軌道交通車輛軟件開發(fā)過程中的質(zhì)量保證措施

劉長遠(yuǎn)

（中車長春軌道客車股份有限公司電氣研發(fā)部，130062，長春∥高級(jí)工程師）

車輛軟件系統(tǒng)作為列車運(yùn)行安全的關(guān)鍵系統(tǒng)，承擔(dān)著傳送列車運(yùn)行控制命令、監(jiān)測(cè)列車狀態(tài)信息、診斷設(shè)備故障數(shù)據(jù)及在線計(jì)算等多種任務(wù)。軟件開發(fā)全過程質(zhì)量控制是保證其產(chǎn)品質(zhì)量安全可靠的重要手段。如何實(shí)施軟件全生命周期質(zhì)量管控，減少軟件產(chǎn)品缺陷，降低軟件開發(fā)成本，已成為軌道交通車輛軟件研發(fā)必須面臨的關(guān)鍵性課題。

1　軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)

軌道交通車輛軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)組織應(yīng)符合中ISO 9000系列標(biāo)準(zhǔn)中的質(zhì)量體系要求。該體系覆蓋整個(gè)生命周期的所有質(zhì)量活動(dòng)，包括計(jì)劃、開發(fā)、執(zhí)行、管理、測(cè)試及問題報(bào)告等。該質(zhì)量體系要求涉及管理者職責(zé)、質(zhì)量體系、質(zhì)量評(píng)審、設(shè)計(jì)控制、文件和資料控制、產(chǎn)品標(biāo)志與可追溯性、過程控制、試驗(yàn)、糾正及預(yù)防措施、質(zhì)量記錄的控制、內(nèi)部審核、培訓(xùn)等方面內(nèi)容。軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)按照相關(guān)的規(guī)程和準(zhǔn)則實(shí)施。

如開發(fā)的軟件產(chǎn)品具有安全完整性等級(jí)，其軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)成員中設(shè)計(jì)員、執(zhí)行員、驗(yàn)證員和確認(rèn)員之間都必須具有相對(duì)獨(dú)立性。設(shè)計(jì)員、執(zhí)行員和驗(yàn)證員可通過項(xiàng)目經(jīng)理進(jìn)行管理，確認(rèn)員與評(píng)估員應(yīng)獨(dú)立于項(xiàng)目經(jīng)理，其中確認(rèn)員對(duì)軟件產(chǎn)品有批準(zhǔn)和發(fā)布權(quán)。不存在約束條件的軟件產(chǎn)品其軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)員，執(zhí)行員、驗(yàn)證員和確認(rèn)員可以是同一個(gè)人。軌道交通車輛軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)的組織架構(gòu)如圖1所示。

2　軟件生命周期模型

軌道交通車輛軟件典型生命周期應(yīng)包括需求階段、架構(gòu)設(shè)計(jì)階段、編碼階段、測(cè)試階段、集成階段、確認(rèn)階段和維護(hù)階段。軟件生命周期規(guī)劃了軟件開發(fā)的階段和活動(dòng)，記錄貫穿整個(gè)軟件生命周期的所有與軟件相關(guān)的質(zhì)量活動(dòng)。生命周期模型定義每個(gè)階段軟件開發(fā)活動(dòng)和主要質(zhì)量任務(wù)與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，以及每個(gè)任務(wù)和活動(dòng)負(fù)責(zé)的組織部門。圖2為軟件生命周期圖。

圖1　軌道交通車輛軟件開發(fā)組織架構(gòu)

圖2　軟件生命周期圖

3　軟件開發(fā)過程中質(zhì)量保證措施

3.1　軟件需求質(zhì)量

軟件系統(tǒng)需求階段應(yīng)編寫軟件需求規(guī)范，闡述軟件的功能、可靠性、可維護(hù)性、安全性、易用性及可移植性等相關(guān)內(nèi)容，描述應(yīng)完整、清楚、準(zhǔn)確。軟件需求可驗(yàn)證、可測(cè)試、可維護(hù)，在生命周期所有階段均可追溯。軟件需求階段質(zhì)量應(yīng)建立軟件需求檢查單，確保每個(gè)軟件需求的正確性與完整性，從而保證軟件需求階段的質(zhì)量。軟件需求應(yīng)從合同、技術(shù)規(guī)范，順次追溯到軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件模塊設(shè)計(jì)、測(cè)試用例、軟件編碼。表1為軟件需求檢查單。

表1　軟件需求檢查單

3.2　軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段分為軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與軟件組件（模塊）設(shè)計(jì)，包含下列內(nèi)容：軟件組件應(yīng)追溯到軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)；軟件組件與環(huán)境的接口描述；軟件組件之間的接口描述；組件功能的劃分；主要算法和順序；確定可追溯到上一級(jí)別的所有最低層軟件組件；與環(huán)境以及其它具體輸入輸出模塊的詳細(xì)接口；詳細(xì)的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；每個(gè)軟件模塊應(yīng)可讀、易于理解和可測(cè)試。

為保證軟件的安全性與可靠性，在軌道交通車輛軟件設(shè)計(jì)階段，應(yīng)基于EN 50128標(biāo)準(zhǔn)選用表2中的技術(shù)方法與措施［2］，其中包括形式化方法、模塊化方法、結(jié)構(gòu)化編程等技術(shù)措施。采取適合軌道車輛軟件不同系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)措施組合，使其軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與模塊設(shè)計(jì)達(dá)到相應(yīng)軟件安全等級(jí)，從而保障軟件設(shè)計(jì)質(zhì)量滿足軌道車輛用途要求。

