航空軍用軟件質(zhì)量監(jiān)督化評估方法研究

敬 敏，李付軍

(1.中國人民解放軍駐電子十四所軍代表室， 南京210039； 2.南京電子技術(shù)研究所， 南京210039)

0 引言

當(dāng)前，航空裝備正處在跨越式發(fā)展的重要時期，軟件作為航空裝備的“神經(jīng)中樞”，地位和作用日益突出，規(guī)模、復(fù)雜度及功能在整個系統(tǒng)中所占比重急劇上升，而質(zhì)量將成為決定航空裝備戰(zhàn)斗力發(fā)揮的關(guān)鍵因素。抓好新一代裝備軟件的質(zhì)量監(jiān)督管理，對于全面提升航空裝備質(zhì)量建設(shè)水平，確保新裝備整體作戰(zhàn)效能的有效提升，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

近年來，總裝和空軍先后頒布實施了一系列法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，對規(guī)范軟件工程化管理與質(zhì)量監(jiān)督工作提出了明確要求。根據(jù)《軍用軟件質(zhì)量管理規(guī)定》等法規(guī)文件的要求，軍事代表應(yīng)對裝備軟件在整個生存周期，包括需求分析、設(shè)計、實現(xiàn)、測試、定型、生產(chǎn)和使用維護等各個階段實施全過程質(zhì)量監(jiān)控。同時，隨著GJB5000A《軍用軟件研制能力成熟度模型》［1］等標(biāo)準(zhǔn)納入軍方軟件工程化管理要求，軍事代表必須更新質(zhì)量理念，切實重視和突出加強對軟件的質(zhì)量監(jiān)督管理，量化評估則是質(zhì)量管理要求與措施落實的關(guān)鍵。沒有科學(xué)的質(zhì)量評估標(biāo)準(zhǔn)和方法，或者說沒有軟件質(zhì)量度量，就無從談起有效的、精細化的軟件質(zhì)量管理監(jiān)控。

1 研究背景與意義

軟件作為一種邏輯實體，本身具有抽象性、易變性和復(fù)雜性，其可視性較差，軟件開發(fā)過程質(zhì)量控制難度大［2］。隨著軟件規(guī)模和復(fù)雜度的增加，軟件需求分析、開發(fā)設(shè)計、測試驗證、檢驗驗收難度也在進一步加大，軟件質(zhì)量已經(jīng)成為武器裝備中風(fēng)險最大的部分。因此，就航空軍用軟件的特點和質(zhì)量管理現(xiàn)狀，以前粗放式及定性開展軟件質(zhì)量監(jiān)督的手段和方法，難以提升軟件質(zhì)量。具體由以下三方面進行闡述:

1)航空裝備軟件開發(fā)難度大、質(zhì)量要求高。航空裝備軟件是裝備實現(xiàn)信息獲取、傳輸、處理、存儲、分發(fā)和控制的核心要素，具有實時性、高精度、信息源多、控制要求高的特點。目前，新裝備軟件多為實時嵌入式，軟件設(shè)計不僅與其自身的體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)特性等因素密切相關(guān)，而且還受到硬件環(huán)境的嚴(yán)格約束，由于硬件的匹配性要求極高，因此，涉及的時序時限要求、同步控制要求、接口交聯(lián)要求也越來越復(fù)雜。若軟件可靠性、安全性不高，一旦失效將產(chǎn)生不可估計的后果;

2)近年來，總部、空軍先后頒布實施一系列軟件法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，不斷規(guī)范軟件工程化管理。特別是隨著GJB5000A《軍用軟件研制能力成熟度模型》的推行，軟件工程化管理要求逐漸由重視硬件開發(fā)向軟硬協(xié)同推進、粗放式管理向精細化管理、定性要求向定量考核轉(zhuǎn)變。采購方、承制單位和軍事代表必須更新質(zhì)量理念，樹立軟件質(zhì)量意識，增強軟件質(zhì)量管理責(zé)任感，切實重視和突出加強對軟件的質(zhì)量管理;

