基于UML的地空导弹武器系统IETM建模

引 言

IETM（Interactive Electronic Technical Manual，交互式电子技术手册）是一个可用于装备操作、维修、训练和保障且能够为电子显示系统的终端用户提供精心设计和规格化的交互式视频显示内容的信息包，它能够将武器装备全寿命周期内产生、传递、使用的大量技术信息和数据有机地结合为一体，还可以集成专家系统、人工智能、自动诊断、故障隔离以及培训等其它处理过程，为操作人员提供适时、适需、适用的技术指导和信息支持。地空导弹作为现代防空作战的主战兵器之一，其地位日益提升，然而武器系统所含装备多而复杂，给使用和保障带来了极大的困难，装备综合保障信息化水平不高，影响着部队战斗力。借鉴国外军事领域及国内航空领域等的研究成果，开发适合部队需求的IETM，对提高地空导弹武器系统装备综合保障信息化水平、增强部队战斗力具有重要意义。

IETM作为一个大型软件系统，其开发工作是一个复杂的过程。部队的应用实际和军网的发展，对系统的可靠性、共享性、易维护性等提出了更高的要求。利用面向对象分析和设计技术，通过UML建模和分析，能够提高系统的可靠性、共享性、开放性和可重用性，有效地缩短开发周期。

1 地空导弹武器系统IETM概述

如前所述，地空导弹武器系统IETM是以面向地空导弹武器系统装备综合保障为主的软件系统，结合部队实际，现对该IETM系统主要功能描述如下：用户通过系统能够查看武器系统的基本技术资料（装备的各种技术手册），查询作战指挥、操作训练、装备维护保养、备份零部件信息，故障信息等，指挥员可以通过系统进行作战指挥模拟和武器系统管理，技术人员可以通过系统进行故障诊断、运用维修向导指导排故维修，操作人员和技术人员可以通过系统完成备份部件、器材的请领，系统管理员能够对系统进行维护，管理用户信息，更新数据库。因此，IETM系统的主要功能模块包括：技术资料管理、信息查询、作战指挥、装备管理、操作训练、维护保养、教学培训、物资请领、故障诊断、系统管理等。其基本功能结构如图1所示。该图描述了IETM系统要实现的主要功能，可以从前台界面进行调用，部分功能模块进行了分化，实际构建系统时还需进一步细化。

总的说来，地空导弹武器系统IETM的构建，以综合集成多种功能、为部队提供智能化的信息服务为目标，以实用性、安全性、经济性、共享性为设计原则。面向用户类型多、功能复杂、数据共享性、规范性要求高等成为该IETM系统的主要特点。实际设计开发时还应充分考虑各功能模块之间的相互联系，以及用户与IETM系统的交互过程。因此，要使设计开发工作有条不紊地进行，分析建模非常必要。

2 地空导弹武器系统IETM建模

2.1 UML建模概述

UML（Unified Modeling Language，统一建模语言）是1997年被OMG组织采纳的用于对复杂软件系统建模的标准化面向对象建模语言。作为一种易于表达、功能强大的图形化语言，UML为编写系统蓝本提供了一个标准化方法，包括诸如业务过程和系统功能这类的抽象概念，还包括像程序语言语句、数据库设计和可复用的软件组件这类具体的东西。UML能够清晰地描述复杂软件系统的结构层次关系，直观地表达功能之间的相互联系，而且建模规范，易于理解交流，并能生成代码框架，为开发工作提供了极大的便利。因此，UML非常适合地空导弹武器系统IETM建模。

标准建模语言UML的重要内容可以由5类图（共9种图形）来定义，各类图从不同的 侧面描述了系统模型。运用UML语言建模，通常就是要建立系统的需求（用例）、静态、动态及实现模型。文中主要以用例图、包图、时序图、活动图和部署图等为例描述了建模过程。

2.2 建立系统的需求模型

建立需求模型的目的是要表达用户对软件系统的需求，以及用户与软件系统之间的关系，通常用用例图来表达，它能捕捉系统的功能需求，从外部执行者的角度来理解系统。建立地空导弹武器系统IETM模型之前，通常需要经过部队调研，写出详实的需求分析，限于篇幅，这里从略。

建立用例模型，首先要确定活动者。根据功能概述，确定系统的活动者为：系统管理员、指挥员（普通指挥员和高级指挥员）、操作人员、技术人员（技师和参谋人员等）。确定活动者之后，还需识别用例。根据分析，初步确定系统的顶层用例如下：登录、系统管理、信息查询、故障诊断、维修、物资请领、武器系统管理、作战指挥等。根据确定的活动者和识别的用例，绘制的顶层用例图如图1所示。

