工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)技術及其發(fā)展new

工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)技術及其發(fā)展

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引言

隨著計算機軟硬件技術、信息技術與制造業(yè)工業(yè)技術的高速發(fā)展和企業(yè)信息化進程的推進，工業(yè)自動化系統(tǒng)變得越來越復雜，對自動化系統(tǒng)的要求也越來越高。在大型復雜系統(tǒng)中，如大型工業(yè)生產(chǎn)過程、計算機集成制造系統(tǒng)、工業(yè)流程對象控制系統(tǒng)等，具有多種形式的復雜性，在整體結(jié)構上表現(xiàn)為非線性、不確定性、無窮維、分布式及多層次等;在被處理信息上，表現(xiàn)為信號的不確定性、隨機性和不完全性、圖象及符號信息的混合等;在計算機上，表現(xiàn)為數(shù)量運算與邏輯運算的混合;隨著管理的深化和細化，表現(xiàn)為管理方式的日漸扁平化等等，可見對復雜大系統(tǒng)不但在系統(tǒng)辨識、分析、設計等方面與常規(guī)不同，更重要的是在系統(tǒng)建模、控制策略方面也有不同。設計系統(tǒng)著重點在于以全軟件方式實現(xiàn)管理與控制的一體化。由于復雜系統(tǒng)結(jié)構復雜、變量眾多、信息交錯，按什么原則將大系統(tǒng)科學合理地分解為相對小的子系統(tǒng)，而子系統(tǒng)之間又如何協(xié)調(diào)，才能保證系統(tǒng)的優(yōu)化運行和控制，這些都是急待解決的熱點問題，也是控制工程界熱切關注的焦點，許多問題至今尚無定論。復雜大系統(tǒng)控制對工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)提出了越來越高的要求，因此如何提供更加有效的先進軟件系統(tǒng)受到廣泛的關注。隨著技術的進步，工業(yè)自動化軟件技術正在向智能化、網(wǎng)絡化和集成化方向飛速發(fā)展，復雜大系統(tǒng)在網(wǎng)絡環(huán)境下運行、在網(wǎng)上實現(xiàn)復雜系統(tǒng)的優(yōu)化控制與管理已經(jīng)不是遙遙無期，而是指日可待。本文從軟件系統(tǒng)技術發(fā)展角度對此作某些探討。2

監(jiān)控組態(tài)軟件系統(tǒng)

2.1

組態(tài)軟件的主要功能

“監(jiān)控”是對被控過程的監(jiān)視與控制，從工業(yè)自動化控制角度一般將監(jiān)控軟件稱為工業(yè)組態(tài)軟件或組態(tài)控制軟件。自20世紀80年代初期誕生至今，組態(tài)軟件已有20年的發(fā)展歷史。應該說組態(tài)軟件作為一種應用軟件，是隨著PC機的興起而不斷發(fā)展的。80年代的組態(tài)軟件，像Onspec、Paragon500、早期的FIX等都運行在DOS環(huán)境下，圖形界面的功能不是很強。自1987年Wonderware公司開發(fā)出第一套基于微軟的Windows下的工業(yè)及過程自動化領域的人機視窗界面組態(tài)軟件InTouch以來，以Intouch為代表的人機界面軟件開創(chuàng)了Windows下運行工控軟件的先河，并隨作計算機硬軟件技術的高速發(fā)展，使基于PC及其兼容機的組態(tài)軟件的不管是功能和還是其性能都有了質(zhì)的飛躍和提高。目前的InTouch作為一種典型的工業(yè)自動化組態(tài)軟件，具有良好的實時性，更具有高性能的圖形界面功能，因而Wonderware公司也因此稱InTouch為過程可視化軟件，這樣命名也似乎更為確切。監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SupervisoryControlAndDataAcquisition，SCADA)的軟件平臺工具，具有豐富的設置項目，使用方式靈活，功能強大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時，HMI(HumanMachineInterface)或MMI(ManMachineInterface)是其主要內(nèi)涵，即主要解決人機交互圖形界面問題。組態(tài)軟件系統(tǒng)包含有實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)庫接口、對I/O設備的驅(qū)動等內(nèi)容。隨著軟件技術的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件不斷地被賦予新的內(nèi)容，在社會信息化進程中將扮演越來越重要的角色，未來的發(fā)展前景十分看好。組態(tài)軟件有以下主要功能。

(1)采用圖形化編輯設計技巧

編程人員可采用拼圖、搭積木和簡單連線的方式構建人機交互界面。組態(tài)軟件包含有設計開發(fā)圖庫，如各種模擬儀表、電動機、控制按鈕等。編程人員也可以利用基本繪圖工具自行設計圖庫和對象圖元。在操作和監(jiān)控的人機界面上，用相應于這些現(xiàn)場設備、檢測裝置和控制器的圖元，代表和指示真實對象，就得到了現(xiàn)場生產(chǎn)設備運行的模擬圖面。從而，通過對模擬現(xiàn)場圖面上相應于對象的圖元進行操作，就可以實現(xiàn)對現(xiàn)場設備和控制器等的操作和管理。這是組態(tài)軟件的最大優(yōu)點之一，它使編程和操作非常直觀，易于讓具有不同知識背景和水平的人員都能接受。由上述分析可以看出，評價一種組態(tài)軟件.優(yōu)劣水平的一個重要標準是:該種軟件的設計圖庫的大小和豐富性以及圖庫中圖元的直觀代表性。

