1. 自八十年代以來，面向?qū)ο蟮姆椒ê图夹g(shù)已受到人們的廣泛重視，越來越多的人開始采用面向?qū)ο蟮姆椒▉碓O(shè)計(jì)與開發(fā)軟件[1,2,4]。計(jì)算機(jī)軟件的一個(gè)主要功能是用于刻劃和模擬客觀世界中的某些活動，而面向?qū)ο蠓椒ㄖ械膶ο笳菍陀^世界的一種直接模擬。因此，用面向?qū)ο蠓椒ㄩ_發(fā)軟件就顯得比較自然，設(shè)計(jì)出的軟件結(jié)構(gòu)與問題結(jié)構(gòu)有較好的對應(yīng)，使得軟件對問題的變化有較好的適應(yīng)性，從而易于修改與擴(kuò)充（維護(hù)）。另外，面向?qū)ο蠓椒ㄖ械念?、封裝以及繼承等機(jī)制為軟件的設(shè)計(jì)與復(fù)用帶來了便利，從而可提高軟件生產(chǎn)率。 在面向?qū)ο蠓椒ㄖ校志脤ο蟾拍畹囊?，使得對象可以穿越時(shí)間和空間，即對象在其創(chuàng)建者消亡后還可以繼續(xù)存在，并且可以從一個(gè)地址空間（內(nèi)存）轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地址空間（磁盤）。本文根據(jù)對象的這一特征，提出了開發(fā)控制系統(tǒng)人機(jī)界面的一種策略，在該策略中，人機(jī)界面中的畫面被看成是由一組持久對象構(gòu)成，它們分別對應(yīng)于一些實(shí)際受控設(shè)備，人機(jī)界面的功能由畫面中的這些對象來完成。畫面中的對象在畫面設(shè)計(jì)時(shí)被創(chuàng)建，然后，這些對象可以脫離其創(chuàng)建者（畫面設(shè)計(jì)工具）而繼續(xù)存在，并從內(nèi)存轉(zhuǎn)移到磁盤。實(shí)施系統(tǒng)控制時(shí)，設(shè)計(jì)好的畫面從磁盤裝入內(nèi)存，其中的對象就開始對受控系統(tǒng)實(shí)施控制。 本文首先介紹利用持久對象概念開發(fā)人機(jī)界面的主要思想，然后對人機(jī)界面中畫面對象的設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮，最后以電力控制系統(tǒng)人機(jī)界面的開發(fā)為例，給出這一策略的具體應(yīng)用描述。 2. 在整個(gè)軟件系統(tǒng)的開發(fā)中，人機(jī)界面的開發(fā)往往要占很大一部分工作，并且人機(jī)界面的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的可用性和其它性能。這里，我們提出了一種基于持久對象概念的控制系統(tǒng)人機(jī)界面開發(fā)策略，在該策略中，把人機(jī)界面中的畫面看成是某個(gè)受控系統(tǒng)的一個(gè)抽象，一個(gè)畫面代表了一個(gè)受控系統(tǒng)，畫面中的每個(gè)元素（稱為畫面元素）對應(yīng)于一個(gè)受控對象（設(shè)備），整個(gè)畫面是由一組抽象對象（畫面元素）構(gòu)成，他們的屬性與操作反映了各受控對象的特征。因此，這里的畫面不再是一些被動的圖形，而是體現(xiàn)系統(tǒng)行為，并參與系統(tǒng)各項(xiàng)活動的一組對象。 采用本文提出的策略，可把控制系統(tǒng)人機(jī)界面的開發(fā)分為兩個(gè)階段：離線階段（off-line）和在線階段（on-line）。1）離線階段提供一個(gè)畫面設(shè)計(jì)工具，用于對控制系統(tǒng)人機(jī)界面中的畫面進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的畫面作為一組持久對象存入磁盤（文件或數(shù)據(jù)庫）；2）在線階段裝入由（1）設(shè)計(jì)的畫面，作為控制系統(tǒng)的人機(jī)界面，這時(shí)，該畫面中的對象與控制系統(tǒng)其他部分共同構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，對受控系統(tǒng)實(shí)施控制。 從上述描述中可看出，畫面中的對象具有兩種角色（圖1）：在離線階段，一旦被創(chuàng)建，這些對象就作為畫面設(shè)計(jì)工具的一部分，與其他部分一起共同完成畫面的設(shè)計(jì)工作；在在線階段，一旦被裝入，這些對象就作為控制系統(tǒng)的一部分，參與系統(tǒng)的控制。