仿真模擬器軟件維護(hù)研究

張淵博，彭漢國(guó)

隨著模擬器仿真技術(shù)的進(jìn)步以及硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，模擬器已經(jīng)發(fā)展到能夠逼真、定性、定量的模擬設(shè)備運(yùn)動(dòng)規(guī)律和操縱特點(diǎn)。設(shè)備維護(hù)通常都是針對(duì)硬件的維護(hù)，往往忽視了對(duì)軟件的維護(hù)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步發(fā)展，模擬器的維護(hù)早已不能局限于只是對(duì)硬件的維護(hù)，為了使仿真更接近現(xiàn)實(shí)，培訓(xùn)效果更加明顯，模擬器軟件的維護(hù)的重要性必將愈加突出。本文根據(jù)仿真軟件的特點(diǎn)和影響軟件維護(hù)的因素，針對(duì)性提出了可行的維護(hù)策略。

1 軟件維護(hù)

軟件維護(hù)是指軟件交付使用后，為改正軟件中新發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，或?yàn)楦倪M(jìn)軟件的性能，或其它屬性，或?yàn)槭管浖m應(yīng)新的運(yùn)行環(huán)境而對(duì)其進(jìn)行的修改。

1.1 軟件維護(hù)的分類

軟件維護(hù)可以分以下幾類：

1）改正性維護(hù)。在軟件開發(fā)中，通常不可能生成完全可靠和準(zhǔn)確的軟件，因?yàn)樵陂_發(fā)過(guò)程中會(huì)有各種因素導(dǎo)致軟件產(chǎn)生隱藏錯(cuò)誤，其中一些隱藏的錯(cuò)誤會(huì)被帶到運(yùn)行階段，當(dāng)運(yùn)行環(huán)境達(dá)到某種特定狀態(tài)要求時(shí)，這些隱藏的錯(cuò)誤就會(huì)暴露出來(lái)。改正性維護(hù)就是為了能夠在軟件運(yùn)行過(guò)程中持續(xù)識(shí)別和改正這些隱藏錯(cuò)誤，彌補(bǔ)軟件性能上缺陷的過(guò)程。

2）預(yù)防性維護(hù)。預(yù)防性維護(hù)是為了實(shí)現(xiàn)軟件的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性要求，為將來(lái)可能的維護(hù)工作預(yù)先做好準(zhǔn)備，即采用先進(jìn)的軟件工程方法對(duì)需要維護(hù)的軟件或者軟件中的某一部分進(jìn)行設(shè)計(jì)、編制和測(cè)試。

3）適應(yīng)性維護(hù)。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的進(jìn)步發(fā)展十分迅速，系統(tǒng)和版本會(huì)不斷出現(xiàn)和更新，外部環(huán)境、數(shù)據(jù)環(huán)境等系統(tǒng)原件也會(huì)隨之發(fā)生變化，通常應(yīng)用軟件的使用時(shí)間，往往比原先的實(shí)際設(shè)備使用時(shí)間更為長(zhǎng)久，為了適應(yīng)環(huán)境變化和克服本身存在的不足，對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)充和修改過(guò)程就稱為適應(yīng)性維護(hù)。

4）完善性維護(hù)。在軟件的使用過(guò)程中，用戶會(huì)提出一些在軟件系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)階段中沒(méi)有規(guī)定的新功能和新性能，這就需要對(duì)原有軟件進(jìn)行功能擴(kuò)充或性能改進(jìn)，這個(gè)完善系統(tǒng)功能再開發(fā)維護(hù)活動(dòng)稱為完善性維護(hù)。完善性維護(hù)占整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)工作的比重較大，應(yīng)當(dāng)有計(jì)劃、有步驟地完成。

1.2 影響維護(hù)工作量的因素

軟件維護(hù)工作會(huì)占用大量的工作量，影響因素主要有：

1）系統(tǒng)規(guī)模。由于不同系統(tǒng)有著不同的功能特點(diǎn)以及工作職能，所以其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)所包含要素的復(fù)雜程度是不一樣的，從而導(dǎo)致其規(guī)模大小必然是不同的，系統(tǒng)的大小可以通過(guò)源程序語(yǔ)句、模塊的數(shù)量以及數(shù)據(jù)庫(kù)的大小等來(lái)具體度量。

