摘要 通過軟件仿真平臺，應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)，可以將軟件和硬件有機地結(jié)合起來，當用 戶在計算機界面上進行操作的時候，實際的效果可以在仿真平臺上顯示出來。軟件設(shè)計 者可以通過軟件仿真平臺的操作得出對本軟件的更客觀的了解。有利于掌握軟件各個環(huán) 節(jié)的運行情況和各個器件的參數(shù)和特征，有利于了解各器件的運行狀態(tài)以及操作軟件對 器件的影響和作用，從而更加有效且實際地開發(fā)出更符合實際和行之有效的軟件。 本文設(shè)計的軟件仿真平臺可以看作是個高速公路的單向隧道模型，運用l a b v i e w 軟件以系統(tǒng)工程方法論為指導對該軟件仿真平臺進行設(shè)計和實現(xiàn)。文中給出了軟件仿真 平臺的設(shè)計和實現(xiàn)過程，然后用d e l p h i 軟件和三維力控組態(tài)軟件之間以d d e 通信方式 進行控制軟件仿真平臺來對該平臺進行調(diào)試，給出了d d e 通信的調(diào)試方法和過程，得 出調(diào)試結(jié)果。仿真平臺的軟件方面主要是編寫了一個在平臺上運行的用戶界面，用以將 仿真實驗的內(nèi)容完整地展示給用戶，并允許用戶進行實驗操作。硬件方面則使用模擬現(xiàn) 場實際情況的實驗板，主要功能是將用戶進行的實驗操作進行計算，并將結(jié)果通過仿真來 顯示出來。這樣可以使軟件開發(fā)者獲得較為真實的實驗感受，得出軟件開發(fā)階段的第一 手資料，從實際的角度對軟件的完備性和可行性進行論證，從而得出對軟件的準確的評 價和驗證。 關(guān)鍵字：仿真平臺，l a b v i e w ，調(diào)試，隧道模型 a b s t r a c t s o f t w a r ea n dh a r d w a r ec a nb el i n k e dj u d i c i o u s l yw i t hs y s t e ms i m u l a t i o nt e c h n o l o g y , b y m e a n so ft h es o f t w a r es i m u l a t i o np l a t f o r m w h e nt h eu s e r sa r eo p e r a t i n gt h es o f t w a r e ， p r a c t i c a lr e s u l t sc a nb ed i s p l a y e do nt h es o f t w a r es i m u l a t i o np l a t f o r m s o f t w a r ed e s i g n e rc a n g e tm o r eo b j e c t i v ee f f o r t sb yo p e r a t i n gs o f t w a r es i m u l a t i o np l a t f o r m o p e r a t i n gs o f t w a r e s i m u l a t i o np l a t f o r mi sp r o p i t i o u st om a s t e rt h er u n n i n gc o n d i t i o n so ft h es o f t w a r e ，g e th o l do f e v e r ye l e m e n t sp a r a m e t e r sa n df e a t u r e s ；i sp r o p i t i o u s t og e to p e r a t i o n a ls t a t e so fe v e r y e l e m e n ta n ds o f t w a r e si n f l u e n c et oe l e m e n t s ；a c c o r d i n g l y , m o r ew o r k a b l e ，e f f e c t i v ea n d p r a c t i c a ls o f t w a r ew o u l db ee x p l o i t e d t h ed e s i g n e ds o f t w a r es i m u l a t i o np l a t f o r mi nt h et h e s i sc a nb er e g a r d e da sao n e w a y m o d e lo fh i g h w a yt u n n e l ，i sd e s i g n e db ym e a n so fl a b v i e wu p h o l d i n gm e t h o d o l o g yo f s y s t e m se n g i n e e r i n g t h ep r o c e s si m p l e m e n t a t i o no f t h es o f t w a r es i m u l a t i o np l a t f o r mi sg i v e n i nt h et h e s i s ，a n dt h e nd e b u g g e dt h es o f t w a r es i m u l a t i o np l a t f o r mb ym e a n so fd d e c o m m u n i c a t i o nb e t w e e nd e l p h ia n df o r c ec o n t r o l ，t h ed e b u g g i n gm e t h o da n dt h ep r o c e s so f c o m m u n i c a t i o ni sg i v e n ，f i n a l l y , g o tt h ed e b u g g i n gr e s u l t t h ed e t a i l sa b o u ts o f t w a r em a i n l y c o n t a i n sc o m p i l i n gau s e ri n t e r f a c et h a tc a nr u ni nt h es o f t w a r es i m u l a t i o np l a t f o r mi no r d e rt o s h o wt h ec o n t e n t so ft h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n tt ou s e r s ，a n da l l o wu s e r st oo p e r a t et h e e x p e r i m e n t t h ed e t a i l sa b o u th a r d w a r ea r et h a tu s