4-1 前言
在開發 AutoRC 中包含了兩個個重要的部分，首先進行整體系統 的分析與設計，其次為程式碼的撰寫。在系統分析與設計部份，本研 究先透過功能觀點，將上述章節所擬定出問題內容的解決方式作為構 思AutoRC 的功能依據。再透過靜態觀點來觀看實際的房屋結構，將 實際房屋結構的組成要素物件化。在物件的動態行為分析部分，在此 必須思考其物件與物件之間該如何去合作與溝通。在完成系統分析與 設 計 的 部 份 後 ， 本 研 究 使 用 Vi s u a l s t u d i o . N E T 2 0 0 3 程 式 開發工具，並利用C# .NET 語言撰寫本研究之 AutoRC。
4-2 系統分析與設計
本研究所採用的系統分析與設計方式是利用 UML 所提供的三個 觀點來進行，利用功能觀點中的使用案例圖來描述整體系統的目標與 所要提供的功能。利用物件導向技術中抽象化的概念將實際房屋結構 的每個組成要素轉換成物件，再依據每個組成要素之間的關係來建立 物件與物件之間的組合關係，並思考其物件所需定義的屬性，以完成 物件的靜態結構分析。為了完成所規劃的功能與目標，使用者透過程 式介面與結構資料溝通，使其能新增、刪除、編輯、顯示以及運算其 結構資料，並利用 UML 中動態觀點所提供圖形加以詳細的描繪出 來，確定其物件動態行為的合理性，以完成物件動態行為的分析部 分。其三個觀點的系統分析與設計如下所述：
4-2-1 功能觀點分析
由於本研究之主要目標為研究出一個更簡單且直接的前置處理 操作方式，透過第三章的研究問題一節中所提到的簡化介面和操作的 方式以及自動化產生結構設計資料兩個方式來思考其AutoRC 所要提 供的功能，並且確定所要達成的目標。本研究所開發的 AutoRC 主要 功能可分為三個部分，其為輸入基本資料、顯示結構模型以及產生結 構設計資料（如圖4-1），在輸入基本資料部份，可分為結構基本資料、
材料設定、結構模型設定、樓板以及牆設定、載重設定以及斷面設定，
使用者可以經由這五種基本資料的輸入產生初步結構模型，並以電腦 繪 圖 技 術 將 其 所 產 生 之 結 構 模 型 顯 示 於 模 型 檢 視 視 窗 （Mo d e l View），模型檢視視窗提供模型修改功能。使用者可以在此修改結構 模型，以致使模型符合實際所要模擬結構的結構形式，接下來透過 AutoRC 所提供的載重分配、斷面概算功能完成整個結構設計資料的 產生。如上所述，其完整功能分析如使用案例圖（如圖 4-2）所示。
USER
ETABS* *
*
*
<<extends>>
圖4-1 前置處理系統使用案例圖
設定材料
載重設定
產生結構模型
載重分配
斷面估算
計算地震力
圖形顯示
調整模型構件
產生結構設計資料 基本資料設定
圖4-2 前置處理系統完整使用案例圖
4-2-2 靜態觀點分析與設計
一個鋼筋混凝土房屋結構基本上是由梁、柱、樓板以及牆等數種 構件所組成的（如圖4-3）：
圖4-3 結構物基本組成要素示意圖
而就一個構件來說，其所包含了斷面尺寸以及構件材料等資料。除了 房屋結構的外觀資料以外，則還必須考慮其載重資料，例如：靜載重、
活載重以及地震力。最後則是房屋結構的邊界條件資料，例如：房屋 的地基支承等。在整理出所有鋼筋混凝土房屋結構的基本資料後，還 必須找出這些資料相互間的關係。由於一個房屋結構（class Structure）
至少擁有一個以上樓層（class Floor），且每一個樓層又含了四個以上 的門架（class Frame）、一個以上的樓板（class Slab）以及四面以上 的牆（class Wall），每個門架則有梁（class Beam）、柱（class Column）
等構件。在載重（class Load）資料方面，每一個構件都包含所必須 承受的靜載重、活載重以及地震力資料，而結構物最底層構件則包含 地基支承資料。透過以上的組合關係可以明確地將各個構件以及所包 含的資料組合成一個完整的結構物。透過靜態觀點，可以將上述構件 資料繪製成類別圖（如圖 4-4），並在類別圖中詳細描繪各個類別之間 的組合關係。再將上述類別圖繪製成物件圖（如圖4-5）以驗證所規 劃資料結構的是否合理。
