軍用軟件過程質(zhì)量度量實施方法研究

解 群，鄒步青，王 勇

(1.國家工程軟件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，上海 200233；2.中國電子科技集團公司第三十二研究所，上海 200233；3.上海億通國際股份有限公司，上海 200120)

隨著我國武器裝備信息化的發(fā)展，軍用軟件質(zhì)量成為關(guān)注的焦點。目前軍用軟件質(zhì)量監(jiān)管主要存在以下問題：⑴較多的關(guān)注軟件產(chǎn)品質(zhì)量，忽視開發(fā)過程的質(zhì)量；⑵缺乏軟件過程質(zhì)量度量體系與評價基準；⑶軟件質(zhì)量評價較多依賴于第三方測試和定型測評，導致成本大大增加；⑷缺少可供過程持續(xù)改進的數(shù)據(jù)積累和經(jīng)驗。這些問題均與軟件過程質(zhì)量度量相關(guān)。

軟件過程管理的目標是使軟件開發(fā)過程、產(chǎn)品的實際情況與期望結(jié)果之間的偏差盡可能小，偏差可控，最終控制并改進項目過程、提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量[1]。軍用軟件過程質(zhì)量度量包括項目、過程和產(chǎn)品質(zhì)量度量。其中項目度量評估項目開發(fā)過程的質(zhì)量，預(yù)測項目進度、工作量等。過程度量確保已定義的過程在軟件組織中得到合理應(yīng)用，并通過不斷改進來滿足項目目標。產(chǎn)品度量使用戶對軟件產(chǎn)品滿意并接受產(chǎn)品[2]。其中產(chǎn)品度量可以采用軟件質(zhì)量模型McCall進行度量，本文則主要圍繞軟件項目和過程質(zhì)量開展相應(yīng)的度量研究。

1 建立軍用軟件過程質(zhì)量度量體系

1.1 度量構(gòu)造

度量的構(gòu)造過程為選擇度量實體和屬性，進行基本測量和派生測量，設(shè)置指示器，然后產(chǎn)生度量信息，其層次結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。測量實體為可測量的事物。測量屬性為可度量實體某些方面的特征，例如：規(guī)模、工作量和缺陷數(shù)等。測量構(gòu)造設(shè)計得越合理，測量的軟件屬性和已標記的信息結(jié)合得就越好，也就越容易得出可靠、客觀的決策。

軍用軟件過程質(zhì)量度量圍繞著持續(xù)改進軟件質(zhì)量、提高生產(chǎn)率和降低成本的目標展開，通常包含產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量、進度和進展、生產(chǎn)率、資源和成本、產(chǎn)品穩(wěn)定性、過程依從性和技術(shù)有效性這7類信息的度量。

1.2 度量數(shù)據(jù)采集

度量數(shù)據(jù)采集是過程度量的基礎(chǔ)，用于收集與所要求的度量值相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。合理選取數(shù)據(jù)來源是實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵，應(yīng)保證數(shù)據(jù)的有效性、一致性和準確性[4]。采集活動的入口準則：軟件度量計劃已經(jīng)發(fā)布；采集測量數(shù)據(jù)的表單或自動化工具已經(jīng)就緒。輸入：軟件度量計劃；度量數(shù)據(jù)源。輸出：所需的測量數(shù)據(jù)記錄。出口準則：軟件度量計劃所需的度量數(shù)據(jù)已經(jīng)獲取、驗證并被正確的保存。采集活動步驟如下。

⑴獲取度量數(shù)據(jù)。按照度量計劃在開發(fā)活動中按度量數(shù)據(jù)采集表或使用自動化工具采集度量數(shù)據(jù)；軟件負責人使用統(tǒng)計方法或工具計算導出度量的數(shù)據(jù)值。

圖1 度量構(gòu)造

⑵驗證度量數(shù)據(jù)。軟件負責人對基本度量數(shù)據(jù)和導出度量數(shù)據(jù)進行核查，確保度量數(shù)據(jù)的完備性、完整性、準確性和及時性。對數(shù)據(jù)的完整性檢查應(yīng)盡可能靠近數(shù)據(jù)源進行，檢查可能包括搜索遺漏數(shù)據(jù)、超出邊界的數(shù)據(jù)值、異常模式和度量之間的相關(guān)性等。應(yīng)注意檢驗和糾正由于人為判斷而造成的分類不一致；檢查用于計算的導出度量與基本度量之間的關(guān)系。

⑶存儲度量數(shù)據(jù)。軟件負責人負責按照度量計劃存儲度量數(shù)據(jù)；設(shè)置度量數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限，限制非法訪問度量數(shù)據(jù)，防止泄露信息。

1.3 度量結(jié)果分析與評價

分析與評價活動入口準則：度量數(shù)據(jù)已采集。輸入：度量數(shù)據(jù)。輸出：通報記錄。出口準則：提交度量數(shù)據(jù)分析結(jié)果。分析活動步驟如下。

⑴計算指示器值。軟件負責人使用輔助分析工具對度量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，制作度量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計表，并按照基本度量→導出度量→指示器的順序，由度量數(shù)據(jù)生成相關(guān)指示器的值；生成指示器圖表。

⑵分析度量數(shù)據(jù)。軟件負責人首先按照度量數(shù)據(jù)分析規(guī)程對指示器進行分析，理解指示器當前值表示的含義。比如發(fā)現(xiàn)指示器值超出正常范圍；指示器值雖未超出閾值，但存在超出的趨勢；控制圖存在失控點等現(xiàn)象，這時軟件負責人應(yīng)與相關(guān)人員對分析結(jié)果進行評審，查找導致異常狀態(tài)的原因。由軟件負責人綜合分析所有指示器值，得出項目進展狀態(tài)的分析結(jié)論。

