大型復(fù)雜軍用軟件壽命周期費用估算問題研究

柳成彬,郭琳達(dá),程 云

(1. 國防大學(xué)研究生院,北京 100091;2. 軍事科學(xué)院戰(zhàn)略評估咨詢中心,北京 100091)

隨著武器裝備信息化的快速發(fā)展,軟件已列裝部隊并成為現(xiàn)代聯(lián)合作戰(zhàn)裝備體系的重要組成部分,對裝備體系能力生成的貢獻(xiàn)越來越大。軍用軟件費用估算作為軍用軟件工程領(lǐng)域的研究方向之一,在軍用軟件管理決策中發(fā)揮了重要作用，因而備受各方關(guān)注。然而,目前國內(nèi)外研究成果主要集中在軟件研發(fā)費用估算模型及其運用上,對軟件訂購以及后期運行維護(hù)費用的估算研究重視不夠,難以滿足武器裝備全系統(tǒng)全壽命管理的要求。從已有文獻(xiàn)來看,相關(guān)的軟件費用估算方法、技術(shù)和工具種類很多,具體可歸納為兩類:一類是從軟件功能實現(xiàn)出發(fā)建模,如COCOMO模型系列、專家估算、類比估算、回歸分析、COBRA和Web-COBRA等估算方法[1]以及PRICE-TRUES[2]、InCoME[3]和SEER-SEM[4]等支持工具,側(cè)重于軟件需求滿足度指標(biāo);另一類從軟件質(zhì)量控制出發(fā)建模,如基于軟件缺陷(故障)預(yù)測技術(shù)的成本估算模型[5-6]和基于績效偏差閾值的軍用軟件項目掙值管理模型[7]等,側(cè)重于軟件研發(fā)質(zhì)量效益的提高。總體來說,近三十年軟件成本估算在精確性方面取得的進(jìn)步成果為開展大型復(fù)雜軍用軟件壽命周期費用估算工作奠定了堅實的基礎(chǔ),但距離建立與軍用軟件管理新模式相適應(yīng)的壽命周期費用估算體系還有較大差距,甚至對于軍用軟件壽命周期費用估算理論與方法等基本問題,至今仍沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識和規(guī)范。本文通過探討大型復(fù)雜軍用軟件壽命周期費用特點及范圍,提出了大型復(fù)雜軍用軟件壽命周期費用估算模型構(gòu)建方法和流程,為深化我軍軍用軟件壽命周期費用管理理論研究奠定了基礎(chǔ),對相關(guān)部門或單位加強大型復(fù)雜軍用軟件項目費用管理具有參考價值。

1 軍用軟件壽命周期費用概述

軍用軟件是指為實施或保障軍事行動在計算機(jī)軟件、信息系統(tǒng)或武器裝備中嵌入的軟件,或在提供軍用信息系統(tǒng)集成等技術(shù)服務(wù)時所需的計算機(jī)軟件[8]。壽命周期費用通常指產(chǎn)品論證、研制、生產(chǎn)、使用和退役各階段一系列費用的總和。由此,一般將軍用軟件壽命周期費用界定為:在軟件生命周期(規(guī)劃、設(shè)計、構(gòu)建與運行維護(hù)階段)內(nèi),為取得各種軟件資源支持，維持軟件的研究、生產(chǎn)、運行與管理保障所投入的人、財、物等一切費用,可看作軍用軟件研究、開發(fā)、采購、生產(chǎn)和運行的成本與管理費用的總和,通常包括軟件研制開發(fā)費、訂購費和運行維護(hù)費等。

然而,這種簡單將壽命周期費用概念應(yīng)用于軍用軟件項目的做法,難以滿足大型復(fù)雜軍用軟件采購管理的新要求。由于大型復(fù)雜軍用軟件具有需求不明確，更新速度快，安全性、可靠性高等內(nèi)在特征,決定了傳統(tǒng)由立項論證、系統(tǒng)設(shè)計、程序開發(fā)、測試試驗和運行維護(hù)等構(gòu)成的裝備壽命周期管理線性模型已不再適用，需根據(jù)大型復(fù)雜軍用軟件管理的新特征和新要求,遵循“先試先用，邊試邊建”的思路,采取螺旋迭代型軟件壽命周期管理模型,先期以復(fù)雜的軍事需求為指導(dǎo)建構(gòu)軟件邏輯,以相對較小的投入進(jìn)行研發(fā)試用,后續(xù)根據(jù)基層部隊(用戶)的反饋和對軟件運行過程中缺陷規(guī)律的把握,通過在已有基礎(chǔ)上進(jìn)行二次定制開發(fā)或遷移,逐步滿足不同用戶、體系和設(shè)備的需求。

