可拓创新软件体系结构研究

李卫华，傅晓东

(1.广东工业大学 计算机学院,广东 广州 510006;2.广东第二师范学院 物理系,广东 广州 510303)

可拓创新软件体系结构研究

李卫华1，傅晓东2

(1.广东工业大学 计算机学院,广东 广州 510006;2.广东第二师范学院 物理系,广东 广州 510303)

摘要:为了将可拓创新方法基本原理制作成软件，方便用户利用可拓创新软件进行产品创新设计，设计了可拓创新软件体系结构和主要构件，结构中包含了可拓创新方法中创新产品的3个创造法.该软件体系结构有利于用户利用构件制作可扩展可演化的可拓创新软件，以适应不同领域应用.实验结果说明了该体系结构的有效性.

关键词:可拓创新方法； 3个创造法； 软件体系结构； 构件

文献[1]介绍了可拓创新方法及其应用研究进展，但还没有从软件体系结构[2]方面探讨可拓创新软件的研制这方面的报道.目前虽然有一些可拓软件已成功研制出来[3-7]，并获得了软件著作权，但可拓创新软件的研制相对滞后.为了方便用户制作适用于自己领域的可拓创新软件，必须首先建立可拓创新软件的软件体系结构, 同时将可拓创新方法的主要部分制成软件构件，才能达到上述目的.基于此，本文探讨了可拓创新软件体系结构的设计与建立问题.

1可拓创新方法的主要部分

《可拓学》[8]一书介绍了可拓创新方法的主要部分，分别是拓展分析方法、可拓变换方法、共轭分析与共轭变换方法、可拓集方法、优度评价方法和可拓思维模式.详细内容可参考该书，在此不再赘述.

《可拓工程方法》[9]一书提出了新产品构思的3个创造法，分别为第一创造法、第二创造法和第三创造法.

第一创造法是从消费者对产品功能的需要出发构思全新产品的方法，主要用于开发它择性产品、综合性产品、互补性产品和终端产品[10].

第二创造法从已有的产品出发，利用可拓变换创造新产品，该创造法是构思系列产品或组合产品的常用方法.

第三创造法是从产品的缺点入手，通过可拓变换或变换的运算，将产品的缺点变为优点的构思新产品的方法.文献[11]介绍了如何利用第三创造法进行产品概念设计的研究.

本文在上述可拓创新方法的主要内容基础上研制可拓创新软件，且主要考虑如何用软件实现产品创新的3个创造法.

2建立可拓创新软件体系结构

软件体系结构架起了软件需求与软件设计之间的一座桥梁[2，12]，在引入了体系结构的软件开发之后,应用系统的构造过程变为“问题定义→软件需求→软件体系结构→软件设计→软件实现”[12].也就是说，如果要设计并实现可拓创新软件，必须先建立可拓创新软件的体系结构.

2.1正交软件体系结构

正交软件体系结构由组织层和线索的构件构成，如图1所示.

图1　正交软件体系结构

层是由一组具有相同抽象级别的构件构成的.线索是子系统的特例，它由完成不同层次功能的构件组成，每一条线索完成整个系统中相对独立的一部分功能.每一条线索的实现与其他线索的实现无关或关联很少，在同一层中的构件之间是不存在相互调用的.

正交软件体系结构有明显的优点[2]：

(1) 结构清晰，易于理解.由于线索功能相互独立，不进行互相调用，结构简单、清晰，构件在结构图中的位置已经说明它所实现的是哪一级抽象，担负的是何功能.

(2) 易修改，可维护性强.由于线索之间是相互独立的，所以对一个线索的修改不会影响到其他线索.系统功能的增加或减少，只需相应的增删线索构件集，而不影响整个正交软件体系结构，因此能方便地实现结构调整.

(3) 可移植性强，重用粒度大.因为正交结构可以为一个领域内的所有应用程序所共享，这些软件有着相同或类似的层次和线索，可以实现体系结构级的重用.

因此，用正交体系结构做为可拓创新软件体系结构的首选.

2.2可拓创新软件正交软件体系结构

为了实现创新产品的3个创造法，用4层3条线索的正交软件体系结构来建立体系结构,如图2所示.

