航天軟件工程化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的實踐與思考

王力文 毛宇君 丁冠期 齊寶力 張健鋒

（上海機電工程研究所， 上海， 201109）

從兩彈一星的研制到載人飛船、 探月工程、空間站的建立、 火星探測等項目的實施， 面對各種挑戰(zhàn)， 進一步完善型號軟件工程化工作規(guī)范，實現(xiàn)全周期的型號軟件工程化管理， 是軟件研制的一項重要工作。

國外航天軟件的研制采用新技術(shù)、 新工具提升軟件質(zhì)量。 軟件產(chǎn)品線提供了一套產(chǎn)品中管理共性和可變性的系統(tǒng)化方法， 是系統(tǒng)性軟件復(fù)用的重要途徑。 NASA 的LMA 軟件產(chǎn)品線， 通過大幅度地復(fù)用軟件資產(chǎn)， 使得需求分析周期由4個月縮短到2 周； 洛克希德·馬丁的CSL 軟件產(chǎn)品線， 近3年節(jié)約成本達1.66 億美元[1]。

航天八院戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)總體設(shè)計單位（以下簡稱總體部） 面臨型號科研生產(chǎn)模式變更頻繁、 軟件研制固有思想嚴(yán)重、 軟件產(chǎn)品種類繁多、系統(tǒng)驗證復(fù)雜等諸多挑戰(zhàn)， 我所在落實國家軍用標(biāo)準(zhǔn) 《軍用軟件研制能力成熟度模型》 （以下簡稱 《成熟度模型》） 體系本地化的工作中， 對標(biāo)“三高” （高質(zhì)量、 高效率、 高效益） 要求， 采取了全方位的體系建設(shè)、 全員培訓(xùn)、 全流程使用信息化技術(shù)、 全型號納入體系管理的 “四全” 措施，為推動軟件工程化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)積累了寶貴經(jīng)驗。

1 落實 《軍用軟件研制能力成熟度模型》本地化面臨的挑戰(zhàn)

1.1 型號科研生產(chǎn)模式的挑戰(zhàn)

軟件產(chǎn)品需求通過層層傳遞， 從系統(tǒng)總體—分系統(tǒng)—單機設(shè)備， 每一層級在研制中受設(shè)計狀態(tài)、 產(chǎn)品形態(tài)、 專業(yè)約束等因素影響， 呈現(xiàn)變更頻繁的狀態(tài)； 型號各階段工作并行， 科研生產(chǎn)流程中實施型號縱向分層管理， 由于變更頻發(fā)最終導(dǎo)致策劃工作落地困難。

1.2 軟件研制固有模式的挑戰(zhàn)

總體所長久以來的工作模式主要是以型號縱向牽引為主， 尤其是系統(tǒng)、 分系統(tǒng)及管理人員，對基于 《成熟度模型》 的過程管理、 軟件工程等規(guī)范化和精細(xì)化要求的認(rèn)識不足， 引入 《成熟度模型》 需要改變原有的工作習(xí)慣和傳統(tǒng)思維， 在思想上和行動上都會產(chǎn)生很多困難。

1.3 軟件產(chǎn)品種類繁多的挑戰(zhàn)

軟件產(chǎn)品種類多。 按照應(yīng)用領(lǐng)域分為武器控制、 飛行控制、 發(fā)射控制、 仿真測試等軟件； 按照軟件工作方式分為實時處理軟件和非實時處理軟件； 按照研制類型分為研制、 批生產(chǎn)以及預(yù)研軍貿(mào)等軟件。 各類軟件在質(zhì)量管理、 進度要求、重用程度等方面特點各異， 落實本地化的軟件研制模型分類存在一定困難。

1.4 系統(tǒng)驗證的挑戰(zhàn)

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)龐大復(fù)雜， 測試試驗繁多。 以軟件研制任務(wù)書為代表的軟件功能基線遲遲無法建立。 系統(tǒng)設(shè)計仿真不充分便直接開發(fā)軟件產(chǎn)品， 導(dǎo)致軟件在分系統(tǒng)、 系統(tǒng)級驗證過程中不斷迭代， 軟件功能性能驗證層次多， 頻繁更改軟件帶來的風(fēng)險隱患不可控。

1.5 基礎(chǔ)架構(gòu)的挑戰(zhàn)