2）設(shè)計(jì)語(yǔ)言。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是影響軟件規(guī)模的基礎(chǔ)性因素，應(yīng)當(dāng)盡可能的用功能強(qiáng)大的可視化高級(jí)編程語(yǔ)言，高級(jí)語(yǔ)言能有效控制程序的規(guī)模，語(yǔ)言功能越強(qiáng)大，生成程序的語(yǔ)句和指令就越少，也越容易被人們理解掌握，相應(yīng)的維護(hù)工作量也會(huì)減少。

3）開發(fā)人員。開發(fā)人員的專業(yè)知識(shí)掌握水平、編程語(yǔ)言規(guī)范能力、配套文檔實(shí)時(shí)同步等素質(zhì)因素都會(huì)對(duì)后期的軟件維護(hù)產(chǎn)生影響。維護(hù)人員開展軟件的維護(hù)工作時(shí)通常需要先理解軟件設(shè)計(jì)者編寫的程序和文檔，因此詳細(xì)的注釋、清晰的結(jié)構(gòu)可有效的增強(qiáng)程序的可讀性。此外，軟件行業(yè)人員流動(dòng)性比較大，在軟件的整個(gè)生命周期中，不可避免的人員變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)軟件熟悉程度的顯著降低，有時(shí)候這也是造成一個(gè)軟件系統(tǒng)癱瘓的原因之一。

4）系統(tǒng)年齡。隨著系統(tǒng)不斷的進(jìn)行修改，維護(hù)的次數(shù)就會(huì)不斷增多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越復(fù)雜混亂，維護(hù)工作量必然逐漸增加。同時(shí)由于文檔的缺失、開發(fā)人員離開以及管理人員的更換，也會(huì)使維護(hù)工作變的更加困難，這就造成老系統(tǒng)的維護(hù)會(huì)比新系統(tǒng)的維護(hù)耗費(fèi)更多的工作量。

5）數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的運(yùn)用。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)能夠有效的解決信息處理過(guò)程中大量用戶程序數(shù)據(jù)的組織和存儲(chǔ)的問(wèn)題，可以減少系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享以及高效地檢索數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，有效的減少軟件的維護(hù)工作量。

從用戶操作軟件的角度出發(fā)，協(xié)作關(guān)系包括直接控制、遠(yuǎn)程控制、協(xié)作控制和人機(jī)交互等。圖3是觀察型ROV的協(xié)作關(guān)系圖。

2 模擬器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

模擬器是借助于模擬仿真、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算進(jìn)行操縱、攻防戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)法推演等按照預(yù)先給定的方案或規(guī)則進(jìn)行演練。模擬器就是實(shí)現(xiàn)仿真的操縱平臺(tái)，其功能與實(shí)際裝備相當(dāng)，用以模擬實(shí)際裝備的各種行為。

2.1 模擬器的結(jié)構(gòu)

它通常以仿真服務(wù)器為核心，配備相關(guān)的輸入輸出設(shè)備以及其它外部設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接形成完整的模擬器系統(tǒng)。在模擬器系統(tǒng)中，一般安裝有各種仿真工作站、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、和通信接口控制設(shè)備，從而構(gòu)成多個(gè)模擬子系統(tǒng)。每個(gè)分系統(tǒng)又分為教練員控制部分和操縱員操縱部分，使得模擬系統(tǒng)更加真實(shí)有效。

2.2 模擬器的特點(diǎn)

1）模擬器巡邏的逼真性。操縱員操縱部分與實(shí)際裝備結(jié)構(gòu)、功能基本相同，通過(guò)部分實(shí)裝與模擬器布置場(chǎng)景，結(jié)合三維視景圖象實(shí)現(xiàn)全景模擬。駕駛艙由六自由度平臺(tái)支撐，艙內(nèi)的儀器儀表設(shè)置以及平臺(tái)模擬運(yùn)動(dòng)感覺(jué)等都與實(shí)裝相似，操作大縱傾或設(shè)置較大風(fēng)浪時(shí)，受訓(xùn)人員能感受到明顯的晃動(dòng)，時(shí)間一久，個(gè)別新訓(xùn)人員還會(huì)出現(xiàn)暈船現(xiàn)象。