i n gab r e a d b o a r dt os i m u l a t ef i e l dc o n d i t i o n ， a n dt h em a i nf u n c t i o n so fc a l c u l a t i n gu s e r s l a b o r a t o r yo p e r a t i o n ，a n dt h e nd i s p l a y i n gr e s u l t s b ym e a n so fs i m u l a t i o n a d o p t i n go p e r a t i o no ft h es o f t w a r es i m u l a t i o np l a t f o r m ，s o f t w a r e d e v e l o p e r sc a ng e tt r u l yr e a ll a b o r a t o r yr e s u l t sa n df i r s t h a n di n f o r m a t i o na b o u tt h es o f t w a r e d e v e l o p m e n tp h a s e ，d e m o n s t r a t e st h ec o m p l e t e n e s sa n df e a s i b i l i t yi nt e r m so ft h er e a l i t y , t h u s c a no b t a i nv e r a c i o u se v a l u a t i o na n dv a l i d a t i o na b o u tt h es o f t w a r e k e yw o r d s ：s o f t w a r es i m u l a t i o np l a t f o r m ；l a b v i e w ；d e b u g ；h i g h w a yt u n n e lm o d e l 論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明：本人所呈交的學位論文是在導師的指導下，獨立進行研究工 作所取得的成果。除論文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，對論文的研究做出重 要貢獻的個人和集體，均己在文中以明確方式標明。本論文中不包含任何 未加明確注明的其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的成果。 本聲明的法律責任由本人承擔。 論文作者簽名：醺稱確 三汐7 年j 月二r 日 論文知識產(chǎn)權(quán)權(quán)屬聲明 本人在導師指導下所完成的論文及相關(guān)的職務(wù)作品，知識產(chǎn)權(quán)歸屬學 校。學校享有以任何方式發(fā)表、復制、公開閱覽、借閱以及申請專利等權(quán) 利。本人離校后發(fā)表或使用學位論文或與該論文直接相關(guān)的學術(shù)論文或成 果時，署名單位仍然為長安大學。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 論文作者簽名：膨娟雨力7 年，月2 乒日 導師簽名： 序嘶 沙7 年月枷 長安大學碩士學位論文 第一章緒論 1 1 研究目的及意義 隨著高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，高效、快捷、針對性強的監(jiān)控軟件開發(fā)在高速公路 建設(shè)方面占有越來越重要的地位。在高速公路監(jiān)控軟件開發(fā)階段，應(yīng)用軟件仿真平臺可 有效地對軟件進行仿真測試，其目的就是為了得到較為真實的實驗感受，得出軟件開發(fā) 階段的第一手資料，從而掌握軟件各個環(huán)節(jié)的運行情況和各個部分的參數(shù)和特征，然后 根據(jù)這些資料對監(jiān)控軟件進行及時的修改和完善。 在高速公路監(jiān)控軟件開始階段，利用軟件仿真平臺論證方案，進行經(jīng)濟和技術(shù)比較， 選擇最優(yōu)方案；在設(shè)計階段，軟件仿真平臺可幫助軟件開發(fā)人員優(yōu)選系統(tǒng)合理結(jié)構(gòu)，優(yōu) 化系統(tǒng)參數(shù)，以期望獲得系統(tǒng)最優(yōu)的品質(zhì)和性能；在調(diào)試階段，利用軟件仿真平臺分析 系統(tǒng)響應(yīng)與參數(shù)關(guān)系，指導調(diào)試工作，可以迅速完成調(diào)試任務(wù)；對已經(jīng)運行的系統(tǒng)，利 用軟件仿真平臺可以在不影響生產(chǎn)的條件下分析系統(tǒng)的工作狀態(tài)，預防事故發(fā)生，尋求 改進薄弱環(huán)節(jié)，以提高系統(tǒng)的性能和運行效率。通過在硬件上對軟件的各個應(yīng)用方向進 行測試，根據(jù)得到客觀的數(shù)據(jù)，對軟件的應(yīng)用進行針對性的分析，這樣有助于更加有效 且實際地開發(fā)出更符合實際的軟件。 通過軟件仿真平臺，可以將軟件和硬件有機地結(jié)合起來，當用戶在計算機界面上進 行操作的時候，實際的效果可以在仿真平臺上顯示出來。軟件設(shè)計者可以通過軟件仿真 平臺的操作得出對本軟件的更客觀的了解。本文設(shè)計的軟件仿真平臺模擬的是一個高速 公路的單向隧道，可以用于高速公路監(jiān)控軟件的后期測試，從而掌握軟件各個環(huán)節(jié)的運 行情況和各個器件的參數(shù)和特征，了解各器件的運行狀態(tài)和操作軟件對器件的影響和作 用，以開發(fā)出更符合實際和行之有效的軟件。對監(jiān)控軟件進行仿真研究，在不需要現(xiàn)有 現(xiàn)場參與的情況下，利用仿真平臺進行仿真實驗，通過對仿真輸出結(jié)果的分析、對比和 評估來獲得系統(tǒng)的行為表現(xiàn)，無疑是一種經(jīng)濟的方法，而且可以節(jié)省大量的時間，從來 提高時效性和工作效率。這在軟件的實際應(yīng)用方面具有先進性的意義。 1 2 研究背景 對高速公路監(jiān)控軟件仿真有助于對現(xiàn)有系統(tǒng)或未來系統(tǒng)的行為進行再現(xiàn)或預先把 握【l j 。當人們需要了解某一系統(tǒng)在特定條件或環(huán)境下的運行狀態(tài)時，將該系統(tǒng)置于該特 第一章緒論 定條件或環(huán)境下，對系統(tǒng)本身做完整的實際運行，當然可以得到系統(tǒng)的運行特性和主要 參數(shù)，但是，這往往需要付出高昂的成本。而應(yīng)用軟件仿真平臺對高速公路監(jiān)控軟件進 行仿真，在不需要現(xiàn)有系統(tǒng)參與或未來系統(tǒng)存在的情況下，利用仿真平臺進行仿真實驗， 通過對仿真輸出結(jié)果的分析、對比和評估來獲得系統(tǒng)的行為表現(xiàn)，無疑是一種經(jīng)濟的方 法，并引起人們的廣泛關(guān)注。 