本章要点
物流信息系统设计是物流信息系统建设中承接系统分析和系统实施的重要环节，物流信息系统设计科学、正确与否将直接关系系统能否正确实现以及系统的质量如何。通过本章的学习，首先要理解物流信息系统的结构化设计的思想、系统总体结构的划分。其次，对于物流信息系统详细设计各部分，要求掌握代码设计、数据库设计、输入输出、处理界面设计等的基本内容和实现方法，理解系统设计说明书的内容及其编写。
5.1 结构化系统设计
物流信息系统是管理信息系统在物流领域的应用，所以管理信息系统的结构化系统设计方法和步骤同样适用于物流信息系统的设计。结构化的物流信息系统设计方法是强调开发方法的结构合理性和所开发的物流信息系统软件的结构合理性的方法。
物流信息系统设计的结构化方法强调用系统工程的思想和工程化的方法，按照用户至上的原则，遵循自顶向下的设计方法，结构化、模块化地进行物流信息系统的设计。结构化系统设计通常和结构化分析方法衔接起来使用，以数据流程图为基础，得到物流信息系统软件的模块结构。结构化系统设计方法特别适用于变换型结构和事务型结构的物流信息系统。在系统设计过程中，从整个程序的结构出发，利用模块结构图来表达程序模块之间的关系。
5.1.1 结构化系统设计概述
物流信息系统的结构化设计强调把一个物流系统设计成具有层次的模块化结构，希望得到的系统的每个模块能完成一个相对独立的特定功能，模块之间的接口简单。
模块结构图是1974年由W.Stevens等人从结构化设计的角度提出的一种工具。
它的基本做法是将系统划分为若干个子系统，子系统下再划分成若干个大模块，大模块内再划分成若干个小模块，而每个模块是具有输入与输出、特定的逻辑功能、运行程序和内部数据的一组代码。在系统设计中，一般只关心模块的外部信息，即模块能完成什么样的功能、模块之间的数据传递和调用关系，具体的实现将在系统实施阶段完成。
1.模块结构图的符号和含义
模块结构图主要由模块、调用、数据信息和控制信息四个部分构成的。
（1）模块
在物流信息系统设计中，模块是指一组程序语句，它包括了输入与输出、逻辑功能、运行的程序和内部信息。一个模块中的输入来源和输出去向在正常情况下都是同一个调用者，即一个模块从调用处获得输入信息，然后经过模块本身的处理，再把产生的输出信息返回给调用者。模块的逻辑功能描述了该模块能够做什么事情，具备什么功能，即能够把输入信息转换成什么样的输出信息。模块的输入与输出、逻辑功能是模块的外部属性，是物流信息系统设计阶段要讨论的问题。模块的内部信息是模块执行的指令和在模块运行时需要的属于该模块自己的数据，和运行的程序一样，都是模块的内部属性，在程序设计中讨论。
在模块结构图中，用矩形来表示一个模块，模块的名称写在矩形框里面。为模块命名时，要尽量使用简短的语句来表达模块的功能。通常，模块的名称一般至少由一个动词和一个作为宾语的动宾式短语组成，与数据流程图中数据处理的命名基本一致。
（2）调用
调用指的是一个模块和它的下属模块之间的从属调用关系，一般用从上级模块指向下级模块的箭头来表示。常用的调用关系有无条件调用、循环调用和选择调用。
在模块结构图中，一个模块只能与它的上一级模块或下一级模块有直接联系，而不能越级或与同级模块发生直接联系。若同级模块之间有联系，则必须通过它的上级或下级模块进行传递。
（3）数据
数据是指两个模块之间传递的信息，也是反映模块之间关系的一个重要手段。数据可用两个模块之间带圆圈的小箭头来表示。
（4）控制信息
两个模块之间传递的不仅有数据信息，还可能有控制两者执行顺序的信息，即控制信息。
2.模块划分的标准
在划分模块时，要遵循的总的原则是：尽量把密切相关的子问题归到同一个模块；把不相关的子问题归到系统的不同模块。模块的独立程度可由内聚和耦合两个标准来衡量。耦合表示模块之间相互连接的紧密程度，内聚表示一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。
（1）模块的耦合