⑶度量評價。能力度分析、過程改進分析與決策，給出評價報告。在評價報告中應(yīng)標識問題和風險，并提出相應(yīng)的解決問題和緩解風險的建議。

2 實施軍用軟件過程質(zhì)量度量

軟件過程質(zhì)量評價過程包括確定評價需求、設(shè)計、執(zhí)行和度量結(jié)果總結(jié)，評價過程如圖2所示。軍用軟件過程質(zhì)量度量實施的組織結(jié)構(gòu)、角色和職責如表1所示，度量指示器如表2所示，評價基準如表3所示。

圖2 軟件過程質(zhì)量評價過程

表1 軍用軟件過程度量主要角色與職責

軍用軟件過程質(zhì)量度量采用分層度量，各級單位可選取不同的指示器進行重點度量。表2中的項目級指項目開發(fā)團隊，組織級包括承研單位的管理部門、總體單位和軍隊機關(guān)的管理組織。承研單位的管理部門主要關(guān)注本單位項目的質(zhì)量和進展情況，為后續(xù)項目的開展提供參考和促進過程改進，主要關(guān)注的指示器包括：缺陷密度、客戶滿意度、項目里程牌進度、項目成本、生產(chǎn)率和重用率等。作為總體單位主要關(guān)注各承包單位的項目完成質(zhì)量的比較和項目總體進度的掌握，為提高軟件產(chǎn)品質(zhì)量和后續(xù)項目的發(fā)包提供參考，主要度量指示器包括：缺陷消除率、客戶滿意度、項目進度、成本、需求穩(wěn)定性、評審發(fā)現(xiàn)的缺陷數(shù)、測試充分性和有效性等。機關(guān)單位主要關(guān)注各類軟件裝備的開發(fā)質(zhì)量、效率和成本，為后續(xù)軟件項目設(shè)立和過程改進提供參考，例如：嵌入式軟件、非嵌入式軟件及非嵌入式中的指控和數(shù)據(jù)分析軟件其開發(fā)進度、成本、質(zhì)量評價方法均不一樣。機關(guān)單位的主要度量指示器包括：項目進度、成本、生產(chǎn)率、測試效率、代碼重用率等。

表2 軍用軟件過程質(zhì)量分層度量指示器

表3 軍用軟件過程質(zhì)量常用度量基準

以進度偏差為例，當采集到進度后可以使用掙值圖、網(wǎng)絡(luò)圖、S型曲線比較等分析方法，得到進度超前、正常或滯后的結(jié)果，然后再做進一步的分析與決策。例如進度超前的可能原因包括：估計保守，實際項目組能力和經(jīng)驗比預(yù)想的好；或者迄今為止沒有充分執(zhí)行當前的任務(wù)或遺漏某些細節(jié)。擬采取的措施包括：重新估計后續(xù)任務(wù)進度，盡早釋放資源；或者評審已完成的任務(wù)，查漏補缺。出現(xiàn)進度滯后的可能原因包括：估計偏低；項目組成員經(jīng)驗不足，領(lǐng)域知識匱乏；采用新技術(shù)造成開發(fā)難度增大；未獲得充分資源；或者之前產(chǎn)品存在返工。擬采取措施包括：重新估計進度；指派經(jīng)驗豐富的人；投入更多的資源；減少任務(wù)范圍或降低活動要求；通過改進方法或技術(shù)提高生產(chǎn)效率。

軍用軟件根據(jù)其規(guī)模和重要程度也可分為分A、B、C、D四級，其在度量標準上也存在嚴格程度上的差異。例如：目前軍用軟件中軟件測試充分性度量，參考《航天型號軟件工程化要求》規(guī)定[6]，針對A級和B級軟件在進行單元測試時，語句、分支和MC/DC覆蓋率均應(yīng)該達到100% ，而對于C級和D級軟件則不做要求。集成測試時A級軟件的調(diào)用覆蓋率應(yīng)達到100%，其他等級不做要求。配置項測試時A級軟件的目標碼覆蓋率應(yīng)達到100%，其他等級不做要求。

本文研究軍用軟件過程質(zhì)量度量方法，建立度量與評價體系，提供度量構(gòu)造、度量數(shù)據(jù)采集、度量結(jié)果分析與評價活動準則，指導度量活動實施。同時探索軍用軟件開發(fā)承研單位、總體單位和機關(guān)針對不同的管理目標進行軟件過程質(zhì)量分層度量，為各級單位提供指示器裁剪，對于提高軍用軟件過程質(zhì)量具有重要的戰(zhàn)略意義。

[1] 李健.軟件過程質(zhì)量度量與控制[J]. 2006.

[2] 李樹文.基于度量的軟件質(zhì)量控制研究[J]. 微計算機信息，2008，24（23）:13-15.

[3] 賽柏科技.實用軟件度量[EB/OL]. [2014-07-01]http://wenku.baidu.com/.

[4] 范曉哲,傅鐵威,陳新世.基于CMMI的軟件過程質(zhì)量度量模型及應(yīng)用[J] ，科學技術(shù)與工程， 2011，11（9）:39-41.

[5] 金光. Q/ARG 2014軟件工程化管理體系規(guī)程文件[S].上海：中國電子科技集團公司第三十二研究所，2014.

[6] 楊海成，喬永強. Q/QJA 30-2005航天型號軟件工程化要求[S].北京：中國航天科技集團公司， 2005.