基于GJB 5000A的控制系統(tǒng)軟件過程管理方法

劉二平，馬帥明，劉 濤

（1. 海軍駐邯鄲地區(qū)軍事代表室，河北邯鄲 056000；2. 邯鄲凈化設(shè)備研究所，河北邯鄲 056011）

0 引言

近年來，隨著新型機(jī)電設(shè)備集成度和復(fù)雜度的快速提高，其軟件規(guī)模和關(guān)鍵等級相應(yīng)提升，對軟件質(zhì)量和可靠性指標(biāo)的要求也更加嚴(yán)格。控制系統(tǒng)軟件作為機(jī)電一體化設(shè)備的重要組成部分，較高的質(zhì)量和可靠性是設(shè)備創(chuàng)新及研制成功的前提和基礎(chǔ)。近年來，設(shè)備使用方對軟件過程管理的要求愈發(fā)嚴(yán)格和規(guī)范。對于一些軟硬件集成的設(shè)備，控制系統(tǒng)軟件承擔(dān)著設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算、狀態(tài)顯示以及故障報(bào)警等多項(xiàng)重要任務(wù)。在檢驗(yàn)和交付階段，軟硬件集成設(shè)備更是對軟件系統(tǒng)的功能、性能和接口等指標(biāo)有著較為嚴(yán)格的測試，這無形中對軟件開發(fā)方的過程管理水平提出了更高的要求。

在過去，開發(fā)者在軟件編制過程中往往只重視軟件功能的實(shí)現(xiàn)，缺乏對軟件健壯性、魯棒性以及容錯性的理解和重視。在軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程中，往往會忽視對過程的優(yōu)化和管理，導(dǎo)致軟件運(yùn)行效率低、可靠性差。有些單位缺乏有效的管理，未及時更新軟件版本導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行。近年來，GJB 5000A—2008《軍用軟件研制能力成熟度模型》在計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，以此標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的軟件產(chǎn)品顯著提升了軟件的質(zhì)量和可靠性。然而，該標(biāo)準(zhǔn)只是對開發(fā)者和管理者提出一些規(guī)則和綱領(lǐng)性的要求，并沒有明確不同類型軟件的具體實(shí)現(xiàn)步驟。因此，在操作執(zhí)行時各組織需根據(jù)項(xiàng)目的具體特征制定差異化的解決方案。

本文結(jié)合機(jī)電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)的軟件工程化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在軟件項(xiàng)目執(zhí)行過程中以實(shí)際需求為出發(fā)點(diǎn)開展大量的本地化執(zhí)行工作，并在滿足GJB 5000A要求的同時對不同類型軟件項(xiàng)目進(jìn)行了定制化開發(fā)。以提升軟件工程能力和項(xiàng)目管理能力為目標(biāo)，確保在質(zhì)量穩(wěn)定、可靠的前提下按進(jìn)度交付軟件產(chǎn)品。

1 GJB 5000A的過程管理要素

GJB 5000A將組織的軟件研制能力成熟度分為初始級、已管理級、已定義級、已定量管理級和優(yōu)化級5個等級，見圖1。本文將重點(diǎn)介紹二級軟件項(xiàng)目的過程管理方法。

圖1 GJB 5000A軟件研制能力成熟度等級

GJB 5000A每個成熟度等級包含若干個過程域，共同形成了軟件過程管理能力。在GJB 5000A二級實(shí)施要求中，項(xiàng)目管理類過程域包括項(xiàng)目策劃、項(xiàng)目監(jiān)控和供方協(xié)議管理3個部分；工程類過程域?yàn)樾枨蠊芾磉^程域；支持類過程域包括配置管理、過程和產(chǎn)品質(zhì)量保證、測量與分析3個部分。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，本文主要對項(xiàng)目管理類過程域和支持類過程域進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.1 項(xiàng)目策劃過程域