(2)對實際監(jiān)控對象實現(xiàn)狀態(tài)遷移管理

組態(tài)軟件應用動畫連接技術，將描述現(xiàn)場對象的圖元與一定的參數(shù)或函數(shù)聯(lián)系起來，形成映射關系。編程或操作人員通過對這些參數(shù)或函數(shù)的編程和處理，就可以實現(xiàn)對現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)的采集、分析和處理，參數(shù)的傳遞是通過組態(tài)計算機與現(xiàn)場設備之間的輸入和輸出通道完成的，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制，即狀態(tài)管理。狀態(tài)遷移的內(nèi)容包括對象運動規(guī)律設置、運行狀態(tài)監(jiān)測和故障報警顯示等。從應用角度看，對象參數(shù)的編輯和處理是被屏蔽的，用戶對監(jiān)控界面上的圖元進行激勵(如通過計算機鼠標點擊圖元)，也就是對該圖元所對應的對象參數(shù)進行激勵和設定，該對象參數(shù)依照編程預定的運算規(guī)律進行改變或重定，并影響其它圖元的對象參數(shù)同步改變，其結(jié)果是變化了的那些差數(shù)引起對應的圖元發(fā)生變化或激發(fā)其它一些圖象信息到人機界面上，使用戶知道操作結(jié)果，從而確定下一步的操作，這樣就完成了人機交互。從設計開發(fā)角度看，對象參數(shù)的編輯和處理是透明的，隨時可以根據(jù)控制要求更改參數(shù)和運算規(guī)律，而且這種更改可以在人機監(jiān)控界面上進行，如將人機監(jiān)控界面設置為開發(fā)環(huán)境，通過計算機鼠標雙擊圖元，就可以進入對象參數(shù)對話框進行編輯和修改。由此可以看出，組態(tài)軟件對現(xiàn)場的監(jiān)控和管理不僅繼承了傳統(tǒng)的匯編或高級語言控制結(jié)構，而且極大地擴展了編程直觀性，這是用戶和編程人員都非常樂于接受的。

(3)監(jiān)控和管理對象更加形象化和深刻化

組態(tài)軟件不僅能與其它常用編程語言開發(fā)工具一樣，可以對對象參數(shù)進行設定，實時采集數(shù)據(jù)，編程參數(shù)算法，打印控制規(guī)律和結(jié)果，存儲數(shù)據(jù)記錄等，而且能很容易地將上述功能和步驟形象化的表示出來，并且可以反映到人機界面上供編程或操作人員直觀分析和修改。如組態(tài)軟件可以將實時采集數(shù)據(jù)以實時曲線的形式直觀反映在監(jiān)控界面上，對于歷史和現(xiàn)時控制信息及結(jié)果同樣可以以實時曲線圖的形式直觀反映在監(jiān)控界面上。這樣，人們可以采用高級知識庫、智能控制和預測的方法，如圖表法、二次曲線擬合法和回歸預測法等來分析和處理輸入輸出參數(shù)及數(shù)據(jù)，從而達到對監(jiān)控對象的更深刻認識和把握狀態(tài)、報警顯示等。

(4)實時開放性和互連操作性好

自動化軟件大量采用標準化的互連技術，如OPC、DDE、ActiveX控件、COM/DCOM、ODBC、OLE-DB等，這樣使其成為一自動化軟件平臺，具有良好的實時開放性和互連操作性。組態(tài)軟件采用ODBC(開放式數(shù)據(jù)庫互連)技術使對象參數(shù)能夠共享或為其它軟件程序讀取;應用DDE(動態(tài)數(shù)據(jù)交換)技術實現(xiàn)參數(shù)傳遞，如將過程對象參數(shù)鏈接到MICROEXCEL表格文件中，將對象參數(shù)變化實時反映到該表格文件中，同時對表格文件中相應數(shù)據(jù)處理后，結(jié)果返傳給對應參數(shù)。這樣就實現(xiàn)了組態(tài)軟件和MICROEXCEL表格數(shù)據(jù)文件的互連操作，從而發(fā)揮各自的技術優(yōu)勢以達到對現(xiàn)場系統(tǒng)的更好控制和管理;應用OLE(對象鏈接與嵌入)技術包容和擴展其它功能，如將MICROOFFICE辦公軟件嵌入組態(tài)軟件操作平臺，便于操作人員處理文本工作報告和報表，應用ActiveX技術將媒體播放軟件嵌入組態(tài)軟件操作平臺，實現(xiàn)在監(jiān)控界面上看到閉路監(jiān)控現(xiàn)場圖象等;應用TCP/IP協(xié)議將組態(tài)監(jiān)控信息發(fā)布到Internet網(wǎng)絡上，實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理和監(jiān)控。

(5)應用操作平臺開發(fā)周期短

用組態(tài)軟件設計制作監(jiān)控操作平臺，避免了大量的源程序語言匯編及其調(diào)試工作。其圖形化的直觀性編程風格，大大縮短了編程開發(fā)周期，容易滿足實際工程建設的時間要求，而且在應用中(在線)修改和更新操作平臺也較容易和快捷。

然而，組態(tài)軟件作為一種新興的面向?qū)ο蟮墓I(yè)自動化監(jiān)控開發(fā)編程工具也在與時俱進，正在進一步研究改進提高，如對于不同的監(jiān)控對象及環(huán)境，如何平衡調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)共享度和實時性要求;對于多線程并舉的應用環(huán)境和對象，如何滿足各線程不同的實時性要求以及避免數(shù)據(jù)沖突和阻塞;如何解決網(wǎng)絡遠程控制的實時性和現(xiàn)場監(jiān)控的實時性之間的匹配問題等。

2.2

過程可視化軟件的特點

隨著軟件技術的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件不斷地被賦予新的內(nèi)容，在社會信息化進程中將扮演越來越重要的角色，實時多任務是組態(tài)軟件最突出的特點。例如，數(shù)據(jù)采集與輸出、數(shù)據(jù)處理與算法實現(xiàn)、圖形顯示及人機對話、實時數(shù)據(jù)的存儲、檢索管理、實時通訊等。組態(tài)軟件主要解決的問題是:

(1)如何在數(shù)據(jù)采集與控制設備間進行數(shù)據(jù)交換;

(2)使來自設備的數(shù)據(jù)與計算機圖形畫面上的各元素關聯(lián)起來;

(3)處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警;

(4)存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢;

(5)各類報表的生成和打印輸出;

(6)提供靈活、多變的組態(tài)方式，以適應不同領域的需求;

(7)與第三方軟件程序的接口，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。組態(tài)軟件可利用圖形功能把被控對象形象地畫出來，再通過內(nèi)部數(shù)據(jù)鏈接把被控對象的屬性與I/O設備的實時數(shù)據(jù)進行邏輯連接。當由組態(tài)軟件生成的應用系統(tǒng)投入運行后，I/O設備數(shù)據(jù)發(fā)生變化將會直接帶動被控對象屬性的變化。組態(tài)軟件的實時數(shù)據(jù)庫是一個開放式的數(shù)據(jù)平臺，可以使管理者得到現(xiàn)場設備運行的所有實時數(shù)據(jù)，并實行統(tǒng)一管理。此外，組態(tài)軟件還能根據(jù)歷史趨勢分析，進行優(yōu)化控制和調(diào)度決策。