模块耦合是描述模块之间联系的标准，耦合程度越低表示模块之间的联系越少，模块之间的独立性就越强，就越容易独立地进行编程、测试，一个模块中产生的错误对其他模块的影响也就越小。模块之间的耦合形式决定了模块之间的联系程度。通常，两个模块之间的耦合有数据耦合、控制耦合、公共耦合和内容耦合。
1）数据耦合
如果两个模块之间仅仅通过数据交换信息，那么这种模块之间的耦合称为数据耦合。数据耦合是系统中必不可少的联结形式，是一种最低的块间联系，也是一种理想的模块联结。可以通过模块划分，将一个系统内所有的模块设计成只有数据耦合的联结。尽管数据耦合是一种理想的联结方式，但是如果系统内全部是数据耦合，则会造成模块之间传递的数据量过大，也会带来不好的影响。
2）控制耦合
如果在两个模块之间传递的有控制信息，那么这种模块间的耦合就称为控制耦合。控制耦合和数据耦合很相似，不同之处是控制耦合中的参数含有控制信息，而数据耦合中的参数仅仅作为数据使用。所以，从严格意义上来讲，上面定义的控制耦合是一种数据-控制耦合。控制耦合可以通过模块的再分解等方式避免，转换成数据耦合。控制耦合可以减少模块间传递信息的数量，所以，某些情况下，控制耦合还是有一定的必要。
3）公共耦合
如果两个模块之间通过一个公共的数据区域传递信息，那么这种模块间的联系称为公共耦合或公共数据域耦合。公共数据域是多个模块公用数据的区域，如一个共享数据的缓冲区或一个数据文件等。
公共耦合是模块间一种不好的联结形式。当一个公共数据域被多个模块共同使用时，模块数越多，则模块之间的联系越复杂，那么公共数据域数据的维护、保护等则变得非常复杂。但是，公共耦合可以作为数据耦合的一种补充，如果当一个模块与另一个模块需要传递大量数据时，采用公共耦合的联结形式比全部传递参数的数据耦合要方便易用。
4）内容耦合
如果一个模块需要使用另一个模块的内部信息，那么这种模块之间的联系称为内容耦合，如一个模块访问另一个模块的内部数据、一个模块调用执行另一个模块的部分程序代码、模块的出入口不符合单入单出的原则等都会造成内容耦合。内容耦合的联系程度很高，应坚决避免使用这种块间耦合。
综上，在对一个物流信息系统进行模块设计时，对模块间的联系，应遵循如下原则：模块间应尽量使用数据耦合，必要时采用控制耦合，应限制公共耦合的模块数，坚决避免内容耦合。
（2）模块内聚
内聚是用来表示模块内部各组成部分之间联系程度的概念。简单地说，一个具有理想内聚形式的模块只能完成一个子功能。根据模块内部联系程度的不同，模块的内聚可以分为以下七类：
1）偶然内聚
偶然内聚是指为了节省存储空间、减少程序量，把各个模块中共同的操作抽象出来，组成一个模块，而实际上这些语句并没有什么内在的联系。造成偶然内聚的主要原因是在计算机产生初期，内存空间很小，程序员强调缩短程序的长度，以至于将没有联系的语句组织在一起的情况比较多。另外，人们为了坚持结构化程序设计，避免使用GOTO语句，也会出现这种情况。偶然内聚的模块不便于修改，因为模块内一个语句的修改不一定对与它相关联的所有模块都适合。
2）逻辑内聚
逻辑内聚是指将几个逻辑上相似的功能放在一个模块中。模块“取最高在库时间／平均在库时间”就是逻辑内聚。把“取平均在库时间”和“取最高在库时间”这两个相似的功能放在一起而组成一个模块。这里需要模块“取平均在库时间”传递一个开关变量，根据开关变量判断执行哪一个分支。这样做，能够节约一定的空间，但是会引起修改困难，如果现在不仅要知道最长在库时间是多少，而且还要打印出最长在库时间商品的名称、数量，这样的修改就很难适应“取平均在库时间”的要求了。
3）时间内聚
时间内聚是指把需要在有限时间间隔内处理的成分放在同一个模块内，例如把一些初始化操作或结束操作放到一个模块中。
4）过程内聚
如果模块内的各个组成部分要完成的动作间没什么关系，但必须以特定的次序（控制流）执行，则为过程内聚。过程内聚的模块通常由程序流程图直接演变过来的，它的各处理动作之间没有什么关系，但在同一控制流的支配下集成到一个模块中。所以，过程内聚往往容易导致模块间有较高的耦合，当模块修改时，有时需要修改多个相关的模块。