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)采用架構(gòu)定制， 每個配置項一條生產(chǎn)線， 因此導(dǎo)致系統(tǒng)級任務(wù)、 軟件任務(wù)紛繁復(fù)雜， 軟件產(chǎn)品在平臺架構(gòu)、 功能模塊、 文檔規(guī)范等方面的共性組織資產(chǎn)難以有效形成。

2 面向“三高” 發(fā)展的軟件工程化措施

2.1 專職團隊建立全方位標(biāo)準(zhǔn)體系

總體部依據(jù) 《成熟度模型》 標(biāo)準(zhǔn)要求， 結(jié)合航天軟件工程化管理要求， 分3 個層次建立軟件過程管理體系文件。 第一層次是 《軟件過程管理手冊》， 覆蓋了 《軍用軟件研制能力成熟度模型》標(biāo)準(zhǔn)要求、 上級軟件工程化管理要求， 是軟件過程改進的綱領(lǐng)性文件， 內(nèi)容包括軟件過程改進的目標(biāo)方針、 組織機構(gòu)和職責(zé)、 過程模型、 組織驗證等。 第二層次按照 《軟件過程管理手冊》 中規(guī)定的過程域， 識別出應(yīng)編制的過程文件。 第三層次根據(jù)需要針對過程域梳理形成規(guī)程、 指南等作業(yè)指導(dǎo)文件。

整個體系架構(gòu)中， 第一層次中， 過程類型分為過程管理、 項目管理、 工程、 支持等4 大類。根據(jù)顧客及相關(guān)方要求， 工程類開展主要研制業(yè)務(wù)， 由項目管理類進行監(jiān)督管理， 由過程管理類和支持類不斷提供改進意見， 審查作業(yè)流程的合規(guī)與否， 最終生成顧客及相關(guān)方滿意的產(chǎn)品。 按照第一層的4 大類制定了第二層的過程文件， 而第三層次文件再對過程文件進行細(xì)分， 形成規(guī)程和指南文件。 如圖1 所示。

根據(jù)實際工作需求， 進一步制定了作業(yè)指導(dǎo)書 （第四層次文件）， 如型號軟件配置項測試報告作業(yè)指導(dǎo)書， 具體描述測試報告的格式、 模板等要求。 依據(jù)體系文件框架和實際工作， 梳理出18 個過程域、 29 份程序文件和規(guī)程文件、 13 份文檔編制作業(yè)指導(dǎo)書、 7 類軟件生命周期模型。

2.2 組織全員培訓(xùn)， 規(guī)范隊伍建設(shè)

總體部以現(xiàn)行質(zhì)量管理體系組織機構(gòu)為基礎(chǔ)，根據(jù)軟件過程管理體系建設(shè)要求， 成立了《成熟度模型》 管理指導(dǎo)組 （MSC）、 軟件過程改進組（EPG）、 軟件配置管理委員會 （SCCB）、 質(zhì)量保證組（QA）、 配置管理組 （CM）、 軟件培訓(xùn)組， 以領(lǐng)導(dǎo)、 推進、 監(jiān)督軟件過程改進活動； 明確了相關(guān)部門定位、 職責(zé)， 建立了軟件過程管理體系組織機構(gòu)， 如圖2 所示。 再按過程設(shè)置崗位， 分配職責(zé)和權(quán)限， 并結(jié)合 “走出去、 請進來” 的方式， 培訓(xùn)、學(xué)習(xí)、 宣貫標(biāo)桿單位的實踐經(jīng)驗， 確保崗位人員熟悉業(yè)務(wù)和順利履職。

圖2 軟件過程管理體系組織機構(gòu)圖

2.3 軟件研制全流程納入信息平臺

借助軟件過程管理平臺， 實現(xiàn)型號產(chǎn)品的過程管理。 組織過程改進組 （EPG） 根據(jù)產(chǎn)品軟件類型、 規(guī)模及安全關(guān)鍵等級， 結(jié)合軟件工程化實施經(jīng)驗， 將各類軟件分為沿用、 參數(shù)修改、 適應(yīng)性修改、 快速更改、 瀑布、 迭代、 快速開發(fā)共7種生存周期模型， 并明確了模型選擇準(zhǔn)則、 過程及文檔裁剪要求。