畫面中的對象由畫面設(shè)計(jì)工具創(chuàng)建，但它們可以脫離畫面設(shè)計(jì)工具而繼續(xù)存在，并從內(nèi)存轉(zhuǎn)移到磁盤。在控制階段的某一時(shí)刻，畫面也可被存入磁盤，這時(shí)存入磁盤的對象的狀態(tài)就反映受控系統(tǒng)那一時(shí)刻的狀態(tài)，是系統(tǒng)狀態(tài)的歷史記錄。 采用上述人機(jī)界面開發(fā)策略所帶來的好處有以下幾點(diǎn)： ·用戶可以利用提供的工具自己設(shè)計(jì)所需畫面，而不是被動地接受開發(fā)人員為之開發(fā)的固定畫面。 ·隨著受控系統(tǒng)規(guī)模的變化，畫面可以很方便地被修改（重新設(shè)計(jì)）。 ·當(dāng)受控系統(tǒng)增加新類型的受控對象時(shí)，由于系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，一般只需增加新的類定義，系統(tǒng)擴(kuò)充比較容易，并且新類可以繼承已有類的很多特征，便于復(fù)用。 ·受控系統(tǒng)的狀態(tài)可以隨時(shí)作為一組（持久）對象保存起來，需要時(shí)，重新調(diào)入它們即可再現(xiàn)受控系統(tǒng)的歷史狀態(tài)。 ·用本策略設(shè)計(jì)的開發(fā)工具可作為一種通用的工具，用于開發(fā)某一類系統(tǒng)的人機(jī)界面，如各個(gè)地區(qū)（或部門）的電力控制系統(tǒng)。 3. 如上所述，在控制系統(tǒng)人機(jī)界面中，受控系統(tǒng)可由一個(gè)畫面來抽象表示，畫面中包含了若干畫面元素，這些畫面元素作為對象代表了一些實(shí)際受控對象。由于這些對象（畫面元素）作用于畫面設(shè)計(jì)與系統(tǒng)控制兩種環(huán)境，因此在設(shè)計(jì)這些對象的屬性與操作時(shí)，必須考慮他們在這兩種不同環(huán)境中的作用。 首先，一個(gè)畫面本身就是一個(gè)對象，它是整個(gè)受控系統(tǒng)的一個(gè)抽象表示。 其特征可由一個(gè)<畫面類>來描述，它由屬性與操作構(gòu)成。其中屬性包括畫面元素集、背景顏色、縮放率等等；操作有畫面的存/取、縮放、畫面元素的增加/刪除及畫面顯示等等。 其次，畫面元素可分成兩部分：一部分是與受控對象無關(guān)的輔助元素，其作用主要是加強(qiáng)畫面的生動性，對畫面作補(bǔ)充說明，如：文字、各種靜止圖形（矩形、橢圓、線等），它們主要參與畫面設(shè)計(jì)工作；另一部分是與受控對象有關(guān)的畫面元素，它們分別對應(yīng)于一個(gè)受控對象，除了具有輔助畫面元素的特征外，這些畫面元素還反映了受控對象的狀態(tài)，它可參與畫面設(shè)計(jì)與系統(tǒng)控制兩方面的工作。 根據(jù)畫面元素在不同環(huán)境中的作用，其屬性主要包括圖形信息和受控對象狀態(tài)信息。圖形信息由一組或幾組圖形對象構(gòu)成，它們用于畫面元素的顯示。這里，輔助畫面元素只包含一組圖形對象，即只有一種顯示狀態(tài)；其他畫面元素可以包含幾組圖形對象，在系統(tǒng)控制時(shí)它們根據(jù)受控對象的狀態(tài)，顯示其中的一組圖形。受控對象狀態(tài)信息包括受控對象標(biāo)識、受控對象狀態(tài)數(shù)據(jù)等。其中受控對象標(biāo)識是在畫面設(shè)計(jì)時(shí)定義，用于標(biāo)識相應(yīng)的受控對象；受控對象狀態(tài)數(shù)據(jù)是在實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)時(shí)，根據(jù)受控對象標(biāo)識從相應(yīng)設(shè)備中獲取，它反映了受控對象在某一時(shí)刻的狀態(tài)，其主要作用是用于決定顯示畫面元素的哪一組圖形。 畫面元素的操作也分成兩個(gè)部分：畫面設(shè)計(jì)與系統(tǒng)控制。畫面設(shè)計(jì)操作主要有顯示、移動、縮放、改變顏色/字體、定義受控對象標(biāo)識等等。