2.3

監(jiān)控組態(tài)軟件的作用

組態(tài)軟件是工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)的基石，是實現(xiàn)控制網(wǎng)絡與信息網(wǎng)絡集成的關鍵之一，通過組態(tài)軟件開放的接口技術，將實時數(shù)據(jù)庫與現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)互聯(lián)，從而為系統(tǒng)提供綜合全面的信息和數(shù)據(jù)。

監(jiān)控組態(tài)軟件是一種控制系統(tǒng)開發(fā)工具，用戶可根據(jù)應用對象及控制任務的要求，通過簡單形象的組態(tài)，利用組態(tài)軟件提供的工具，以“搭積木”的方式靈活配置、組合各功能模塊，構成用戶應用軟件?！敖M態(tài)”的概念是伴隨著集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystem，DCS)的出現(xiàn)才開始被廣大的生產(chǎn)過程自動化技術人員所熟悉的?，F(xiàn)在的組態(tài)軟件實際上就是早期每個DCS廠商在DCS中預裝的應用軟件，但一直沒有人給出明確的定義，只是將使用這種應用軟件設計生成目標應用系統(tǒng)的過程稱為“組態(tài)(Config)”或“做組態(tài)”。組態(tài)的概念最早來自英文Configuration，含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到讓計算機或軟件按照預先配置(Configuration)自動執(zhí)行任務的目的，以滿足使用者的要求。

工業(yè)企業(yè)是一個復雜的大系統(tǒng)，按照發(fā)展新型工業(yè)和企業(yè)信息化的要求，自動化應該是集管理和控制于一體的，它包含低層的控制與高層次的管理的自動化。人們常常把高層次的控制稱為管理，而把低層次的管理稱為控制。對低層的控制而言，其控制任務主要由物理系統(tǒng)設備完成。企業(yè)信息化對系統(tǒng)的自動化程度提出了更高的要求，它包含了企業(yè)資源計劃系統(tǒng)ERP從Internet網(wǎng)上接受訂貨，由企業(yè)(工廠)生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)完成產(chǎn)品生產(chǎn)直至合格產(chǎn)品出廠將產(chǎn)品送到用戶的全過程，涵蓋了從傳感器開始到整個系統(tǒng)優(yōu)化運行的全部低層控制及高層管理。企業(yè)物料流、信息流、資金流、人才流等的流向和流量隨企業(yè)的功能、規(guī)模、產(chǎn)品特性等的不同，其復雜程度差異很大，如何使這類復雜大系統(tǒng)優(yōu)化運行，以獲取最佳的社會經(jīng)濟效益是人們期望的目標。為保證整個控制過程(或系統(tǒng))中的所有有用的實時狀態(tài)信息不沉淀、流失，便于實現(xiàn)實時協(xié)調(diào)，加強對上層決策的輔助支持，各工作站均應該用統(tǒng)一人機圖形用戶界面，統(tǒng)一信息平臺，克服“自動化孤島”、“信息孤島”現(xiàn)象，實現(xiàn)管控一體化的無縫集成，其中起關鍵作用的就是監(jiān)控組態(tài)軟件。要充分發(fā)揮信息在低層控制和高層管理決策中的主導作用，對監(jiān)控軟件系統(tǒng)的選擇必須給于足夠的重視，否則企業(yè)信息化的目標是難以實現(xiàn)的。

2.4

一般監(jiān)控組態(tài)軟件的局限性

從20世紀80年代后國內(nèi)新建和改建與技術改造項目中的自動化系統(tǒng)基本上都是采用國外進口的組態(tài)級工控軟件，如典型的有美國Wonderware公司InTouch，美國Intellution軟件公司開發(fā)的Fix和iFix，德國西門子公司的WinCC，俄羅斯Adastra科技公司的—Tracemode組態(tài)軟件等，直至20世紀90年代中期，國內(nèi)一些軟件公司在消化吸收國外組態(tài)軟件基礎上也開發(fā)了一些工控組態(tài)軟件產(chǎn)品，典型的如北京亞控軟件公司的組態(tài)王“KingsView”，北京昆侖通態(tài)自動化公司的MCSG等等，這些軟件投放市場對我國實現(xiàn)企業(yè)基礎自動化作出過重要貢獻，其共同優(yōu)點是:采用圖形化編程設計技巧、對實際監(jiān)控對象實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移管理、使監(jiān)控和管理對象更加形象化和深刻化、系統(tǒng)實時開放性和互連操作性較好，應用操作平臺開發(fā)周期短等，僅從監(jiān)控層面考慮問題，在圖形及組態(tài)方案、數(shù)據(jù)點管理、網(wǎng)絡功能、通信功能、加鎖設計等方面盡管各有側(cè)重點，但基本上都能滿足用戶的要求。值得注意的是，如果從更高管理層次考慮問題，要實現(xiàn)工業(yè)自動化系統(tǒng)的管控一體化、企業(yè)信息化卻面臨嚴峻問題，面對的很可能是一個又一個的“信息孤島”、“自動化孤島”，很難將“孤島”的信息資源加以整合集成，缺乏統(tǒng)一的控制、數(shù)據(jù)、信息平臺支持，這正是目前工業(yè)企業(yè)復雜大系統(tǒng)基礎自動化和企業(yè)信息化面臨的主要問題。如何在保護現(xiàn)有投運系統(tǒng)資源的前提下，適當增加軟件系統(tǒng)支持以提升和改造原系統(tǒng)，使企業(yè)實現(xiàn)信息化，以適應改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構調(diào)整的需要，是控制工程界普遍關注的問題。在探索信息資源充分利用方案和途徑時，由于受到系統(tǒng)所選擇組態(tài)軟件功能的限制，實施起來都因“通信協(xié)議”“軟接口”等瓶頸問題而止步，這在眾多企業(yè)中是屢見不鮮的，這給系統(tǒng)集成帶來不少困難，對此一般監(jiān)控組態(tài)軟件廠商似乎對“通信軟接口”瓶頸問題重視程度還有所不夠。