3)現(xiàn)役航空裝備軍用軟件研制質(zhì)量不容樂觀。近年來，隨著二代機、三代機交付后，部隊訓(xùn)練不斷深化，軟件暴露了一系列問題。例如一種飛機由于軟件設(shè)計缺陷，當(dāng)快速切換進氣道控制系統(tǒng)工作方式時，控制系統(tǒng)處理機出現(xiàn)故障引起斜板誤動作，影響飛行安全。經(jīng)統(tǒng)計，我國的裝備軟件交付驗收時發(fā)現(xiàn)的缺陷率為6.65(千行代碼缺陷數(shù))，而美國為0.4、印度為0.263、歐洲為0.225、日本為0.02。按照目前的研發(fā)水平，據(jù)估計每年需要定型的空軍裝備軟件約1 000萬行，這就意味著這些裝備到定型前，需要接受幾萬個軟件缺陷的考驗，風(fēng)險之大可想而知。

2 航空軟件量化評估的研究內(nèi)容

2.1 總體思路

航空軟件量化評估研究的總體思路是:在分析研究國內(nèi)外、軍內(nèi)外軟件質(zhì)量量化管理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，充分調(diào)研制約航空軍用軟件的質(zhì)量因素，學(xué)習(xí)借鑒國內(nèi)外軟件質(zhì)量量化管理方面先進的經(jīng)驗做法，以GJB5236《軍用軟件質(zhì)量度量》［3］和 GJB5000A《軍用軟件研制能力成熟度模型》為主要研究依據(jù)，針對適用于顧客管理角色以及航空軍用軟件領(lǐng)域的兩大特定需求，建立航空軍用軟件質(zhì)量量化評估模型和方法，形成便于軍事代表使用的軟件質(zhì)量量化評估管理要求。

2.2 確定航空軍用軟件質(zhì)量需求

根據(jù)航空軍用軟件的特點，充分調(diào)研影響或制約航空軍用軟件質(zhì)量的因素，明確航空軍用軟件質(zhì)量需求。通過了解ISO9126、GJB5236軟件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中定義的軟件質(zhì)量要素，結(jié)合GJB5000A中對軟件過程質(zhì)量的要求，以及搜集并分析航空典型型號產(chǎn)品的測評報告，統(tǒng)計在軟件測試過程中容易出現(xiàn)問題的質(zhì)量因素，從而確定航空軍用軟件質(zhì)量量化管理的目標(biāo)。

2.3 初步建立航空軍用軟件質(zhì)量模型

目前，國內(nèi)外比較流行的幾種質(zhì)量模型和標(biāo)準(zhǔn)包括 McCall質(zhì)量模型、Boehm 模型、ISO9126 等［4］。綜合比較以上幾種常見的軟件質(zhì)量模型，其共同缺點是每個模型的質(zhì)量要素和評價準(zhǔn)則是固定的，沒有考慮到不同類型的軟件產(chǎn)品對質(zhì)量要素要求的不同，同時也沒有從過程管理的角度研究適用于軟件特性的模型和框架。

因此，通過比較和分析國內(nèi)外、軍內(nèi)外已有的軟件質(zhì)量模型和標(biāo)準(zhǔn)，基于確定的航空軍用軟件質(zhì)量需求，針對航空軍用軟件具有實時性高、物理設(shè)備相關(guān)性高、可靠性與安全性要求高等特點，從過程管理的角度建立適用航空軍用軟件質(zhì)量模型，這將是整個軟件量化評估方法的基礎(chǔ)。圖1為參照GJB5236《軍用軟件質(zhì)量度量》中定義的軟件質(zhì)量模型，初步建立從用戶角度出發(fā)的航空軍用軟件質(zhì)量模型。

圖1 航空軍用軟件質(zhì)量模型(用戶角度)

2.4 建立航空軍用軟件質(zhì)量量化評估模型

在收集和分析當(dāng)前國內(nèi)外流行的軟件度量模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合GJB5000A過程管理模型和管理思想，開展航空軍用軟件質(zhì)量量化評估模型的建模工作。