螺旋迭代型軟件壽命周期管理模型是從軍用軟件工程實現(xiàn)角度出發(fā)設(shè)計的。它要求軍用軟件工程統(tǒng)籌考慮規(guī)模和風(fēng)險兩方面因素,將軟件需求、架構(gòu)、設(shè)計、開發(fā)、測試等多個階段轉(zhuǎn)化為多個版本的迭代過程,每次迭代重點解決某一個或某幾個階段的需求,先試先用，然后逐步升級完善。這一模型的每一次迭代通常包括六個步驟:明確目標(biāo)，識別風(fēng)險，確定替代解決方案，開發(fā)本次迭代原型并驗證，準(zhǔn)備下次迭代，提交下次迭代方案[9]。按照軍用軟件螺旋迭代模型的構(gòu)建思路,大型復(fù)雜軍用軟件壽命周期費用可分為初始投資費用。迭代升級費用和適應(yīng)性維護(hù)費用三部分。其中,大型復(fù)雜軍用軟件初始投資費用包括軟件首版開發(fā)費用、缺陷檢測與修正費用、定型測評費用以及首版運行周期內(nèi)的更正性維護(hù)、預(yù)防性維護(hù)費用;迭代升級費用指軍用軟件經(jīng)過N次迭代升級或版本更新的總費用,主要是為迭代升級或版本更新而進(jìn)行的需求分析、設(shè)計、編碼、集成等工作所需費用;適應(yīng)性維護(hù)費用指軍用軟件經(jīng)過M次適應(yīng)性維護(hù)的總費用,主要是為適應(yīng)軟件應(yīng)用環(huán)境變化而開展的軟件移植和適應(yīng)性調(diào)整等活動所需的費用。軍用軟件壽命周期費用分解結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大型復(fù)雜軍用軟件壽命周期費用分解結(jié)構(gòu)圖

2 軍用軟件壽命周期費用估算模型構(gòu)建

大型復(fù)雜軍用軟件工程研發(fā)、運行和使用維護(hù)等壽命周期管理過程中,投資總規(guī)模大，業(yè)務(wù)需求變化大，集成測試活動多，外部使用環(huán)境更新快?；谏鲜鰧娪密浖勖芷谫M用概念內(nèi)涵的界定,本文建立如下軍用軟件壽命周期費用估算模型。

2.1 軍用軟件壽命周期費用總體估算模型

假定某大型軍用軟件在整個壽命周期過程中共經(jīng)過N次迭代升級和M次適應(yīng)性維護(hù)活動,則該軟件全壽命周期費用fLCC的估算模型為

(1)

其中,fLCC(0)為軍用軟件初始投資費用;fUP-LCC(n)為軍用軟件第n次迭代升級費用;fAD(m)為軍用軟件第m次適應(yīng)性維護(hù)費用。

2.2 軍用軟件初始投資費用估算模型

軍用軟件初始投資費用主要指開展軍用軟件首版研發(fā)、缺陷檢測與修正、定型測評以及使用過程中的更正性維護(hù)和預(yù)防性維護(hù)等所需的費用,其估算模型為

fLCC(0)=CRD(0)+CTE(0)+CEV(0)+COPM(0)+COPN(0)

(2)

其中,CRD(0)為軍用軟件首版原型開發(fā)周期T01內(nèi)的研發(fā)費用;CTE(0)為軍用軟件首版原型在測試周期T02內(nèi)的缺陷檢測與修正費用;CEV(0)為軍用軟件首版定型測評費用;COPM(0)為軍用軟件首版運行周期T03內(nèi)更正性維護(hù)費用;COPN(0)為軍用軟件首版運行周期T03內(nèi)預(yù)防性維護(hù)費用。軍用軟件首版的壽命周期為T0,包括開發(fā)周期T01、測試周期T02和運行周期(服役年限)T03,即T0=T01+T02+T03。

軍用軟件首版研發(fā)費用主要是軟件研發(fā)需求分析、設(shè)計、編碼、集成及相關(guān)項目管理、支持活動等所需費用,包括綜合費用和直接人力成本兩部分,具體估算模型為

CRD(0)=TC+DNC=UFP×VAF×PDR×F+DNC

(3)

其中,TC為軍用軟件首版開發(fā)綜合費用,包括軍用軟件首版研發(fā)過程中發(fā)生的直接人力成本、間接人力成本和間接非人力成本;DNC為直接非人力成本,包括軍用軟件首版研制過程中直接發(fā)生的會議費、差旅費等事務(wù)性開支及其他專用費用支出等;UFP為原始功能規(guī)模,根據(jù)軍用軟件首版的需求按軟件功能度量國際標(biāo)準(zhǔn)確定(如NESMA標(biāo)準(zhǔn)或IFPUG標(biāo)準(zhǔn)等);VAF為軟件開發(fā)規(guī)模調(diào)整因子,由軟件開發(fā)過程中的環(huán)境因素決定,可參照表1確定;PDR為開發(fā)效率,單位為人時(人月)/功能點;F為軍用軟件研發(fā)綜合費用率,單位為萬元/人時(人月);PDR和F須根據(jù)軟件行業(yè)有關(guān)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和軍用軟件研制生產(chǎn)效率變化等情況予以確定和調(diào)整。

