基于Zachman框架的需求工程建模方法研究

1、基于Zachman 框架的需求工程建模方法研究柴小卉（西安交通大学，会计学院，陕西，西安 710016）摘要：全面而准确地描述企业本质需要从多个角度建立企业的需求模型，建议采用用于信息系统体系结构的Zachman 框架来考察需求分析活动，在数据（what）、行为(how、位置(where、人员组织(who、时间(time和动机(why六方面构建描述企业需求的数据模型、行为模型、位置模型、时间模型、人员和组织模型以及动机（规则）模型，形成分析信息系统需求的建模框架，这种框架具有多视角、灵活应对变化、与技术无关以及与现有建模方法有效集成4大优点。 关键字：需求工程、Zachman框架、建模1 问题

2、的提出随着系统规模的不断扩大，软件应用领域的不断拓展，需求分析已经从软件开发周期中的一个阶段，演变成为一个软件项目成功与否的核心和关键。需求工程研究领域中需求建模的方法和工具很多，但是大都局限于从局部一个侧面考虑问题1。而能把所知内容组织起来的信息系统体系结构框架Zachman 框架，是一个具有多视角多视点的具有强大内涵的分析工具，它用一组模型集表示企业体系结构的各个方面，提供理解一个复杂结构的通用上下文，能够在开发或变更此复杂结构的不同参与方之间保持通信。本文试图把需求分析活动引入到Zachman 框架中，把其看作体系结构层次的一个过程，描述整个需求过程的结构，提出一种新的需求工程方法基于多

3、视角的企业体系结构需求建模方法。2 Zachman框架结构 简述1987年，John Zachman发表了题为Framework for information systems development 2的论文，阐述了对系统开发工作中信息结构的看法：系统开发是由具有不同观点的若干类人员共同完成的，这与认识系统开发是由不同阶段完成的同等重要；并且在系统开发中考察的对象不应仅限于数据和功能，还应包括地点。文中给出了一个矩阵（称之为Zachman 框架）。随后，在1992年，又在此矩阵中增加了人员、时间和动机三列, 改进后的框架如下表。该矩阵中的行代表系统开发过程中不同人员的观点，列则表示该过程中不

4、同的方面。“不同人员的观点”也称为视点，分别是： （1）范围（规划者视图）：定义企业方向和业务宗旨。包括对系统开发边界的定义，是建立任何系统开发环境所必须的。 （2）企业模型（企业所有者视图）：用企业术语定义企业的本质，包括其结构、处理、组织等。 （3）基本概念模型（体系结构师视图）：Zachman 把这一行称为“信息系统设计师视图”。此视图用更严格的术语定义第二行所描述的企业，描述每个业务处理所要完成的功能。 （4）技术模型（设计师视图）：描述如何采用某种技术解决上面各行确定的信息处理需要。 （5）详细表述（构建者视图）：是关于特定语言、数据库存储表述及网络状况等具体细节。 （6）运行系统：

5、以新系统的形式向用户展示一个新的视图。 矩阵的列表示每个视点不同的兴趣领域：（1）数据：对应该列的每一行都是对用户有重要意义的事务的理解和处理。 （2）行为（Zachman 在其最初的框架中称之为“功能”）：是企业为维系生存而采取的行为。 （3）位置（Zachman 在其最初的框架中称之为“网络”）：描述各种活动的地理分布。（4）人员和组织：描述在业务及新技术引进所涉及的人员或组织。（5）时间：描述时间因素对企业的影响。目标/范围 规划者视图 企业模型 企业所有者视图 基本概念模型 构架师视图 技术模型 设计师视图 详细表述 构建者视图 运行系统（6）动机：是企业目标和战略到具体部门和手段的转

6、换，包括企业运营的一整套行业规则约束。人 （Who ） 组织方法 组织结构图 用例、可行系统时间 （When ） 商业控制时间表 状态/转换图 实体生命历史动机（Why ） 商业设想及任务 战略、战术政策及规则 商业规则模型 规则设计 规则表述，程序逻辑数据 （What ） 企业重要事项行为 （How ） 企业所做处理位置 （Where ）企业位置 物流网络语言、分支 处理模型 数据模型 实体/关系收敛模型 数据库设计 物理存储设计实质数据流图角色位置图系统设计、软硬件分程序结构 布 程序详细设计用户接口、控制结构 安全设计网络架构，显示界面，时间规定 协议 安全编码工作系统转换后的数据 可执

