性时间。另外一个目的就是减少对缺乏经验的技术人员的培训时间。其它要考虑的因素是，尽可能保持IETM较低的开发、维护、更新和分发成本，并保证其易操作性。

数控机床IETM系统主要包括培训和支持维修两大部分功能。系统要求具有交互性，希望通过对话框的形式为用户提供有效的交互式维修和培训辅助，能够根据用户要求对特定内容提供特定帮助。

4 基于UML的数控机床IETM的需求分析

软件需求分析是软件生命周期中重要的一步，也是最关键的一步。只有通过软件需求分析，才能把软件功能和性能的总体概念描述为具体的需求规格说明，进而建立软件的开发基础。

需求分析的任务是确定系统必须完成哪些工作，也就是对目标系统提出完整、准确、清晰、具体的要求。它所做的工作包括深入描述IETM系统的功能和性能，确定IETM系统设计的边界和系统同其他元素的接口，以及定义IETM的其他有效性要求。

针对数控机床IETM的特点制订需求分析的流程如图1所示。在IETM系统需求分析中采用UML技术对系统的需求进行分析建模。UML（Unified Modeling Language）是一种通用的可视化建模语言，它支持从需求分析开始的软件系统开发的全过程。UML作为一种强大的图形化建模语言，是理想的需求描述和建模分析工具，对大规模的、复杂的、不断变化的用户需求有着很强的控制力。

在使用UML进行需求建模时，通过用例图从用户目标和系统交互功能两方面来分析。分析人员从用户那里获取需求，用UML方法可以把它们描述成用例和角色关系，并进一步从不同的角度来分析这些需求。

4.1识别参与者

识别参与者（角色）的任务是找出所有可能与系统发生交互行为的外部实体、对象、系统。其行为不受系统控制，但是可以提供输入给系统。数控机床IETM系统涉及的角色有系统管理员、学生、教师、操作人员和维护人员，是用例模型中的参与者。

4.2内容需求模型

用例是获取系统功能需求的一种技术，是从参与者的角度来描述系统行为。一个用例就是参与者与系统的一次交互，表达了系统的功能和所提供的服务。在识别出参与者的基础上，可确定数控机床IETM系统中不同用户操作的用例，如图2所示，据此建立了相应的信息内容需求模型。

4.3功能需求模型

4.3.1功能分析

在这个层面必须定义系统功能及用户界面，使用户知道系统的功能，开发人员知道系统的需求。其主要任务是寻找系统用例，建立系统需求模型。通过分析，数控机床IETM系统包括前台浏览子系统及后台数据管理子系统两部分。前台子系统具有浏览、导航、链接、查询、打印等功能；后台管理子系统具有用户管理、信息管理、帮助等功能。同时，所有系统用户在进入系统前都必须先注册，验证用户名及密码的正确性，以确保系统的安全。

4.3.2用例模型

在识别出参与者的基础上，可确定数控机床IETM系统的功能用例如下。

1）与学生、教师、操作人员、维护人员相关的用例，包括注册、登录系统和信息操作，其中信息操作用例将细化为浏览、导航、链接、查询、打印等用例。

2）与系统管理员相关的用例，包括登录系统、信息管理和用户管理。

通过上述分析，建立数控机床IETM系统的用例模型（即功能模型）如图3所示，该模型包含了系统最基本的功能，是系统的高层抽象。

5 结论

采用UML技术进行规范化的需求建模对数控机床IETM系统的开发具有重要意义。本文将UML技术应用于数控机床IETM系统需求分析中，运用需求分析原理制订了规范化的系统需求分析流程。采用用例模型对系统功能模型进行了规范化的精确描述，针对不同用户建立了内容需求模型，使处于不同知识、技能水平的用户都有合适的信息切入点，满足不同用户的不同要求，达到提高维修、训练效果的目的，确保数控机床IETM系统需求的准确性。