項(xiàng)目策劃過程域的主要工作是根據(jù)項(xiàng)目需求制定相應(yīng)的計(jì)劃，并在制定計(jì)劃前完成項(xiàng)目生命周期模型的確定、項(xiàng)目規(guī)模估計(jì)、工作量估計(jì)、相關(guān)的項(xiàng)目資源需求及進(jìn)度表編制等工作。其中，對于項(xiàng)目執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)管理、利益相關(guān)方參與情況以及運(yùn)行中可能遇到的風(fēng)險等因素均需提前編制相關(guān)計(jì)劃。計(jì)劃編制完成后，項(xiàng)目組應(yīng)組織同行專家對計(jì)劃文檔進(jìn)行評審并獲得對計(jì)劃的承諾。在后續(xù)的項(xiàng)目執(zhí)行過程中，項(xiàng)目組應(yīng)積極協(xié)調(diào)和落實(shí)項(xiàng)目計(jì)劃，軟件項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可以通過定期跟蹤、階段跟蹤、定期例會等方式對計(jì)劃的落實(shí)情況進(jìn)行監(jiān)督。當(dāng)工作量和進(jìn)度等與項(xiàng)目實(shí)際執(zhí)行情況存在顯著偏差時，應(yīng)對項(xiàng)目工作量和進(jìn)度等進(jìn)行維護(hù)，以便使計(jì)劃得到有效實(shí)施。

1.2 項(xiàng)目監(jiān)控過程域

項(xiàng)目監(jiān)控過程域的主要工作是要準(zhǔn)確、及時地對項(xiàng)目的規(guī)模、工作量、進(jìn)度、數(shù)據(jù)管理情況、利益相關(guān)方參與情況、項(xiàng)目資源使用情況、項(xiàng)目風(fēng)險以及項(xiàng)目問題管理等情況進(jìn)行有效監(jiān)控。由于不同管理階段需監(jiān)控的內(nèi)容及形式均不相同，在項(xiàng)目執(zhí)行初期應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求制定項(xiàng)目監(jiān)控計(jì)劃，并經(jīng)專家評審一致通過。在后續(xù)的執(zhí)行過程中，項(xiàng)目監(jiān)控人員應(yīng)嚴(yán)格按計(jì)劃落實(shí)。一般來說，項(xiàng)目組相關(guān)人員應(yīng)適時地開展雙周、月、階段跟蹤和監(jiān)控（可根據(jù)具體的項(xiàng)目周期確定跟蹤頻次），當(dāng)實(shí)際情況偏離計(jì)劃時，應(yīng)采取糾正措施，直至問題得到解決。若實(shí)際情況偏離計(jì)劃較為嚴(yán)重，且會對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的評審造成影響時，項(xiàng)目組應(yīng)考慮按流程進(jìn)行項(xiàng)目變更。

1.3 需求管理過程域

需求管理過程域的主要工作是在項(xiàng)目初期針對需求問題充分與用戶溝通，項(xiàng)目組應(yīng)基于自身的能力實(shí)現(xiàn)情況明確軟件需方提出的任務(wù)。雙方達(dá)成一致后應(yīng)制定需求管理計(jì)劃，并在軟件開發(fā)過程中通過需求跟蹤矩陣、需求狀態(tài)確認(rèn)表等方法對需求的完成情況實(shí)時進(jìn)行正反雙向跟蹤，以保證前期需求與后續(xù)功能實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一性。當(dāng)需求計(jì)劃與產(chǎn)品的功能實(shí)現(xiàn)不一致時，及時啟動糾正措施。此外，當(dāng)采用瀑布式生命周期模型進(jìn)行軟件過程管理時，需求變更會對項(xiàng)目的進(jìn)度和成本產(chǎn)生一定程度的影響，但仍應(yīng)積極推進(jìn)，并通過一套嚴(yán)格的變更機(jī)制來確保變更后軟件項(xiàng)目的質(zhì)量。