表2　軟件設(shè)計(jì)技術(shù)措施

3.3　軟件編碼質(zhì)量

軟件編碼階段其軟件開發(fā)應(yīng)遵循制定的軟件編碼標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)規(guī)范。編碼標(biāo)準(zhǔn)是為了規(guī)范良好的編程習(xí)慣，嚴(yán)禁不安全的語言特性要求。編碼標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)定義模塊尺寸大小、編碼行數(shù)、注解率及復(fù)雜度等要求。依據(jù)編程語言定義編碼規(guī)范，如C、C++語言編碼規(guī)則可參照MISRA C、MISRA C++編程規(guī)范，結(jié)合自身軟件開發(fā)特點(diǎn)定制軌道車輛軟件系統(tǒng)編碼規(guī)范。

表3列舉了部分代碼質(zhì)量檢查項(xiàng)點(diǎn)。通過代碼檢查可減少編碼錯(cuò)誤，有效降低由編碼錯(cuò)誤導(dǎo)致的車輛運(yùn)行故障。

表3　軟件代碼質(zhì)量檢查表

3.4　軟件測(cè)試質(zhì)量

軟件測(cè)試階段應(yīng)執(zhí)行軟件模塊測(cè)試、軟件集成測(cè)試和軟件/硬件集成測(cè)試。為保證軟件測(cè)試達(dá)到預(yù)期結(jié)果，在軟件測(cè)試計(jì)劃中應(yīng)描述測(cè)試階段所使用的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)及工具，明確測(cè)試過程中所涉及人員的角色和職責(zé)，標(biāo)志測(cè)試環(huán)境、測(cè)試工具、軟件編碼、測(cè)試用例及相關(guān)配置程序版本，完整記錄測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果與錯(cuò)誤或缺陷。基于EN 50128標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試技術(shù)包括概率測(cè)試、靜態(tài)分析、動(dòng)態(tài)分析、軟件錯(cuò)誤影響分析等措施。

選取適合的軟件測(cè)試技術(shù)能最大限度滿足測(cè)試用例覆蓋率的要求，從而可提高測(cè)試效率，保證測(cè)試過程的正確性與完整性。

3.5　軟件維護(hù)變更質(zhì)量

軟件產(chǎn)品投入運(yùn)營后應(yīng)建立完善的軟件變更與版本升級(jí)流程。軟件發(fā)布后須提供軟件發(fā)布說明相關(guān)文件。該文件應(yīng)描述已解決的問題，已知但仍未得到解決的問題，增加或更改的功能、要求及設(shè)計(jì)變更，相關(guān)軟件文檔的修改和文件審查的證據(jù)，測(cè)試計(jì)劃和測(cè)試結(jié)果的說明等。軟件發(fā)布說明應(yīng)包含軟件全生命周期文件及文件版本。記錄和可交付的每個(gè)軟件應(yīng)從其初次發(fā)布開始處于配置控制下。維護(hù)變更管理系統(tǒng)還應(yīng)包括在全壽命周期期間使用的軟件開發(fā)環(huán)境，應(yīng)包括所有的工具、編譯器、數(shù)據(jù)和試驗(yàn)文件、參數(shù)文件和支持硬件平臺(tái)。

4　軟件質(zhì)量評(píng)審

質(zhì)量管理團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)執(zhí)行定期的軟件質(zhì)量審核。在審核前應(yīng)向軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)提供軟件審核計(jì)劃。軟件審核計(jì)劃包括軟件審核時(shí)間、地點(diǎn)、審核依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)容等信息。進(jìn)行軟件審核時(shí)，軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)向?qū)徍巳藛T提供所有與軟件活動(dòng)相關(guān)的人力資源配置、軟件工具、開發(fā)文件、軟件質(zhì)量管理體系資質(zhì)等材料。質(zhì)量管理團(tuán)隊(duì)要對(duì)軟件安裝記錄與軟件配置清單進(jìn)行核對(duì)，以確認(rèn)所安裝軟件版本的正確性，同時(shí)將軟件配置清單納入車輛履歷，并做到動(dòng)態(tài)管理。

5　結(jié)語

本文針對(duì)軌道交通車輛軟件系統(tǒng)開發(fā)過程質(zhì)量保證活動(dòng)，提出建立軟件全生命周期質(zhì)量管理體系：組建符合國際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)，深入論述軟件需求階段、軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件編碼、軟件測(cè)試和維護(hù)變更管理階段質(zhì)量保證措施；基于EN 50128標(biāo)準(zhǔn),制定符合軌道交通車輛軟件開發(fā)全過程質(zhì)量檢查單；選取合理的軟件設(shè)計(jì)技術(shù)措施，執(zhí)行定期軟件質(zhì)量評(píng)審。遵循上述質(zhì)量管控策略可有效減少軟件產(chǎn)品缺陷，降低軟件開發(fā)過程后續(xù)成本，對(duì)提高軌道交通車輛軟件產(chǎn)品質(zhì)量具有一定的指導(dǎo)實(shí)踐意義。

［1］PRESSMAN R S.軟件工程：實(shí)踐者的研究方法［M］.鄭人杰，馬素霞，譯.7版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］CENELEC.Railway Applications—Communications，Signalling andProcessingSystems—SoftwareforRailwayControlandProtectionSystems：EN50128—2011［S］.Brussels：CENELEC，2011.

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