7、行程序通信机制培训后的职员商业事件 强制规则表：Zachman 框架2下的定义4：由此可见，在Zachman 框架中定义了两种表（1）用户解决问题或达到系统示方法：一是不同人的视点，描述信息系统目标所需要的条件；（2）为满足一个协约、开发中相关人员的不同视图。二是区分系统标准、规格或其他正式制定的文档，系统或的不同焦点。这些焦点用来划分企业相关特系统构件所需要满足和具有的条件或能力；征和强调系统不同的方面。这些焦点称为视（3）对上述条件的文档化的描述。需求工角，其定义是描述一个企业信息系统的某一程是发现、记录和管理计算机系统需求的过特定方面，提供以产品为中心的系统属性模程，其目的是尽可能产生一

8、组完整的、一致型。视角的作用是识别相关特征和剔除无关的、相关的能够反映客户真实需要的系统需5特征。虽然这些不同视角都与同一个系统有求。需求活动以“工程化”的方法被提出、关，但他们相互保持独立。Zachman 框架定分析和组织，逐渐形成一整套需求研究的过义一个体系结构集合，管理企业内各种变化程和方法。需求工程方法大致有6：（1）面和支持企业内的系统集成，是一个企业描述向过程分析方法。主要研究系统输入输出转表示（如模型）的分类和组织的逻辑结构。化的方式，不重视数据本身和控制方面，传它对企业系统的管理和开发至关重要。 统的结构化方法SA 、SADT 属于这一范畴。 （2）面向数据的方法。强调以数据结

9、构的形式描述和分析系统状态，JSD 和ER 模型都3 需求工程方法和问题是面向数据的方法。（3）面向控制的方法。强调同步、死锁、互斥、并发以及进程激活软件行业中软件项目的成功取决于两和挂起，数据流图就是典型的面向控制的方个条件：一是客户能够清楚地说明需要做什法。（4）面向对象的方法。把分析建立在系么工作，二是软件工程师能够以合理的价格统对象以及对象间交互的基础之上，以3个交付合格的产品3。这里“需要做什么工作”最基本的方法框架对象及其属性、分类对软件来讲，就是需求。IEEE 为需求作了如结构和集合结构来定义和沟通需求。这种方法正在成为需求分析中的一个热点。Yourdan 和Coad 的OOA

10、方法，Booch 方法、Jacobson 的OOSE ，Rumbaugh 的OMT 都是OOA 分析方法。这些方法从需求建模、需求定义和分析等角度对需求工程提供支持。其中需求建模是需求分析活动的核心和关键工作，建立需求模型的目的是为了准确全面地获取客户的需求，同时使那些没有经过建模专业知识训练的人能理解和评审需求模型。目前这方面的研究存在的一些问题有：（1）用户与开发者协同问题。需求工程应该是一种协同、契约型作业，是用户和开发部门一同达到的一个精确、无二义的协议声明5。没有好的方法指导用户广泛参与需求的获取、定义和分析，建立的模型对用户来讲晦涩难懂，对用户行为缺少分析是需求工程存在的最大障碍。

11、（2）目前的各种建模工具大都从一个局部侧面描述需求1，能对整个需求获取和分析进行全面指导和描述的方法和工具很少。对问题域的局部理解致使需求分析中存在需求遗漏和冲突，用户对开发出的系统认可程度不高。（3）不区分需求分析过程与应用技术满足需求的过程，把需求分析和系统设计这两个系统开发生命周期阶段混淆。这种思考方法带来的问题有：不能客观分析业务现状，带着求解空间的设想进行需求分析；不能得到企业人员所看到的事物背后的基础结构和基本观念，受技术实现的制约。面向对象分析方法就是这种情况的典型例子。4 基于Zachman 框架的需求建模方法分析通过上面对Zachman 框架的描述以及分析目前需求工程发展中存

12、在的问题，我们得到启发：需求分析应由能够关注企业本质及其在信息方面的需求的人员来完成。同时应的机制。需求分析对这一视图进行分析和转化，确定企业的基础结构和基本功能，形成体系结构师视图。在Zachman 框架中，视角划分为若干个兴趣领域。每个兴趣领域由若从不同的多个角度去看待问题，以搞清企业的本质和对新系统的需求。Zachman 框架的两种描述方式通过对企业信息关注的分离，能清楚地描述企业内各种人员关注信息的焦点以及各焦点之间的关系，考虑信息系统体系结构建设的六个方面即数据、行为、位置、人员和组织、时间和动机基本上包括了信息系统分析、设计、实现、运行中所应涉及的各个方面，因此需求分析活动中需求的

