軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)研究及意義分析

軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)研究及意義分析

一、軟件工程標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的背景

　　眾所周知，計算機(jī)（硬件）一問世，軟件即如影隨形而來，井進(jìn)而發(fā)展成一門產(chǎn)業(yè)--軟件開發(fā)。早在60年代，軟件開發(fā)通常還只是編程者個人行為，軟件開發(fā)者和使用者往往是同一個（或同一小組的）人。這種個體化的特性使軟件設(shè)計成為人頭腦中的一個隱含過程，除了程序清單之外，沒有其他文檔保存下來。

　　從60年代中期到70年代中期，隨著計算機(jī)應(yīng)用的日益普及及軟件需求量的急劇增加，出現(xiàn)了以小組或小集體為單位的"軟件作坊"，他們開發(fā)的軟件主要供本單位使用。這種"軟件作坊"基本上仍然沿用早期形成的"個體式"的軟件開發(fā)方法。但是，由于用戶不斷提出新需求，所以程序也必須不斷做出相應(yīng)修改；隨著硬件或操作系統(tǒng)的頻繁更新，又要修改程序以適應(yīng)新的環(huán)境；程序運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)錯誤也需設(shè)法改正，所以，不僅"作坊"式的開發(fā)方法不能滿足客觀需求，而且人們發(fā)現(xiàn)軟件維護(hù)工作以令人吃驚的比例在耗費(fèi)著資源。更嚴(yán)重的是，程序設(shè)計的個體化特性使軟件最終難于甚至不能維護(hù)，于是出現(xiàn)了"軟件危機(jī)"。軟件危機(jī)主要體現(xiàn)在：

　　a. 不能正確估計軟件開發(fā)的成本和進(jìn)度；
　　b. 對"已完成的"軟件系統(tǒng)，用戶經(jīng)常不滿意；
　　c. 軟件質(zhì)量靠不?。?br>　　d. 軟件常常不能維護(hù)；
　　e. 沒有建立適當(dāng)?shù)奈臋n資料記錄軟件開發(fā)過程中的信息及其變化；
　　f. 軟件費(fèi)用占計算機(jī)系統(tǒng)總費(fèi)用的比例逐年上升等等。

　　軟件危機(jī)的產(chǎn)生與軟件開發(fā)和維護(hù)時所使用的方法有關(guān)，但根本的還是軟件本身的特點(diǎn)使然。軟件是計算機(jī)系統(tǒng)中的邏輯部件而不是物理部件，在計算機(jī)上運(yùn)行之前，軟件質(zhì)量較難評價，因此，管理和控制軟件開發(fā)過程相當(dāng)困難。軟件的另一個顯著特點(diǎn)是規(guī)模龐大，復(fù)雜程度高，如美國穿梭號飛船的軟件含4000萬行代碼，相當(dāng)于4000人年的編程工作量，如何保證每個人完成的工作合在一起構(gòu)成一個高質(zhì)量的大型軟件顯然是一個極端復(fù)雜的問題。再者，軟件維護(hù)常常意味著要修改原來的設(shè)計，這樣大型復(fù)雜的軟件的修改，其難度之大是不難想像的。

　　總之，解決軟件危機(jī)，僅靠技術(shù)措施是辦不到的，它更需要有先進(jìn)的管理措施。60年代后期計算機(jī)科學(xué)家們就開始研究解決軟件危機(jī)的方法，并逐漸形成了計算機(jī)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的一門新興學(xué)科一一軟件工程學(xué)。軟件工程學(xué)是研究采用工程的概念、原理和方法進(jìn)行軟件開發(fā)和維護(hù)的一門學(xué)科。它是軟件發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。軟件工程學(xué)的出現(xiàn)既有工程技術(shù)發(fā)展提供的客觀背景，也是軟件發(fā)展的必然。

　　軟件發(fā)展到軟件工程學(xué)時代，根本上擺脫了軟件"個體式"或"作坊式"的生產(chǎn)方法，人們更注重項目管理和采納形式化的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并以各種生命周期模型來指導(dǎo)項目的開發(fā)進(jìn)程。在此期間出現(xiàn)了CASE（計機(jī)算機(jī)輔助軟件工程）工具，并被廣泛用于輔助人們的分析和設(shè)計活動，并試圖通過創(chuàng)建軟件開發(fā)環(huán)境和軟件工廠等途徑來提高軟件生產(chǎn)率和軟件產(chǎn)品質(zhì)量。

　　隨著軟件工程學(xué)的蓬勃發(fā)展，政府部門、軟件開發(fā)機(jī)構(gòu)以及使用部門等都深切感到了在軟件工程領(lǐng)域內(nèi)制定各種標(biāo)準(zhǔn)的迫切性，于是軟件工程標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

