戴永壽，侯勝坤，李立剛，李隆浩，王亞龍

（1.中國石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院 山東 青島　266580；2.山東新華醫(yī)療股份有限公司 山東 淄博　255086）

基于改進(jìn)微軟過程模型的大輸液MES軟件開發(fā)

戴永壽1，侯勝坤1，李立剛1，李隆浩2，王亞龍2

（1.中國石油大學(xué)（華東）信息與控制工程學(xué)院 山東 青島266580；2.山東新華醫(yī)療股份有限公司 山東 淄博255086）

為降低軟件開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高應(yīng)對(duì)需求、環(huán)境等不確定因素的響應(yīng)速度，獲得高質(zhì)量軟件產(chǎn)品，提出一種基于改進(jìn)微軟過程模型的大輸液MES（Manufacture Execution System：制造執(zhí)行系統(tǒng)）軟件開發(fā)方法。改進(jìn)模型以微軟過程模型為基礎(chǔ)，針對(duì)大輸液MES開發(fā)初期需求的不確定性及開發(fā)時(shí)間有限等特點(diǎn)，對(duì)微軟過程做了適應(yīng)性調(diào)整，擴(kuò)充完善其生命周期各階段工作流程，重建各階段迭代過程，并提出采用用例驅(qū)動(dòng)的方法驅(qū)動(dòng)整個(gè)微軟過程。改進(jìn)的微軟過程模型在大輸液MES軟件開發(fā)中的應(yīng)用結(jié)果表明，該模型有效降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高了應(yīng)對(duì)需求、環(huán)境等不確定因素的響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了在有限資源、有限開發(fā)時(shí)間約束下高質(zhì)量大輸液MES軟件快速、高效開發(fā)。

制造執(zhí)行系統(tǒng)；微軟過程模型；迭代過程；用例驅(qū)動(dòng)

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，軟件規(guī)模急劇增大，開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)不斷增高，如何在需求、環(huán)境等不確定因素的影響下，快速、高效開發(fā)出高質(zhì)量軟件，是當(dāng)前軟件工程研究的重點(diǎn)［1］。1993 年IEEE對(duì)軟件工程做出了全面具體定義［2］：“軟件工程是：1）把系統(tǒng)的、規(guī)范的、可度量的途徑應(yīng)用于軟件開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)過程，也就是把工程應(yīng)用于軟件；2）研究1）中提到的途徑”。在軟件工程學(xué)中對(duì)為了獲得高質(zhì)量軟件所需完成的一系列任務(wù)的框架稱作軟件過程，它規(guī)定了完成各項(xiàng)任務(wù)的工作步驟，常用軟件生命周期模型［3］來描述，從第一個(gè)過程模型的產(chǎn)生到現(xiàn)在，開發(fā)人員為應(yīng)對(duì)各類情況提出了多種不同過程模型方案［4］：瀑布模型、螺旋模型、噴泉模型、RUP（Rational Unified Process：統(tǒng)一過程）模型、敏捷模型等，這些過程模型的應(yīng)用使得軟件開發(fā)呈現(xiàn)快速、高效、高質(zhì)量的趨勢(shì)。目前，以RUP模型、敏捷過程模型、微軟過程模型的應(yīng)用最為廣泛［5］。其中，RUP模型［6］屬于迭代增量式二維過程模型，具有普遍適用性，但在資源、時(shí)間有限的情況下，模型應(yīng)用成功率不高；敏捷過程模型［7］強(qiáng)調(diào)以人為中心，快速響應(yīng)用戶需求變化，該模型適用于在有限資源約束下小型軟件開發(fā)；微軟過程模型［8］則整合了RUP統(tǒng)一過程模型的完整且完美特點(diǎn)和敏捷過程模型的快速響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)了在有限資源和有限時(shí)間約束下的高質(zhì)量軟件的快速、高效開發(fā)，但該模型在不同項(xiàng)目開發(fā)中的適應(yīng)性不同。

為此，在大輸液MES軟件開發(fā)過程中，針對(duì)開發(fā)初期需求的不確定性及開發(fā)時(shí)間有限等特點(diǎn)，提出基于改進(jìn)微軟過程模型開發(fā)大輸液MES軟件，以最大限度發(fā)揮模型效率，獲取高質(zhì)量軟件產(chǎn)品。該改進(jìn)模型以微軟過程模型為基礎(chǔ)，擴(kuò)充完善其生命周期各階段工作流程，重建各階段迭代過程，并提出采用用例驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)整個(gè)微軟過程，指導(dǎo)大輸液MES軟件開發(fā)。