透過資料結構分析，可以繪製出房屋結構大略的類別圖，但這只 是說明了結構物中包含了那些類別以及這些類別之間的關係。而每個 類別都還只是個空殼，實際撰寫程式時，必須得詳細定義每個類別的 屬性資料與操作。以梁（Beam）類別來說，除了上述所談到的斷面 尺寸（Section）、材料（Material）以及載重資料（Load）屬性外，詳 細設計梁類別時，梁類別還必須包含起始節點（StartNode）、終點節 點（EndNode）、梁編號（No）、梁長度（Length）以及梁重量（Weight）
等屬性資料，根據物件導向中的物件封裝原則，這些梁構件屬性資料 皆屬於內部資訊不應隨便更動，故這些屬性資料皆設定為私有的
（private），即便往後需要針對梁物件的屬性資料進行修改設定，在
為了不破壞梁物件運作的正確性情況下，必須得透過特定的操作機制 來進行修改設定。在定義類別操作部分，由於靜態觀點主要功能只是 描述一個系統在靜態時的架構，上述所定義的類別皆屬於結構物的靜 態構架資料，此時並無法得知這些類別有哪些操作的部分，其類別操 作部分將在下面結構資料的操作一節中透過動態觀點來詳細定義。每 個類別在經過詳細設計其屬性資料後即完成結構物的資料結構靜態 模型部份。
圖4-4 資料結構類別圖
圖4-5資料結構物件圖
4-2-3 動態觀點分析與設計
如上系統的靜態分析所述，將實際的結構物裡的每一個構件透過 物件導向技術的抽象化轉換成物件，利用物件與物件之間的組合關係 塑模而成。但這只是結構物件的靜態藍圖，而程式所提供的功能，還 必須仰賴結構物件之間的動態行為來加以完成。當使用者透過操作介 面執行某些功能時，每一個操作都代表一個事件（Event）的發生，
每一個事件的發生都會傳遞訊息給相關的物件，這些物件接收到訊息 時，可能會執行某些物件的操作（Function），或者是狀態（State）的 改變，這樣的一個程序即為物件的動態行為。利用動態觀點所提供的 圖形，可以將這些動態行為透過以時間為基準或者運作先後順序的 方式加以分析描述。
當使用者利用 AutoRC 進行結構分析前置處理作業時，首先面臨 的第一個操作就是資料的設定，其資料設定方式是採用對話視窗設定 的方式來進行。如圖4-6（資料設定活動圖）所示：
圖4-6 資料設定活動圖
當使用者按下設定結構基本資料設定視窗，並且開啟資料設定對 話視窗，輸入或者修改所要設定的資料，然後按下關閉按鈕完成設 定。將上述使用者透過介面與結構資料的互動情況對映到物件來表示
（如圖4-7，資料設定順序圖）。
圖4-7 資料設定順序圖
在 AutoRC 執行時，使用者按下設定結構基本資料按鈕即代表 AutoRC 主視窗（ETBSMain Object , C# .NET 裡的每一個視窗介面都 是一個物件）裡SetStrButton_OnClick()事件的發生，此時 ETBSMain 呼叫CerateStrInfo()函式產生 StrInfo 類別的物件（StrInfo 即為結構基 本資料設定視窗），並傳入 Str 物件參照（Str Object 為 Class Structure
所產生的物件），StrInfo 類別內部也宣告了 Structure 型別的物件參照 Str，當 StrInfo 類別的物件產成時，透過建構子將傳入的 Str 參照與 StrInfo 類別所產生的物件內部的 Str 參照作一個動態聯繫，使得結構 基本資料設定視窗可以取得 Str 物件的屬性資料以及操作。利用 StrInfo_OnLoad()事件的觸發，將 Str 物件的屬性資料結構物名稱、結 構物形式、結構物用途、結構物所在地、樓層數以及總高度資料載入 StrInfo 裡的控制項。由於在資料結構分析設計時，其屬性資料皆定義 為私有的（Private），為了讓 StrInfo 類別所產生物件內的控制項可以 存取Str 物件內的屬性資料，則必須得在 Structure 類別內定義這些屬 性資料的Get 以及 Set 操作函式，最後當使用者設定完畢按下關閉按 鈕時則會觸發 StrInfo 類別所產生的物件內 CloseButton 控制項的 OnClick 事件，將所有設定值透過 Structure 類別所定義的 Set 操 作機制設定其屬性值，並且關閉結構基本資料設定視窗以完成操作。
