大型CAD系统软件架构及其开发方法研究

论文摘要

在飞机制造业的计算机应用领域中，多年来三维CAD软件主要被国外软件(主要是CATIA和UG)所垄断，鉴于这种现状，国家出台了一些政策并开展相应的项目。由于大型CAD软件具有复杂性高，涉及领域多等特点，在现阶段，从零开始，重新开发一套系统是无法满足TQCS(时间Time，质量Quality，成本Cost，服务Service)要求的，因而充分利用现有商品组件和已有系统的优势，采用渐进式的开发方式是成功的关键。在这种情况下，大型CAD软件研发实际上应该包括产品开发(如框架系统的开发)、成品购买(如几何核心)、转包(部分专用模块)等方式。本文根据这些需求，以飞机制造业数字化工程项目为背景，针对目前大型CAD软件的研发条件，对开发方法和软件架构进行了研究，重点是对其中一些理论研究容易忽视而实际开发急需解决的关键技术展开了深入探讨。论文在以下几方面取得主要研究成果：(1)首次提出了基于组件开发的多维并行过程模型。首先，定义了一个二维并行过程模型来描述CBD过程内在的并行性。这种CBD二维并行过程模型可以作为诸如统一过程模型等其它模型的内核，可以进一步推广为多维并行过程模型。凭借对并行性的分解，可以更清晰地描述CBD的并行过程，简化过程的复杂性，以便更容易地管理该过程。(2)研究了大型CAD软件的需求工程。在分析需求层次的基础上，给出了大型CAD软件需求规格说明书应包括的内容和需求导出方法，并定义了需求工程的过程模型。应用文中提出的方法，参与完成了《大型CAD软件研发项目需求说明》。(3)建立了组件选择过程模型，该组件选择过程模型包含搜寻、筛选、评价和分析四个子过程。提出了层次分析法与模糊评判法相结合的组件选择方法，该方法一般在评价子过程中灵活应用。通过一个应用案例，展示了文中提出的过程及方法应用的可行性。(4)在研究大型CAD测试方法的基础上，将大型CAD研发中测试区分为商用组件的测试、外包组件的测试、内部组件的测试、开源组件的测试、新开发组件的测试和应用测试，讨论了这些测试的特点和方法。提出并解决了数据转换接口的测试和基于CMM的测试项目的过程管理问题。这二者都是被业界忽视、但对项目成功又是非常重要的方面。(5)研究了大型CAD架构编档的方法，并对需要的各种视图进行较全面的研究，给出了大型CAD软件的项目视图选择方法，以及上下文图、模块视图、组件与连接器视图和分配视图的表示方法和实例。(6)首次提出并实现了一个基于COM模型的组件复用技术，简称为“扩充”。该技术能够兼容COM组件模型，在增加扩展功能后既不改变基本组件的ID也不改变基本组件的代码。在此基础上给出了大型CAD软件组件模型的解决方案，即在总体采用标准组件模型的基础上，增加组件复用机制。采用这种组件模型解决方案，既可以发挥采用标准组件模型的优点(如可以充分利用市场上的商用组件)，又可以借鉴其它自定义组件模型(如CATIA的OM组件模型)的优势。(7)研究了大型CAD软件总线，包括对其概念和本质进行的详细探讨，给出了大型CAD软件总线的解决方案和实现方法，部分实现了软件总线的功能。在此基础上给出了业界关心的大装配问题从总线角度的解决方案。(8)开发了一个原型系统，来验证本文提出的组件模型和软件总线。本文的研究成果，可以为大型CAD软件的研发提供以下技术支持：提供切实可用的软件过程模型，以便进行有效的软件过程管理；为软件架构及其编档的标准提供翔实的指导；提供基础的组件模型；提供具体的软件总线解决方案，并为其实现提供指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.1.3 课题来源
• 1.2 研究现状和关键技术
• 1.2.1 大型CAD系统的基本特征
• 1.2.2 CAD产业的现状
• 1.2.3 CAD软件架构研究现状
• 1.2.4 CAD组件模型的研究现状
• 1.2.5 CAD软件总线的研究现状
• 1.2.6 软件开发方法的研究进展
• 1.2.7 大型CAD软件开发中的关键技术
• 1.3 论文研究内容及和创新点
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 1.3.3 创新点
• 第2章 基于组件开发的并行过程模型
• 2.1 软件开发的并行工程
• 2.1.1 软件开发的并行工程定义
• 2.1.2 软件开发并行工程的本质特征
• 2.2 CBD过程的二维并行模型
• 2.2.1 CBD过程并行性的研究现状
• 2.2.2 CBD过程的组件维分解