1　微軟過程模型分析概述

微軟過程模型是微軟公司根據(jù)自身產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)推出的指導(dǎo)軟件開發(fā)的框架規(guī)范［9］，如圖1所示，它由多個(gè)開發(fā)生命周期組成，每一生命周期結(jié)束向用戶推出一個(gè)軟件版本，直至推出的軟件版本符合客戶需求，開發(fā)過程結(jié)束。微軟過程生命周期劃分為五個(gè)階段［10］，如圖2所示，并為每個(gè)階段設(shè)立里程碑，用于監(jiān)視各階段工作進(jìn)度，只有完成里程碑處標(biāo)識(shí)事件才能進(jìn)入下一階段開發(fā)工作。

圖1　微軟過程模型Fig.1　The Microsoft Process Model

圖2　微軟過程生命周期各階段劃分及里程碑設(shè)置Fig.2　The division of Microsoft Process life cycle's stages and milestones establishment

類似于RUP模型，微軟過程模型同樣是一個(gè)迭代增量式二維結(jié)構(gòu)模型，它可視為RUP模型的一個(gè)精簡(jiǎn)配置版本，不同之處在于，每個(gè)開發(fā)生命周期內(nèi)，微軟過程生命周期各階段工作精簡(jiǎn)為一次迭代完成，這與敏捷過程所強(qiáng)調(diào)的不斷重復(fù)產(chǎn)品生命周期、以遞進(jìn)方式快速推出軟件版本的要求相似［8］，而RUP模型各階段工作則由一次或多次迭代過程完成，每次迭代結(jié)束即得到原工作的一個(gè)增量，直至完成里程碑處標(biāo)識(shí)事件，開發(fā)工作進(jìn)入下一階段迭代過程［9］。RUP與微軟過程模型產(chǎn)品版本推出過程如圖3所示。

圖3　RUP與微軟過程模型產(chǎn)品版本推出過程Fig.3　The pushing processes of new version drove by Rational Unified Process and Microsoft Process

2　微軟過程模型改進(jìn)

微軟過程模型整合了RUP的完整且完美特點(diǎn)和敏捷過程模型的快速響應(yīng)特性，能夠適應(yīng)不同開發(fā)領(lǐng)域、或大或小的軟件項(xiàng)目。因此，基于微軟過程模型開發(fā)大輸液MES軟件是可行的。但該模型在對(duì)其方法描述方面不如RUP和敏捷過程模型全面，且在不同項(xiàng)目的開發(fā)中適應(yīng)性不同。為最大限度發(fā)揮模型效率，獲得高質(zhì)量軟件產(chǎn)品，針對(duì)大輸液MES開發(fā)初期需求的模糊性、開發(fā)時(shí)間有限等特點(diǎn)，對(duì)微軟過程模型進(jìn)行了改進(jìn)，擴(kuò)充完善其生命周期各階段工作流程，重建各階段迭代過程，并提出采用用例驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)整個(gè)微軟過程。

2.1擴(kuò)充完善微軟過程生命周期各階段工作流程

微軟過程對(duì)其生命周期各階段目標(biāo)、應(yīng)完成任務(wù)做了明確布置，但對(duì)其各階段工作流程沒有明確說明。為提高微軟模型對(duì)各階段開發(fā)過程的指導(dǎo)作用，保證各階段工作高效、有序運(yùn)行，本文結(jié)合RUP模型對(duì)微軟過程生命周期各階段工作流程進(jìn)行擴(kuò)充完善。

RUP模型生命周期劃分為初始、精化、構(gòu)建、移交四個(gè)階段，各階段每次迭代可能會(huì)經(jīng)歷九個(gè)核心工作流分別為［13］：業(yè)務(wù)建模、需求、分析與設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試、部署、配置與變更管理、項(xiàng)目管理、環(huán)境，這些核心工作流在每次迭代過程中被輪流訪問，但訪問的重點(diǎn)和強(qiáng)度不同。在微軟過程中，對(duì)其生命周期各階段工作流程的定義同樣可以用這九個(gè)核心工作流表示，因?yàn)樗鼈兒w了整個(gè)微軟過程生命周期。對(duì)照RUP模型生命周期各階段工作流程的定義，擴(kuò)充完善微軟過程生命周期各階段工作流程（如圖4所示）：