2.5

過程可視化軟件的最新發(fā)展

為了將討論的問題具體化，現(xiàn)以最具有代表意義的過程可視化軟件為了例，如InTouch9.5HMI提供顯著的增強，從而帶來運行和工程生產(chǎn)率兩方面的明顯提升。這樣一來，使用InTouch9.5軟件的工廠人員將會從可以讓他們的工作更快捷、更簡單的新功能中獲益。此外，提高的軟件開發(fā)功能可以大幅度降低用在創(chuàng)建、更改和部署應用程序上的時間和精力。

在運行生產(chǎn)率方面的功能增強包括:提示條;鼠標控制;先進的報警分析;運行期間的語言切換。提示條,9.5版本為操作員提供指導從而幫助工廠人員更快速地理解他們正在查看的應用程序的信息。鼠標控制，這些新的控制為那些使用鼠標訪問他們的應用程序的人員提供額外的功能。先進的報警分析工具,內(nèi)建在InTouch軟件中，這些功能可以使報警信息的分析更加快速和完整。運行期間的語言切換,用戶在運行期間可以動態(tài)地切換語言。

工程生產(chǎn)率提高方面的增強包括:在智能符號技術下的新的開發(fā)圖形移動及縮放和人工的圖形定位功能;內(nèi)建的簡單的I/O冗余配置;額外的鍵盤選擇;缺省的字體設置。在智能符號技術下的新開發(fā)，這些新的增強可以更快速地創(chuàng)建和額外地定制基于圖形的模板。內(nèi)建的簡單I/O冗余配置，這個功能允許快速地配置第二個通訊服務器，使I/O無法連接到第一個服務器時能夠自動切換。移動及縮放和人工圖形定位功能，圖形的細節(jié)可通過輕松點擊和“橡皮筋”縮放選項、人工圖形定位以及移動功能。額外的鍵盤選項，9.5版本包括一個新的“區(qū)域”鍵盤，可以使用戶用當?shù)氐恼Z言的相關字符查看他們的鍵盤，同時有一個新的選項允許調(diào)整屏幕上的鍵盤尺寸。缺省的字體設置，用戶可以即時改變?nèi)笔∽煮w，然后在整個應用程序應用這種新的和TrueType字體。

InTouch9.5軟件為應用程序的用戶和開發(fā)人員提供大量新的功能，同時可以得到開發(fā)生產(chǎn)率和性能方面的顯著提高。提示條，當一個用戶鼠標滑過一個應用中包含有提示條的對象時、圍繞該對象形成一個光環(huán)，讓用戶知道他們可以訪問有關這個對象的更多的信息。提示條可以提供靜態(tài)的信息，例如該按鈕控制什么、或者一個動態(tài)的快照信息，例如槽罐液位。靜態(tài)和動態(tài)的提示條對于在一個窗口中流暢地顯示大量的圖形都是非常有用的，同時非常方便地讓操作員了解到屏幕上有關對象的額外信息。鼠標控制，新的先進的鼠標控制可以使用戶針對不同的鼠標點擊選項添加功能。這大大擴展了用戶可以獲得的有關一個對象的信息量，同時無需占用有價值的屏幕空間。先進的報警分析工具，InTouch9.5HMI新的先進的報警分析工具可以使用戶:方便地在帕累托圖中分析報警;在導航樹中查看有組織的報警;更快地查詢報警;配置兩個節(jié)點的報警熱備份;可以按照標記進行排序配置“無數(shù)據(jù)”信息;命名數(shù)據(jù)庫。這些先進的報警功能可以大大幫助和顯著提高運行的生產(chǎn)率。

運行期間的語言切換，語言障礙可以使工廠人員完全地理解應用信息變得困難。然而，InTouch9.5HMI的新的運行期間語言切換功能可以使用戶在運行的時候切換語言顯示。例如，如果顯示的主要文本是美國英語，在運行的時候操作員可以點擊按鈕看到另外一種語言的信息，比如日語、西班牙語或者英式英語。這樣一來，標準的應用可以由以下的人員進行訪問:掌握不同語言的多個操作員，多國家的多工廠的人員同時進行訪問;全球的開發(fā)人員現(xiàn)在都可以用他們的母語來進行故障排查。內(nèi)建的簡單I/O冗余切換簡單配置的I/O冗余切換功能可以在第一個服務器需要維護或者無法使用時，非常方便地配置一個備份的通訊服務器。這樣，工廠人員可以:消除與通訊服務器有關的單點故障;對第一個服務器實施常規(guī)的維護。此外，簡單配置的I/O冗余切換功能提高了實時信息的可靠性和依賴性。智能符號增強，InTouch9.5軟件中智能符號的新的增強可以使用戶:調(diào)整模板大小并在整個應用中自動應用這些變更;在窗口內(nèi)將顯示的圖形直接地創(chuàng)建成智能符號;區(qū)分智能符號和常規(guī)的圖形，更新的智能符號功能可以大大地降低應用創(chuàng)建、更改和部署的時間和精力。移動縮放/人工的圖形定位，應用程序的開發(fā)人員可以憑借InTouch軟件的WindowMakerTM圖形編輯程序中這個新的輕松點擊的移動/縮放功能來突出需要精確細節(jié)的區(qū)域，并同時查看整個圖形窗口。他們在屏幕上制作圖形時還可以使用窗口坐標，這可以在精力大大降低的同時實現(xiàn)精確圖形的應用程序開發(fā)。額外的鍵盤選項，除了標準的InTouch鍵盤以外，InTouch9.5軟件還包括兩個新的屏幕鍵盤。開發(fā)人員可以使用新的MicrosoftWindows鍵盤，它可以是"區(qū)域"鍵盤因而可以使國際用戶用他們的母語查看含有所有文字和字符的屏幕鍵盤。開發(fā)人員還可以使用新的InTouch鍵盤來調(diào)整屏幕上鍵盤大小。這兩個新的鍵盤以最適合用戶環(huán)境的方式在應用中交互實施。缺省字體設置，開發(fā)人員可以即時地改變?nèi)笔〉淖煮w從而在整個應用中的按鈕和文本中應用新的和TrueType類型的字體。額外的功能，密碼域的支持，安全已被更新和增強，從而開發(fā)人員可以限制不希望的信息訪問。密碼可以被加密，從而可以降低在客戶端和服務器計算機之間的網(wǎng)絡攔截的機會。這個功能使用戶獲得未授權的訪問的可能性降到最小。密碼的字符還可以被回顯以便可以確認字符輸入。Hotlink增強，具有動畫功能的圖形和ActiveX控件可以顯示一個圍繞對象的“暈輪”，它可以按照對象的形狀進行顯示。通過這個暈輪和按照對象的形狀顯示功能可以使開發(fā)人員將動畫添加到復雜對象的不同的部分。用戶只需用鼠標滑過對象直到選擇他們需要的部分，然后點開它展開更多的信息。更新的WindowsXP外觀，按鈕、復選框、單選框和欄標題等已經(jīng)更新到新的用戶友好的WindowsXP外觀。InTouch9.5軟件可顯著提高運行效率和明顯地提高工程生產(chǎn)率。3