軟件仿真平臺是在軟件開發(fā)方向中的一個應(yīng)用，在軟件開發(fā)過程中占有非常重要的 地位。通過軟件仿真平臺，可以將軟件和硬件有機地結(jié)合起來，當用戶在計算機界面上 進行操作的時候，實際的效果可以在仿真平臺上顯示出來【2 】。本仿真平臺服務(wù)于長安大 學交通系統(tǒng)工程研究所開發(fā)的高速公路監(jiān)控軟件，為后期開發(fā)出的監(jiān)控軟件進行實物仿 真。仿真平臺的軟件方面主要是編寫了一個在平臺上運行的用戶界面，用以將仿真實驗 的內(nèi)容完整地展示給用戶，并允許用戶進行實驗操作。硬件方面則使用模擬現(xiàn)場實際情 況的實驗板，通過將編譯好的軟件加載到實驗板上進行模擬現(xiàn)場的操作，將結(jié)果通過硬 件仿真來顯示出來。這樣可以使軟件開發(fā)者獲得較為真實的實驗感受，得出軟件開發(fā)階 段的第一手資料，從實際的角度對軟件的完備性和可行性進行論證，從而得出對軟件的 準確的評價和驗證1 3 j 。 在軟件開發(fā)過程中，軟件開發(fā)人員可以利用仿真平臺對所設(shè)計的軟件進行硬件仿 真，從而得出對本軟件的更客觀的評比結(jié)果，有利于掌握軟件各個環(huán)節(jié)的運行情況和各 個器件的參數(shù)和特征，以更加有效且實際地開發(fā)出更符合實際和行之有效的軟件，也可 以使設(shè)計人員節(jié)省大量的設(shè)計時間，提高工作效率。 1 3 國內(nèi)外研究狀況 仿真平臺的應(yīng)用不僅限于產(chǎn)品或系統(tǒng)生產(chǎn)集成后的性能測試試驗，而且已擴大為可 應(yīng)用于產(chǎn)品型號研制的全過程，包括方案論證、技術(shù)指標論證、設(shè)計分析、生產(chǎn)制造、 試驗、維護、訓練等各個階段，并可應(yīng)用于由多個系統(tǒng)綜合構(gòu)成的復雜系統(tǒng)鍆。 1 3 1 國外研究狀況 對于國外仿真技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)有了專用的仿真平臺，如n i 公司的l a b v i e w 軟件，a d i 公司的a d r i t 系統(tǒng)和c o n e u r r e n t c o m p u t e r c o p 的h a w k 系列都是v m e 總線 的多處理器系統(tǒng)，主要用于嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的m a t l a b 等仿真軟件【5 1 。美國國防科學 委員會認為建立集成的綜合仿真平臺和仿真系統(tǒng)，應(yīng)能解決實現(xiàn)以下五個層次的應(yīng)用技 2 長安大學碩士學位論文 術(shù)【6 。 第一層次：基礎(chǔ)技術(shù)。包括：光纖通信、集成電路、軟件工程工具、人的行為模型 及環(huán)境模型。 第二層次：元、部件級技術(shù)。包括：內(nèi)存、海量存儲器、顯示、局域網(wǎng)、微處理器、 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、建模與仿真構(gòu)造工具及測試設(shè)備。 第三層次：系統(tǒng)級技術(shù)。包括：微計算機系統(tǒng)、遠距離通信廣域網(wǎng)、人機界面、計 算機圖像生成系統(tǒng)、高性能計算機系統(tǒng)、儀器裝備系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及協(xié)議標準保密。 第四層次：應(yīng)用級技術(shù)。包括：制造過程仿真、工程設(shè)計建模與仿真、含人仿真系 統(tǒng)、隨機作戰(zhàn)仿真及半自動兵力。 第五層次：集成綜合環(huán)境和建模與仿真工具。包括：需求定義、原型機、規(guī)劃、設(shè) 計與制造、訓練與備戰(zhàn)及測試與評估。 關(guān)于仿真系統(tǒng)的分類，從不同的角度可以有不同的分類名稱。按被仿真對象的性質(zhì) 劃分，可分為連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散事件系統(tǒng)仿真和混合系統(tǒng)仿真；按仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和 實現(xiàn)手段不同可分為數(shù)學仿真和硬件在回路仿真( 半實物仿真) 、人在回路仿真、軟件 在回路仿真；按仿真應(yīng)用可分為訓練仿真和工程仿真；根據(jù)虛實結(jié)合的程序又可分為構(gòu) 造仿真、虛擬仿真和實物仿真【刀。 在交通系統(tǒng)仿真平臺方面，國外已經(jīng)進入了成熟期，尤其在美國已經(jīng)得到了迅速的 發(fā)展和廣泛的應(yīng)用【8 1 。這一時期，交通系統(tǒng)仿真平臺的發(fā)展呈現(xiàn)如下特征： 1 系統(tǒng)建模開始突破微觀模型和宏觀模型的界限，出現(xiàn)了混合模型。 2 仿真軟件開始向大型化、綜合化方向發(fā)展。 3 研究重點從軟件開發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向了系統(tǒng)模型的改進，包括模型的精煉，如加入優(yōu)化 子模型和加入有效性測定、仿真模型集成、向個人計算機轉(zhuǎn)移等等。 4 新的計算機技術(shù)開始用于交通系統(tǒng)仿真，主要表現(xiàn)在仿真界面更加友好，人機交 互更加方便等。 1 3 2 國內(nèi)研究狀況 我國仿真平臺研究與應(yīng)用開展較早，發(fā)展迅速。國內(nèi)研制的仿真平臺，可以在目標 硬件環(huán)境上進行仿真工作運行，如上海航虹高科技有限公司的愛迪克a c t 自動控制原 理教學實驗系統(tǒng)【9 1 以及北京精儀達盛科技有限公司的自動控制原理實驗系統(tǒng)【l o 】，這些自 動控制原理實驗系統(tǒng)包含多個模塊，可以構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系 第一章緒論 統(tǒng)。7 0 年代，訓練仿真器獲得迅速發(fā)展，自行設(shè)計的飛行模擬器、艦艇模擬器、火電機 組培訓仿真系統(tǒng)、化工過程培訓仿真系統(tǒng)、機車培訓仿真器、坦克模擬器、汽車模擬器 等相繼研制成功，并形成一定市場，在操作人員培訓中起了很大作用【l o 】。8 0 年代，建 設(shè)了一批水平高、規(guī)模大的半實物仿真平臺，如射頻制導導彈半實物仿真平臺、紅外制 導導彈半實物仿真平臺、殲擊機工程飛行模擬器等，這些半實物仿真平臺在武器型號研 制中發(fā)揮了重大作用【7 】。