　　二、軟件工程標(biāo)準(zhǔn)體系

　　軟件工程標(biāo)準(zhǔn)是對軟件開發(fā)、運(yùn)行、維護(hù)和引退的方法和過程所作的統(tǒng)一規(guī)定。根據(jù)GB/T15538，軟件工程標(biāo)準(zhǔn)體系可分為4個部分：過程標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和記法標(biāo)準(zhǔn)。其中過程標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是軟件工程標(biāo)準(zhǔn)的最基本也是最主要的組成部分，ISO/JTC1/SC7《軟件工程》及我國軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)通常也只包括這兩部分內(nèi)容。過程標(biāo)準(zhǔn)是用來規(guī)定軟件工程過程中（如開發(fā)、維護(hù)等）所進(jìn)行的一系列活動或操作以及所使用的方法、工具和技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，如GJB2786《武器系統(tǒng)軟件開發(fā)》、GB/T 14079《軟件維護(hù)指南》和GB/T 15532《計算機(jī)軟件單元測試》等都為軟件工程過程標(biāo)準(zhǔn)。

　　產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)是用于規(guī)定軟件工程過程中，正式或非正式使用或產(chǎn)生的那些產(chǎn)品的特性（如完整性、可接受性）。軟件開發(fā)和維護(hù)活動的文檔化結(jié)果就是軟件產(chǎn)品。這類標(biāo)準(zhǔn)有GJB2255《軍用軟件產(chǎn)品》、GJB 438A《武器系統(tǒng)軟件開發(fā)文檔》、GJB 9385《計算機(jī)軟件需求說明編制指南》等。以下提供的表1"軟件工程標(biāo)準(zhǔn)分類表"既可幫助標(biāo)準(zhǔn)化人員管理和規(guī)劃軟件工程標(biāo)準(zhǔn)也可幫助廣大科研人員選用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)。

　　三、國外軟件工程標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展動向

　　ISO是國際標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體中最重要的一個組織，其宗旨是在世界范圍內(nèi)促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展。它發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)被越來越多的國家直接采用，因此，其標(biāo)準(zhǔn)也是最有影響的標(biāo)準(zhǔn)之一。 ISO/JTC1/SC7軟件工程分委員會已正式發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)就有15項。另一個在軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化方面相當(dāng)活躍的組織為ＩＥＥＥ（電氣與電子工程師協(xié)會），其標(biāo)準(zhǔn)部和軟件工程分委員會經(jīng)常舉辦有關(guān)軟件工程的研討班，并與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織、協(xié)會以及政府部門保持密切聯(lián)系，到目前為止已正式發(fā)布的IEEE標(biāo)準(zhǔn)約30余項。

　　世界上第一個軟件工程標(biāo)準(zhǔn)是由美國軍方制定的。美國是國際上軟件工程最為發(fā)達(dá)的國家，尤其是軍用軟件，70年代前后美軍就開始陸續(xù)制定軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)，到目前已發(fā)布的軟件工程標(biāo)準(zhǔn)約30項。提高軟件生產(chǎn)率、保證軟件質(zhì)量一直是軟件界追求的目標(biāo)。在過去幾十年里人們不斷探索新技術(shù)、新方法和新工具，并為實現(xiàn)這個目標(biāo)做出了巨大努力。但是，仍有不盡如人意之處，諸如有成熟的技術(shù)方法和工具，但使用起來卻千差萬別；有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但管理起來卻總很困難；有標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)模型作指導(dǎo)，但這些都起不到很大的控制作用。這里固然有人為因素、技術(shù)因素和管理因素，但其中重要的一點(diǎn)是缺少軟件過程的約束性。人們漸漸認(rèn)識到，軟件產(chǎn)品開展成敗的關(guān)鍵在軟件過程。軟件過程評估技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的研究成為近年來備受國際社會廣泛重視的熱點(diǎn)。

　　1987年，美國軟件工程研究所（SEI）發(fā)表了承包商軟件工程能力的評估方法標(biāo)準(zhǔn)，1991年該標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展成為能力成熟度模型1.0版（CMM1.0）。該方法的研究本是受美國政府委托用來評估美國國防部潛在的軟件開發(fā)承包商軟件工程能力的，但在CMM試用過程中一個更加重要的作用越來越被人們重視，那就是描述了軟件過程不斷改進(jìn)的科學(xué)途徑，從而使軟件開發(fā)組織能自我分析，找出提高軟件過程能力的方法，所以CMM也得到了國際軟件產(chǎn)業(yè)界和軟件工程界的廣泛關(guān)注和認(rèn)可。1993年，ISO在調(diào)研國際社會對軟件過程評估標(biāo)準(zhǔn)需求的基礎(chǔ)上決定組織制定軟件過程標(biāo)準(zhǔn)，1995年完成了ISO/IEC15504《軟件過程評估》工作草案，該草案以CMM為基礎(chǔ)，并吸收了國際上軟件過程工作的成果。ISO/IEC 15504目前仍處于試用階段，可望今年完成標(biāo)準(zhǔn)定稿。