2）模擬器訓(xùn)練的可控性。模擬器與實(shí)裝的一個(gè)顯著不同就是模擬器的可控性。模擬器訓(xùn)練可以通過(guò)教控臺(tái)人為設(shè)定訓(xùn)練數(shù)據(jù)。除了進(jìn)行常規(guī)的各崗位部署操縱外，和可以進(jìn)行一些在實(shí)裝上不可能進(jìn)行的科目訓(xùn)練，比如小破口失水事故、損失浮力等。新型實(shí)裝交付使用之前的人員培訓(xùn)工作、人員新訓(xùn)工作以及一些戰(zhàn)法推演、應(yīng)急演練，都應(yīng)該交由模擬器完成。

3）模擬器訓(xùn)練的可重復(fù)性。某次訓(xùn)練的初始信息可進(jìn)行重新設(shè)定和重復(fù)設(shè)定，可用于科目訓(xùn)練、考核，還可用于不同操縱方案對(duì)同一初始狀態(tài)的模擬訓(xùn)練，便于比較個(gè)方案的優(yōu)次?？芍貜?fù)訓(xùn)練有利于在模擬過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，有助于戰(zhàn)法研究。

2.3 模擬器軟件的特點(diǎn)

模擬器因其特殊的功能作用，其軟件功能相較于實(shí)裝軟件存在較大的差異也擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其軟件有如下特點(diǎn)：

1）虛擬現(xiàn)實(shí)性。它基于計(jì)算機(jī)、電子信息、仿真技術(shù)于一體，其基本實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)建立各種數(shù)學(xué)模型和模擬虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)實(shí)際裝備的功能，直觀體現(xiàn)實(shí)裝操縱的全過(guò)程。

2）結(jié)構(gòu)模塊化。整個(gè)模擬器軟件是個(gè)復(fù)雜的多功能系統(tǒng)，其基于不同結(jié)構(gòu)模型和算法分為不同的模塊，不同模塊的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)不同的模型，并最終通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口實(shí)現(xiàn)信息溝通和動(dòng)態(tài)整合。

3）實(shí)時(shí)更新快。實(shí)際裝備更新發(fā)展日新月異，需要及時(shí)的對(duì)系統(tǒng)做出升級(jí)更新，以提高模擬過(guò)程的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

4）數(shù)據(jù)信息量大。各類數(shù)據(jù)以及相關(guān)信息（地形地貌、水文環(huán)境、敵我特性等）或來(lái)自系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，或由模型計(jì)算產(chǎn)生，信息量巨大。

5）數(shù)據(jù)庫(kù)的地位重要。務(wù)必做到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)更新，因?yàn)榧夹g(shù)性能、仿真參數(shù)、戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)等所有信息的準(zhǔn)確性和有效性都直接影響到模擬器訓(xùn)練結(jié)果的真實(shí)性和可靠性。

3 模擬器軟件維護(hù)

軟件維護(hù)作為模擬器軟件可靠保證的一個(gè)重要部分，關(guān)系到模擬器能否最大程度的發(fā)揮其應(yīng)有的訓(xùn)練效能。針對(duì)實(shí)際使用工作中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，總結(jié)積累了一些實(shí)用的模擬器軟件維護(hù)策略，主要措施包括：

1）重視軟件維護(hù)工作，重視對(duì)軟件維護(hù)理論的研究，是模擬器設(shè)備軟件維護(hù)的一般原則。事實(shí)證明，軟件投入運(yùn)行后，為了使之正確運(yùn)行或更好運(yùn)行，必須對(duì)應(yīng)用軟件進(jìn)行維護(hù)，對(duì)于一個(gè)優(yōu)秀、先進(jìn)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，隨時(shí)能夠?qū)浖到y(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，才能確保軟件實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)。因此作為模擬器的使用和維護(hù)機(jī)構(gòu)，必須準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)到軟件維護(hù)工作的重要性，我們要在技術(shù)和管理方面堅(jiān)持進(jìn)行科學(xué)的理論分析和研究。

