飛行器研制中的軟件工程

1、1飛行器研制中的軟件工程工程系統(tǒng)工程系Dept. of Project Systems Engineering2概 述 在當(dāng)代采用高新技術(shù)的飛行器研制中，系統(tǒng)工程與軟件工程是密不可分的。這不僅是因?yàn)楝F(xiàn)代飛行器中裝備了大量的軟件，而且由于在飛行器研制中純粹的軟件開(kāi)發(fā)和開(kāi)發(fā)組織是少見(jiàn)的。軟件多是與系統(tǒng)一起開(kāi)發(fā)，并集成到系統(tǒng)中。因此迫切需要將軟件工程，乃至軟件采辦與系統(tǒng)工程集成在一起。3概 述n軟件質(zhì)量特性n軟件的質(zhì)量模型n軟件質(zhì)量的Pareto原理n軟件質(zhì)量與軟件工程化4現(xiàn)代軟件開(kāi)發(fā)與管理的三維模型5時(shí)間維對(duì)軟件生存期的全過(guò)程控制n過(guò)程是指通過(guò)人員、設(shè)備、器材和規(guī)程的交互作用，以期提供一個(gè)規(guī)定的服

2、務(wù)，或生產(chǎn)一個(gè)規(guī)定的產(chǎn)品。6時(shí)間維對(duì)軟件生存期的全過(guò)程控制n軟件過(guò)程管理的關(guān)鍵活動(dòng)7n過(guò)程控制要點(diǎn)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程應(yīng)當(dāng)是可度量、可控、可改進(jìn)的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程應(yīng)按時(shí)間順序劃分各子過(guò)程，對(duì)各子過(guò)程應(yīng)確定各控制點(diǎn)清楚地描述過(guò)程中的各項(xiàng)活動(dòng)、任務(wù)及其結(jié)果，特別是應(yīng)標(biāo)識(shí)出對(duì)軟件項(xiàng)目成功至關(guān)重要的任務(wù)使用正確的、解析的質(zhì)量參數(shù)，對(duì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程提供有效的質(zhì)量度量在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)將管理活動(dòng)與工程活動(dòng)結(jié)合起來(lái)在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，必須認(rèn)真進(jìn)行軟件工程的實(shí)踐標(biāo)識(shí)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域，確定描述與跟蹤各風(fēng)險(xiǎn)因素的方法和降低風(fēng)險(xiǎn)的途徑時(shí)間維對(duì)軟件生存期的全過(guò)程控制8時(shí)間維對(duì)軟件生存期的全過(guò)程控制n軟件生存期各階段的過(guò)程控

3、制9空間維軟件關(guān)鍵質(zhì)量因素的全方位管理n軟件質(zhì)量的全方位管理是對(duì)影響軟件質(zhì)量的各個(gè)關(guān)鍵要素進(jìn)行嚴(yán)格管理，使軟件開(kāi)發(fā)按照軟件質(zhì)量要求規(guī)范化地實(shí)施10三位一體的軟件開(kāi)發(fā)管理模式n軟件開(kāi)發(fā)者的自我管理個(gè)體軟件過(guò)程（PSP）11n軟件開(kāi)發(fā)者的團(tuán)隊(duì)管理（TSP）小組軟件過(guò)程TSP的簡(jiǎn)單框架小組及其角色的管理目標(biāo)及其度量評(píng)價(jià)軟件能力成熟度名模型（CMM）從CMM到集成的能力成熟度模型（CMMI）三位一體的軟件開(kāi)發(fā)管理模式12下一代飛行器研制中的軟件可靠性問(wèn)題n美國(guó)F-22的教訓(xùn)nF-35軟件可靠性的實(shí)施n下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程13美國(guó)F-22的教訓(xùn)nF-22是目前美國(guó)空軍飛機(jī)中最復(fù)雜的軟件密集

4、系統(tǒng)nF-22軟件控制著飛機(jī)上80%的功能，其費(fèi)用占飛機(jī)工程與制造研制費(fèi)用的30%nIBM公司主要經(jīng)驗(yàn)：認(rèn)真實(shí)施軟件工程特別加強(qiáng)軟件測(cè)試14n1.認(rèn)真實(shí)施軟件工程F-22軟件開(kāi)發(fā)強(qiáng)制性要求遵循MIL-STD-2167A標(biāo)準(zhǔn)F-22軟件開(kāi)發(fā)強(qiáng)制性要求采用Ada軍用標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言為降低風(fēng)險(xiǎn)，F(xiàn)-22航空電子軟件是分塊批次開(kāi)發(fā)的采用綜合產(chǎn)品組（IPT）軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的成員采用相同的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境重視軟件工程師的培訓(xùn)美國(guó)F-22的教訓(xùn)15nF-22航空電子軟件開(kāi)發(fā)采用的是多V模型的開(kāi)發(fā)方法nF-22上的航空電子硬件和軟件開(kāi)發(fā)共用了4批次1.0批次（1999年上半年）2.0批次（1999年下半年）3.0批次（20