工業(yè)自動化軟件技術的發(fā)展

目前在國外，很多發(fā)達國家及有些發(fā)展中國家普遍采用美國Wonderware工業(yè)自動化軟件套件技術，根據(jù)用戶需求構建系統(tǒng)，實現(xiàn)對復雜工業(yè)大系統(tǒng)的控制與管理。例如，在20世紀90年代印度最大的TISCO鋼鐵公司采用美國Wonderware工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)套件技術實現(xiàn)了直接與ERP通信，從Internet上直接接受用戶訂單后，通過生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)把總公司和職能部門、分廠、車間直至各條生產(chǎn)線都采用統(tǒng)一的控制、數(shù)據(jù)和信息平臺納入管理，系統(tǒng)開發(fā)周期短，系統(tǒng)開發(fā)和運行、維護成本低，由于軟件組件套件技術可方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫集成，可靠性高，實現(xiàn)了從接受訂單、原材料訂購、產(chǎn)品生產(chǎn)、直至把產(chǎn)品運送到用戶手中的全公司統(tǒng)一的自動化監(jiān)控與信息化管理，效率極高。美國Wonderware公司的軟件套裝組件系統(tǒng)是工業(yè)界第一個集成的工業(yè)自動化軟件包FactorySuite,它從根本上改變了人們的傳統(tǒng)觀念以及在制造行業(yè)存在了多年的從上到下的信息流模式。除了上述核心組件外，還有IndustrialSQL數(shù)據(jù)分析工具，SCADAlarm企業(yè)級的電話/報警系統(tǒng)等等?？傊甒onderware的FactorySuite是套裝的軟件組件系統(tǒng)，可以根據(jù)需要選配組件模塊使系統(tǒng)實現(xiàn)無縫集成，給企業(yè)信息化提供了完整的解決方案。如在鋼鐵行業(yè)中，采用美國Wonderware的I/OSever技術和InSQLServer技術，建立統(tǒng)一的控制、數(shù)據(jù)、信息平臺，效果極好，可實施建立產(chǎn)品流轉(zhuǎn)動態(tài)跟蹤系統(tǒng)實現(xiàn)從原材料到成品的全線動態(tài)跟蹤，建立生產(chǎn)信息動態(tài)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)調(diào)度、庫房(包括原料、半成品庫、熱處理、成品庫)管理、生產(chǎn)作業(yè)和過程管理、合同管理、質(zhì)量管理、工藝規(guī)程在線指導子系統(tǒng)、生產(chǎn)信息動態(tài)查詢、統(tǒng)計、分析管理等，由于管理與控制都是動態(tài)實現(xiàn)、沒有最先進的軟件技術支撐和可以無縫集成的軟件套件組件搭建系統(tǒng)，很難想象研發(fā)工作量有多大，成功率有多高，真正意義上的CIMS系統(tǒng)能否實現(xiàn)。

近年來工業(yè)自動化軟件技術在多個方面都有了長足的發(fā)展，其中特別值得關注的是系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)構架方面的新進展。集成開發(fā)環(huán)境(IDE)通過應用組件實現(xiàn)工程重用，IndustrialApplicationServer的組件對象體系結(jié)構可以顯著地提高生產(chǎn)力。組件對象模型有利于開發(fā)代表工廠設備的可重用的應用對象。在FactorySuiteIDE內(nèi)部建立的應用對象包含與自動化設備有關的所有必要的元素，例如歷史參數(shù)、標記、報警與事件、文檔、腳本、安全和通信參數(shù)?？梢越?、復制和部署一個可重用組件的模板庫，提高快速應用軟件開發(fā)能力。每個組件模板支架變化傳播特性，因此，一個元素的改變可以自動地被傳播到所有受影響的組件或選擇的組件，節(jié)省了寶貴的工程時間和成本。工廠模型體系結(jié)構用戶可以把預先設計的應用對象變成利用最佳慣例和公司的工程標準的模板。獲得靈活的應用對象可以包含代表物理工廠設備監(jiān)控自動化策略或更高級別的生產(chǎn)策略的知識和應用代碼。模板庫可以把應用工程變成一個裝配過程，而不是一種程序編制工作，因而可以顯著提高不同項目的生產(chǎn)率。IDE是一個多開發(fā)者環(huán)境，它支持公司利用他們的工程資源，在一個項目上分配多名工程師。IDE通過利用高效率的注冊/注銷過程支持多開發(fā)人員，它為每個應用程序組件提供了一種歷史記錄審核跟蹤機制，包括用戶標識符、時期與時間戳、以及關于變化的詳細的摘要信息。由于應用配置信息保存在一個核心項目庫(SQLServer數(shù)據(jù)庫)中，因此可以對整個應用進行版本控制。注冊/注銷過程允許工程師在旅行或者離開現(xiàn)場時隨身攜帶組件，為他們提供了最大的靈活性。