9 0 年代，開始對分布交互仿真、虛擬現(xiàn)實等先進仿真技術(shù)及其 應(yīng)用進行研究，開展了較大規(guī)模的復雜系統(tǒng)仿真，由單個武器平臺的性能仿真發(fā)展為多 武器平臺在作戰(zhàn)環(huán)境下的對抗仿真，并進行分布式綜合虛擬環(huán)境【1 2 】( d s v e ，d i s t r i b u t e d s y m h e t i cv i r t u a le n v i r o n m e n t ) 的研究。分布式綜合虛擬環(huán)境是指基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬環(huán)境， 在此虛擬環(huán)境中，位于不同地理位置的多個用戶或多個虛擬環(huán)境通過網(wǎng)絡(luò)相連接，并共 享信息，實現(xiàn)人機交互，動態(tài)仿真，使人可以參與和沉浸在計算機創(chuàng)建的虛擬世界中【1 3 】。 分布式虛擬環(huán)境和科學計算環(huán)境可視化技術(shù)的結(jié)合，將使這種協(xié)同變得更加自然、更加 高效。利用分布虛擬環(huán)境進行大系統(tǒng)的并行設(shè)計工作，使上千名的設(shè)計者可以觀察龐大 復雜的設(shè)計結(jié)果，了解不同設(shè)計方案對整體或其他部分的影響，從而促進各部門之間的 協(xié)作。 在交通仿真平臺方面，用系統(tǒng)仿真技術(shù)進行道路交通的仿真實驗開始于2 0 世紀8 0 年代，并且主要集中在高等院校等研究機構(gòu)。早在1 9 8 4 年，北京工業(yè)大學就開始了交 通仿真的研究工作，為了了解直行汽車車隊通過燈管路口的運行狀態(tài)，用b a s i c 語言 編制了一個仿真程序，來求解頭車運動方程和跟馳方程【1 4 】；2 0 世紀9 0 年代，采用以c 語言編制的程序?qū)Ω咚俟仿范瓮ㄐ心芰M行了計算機仿真【l5 1 ；近兩年來，又開展了高 速公路基本路段通行能力和道路交織區(qū)交通行為的仿真研列蚓。同濟大學在2 0 世紀9 0 年代初期，建立了優(yōu)先控制t 型交叉口車輛運行的仿真模型，并研制了相應(yīng)的仿真軟件， 用來分析不同道路和交通條件對優(yōu)先控制的t 型交叉口通行能力的影響；近年來利用微 觀仿真技術(shù)對高速公路互通式立交的通行能力以及延誤進行了研列1 。7 1 。此外，長安大學、 清華大學、東南大學、西安交通大學等單位也開展了交通仿真方面的工作。 總之，交通系統(tǒng)仿真平臺在我國的應(yīng)用只有一二十年的時間，還遠遠沒有被廣泛接 受。從已經(jīng)做過的工作來看，基本上都是探索性的，迄今為止還沒有開發(fā)一個被普遍認 可的或能用來解決實際問題的交通軟件仿真平臺，可以說，交通系統(tǒng)仿真在我國不僅起 步晚，而且發(fā)展也很緩慢【8 】。造成這種情況的原因是很多方面的，主要有： 1 交通工程技術(shù)人員計算機應(yīng)用水平并不高。電子計算機特別是微型電子計算機在 4 長安大學碩士學位論文 我國只有十幾年的時間，其廣泛普及和應(yīng)用只是近幾年的事情，在這么短時間內(nèi)來大幅 度提高交通技術(shù)人員的計算機水平難度太大。 2 計算機專業(yè)人員缺乏交通知識。在我國，計算機專業(yè)是作為一個單獨的學科來對 待的，與其他學科的交叉融合尚有很長的路要走，與交通行業(yè)之間更是距離遙遠。 3 混合交通使系統(tǒng)仿真建模變得十分困難。交通流中機動車與非機動車以及種類繁 多的機動車相互混合行駛是我國道路交通的一大特色，加之公民的現(xiàn)代交通意識比較薄 弱，導致交通秩序混亂。在這種情況下，要建立比較符合實際交通行為的系統(tǒng)仿真模型 確實十分困難，而國外也沒有這方面的經(jīng)驗可以借鑒。 4 交通基礎(chǔ)資料匱乏。建立交通系統(tǒng)仿真模型需要很多的參數(shù)，有些參數(shù)的確定依 賴于大量的觀測數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)理論研究。由于交通工程學在2 0 世紀8 0 年代才剛剛進入我 國，至今尚未形成完整的學科體系；而我國進入機動化時代也只是最近幾年的事情。 因此，要改變我國交通系統(tǒng)仿真技術(shù)應(yīng)用的落后狀況，尚需交通工程技術(shù)人員和計 算機專業(yè)人員的大力攜手合作，并且要付出長期艱苦的努力。 1 4 本文主要研究內(nèi)容 本論文設(shè)計的仿真平臺主要是面向高速公路監(jiān)控軟件，運用l a b v i e w 軟件以系統(tǒng) 工程方法論為指導進行設(shè)計和實現(xiàn)。仿真平臺的軟件方面主要是編寫了一個在平臺上運 行的用戶界面，用以將仿真實驗的內(nèi)容完整地展示給用戶，并允許用戶進行實驗操作。 硬件方面則使用以p l c 模塊為核心的實驗板，主要功能是將用戶進行的實驗操作進行 計算，并將結(jié)果通過仿真來顯示出來。從而使軟件開發(fā)者獲得較為真實的實驗感受，得 出軟件開發(fā)階段的第一手資料，從實際的角度對軟件的完備性和可行性進行論證，從而 得出對軟件的準確的評價和驗證。 本論文首先針對系統(tǒng)工程方法論的主要分支和各分支的主要內(nèi)容進行了簡要的介 紹，確定了霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論為指導思想，其次對論文中用到的工具l a b v i e w 進行 簡潔的說明，然后介紹了本軟件仿真平臺的設(shè)計過程，最后用d e l p h i 和三維力控組態(tài)軟 件之間的d d e 通信進行后期調(diào)試。 第二章理論基礎(chǔ)以及開發(fā)工具 第二章理論基礎(chǔ)以及開發(fā)工具 2 1 系統(tǒng)工程的定義 第二次世界大戰(zhàn)以后，為適應(yīng)社會化大生產(chǎn)和復雜的科學技術(shù)體系的需要，需要逐 步把自然科學與社會科學中的某些理論和策略、方法聯(lián)系起來。系統(tǒng)工程是一門高度綜 合性的工程技術(shù)，涉及自然科學和社會科學的多門學科，是- - f - j 把已有學科分支中的知 識有效地組合起來用以解決綜合化的工程技術(shù)【1 8 】。系統(tǒng)工程的基本方法是：系統(tǒng)分析、 系統(tǒng)設(shè)計相系統(tǒng)的綜合評價。具體地說，就是用數(shù)學模型和邏輯模型來描述系統(tǒng)，通過 模擬反映系統(tǒng)的運行、求得系統(tǒng)的最優(yōu)組合方案和最優(yōu)的運行方案【1 9 1 。7 0 年代以來， 系統(tǒng)工程已廣泛地應(yīng)用于交通運輸、通訊、企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營等部門，在體育領(lǐng)域亦有應(yīng)用 價值和廣闊的前景【2 0 1 。