海南软件职业技术学院 邓奉先 卓书尧



用例建模在实验室管理系统需求分析中的应用研究

海南软件职业技术学院 邓奉先 卓书尧

软件开发过程中需求分析起着关键性作用，准确把握用户需求关系到开发项目的成败。本文以高职院校实验室管理系统为例，采用UML统一建模语言对系统进行抽象，使用用例建模技术展示系统的功能需求以及系统用户与系统之间的交互关系，为后续的系统设计与实现打下基础。

需求分析；UML；用例建模

需求分析是软件开发过程中重要的一个部分，通过需求分析准确把握用户需求，对一个项目开发的成败起到关键作用。需求分析的任务是确定系统“做什么”，将用户“做什么”的要求最终转换为一个完全的、精细的软件逻辑模型，并形成软件需求规格说明书，准确地描述用户的要求［1］。本文以高职院校实验室管理系统为例，采用UML统一建模语言对系统进行抽象，使用用例建模技术展示系统的功能需求以及系统用户与系统之间的交互关系，为后续的系统设计与实现打下基础。

1　UML概述

UML（Unified Modeling Language），是一种支持模型化和软件系统开发的图形化语言，UML支持从需求分析开始的软件开发的全过程，为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持。UML通过三类图形建立系统模型：用例图、静态结构图（包括类图、对象图、组件图、配置图）、动态行为图（包括顺序图、协同图、状态图、活动图），这三类图从不同的抽象角度实现系统的可视化。其中需求分析阶段采用用例图来描述用户、需求、系统功能单元之间的关系，它展示了一个从系统外部观察到的系统功能模型图［2］。

用例（Use Case）代表用户的需求，是表达用户需求提供的一种方法，使用用例的方法来描述系统需求的过程称为用例建模［3］。用例建模是站在用户的角度考虑问题，把用户需求和设计完全分离开来，用户不需要了解系统的内部结构和设计，他们关心的是系统能提供的服务，也就是他们能使用的功能。用例建模用于需求分析阶段，是系统开发者和用户对需求规格达成的共识，驱动后续各个阶段的开发工作。

2　用例及相关概念

2.1参与者（Actor）

参与者是与被定义系统发生交互的外部实体（指人、事物或者其他系统扮演的角色），代表系统的使用者或使用环境，它们以某种方式参与用例的过程。

2.2用例（Use Case）

用例表示一个或多个参与者为实现特定目标而执行的操作，它是对系统的用户需求（主要是功能需求）的描述，表达了系统的功能和提供的服务。

2.3用例间关系

用例除了与其参与者发生关联外，还可以与用例存在泛化、包含和扩展关系。用例泛化类似于类间的泛化，子用例表示父用例的特殊形式。包含关系是指包含提供者用例的行为到客户用例的事件中。扩展关系是把新行为插入到已有用例的方法。

2.4用例图

用例图是一种UML技术，展示了参与者与用例之间的关系。用例图主要包括参与者、用例以及它们之间的关系组合而成。

3　实例分析

3.1功能需求

基于用例建模的需求分析是以用例为主导捕获和描述软件需求的过程，它提供了收集需求的框架和表达需求的方法［4］。这种方法区别于传统的基于功能分解的方式描述系统功能，克服传统方法容易混淆需求和设计的界限的缺点，它是系统分析人员和用户反复沟通的结果，是两者对需求达成的共识［5］。用例模型的建立是一个迭代的过程，在迭代的过程中不断求精获得功能需求。用例模型是由用例图和对每个用例的详细描述（即用例规约）组成的。

本文以高职院校实验室管理系统为例，选取其中的用户信息管理模块描述用例建模的过程。

用户信息管理子系统的使用人员包括实验室设备的使用与管理人员，主要有设备科负责人、实验室管理员，该功能实现用户信息管理和账号信息查询。该功能记录所有使用实验室的设备使用人员，用户在成功登录进入系统后，用户可以查询账号基本信息并能修改账号密码功能［6］。

3.2需求建模

（1）确定参与者：设备科室负责人、实验室管理员。

（2）确定用例：查询个人信息、修改个人信息。

（3）绘制用例图：

图1　用户管理用例图

用例图的描述是总体上对系统功能的认识，用例规约是对用例图中的每个用例详细说明的文本描述，进一步说明系统的需求，是下一个阶段系统设计的基础，也是测试用例的重要依据。

（4）编写用例规约

用例名：修改个人信息。

参与者：设备科负责人、实验室管理员。

用例简述：该用例规定了设备科负责人和实验室管理员修改个人账号信息的处理过程。

涉众及兴趣：设备科负责人、实验室管理员希望能够修改个人的信息。

前置条件：设备科负责人、实验室管理员通过账号和密码验证登录进入系统。

事件流：

（a）基本流：①用户在登录进入系统后，选择用户管理功能模块下点击“修改个人信息”；②系统响应点击事件，跳转至修改信息界面；③用户录入要修改的信息，点击“确定”按钮；④系统对用户的输入数据进行验证，若合法，则弹出提示对话框“已成功修改信息”。

（b）备选流：如果在用户进行修改操作的过程中输入的数据格式不正确，如用户输入手机号码为10位，则提示“手机号码为11位”；如果在修改操作过程中出现系统故障或断电的情况，修改的信息将放弃本次存储，保证数据的完整性和一致性。

后置条件：用户修改后的信息正确录入系统。

4　结语

用例建模应用于需求分析阶段，建模的过程是一个迭代和逐步求精的过程，完全站在用户的角度考虑问题，从外部来定义系统的功能，不关心系统的设计与实现细节，将需求与设计完全分离开来。本文结合实例分析用例建模的过程，通过用例图和用例规约描述系统需求分析，它作为用户和开发人员沟通的一个有效手段，既有利于用户理解系统提供的服务，又有效地降低待开发系统的复杂度。

［1］张海藩.软件工程导论（第5版）［M］.清华大学出版社，2009.

［2］蔡敏，等著.UML基础与rose建模教程［M］.人民邮电出版社，2006.

［3］谢星星.UML基础与Rose建模实用教程.清华大学出版社，2011.

［4］孔垂煜.用例建模在软件需求工程中的应用［J］.福建电脑，2009（10）.

［5］张秋余等.基于用例的需求建模方法［J］.计算机工程与设计，2006（19）.

［6］邓奉先.高职院校实验室管理系统的研究与开发［D］.中山大学，2013.

邓奉先（1985-），女，海南琼海人，硕士，讲师，研究方向：软件工程、数据挖掘。

卓书尧（1980-），男，海南万宁人，硕士，高级实验师，研究方向：软件工程、实验室建设。