IAS(IndustrialApplicationServer)將工業(yè)自動化應用程序的開發(fā)設計生產(chǎn)力與可伸縮性帶入了一個新紀元。它提供了全新的一層實時數(shù)據(jù)獲取、報警與事件管理、數(shù)據(jù)處理服務及協(xié)作開發(fā)功能，這些功能從最底層開始就是針對用于工業(yè)自動化應用程序而設計的。IAS是簡化分布式自動化應用程序開發(fā)、部署、維護及管理的一種基礎架構，它是建立在Invensys的ArchestrATM架構基礎上的新軟件組件。全面的ArchestrA工廠自動化與信息架構從一開始就設計為利用最新軟件技術延長傳統(tǒng)系統(tǒng)的使用壽命。不管自動化應用程序是用在離散制造業(yè)、生產(chǎn)工廠、遠程SCADA操作、公共事業(yè)，還是用在這些運營類型的任何組合中，ArchestrA架構均能將其涵蓋在內(nèi)。IAS建立在ArchestrA架構上，明顯的優(yōu)勢在于:分布式點到點架構;一個全球聯(lián)網(wǎng)的域名空間;集成化歷史、腳本、報警及安全機制;直觀的多用戶開發(fā)環(huán)境;基于組件的工廠與應用模型;符合21CFRPart11規(guī)范要求;對用戶而言可顯著降低工程成本;降低擁有成本;響應迅速、能適應成長需要;堅定不移的開放性。它為簡化分布式自動化應用的開發(fā)、部署、維護與管理提供了基礎。IAS提供了新一級的實時數(shù)據(jù)獲取、報警與事件管理、數(shù)據(jù)操作服務、以及協(xié)作工程能力，這些能力從一開始就是專門為工業(yè)自動化應用設計的，使制造廠家、OEM和系統(tǒng)集成商(SI)能夠顯著降低自動化系統(tǒng)的工程、購買和維護費用，同時，用戶可以靈活建造自動化系統(tǒng),增強了對新的需求的響應能力。IAS是建立在Invensys的ArchestrA體系結(jié)構之上的一個強大的新應用平臺。綜合性的ArchestrA工廠自動化與信息體系結(jié)構從一開始就被設計為利用最新的軟件技術延長傳統(tǒng)系統(tǒng)的壽命。不論是裝配制造廠、制煉廠、遠程SCADA運轉(zhuǎn)、公用事業(yè)或者這些業(yè)務營運類型的任何組合中的自動化應用，以ArchestrA為基礎的體系結(jié)構都能夠勝任。

從系統(tǒng)層次考慮，最近的工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)正利用先進的軟件技術朝著集成化、網(wǎng)絡化、平臺化、綜合管理等方向發(fā)展。

(1)工業(yè)自動化軟件的集成化

以前的工業(yè)自動化軟件已經(jīng)考慮到對設備和多系統(tǒng)的集成觀點，但是集成的范圍往往集中在對局部系統(tǒng)或分廠系統(tǒng)，而沒有考慮更大范圍的集成，而新的自動化軟件系統(tǒng)已經(jīng)考慮到大范圍、區(qū)域性以及全廠級的系統(tǒng)集成，提供總體的集成解決方案。

(2)工業(yè)自動化軟件的網(wǎng)絡化

隨著數(shù)據(jù)的分散性以及網(wǎng)絡的多樣性，工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)的信息正朝著信息總線的方向發(fā)展，信息總線的方式改變了過去需要將數(shù)據(jù)集中采集和處理的觀念，相當于在數(shù)據(jù)監(jiān)控層鋪設了一條信息總線，各個子系統(tǒng)只要掛接在該信息總線上，就可以實現(xiàn)各個系統(tǒng)間的相互通訊，實現(xiàn)了全分布的監(jiān)控系統(tǒng)。比如基于WonderwareFactorySuiteA2構建的監(jiān)控系統(tǒng)，就是通過在整個系統(tǒng)中部署在每臺電腦中的Platform進行信息交互。由于工業(yè)自動化軟件間的信息交互越來越多，需要在單臺機器上實現(xiàn)對多臺機器上的軟件系統(tǒng)進行集中遠程管理的功能，因此網(wǎng)絡化的管理也是自動化軟件的發(fā)展方向。目前多家國內(nèi)外的工業(yè)自動化軟件企業(yè)就實現(xiàn)了網(wǎng)絡管理，比如Wonderware公司基于微軟管理控制臺(MMC)技術的系統(tǒng)管理控制臺SMC(SystemManagementConsole)就可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集軟件、日志文件、部署的對象等實現(xiàn)集中的遠程管理。

(3)工業(yè)自動化軟件中面向?qū)ο蠹夹g的應用

面向?qū)ο蠓椒òǚ庋b性、繼承性、多態(tài)性等特點,這些特點使面向?qū)ο蠓椒ㄔ谲浖I域得到迅速的發(fā)展，在工業(yè)自動化領域，很多控制對象同樣具有面向?qū)ο蠹夹g中的“對象”屬性，也引起了人們的注意，控制工程師和控制軟件開發(fā)人員也試圖將面向?qū)ο蟮募夹g應用到工業(yè)自動化領域，但目前基本上仍停留在針對某個控制系統(tǒng)的軟件設計和控制軟件的軟件設計中，這些都說明面向?qū)ο蟮募夹g可以應用在工業(yè)自動化領域，但沒有真正將面向?qū)ο蠹夹g應用到控制系統(tǒng)的整體系統(tǒng)設計中。這就是要將面向?qū)ο蟮募夹g優(yōu)勢引入到整個自動化系統(tǒng)的設計之中，而不是簡單的停留在某個具體的軟件設計之中的?？傊?，傳統(tǒng)的面向功能的設計方法集中在控制系統(tǒng)的局部，圍繞某個功能的實現(xiàn)為主線，而在嵌入面向?qū)ο蠹夹g的自動化軟件平臺WonderwareIndustrialApplicationServer上，采用面向?qū)ο笏枷朐O計監(jiān)控系統(tǒng)，要充分發(fā)揮面向?qū)ο蠹夹g的封裝性、繼承性的優(yōu)勢，同時采用抽象對象的方法來看待整個監(jiān)控系統(tǒng)的組成。Wonder-ware公司推出了一款嵌入面向?qū)ο蠹夹g的新產(chǎn)品—WonderwareIndustrialApplicationServer。該產(chǎn)品充分發(fā)揮了面向?qū)ο蟮募夹g優(yōu)勢，提供了供自動化工程師選擇使用的多個基礎模板，將程序中的面向?qū)ο蠹夹g屏蔽掉，只需要經(jīng)過客戶化的配置以及擴展即可以滿足工業(yè)自動化系統(tǒng)的設計和規(guī)劃工作，從而使工程師從簡單復雜耗時的程序模塊設計中解放出來，將主要的精力集中在系統(tǒng)控制模型以及控制算法上，大大縮短了工業(yè)自動化系統(tǒng)的設計和上線時間，并提高了系統(tǒng)的重用性。