它的基本特點是：把研究對象作為整體看待，要求對任一對象的 研究都必須從它的組成、結(jié)構(gòu)、功能、相互聯(lián)系方式、歷史的發(fā)展和外部環(huán)境等方面進 行綜合的考察做到分析與綜合的統(tǒng)一【2 1 1 。最常用的系統(tǒng)工程方法，是系統(tǒng)工程創(chuàng)始人 之一霍爾創(chuàng)立的，稱為三維結(jié)構(gòu)圖：1 時間維，分為規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)、建造、安裝、 運行、更新七個時間階段。2 邏輯維，是指時間維的每一個階段內(nèi)所要進行的工作內(nèi)容 和應(yīng)該遵循的思維程序，包括明確問題、建立價值體系或評價體系、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜 合、系統(tǒng)方案的優(yōu)化選擇、決策、制定實施計劃七個邏輯步驟。3 知識維，列舉需要運 用包括工程技術(shù)、技術(shù)科學、自然社會科學、系統(tǒng)科學、哲學科學等各種知識和技能【2 2 1 。 系統(tǒng)工程( s y s t e m se n g i n e e r i n g ) 是系統(tǒng)科學的一個分支，實際是系統(tǒng)科學的實際應(yīng)用 【捌。可以用于一切有大系統(tǒng)的方面，包括人類社會、生態(tài)環(huán)境、自然現(xiàn)象、組織管理等， 如交通事故、人口增長、軍備競賽、化工過程、環(huán)境污染、信息網(wǎng)絡(luò)等【2 0 1 。系統(tǒng)工程是 以整個系統(tǒng)為研究對象，按一定目的進行設(shè)計、開發(fā)、管理與控制，以期達到總體效果 最優(yōu)的理論與方法【2 l 】。 2 2 系統(tǒng)工程方法論的基本概念 系統(tǒng)工程方法論用于解決系統(tǒng)問題的一套工作步驟、方法、工具和技術(shù)，是在綜合 應(yīng)用運籌學、控制論、信息論、管理科學以及計算機科學等有關(guān)學科的理論和方法的基 礎(chǔ)上形成的科學思想和方法【2 2 】。 6 長安人學碩士學位論文 2 2 1 系統(tǒng)工程的發(fā)展概況 系統(tǒng)工程方法論是在系統(tǒng)工程的實踐中不斷形成和發(fā)展起來的。早在1 9 5 7 年，美 國學者h h 古德和r e 麥克霍爾在系統(tǒng)工程書中就對工作步驟、工具和技術(shù)等方 面作過較為系統(tǒng)的描述。到了6 0 年代，許多系統(tǒng)工程學者根據(jù)實踐經(jīng)驗，總結(jié)出了系 統(tǒng)工程方法論的許多有關(guān)步驟、內(nèi)容和方法，雖然這些工作成果在形式上不盡相同，但 基本思想還是一致的，其中以霍爾的方法論最具代表性【2 3 2 4 ，2 5 1 。美國學者a d 霍爾在 1 9 6 9 年利用結(jié)構(gòu)分析法提出著名的霍爾三維結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)工程的工作階段和步驟更為清 晰明了。此種方法論是系統(tǒng)工程方法論中經(jīng)典的一種。在戰(zhàn)爭年代，系統(tǒng)工程也可以用 來尋求各種作戰(zhàn)問題的最優(yōu)策略，同時也用于研究一些與組織和管理大型工程項目有關(guān) 的技術(shù)。 為解決系統(tǒng)工程各類問題的需要，對有關(guān)的方法和工具進行合理的組合，就構(gòu)成了 相應(yīng)的實用技術(shù)。系統(tǒng)工程中最常用的技術(shù)有：建模、仿真( 模擬) 、最優(yōu)化技術(shù)、決策 分析、預測技術(shù)和技術(shù)評估等【2 引。例如，在明確目標步驟中，常常應(yīng)用各種預測技術(shù)對 未來進行推測和估計；在系統(tǒng)綜合步驟中，可以應(yīng)用方案生成技術(shù)來幫助形成方案；在 系統(tǒng)分析步驟中，更需要用各種建模技術(shù)和最優(yōu)化技術(shù)來分析各種備選方案的功能、費 用和效益等技術(shù)經(jīng)濟指標；在決策步驟中，則要使用決策分析、多目標決策等【2 1 ，2 5 1 。 系統(tǒng)工程方法論正在不斷發(fā)展和不斷完善，還在不斷研究出一些新方法，用于解決 各種實踐問題，它也常常根據(jù)需要選用其他學科領(lǐng)域中的新方法來充實和豐富自己的內(nèi) 容。目前影響力較大的主要有霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論、軟系統(tǒng)方法論和綜合集成方法論。 2 2 2 霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論 該三維結(jié)構(gòu)是由美國系統(tǒng)工程專家霍爾( a d h a l l ) 于1 9 6 9 年提出的一種系統(tǒng)工程方 法論。本軟件仿真平臺在設(shè)計和實現(xiàn)的過程中也是由此做指導思想。它的出現(xiàn)，為解決 大型復雜系統(tǒng)的規(guī)劃、組織、管理問題提供了一種統(tǒng)一的思想方法，因而在世界各國得 到了廣泛應(yīng)用?；魻柸S結(jié)構(gòu)是將系統(tǒng)工程整個活動過程分為前后緊密銜接的七個階段 和七個步驟，同時還考慮了為完成這些階段和步驟所需要的各種專業(yè)知識和技能【2 丌，該 方法論的示意圖如圖2 1 所示。這樣，就形成了由時間維、邏輯維和知識維所組成的三 維空間結(jié)構(gòu)，如圖所示。其中，時間維表示系統(tǒng)工程活動從開始到結(jié)束按時間順序排列 的全過程，分為規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)、建造、安裝、運行、更新七個時間階段【2 引。邏輯維 是指時間維的每個階段內(nèi)所要進行的工作內(nèi)容和應(yīng)該遵循的思維程序，包括明確問 7 第二章理論基礎(chǔ)以及開發(fā)工具 題、建立價值體系或評價體系、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)方案的優(yōu)化選擇、決策、制 定實施計劃七個邏輯步驟。知識維列舉需要運用包括工程技術(shù)、技術(shù)科學、自然社會科 學、系統(tǒng)科學、哲學科學等各種知識和技能。 時聞維 邏輯維 圖2 1 霍爾三維結(jié)構(gòu) 三維結(jié)構(gòu)體系形象地描述了系統(tǒng)工程研究的框架，對其中任一階段和每一個步驟， 又可進一步展開，形成了分層次的樹狀體系。