2）強(qiáng)化前期的需求分析論證，建立完整有效的軟件評(píng)估體系。后期軟件的保障維護(hù)在極大程度上依賴軟件的先天質(zhì)量，研發(fā)單位在初始設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全方位考慮控制元件、控制系統(tǒng)、參數(shù)標(biāo)定等可能發(fā)生變化的因素，盡可能的采用通用的模塊化結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化控制，這樣就可以只是通過(guò)單獨(dú)添加模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)新的功能，減少了不必要程序修改，降低了維護(hù)的成本。對(duì)軟件進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試和試運(yùn)行，包括編碼與單元測(cè)試、集成測(cè)試、測(cè)試審查等過(guò)程，盡可能早的暴露軟件中隱藏的問(wèn)題和隱患，以減少后期糾正性維護(hù)的工作量。

3）建立工作交流機(jī)制，加強(qiáng)使用方和研制方的溝通。研制方要定期組織培訓(xùn)工作，有利于使用方正確使用維護(hù)模擬器裝備；使用管理方在模擬器設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)中，可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，掌握仿真系統(tǒng)與實(shí)際設(shè)備參數(shù)和功能不一致情況的第一手資料，將這些關(guān)鍵信息及時(shí)反饋給研制方，為后續(xù)系統(tǒng)模型的升級(jí)改進(jìn)奠定良好的基礎(chǔ)，有效的提高了升級(jí)版本的先天質(zhì)量，節(jié)約了系統(tǒng)開發(fā)的成本。

4）及時(shí)更新和豐富數(shù)據(jù)庫(kù)，為系統(tǒng)提供真實(shí)可靠的仿真數(shù)據(jù)。模擬器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模擬結(jié)果的真實(shí)性和可靠性，很大程度上取決于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與數(shù)據(jù)環(huán)境的完整性，數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確直接影響著模擬結(jié)果的可靠性。例如各種仿真要素的建模，各類溫度壓力信息，流量功率信息，輻射劑量信息、水聲噪聲技術(shù)指標(biāo)等，都隨著探測(cè)技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)工藝的進(jìn)步而不斷更新。

5）在升級(jí)版本中突出VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）和聲光電控制技術(shù)的應(yīng)用。在結(jié)合六自由度仿真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，加入更多的聲、光、電、溫、甚至氣味的因素，營(yíng)造更為逼真的環(huán)境氛圍，觸發(fā)本能的個(gè)人和組織行為。

6）建立健全軟件維護(hù)制度，規(guī)范維護(hù)方法。任何人不得私自進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)，維護(hù)工作必須按照規(guī)定的步驟開展，模擬器軟件維護(hù)遵守一套完善的維護(hù)制度，軟件維護(hù)前需要先進(jìn)行維護(hù)可行性分析，在實(shí)現(xiàn)階段要制定程序更改計(jì)劃以便進(jìn)行軟件更改，在系統(tǒng)測(cè)試階段要測(cè)試程序之間的接口，以確保系統(tǒng)滿足原來(lái)的需求以及新增加的更改需求，完成后測(cè)試人員要審查文檔及測(cè)試結(jié)果，確定系統(tǒng)功能是否滿足需求，建立軟件新版本，填制審查記錄，便于日后維護(hù)時(shí)參考，減少重復(fù)勞動(dòng)。此外，除了修改程序、數(shù)據(jù)、代碼等部分以外，還應(yīng)同時(shí)修改涉及的所有文檔。

4 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)軟件維護(hù)本身是一項(xiàng)及其復(fù)雜的工作，涉及到了技術(shù)上和管理上的各種問(wèn)題，我們探索制定各種策略法來(lái)維護(hù)模擬器的軟件都是為了一個(gè)目的，即擴(kuò)充模擬器軟件的功能，增強(qiáng)其軟件的可靠性，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的效能，最終實(shí)現(xiàn)模擬器訓(xùn)練作用的最大發(fā)揮。