基于量化目標的型號軟件質量控制

白麗、劉華、邱楓、李蘭蘭、杜杠 /北京航天自動控制研究所

一、實施背景

2015 年，北京航天自動控制研究所啟動GJB5000A 四級的實施工作，經過調研、啟動、差距分析、專題培訓、建立體系、試點運行，在全所軟件研制流程中實施基于數據的精細量化質量管理，利用信息化手段，基于歷史項目數據，構建符合本單位軟件研制水平的軟件開發過程質量控制基線和模型，在軟件全生存周期利用建立的基線和模型開展量化的質量管控并預測交付軟件產品質量。2019 年，研究所作為裝備發展部首批、中國運載火箭技術研究院第一家單位，通過了GJB5000A 四級預評價。評價組對研究所堅持以事實為依據，以數據為基礎穩打穩扎推進軟件過程定量管理給予高度肯定，展示了研究所的技術實力和管理水平，進一步鞏固了研究所在航天軟件排頭兵的地位。

通過采集軟件研制各階段的質量數據并開展分析，與各階段制定的量化目標進行比對，提前制定針對性較強的預防措施，實現軟件全生存周期的量化質量管控，能夠有效提升軟件產品質量。

2019 年 通 過GJB5000A 四級預評價，標志著研究所已經掌握量化管理的方法和思路以及在項目中的具體實施方法，但量化統計方法在型號管理上應用依然存在不足，主要體現在以下幾個方面：

（1）四級基線和模型目前只在重點型號進行試用，未能全面推廣；

（2）全員實施量化管理的氛圍依然欠缺，主動使用數據開展統計分析、使用質量數據參考基線來進行型號質量過程控制力度不足；

（3）數據采集依然存在數據填報滯后，數據不完整、不規范等問題；

安全性驗證研究結果表明，定量血流分數測量系統在不同環境條件下的電氣安全相關風險可控，符合GB 9706.1-2007醫用電氣設備的安全通用要求、YY 0505-2014醫用電氣設備的電磁兼容安全并列要求、GB/T 14710-2009醫用電器環境要求及試驗方法。

（4）對于通過量化統計方法分析發現問題的項目，特別是研制進度緊張的項目，質量控制節點滯后，能夠采取的量化控制措施有限。

為有效解決上述問題，提升量化管理水平，軟件過程改進組在2020 年初提出基于量化指標的型號軟件質量控制模式。在軟件全生存周期開展基于量化指標的軟件質量控制，依據軟件研制各階段質量控制基線，在相應階段制定量化質量目標，全過程監督控制，提前制定針對性較強的預防措施，將質量管理向源頭延伸，實現提高軟件產品質量、降低質量成本的目標。

為有效解決上述問題，提升量化管理水平，軟件過程改進組在2020 年初提出基于量化指標的型號軟件質量控制模式。在軟件全生存周期開展基于量化指標的軟件質量控制，依據軟件研制各階段質量控制基線，在相應階段制定量化質量目標，全過程監督控制，提前制定針對性較強的預防措施，將質量管理向源頭延伸，實現提高軟件產品質量、降低質量成本的目標。

二、工作與實踐

1.主要方法

基于量化指標的型號軟件質量控制模式的實施要點是應用GQM 方法（G—目標、Q—問題、M—測量）構建“過程規范—重視平臺—數據分析—回饋改進”的量化目標體系。通過對歷史數據的收集、整理、分析，采取正態性檢驗、控制圖、方差分析、回歸分析、蒙特卡洛模擬等統計技術，建立軟件研制過程質量控制基線和模型。基于已建立的質量控制基線和模型，在軟件研制的系統分析與設計、需求分析、軟件實現、軟件測試、驗收交付全生存周期的各階段均制定軟件量化質量控制目標。在軟件研制全生命周期中利用信息化工具平臺收集研制過程質量數據，主要包含評審數據、開發方測試數據、第三方測試數據。通過數據計算和分析，與量化質量控制目標進行比對，對每個研制階段量化質量控制目標的實現情況進行判定，未達到相應質量目標時，對本階段制定相應的改進措施，并對下一研制階段提前采取措施進行干預。通過對過程輸入的調整和干預，調整過程的預期輸出，確保整個研制過程中的軟件質量均在定量控制的范圍之內，從而保證最終軟件產品實現預期質量目標。

2.主要做法

依據已發布的軟件質量控制基線和模型，結合集團高質量保證成功、高效率完成任務、高效益推動航天強國和國防建設的“三高”發展目標，以型號飛行任務零缺陷為最終質量目標，將軟件質量控制的最后環節“第三方確認測試缺陷密度”作為型號軟件量化控制的目標，具體實施方法為：

（1）首次將第三方測試缺陷密度均值下降5%作為目標

將基線應用到質量目標的確定。依據2020 年正式發布的4.0版過程績效基線，確定第三方測試缺陷密度均值不大于XX 個/KLOC，即較上年同期下降5%。

依據質量目標分解關鍵子過程目標，并對型號兩總、軟件研制單位下發責任令，利用量化指標考核軟件質量控制實施水平。識別出質量控制前移的點，對各質量控制階段均制定過程質量控制目標，任務書評審缺陷、需求及更改影響域評審缺陷、代碼審查缺陷和開發方測試缺陷密度均值較上年同期提高3%。量化目標的分解見圖1。