• 2.2.3 CBD过程维的分解
• 2.2.4 理想状态下的CBD过程
• 2.2.5 CBD过程的二维并行过程模型
• 2.3 组件维并行
• 2.3.1 需求分析过程的组件维并行
• 2.3.2 设计过程的组件维并行
• 2.3.3 实现过程的组件维并行
• 2.3.4 系统集成和测试过程的组件维并行
• 2.3.5 支持和维护过程的组件维并行
• 2.4 过程维并行
• 2.4.1 系统开发的过程维并行
• 2.4.2 在已有组件基础上开发的过程维并行
• 2.4.3 新组件开发的过程维并行
• 2.5 CBD过程的三维并行过程模型
• 2.6 CBD并行开发的组织形式
• 2.6.1 分层次IPT组的CBD组织形式
• 2.6.2 IPT组的特性
• 2.6.3 IPT组的组织方式
• 2.6.4 大型CAD软件开发中的IPT组
• 2.7 如何在大型CAD开发中的应用
• 2.7.1 基于配置管理进行并行过程管理
• 2.7.2 项目配置管理的计划
• 2.7.3 创建项目
• 2.7.4 开发项目组件
• 2.7.5 管理项目
• 2.8 小结
• 第3章 大型CAD软件的需求工程
• 3.1 基于组件的设计给需求工程带来的新挑战
• 3.2 软件需求及其层次
• 3.3 软件需求规格说明书的内容
• 3.3.1 系统需求规格说明书的内容
• 3.3.2 组件需求规格说明书的内容
• 3.4 需求工程的过程模型
• 3.5 软件需求导出方法
• 3.5.1 常见需求导出方法
• 3.5.2 系统需求导出方法
• 3.6 软件需求规格说明书的检查和确认
• 3.7 应用验证
• 3.8 小结
• 第4章 组件选择过程及其方法
• 4.1 当前组件选择过程和方法存在的问题
• 4.2 组件选择过程
• 4.2.1 搜寻
• 4.2.2 筛选
• 4.2.3 评价
• 4.2.4 分析
• 4.3 组件选择方法
• 4.3.1 层次分析法
• 4.3.2 模糊综合评价方法
• 4.3.3 AHP与FCE相结合的方法
• 4.4 应用案例
• 4.4.1 搜寻组件和筛选组件
• 4.4.2 评价组件
• 4.4.3 分析评价结果
• 4.5 小结
• 第5章 大型CAD软件研发中的测试
• 5.1 软件测试的关键性和面临的主要问题
• 5.1.1 软件测试的关键性
• 5.1.2 软件测试技术现状
• 5.1.3 面临的主要测试问题
• 5.2 已有组件的测试
• 5.2.1 商用组件的测试
• 5.2.2 外包组件的测试
• 5.2.3 内部组件的测试
• 5.2.4 开源组件的测试
• 5.3 数据转换接口验证技术
• 5.3.1 数据链
• 5.3.2 数据转换接口的验证方法
• 5.4 新开发组件的测试
• 5.5 应用测试
• 5.6 基于CMM的测试项目的过程管理
• 5.6.1 软件测试项目的形成和种类
• 5.6.2 软件测试项目的特点和引入CMM的目的
• 5.6.3 CMM可重复级在软件测试和验证项目的应用
• 5.6.4 应用案例
• 5.7 小结
• 第6章 大型CAD软件架构及其编档
• 6.1 软件架构及其编档的研究内容和重要性
• 6.1.1 软件架构的定义和研究内容
• 6.1.2 软件架构及其文档的重要性
• 6.2 大型CAD软件项目视图的选择
• 6.2.1 软件架构视图、视图类型及架构风格
• 6.2.2 建立候选视图列表
• 6.2.3 组合视图
• 6.2.4 确定视图的优先级
• 6.3 大型CAD软件的上下文图
• 6.3.1 上下文图的概念和表示
• 6.3.2 大型CAD软件的顶层上下文图
• 6.4 大型CAD软件的模块视图
• 6.4.1 模块视图的概念和表示法
• 6.4.2 分解风格的模块视图
• 6.4.3 泛化风格的模块视图
• 6.4.4 使用风格的模块视图
• 6.4.5 分层风格的模块视图
• 6.5 大型CAD软件的组件和连接器视图
• 6.5.1 组件和连接器视图的表示法
• 6.5.2 发布-订阅风格的C&C视图
• 6.5.3 共享数据风格的C&C视图
• 6.5.4 其它风格的CAD软件C&C视图
• 6.6 大型CAD软件的分配视图
• 6.6.1 工作任务风格
• 6.6.2 实现风格
• 6.6.3 部署风格
• 第9章 结论和展望
• 9.1 全文总结
• 9.2 下一步研究工作的展望
• 附录 A 本文采用的缩略语
• 附录 B 部分术语的解释
• 参考文献
• 博士期间完成的论文
• 参加的科研工作
• 致谢