航空军用软件质量监督化评估方法研究

敬 敏，李付军

(1.中国人民解放军驻电子十四所军代表室， 南京210039； 2.南京电子技术研究所， 南京210039)

0 引言

当前，航空装备正处在跨越式发展的重要时期，软件作为航空装备的“神经中枢”，地位和作用日益突出，规模、复杂度及功能在整个系统中所占比重急剧上升，而质量将成为决定航空装备战斗力发挥的关键因素。抓好新一代装备软件的质量监督管理，对于全面提升航空装备质量建设水平，确保新装备整体作战效能的有效提升，具有十分重要的现实意义。

近年来，总装和空军先后颁布实施了一系列法规标准，对规范软件工程化管理与质量监督工作提出了明确要求。根据《军用软件质量管理规定》等法规文件的要求，军事代表应对装备软件在整个生存周期，包括需求分析、设计、实现、测试、定型、生产和使用维护等各个阶段实施全过程质量监控。同时，随着GJB5000A《军用软件研制能力成熟度模型》［1］等标准纳入军方软件工程化管理要求，军事代表必须更新质量理念，切实重视和突出加强对软件的质量监督管理，量化评估则是质量管理要求与措施落实的关键。没有科学的质量评估标准和方法，或者说没有软件质量度量，就无从谈起有效的、精细化的软件质量管理监控。

1 研究背景与意义

软件作为一种逻辑实体，本身具有抽象性、易变性和复杂性，其可视性较差，软件开发过程质量控制难度大［2］。随着软件规模和复杂度的增加，软件需求分析、开发设计、测试验证、检验验收难度也在进一步加大，软件质量已经成为武器装备中风险最大的部分。因此，就航空军用软件的特点和质量管理现状，以前粗放式及定性开展软件质量监督的手段和方法，难以提升软件质量。具体由以下三方面进行阐述:

1)航空装备软件开发难度大、质量要求高。航空装备软件是装备实现信息获取、传输、处理、存储、分发和控制的核心要素，具有实时性、高精度、信息源多、控制要求高的特点。目前，新装备软件多为实时嵌入式，软件设计不仅与其自身的体系结构、操作系统特性等因素密切相关，而且还受到硬件环境的严格约束，由于硬件的匹配性要求极高，因此，涉及的时序时限要求、同步控制要求、接口交联要求也越来越复杂。若软件可靠性、安全性不高，一旦失效将产生不可估计的后果;

2)近年来，总部、空军先后颁布实施一系列软件法规标准，不断规范软件工程化管理。特别是随着GJB5000A《军用软件研制能力成熟度模型》的推行，软件工程化管理要求逐渐由重视硬件开发向软硬协同推进、粗放式管理向精细化管理、定性要求向定量考核转变。采购方、承制单位和军事代表必须更新质量理念，树立软件质量意识，增强软件质量管理责任感，切实重视和突出加强对软件的质量管理;

3)现役航空装备军用软件研制质量不容乐观。近年来，随着二代机、三代机交付后，部队训练不断深化，软件暴露了一系列问题。例如一种飞机由于软件设计缺陷，当快速切换进气道控制系统工作方式时，控制系统处理机出现故障引起斜板误动作，影响飞行安全。经统计，我国的装备软件交付验收时发现的缺陷率为6.65(千行代码缺陷数)，而美国为0.4、印度为0.263、欧洲为0.225、日本为0.02。按照目前的研发水平，据估计每年需要定型的空军装备软件约1 000万行，这就意味着这些装备到定型前，需要接受几万个软件缺陷的考验，风险之大可想而知。

2 航空软件量化评估的研究内容

2.1 总体思路

航空软件量化评估研究的总体思路是:在分析研究国内外、军内外软件质量量化管理现状的基础上，充分调研制约航空军用软件的质量因素，学习借鉴国内外软件质量量化管理方面先进的经验做法，以GJB5236《军用软件质量度量》［3］和 GJB5000A《军用软件研制能力成熟度模型》为主要研究依据，针对适用于顾客管理角色以及航空军用软件领域的两大特定需求，建立航空军用软件质量量化评估模型和方法，形成便于军事代表使用的软件质量量化评估管理要求。

