航空發(fā)動機計算分析軟件的應(yīng)用能力認(rèn)證方法研究

■ 劉曉松 張振波 隋巖峰 陳鴻福 史妍妍 / 中國航發(fā)動力所

在航空發(fā)動機的研制過程中需要用到大量的計算軟件。這些軟件來源廣、用途多樣，但能力水平參差不齊，在為研制效率帶來顯著提升的同時，也存在諸多亟待解決的評估和管理問題。

作為航空發(fā)動機研發(fā)體系的重要組成部分,軟件為發(fā)動機研發(fā)活動提供所需的仿真、分析、計算功能。本文通過分析航空發(fā)動機研制軟件在管控方面存在的問題，提出了軟件應(yīng)用能力的概念，同時借鑒技術(shù)成熟度評價，提出一套軟件應(yīng)用能力的測評方法，為軟件應(yīng)用能力的評估提供依據(jù)。

軟件管控中存在的問題

隨著航空發(fā)動機研制所用的軟件數(shù)量和軟件規(guī)模的逐漸增加，研制單位在應(yīng)用軟件提升研發(fā)效率、規(guī)范研發(fā)過程的同時[1]，也暴露出軟件在管控、校核等方面存在一系列問題。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

一是軟件測評制度不完善。缺乏軟件應(yīng)用能力界定方法[2]，對其是否能夠支撐技術(shù)活動的開展沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，同時對軟件開發(fā)中接口要求、兼容性等方面考慮不足。

二是部分軟件重復(fù)建設(shè)。由于前期研發(fā)體系建設(shè)的不規(guī)范[3]，對軟件建設(shè)缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，導(dǎo)致類似功能的軟件存在重復(fù)建設(shè)的問題。

三是部分軟件功能不完善。很多自研或外委課題開發(fā)的軟件缺乏進一步的校核與驗證，計算精度無法滿足設(shè)計要求；計算分析結(jié)果的可靠性差；部分軟件通用性差,只能計算特定結(jié)構(gòu)的對象，而對結(jié)構(gòu)變化較大的結(jié)構(gòu)無法計算；部分軟件沒有操作界面，人機交互性差[4]。

針對上述問題，結(jié)合當(dāng)前正在開展的研發(fā)體系建設(shè)，評價軟件的工程適用性并給出量化等級，或能較好地解決上述問題。

軟件應(yīng)用能力認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

從用戶實際應(yīng)用需求角度，可將軟件的應(yīng)用能力作為研發(fā)及管理人員衡量軟件計算結(jié)果可信度的重要依據(jù)。

軟件應(yīng)用能力等級劃分

參考國軍標(biāo)《軍用軟件成熟度模型》[5]及美國航空無線電技術(shù)委員會制定的《機載系統(tǒng)和設(shè)備認(rèn)證中的軟件考慮》[6]，結(jié)合軟件實際管理需求，從軟件功能、軟件結(jié)果可信度、軟件結(jié)果驗證情況， 將軟件應(yīng)用能力劃分為1～5級。其中，1級最低，5級最高，各級含義如下。

1級：軟件功能得到確認(rèn)，軟件結(jié)果一致性滿足專業(yè)使用要求。級別評定由評估準(zhǔn)則來表明。

2級：軟件功能得到確認(rèn)，軟件結(jié)果一致性滿足專業(yè)使用要求，軟件結(jié)果經(jīng)過與專業(yè)認(rèn)可的數(shù)據(jù)（標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或文獻上公開發(fā)表的數(shù)據(jù)或?qū)I(yè)認(rèn)可的軟件計算結(jié)果）對比分析，精度滿足專業(yè)使用要求，可在型號研制中試用。級別評定由評估準(zhǔn)則來表明。

3級：軟件功能得到確認(rèn)，軟件結(jié)果一致性滿足專業(yè)使用要求，軟件結(jié)果經(jīng)過至少一個型號/項目數(shù)據(jù)的對比分析，精度滿足專業(yè)使用要求，可在型號研制中應(yīng)用。級別評定由評估準(zhǔn)則來表明。