13、获取、描述和分析也完全可以从这几个方面入手考虑，基于多视角建立需求模型，并且在相关视角的模型中加入需求工程已有的研究成果如纳入多视点方法7、基于用户面向领域方法等。另外，把需求分析活动至于Zachman 框架下，作为建立企业体系结构的一个环节，得到的需求分析结果更加符合建立企业体系结构的原则，可以更好地支持企业体系结构的创建活动。根据Zachman 框架考虑需求分析活动构建基于多视角的企业体系结构需求模型，基于以下假设：（1）需求分析要解决的是问题空间的问题，即需求分析是关于“做什么”的，需要解决诸如企业的本质是什么，它在哪，何时由谁以什么方式来使用信息等问题。需求分析过程中所形成的模型与技术

14、无关。（2）在Zachman 框架中，需求分析看作是把企业所有者视图转换为体系结构师视图的过程7。在这个转换过程中，产生描述企业人员所看到的事物背后的基础结构和基本观念。这些基础结构和基本观念既不来自于企业所有者视图也不来自于设计师视图。基于以上假设，我们考虑的需求分析模型框架主要为上表中灰色背景的两行之间的转换。通常用行业术语来表达第二行企业所有者视图，其内容是当前企业运营所涉及干个产品来表述，这些产品一般表现为图表及附带的文字描述。因此，需求分析活动可以通过六个视角的模型表示，对企业进行描述和刻画，构建出企业需求模型集。其形式为：EMS=fDM,AM,OM,TM,LM,MM 其中：EMS

15、：企业需求模型集，DM ：数据模型，一般用Barker E/R图建立；AM ：行为模型，用功能层次图、实质数据流图或者IDEF0和UML 工具建立；OM ：组织模型，用用例和控制论系统模型构建；TM ：事件和时序模型，用状态/转换图、实体生命历史8等方法建立；LM ：位置模型，用网络图表示；MM ：动机模型（规则模型），用ORM 表示商业规则模型。表示企业需求模型集S 与这六种模型彼此作用和制约的函数关系，在形成EMS 基础上构建企业信息基础结构和设施。这六种模型详细描述为：（1）数据模型DM 。对反映企业本质的数据进行分析，把企业所有者对日常运营中所出现事务的看法转换为该企业的基本事务模型。

16、该模型确定对企业收集信息具有重要意义的事项。一组数据可对应有“发散的”多个企业所有者视图，所有者视图体系结构师模型则把上述视图汇聚为一个“收敛的”统一的视图，它比企业所有者视图更为抽象，反映企业数据的概念结构。（2）行为模型AM 。确定当前过程和企业的基本功能。对应于总是偏向于当前机制的企业所有者视图，AM 确定实质执行的功能，不考虑以后采用的技术。（3）位置模型LM 。确定业务处理所处的位置。网络技术的发展使得位置在软件开发和实现中的重要程度越来越高。LM 考察每个处理位置所起的作用，并给出由这些位置所构成的功能网络的描述。（4）人员和组织OM 。确定在企业运营 中什么人扮演什么角色。现代企

17、业仅凭员工的隶属关系考察组织中各种角色的作用及其通信关系是远远不够的，组织结构图不足于描述企业的本质。avid C.Hay7引入可行系统的控制论模型9，来描述和建立OM 。也可以使用用例，描述不同的系统观察者与系统的交互。（5）事件和时序TM 。确定时间对企业运营的影响。既要考虑到企业的时间安排，也要考虑到导致企业行为的事件。认真考察这些事件，并把它们转换成标准形式，以便更好地理解数据关系、功能和业务规则。（6）动机MM 。确定企业的商业策略，及所支持的战略战术以及由这些战略战术导出的约束企业运营方式的商业策略和规则。决定企业数据完整性的商业规则以往并没有引起人们足够的重视，一般只是在杂乱的分

18、析和设计文档中做些模糊的说明10。其实，商业规则本身并不是数据的一部分，商业规则通常通过程序处理来实现。MM 可以借鉴公司用户组织中GUIDE 商业规则小组的商业规则组动机模型11来建立。这些模型从各个不同方面描述同一个事物，它们既相对独立又彼此浸透，在对一个视角进行建模时要考虑其他五个视角对其的影响。这种互相影响的关系还应进一步仔细研究。EMS 组成及其关系如图示图：企业需求模型EMS 组成及其关系需求建模方法是前面提到的面向过程、面向5 基于Zachman 框架需求建模方法的数据、面向控制和面向对象等各种方法的有特点效集成。因为确定需求分析过程与技术无关，因而可以根据项目的实际情况，选择最