2.2 确定航空军用软件质量需求

根据航空军用软件的特点，充分调研影响或制约航空军用软件质量的因素，明确航空军用软件质量需求。通过了解ISO9126、GJB5236软件质量标准中定义的软件质量要素，结合GJB5000A中对软件过程质量的要求，以及搜集并分析航空典型型号产品的测评报告，统计在软件测试过程中容易出现问题的质量因素，从而确定航空军用软件质量量化管理的目标。

2.3 初步建立航空军用软件质量模型

目前，国内外比较流行的几种质量模型和标准包括 McCall质量模型、Boehm 模型、ISO9126 等［4］。综合比较以上几种常见的软件质量模型，其共同缺点是每个模型的质量要素和评价准则是固定的，没有考虑到不同类型的软件产品对质量要素要求的不同，同时也没有从过程管理的角度研究适用于软件特性的模型和框架。

因此，通过比较和分析国内外、军内外已有的软件质量模型和标准，基于确定的航空军用软件质量需求，针对航空军用软件具有实时性高、物理设备相关性高、可靠性与安全性要求高等特点，从过程管理的角度建立适用航空军用软件质量模型，这将是整个软件量化评估方法的基础。图1为参照GJB5236《军用软件质量度量》中定义的软件质量模型，初步建立从用户角度出发的航空军用软件质量模型。

图1 航空军用软件质量模型(用户角度)

2.4 建立航空军用软件质量量化评估模型

在收集和分析当前国内外流行的软件度量模型的基础上，结合GJB5000A过程管理模型和管理思想，开展航空军用软件质量量化评估模型的建模工作。

根据上述的航空军用软件质量模型，一方面需要兼顾软件过程控制与最终软件产品质量评估的需求，另一方面需要进一步理清质量子特性与度量指标之间的关系，给出分析方法。图2为初步建立的航空军用软件质量量化评估模型(用户角度)，确定了每项质量子特性的量化指标，并赋予不同的权重，利用该模型实现对航空军用软件开发过程的量化控制和软件质量的综合量化评估。

图2 航空军用软件质量量化评估模型(用户角度)

3 具体实践及关注点

在建立航空军用软件质量量化评估模型的理论基础上，将模型应用到具体的航空武器装备型号的监控过程中，初步建立了航空军用软件质量量化评估管理要求:

1)在软件策划阶段，督促承制单位利用质量量化评估模型，选取度量指标及其采集的时机、频次等，确定评价准则，编制形成软件度量计划并进行评审;

2)在软件开发阶段，督促承制单位按计划实施度量数据采集并进行统计分析，利用度量结果开展对软件过程的控制和反馈;

3)在软件重要的里程碑处，如需求评审、确认测试等关键时间点上，对软件产品进行质量量化评价。开展中间工作产品量化评价，确定软件开发能否进入下一阶段;开展最终产品量化评价，决定软件能否通过验收。加强需求控制和管理，建立航空军用软件需求颗粒度的组织性能基线，并关注后续需求的跟踪实现情况。量化监控软件测评过程，通过搜集历史型号的测评报告，统计分析其测试用例的规模、分布等情况，建立航空军用软件测试用例的组织性能基线，应用到测试计划、测试说明等评审中，即在测试执行之前进行监控。同时，统计分析测试缺陷密度，建立航空军用软件测试缺陷的组织性能基线，应用到测试报告评审中。

4 结束语

随着计算机技术、数据融合技术、网络技术和通信技术的飞速发展，对软件功能提出的要求也越来越高，如何评估软件质量已成为一个迫切需要解决的课题。选择合适的指标体系并使其量化是做好软件质量评估的关键。当然，由于软件的评估具有其特有的规范和要求，其评估指标涉及面广、不确定性因素较多、量化困难，至今还没有统一的标准。军事代表应充分发挥用户质量监管需求的牵引作用，紧密结合航空军用软件特点，建立软件质量量化评估模型，并形成具体管理要求，落实到型号软件的质量监控过程中。

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

［2］ 邢大红.基于度量的软件过程改进方法的研究［D］.合肥:合肥工业大学，2004.Xing Dahong.Research of software process improvement method based on metrics［D］.Hefei:Hefei University of Technology，2004.

［3］ GJB5236-2004.军用软件质量度量［S］.GJB5236-2004.Quality measurement for military software［S］.

［4］ Galin D.软件质量保证［M］.北京:机械工业出版社，2004.Galin D.Software quality assurance［M］.Beijing:China Machine Press，2004.