1.4 測量與分析過程域

測量與分析過程域的主要工作是通過項(xiàng)目測量分析人員定時對項(xiàng)目執(zhí)行過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤和測量。測量項(xiàng)主要包括進(jìn)度、工作量、人均生產(chǎn)率、規(guī)模、項(xiàng)目質(zhì)量和項(xiàng)目評審情況等。項(xiàng)目組在建設(shè)初期應(yīng)建立和維護(hù)測量目標(biāo)，使它們與已標(biāo)識的信息要求和組織目標(biāo)相一致，并對測量項(xiàng)、分析技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、報(bào)告和反饋的機(jī)制進(jìn)行規(guī)定。當(dāng)前，數(shù)字化產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)作為一種重要的生產(chǎn)資源，對其進(jìn)行合理地分析和處理可提供更加豐富和完善的項(xiàng)目信息。測量人員在軟件開發(fā)和管理過程中獲得的大量、多種類的數(shù)據(jù)，將為軟件過程的不斷改進(jìn)和開發(fā)過程的不斷完善提供科學(xué)依據(jù)。

1.5 配置管理過程域

配置管理過程域的主要工作是通過配置管理人員對軟件項(xiàng)目執(zhí)行過程中產(chǎn)生的相關(guān)配置項(xiàng)進(jìn)行受控管理，并根據(jù)需要完成項(xiàng)目的變更、出庫、配置審查以及配置狀態(tài)記錄等。軟件項(xiàng)目開始執(zhí)行前應(yīng)成立軟件配置控制委員會，建立適合于分級控制的配置管理機(jī)構(gòu)并配置管理庫和相關(guān)的管理規(guī)則。在軟件配置管理計(jì)劃中應(yīng)標(biāo)識需交付的軟件產(chǎn)品、內(nèi)部工作產(chǎn)品、軟件開發(fā)工具和環(huán)境資源以及需采購的產(chǎn)品等，并實(shí)施適合等級控制的配置管理。配置管理員還需對處于配置管理之下的工作產(chǎn)品的更改進(jìn)行跟蹤和控制，并記錄配置狀態(tài)，進(jìn)行配置審核，建立和維護(hù)基線的完整性。

1.6 過程和產(chǎn)品質(zhì)量保證過程域

過程和產(chǎn)品質(zhì)量保證過程域的主要工作是通過項(xiàng)目質(zhì)量保證人員依照項(xiàng)目啟動會議紀(jì)要和適用的過程說明、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程制定質(zhì)量保證計(jì)劃，并按照該計(jì)劃進(jìn)行過程和產(chǎn)品評價。過程和產(chǎn)品質(zhì)量保證過程域的目的是保障軟件研發(fā)過程的規(guī)范性以及產(chǎn)品的質(zhì)量。質(zhì)量保證人員應(yīng)客觀地跟蹤和交流不符合項(xiàng)，確保問題得到解決，從而為項(xiàng)目組成員和管理者提供項(xiàng)目全生命周期的過程和相關(guān)工作產(chǎn)品的實(shí)施情況，以支持高質(zhì)量產(chǎn)品和服務(wù)的交付。質(zhì)量保證人員應(yīng)獨(dú)立于項(xiàng)目組，并具備向包括最高管理者在內(nèi)的不同層次的管理者直接報(bào)告項(xiàng)目問題的權(quán)利。