(4)工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)的平臺化

在工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)的發(fā)展過程中，由于涉及到多種功能的實現(xiàn)，因此在20世紀80年代末期和20世紀90年代，根據(jù)模塊功能的區(qū)別，實現(xiàn)了軟件系統(tǒng)的模塊化。而由于工業(yè)自動化系統(tǒng)設計的范圍及廣度的增加，需要一個統(tǒng)一的平臺軟件，實現(xiàn)各個功能的統(tǒng)一運行。國內(nèi)外大的工業(yè)自動化軟件企業(yè)都將自己的模塊化軟件統(tǒng)一運行在自己的平臺之上，而且該平臺具有高度的開放性和擴展性，相關廠商的產(chǎn)品就可以在該平臺上進行開發(fā)。

(5)工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)的綜合管理化

目前各個工業(yè)自動化軟件廠商不僅是為企業(yè)提供監(jiān)控功能軟件的廠商，而且能根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的要求，提供豐富的管理軟件，向著工業(yè)自動化解決方案廠商的轉(zhuǎn)變。他們?yōu)槠髽I(yè)提供了資產(chǎn)管理、質(zhì)量、批次管理等豐富的軟件。而且隨著企業(yè)信息化的推進，目前都在積極提供為企業(yè)ERP進行數(shù)據(jù)支撐的MES解決方案。最明顯的就是不少廠商推出了基于S95標準的MES解決方案，比如Wonderware公司的生產(chǎn)事件模塊PEM(ProductionEventsModule)就是遵循S95標準的生產(chǎn)效能跟蹤管理的解決方案。

在工業(yè)自動化軟件支持的數(shù)據(jù)點數(shù)、處理能力以及可伸縮性或擴展性等方面，都有明顯的發(fā)展和提高。廠商考慮越來越多的是系統(tǒng)隨時間推移而增值和延長項目的生命周期，從整體上提高系統(tǒng)建設的投資回報率。4

工業(yè)自動化軟件系統(tǒng)的應用實例

電廠外圍系統(tǒng)是電廠生產(chǎn)和經(jīng)營管理的重要環(huán)節(jié)，但相對于機爐控制而言，其運行方式比較簡單，基本都是就地獨立控制。

(1)運行人員投入多，成本太高;

(2)由于位置分散，距離集控室較遠，給系統(tǒng)的運行、維護和管理帶來許多困難。因此，采用先進的網(wǎng)絡控制技術，實現(xiàn)所有外圍系統(tǒng)集中控制，不僅可以在很多方面解決系統(tǒng)設計和設備存在的問題，而且將為構建統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)，實現(xiàn)管控一體化創(chuàng)造一個良好的基礎。下面以筆者在某電廠外圍設備集中監(jiān)控系統(tǒng)中的實施方案為例，介紹應用Wonderware的工業(yè)自動化軟件FactorySuite套件實現(xiàn)的火電廠輔助設備計算機實時監(jiān)控系統(tǒng)。實踐證明該方案從設計到實施都取得了良好的效果。

4.1

計算機實時監(jiān)控系統(tǒng)所需監(jiān)控的子系統(tǒng)對象

某實時監(jiān)控系統(tǒng)由下列子系統(tǒng)對象構成:

(1)化學補給水控制系統(tǒng);

(2)凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng);

(3)汽水取樣及加藥系統(tǒng);

(4)輸煤系統(tǒng);

(5)凈水站系統(tǒng);

(6)循環(huán)水泵房系統(tǒng);

(7)工業(yè)水泵房系統(tǒng);

(8)燃油泵房系統(tǒng)。

雖然各子系統(tǒng)部署分散，但綜合起來，其數(shù)據(jù)采集和控制現(xiàn)場設備是由三類由多臺SCHNEIDERMODICON的QUANTUM系列PLC、AB公司的Conlogix系列控制器和一個基于Modbus的遠程I/O組構成。

4.2

監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構

鑒于上述電廠各外圍系統(tǒng)子系統(tǒng)的具體情況，根據(jù)各子系統(tǒng)發(fā)布情況和各系統(tǒng)的I/O規(guī)模，設計了4個現(xiàn)場I/OServer,與上位機通過網(wǎng)絡實施集中監(jiān)控。應用InSQL建立實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，應用InTouch開發(fā)建立分類的圖形畫面監(jiān)控工作站，應用ActiveFactory建立相應的數(shù)據(jù)分析客戶端，應用SuiteVoyager軟件建立基于圖形畫面監(jiān)控工作站現(xiàn)場和數(shù)據(jù)分析客戶端的工業(yè)實時信息圖形門戶，實施廠內(nèi)安全級別內(nèi)的B/S結(jié)構的遠程工業(yè)實時信息監(jiān)視，方便與電廠企業(yè)ERP系統(tǒng)互連，其系統(tǒng)結(jié)構如圖1所示。圖1

監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構示意圖

4.3

系統(tǒng)軟件

系統(tǒng)軟件監(jiān)控畫面采用層次型結(jié)構設計，各子系統(tǒng)之間很容易切換，直觀反映現(xiàn)場工況，且便于操作人員使用，簡潔、直觀、功能完善是它的最大特點。采用層次型結(jié)構便于操作人員完成多個子系統(tǒng)的準確切換，避免由于系統(tǒng)結(jié)構繁瑣造成的誤操作。各子系統(tǒng)也采用相近的功能菜單，切換方便，功能完善，在同一幅主畫面內(nèi)可完成多項操作功能。