系統(tǒng)控制操作有數(shù)據(jù)采集、由采集到的數(shù)據(jù)決定顯示狀態(tài)（變換圖形、改變顏色、閃爍等）、協(xié)助操作員進(jìn)行系統(tǒng)控制操作等等。這里，畫面元素的數(shù)據(jù)采集與控制操作不必直接與具體受控設(shè)備打交道，可通過一個(gè)數(shù)據(jù)庫來完成（圖2）。實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，畫面元素定期從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)；同樣，控制數(shù)據(jù)由畫面元素放入數(shù)據(jù)庫，設(shè)備控制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫存中獲取控制信息對設(shè)備進(jìn)行控制。畫面元素的特征可由<畫面元素類>來描述，它與<畫面類>之間構(gòu)成部分與整體關(guān)系。 最后，在設(shè)計(jì)畫面元素的圖形信息時(shí)，可采用一個(gè)類層次結(jié)構(gòu)來描述各圖形對象類之間的關(guān)系。畫面元素所包含的圖形對象可以是正文、矩形、橢圓、線等一般圖形，也可以是：時(shí)間、數(shù)值、坐標(biāo)軸、儀表表針、儀表表盤、直方圖以及曲線等具有實(shí)際意義的圖形。他們分別屬于不同的類，其父類可用一個(gè)<圖形類>來描述，各種圖形對象類之間構(gòu)成一般與特殊的層次關(guān)系（圖3）。一組圖形對象表示受控對象的一種狀態(tài)，根據(jù)受控對象的可能狀態(tài)，相應(yīng)畫面元素可包含一組或幾組圖形對象。 畫面元素由畫面設(shè)計(jì)工具創(chuàng)建，設(shè)計(jì)的畫面作為一組持久對象存入磁盤。在控制系統(tǒng)中裝入它們實(shí)施對受控系統(tǒng)的控制。在實(shí)施控制的某一時(shí)刻，畫面也可存盤，這時(shí)，存盤的對象的狀態(tài)就代表了受控系統(tǒng)那一時(shí)刻的狀態(tài)，可作為受控系統(tǒng)的歷史記錄。作為一組持久對象，這些畫面元素可獨(dú)立于創(chuàng)建者而存在，其存在的空間可以是內(nèi)存，也可以是磁盤，并且可以在這兩者之間轉(zhuǎn)移。 4. 電力系統(tǒng)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，電力系統(tǒng)控制是客觀世界的一種活動，其中涉及許多受控對象，如開關(guān)、刀閘、和變壓器等等，每個(gè)受控對象又有其自身的狀態(tài)和對事件的響應(yīng)能力。對電力系統(tǒng)進(jìn)行控制，除了要有良好的控制算法外，還必須要有友好、方便的人機(jī)界面。因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)控制過程中許多參數(shù)的設(shè)置，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)及各受控對象狀態(tài)的顯示等，都是通過人機(jī)界面進(jìn)行的，因此，對于電力控制系統(tǒng)來說，人機(jī)界面直接反映了受控系統(tǒng)的行為。 基于上述的控制系統(tǒng)人機(jī)界面開發(fā)策略，我們在Windows 95環(huán)境中，利用Visual C++所提供的MFC基礎(chǔ)類庫設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)電力控制系統(tǒng)人機(jī)界面開發(fā)工具，它包括畫面設(shè)計(jì)工具和畫面使用工具。這里的畫面主要是指電力系統(tǒng)的接線圖，其中主要包括母線、開關(guān)、刀閘、變壓器、遙測值、儀表圖、直方圖、曲線圖及一些輔助畫面元素。這些畫面元素中，有一些是用不同的圖形來表示受控對象的狀態(tài)，如開關(guān)、刀閘等，根據(jù)這些畫面元素所表示的受控對象的可能狀態(tài)，一般可把它們分為單值、雙值、三值及四值元素，它們分別包含一組、二組、三組及四組圖形對象。 