1）確定微軟過程模型與RUP模型各階段的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分別為：①規(guī)劃階段對(duì)應(yīng)初始階段；②設(shè)計(jì)階段對(duì)應(yīng)精化階段；③開發(fā)階段對(duì)應(yīng)構(gòu)建階段；④穩(wěn)定階段對(duì)應(yīng)構(gòu)建階段；⑤發(fā)布階段對(duì)應(yīng)移交階段。

2）參照RUP模型生命周期各階段工作流程的定義，擴(kuò)充完善微軟過程生命周期各階段工作流程，分別為：①規(guī)劃階段工作流程為業(yè)務(wù)建模、需求；②設(shè)計(jì)階段工作流程為業(yè)務(wù)建模、需求、分析設(shè)計(jì)；③開發(fā)階段工作流程為需求、分析設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)；④穩(wěn)定階段工作流程為需求、分析設(shè)計(jì)、測(cè)試；⑤發(fā)布階段工作流程為部署、配置變更管理，項(xiàng)目管理和環(huán)境工作流貫穿產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。

擴(kuò)充完善后的微軟過程模型對(duì)其生命周期各階段工作流程有了明確定義，確保各階段工作高效、有序運(yùn)行。

圖4　微軟過程生命周期各階段迭代過程Fig.4　The iterative process of each stage in Microsoft Process life cycle

2.2重建各階段迭代過程

微軟過程生命周期各階段工作為一次迭代完成，但在實(shí)際開發(fā)操作中，一次迭代往往不能滿足復(fù)雜軟件遞進(jìn)開發(fā)的需求，一般需要做適應(yīng)性調(diào)整。在大輸液MES系統(tǒng)軟件遞進(jìn)開發(fā)中，為及時(shí)獲得高質(zhì)量軟件版本，對(duì)微軟過程生命周期各階段迭代過程進(jìn)行重建，并明確了開發(fā)過程中出現(xiàn)問題的處理方式，微軟過程生命周期各階段迭代過程如圖4所示：

1）規(guī)劃階段、設(shè)計(jì)階段、發(fā)布階段工作流程仍為一次迭代過程，開發(fā)階段、穩(wěn)定階段工作流程重構(gòu)為多次迭代過程；

2）在開發(fā)階段，根據(jù)版本目標(biāo)將軟件開發(fā)工作劃分為多個(gè)部分，每次迭代完成單個(gè)部分軟件的開發(fā)工作；

3）在穩(wěn)定階段，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，按照功能需求，將測(cè)試劃分為多個(gè)部分，每次迭代完成對(duì)單個(gè)功能需求的驗(yàn)證，在測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)缺陷或錯(cuò)誤后，反饋給開發(fā)階段進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)束，進(jìn)行測(cè)試復(fù)檢；

4）在發(fā)布階段，用戶提出的新需求、交付后出現(xiàn)的問題及上次未完成工作等，交由下一版本解決。

微軟過程生命周期各階段迭代過程的建立為及時(shí)獲得高質(zhì)量軟件版本提供了保證。

2.3提出采用用例驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)整個(gè)微軟過程

微軟過程模型采用功能說明書驅(qū)動(dòng)軟件開發(fā)，由于功能說明書只是對(duì)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)功能做了說明，沒有整體運(yùn)行情況，包括各功能之間的關(guān)聯(lián)、用戶與功能之間的映射關(guān)系等，采用功能說明書驅(qū)動(dòng)軟件開發(fā)無法有效界定用戶操作范圍及遞進(jìn)開發(fā)過程中各功能模塊實(shí)現(xiàn)的優(yōu)先級(jí)等。

采用用例驅(qū)動(dòng)的方法能有效解決上述問題。用例是對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的描述，所有用例合在一起構(gòu)成用例模型，用例模型以圖形化語言對(duì)系統(tǒng)參與者、實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行了描述，有效界定了系統(tǒng)應(yīng)該為每個(gè)用戶實(shí)現(xiàn)哪些功能及遞進(jìn)開發(fā)過程中各功能模塊實(shí)現(xiàn)的優(yōu)先級(jí)等。同時(shí)，采用用例驅(qū)動(dòng)的方法還能夠驅(qū)動(dòng)軟件分析設(shè)計(jì)、測(cè)試等工作流程，可以說，用例驅(qū)動(dòng)了整個(gè)基于微軟過程的軟件開發(fā)。

