基于设计模式视角下的外观管理系统中的应用分析

设计模式是软件开发人员在长期实践过程中，通过长时间的总结提炼，为了解决特定软件开发问题，行之有效的一套方法。由于解决的问题不同，总结出多种供他人使用的设计模式，如果在开发过程中，遇到类似的问题，则可以直接使用对应的设计模式来解决。因此，设计模式不仅在常用的 Web 领域、或者应用领域得到广泛应用，而且在企业中得到更为广泛的应用。在当前汽车设计领域中，虽然通过 CAD 软件的设计方式是确定的，但是其中的过程确实十分繁琐，同一产品的不同外观需要多个环境来进行产品外观设计。并且有着人工逐项完成这一特殊性质，经常出现其时间紧、任务重、修改难这一问题，所以简化这个工作流程就显得尤为重要。研究新型的产品外观设计软件是一件必要的工作，这一举动将有助于加快企业设计效率，增强企业设计质量，完善企业设计规则
1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

如今社会信息化程度逐步提升，企业自身品牌质量可以通过配套软件的品质逐步提高，理所应当企业对软件的需求也是有增无已，此时企业对软件的质量上有了新的要求。Rational 公司的副总裁 Cluchey 先生曾说过这样一句话：“高质量和高速度无处不在” [1]。在传统经济下，软件需要满足自身全功能的开发以达到企业的实际功能需求，同时对其自身质量也有一定的要求；在现代经济下，客户对软件的要求伴随着竞争的加剧在逐步提升，相对应对软件的更新速度的要求也在不断提升。过去一代产品迭代速度慢，多数软件往往可以使用一年甚至几年的时间，而现在可能半年、一两个季度，甚至几个月就必须更新。另一方面，软件从加强企业管理、提高企业生产效率逐渐转变为提高企业获利、增强企业知名度的一个重要工具，也是人们日常生活中无可或缺的帮手。而软件更新换代速度加快也给软件开发提出了新的挑战：如何在满足不同软件产品需求的同时提升软件开发速度和质量？此时，采用传统的软件开发方法的软件难以满足时代进步的需求，其生命周期较长的特点尤为致命，开发和采用可复用的软件便成为顺应时代的潮流，这就需要采取新的软件开发方法解决这一问题。1968年在前联邦德国召开的国际软件工程学术会议上，北大西洋公约组织（NATO）的计算机科学家首次提出“软件危机”这个名词[2]，为了解决这一危机，在之后的 NATO会议上提出了软件工程和软件复用的概念[3]。此时，人们发现解决软件危机的关键是将软件按照工程化的方法和原则开发，软件工程的思想深入人心。现如今，软件工程蓬勃发展，成为计算机科学学科下的一门分支学科，而软件复用成为软件工程领域的重要课题。

1.2 国内外研究现状

随着软件工程理论和技术的不断发展，软件系统的开发人员越来越认识到在新系统工程中合理应用设计知识的重要性[10]。软件复用是将已有的软件成果部分重新应用于新开发的应用程序中，从而达到复用的目的。1968 年，在北大西洋公约组织（NATO）的国际会议中，Doug McIlroy 首次提出了两个概念：“软件危机”和“软件复用” [11]。软件复用技术在经过数十年的稳步发展之后，逐渐浮现出许多成功的应用。美国动力控制领域就应用到了卡内基·梅隆大学研究所（CMU/SEI）提出的面向特征领域分析法方法（FODA）[12]。在 CMU/SEI 提出的产品线系统中，集中体现了软件复用思想（即产品开发的组织方式）。瑞典 Celsius Tech System公司和美国空军电子系统中心（ESC）的产品线系统也是为人所熟知的成功应用实例[13]。由于面向对象思想和构件技术趋于成熟，开发出即插即用的黑盒组装成为可能。在国内，由杨芙清院士主持的北大青鸟工程是我国重点科技攻关项目，研发基于异构平台和“构件-构架”模式的应用集成环境系统[14]。