图1清晰地表达了系统的主要功能、用户的角色层次及其与各功能模块之间的关系。实际上，用例建模的过程是一个迭代和逐步精华的过程，在实际开发过程中，无论是活动者的确定，用例的识别，还是用例图的绘制都是一个逐步细化和完善的过程。本文仅列举了顶层用例图，要更清楚地表达用户与系统功能之间的详细、具体的交互过程，就需要将用例细化。

2.3 建立系统的静态模型

静态建模的任务是通过建立类和包模型来描述系统的静态结构，通常用静态图和相关描述来表达，包括类图、对象图和包图，其中类图描述系统中类的静态结构，对象图是类图的实例，包图用于描述系统的分层结构。 

类包括实体类、边界类和控制类，需要在分析阶段逐步发现和识别。实体类是应用领域的核心内容，是与现实事物相对应的类，边界类是系统内的对象和系统外的参与者的联系媒介。控制类是管理实体对象与边界对象之间的交互的仲裁对象。通过需求分析，识别的主要实体类如表1所示。

系统的边界类主要有登录界面、系统主界面、信息浏览与查询界面、故障诊断界面、维修向导界面、物资请领界面、系统帮助界面等。系统的控制类主要有系统管理程序、信息查询与显示程序、操作训练模拟程序、作战指挥模拟程序、故障诊断程序、维修向导程序、物资请领程序等。

对于一个复杂的系统来说，可能涉及很多的类，需要在开发过程中逐步识别，不断完善细化。识别出类以后，就可以通过类图来表达它们之间的关系。通过建立类模型，可以帮助开发者更好地理解IETM系统内部的静态结构关系。

包是一种将有组织的元素分组的机制。当对大型系统进行建模时，需要把那些语义相近并倾向于一起变化的元素组织起来加入同一个包，这样方便理解和处理整个模型。包图是维护和控制系统总体结构的重要建模工具，图2显示了本系统的整体包图，它描述了IETM系统在设计开发时可以划分的几大模块，从而使结构更清晰。要表达更具体的结构关系，可以将包图细化。

2.4 建立系统的动态模型

通过对系统某一时刻及对象之间朴素关系的静态结构进行考察，还不能清晰地描述对象的行为和职责，不能全面地反映系统的情况，当在任何时刻对象及其关系改变的情况受到关注时，就必须对系统进行动态的分析，用UML的动态模型对其进行形象化描述。动态模型描述系统活动者与用例以及用例之间的动态关系，主要由行为图（活动图，状态图）和交互图（时序图，协作图）来表达。可以根据实际需要进行选择。

时序图描述了系统中各个对象之间传递消息的时间次序，用来表示用例的行为顺序，它能够清晰地描述某一用例过程中各个对象参与协作的情况。图3显示了技术人员通过系统进行故障诊断的时序图，它可以帮助开发者理解用户使用IETM系统进行故障诊断的交互过程。

活动图实际上是一种流程图，表现的是从一个活动到另一个活动的控制流。图4为IETM系统信息查询活动图，它表达了用户通过界面查询信息时与数据库之间的交互过程，帮助开发者理解查询流程及各层发生的行为。

2.5 系统实现模型

分析人员在对系统建模时，必须考虑系统的两个方面：逻辑和物理。逻辑方面主要是发现和描述对象类、接口、协同、交互和状态机等实物；而物理方面主要是找出组件和节点，用以描述系统中软件和硬件的物理架构。

组件图代表了代码本身的结构，描述的是系统软件的物理架构。从整体上看。地空导弹武器系统IETM主要有用户界面组件、业务对象组件和数据库组件，每个组件可以继续划分，可通过组件图来描述它们之间具体关系，帮助开发者理解代码结构，简化复杂的代码设计工作，图5为IETM系统的业务对象组件图。

部署图由节点构成，节点代表系统的硬件，组件在节点上驻足并执行，表达系统的软件组件与硬件之间的关系，描述的是运行系统的结构。为了充分考虑地空导弹武器系统作战使用特点和IETM及技术发展趋势，地空导弹武器系统IETM采用了基于Web的三层B/S模式和C/S模式混合架构方式，其部署图如图6所示。它表达了IETM运行系统的软硬件结构关系，为开发者设计软件组件与硬件结构布局提供依据。

3 结束语

UML是一种具有超强表达能力的面向对象建模语言，通过利用UML对地空导弹武器系统IETM这样一个大型的、复杂的软件系统建模，为用户、设计人员和开发人员之间相互交流提供了平台。需要说明的是，大型软件系统建模是一项复杂的工作，文中仅列举了部分模型，实际分析与开发过程当中还需要更多的模型，这些模型从不同的侧面对系统的功能、结构、行为进行了形象而清晰地描述，当然模型也需要在设计开发时不断调整。实践证明，经过UML建模，极大地简化了设计开发工作，开发出来的IETM系统也便于维护管理、易于共享，可复用性强。本文研究的建模方法和过程，对类似的软件系统开发具有一定的指导意义。