棉型掺炭腈氯纶纯纺纱的纺制及性能研究

棉型掺炭腈氯纶纯纺纱的纺制及性能研究1、相关定义1.1、数学形态学的基本概念 数学形态学(mathematical morphology)是分析几何形状和结构的数学方法,是 建立在集合代数基础上,用集合论方法定量描述几何结构的科学。由于数学形态学具 有完备的数学基础,这为形态学用于图像分析和处理、形态滤波器的特性分析和系统 设计奠定了坚实的基础,尤其突出的是实现了形态学分析和处理算法的并行,大大提 高了图像分析和处理的速度。现在已经应用在多门学科的数字图像分析和处理的过程 中。例如:在医学和生物学中应用数学形态学对细胞进行检测;在工业控制领域应用 数学形态学进行食品检验(碎米)和电子线路特征分析;在交通管制中监测汽车的运动 情况等等。 数学形态学的基本思想是利用具有一定形态的结构元素(elemental structure), 在图像中不断移动,以达到对图像分析和识别的目的。设 X 为图像集合,S 为结构元 素,数学形态学运算是用 S 对 X 进行操作。其基本的数学形态学运算包括:腐蚀 (erosion)、膨胀(dilation)、开(opening) 、闭(closing)运算47-48。 15 1.2、吸风管上各孔位置定位以及相关参量的定义 1.异形吸风管上孔的分布 异形吸风管上所有孔分为三排,分布在异形截面 90 o 到 180 o 之间的三条线上,间距 8mm,我们定义三条线分别为 a、b、c,a、b、c 三条线所在的垂直于集聚面的截面同样 定义为 a 截面、b 截面、c 截面,如图 3-1 所示。我们取异形吸风管右半部分作为研究 对象,a、b、c 三条线对应为 24 列,间距为 8mm,我们分别定义为 124。定义 a1 到 a24 为 x 方向,a1 到 c1 为 y 方向,沿孔的深度为 z 方向,如图 3-1(b)所示。 2.异形吸风管的截面图如图 3-1(a)所示。 (a) (b) 图 3-1 异形吸风管上孔的分布示意图 20 1.3、软件设计的概念和原则 无论采用哪一种软件设计方法,都需要用到下面的基本概念53: 东南大学硕士学位论文 一、模块化 模块或组件是指具有一定功能的可以用名字调用的程序语句集合。 例如:过程、函数、子程序和宏等都可作为模块。面向对象模型中的对象是模块,对象内的方 法也是模块。 模块化是指把一个待开发的软件划分成若干小的简单部件,每个部件称为一个模块,每个模块 完成一个相对独立的子功能,所有这些模块集成起来就可以完成软件系统的指定功能。模块化的目 的是使程序的结构清晰,容易阅读、理解、测试和修改。对于一个复杂问题求解,采用模块化方法, 可以控制求解规模,降低问题复杂度和减少求解成本。 二、抽象 抽象就是抽出事物的本质特性而暂时不考虑它们的细节。 一个复杂的问题首先可以用一些高级的概念构造和理解,这些高级的概念又可以用一些低级概 念构造和理解,如此进行下去,直至最低层次的具体元素。这就是所谓的层次思维,即用层次的方 式考虑和处理一个复杂的问题。 软件工程的每一步都是对软件的较高一级抽象层的解的一次具体化的描述。在软件计划阶段, 软件系统被描述为整个计算机系统中的一部分。在软件需求分析阶段,软件用问题域约定的大家所 熟悉的习惯用语描述。从概要设计向详细设计过渡时,抽象级别再次被降低。编码完成后就达到最 低的抽象层次。在这种从高级抽象到低级抽象的转换过程中,始终伴随着一系列的过程抽象和数据 抽象。过程抽象把完成一个特定功能的动作序列抽象为一个过程名和参数表,并通过指定过程名和 实际参数调用此过程。数据抽象把一个数据对象的描述抽象为一个数据类型名,用此类型名可以定 义多个具有相同性质的数据对象。 三、信息隐藏 信息隐藏原理指出:应该这样设计和确定模块,使得一个模块内包含的信息(过程和数据)对 于不需要这些信息的模块来说,是不能访问的。每个模块只完成一个相对独立的特定功能,模块之 间只交换那些为完成软件功能必须交换的信息。