4級：軟件功能得到確認(rèn)，軟件結(jié)果的一致性滿足專業(yè)使用要求，軟件至少在兩個型號/項目研制中應(yīng)用，軟件結(jié)果經(jīng)過型號試驗驗證, 精度滿足使用要求，推薦在型號研制中使用。級別評定由評估準(zhǔn)則來表明。

5級：軟件功能得到確認(rèn)，軟件結(jié)果的一致性上無差別，軟件至少在3個型號/項目研制中應(yīng)用，結(jié)果已經(jīng)過充分的試驗驗證，可不附加驗證，優(yōu)先在型號研制中使用。級別評定由評估準(zhǔn)則來表明。

軟件應(yīng)用能力通用評估準(zhǔn)則

在各級定義基礎(chǔ)上，綜合考慮軟件資料的完備性、軟件的可操作性、軟件結(jié)果一致性、軟件計算精度、軟件結(jié)果驗證情況、軟件試用范圍等多方面因素，制定各等級的評價準(zhǔn)則，同時明確準(zhǔn)則中各項條款的含義及需舉證的材料，提升準(zhǔn)則的適用性。表1是軟件應(yīng)用能力2級的部分評價準(zhǔn)則。

軟件應(yīng)用能力認(rèn)證過程

對軟件應(yīng)用能力的認(rèn)證過程，實質(zhì)上是由第三方專家依照軟件應(yīng)用能力認(rèn)證準(zhǔn)則評價軟件當(dāng)前狀態(tài)，給出量化的能力等級的過程，其典型過程如圖1所示。

表1 航空發(fā)動機軟件應(yīng)用能力2級標(biāo)準(zhǔn)（部分）

認(rèn)證過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是軟件應(yīng)用能力認(rèn)證申請、制定軟件專用評價細則、軟件應(yīng)用能力等級認(rèn)證評審3個步驟，其他步驟本文不做贅述。

圖1 軟件應(yīng)用能力認(rèn)證工作流程

軟件應(yīng)用能力認(rèn)證申請

申請方依據(jù)能力認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)預(yù)判軟件申請的認(rèn)證等級，并針對申請等級對應(yīng)的評價細則準(zhǔn)備證明材料，要求預(yù)判等級對應(yīng)的評估準(zhǔn)則中各項條款均需有對應(yīng)的證明材料，且證明材料應(yīng)是正式文件，并填寫《計算分析軟件應(yīng)用能力認(rèn)證申請單》（如圖2所示）。

制定軟件專用評價細則

由軟件管理方成立軟件應(yīng)用能力評審組，并召開評審會，制定軟件專用評價細則。

專用評價細則的制定須對照通用評估準(zhǔn)則，按預(yù)判等級對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)逐條細化，原則上通用評估準(zhǔn)則中的條款不能任意裁剪；如標(biāo)準(zhǔn)中確有某項條款確實不適合被認(rèn)證軟件，可由申請方提出，專家一致同意后可以刪去（并在最終的軟件認(rèn)證報告中注明原因）。此外，專用評價細則在制定時須注意：由于不同專業(yè)對軟件應(yīng)用能力的“一致性”要求和“精度”要求是不同的，因此在通用評估準(zhǔn)則相應(yīng)條款中對軟件應(yīng)用能力的“一致性”和“精度”未給出統(tǒng)一要求，這需要評審組在制定專用評價細則中，明確專業(yè)對軟件的一致性和精度的指標(biāo)要求，并納入專用評價細則中，并在此基礎(chǔ)上制定軟件認(rèn)證專家評審單（如圖3所示）。

軟件應(yīng)用能力等級評審

評審組組長主持評審會，各評審專家參與，由能力認(rèn)證申請方介紹軟件的基本信息、相關(guān)證明材料與認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的對應(yīng)情況。評審專家依據(jù)申請方的介紹情況及提供的證明材料，對照《軟件認(rèn)證專家評審單》中軟件應(yīng)用能力專用評價細則，逐條判斷認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中各條款的滿足情況，每位專家完成一份《軟件應(yīng)用能力認(rèn)證專家評審單》。

需注意的是，專用評價細則中的軟件的一致性和精度的指標(biāo)要求是軟件應(yīng)用能力的最低要求，軟件實測的一致性和精度指標(biāo)要等于或高于專用評價細則的一致性和精度指標(biāo)，才可判定為通過。