監(jiān)控系統(tǒng)包括系統(tǒng)畫面生成、事故追憶系統(tǒng)、各種曲線顯示和打印、各種報表生成等。監(jiān)控畫面要符合電廠監(jiān)控系統(tǒng)人機界面的設計風格，按照分級瀏覽、逐級細化的原則設計畫面，采用彈出式窗口、下拉式菜單等多種符合Windows標準的設計手段實現(xiàn)畫面的切換和顯示，單個畫面的工藝流程、信息顯示(包括運行參數(shù)、狀態(tài)、故障情況等)和各種曲線要布局合理、生動，色調(diào)柔和。事故追憶系統(tǒng)包括所有進入控制系統(tǒng)的事件(如參數(shù)、反饋等)以及控制系統(tǒng)本身發(fā)生的事件(如卡件或通訊故障等)，所有I/O點均可以曲線的形式顯示，為實現(xiàn)系統(tǒng)運行在線分析、診斷提供豐富的數(shù)據(jù)資源。

5

結(jié)束語

盡管工業(yè)自動化系統(tǒng)變得越來越復雜，對自動化軟件系統(tǒng)的要求也越來越高，但是工業(yè)自動化系統(tǒng)軟件技術正在快速發(fā)展，越來越先進的新系統(tǒng)技術給解決復雜大系統(tǒng)的優(yōu)化控制與實現(xiàn)管理扁平化提供了強大的技術后援，鼓舞人們?nèi)ソ鉀Q一個又一個的技術難題。上述討論的問題，是作者多年從事工程實踐的一些認識，不知是否恰當。

國際自控軟件設計的最新趨勢（II）：CASE工具篇及總結(jié)2007-8-10

作者：

轉(zhuǎn)載自：TNI軟件中國代表處

編輯：問天

點擊進入論壇三、CASE工具篇

在上篇介紹文章中我們介紹了國際自動軟件設計領域中仿真校驗的趨勢，接下來我們來談談CASE這個概念。CASE是英文ComputerAidedSoftwareEngineering的縮寫，主要是指利用一整套的方法和工具對系統(tǒng)規(guī)則進行建模，并自動生成合適的程序。CASE概念在IT界已經(jīng)流行多年，現(xiàn)在已經(jīng)是必不可少的常用手段。而在自控軟件設計領域，CASE概念的流行還是最近幾年的事情，但發(fā)展速度之迅速卻是出乎許多人的預料。由于CASE概念為自控軟件設計領域帶來脫胎換骨般的變化，使整個領域提升至一個全新的高度，在短短一兩年的時間內(nèi)就迅速在歐美自控界普及開來。令人遺憾的是在國內(nèi)自控界卻幾乎無人談及，也很少有這方面的介紹文章。

CASE概念在自控軟件設計領域中的應用主要還是圍繞著標準V型設計流程來展開（見圖）。在設計的各個階段，盡量多的使用計算機手段幫助設計人員高質(zhì)量地完成設計，并盡可能地減少需要使用的不同工具或產(chǎn)品種類，減少不同工具之間的數(shù)據(jù)重新捕獲，提高設計復用性，減輕設計人員掌握不同工具所需的學習量，降低整個設計和運營成本。下面，我們就根據(jù)V型圖的設計流程，逐一介紹一下CASE概念在自控軟件設計領域中的應用。1、設計規(guī)格說明書：可執(zhí)行的規(guī)格說明書（形式化設計）

自控軟件設計的第一步是根據(jù)用戶需求完成設計規(guī)格說明書。設計說明書是后面所有工作的基礎，它的好壞直接影響到整個設計的好壞。目前國內(nèi)普遍使用基于文本的工具編寫（如Word、Excel等）。但是，由于文本語言自身的特點，對于相同的文本每個人的理解經(jīng)常會出現(xiàn)差異，基于文本的設計說明書不可避免地在用戶和設計人員之間造成歧義和誤解。這些錯誤往往要到設計的最后階段甚至到現(xiàn)場安裝階段才被發(fā)現(xiàn)，造成巨大浪費并付出重大代價。因此，如何在設計的最初始階段解決所有的歧義，充分和用戶溝通并確保設計規(guī)格說明書完全符合用戶需求就顯得極為重要。

目前國際上的做法是在文本說明書的基礎上，全面使用“可執(zhí)行”的說明書。所謂“可執(zhí)行”，是指在設計的最開始階段，設計人員通過對用戶需求的分析，對系統(tǒng)進行高層設計，使用用戶熟悉的圖形化方法對系統(tǒng)進行分解和形式化建模。這就把基于文本的設計規(guī)格說明書可視化，同時清晰準確地和客戶溝通。對現(xiàn)場對象的形式化建模能夠清除在用戶需求清單中含糊不清的條款，降低在項目后期再對設計進行修改的風險。從而在設計的開始階段就避免所有的歧義、誤解和含糊不清的地方。這就是可執(zhí)行的規(guī)格說明書，也是目前國際上非常流行的形式化設計的一種形式。國內(nèi)有些單位也已經(jīng)認識到基于文本的設計說明書的缺陷，有時在和用戶溝通的過程中也會使用Visio之類的工具畫出高層功能分解，并拿給用戶看。不過，這種做法的缺陷在于，這樣的圖形表示實際上只是一個示意性的說明，無法進行模塊間連接有效性的檢查。另一方面，這種示意圖在實際系統(tǒng)實現(xiàn)時僅能作為參考，無法與實現(xiàn)過程緊密結(jié)合并強制地要求實際實現(xiàn)與其完全一致，從而大大削弱了其實際作用。2、設計：自頂向下、自底向上的設計方法

通過對高層需求的功能性分解，把整個系統(tǒng)逐步分解為最基本的組件，可以通過圖形化語言描述組件，完成設計。這是自頂向下的設計方法。

另一方面，在系統(tǒng)存在許多有共性或相同的組件，設計一個組件模板，就可以通過復制生成許多實例，像搭積木一樣把整個系統(tǒng)設計出來。這是自底向上的設計方法。最有效的設計工具應該支持兩種方法的混合使用。

每當做完一個組件設計，應該可以很容易地進行單元測試，確保組件的正確。另外，對由多個組件組成的復雜組件，最好能復用各單元測試的結(jié)果進