5、00年4月）4.0批次（2005年）美國(guó)F-22的教訓(xùn)16n2.特別加強(qiáng)軟件測(cè)試航空電子綜合實(shí)驗(yàn)（AIL）飛行實(shí)驗(yàn)臺(tái)（FTB ）試驗(yàn)F-22研制試驗(yàn)飛機(jī)飛行試驗(yàn)美國(guó)F-22的教訓(xùn)17美國(guó)F-22的教訓(xùn)n3.F-22在飛行試驗(yàn)中出現(xiàn)的軟件可靠性問(wèn)題美國(guó)空軍要求F/A-22整個(gè)軟件包工作20小時(shí)不會(huì)發(fā)生任何1個(gè)航電組件實(shí)效的問(wèn)題。在2003年2月的試驗(yàn)中，3小時(shí)飛行試驗(yàn)出現(xiàn)1次軟件錯(cuò)誤F-22飛行試驗(yàn)過(guò)程中，出現(xiàn)的眾多航空電子軟件可靠性問(wèn)題在于各個(gè)組件之間的綜合，在技術(shù)上遇到的最大挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)多傳感器的數(shù)據(jù)融合研制進(jìn)度延后一年半，費(fèi)用超支8.76億美元后，美國(guó)空軍稱，F(xiàn)-22已解決了航空電子軟件可靠

6、性問(wèn)題，并稱，“軟件可靠性已不再是問(wèn)題”18n3.F-22在飛行試驗(yàn)中出現(xiàn)的軟件可靠性問(wèn)題新問(wèn)題產(chǎn)生： 飛控有關(guān)的軟件問(wèn)題 全球定位系統(tǒng)問(wèn)題美國(guó)F-22的教訓(xùn)19n1.F-35軟件特點(diǎn)軟件龐大、復(fù)雜：軟件規(guī)模大于680萬(wàn)行的代碼軟件開(kāi)發(fā)組織：龐大、復(fù)雜，多公司配合，國(guó)際化團(tuán)隊(duì)，多地點(diǎn)軟件開(kāi)發(fā)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理：全面的軟件計(jì)劃、標(biāo)準(zhǔn)及度量，保證有組織的軟件開(kāi)發(fā)工作F-35軟件可靠性的實(shí)施20n2.F-35軟件可靠性的實(shí)施建立了軟件管理團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)軟件可靠性是軟件產(chǎn)品質(zhì)量和軟件產(chǎn)品完整性的一個(gè)指標(biāo)，并要求在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程和系統(tǒng)綜合與測(cè)試中均應(yīng)開(kāi)展軟件可靠性工作軟件可靠性的關(guān)鍵n確定可靠性指標(biāo)n制定軟件操作剖面

7、n可靠性測(cè)試n可靠性測(cè)量F-35軟件可靠性的實(shí)施21n2.F-35軟件可靠性的實(shí)施軟件可靠性技術(shù)用于n預(yù)計(jì)一個(gè)新軟件期望的缺陷數(shù)n預(yù)計(jì)軟件何時(shí)可交付n預(yù)計(jì)為滿足軟件質(zhì)量目標(biāo)需要進(jìn)行多少測(cè)試n定量的預(yù)計(jì)軟件交付時(shí)的質(zhì)量n預(yù)計(jì)外場(chǎng)的軟件失效率F-35軟件可靠性的實(shí)施22n目前了解的在F-35在軟件可靠性方面的工作管理并報(bào)告軟件可靠性收集軟件可靠性數(shù)據(jù)，并采集度量數(shù)據(jù)收集的工具軟件可靠性預(yù)計(jì)和度量當(dāng)軟部件產(chǎn)品集成時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)整合等數(shù)據(jù)來(lái)跟蹤和預(yù)測(cè)軟件可靠性MTTF通過(guò)測(cè)試計(jì)劃和測(cè)試資源的使用來(lái)確認(rèn)測(cè)試費(fèi)用和約束條件可利用外場(chǎng)的使用強(qiáng)度估計(jì)外場(chǎng)的軟件失效率F-35軟件可靠性的實(shí)施23下一代飛行器研制中

8、的軟件可靠性工程n1.軟件可靠性工程模型軟件可靠性工程 Muss模型24下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程軟件可靠性工程 Ruan模型25n2.軟件可靠性參數(shù)選取與指標(biāo)的確定一般的軟件可靠性參數(shù)：n可靠度、失效率、MTTF、MTBF結(jié)合飛行器特點(diǎn)的軟件可靠性參數(shù)n成功率n任務(wù)成功概率MCSPn由平均失效前時(shí)間派生的參數(shù)n平均致命性失效前時(shí)間下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程26軟件可靠性參數(shù)的選取n一般的軟件可靠性參數(shù)選取原則低要求：失效率、失效強(qiáng)度高要求：可靠度穩(wěn)定的：平均失效前時(shí)間/平均失效間隔時(shí)間n飛行器軟件可靠性參數(shù)選取原則考慮飛行器特點(diǎn)（平均失效間隔小時(shí)）考慮軟件所在系統(tǒng)的可靠性要求