19、（1）多视角考虑需求。通过Zachman适合的工具和描述方式。如建立数据模型时框架，给出需求分析活动的总体框架，使得可以使用外观简洁、完整易于业务人员理解人们更加全面地考虑问题，综合各种因素分的Barker 先生的数据建模表示法，在表示人析需求，不再仅局限于功能、数据等因素，员、组织与系统的交互时，又可以使用用例加入同样重要但常常被忽视的人员、位置、技术，并融合多视点需求分析方法12的优时间等因素，避免需求遗漏和需求冲突，保证一致性。 点，而在反映商业规则时，使用描述规则约（2）灵活应对变化。把需求分析活动束见长的对象角色模型ORM 来表示。这样纳入Zachman 框架中考虑，可以以更宽的视可

20、以更加客观有效和完整地表达企业实质。 角对需求分析这一领域进行阐述，需求分析 过程中所运用的任何技巧都可以填写到此6 结语 框架矩阵中。Zachman 框架内36个单元不 同的视角和视点组合，为信息系统开发提供信息系统开发过程中一个很重要的问完整体系结构的强大的术语层次。其最有吸题就是如何对问题域进行描述。为了方便对引力的特征是提供足够灵活的能力应对业问题域的局部进行理解，人们提出了许多成务情况和资源可能的变化。在这样一个框架熟的技术，但对于如何从全局的角度上支持中思考需求问题同样具备这种灵活性。 对问题域的理解，也就是如何对整个问题域（3）与技术无关。在企业所有者视图进行建模这个问题上，至今

21、尚未出现一个很到体系结构师视图的转换过程中创建各种完善的方法。基于多视角的企业体系结构需结果，可以充分描述企业人员所看到的事物求建模方法提供一个需求建模框架，这个框背后的基础结构和基本概念，不受所采用技架下可以多视角全面考虑各种需求因素，用术的影响。从软件构架师视图到设计师视图表示简单清晰，可直接与用户交流，完整一还要做一次转换，这种关注点适度分离，导致的一组模型集全面反映企业的基础结构致设计和实现也适度分离，带来的好处是软和基本观念，刻画和反映企业的本质特征。件开发过程更易于监控，减少业务变动对设同时其与设计和实现技术适度分离的特点，计和实现带来的冲击，避免因数据、功能、可以使设计和实现活动

22、更好地适应企业需规则和人员、位置需求相互缠绕，需求的一求的不断变化。个微小变动牵扯系统很多方面的问题。这种先期成本的付出是值得的。（4）建模方法有效集成。基于多角度参考文献：1 许琥, 信息系统建模技术的分类及比较J, 计算机与现代化,1999.52 Sowa, J.F, and John A. Zachman. “Extending and Formalizing the Framework for Information Systems Architecture,” IBM Systems Journal, 31:3. IBM Publication G321-5488 . 1992 3

23、Economist，“All Fall Down”，March 20,1993，P894 IEEE，IEEE Software Engineering Standards Collection. Los Alamitos,CA:IEEE Computer Society Press,19975 Ian Sommerville，Pete Sawyer，需求工程M，机械工业出版社，2003.86 卢梅，李明树，软件需求工程方法及工具评述J，计算机研究与发展，1999.11 7 David C. Hay, Requirements AnalysisM,清华大学出版社，2003.4：211-236 8

24、 Robinson K., and J.Hall.Logical Data Modeling and Process SpecificationM. Stamford, Ct: Model Systems Consultants, Inc .1991 9 Beer,S.The Heart of EnterpriseM.Chichester,UK:John Wiley&Sons.1979 10 Von Halle,2002,Business Rules AppliedM.New York: John Wiley & Sons, Inc 11 Business Rules Grou

25、p.1995.”Business Rules: What Are They Really?” 12 李剑， 毋国庆， 陈伟清， 基于多视点的需求描述模型J， 小型微型计算机系统， 2000.9 Study on Requirements Engineering Modeling Technique Based on Multi-perspective Enterprise Architecture Framework Chai Xiaohui (Accounting School,Xian JiaoTong University，Shanxi, Xian 710