以瀑布模型為例， 定義出軟件生命周期階段為4 個軟件工程活動， 分別為需求分析與設(shè)計、項目策劃、 需求分析和測試、 軟件驗收交付。 通過運用項目管理、 配置管理、 缺陷管理等工具，完成系統(tǒng)需求分析與設(shè)計、 項目策劃、 制定WBS (工作分解結(jié)構(gòu))、 軟件項目估計、 需求分析（細(xì)化任務(wù)書要求， 建立與研制任務(wù)書的追蹤關(guān)系）、 軟件設(shè)計 （定義軟件單元）、 軟件實現(xiàn)與測試、 驗收與交付， 如圖3 所示。 這種模型需要對照任務(wù)書明確劃分軟件需求， 根據(jù)需求劃分子模塊， 并進行單元、 組裝、 配置項測試， 大多適用于產(chǎn)品化軟件、 全新架構(gòu)軟件。 依據(jù)頂層管理手冊文件， 軟件研制變得更加井井有條， 尤其在改善需求變更過于頻繁方面有了明顯的成效。

圖3 項目具體的評估實施過程

在管理流程方面， 如圖4 所示， 以信息化平臺建設(shè)為抓手， 打通管理條線間壁壘， 提高在產(chǎn)品研制過程中反復(fù)審查修正、 閉環(huán)缺陷的效率， 實現(xiàn)軟件研制過程剛性管理。 同時通過與協(xié)同研制系統(tǒng)（Avidm4.0） 互聯(lián)， 為設(shè)計師提供文檔變更、 編校審流程等便利功能。 管理方式逐步走向 “智能化、網(wǎng)絡(luò)化”， 為推進軟件產(chǎn)品線工程奠定基礎(chǔ)。

圖4 管理流程一體化

2.4 各型號全部軟件納入體系管理

按照航天型號軟件工程化要求， 軟件研制類型分為I 類 （沿用）、 II （修改裝訂參數(shù)）、 III（適應(yīng)性修改）、 IV 類 （新研）， 見表1。 結(jié)合軟件本身特點， 首先建立相應(yīng)的軟件生命周期模型。 對于相同領(lǐng)域的在研型號軟件、 批產(chǎn)型號軟件、 同期多狀態(tài)型號軟件， 可以直接采用適應(yīng)性修改/快速更改模型， 使得軟件項目管理的效率顯著提升。 又如多狀態(tài)的飛控軟件通過保留主干版本， 建立偏離產(chǎn)品基線， 使得偏離版本的更改更易于管理。

表1 軟件研制類型與生命周期模型對照表

3 總結(jié)與展望

三級體系文件的建立與實施， 包括過程域、 程序文件和規(guī)程文件、 檢查單、 作業(yè)指導(dǎo)書、 生命周期模型等， 完善了企業(yè)本地化過程體系和組織資產(chǎn)， 有效指導(dǎo)了軟件研制。 產(chǎn)生的組織工作環(huán)境、重用庫構(gòu)件、 歷年質(zhì)量案例數(shù)據(jù)等組織資產(chǎn)也給后續(xù)的推進工作積累了寶貴經(jīng)驗和財富。

全方位的體系建設(shè)、 全員培訓(xùn)、 全流程使用信息化技術(shù)、 全型號納入體系管理的“四全” 措施對標(biāo)“三高” 要求； 通過軟件研制過程管理平臺， 將過程文件、 實踐活動轉(zhuǎn)化為信息化流程； 針對主要軟件研制模型制定了詳細(xì)的WBS 分解模板， 有效指導(dǎo)項目組開展項目策劃和監(jiān)控。 在完善工具、 規(guī)范軟件研制過程的同時， 也有效提升了項目管理效率。

而在實際工程活動中， 完善標(biāo)準(zhǔn)體系固然不是最終目的， 而是為了提高工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，軟件過程改進不是一蹴而就的， 體系文件在交給各試點項目實施后會發(fā)現(xiàn)一些問題， 從而需要改善， 因此體系文件的改進與實施項目是相輔相成的。 接下來， 《軍用軟件研制能力成熟度模型》5000B 體系建設(shè)已逐步上線， 體系的創(chuàng)新點和難點更需要通過項目實踐去挖掘和探討。