下面將邏輯維的7 個步驟逐項進行展開討 論，由此可以看出，這些內(nèi)容幾乎覆蓋了系統(tǒng)工程理論方法的各個方面【2 1 , 2 8 , 2 9 , 3 0 】。 1 明確問題。系統(tǒng)開發(fā)的最初階段首先要明確問題的性質(zhì)，特別是在問題的形成和 規(guī)劃階段，搞清楚要研究的是什么性質(zhì)的問題，以便正確地設(shè)定問題，否則，以后的許 多工作將會勞而無功，造成很大浪費。國內(nèi)外學者在問題的設(shè)定方面提出了許多行之有 效的方法，主要有： ( 1 ) 直觀的經(jīng)驗方法。這類方法中，比較知名的主要有頭腦風暴法( b r a i ns t o r m i n g ) ， 又稱智暴法、5 w 1 h 法、k j 法等。這一方法的特點是總結(jié)人們的經(jīng)驗，集思廣益，通過 分散討論和集中歸納，整理出系統(tǒng)所要解決的問題。 ( 2 ) 預測法。系統(tǒng)要分析的問題常常與技術(shù)發(fā)展趨勢和外部環(huán)境的變化有關(guān)，其中有 許多未知因素，這些因素可用打分的辦法或主觀概率法來處理。預測法主要有德爾菲法、 情景分析法、交叉影響法、時間序列法等。 ( 3 ) 結(jié)構(gòu)模型法。復雜問題可用分解的方法，形成若干相關(guān)聯(lián)的相對簡單的子問題， 8 長安大學碩士學位論文 然后用網(wǎng)絡(luò)圖方法將問題直觀地表示出來。常用的方法有解釋結(jié)構(gòu)模型法( 1 5 m 法) 、決 策實驗室法( d e m a t e l 法) 、圖論法等。 ( 4 ) 多變量統(tǒng)計分析法。用統(tǒng)計理論方法所得到的多變量模型一般是非物理模型，對 象也常是非結(jié)構(gòu)的或半結(jié)構(gòu)的。統(tǒng)計分析法中比較常用的有因子分析法、主成份分析法 等，成組分析和正則相關(guān)分析也屬此類。此外，還有利用行為科學、社會學、一般系統(tǒng) 理論和模糊理論來分析，或幾種方法結(jié)合起來分析，使問題明確化。 2 建立價值體系或評價體系。評價體系要回答以下一些問題：評價指標如何定量化， 評價中的主觀成分和客觀成分如何分離，如何進行綜合評價，如何確定價值觀問題等。 行之有效的價值體系方法有以下幾種。 ( 1 ) 效用理論。該理論是從公理出發(fā)建立的價值理論體系，反映了人的偏好，建立了 效用理論和效用函數(shù)，并發(fā)展為多屬性和多隸屬度效用函數(shù)。 ( 2 ) 費用效益分析法。多用于經(jīng)濟系統(tǒng)評價，如投資效果評價、項目可行性研究等。 ( 3 ) 風險估計。在系統(tǒng)評價申，風險和安全性評價是一個重要內(nèi)容，決策人對風險的 態(tài)度也反映在效用函數(shù)上。在多個目標之間有沖突時，人們也常根據(jù)風險估計來進行折 衷評價。 ( 4 ) 價值工程。價值是人們對事物優(yōu)劣的觀念準則和評價準則的總和。例如，要解決 的問題是否值得去做，解決問題的過程是否適當，結(jié)果是否令人滿意等。價值工程是個 總體概念，具體體現(xiàn)在設(shè)計、制造和銷售各個環(huán)節(jié)的合理性上。 3 、系統(tǒng)分析。不論是工程技術(shù)問題還是社會環(huán)境問題，系統(tǒng)分析首先要對所研究 的對象進行描述，建模的方法和仿真技術(shù)是常采用的方法，對難以用數(shù)學模型表達的社 會系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等，也常用定性和定量相結(jié)合的方法來描述。系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容涉 及以下幾方面： ( 1 ) 系統(tǒng)變量的選擇。用于描述系統(tǒng)主事狀態(tài)及其演變過程的是一組狀態(tài)變量和決策 變量，因此，系統(tǒng)分析首先要選擇出能反映問題本質(zhì)的變量，并區(qū)分內(nèi)生變量和外生變 量，用靈敏度分析法可區(qū)別各個變量對系統(tǒng)命題的影響程度，并對變量進行篩選。 ( 2 ) 建模和仿真。在狀態(tài)變量選定后，要根據(jù)客觀事物的具體特點確定變量間的相互 依存和制約關(guān)系，即構(gòu)造狀態(tài)平衡方程式，得出描述系統(tǒng)特征的數(shù)學模型。在系統(tǒng)內(nèi)部 結(jié)構(gòu)不清楚的情況下，可用輸入輸出的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出關(guān)系式，構(gòu)造出系統(tǒng)模型。系統(tǒng)對 象抽象成模型后，就可進行仿真，找出更普遍、更集中和更深刻反映系統(tǒng)本質(zhì)的特征和 演變趨勢。 。 9 第二章理論基礎(chǔ)以及開發(fā)工具 ( 3 ) 可靠性工程。系統(tǒng)可靠性工程是研究系統(tǒng)中元素的可靠性和由多個元素組成的系 統(tǒng)整體可靠性之間的關(guān)系。一般講，可靠的元件是組成可靠系統(tǒng)的基礎(chǔ)，然而，局部的 可靠性和整體可靠性間并非簡單的對應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)工程強調(diào)從整體上來看問題。在4 0 年代，馮諾依曼( v o nn e u m a n n ) 開始研究用重復的不那么可靠的元件組成高度可靠系統(tǒng) 的問題，并進行了可靠性理論探討。錢學森教授也提出，現(xiàn)在大規(guī)模集成電路的發(fā)展便 元器件的成本大大降低，如何用可靠性較低的元器件組成可靠性高的系統(tǒng)，是個很有現(xiàn) 實意義的問題。近年來，己采用的可靠性和安全性評價方法有f t a 或e t a 等樹狀圖形 方法。 4 、系統(tǒng)綜合。系統(tǒng)綜合是在給定條件下，找出達到預期目標的手段或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 一般來講，按給定目標設(shè)計和規(guī)劃的系統(tǒng)，在具體實施時，總與原來的設(shè)想有些差異， 需要通過對問題本質(zhì)的深入理解，做出具體解決問題的替代方案，或通過典型實例的研 究，構(gòu)想出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和簡單易行的能實現(xiàn)目標要求的實施方案。系統(tǒng)綜合的過程常常需 要有人的參與，計算機輔助設(shè)計( c a d ) 和系統(tǒng)仿真可用于系統(tǒng)綜合，通過人機的交互作 用，以及人的經(jīng)驗知識，使系統(tǒng)具有推理和聯(lián)想的功能。近年來，知識工程和模糊理論 已成為系統(tǒng)綜合的有力工具。 5 、系統(tǒng)方案的優(yōu)化選擇。