3　大輸液MES軟件開發(fā)應(yīng)用

3.1大輸液MES項(xiàng)目背景及開發(fā)環(huán)境

目前，大多數(shù)中小制藥企業(yè)在實(shí)現(xiàn)對(duì)大輸液生產(chǎn)過程質(zhì)量控制方面多采取人工記錄并統(tǒng)計(jì)分析的方式，這種“事后控制”的方式存在著監(jiān)控信息不全面、批次質(zhì)量追溯難、生產(chǎn)管理效率低、質(zhì)量控制滯后等缺陷，生產(chǎn)工藝、質(zhì)量控制等難以滿足藥品生產(chǎn)管理規(guī)范的要求。為解決上述問題，提出構(gòu)建大輸液MES的需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)大輸液生產(chǎn)過程的全面質(zhì)量控制。

在大輸液MES軟件開發(fā)過程中，針對(duì)開發(fā)初期需求的不確定性及開發(fā)時(shí)間有限等特點(diǎn)，選擇微軟過程模型指導(dǎo)該系統(tǒng)軟件的開發(fā)，并根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)微軟過程模型進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)?；诟倪M(jìn)微軟過程模型進(jìn)行大輸液MES軟件開發(fā)，在項(xiàng)目實(shí)踐中，選用PowerDesigner工具對(duì)用例、數(shù)據(jù)庫建模，采用 Dreamweaver工具實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁制作，應(yīng)用 MyEclipse工具開發(fā)后臺(tái)服務(wù)代碼，項(xiàng)目整體開發(fā)工作基于Struts2.0+ Spring 3.0框架實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介選擇具有可擴(kuò)展、高性能、可信任特點(diǎn)的Microsoft SQL Server 2008關(guān)系型數(shù)據(jù)庫開發(fā)，項(xiàng)目在整個(gè)開發(fā)生命周期內(nèi)的管理由Excel工具輔助完成。

3.2大輸液MES軟件開發(fā)過程

基于改進(jìn)微軟過程模型開發(fā)大輸液MES軟件，V1.0版系統(tǒng)軟件開發(fā)過程如下：

1）規(guī)劃階段。通過一次迭代完成對(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程建模，確定用戶需求，并建立用例模型驅(qū)動(dòng)軟件開發(fā)工作。業(yè)務(wù)流程模型選用UML活動(dòng)圖描述，通過對(duì)業(yè)務(wù)流程建立活動(dòng)圖模型，將開發(fā)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)業(yè)務(wù)操作邏輯的理解以活動(dòng)圖的形式表述出來，并和用戶交流修正，確保對(duì)業(yè)務(wù)流程理解的一致性，為后續(xù)開發(fā)操作的正確進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

2）設(shè)計(jì)階段。完成對(duì)系統(tǒng)功能及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，該過程是一個(gè)對(duì)用戶需求理解加深的過程，在該過程中，允許對(duì)用戶需求進(jìn)行修正。V1.0版系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)階段完成工作有：

①確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)，編制軟件開發(fā)規(guī)范；

②構(gòu)建系統(tǒng)總體架構(gòu)；

③完成對(duì)V1.0版系統(tǒng)軟件目標(biāo)功能的設(shè)計(jì)，其過程包括兩個(gè)步驟：a編寫單頁功能說明書，描述所需實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品特性；b編寫詳細(xì)功能說明書，對(duì)所需實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

④完成對(duì)V1.0版系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，結(jié)合詳細(xì)功能說明書，確定要建立的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，并利用PowerDesigner工具建立E-R模型，對(duì)數(shù)據(jù)表之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行描述。

⑤制定V1.0版系統(tǒng)軟件詳細(xì)開發(fā)計(jì)劃。每個(gè)功能模塊的開發(fā)時(shí)間以一周為限，在開發(fā)過程中，對(duì)功能實(shí)現(xiàn)源碼進(jìn)行優(yōu)化，避免質(zhì)量缺陷，保證代碼運(yùn)行效率。目標(biāo)任務(wù)完成后，對(duì)所有已完工模塊進(jìn)行集成并完成測(cè)試工作，對(duì)于測(cè)試過程中出現(xiàn)的缺陷或錯(cuò)誤進(jìn)行調(diào)試。

3）開發(fā)階段。依據(jù)對(duì)V1.0版系統(tǒng)軟件目標(biāo)功能及相關(guān)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，完成對(duì)應(yīng)軟件開發(fā)工作。這一階段通過多次迭代完成，每次迭代針對(duì)一個(gè)用例，按照對(duì)其功能及數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，完成對(duì)應(yīng)模塊軟件開發(fā)。開發(fā)階段部分工作會(huì)持續(xù)到穩(wěn)定階段，以便對(duì)穩(wěn)定階段測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)缺陷或錯(cuò)誤做出修正。