2 设计模式的相关理论概述

2.1 设计模式的概念

模式最初是由 Christopher Alexander 与 Sarah Ishikawa 和 Murray Silverstein 合作创造，并通过实践验证出的一种建筑模式语言概念，其实际是建筑大师们从大量的建筑实践经验中经过长期观察和思考，从现实世界中总结出一套最经典的法则理念。在 20 世纪 70 年代，Alexander 在其《模式语言》一书中提出了模式的概念，“每个模式都描述了一个在我们的环境中反复发生的问题，然后描述了该问题的解决方案的核心，以这种方式，您可以使用该解决方案一百万次，而不必以相同的方式进行两次” [33]。他的陈述形成了基本原理，被称为“设计模式”，正式的解释和抽象了建筑的设计过程。虽说《模式语言》是针对建筑设计，正式由于其著作的先进性，其他领域的研究人员也关注到了模式的概念。并且他称模式是对反复出现的设计问题的一种抽象解决方案，该观点适用于包括软件工程设计领域在内的所有工程设计领域。Alexander 发表十年后，美国计算机科学家 Kent Beck 和 Ward Cunningham 将他的理论应用于软件工程中的问题。当时正经历着由所谓的面向对象编程语言引起的范式转换，也就是最初的建筑设计系统的模式语言如何最终被应用于计算机科学领域。在创新性方面，模式归类总结了在实践过程中已经被证实了的解决方案和思想，其目的是希望在今后在特定环境中遇到方案中已解决的问题时，可以直接使用相应的解决思想，从而避免重复性的劳动工作。设计模式具有应用灵活和高度抽象的特点，可以广泛使用在软件复用的各种应用场景，目前有很多关于设计模式的概念[34]，将其综合后，模式的定义如下：模式是从具体形式抽象的，它在特定的非任意环境中不断重复出现。

2.2 设计模式的要素

设计模式一般有四个基本要素，分别为模式的名称、模式针对的问题、解决方案和效果，下面将具体介绍这四个要素[20]。

2.2.1 模式的名称

模式的名称是模式的一个简称。它概述并描述了模式，使其可以通过一些简洁的词来描述其实现的问题、具体解决方案和预期的结果。通过使用模式这一助记名，可以帮助软件设计者在工作时方便与他人针对设计思想和结果的交流，也可以帮助开发者在更高级别的层次上设计软件。

2.2.2 模式针对的问题

模式所针对的问题主要用于描述设计模式的使用场景，它详细解释了软件设计过程中存在的一些问题和原因。问题的描述是对系统中某些类和对象结构设计不灵活的说明，甚至会包括模式在软件设计中应用的前提条件。

2.2.3 解决方案

解决方案的作用是对设计的组成部分、各部分之间的相互关系及各自的职责和协作方式。由于模式是一个针对特定上下文环境内对某些特定问题的通用解决方法，所以它不是针对特定或指定环境下进行设计与实现，而是通过提供代码中类和对象的组合描述的方式给出解决特定问题的方案来解决不同环境下的问题。

3 外观管理系统的需求分析

3.1 研发背景.................................................................................................................. 13

3.2 业务流程分析.......................................................................................................... 14

3.3 系统功能需求分析.................................................................................................. 18

3.4 系统性能需求分析.................................................................................................. 20

3.5 本章小结.................................................................................................................. 22

4 外观管理系统的设计与实现

4.1 系统层次结构设计.................................................................................................. 23

4.2 系统功能模块设计.................................................................................................. 26

4.3 系统主要功能实现.................................................................................................. 31

4.4 系统功能测试.......................................................................................................... 39

4.5 本章小结.................................................................................................................. 43

5 设计模式在系统中的应用研究

5.1 应用策略.................................................................................................................. 44

5.2 应用分析.................................................................................................................. 45

5.3 实验对比分析.......................................................................................................... 53

5.4 本章小结.................................................................................................................. 57