每組圖形對象反映了受控對象的一種狀態(tài)，在系統(tǒng)控制時(shí)，由受控對象的實(shí)際狀態(tài)決定顯示畫面元素的哪一組圖形；畫面中的另一些畫面元素是用數(shù)值來表示受控對象的狀態(tài)，如遙測值、儀表圖、直方圖及曲線圖等，它們把受控對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)（電流、電壓等）用文字、儀表或曲線等形式顯示出來。另外，畫面中還包括一些輔助畫面元素，它們不涉及受控對象，主要用于對畫面進(jìn)行補(bǔ)充說明，如正文及各種靜止圖形。 當(dāng)畫面過大以至不能在一屏中顯示時(shí)，可把它分成幾個(gè)畫面來設(shè)計(jì)，在主畫面中用<畫面引用>來代表其它畫面。<畫面引用>作為一種畫面元素，用于標(biāo)識其它畫面，通過它可以從一個(gè)畫面察看其它畫面。這樣，當(dāng)受控系統(tǒng)規(guī)模較大時(shí)，界面操作人員不至于一下陷入過多的細(xì)節(jié)之中，可以分片、分段地顯示受控系統(tǒng)的狀態(tài)，并對其實(shí)施控制。這進(jìn)一步體現(xiàn)了人機(jī)界面的抽象功能。 畫面設(shè)計(jì)工具主要用于創(chuàng)建畫面元素及它們所包含的圖形對象。其中提供了一個(gè)圖形對象編輯器，用于根據(jù)一些標(biāo)準(zhǔn)圖形元素來構(gòu)造圖形對象組，一個(gè)圖形對象組表示了某個(gè)受控對象的一種狀態(tài)。利用圖形對象編輯器設(shè)計(jì)的圖形對象組可作為一些標(biāo)準(zhǔn)圖形對象組保存起來。在創(chuàng)建畫面元素時(shí)，可利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖形對象組選擇器獲取所需的圖形信息，標(biāo)準(zhǔn)圖形對象組選擇器將列出所有由圖形對象編輯器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)圖形對象組。畫面元素的受控對象標(biāo)識也在畫面設(shè)計(jì)時(shí)定義，受控對象標(biāo)識實(shí)際上代表了數(shù)據(jù)庫中的一個(gè)位置，該位置用于存放受控對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)及一些管理信息（如設(shè)備的容量及地理位置等），通過用戶界面可以獲得這些信息。在存儲畫面時(shí)，畫面元素的狀態(tài)被存進(jìn)磁盤，其類定義存放在類庫中。這里的畫面設(shè)計(jì)工具是一個(gè)開放式工具，畫面及標(biāo)準(zhǔn)圖形對象組均可由用戶自己設(shè)計(jì)。 畫面使用工具作為控制系統(tǒng)的一部分，主要完成以下工作：從磁盤裝入畫面；根據(jù)定時(shí)器消息，向各個(gè)畫面元素發(fā)送數(shù)據(jù)更新消息；各畫面元素在收到數(shù)據(jù)更新消息后，根據(jù)受控對象標(biāo)識從數(shù)據(jù)庫中獲取相應(yīng)受控對象的狀態(tài)數(shù)據(jù)，以決定其顯示狀態(tài)。另外，各畫面元素還可接收人工干預(yù)消息，如參數(shù)設(shè)置等，對數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)數(shù)據(jù)作修改，以控制實(shí)際受控對象的行為。在系統(tǒng)控制的某一時(shí)刻，也可把畫面存盤，這時(shí)，存入磁盤的對象的狀態(tài)就反應(yīng)了受控系統(tǒng)那一時(shí)刻的狀態(tài)，作為受控系統(tǒng)的歷史記錄。 5. 本文提出了一種基于持久對象概念的控制系統(tǒng)人機(jī)界面開發(fā)策略，該策略把人機(jī)界面中的畫面看成是由一組持久對象構(gòu)成，人機(jī)界面的功能由這些對象來完成。畫面由設(shè)計(jì)工具創(chuàng)建，在控制系統(tǒng)中使用。這種人機(jī)界面開發(fā)策略不限于電力控制系統(tǒng)人機(jī)界面的開發(fā)，在其它類似系統(tǒng)的開發(fā)中也能使用。