5）通信内聚
通信内聚是指模块内的成分引用了共同的数据，如使用同一个输入数据或产生同一个输出数据。通信内聚的模块与其他模块间的联系比较简单，但它的各部分的执行次序可以是任意的，容易产生重复的动作。根据数据流程图比较容易判断出一个模块是否是通信内聚。通信内聚的程度已经足够高，当找不到更高的模块内聚结构时，这种方式是完全可以接受的。
6）顺序内聚
如果模块中某些成分的输出是另一个模块的输入，则为顺序内聚。与通信内聚相比，顺序内聚的内聚程度更高，因为无论从数据的角度或执行的先后顺序来看，顺序内聚的模块内各成分的关系更紧密，模块中某一部分的执行更加完全依赖另一部分。但是，由于顺序内聚的模块内可能包含了多个功能，也可能仅为某个功能的一部分，所以，它比下面的功能内聚的模块要差一些。
7）功能内聚
如果一个模块内部的各个组成部分全部并且仅仅为执行同一功能而结合成为一个整体，则为功能内聚。这种模块的内聚程度是最高的。例如，计算利息、求平均库存水平等都是典型的功能内聚的例子。
判断一个模块是否为功能内聚模块的简单有效的方法是，从调用者的角度出发，如果能用一个短语简单明确地描述这个模块是做什么的，分析这个短语就可以发现这个模块是完成一个任务还是多个任务，或者做一些彼此无关的事情。功能内聚的模块都有一个目的、单一的功能，其界面非常清楚，与其他模块的联系低，可读性、可修改性、可维护性和可测试性都很好。所以，在进行模块设计时，应尽可能地追求功能内聚的块内组合。
3.模块设计的注意事项
模块之间的耦合和模块的内聚是模块设计时最重要的两个因素，尽可能地降低模块之间的耦合程度和提高模块的内聚程度是物流信息系统模块设计时的两条重要原则。
但是在实际应用中，仅仅机械地遵守这两条规则是远远不够的，还要结合一些辅助性的原则和人们的经验进行系统设计。下面介绍的一些原则和建议也是人们在长期的系统设计中总结出来的经验和方法，有助于帮助我们改进系统设计结构。
（1）系统结构的改进思路
初步设计好的系统模块结构，应当仔细分析和审查，如果发现有高耦合、低内聚的模块，要通过模块的分解与合并来改进系统结构，从而降低模块间的耦合、提高模块的内聚。常用的方法有：
①可将若干个模块共有一个子功能的部分独立抽出，作为一个新的模块，可被其他模块所调用。
②尽可能多地采用数据信息作为模块之间联系的媒介，通过分解等手段，将一些传递控制信息或其他非数据信息的模块转化为数据联系的模块，以此降低模块之间的耦合程度。
③强调以功能来进行模块划分。尽量做到每一个模块只有单一的功能，对于复杂的模块，则从功能的角度出发进行分解。
④模块设计过程中强调系统整体的最优性，不片面追求每一个模块的最优设计，局部的优化应服从整体设计的安排。
（2）系统的深度和宽度
一般情况下，深度和宽度标志着一个系统的复杂程度，深度表示系统结构中的控制层数，宽度则表示同一个层次模块总数的最大值。
深度和宽度之间具有一定的联系，深度与宽度均要适当。如果深度过大，则可能说明系统划分得不够深入；宽度过大，则有可能带来系统管理上的困难。
（3）模块的扇出和扇入
一个模块的扇出数是指该模块控制的直属下级模块的个数；反之，控制该模块的直接上级模块的个数则为模块的扇入数。
模块的扇出数会直接影响系统的宽度，如果扇出过大，则说明该模块的直接下属模块过多，系统的控制和协调比较困难，同时也意味着该模块的内聚程度可能较低。这时一般通过增加中间层次的控制模块来解决。如果模块的扇出数小，则说明上、下级模块或其本身可能过大，可以考虑采用模块分解的方法，使结构变得更加合理。
模块的扇出数必须不宜过大或过小。经验表明，一个设计得较好的系统的平均扇出数通常是3或4，一般不超过7，否则会使得出错的概率增大。
模块的扇入数通常说明该系统的通用性，扇入数越大，表明共享该模块的上级模块数越多，通用性更强，维护也较方便，但是片面追求高扇入数可能会使模块的独立性降低。
通常，一个较好的系统结构，高层模块的扇出数较高，中间模块扇出数较少，低层模块的扇入数较高。