由軟件管理方接收全部評審組成員的《軟件應(yīng)用能力認(rèn)證專家評審單》，進行匯總分析，測算軟件專用評價細則中各項條款的通過率，填入《軟件應(yīng)用能力認(rèn)證審批單》（如圖4所示），并給出軟件應(yīng)用能力等級認(rèn)證結(jié)果意見，報與決策層審定。

建議《軟件應(yīng)用能力認(rèn)證審批單》中“軟件應(yīng)用能力評價細則”的每項條款通過率90%以上，則判定該項條款通過；所有條款均通過，則判定軟件達到相應(yīng)的能力等級。

軟件應(yīng)用能力認(rèn)證工具

為提升軟件應(yīng)用能力認(rèn)證工作效率，提升軟件管控能力，借助信息化手段將軟件應(yīng)用能力認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)、軟件應(yīng)用能力認(rèn)證程序進行集成，開發(fā)研發(fā)體系要素（軟件屬研發(fā)體系要素范疇）管理系統(tǒng)（如圖5、圖6所示），使之具備軟件應(yīng)用能力認(rèn)證申請、評審組建立、專家在線評價、結(jié)果發(fā)布、軟件瀏覽查詢及軟件統(tǒng)計分析等功能。

圖2 軟件應(yīng)用能力認(rèn)證申請單

圖3 軟件應(yīng)用能力認(rèn)證專家評審單

圖4 軟件應(yīng)用能力認(rèn)證審批單

圖5 軟件瀏覽界面

圖6 軟件評價界面

應(yīng)用情況及注意的問題

為驗證方法的可行性，從航空發(fā)動機設(shè)計涉及的各專業(yè)團隊中選取發(fā)動機研制中常用的30個軟件開展了認(rèn)證。認(rèn)證結(jié)果表明該方法能夠有效評價軟件針對具體流程活動的工程適用性，為計算結(jié)果可信度的判定提供依據(jù)；能夠牽引軟件應(yīng)用能力的提升，為后續(xù)軟件的進一步完善指明方向。

方法在實施過程中還應(yīng)注意以下問題。

一是軟件應(yīng)用能力表征采用軟件開展具體設(shè)計活動時軟件的工程適用性。因此，當(dāng)一個軟件支撐多個技術(shù)活動時，須針對不同的技術(shù)活動分別開展認(rèn)證與準(zhǔn)入。

二是被評價軟件原則上要求軟件精度須可測量，即計算結(jié)果能夠與可信數(shù)據(jù)對比，測算出精度。而業(yè)內(nèi)還存在的一些普遍應(yīng)用的軟件由于條件所限存在無法測算精度的情況，如該軟件的計算分析結(jié)果在多個型號中應(yīng)用，且型號后續(xù)試驗驗證中沒有由于計算結(jié)果不準(zhǔn)確引起的故障，該軟件也可開展軟件應(yīng)用能力的認(rèn)證與準(zhǔn)入。

三是軟件應(yīng)用能力認(rèn)證可越級申請，如1級軟件可越級申請3級的能力認(rèn)證。

四是軟件應(yīng)用能力等級以最近一次認(rèn)證通過的認(rèn)證等級為準(zhǔn)。

結(jié)束語

軟件應(yīng)用能力認(rèn)證方法能夠?qū)崿F(xiàn)對軟件應(yīng)用能力的量化評估，為開展技術(shù)活動中軟件的選用以及計算分析結(jié)果的可信度的判別提供依據(jù)，同時能有效避免軟件的重復(fù)建設(shè)；結(jié)合流程建設(shè)，能夠明確企業(yè)當(dāng)前的軟件缺失、軟件應(yīng)用能力不足、軟件重復(fù)建設(shè)等問題，為后續(xù)建設(shè)指明方向；結(jié)合信息化系統(tǒng)的應(yīng)用，支撐軟件應(yīng)用能力認(rèn)證全過程,實現(xiàn)對軟件應(yīng)用能力提升的追溯、軟件的統(tǒng)計分析，有效提升企業(yè)軟件的管控能力。