在系統(tǒng)的數(shù)學模型和目標函數(shù)已經(jīng)建立的情況下，可用 最優(yōu)化方法選擇便目標值最優(yōu)的控制變量值或系統(tǒng)參數(shù)。所謂優(yōu)化，就是在約束條件規(guī) 定的可行域內(nèi)，從多種可行方案或替代方案中得出最優(yōu)解或滿意解。實踐中要根據(jù)問題 的特點選用適當?shù)淖顑?yōu)化方法，目前應(yīng)用最廣的仍是線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃，非線性規(guī)劃 的研究很多，但實用性尚有待改進，大系統(tǒng)優(yōu)化已開發(fā)了分解協(xié)調(diào)的算法。 6 、決策?！皼Q策就是管理”，“決策就是決定，人類的決策管理活動面臨著被決策 系統(tǒng)的日益龐大和日益復雜。決策又有個人決策和團體決策、定性決策和定量決策、單 目標決策和多目標決策之分。在系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合的基礎(chǔ)上，人們可根據(jù)主觀偏好、 主觀效用和主觀概率做決策。決策的本質(zhì)反映了人的主觀認識能力，因此，就必然受到 人的主觀認識能力的限制。近年來，決策支持系統(tǒng)受到人們的重視，系統(tǒng)分析者將各種 數(shù)據(jù)、條件、模型和算法放在決策支持系統(tǒng)中，該系統(tǒng)甚至包含了有推理演繹功能的知 識庫，便決策者在做出主觀決策后，力圖從決策支持系統(tǒng)中盡快得到效果反應(yīng)，以求得 到主觀判斷和客觀效果的一致。決策支持系統(tǒng)在一定條件下起到?jīng)Q策科學化和合理化的 作用。 7 、制定實施計劃。有了決策就要付諸實施，實施就要依靠嚴格的有效的計劃。以 1 0 長安大學碩士學位論文 工廠為例，為實現(xiàn)工廠的生產(chǎn)任務(wù)和發(fā)展戰(zhàn)略目標，就要制定當年的生產(chǎn)計劃和未來的 發(fā)展規(guī)劃。廠內(nèi)還要按廠級、車間級和班組級分別制定實施計劃。一項大的開發(fā)項目， 涉及設(shè)計、開發(fā)、研究和施工等許多環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)又涉及組織大量的人力、財力、物 力。在系統(tǒng)工程申常用的計劃評審技術(shù)( p e r t ) 和關(guān)鍵路線法( c p m ) 在制定和實施計劃 方面起了重要的作用。 2 2 3 軟系統(tǒng)方法論 軟系統(tǒng)方法論( s s m ) 是英國蘭切斯特大學( l a n c a s t e ru n i v e r s i t y ) 切克蘭德 ( p c h e c k l a n d ) 教授于1 9 8 1 年首次提出的。其背景是自上世紀6 0 年代開始，針對起源 于工程問題解決的系統(tǒng)方法論在社會系統(tǒng)應(yīng)用過程中的局限性，而產(chǎn)生的對系統(tǒng)方法改 造的需要，是在硬系統(tǒng)方法論的基礎(chǔ)上提出來的【3 1 1 。 切克蘭德軟系統(tǒng)方法論認為，人類活動系統(tǒng)中的問題不像人造系統(tǒng)中的問題那樣是 “公眾的知識”，“什么是問題 本身成了一個問題。因此，硬系統(tǒng)方法論的第一個階段 擺明問題，變成了有關(guān)的人對問題情境進行感知；第二個階段確定目標，變成 了定義相關(guān)系統(tǒng)；運用系統(tǒng)方法論的過程也由尋優(yōu)過程變成了學習過程，結(jié)果是有關(guān)的 人感到問題情境有所改進，而不是問題的解決。切克蘭德認為軟系統(tǒng)方法論的這些特點 是由于人的“維特沙 ( w e l t a n s c h u u n g 德文：世界觀，價值觀) 的普遍存在且不相統(tǒng)一 造成的2 9 1 。因此在人的活動系統(tǒng)中存在的問題大多是邊界模糊，難于定義，結(jié)構(gòu)不良的 軟問題，這些問題更應(yīng)該用軟系統(tǒng)方法論來處理，而不能應(yīng)用傳統(tǒng)的起源于工程問題解 決的h s m ( 硬系統(tǒng)方法論) 思想。 相對于優(yōu)化解決方案的h s m 而言，切克蘭德的s s m 思想是全新的，其基本思想是 通過試誤法，反復進行系統(tǒng)理論構(gòu)思與現(xiàn)實世界的問題情境進行比較，以不斷改善系統(tǒng)。 軟系統(tǒng)方法論使用四種智力活動：感知判斷比較決策，構(gòu)成了各個階段聯(lián) 系在一起的學習系統(tǒng)【3 2 1 。它包含7 個邏輯步驟，它們的聯(lián)系如圖2 2 所示： 第二章理論基礎(chǔ)以及開發(fā)工具 圖2 2 軟系統(tǒng)方法論( s s m ) 模型 該模型包括兩種類型的活動：階段l 、2 、5 、6 、7 是包括人在內(nèi)的實際世界里的活 動，它可以使用日常的語言來描述；階段3 、4 ( 包括4 a 和4 b ) 是系統(tǒng)思考的活動，它用 系統(tǒng)的語言來描述f 3 3 】。 階段1 和2 表達。 這兩個階段的作用是為被研究的問題情況建立一個盡可能豐富多彩的圖像，要盡量 避免將這些圖像嵌入一個特定的結(jié)構(gòu)。 階段1 和2 常常通過尋找結(jié)構(gòu)與過程元素以及他們之間的關(guān)系來進行。結(jié)構(gòu)元素是 問題情境中不變的或緩慢改變的元素，它通常指物理上的設(shè)計、權(quán)力的組織形式等。過 程元素指問題情境中變化的元素，它常指決策、實施、監(jiān)視等活動。 階段3 有關(guān)系統(tǒng)的根定義。 有關(guān)系統(tǒng)是指從階段2 看來可能與改進問題的情境有關(guān)的人類活動系統(tǒng)，這里不排 除使用其他方法對有關(guān)系統(tǒng)進行選擇。根定義是回答有關(guān)系統(tǒng)是什么的問題。它是根據(jù) 某一特定的“維特沙 對有關(guān)系統(tǒng)的意義進行的描述。根定義的構(gòu)成要素包括：c ( c u s t o m e r ) ：系統(tǒng)的受害者或受益者；a ( a c t o r s ) ：系統(tǒng)活動的執(zhí)行者；t ( t r a n s f o r m a t i o n p r o c e s s ) ：系統(tǒng)輸入輸出的轉(zhuǎn)換；w ( w o r l d - - v i e w ) ：使根定義有意義的世界觀；o ( o w n e r s ) ：該系統(tǒng)的廢止者；e ( e n v i r o n m e n t a lc o n s t r a i n t s ) 系統(tǒng)的環(huán)境約束。 1 2 長安大學碩士學位論文 階段卜建立與檢查概念模型。 