根據(jù)上述的航空軍用軟件質(zhì)量模型，一方面需要兼顧軟件過程控制與最終軟件產(chǎn)品質(zhì)量評估的需求，另一方面需要進一步理清質(zhì)量子特性與度量指標(biāo)之間的關(guān)系，給出分析方法。圖2為初步建立的航空軍用軟件質(zhì)量量化評估模型(用戶角度)，確定了每項質(zhì)量子特性的量化指標(biāo)，并賦予不同的權(quán)重，利用該模型實現(xiàn)對航空軍用軟件開發(fā)過程的量化控制和軟件質(zhì)量的綜合量化評估。

圖2 航空軍用軟件質(zhì)量量化評估模型(用戶角度)

3 具體實踐及關(guān)注點

在建立航空軍用軟件質(zhì)量量化評估模型的理論基礎(chǔ)上，將模型應(yīng)用到具體的航空武器裝備型號的監(jiān)控過程中，初步建立了航空軍用軟件質(zhì)量量化評估管理要求:

1)在軟件策劃階段，督促承制單位利用質(zhì)量量化評估模型，選取度量指標(biāo)及其采集的時機、頻次等，確定評價準(zhǔn)則，編制形成軟件度量計劃并進行評審;

2)在軟件開發(fā)階段，督促承制單位按計劃實施度量數(shù)據(jù)采集并進行統(tǒng)計分析，利用度量結(jié)果開展對軟件過程的控制和反饋;

3)在軟件重要的里程碑處，如需求評審、確認測試等關(guān)鍵時間點上，對軟件產(chǎn)品進行質(zhì)量量化評價。開展中間工作產(chǎn)品量化評價，確定軟件開發(fā)能否進入下一階段;開展最終產(chǎn)品量化評價，決定軟件能否通過驗收。加強需求控制和管理，建立航空軍用軟件需求顆粒度的組織性能基線，并關(guān)注后續(xù)需求的跟蹤實現(xiàn)情況。量化監(jiān)控軟件測評過程，通過搜集歷史型號的測評報告，統(tǒng)計分析其測試用例的規(guī)模、分布等情況，建立航空軍用軟件測試用例的組織性能基線，應(yīng)用到測試計劃、測試說明等評審中，即在測試執(zhí)行之前進行監(jiān)控。同時，統(tǒng)計分析測試缺陷密度，建立航空軍用軟件測試缺陷的組織性能基線，應(yīng)用到測試報告評審中。

4 結(jié)束語

隨著計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，對軟件功能提出的要求也越來越高，如何評估軟件質(zhì)量已成為一個迫切需要解決的課題。選擇合適的指標(biāo)體系并使其量化是做好軟件質(zhì)量評估的關(guān)鍵。當(dāng)然，由于軟件的評估具有其特有的規(guī)范和要求，其評估指標(biāo)涉及面廣、不確定性因素較多、量化困難，至今還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。軍事代表應(yīng)充分發(fā)揮用戶質(zhì)量監(jiān)管需求的牽引作用，緊密結(jié)合航空軍用軟件特點，建立軟件質(zhì)量量化評估模型，并形成具體管理要求，落實到型號軟件的質(zhì)量監(jiān)控過程中。

［1］ GJB5000A-2008.軍用軟件研制能力成熟度模型［S］.GJB5000A-2008.Maturity models of research capability for military software［S］.

［2］ 邢大紅.基于度量的軟件過程改進方法的研究［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2004.Xing Dahong.Research of software process improvement method based on metrics［D］.Hefei:Hefei University of Technology，2004.

［3］ GJB5236-2004.軍用軟件質(zhì)量度量［S］.GJB5236-2004.Quality measurement for military software［S］.

［4］ Galin D.軟件質(zhì)量保證［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2004.Galin D.Software quality assurance［M］.Beijing:China Machine Press，2004.