在使用者輸入完基本資料之後，AutoRC 就會依照使用者所設定 的資料產生初始結構資料，其包含 Str 物件裡的所有 Beam、Column、
Slab 等等物件，在初始結構資料產生完畢時 ETBSMain 就會將這些結 構資料交給 DrawForm 物件繪製結構模型並且顯示。DrawFrom 物件 主要功能除了顯示平面以及立體模型之外，也提供了模型的控制與編 輯的功能。
模型顯示的部份，為了讓使用者可以檢視 AutoRC 根據基本資料 所自動產生的結構模型，以及進行結構模型的編輯，AutoRC 在 DrawForm 物件中提供了結構模型繪製的功能。如圖 4-8（模型顯示 順序圖）所示，DrawForm 物件透過 DrawStructure()函式繪製整個結 構物（Str 物件），Str 物件透過 DrawFloor()函式繪製底下每一樓層
（Floor 物件），而 Floor 物件透過 DrawElement()將底下的每一個
B e a m 、 C o l u m n 以 及 S l a b 類 別 所 產 生 物 件 的 節 點 座 標 利 用 Trans3DPoint()函式轉換成平面座標並且產成繪圖物件（GraphicsPath）
回傳至DrawForm 物件，再由 DrawForm 物件的 ReDraw()函式將所有 繪圖物件繪製在視窗上。在此，為了取得每一個構件在平面座標系統 的位置以及產生繪圖物件，其 Beam、Column 以及 Slab 類別所產生 的物件內必須定義 Trans3DPoint()函式以及 DrawElement()函式，
Trans3DPoint()函式用於轉換其立體座標系統的節點座標，而 DrawElement()函式則是用於將轉換過的座標產生其繪圖物件。
圖4-8 模型顯示順序圖
控制功能部分，DrawFrom 提供了模型的縮放以及旋轉的功能。
以結構模型縮放為例，如圖 4-9（模型操作活動圖）所示，當使用者 在模型顯示視窗內按下右鍵下拉功能選單並點選縮放功能時，則觸發 DrawForm 物件裡的 Menu_OnClick()事件以及 MenuItem_OnClick()事
件，此時 DrawForm 物件內的 SizeChange 變數變為 True，即表示為 縮放功能開啟，而視窗所顯示的結構模型由靜態展示狀態變為可以改 變大小的狀態，結構模型隨著滑鼠的上下移動即觸發了Mouse_Move() 事件，透過Compute_SizeChange()將滑鼠移動的距離換算成要改變的 大小，並利用 ReDraw()函式來重新繪製結構模型，當使用者再次點 選縮放功能選項，即 SizeChange 變為 False 代表縮放功能關閉，
並回復到靜態模型展示狀態。
Model SizeChange Model Rotate
ComputeSizeChange
ReDraw
ComputeRotateAngle Menu_OnClick( )
MenuItem_OnClick( ) [ SizeChange == true]
MenuItem_OnClick( ) [ isRotate == true]
Mouse_Move( ) Mouse_Move( )
MenuItem_OnClick( ) [
SizeChange == false] MenuItem_OnClick( ) [ isRotate==false]
[SizeChange==false && isRotat==false]
DrawElement DrawElement
Mouse_up( ) Mouse_up( )
圖4-9 模型操作活動圖
編輯功能部分，其包含兩個動作，首先為選取所要編輯的構件，其次 為執行編輯的動作，如新增或者刪除構件。在選取構件的部份，如圖 4-10（模型構件選取合作圖）所示，DrawForm 物件呼叫本身的 DrawStructure()函式，透過階層的方式由 Str 物件到 Floor 物件再到