本階段要建立一個有關(guān)系統(tǒng)的概念模型，完成根定義中所定義的轉(zhuǎn)換功能，它是一 個人類活動系統(tǒng)的模型。建立概念系統(tǒng)的要求是：用盡可能少的動詞覆蓋有關(guān)系統(tǒng)根定 義中所必須的活動，然后用邏輯關(guān)系組織它們，這里的動詞必須是描述活動者的直接活 動所使用的。按詳盡程度的不同，概念模型可以有不同的層次。 建立概念模型的過程常常是一個提問過程，什么行動? 什么次序? 這些行動對變換 是必須的嗎? 由上可知，概念模型回答有關(guān)系統(tǒng)“做什么 問題。 階段5 概念模型與現(xiàn)實的比較。 階段5 是將對問題情境是怎樣的感性認識與概念模型提供的應(yīng)該怎樣的理性認識進 行比較，其目的是引起一場討論。討論的結(jié)果是將用來確定可能的變革。比較階段實際 上是對現(xiàn)實情境中的“怎樣做”與概念模型中揭示的“做什么”是否配套的分析。 階段6 和卜確定、實施期望與可行的變革。 有三種類型的變革：結(jié)構(gòu)的、程度的和態(tài)度的變革。這些變革，作為從概念模型獲 得的洞察力的結(jié)果，必須是系統(tǒng)的、合乎需要的，同時又要是可行的。階段7 的任務(wù)是 把階段6 的決定付諸行動以改善問題情境。在實施了期望與可行的變革后，又會有新的 問題情境出現(xiàn)，又可再次使用軟系統(tǒng)方法論。 以上就是軟系統(tǒng)方法論的邏輯步驟。我們可以從任一階段開始研究，也可在幾個階 段同時工作，還可從任一階段進行反復。這是因為切克蘭德的方法論是一個系統(tǒng)，重要 的是各個階段的關(guān)系，而不是他們的順序。 2 2 4 綜合集成方法論 現(xiàn)代系統(tǒng)工程的理論與應(yīng)用研究，反映出現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的一種新趨勢，這就是 不同學科、不同領(lǐng)域之間相互交叉、結(jié)合以至融合，向綜合性整體化的方向發(fā)展。其中 不僅有同一領(lǐng)域內(nèi)不同學科的交叉、結(jié)合，還有不同領(lǐng)域之間的相互結(jié)合以至融合，這 已成為現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的重要特點。在這個方向上既有科學理論問題，也有技術(shù)與實 踐問題，還有方法論和方法問題。 綜合集成方法運用的是專家體系的合作以及專家體系與機器體系合作的研究方式 與工作方式。具體地說，是通過：定性綜合集成到：定性、定量相結(jié)合綜合集成再 到：從定性到定量綜合集成這樣三個步驟來實現(xiàn)的【3 4 1 。這個過程不是截然分開，而是 循環(huán)往復、逐次逼近的，如圖2 3 所示。 第二章理論基礎(chǔ)以及開發(fā)工具 圖2 3 綜合集成方法模型 這套方法是目前處理復雜系統(tǒng)、復雜巨系統(tǒng)( 包括社會系統(tǒng)) 的有效方法，已有成 功的案例證明了它的有效性。綜合集成方法的理論基礎(chǔ)是思維科學，方法基礎(chǔ)是系統(tǒng)科 學與數(shù)學，技術(shù)基礎(chǔ)是以計算機為主的現(xiàn)代信息技術(shù)1 3 訓。綜合集成思想在方法論層次上 的體現(xiàn)就是綜合集成方法。運用綜合集成方法所形成的系統(tǒng)理論和系統(tǒng)技術(shù)，均是綜合 集成思想在科學、技術(shù)層次上的體現(xiàn)，而綜合集成工程則是綜合集成思想在實踐層次上 的體現(xiàn)。 2 3 三種方法論的對比 對比以上三種系統(tǒng)工程方法論，軟系統(tǒng)方法論側(cè)重于社會經(jīng)濟系統(tǒng)和邏輯系統(tǒng)方面 的設(shè)計和實現(xiàn)，對自然科學系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)的作用并不明顯；而綜合集成方法論側(cè)重 于復雜系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，在設(shè)計過程中需要進行循環(huán)往復的逐次逼近，對工作量的要 求較高；霍爾三維結(jié)構(gòu)方法論結(jié)構(gòu)清晰，模型簡單易懂，工作量相對較小，同時對設(shè)計 者的要求不高，對于軟件平臺的設(shè)計而言，適合于采取此種方法論進行設(shè)計，該方法論 也為多數(shù)系統(tǒng)在設(shè)計階段所采用。 2 4 開發(fā)工具l a b v i e w 概述 l a b v i e w ( l a b o r a t o r yv i r t u a li n s t r u m e n te n g i n e e r i n gw o r k b e n c h ) 是種圖形化的程 序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器( n a t i o n a li n s t r u m e n t ) 公司研制開發(fā)的，類似于c 和b a s i c 1 4 長安大學碩士學位論文 開發(fā)環(huán)境，但是l a b v i e w 與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用 基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而l a b v i e w 使用的是圖形化編輯語言來編寫程序，產(chǎn)生的 程序是框圖的形式。在開發(fā)過程中，用圖標就可以代替應(yīng)用系統(tǒng)的硬件部分，這樣就可 以省去了很多購買硬件的資金，以節(jié)省大量的研發(fā)資金。l a b v i e w 中盡可能的利用了 工程師們所熟知的術(shù)語、圖標和概念，是一個工業(yè)標準的開發(fā)環(huán)境。它結(jié)合了圖形化編 程方式的高性能和靈活性以及專為測試、測量與自動化控制應(yīng)用設(shè)計的高端性能和配 置，能為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析與數(shù)據(jù)顯示等各種應(yīng)用提供必要的開發(fā)工具， 這能幫助工程師們提高工作效率【3 5 】。 l a b v i e w 廣泛地被工業(yè)界、學術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采 集和儀器控制軟件。l a b v i e w 集成了與滿足g p i b 、v x i 、r s 2 3 2 和r s 4 8 5 協(xié)議的硬 件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用t c p i p