可編程控制器軟件估算方法

勾 璇，李丹丹，文 華，石曉婷，馮 楠

（邯鄲凈化設備研究所，河北邯鄲 056011）

0 引言

可編程控制器是一種在電氣控制和計算機基礎上開發的工業控制裝置，廣泛應用于機械生產和自動化控制等領域。目前，應用較廣的可編程控制器有西門子、施耐德、歐姆龍、臺達等品牌?？删幊炭刂破鞯木幊陶Z言繁多，不同品牌編程語言的表達方式也不相同，主要包括字符表達方式和圖形符號表達方式。

GJB 5000A軟件成熟度模型的核心思想：將軟件開發視為一個過程，并根據這一原則對軟件開發和維護進行過程監控和研究，以使其更加科學化和標準化。在GJB 5000A二級實施過程中，項目策劃過程是軟件項目管理的一個重要過程。軟件規模估算作為項目工作量、成本和進度估算的主要依據，是整個項目范圍管理的關鍵。

目前，可編程控制器普遍使用梯形圖編程語言。梯形圖編程語言注重邏輯控制，因而對其進行軟件規模估算時需要考慮的客觀影響因素較多。此外，大多數控制系統在完成邏輯編碼的同時還需完成對人機交互界面（Human Machine Interaction，HMI）的編碼。由于HMI采用圖形式語言進行編程，其工作量和規模無法通過代碼行直接估算，這也使軟件精準化估算變得更為困難。結合項目實踐，本文主要對3種可編程控制器軟件估算方法（直接工作量估算法、代碼行估算法和功能點估算法）進行研究，結合實例對3種方法進行詳細的估算說明，并對估算結果進行對比分析。

1 直接工作量估算

可編程控制器大多采用梯形圖語言編程，該語言不僅在代碼上沿用電氣工程師熟悉的繼電器控制原理圖的方式，還提供許多簡單而又實用的指令。梯形圖鎖存邏輯編程代碼示例見圖1。

圖1 梯形圖鎖存邏輯編程代碼示例

直接工作量估算方法是指基于工作分解結構的工作量估算方法，主要包括4點實施步驟：1）進行工作分解結構（Work Breakdown Structure，WBS）分解，將整個項目的任務進行分解，分解粒度需要能進行獨立估算；2）參考類似歷史項目數據，采用類比法或專家法估計每類活動的工作量；3）匯總得到項目的總工作量；4）根據工作量進行計劃安排。

某典型溫度控制系統見圖2，采用加熱器加熱容器設備，采用溫度傳感器測量設備的溫度，采用可編程控制器采集傳感器的數據，采用HMI顯示溫度值，在此基礎之上進行人機交互。當設備溫度到達上限值時，可編程控制器發出斷開指令，加熱器停止加熱；當溫度達到下限值時，可編程控制器發出閉合指令，加熱器啟動加熱。

圖2 溫度控制系統示例圖

WBS分解結果見圖3，工作量的度量單位為人·時。根據以往相似軟件的經驗，在可編程控制器中1個模擬量輸入（Analog Input，AI）功能設計的工作量約為0.5人·時；2個數字量輸出（Digital Output，DO）功能設計的工作量約為1.0人·時；可編程控制器中完成1個變量在人機界面顯示的工作量約為1.0人·時；在HMI中完成1個變量的圖像設計工作量約為1.5人·時。因此，總計工作量為4.0人·時。

圖3 控制系統WBS分解結果

2 代碼行估算

代碼行估算法是最早用于規模測量的方法，其核心是從開發者的技術角度對軟件進行估算。在估算時，該方法對功能分解的詳細程序要求較高。由于代碼行數在很大程度上依賴于所用的編程語言和個人的編程風格，故在項目需求不穩定、設計不成熟時，代碼行估算法很難準確地估算代碼量，且其對代碼行也沒有公認的定義和標準。

在使用代碼行估算法進行估算時，首先要把項目劃分為若干個功能模塊，再分別計算每個功能模塊的代碼長度，最后計算項目的總代碼長度。此外，基于生產率參數可將代碼規模轉換為工作量。目前，在估算時默認以C語言的實際代碼行數為準則進行規模統計。由于大多數可編程控制器不支持直接C語言編程，故需要根據歷史經驗按比例進行換算。

根據歷史項目經驗，梯形圖-C語言轉換系數為0.125，即1條梯形圖指令程序對應8行C語言代碼，直接工作量估計結果見表1。

表1 直接工作量估計結果

3 功能點估算

基于功能點的工作量估算法從用戶的角度來度量軟件，該方法與實現技術和語言無關，在項目需求明確時估算的準確性較高。功能點估算的主要方法有3種：IFPUG法、MarkⅡ法和COSMIC法。其中，IFPUG估算法應用范圍最廣，且適用于所有類型的軟件。

功能點估算的主要步驟包括：確定項目類型、識別項目范圍、分析未調整的功能點、計算交付功能點數。估算的內容包括外部接口數（External Interface File，EIF）、內部邏輯數（Internal Logical File，ILF）、外部輸出數（External Output，EO）、外部輸入數（External Input，EI），以及外部查詢數（External Query，EQ）。其中，事務類包括EI、EO、EQ，數據類包括ILF和EIF。

依據某一功能單元涉及的數據元素類型數（Data Element Types，DETs）、記錄元素類型數（Record Element Types，RETs）、引用文件類型數（File Type Referenced，FTRs），對照復雜度矩陣確定該功能單元的功能復雜度所屬類型。其中，DETs是指在一個ILF或EIF內用戶可認知的、唯一的、非重復的字段。RETs是指在一個ILF或EIF內用戶可認知的數據元素子集。

為更加詳細地了解功能點方法的估算內容，在某典型溫度控制系統實例的原有基礎上，增加用戶對歷史數據的查詢功能。溫度控制系統的功能點估算結果見表2。

表2 溫度控制系統的功能點估算結果

調整后的功能點數（Adjusted Function Points，AFP）的計算公式為

式中：AF為影響因子，可根據行業數據和經驗值進行適當取值。本例中，AF為0.89，調整后的功能點數為45。

4 結論

以提高軟件的質量和可靠性為出發點，本文分別介紹了直接工作量估算法、代碼行估算法和功能點估算法的實施步驟和估算特點，并依據實例進行了對比分析。直接工作量估算法依賴歷史經驗數據，在評估量化時無法提供科學支撐證據。代碼行估算方法簡單直觀，但目前沒有度量標準，不同人員的估算結果差異較大，不利于項目管理。功能點估算法基于用戶需求建立量化指標，對于項目估算相對客觀，但需設置較多的影響因子數值。

總的來說，為提高軟件估算的準確率，軟件項目管理人員應從軟件本身的特性出發，兼顧項目的復雜度、重要度和進度要求等指標進行綜合考慮。