图2　产品创新软件体系结构

第1层是用户界面，输入用户信息，并输出创新方案.第2层是各创造法的出发点.第3层是各创造法用到的方法步骤.第4层是基础库，主要是各种构件、领域知识及用户信息.

2.2.1线索1

线索1A-B-E-H实现第一创造法，构件B处理用户需求，构件E按照第一创造法的5个步骤[8-10]构思新产品.

2.2.2线索2

线索2A-C-F-H实现第二创造法，构件C确定要变换的产品，构件F按照第二创造法的9个步骤[8-10]构思新产品.

2.2.3线索3

线索3A-D-G-H实现第三创造法，构件D确定有缺点的产品，构件G按照第三创造法的5个步骤[8-10]构思新产品.

2.3可拓创新软件构件集

构件是正交软件体系结构的重要部分，设计可拓创新软件的正交体系结构的同时必须建立有关的构件集.

拓展分析方法的4种构件分别是发散分析方法(发散树)构件、相关分析方法(相关网)构件、蕴含分析方法(蕴含系)构件和可扩分析方法(分合链)构件.

共轭分析方法4种构件分别是虚实共轭分析构件、软硬共轭分析构件、潜显共轭分析构件和负正共轭分析构件.

可拓变换方法的4种构件分别是置换变换构件、增删变换构件、扩缩变换构件和分解变换构件.

关联函数的3种构件分别是简单关联函数构件、初等关联函数构件和离散关联函数构件.

优度评价构件包括单评价特征优度评价构件和多评价特征优度评价构件.

这些构件支持3个创造法的创新步骤.

3实验结果

用Java技术[13]实现可拓创新软件，用MySQL数据库[14]实现基础库.这些技术都是开源的，方便大中小型企业以低成本开发创新软件.Java语言是优秀的面向对象技术，通过类的继承很容易实现迭代式开发，方便系统扩展与演化.

3.1软件体系结构实现

软件体系结构可以用不同的技术实现，该可拓创新软件体系结构用Java EE Web技术[15]来实现，以方便用户在网上共享创新软件.Web服务器用开源的Tomcat服务器[16]，它免费下载，易于使用，便于部署，应用广泛，适用于大中小型企业.

系统界面截图如图3所示.

图3　产品创新软件界面

3.2构件实现

采用JavaBeans构件技术[17]来实现可拓创新方法主要部分的软构件.JavaBeans是可复用的Java程序，既可以在单机版上使用，又可以在Web页面上使用，适应不同企业的需要.

各构件编译后备用，被3种创造法调用.如拓展分析构件和共轭分析构件，与创造法的部分逻辑关系如图4所示.

图4　构件关系

3.3案例实现

以文具是否绿色环保为案例进行产品创新(见图5)，用第三创造法分析当前某文具的缺点，保存在数据库中，以便后面分析与变换.

图5　以缺点出发

然后调用适当的分析构件进行分析，如图6所示.接下来再进行可拓变换，如图7所示.此外，还要进行优度评价，如图8所示.最后，得到较好的文具创新方案.

4结论

本文提出了用正交软件体系结构来设计可拓创新软件的软件体系结构，这种结构优点鲜明，容易维护，包括扩展与演化，方便各企业根据自己的领域裁减系统架构.本文还提出将可拓创新方法的主要部分用软构件的形式实现，存放在基础库中，支持3个创造法，也方便用户调用.可拓创新软件用Java等开源技术实现，降低了企业的成本，迭代式开发也节约了企业实现系统的时间.

图6　相关分析

图7　可拓变换

图8　优度评价

张朝平、薛伟鹏和许逵耿同学为本文工作做了大量实验，在此表示感谢.

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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

基金项目:广东省科技计划项目(2012B061000012)

作者简介:李卫华(1957-)，女，教授，主要研究方向为智能软件等.E-mail：lw@gdut.edu.cn

doi:10.3969/j.issn.1007-7162.2016.02.001

中图分类号:TP311

文献标志码:A

文章编号:1007-7162(2016)02-0001-04