4）穩(wěn)定階段。對(duì)所有已完工模塊進(jìn)行集成并完成測(cè)試工作，首先進(jìn)行內(nèi)部測(cè)試，由開發(fā)人員對(duì)程序源碼、實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行檢查，記錄系統(tǒng)缺陷或錯(cuò)誤，并做出修正，對(duì)于已修正問題，進(jìn)行復(fù)檢。內(nèi)部測(cè)試整個(gè)過程迭代進(jìn)行，每次迭代完成對(duì)一個(gè)用例的驗(yàn)證。內(nèi)部測(cè)試結(jié)束，交由客戶進(jìn)行外部測(cè)試，嚴(yán)格按照需求說明檢查系統(tǒng)功能是否實(shí)現(xiàn)，并對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷或錯(cuò)誤給出修正建議。外部測(cè)試結(jié)束，項(xiàng)目可發(fā)布V1.0版軟件產(chǎn)品準(zhǔn)備完畢。

5）發(fā)布階段。發(fā)布經(jīng)廣泛測(cè)試后推出的V1.0版軟件產(chǎn)品，部署到大輸液生產(chǎn)車間試用，并對(duì)相關(guān)使用人員進(jìn)行培訓(xùn)，獲取反饋意見，包括系統(tǒng)缺陷、出現(xiàn)的錯(cuò)誤及使用習(xí)慣等。與穩(wěn)定階段外部測(cè)試過程的不同之處在于，該階段試用工作由車間實(shí)際使用人員完成，外部測(cè)試工作由客戶方技術(shù)人員完成。

至此，V1.0版大輸液生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)軟件生命周期結(jié)束，在后續(xù)使用過程中出現(xiàn)的問題、系統(tǒng)缺陷及用戶新需求等交由下一版軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)。

4　結(jié)　論

本文在對(duì)微軟過程模型分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)大輸液MES項(xiàng)目開發(fā)初期需求的不確定性及開發(fā)時(shí)間有限等特點(diǎn)，提出了基于改進(jìn)微軟過程模型的大輸液MES［11］軟件開發(fā)方法，該改進(jìn)模型以微軟過程模型為基礎(chǔ)，擴(kuò)充完善了其生命周期各階段工作流程，重建了各階段迭代［12］過程，并提出采用用例驅(qū)動(dòng)的方法驅(qū)動(dòng)整個(gè)微軟過程。改進(jìn)微軟過程模型在大輸液MES軟件開發(fā)中的應(yīng)用結(jié)果表明，該模型有效降低了開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高了應(yīng)對(duì)需求、環(huán)境等不確定因素的響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)了在有限資源、有限開發(fā)時(shí)間約束下的高質(zhì)量大輸液MES軟件快速、高效開發(fā)。

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Development of large infusion manufacture execution system software based on an improved microsoft process model

DAI Yong-shou1，HOU Sheng-kun1，LI Li-gang1，LI Long-hao2，WANG Ya-long2
（1.College of Information and Control Engineering，China University of Petroleum，Qingdao 266580，China；2.Shinva Medical Instrument Co.，Ltd.，Zibo 255086，China）

To reduce the risk of software development，improve the speed of response to uncertain factors like customer demands，environment etc.，produce high quality software products，a method based on an improved Microsoft Process Model is proposed to develop Manufacture Execution System software of large infusion.This improved model is based on Microsoft Process Model and makes some adjustments to it for the features of large infusion Manufacture Execution System such as the early development period's uncertain demands，the limited development time etc.These adjustments contain enriching the workflow of each stage in the life cycle，establishing the iteration process of each stage and proposing use case-driven method to drive the whole Microsoft Process.Application result of this improved model in large infusion Manufacture Execution System shows that it can effectively reduce development risk，improve the response speed to uncertain factors and realize quickly and efficiently developing of high quality software under the constraint of limited resources and limited development time.

manufacture execution system；microsoft process model；iteration process；case-driving

TN919.82

A

1674－6236（2016）05-0012-04

2015-04-30稿件編號(hào)：201504323

中國石油科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（2010D-5006-0602）；山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（ZR2013FL035）

戴永壽（1963—），男，安徽巢湖人，博士，教授。研究方向：系統(tǒng)科學(xué)、系統(tǒng)工程。