模块对数据和过程处理细节的隐藏可以减少错误向 外传播。当软件系统扩充功能时,只需要插入新模块,原有的大多数模块不必改动。因此,采用信 息隐藏原理指导设计不仅支持模块的并行开发,还可以减少测试和后期维护的工作量。 四、模块独立性 模块独立性是指软件系统中的每个模块只涉及软件要求的具体子功能,而与软件系统中其他的 模块的接口是简单的。注重模块独立性至少在两个方面获益:第一,具有独立性模块的软件比较容 易开发;第二,独立的模块容易测试和维护。模块独立性的概念是模块化、抽象和信息隐藏等概念 的直接结果,也是完成有效的模块设计的基本标准。 模块的独立程度可以由两个定性标准来度量,这两个标准分别称为内聚和耦合。耦合衡量不同 模块彼此间互相依赖(连接)的紧密程度;内聚衡量一个模块内部各个元素彼此结合的紧密程度。 1.耦合 耦合是对一个软件结构内不同模块之间互连程度的度量。耦合强弱取决于模块间接口的复杂程 度,进入或访问一个模块的点,以及通过接口的数据。一般模块之间可能的连接方式有七种,构成 耦合的七种类型,不同类型耦合强弱关系如图 4-2所示。 图 4-2 七种耦合之间的关系 1)非直接耦合是指两个模块中的每一个都能独立的工作而不依赖另一个模块的存在,它们之间 的联系完全是通过主模块的控制和调用实现。 2)数据耦合是指一个模块访问另一模块时,彼此之间通过参数表来交换输入、输出信息,而且 - 27 - 第四章 配棉工艺系统软件的分析与设计 交换的信息仅限于数据。 3)标记耦合是指一组模块通过参数表传递记录信息。 4)控制耦合是指一个模块通过传送开关、标志、名字等控制信息,明显地控制选择另一模块的 功能,如图 4-3所示。 图 4-3 控制耦合 5)外部耦合是指一组模块都访问同一全局简单变量而不是同一全局数据结构,而且不是通过参 数表传递该全局变量的信息。 6)公共耦合是指多个模块都访问同一个公共数据环境,如图 4-4所示。 图 4-4 公共耦合 7)内容耦合是指下列情形之一: 一个模块直接访问另一模块的内部数据; 一个模块不通过正常入口转到另一模块内部; 两个模块有一部分程序代码重叠; 一个模块有多个入口。如图 4-5所示。 图 4-5 内容耦合 非直接耦合的耦合程度最低,它表明模块之间无任何连接。但是,一个软件系统不可能所有模 块之间没有任何联系。数据耦合是低耦合,软件系统必须存在这种耦合,因为只有当某些模块的输 出数据作为另一些模块的输入数据时,系统才能完成有价值的功能。标记耦合表明一组模块共享了 一个记录信息,这个记录是某一数据结构的子结构,而不是简单变量。控制耦合是中等程度的耦合, 它实质上是在单一接口上选择多功能模块中的某项功能;控制耦合增加了系统的复杂程度,通常在 适当模块分解之后,用数据耦合代替它。公共耦合的公共数据环境可以是全程变量、共享通信区、 内存的公共覆盖区、任何存储介质上的文件以及物理设备等;公共耦合的复杂程度随耦合的模块个 数而变化,当模块个数增加时复杂程度也增加。内容耦合的耦合度最高,许多高级程序设计语言已 经设计成不允许在程序中出现任何形式的内容耦合。 总之,耦合是影响软件复杂程度的一个重要因素。在软件设计中应该采取下述设计原则:尽量 - 28 - 东南大学硕士学位论文 使用数据耦合,少用控制耦合,限制外部耦合和公共耦合的范围,完全不用内容耦合。 在软件设计中应该追求尽可能松散耦合的系统。在一个松散耦合的系统中研究、测试或维护任 何一个模块时,不需要对系统的其他模块有很多了解。此外,由于模块间联系简单,发生在一处的 错误传播到整个系统的可能性就很小。因此,模块间的耦合程度强烈影响系统的可理解性、可测试 性、可靠性和可维护性。 2.内聚 内聚是对一个模块内各个元素彼此结合的紧密程度的度量,内聚好的模块只做一件事情。共有 七种类型的内聚,不同类型内聚的强弱关系见图 4-6。 