2 軟件過程管理本地化

2.1 體系結(jié)構(gòu)制定

為落實(shí)GJB 5000A的核心思想，本文依據(jù)圖2的體系結(jié)構(gòu)組成制定了適合不同類型項(xiàng)目的體系文件。

圖2 體系結(jié)構(gòu)組成圖

第1層為總方針，該層規(guī)定并明確了軟件過程的改進(jìn)方針、組織機(jī)構(gòu)、角色職責(zé)、保障資源和驗(yàn)證要求；第2層為過程模型，規(guī)定了軟件開發(fā)過程，根據(jù)實(shí)際情況以完全瀑布模型為基礎(chǔ)制定項(xiàng)目的生命周期模型；第3層為過程支持元素，包括方法、模板、指南、規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)、培訓(xùn)以及工具等。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，該層的支持元素主要包括軟件評審規(guī)程、軟件過程改進(jìn)體系文件編制規(guī)定、軟件測試規(guī)程、風(fēng)險管理規(guī)程、軟件估計(jì)規(guī)程、軟件估計(jì)指南、數(shù)據(jù)采集和測量分析規(guī)程、變更控制規(guī)范、數(shù)據(jù)管理規(guī)程、三庫管理規(guī)范以及不符合項(xiàng)處理規(guī)程；第4層為根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際特點(diǎn)所執(zhí)行的本地化操作，這里主要包括構(gòu)建簡化版生命周期模型、在項(xiàng)目估計(jì)時根據(jù)梯形圖類編程語言設(shè)置與C語言間轉(zhuǎn)換關(guān)系、顯示類編程軟件規(guī)模估計(jì)、引入功能點(diǎn)算法進(jìn)行項(xiàng)目估計(jì)、根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要對單元測試說明和單元測試計(jì)劃進(jìn)行合并、合并軟件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)階段的相關(guān)工作等。

2.2 簡化版生命周期模型

典型的瀑布型生命周期模型包括問題的定義及規(guī)劃、需求分析、軟件設(shè)計(jì)、程序編碼、軟件測試和運(yùn)行維護(hù)6個階段。本文結(jié)合機(jī)電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)軟件實(shí)際需求研究制定了簡化版生命周期模型（見圖3）。

簡化模型適用于功能簡單、開發(fā)周期短項(xiàng)目的軟件開發(fā)過程。在該模型中，省略了配置項(xiàng)測試過程并利用軟件自測試代替單元測試過程，保留了軟件驗(yàn)收測試。從圖3可看出，在本模型中，配置管理過程域、過程和產(chǎn)品質(zhì)量保證過程域以及測量分析過程域始終貫穿在整個項(xiàng)目的生命周期活動中。相應(yīng)的，項(xiàng)目策劃和項(xiàng)目監(jiān)控過程域在項(xiàng)目結(jié)項(xiàng)時同時結(jié)束，不持續(xù)跟蹤到下一個軟件維護(hù)階段。此外，本模型中項(xiàng)目評審采用專家和同行評審的方式來對不同階段產(chǎn)生的工作產(chǎn)品在技術(shù)和質(zhì)量層面進(jìn)行把關(guān)。本模型可為小型、短周期項(xiàng)目提供參考實(shí)踐，使軟件開發(fā)過程更易控制和管理。

圖3 簡化版生命周期模型

2.3 其他本地化操作

在實(shí)際執(zhí)行過程中，為使GJB 5000A標(biāo)準(zhǔn)切實(shí)“落地”，采取的其他本地化操作包括3點(diǎn)：

1）為滿足不同類型軟件的過程管理，綜合考慮軟件規(guī)模、開發(fā)語言、項(xiàng)目周期以及人員配置等因素，并根據(jù)每種因素分配不同的影響系數(shù)進(jìn)行數(shù)值評估，從而確定對相關(guān)過程域的合并或裁減。

2）為滿足不同用戶需求，在規(guī)模估計(jì)階段將功能點(diǎn)估計(jì)方法引入到自動化類嵌入式軟件中，大大提高了軟件估計(jì)的準(zhǔn)確度，為項(xiàng)目成本估算和進(jìn)度計(jì)劃的制定提供可靠依據(jù)。

3）針對顯示類編程軟件中圖文控件無法進(jìn)行規(guī)模估計(jì)的問題，基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)建立常用控件與C語言間等比換算系數(shù)表，采用間接估算的方式保障項(xiàng)目工作量預(yù)估的準(zhǔn)確性，為項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的制定及成本估計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了二級軟件管理過程中每個過程域的具體工作，通過各過程域的相互協(xié)調(diào)使得軟件管理工作能夠順利開展。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的需求特征、開發(fā)語言、運(yùn)行平臺和項(xiàng)目周期等特點(diǎn)，以 GJB 5000A為核心思想研究制定了相應(yīng)的軟件開發(fā)流程和過程精準(zhǔn)管控方案，可為本單位今后軟件項(xiàng)目的規(guī)范化開發(fā)提供基礎(chǔ)。本文所提方案可有效提高軟件生產(chǎn)率、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。