航空軍用軟件質量監督化評估方法研究

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.南京電子技術研究所， 南京210039)

0 引言

當前，航空裝備正處在跨越式發展的重要時期，軟件作為航空裝備的“神經中樞”，地位和作用日益突出，規模、復雜度及功能在整個系統中所占比重急劇上升，而質量將成為決定航空裝備戰斗力發揮的關鍵因素。抓好新一代裝備軟件的質量監督管理，對于全面提升航空裝備質量建設水平，確保新裝備整體作戰效能的有效提升，具有十分重要的現實意義。

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

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、易變性和復雜性，其可視性較差，軟件開發過程質量控制難度大［2］。隨著軟件規模和復雜度的增加，軟件需求分析、開發設計、測試驗證、檢驗驗收難度也在進一步加大，軟件質量已經成為武器裝備中風險最大的部分。因此，就航空軍用軟件的特點和質量管理現狀，以前粗放式及定性開展軟件質量監督的手段和方法，難以提升軟件質量。具體由以下三方面進行闡述:

1)航空裝備軟件開發難度大、質量要求高。航空裝備軟件是裝備實現信息獲取、傳輸、處理、存儲、分發和控制的核心要素，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，軟件設計不僅與其自身的體系結構、操作系統特性等因素密切相關，而且還受到硬件環境的嚴格約束，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、接口交聯要求也越來越復雜。若軟件可靠性、安全性不高，一旦失效將產生不可估計的后果;

2)近年來，總部、空軍先后頒布實施一系列軟件法規標準，不斷規范軟件工程化管理。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向軟硬協同推進、粗放式管理向精細化管理、定性要求向定量考核轉變。采購方、承制單位和軍事代表必須更新質量理念，樹立軟件質量意識，增強軟件質量管理責任感，切實重視和突出加強對軟件的質量管理;

3)現役航空裝備軍用軟件研制質量不容樂觀。近年來，隨著二代機、三代機交付后，部隊訓練不斷深化，軟件暴露了一系列問題。例如一種飛機由于軟件設計缺陷，當快速切換進氣道控制系統工作方式時，控制系統處理機出現故障引起斜板誤動作，影響飛行安全。經統計，我國的裝備軟件交付驗收時發現的缺陷率為6.65(千行代碼缺陷數)，而美國為0.4、印度為0.263、歐洲為0.225、日本為0.02。按照目前的研發水平，據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，風險之大可想而知。

2 航空軟件量化評估的研究內容

2.1 總體思路

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

2.2 確定航空軍用軟件質量需求

根據航空軍用軟件的特點，充分調研影響或制約航空軍用軟件質量的因素，明確航空軍用軟件質量需求。通過了解ISO9126、GJB5236軟件質量標準中定義的軟件質量要素，結合GJB5000A中對軟件過程質量的要求，以及搜集并分析航空典型型號產品的測評報告，統計在軟件測試過程中容易出現問題的質量因素，從而確定航空軍用軟件質量量化管理的目標。

2.3 初步建立航空軍用軟件質量模型

目前，國內外比較流行的幾種質量模型和標準包括 McCall質量模型、Boehm 模型、ISO9126 等［4］。綜合比較以上幾種常見的軟件質量模型，其共同缺點是每個模型的質量要素和評價準則是固定的，沒有考慮到不同類型的軟件產品對質量要素要求的不同，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外、軍內外已有的軟件質量模型和標準，基于確定的航空軍用軟件質量需求，針對航空軍用軟件具有實時性高、物理設備相關性高、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量模型，這將是整個軟件量化評估方法的基礎。圖1為參照GJB5236《軍用軟件質量度量》中定義的軟件質量模型，初步建立從用戶角度出發的航空軍用軟件質量模型。

圖1 航空軍用軟件質量模型(用戶角度)

2.4 建立航空軍用軟件質量量化評估模型

在收集和分析當前國內外流行的軟件度量模型的基礎上，結合GJB5000A過程管理模型和管理思想，開展航空軍用軟件質量量化評估模型的建模工作。

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

圖2 航空軍用軟件質量量化評估模型(用戶角度)

3 具體實踐及關注點

在建立航空軍用軟件質量量化評估模型的理論基礎上，將模型應用到具體的航空武器裝備型號的監控過程中，初步建立了航空軍用軟件質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量量化評估模型，選取度量指標及其采集的時機、頻次等，確定評價準則，編制形成軟件度量計劃并進行評審;

2)在軟件開發階段，督促承制單位按計劃實施度量數據采集并進行統計分析，利用度量結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、確認測試等關鍵時間點上，對軟件產品進行質量量化評價。開展中間工作產品量化評價，確定軟件開發能否進入下一階段;開展最終產品量化評價，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，并關注后續需求的跟蹤實現情況。量化監控軟件測評過程，通過搜集歷史型號的測評報告，統計分析其測試用例的規模、分布等情況，建立航空軍用軟件測試用例的組織性能基線，應用到測試計劃、測試說明等評審中，即在測試執行之前進行監控。同時，統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，應用到測試報告評審中。

4 結束語

隨著計算機技術、數據融合技術、網絡技術和通信技術的飛速發展，對軟件功能提出的要求也越來越高，如何評估軟件質量已成為一個迫切需要解決的課題。選擇合適的指標體系并使其量化是做好軟件質量評估的關鍵。當然，由于軟件的評估具有其特有的規范和要求，其評估指標涉及面廣、不確定性因素較多、量化困難，至今還沒有統一的標準。軍事代表應充分發揮用戶質量監管需求的牽引作用，緊密結合航空軍用軟件特點，建立軟件質量量化評估模型，并形成具體管理要求，落實到型號軟件的質量監控過程中。

［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:合肥工業大學，2004.Xing Dahong.Research of software process improvement method based on metrics［D］.Hefei:Hefei University of Technology，2004.

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

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