9、考慮軟件可靠性驗(yàn)證方法考慮軟件的使用要求下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程27軟件可靠性指標(biāo)確定依據(jù)n使用方法的要求n系統(tǒng)的重要程度n系統(tǒng)的可靠性要求n國(guó)內(nèi)外軟件可靠性的水平n相似軟件的可靠性水平n軟件管理、開(kāi)發(fā)人員、軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)水平及開(kāi)發(fā)工具的使用等n進(jìn)度要求n經(jīng)費(fèi)保障n指標(biāo)要求的可驗(yàn)證性下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程28n3.軟件可靠性設(shè)計(jì)與軟件可靠性分析軟件可靠性設(shè)計(jì)n軟件可靠性設(shè)計(jì)原則n軟件可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)容避錯(cuò)設(shè)計(jì)查錯(cuò)和改錯(cuò)設(shè)計(jì)容錯(cuò)設(shè)計(jì)軟件可靠性分析n軟件失效模式和影響分析（SFMEA）n系統(tǒng)SFMEA的分析步驟下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程29n系統(tǒng)SFMEA的分析步驟系統(tǒng)定

10、義危險(xiǎn)分析結(jié)構(gòu)分析失效模式分析在IEEE軟件異常分類標(biāo)準(zhǔn)中給出了軟件失效模式分類下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程30潛在的軟件失效原因表31失效影響嚴(yán)重性分類下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程32下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程33n軟件可靠性測(cè)試目的n有效地發(fā)現(xiàn)程序中影響軟件可靠性的缺陷，將其排出，即可實(shí)現(xiàn)可靠性增長(zhǎng)n驗(yàn)證軟件的可靠性是否滿足一定的要求n預(yù)計(jì)軟件的可靠性n估計(jì)軟件的可靠性水平下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程34下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程軟件可靠性測(cè)試過(guò)程35下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程軟件可靠性增長(zhǎng)測(cè)試36下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程軟件可靠性驗(yàn)證測(cè)

11、試過(guò)程軟件可靠性驗(yàn)證測(cè)試工作內(nèi)容37下一代飛行器研制中的軟件可靠性工程n軟件可靠性管理38下一代飛行器研制中的軟件系統(tǒng)測(cè)試問(wèn)題n關(guān)于嵌入式軟件測(cè)試環(huán)境的思考n模型驅(qū)動(dòng)的軟件仿真測(cè)試技術(shù)仿真測(cè)試原理模型驅(qū)動(dòng)的軟件仿真測(cè)試39n兩種不同觀點(diǎn)特別強(qiáng)調(diào)測(cè)試環(huán)境“真實(shí)性”對(duì)嵌入式軟件的系統(tǒng)測(cè)試最好在半實(shí)物仿真測(cè)試環(huán)境下進(jìn)行n兩種實(shí)際飛行器比較美國(guó)F-22我國(guó)某型號(hào)飛機(jī)關(guān)于嵌入式軟件測(cè)試環(huán)境的思考40關(guān)于嵌入式軟件測(cè)試環(huán)境的思考41n模型驅(qū)動(dòng)的仿真測(cè)試技術(shù)（MDST）將模型驅(qū)動(dòng)體系結(jié)構(gòu)（MDA）方法與軟件仿真測(cè)試結(jié)合，整個(gè)測(cè)試活動(dòng)圍繞建模開(kāi)展，從測(cè)試需求分析，到測(cè)試用例生成，以及測(cè)試用例執(zhí)行，最后是測(cè)試結(jié)果分析，處處都以模型為指導(dǎo)將MDA方法應(yīng)用到軟件測(cè)試過(guò)程中，將帶來(lái)測(cè)試質(zhì)量和測(cè)試效率的提高模型驅(qū)動(dòng)測(cè)試將測(cè)試邏輯與具體的測(cè)試實(shí)現(xiàn)相分離，從而使得測(cè)試人員更加關(guān)注于測(cè)試邏輯的設(shè)計(jì)，而具體的測(cè)試實(shí)現(xiàn)以及測(cè)試執(zhí)行完全由模型驅(qū)動(dòng)測(cè)試工具來(lái)完成模型驅(qū)動(dòng)測(cè)試為測(cè)試人員提供了簡(jiǎn)便、有效的方式模型驅(qū)動(dòng)的仿真測(cè)試技術(shù)42n仿真測(cè)試原理目的n減少測(cè)試費(fèi)用、縮短測(cè)試時(shí)間、提前測(cè)試進(jìn)行、降低測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)、提高測(cè)試可重復(fù)性本質(zhì)n基本公里假設(shè)：獨(dú)立性、環(huán)境同構(gòu)、缺陷本質(zhì)、有效性n基本特