图 4-6 七种内聚之间的关系 1)功能内聚是指一个模块内所有处理元素属于一个整体,完成一个单一的功能。 2)顺序内聚是指一个模块内的处理元素与同一个功能密切相关,且这些处理必须顺序执行。 3)通信内聚是指一个模块内各功能部分都使用了相同的输入数据或产生了相同的输出数据,如 图 4-7所示。 图 4-7 通讯内聚 4)过程内聚是指一个模块内的处理元素是相关的,而且必须以特定的秩序执行。 5)时间内聚是指一个模块包含的任务必须在同一时间内执行。 6)逻辑内聚是指一个模块完成逻辑上相同或相似的一组任务,如图 4-8所示。 7)偶然内聚是指一个模块完成一组任务,这组任务彼此间即使有关系,其关系也是很松散的, 如图 4-9所示。 设计时应该力求做到高内聚,通常中等程度的内聚也是可以采用的,而且效果和高内聚相差不 多;但是,低内聚很坏,不要使用。 内聚和耦合是密切相关的,模块内的高内聚往往意味着模块间的松耦合。内聚和耦合都是进行 模块化设计的有力工具,但是实践表明内聚更重要,应该把更多注意力集中到提高模块的内聚程度 上。事实上,没有必要精确确定内聚的级别。 - 29 - 第四章 配棉工艺系统软件的分析与设计 图 4-8 逻辑内聚 图 4-9 偶然内聚 重要的是设计时力争做到高内聚,并且能够辨认出低内聚的模块,有能力通过修改设计提高模 块的内聚程度降低模块间的耦合程度,从而获得较高的模块独立性。它是信息隐蔽概念的自然扩展 。 五、模块设计原则 人们在开发计算机软件的长期实践中积累了丰富的经验,总结这些经验得出了一些启发式规则。 这些规则往往能帮助人们找到改进软件设计、提高软件质量的途径,从而实现有效的模块化。下面 介绍几条常用的启发规则。 1.提高模块独立性设计出软件初步结构之后,为了降低模块间的耦合度、提高模块内聚度,应 该进一步分解或合并模块。例如,多个模块共有的一个子功能就可以单独做成一个模块,由这些模 块调用。 2.模块规模应该适中通常一个模块以3060个语句行为宜。一个模块包含的语句行数过多,模 块的可理解程度将迅速下降。 3.深度、宽度、扇出和扇入都应适当 1)深度是指软件结构中控制的层数。 2)宽度是指软件结构中同一个层次上的模块总数的最大值。 3)模块的扇出是指这个模块直接调用的下级模块数目。 4)模块的扇入是指直接调用这个模块的上级模块数目。 深度往往能粗略估算一个软件系统的大小和复杂程度,层数过多则可能是模块过分简单了,需 要进行适当的合并。宽度越大系统越复杂,对宽度影响最大的因素是模块的扇出。扇入越大则共享 一个模块的上级模块的数目越多,它表明模块的复用程度高。扇出过大表明模块的复杂度高,如果 是缺乏中间层次,一般可以适当增加中间层次的控制模块来解决扇出过大的问题;扇出过小时可以 把下级模块进一步分解成若干个子功能模块或合并到它的上级模块中去,但是,不能违背模块的独 立性。图 4-10给出了应避免和应追求的两种典型软件结构。 图 4-10 应避免和应追求的软件结构 - 30 - 东南大学硕士学位论文 图 4-11 模块的作用域和控制 4.模块的作用域应该在控制域之内 模块的作用域是指受该模块内一个判定影响的所有模块的集合。模块的控制域是指模块本身以 及直接或间接从属于该模块的所有模块的集合。如果一个模块调用另一模块,则称前者为主控模块, 后者为从属模块。如图 4-11中模块M是主控模块,模块A、G是从属模块,模块M主控模块A、G。模块 B从属模块A,因此也从属模块M。模块A的控制域是A、B、C、D、E、F 等模块的集合。 在一个设计得很好的系统中,所有受判定影响的模块应该都从属于作出判定的那个模块,最好 是局限于做出判定的那个模块本身及它的直属下级模块。如图 4-11中模块A作出的判定只影响模块 B。如果模块A 作出的判定同时还影响模块G中的处理过程,那么,这种结构的软件是难于理解的。 为了使模块A中的判定能影响模块G中的处理过程,通常需要在A中给一个标记设置状态指示判定的结 果,并且把这个标记传递给A和G