圖1 量化目標

（2）進一步規范流程，完善體系，將量化目標的管理理念納入體系文件中

依據第三方測試缺陷密度的量化控制目標，全面梳理涵蓋軟件研制全過程的組織級、項目級、配置項級3 個維度的測量指標，實現全過程量化質量控制。組織軟件副總師、質量技術處、系統軟件工程研究室、軟件評測中心對數據采集的規范性進行專題討論，明確第三方測試缺陷密度的計算方法。

（3）全面部署實施，2020 年60 多個軟件項目300 多個配置項全部采集數據

圖2 為2017—2020 年 項 目部署情況，2020 年部署軟件過程改進實施項目共60 多個，依據差異化管控的理念，將這些項目按照管理精細程度劃分為1類精益管理項目（對項目進行實施量化管理控制），2 類常規管理項目（任務分解顆粒度稍粗），3 類優化管理項目（重點關注風險、評審和問題閉環等）。所有項目均在SE—PMP 平臺上采集數據。

圖2 2017—2020年項目部署情況

（4）依據組織，持續推進制度化、規范化工作模式

依據“強基礎、抓落實、增實效”的工作方針，按專業成立技術工作組，結合月度質量分析開展監督考核，定期組織相關人員召開例會，對項目運行存在的問題提出系統應對建議，并提交組織決策落實。

（5）加強對軟件研制的監督與管控

加強日常監督跟蹤，參與軟件開發計劃評審、驗收等研制的關鍵質量控制環節，在型號研制中營造全面實施定量管理的氛圍。結合月度質量分析及針對定量管理運行實施的專項內審，分析項目運行數據，開展監督考核并對考核結果進行通報，及時識別未達到目標的情況，開展根因分析，制定相應的改進措施；加嚴軟件產品例外放行及技術狀態變更管控，嚴格控制軟件產品例外放行數量，并對軟件專業放行審查進行全面梳理，提高放行審查的有效性，形成PDCA持續改進。

（6）加強質量保證控制

按照所級產品保證工作要求，全面修訂軟件過程和產品質量保證檢查單，覆蓋軟件開發關鍵工作產品及全部研制過程。組織實施分層質量保證，開展所級和室級2 層質量保證審查，加強對軟件按研制管理流程的質量控制實施情況審查，有效提升軟件研制過程和產品質量。

進一步強化和發揮軟件評測中心對軟件產品保證的作用。為提高測試的有效性、針對性和覆蓋性，發布軟件第三方評測準入準出管理辦法；建立評測計劃動態發布機制及專業聯動機制，提升第三方測試效率，恢復軟件出所“軟檢”章使用，未給出“軟檢”放行意見的堅決不予放行。

（7）持續完善軟件系統工程過程管理平臺，為實施量化管理提供技術保障

持續優化在線評審流程，進一步完善項目管理流程、組織資產庫、測量項、高層視圖等功能，開展測試缺陷管理流程使用，完成第三方測試缺陷整體導入流程，實現軟件項目管理全過程數據收集，進一步增強過程的可視性和可控性。利用平臺開發庫，對開發庫中設計過程的版本進行狀態控制，有效解決原型開發任務書缺少正式依據的問題。與所內原有的配置管理平臺打通接口，有效為基于數據的精細量化管理實施提供技術保障。

全面使用在線評審系統，提高評審的有效性。SE-PMP 評審中心為響應疫情期間對在線評審的需求，在全所范圍內廣泛應用，2020 年共開展565 次在線評審，其中軟件評審231 次，軟件評審共采集到733 個評審缺陷，平均每次評審3.17 個評審缺陷；相比2019 年開展168 次在線評審，采集251 個評審缺陷，在線評審使用率提升了37%，評審缺陷數提升192%，評審效率得到明顯提升。

三、實踐效果

1.數據采集的及時性、有效性、規范性得到提升

通過持續的宣貫、審查及強化，2020 年采集到質量保證審查類、評審類、測試類等質量數據14000 多個，項目進度、項目工作量、風險管理、項目資源等管理數據7000 多個，為開展量化質量分析提供有力支撐。

2.量化質量目標全面達標

2020 年軟件研制各階段缺陷密度數據與量化目標比對，見表1。

表1 缺陷密度量化目標實現情況

3.全員量化管理氛圍提升、鍛煉和培養專業人才

通過對量化管理理念的培訓、項目實施以及工具平臺建設，項目人員的能力得到了提升，為專業室打造了一支掌握工程技術、統計技術、項目管理、過程改進方法的復合型攻關團隊，為后續的項目實施和管理改進奠定了基礎。

經過持續改進，基于量化目標的型號軟件質量控制模式已初步形成。隨著項目運行的深入推動，質量目標得到進一步有效提升。后續將進一步統一數據規格，提升收集數據質量，修訂與本單位軟件研制水平貼合度較高的基線和模型，制定更加符合現狀的量化目標，切實提升型號軟件質量。