表1 軍用軟件研發(fā)環(huán)境因素及其調(diào)整因子[10]

軍用軟件首版原型的缺陷檢測與修正費用是指軟件首版原型在測試階段開展故障排查及修正等活動所需費用,包括測試啟動費用、故障修復(fù)費用以及修復(fù)后的測試費用等,其估算模型為

CTE(0)=CTE-0+CTE-1×rc(T02)μy+CTE-2×eη[p(t)-p0],t≤T02

(4)

其中,CTE-0為軍用軟件首版測試啟動成本,如研發(fā)人員與測試人員的協(xié)調(diào)成本等;CTE-1為軍用軟件首版測試階段修正故障時的單位平均成本;rc(T02)為到T01+T02時刻為止檢測到的軟件故障累計數(shù)的期望值;μy為軍用軟件首版測試階段排錯時間的期望值;CTE-2為單位測試資源消耗的測試成本;η為軍用軟件首版規(guī)模參數(shù);p(t)為故障排除效率;p0為故障排除效率平均水平。相關(guān)參數(shù)可根據(jù)歷史同類軟件的統(tǒng)計數(shù)據(jù)類比估算得出。

軍用軟件首版的定型測評費是用于第三方軟件測評機(jī)構(gòu)開展軟件測評服務(wù)所需的費用,其估算模型為

CEV(0)=TC×TCR=TC×AB×β

(5)

其中,TC為軍用軟件首版綜合費用;TCR為軟件定型測評系數(shù);AB為軟件測試類型調(diào)整因子,β為軟件測評技術(shù)難度調(diào)整因子,根據(jù)軟件定型測試調(diào)整因子評分標(biāo)準(zhǔn)確定取值。

COPM(0)=COPM-1×μw×[rd(T03)-rc(T02)]

(6)

其中,COPM-1為軍用軟件首版運行(在役)階段修正故障時的單位平均成本;μw為軟件運行(在役)維護(hù)階段排錯時間的期望值;rd(T03)為到T01+T02+T03時刻為止軟件故障累計數(shù)的期望值。

軍用軟件首版運行(在役)階段預(yù)防性維護(hù)費用是為確保軟件穩(wěn)定可靠運行和更好地適應(yīng)未來可能的應(yīng)用需求，修正或補充部分軟件功能所需的費用,其估算模型為

(7)

其中,β為軍用軟件首版第t年小修費用的系數(shù);T03為軍用軟件首版運行周期(服役年限);W0為軍用軟件首版初始研發(fā)測試成本,即W0=CRD(0)+CTE(0)+CEV(0);i為銀行利率。

2.3 軍用軟件迭代升級費用估算模型

本文中大型復(fù)雜軍用軟件迭代升級是在原有軟件版本基礎(chǔ)上的系統(tǒng)設(shè)計和版本更替,以實現(xiàn)功能需求的調(diào)整、升級和優(yōu)化。假定某大型軍用軟件經(jīng)過N次迭代升級或版本更替,則第n次迭代升級費用是按照軟件迭代發(fā)展需求,實施軟件功能修改所開展的迭代升級開發(fā)、缺陷檢測與修正、定型測評以及運行(服役)過程中的更正性維護(hù)和預(yù)防性維護(hù)等活動所需費用,其估算模型為

fUP-LCC(n)=(CRD(n)+CTE(n)+CEV(n)+COPM(n)+COPN(n))/(1+i)TT1

(8)

第n次迭代升級后，軍用軟件運行周期內(nèi)預(yù)防性維護(hù)費用的估算模型為

口譯作為一種口頭的轉(zhuǎn)換語言與傳達(dá)信息的活動，針對其現(xiàn)場發(fā)揮性的特點，譯前準(zhǔn)備工作不僅是必須的，也是可行的[6]。在得知翻譯主題后，譯員需查閱相關(guān)資料，整理專業(yè)術(shù)語和常用表達(dá)，在翻譯過程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕忉屨f明，提升聽眾的理解效果。

(9)

2.4 軍用軟件適應(yīng)性維護(hù)費用估算模型

軍用軟件適應(yīng)性維護(hù)費用是指為適應(yīng)軟件應(yīng)用環(huán)境變化而開展的軟件移植和適應(yīng)性調(diào)整等活動所需的費用,包括軟件修正費用以及修正后的軟件測試費用和運行階段費用。假定某大型復(fù)雜軍用軟件經(jīng)過M次適應(yīng)性維護(hù),且在第m次適應(yīng)性維護(hù)前已進(jìn)行k次迭代升級,借鑒文獻(xiàn)[11]和[12]構(gòu)建估算模型如下:

(10)

3 軍用軟件壽命周期費用估算流程

本文針對大型復(fù)雜軍用軟件工程特點,結(jié)合實際工作經(jīng)驗,總結(jié)軍用軟件壽命周期費用估算的基本流程如圖2所示。該流程主要從軍用軟件螺旋式迭代型壽命周期模型出發(fā),依據(jù)軍用軟件系統(tǒng)論證相關(guān)文檔(主要指立項綜合論證報告,報告中描述了軟件的組成、功能、性能、新研和改造軟件、試驗環(huán)境需求及研發(fā)過程中需開展的測試試驗等內(nèi)容),分別按照首版初次投資費用、后續(xù)迭代升級費用和適應(yīng)性維護(hù)費用等三個方面分別進(jìn)行測算,這樣就可得到各類費用數(shù)據(jù);在此基礎(chǔ)上,對大型復(fù)雜軍用軟件項目壽命周期投入進(jìn)行匯總測算和綜合分析。值得注意的是,在每個環(huán)節(jié)均需結(jié)合經(jīng)驗和對歷史數(shù)據(jù)的分析結(jié)論,以求最大限度地接近實際情況。依據(jù)不同軟件的特點和要求，大致可分以下五個步驟。

圖2 軍用軟件全壽命周期費用估算流程圖

1)通過需求分析明確測算對象。根據(jù)大型復(fù)雜軍用軟件立項論證綜合報告,明確軟件應(yīng)滿足的性能要求以及壽命周期任務(wù)安排,確定軍用軟件初始版本研發(fā)內(nèi)容、進(jìn)度和使用運行周期、運行環(huán)境等;參考?xì)v史或國外的經(jīng)驗和規(guī)律確定軟件升級周期與適應(yīng)性維護(hù)周期安排。

2)計算軍用軟件初始投資費用。以軍用軟件初始版本的需求論證為基礎(chǔ),按照國際功能點度量標(biāo)準(zhǔn)確定功能點數(shù)量,參照同類項目或依據(jù)經(jīng)驗測算直接非人力成本,計算軍用軟件首版的研發(fā)費用和定型測評費用;以同類軟件在測試階段與交付運行階段故障排除的成本、頻次、時長等規(guī)律,測算軍用軟件首版缺陷檢測與修正費用和更正維護(hù)費用;以軍用軟件首版運行(在役)階段日常維護(hù)工作量和管理要求,測算軍用軟件首版預(yù)防性維護(hù)費用。

3)計算軍用軟件第n次迭代升級費用。依據(jù)軍用軟件第n次迭代升級的功能需求及其相關(guān)的工作量,測算第n次迭代升級研發(fā)、故障監(jiān)測與修正、定型測評以及部署后的故障排除和日常維護(hù)等費用。

4)計算軍用軟件第m次適應(yīng)性維護(hù)費用。依據(jù)軍用軟件第m次適應(yīng)性維護(hù)中軟硬件環(huán)境變化情況,測算第m次適應(yīng)性維護(hù)費用。

5)匯總計算軍用軟件壽命周期費用。將以上第二至四步分別得出的費用結(jié)果進(jìn)行合并,并考慮合理的利潤比例、可能發(fā)生的財務(wù)費用以及資金的時間價值等因素,最后得出軍用軟件全壽命周期費用。

4 結(jié)束語

有效的軟件費用估算是軟件工程和軟件項目管理中最具挑戰(zhàn)、最為重要的問題之一,也是造成軟件項目失控最普遍的原因之一[1]。由于大型復(fù)雜軍用軟件項目投資規(guī)模大，研發(fā)風(fēng)險高，質(zhì)量要求嚴(yán)以及對裝備體系作戰(zhàn)能力的貢獻(xiàn)度大等特點,使得大型復(fù)雜軍用軟件費用估算在項目管理中的作用愈加重要,需結(jié)合裝備全系統(tǒng)全壽命管理的要求,研究軍用軟件壽命費用估算問題。本文在以往軟件研發(fā)和維護(hù)費用估算模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步理論探討,對原有估算模型的缺陷和適用基礎(chǔ)未做深入研究,估算模型的可操作性等也有待實證檢驗。但本文建立的壽命周期費用模型仍可作為優(yōu)化軍用軟件壽命費用管理與控制策略的理論指導(dǎo),為推動大型復(fù)雜軍用軟件壽命周期費用科學(xué)化、精細(xì)化、規(guī)范化管理打下堅實的基礎(chǔ)。