　　四、我國軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)分析

　　1. 軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

　　我國軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化工作80年代初才開始起步，經(jīng)過10余年的努力取得了喜人的成果，現(xiàn)已頒布國標(biāo)22項、國軍標(biāo)約15項，另如航空、航天、電子、機(jī)械等部門也基于行業(yè)軟件管理的需要分別制定了若干行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)大型工程項目也制定了自己的軟件工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如921工程軟件研制管理辦法、青鳥工程軟件規(guī)范等。1983年軍用標(biāo)準(zhǔn)化工作實行統(tǒng)一管理以后，軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化工作受到各有關(guān)方面的重視，取得了可喜的成績，迄今已頒布的15項國軍標(biāo)中的大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)已被軍內(nèi)外廣泛應(yīng)用，對一些大型信息系統(tǒng)工程及重點(diǎn)武器型號的研制、生產(chǎn)及使用起到了積極的促進(jìn)作用。按照"積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)及國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)"的技術(shù)政策，我國軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)絕大多數(shù)都是參考美國軍用標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合我國具體情況制定的，但由于共知的原因，我國軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)整體水平還是落后于國外先進(jìn)國家，這從表2中不難看出，我國同類標(biāo)準(zhǔn)的出臺，一般落后美國軍標(biāo)近10年左右。然而相對于目前我國軟件工程化水平而言，這些標(biāo)準(zhǔn)確具有先進(jìn)性和指導(dǎo)性，至少在今后的幾年內(nèi)仍將會發(fā)揮重要的作用。

　　2. 重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)分析

　?。?）GJB437《軍用軟件開發(fā)規(guī)范》是第一個軟件工程國軍標(biāo)，它規(guī)定了軟件生命周期中軟件需求分析、軟件設(shè)計、軟件實現(xiàn)和軟件測試的基本要求，同時它還涉及到這些階段中的軟件質(zhì)量保證、軟件配置管理、軟件開發(fā)管理和軟件文檔編制等方面的內(nèi)容。GJB 437為軍用軟件開發(fā)規(guī)定了統(tǒng)一的最低要求，而GJB 438、GJB 439、GJB 1090、GJB 1267和GJB 1268則是對GJB 437要求的補(bǔ)充和細(xì)化，在GJB437的實施過程中，常常需要與這些標(biāo)準(zhǔn)配套使用。GJB 437、GJB 438和GJB 439等標(biāo)準(zhǔn)在我國軍用軟件的開發(fā)中曾起到十分重要的作用，然而隨著軟件工程技術(shù)的迅速發(fā)展以及計算機(jī)在軍事領(lǐng)域中更廣泛深入的應(yīng)用，GJB 437已難以滿足當(dāng)前軟件開發(fā)等各方面的需要。首先，現(xiàn)代武器裝備特別是大型武器系統(tǒng)的軟件往往嵌入到系統(tǒng)中，與設(shè)備或其他分系統(tǒng)密不可分，因此在系統(tǒng)研制一開始就必須考慮軟件問題。然而GJB 437則是將軟件系統(tǒng)作為單純軟件來考慮，淡化了軟件與整個武器系統(tǒng)的關(guān)系，因此導(dǎo)致系統(tǒng)的要求較難向下分解，軟件與設(shè)備或其他分系統(tǒng)的接口較難定義，系統(tǒng)集成和測試也較難實現(xiàn)。其次，采用GJB 327意味著按照瀑布式開發(fā)模型進(jìn)行軟件開發(fā)，限制了軟件開發(fā)人員對目前較先進(jìn)的開發(fā)模型、開發(fā)方法的使用，因此也給軍用軟件的開發(fā)工作帶來了很大不便。另外，GJB 437的內(nèi)容也不夠完善，對開發(fā)過程中涉及到的風(fēng)險管理、安全性等問題都未作出規(guī)定。對GJB 437進(jìn)行修訂或制定新的軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)勢在必行。

　?。?）GJB 2786《武器系統(tǒng)軟件開發(fā)》規(guī)定了武器系統(tǒng)軟件開發(fā)和保障的基本要求，適用于軟件生存周期的全過程，為軟件的訂購方或使用方了解承制方的軟件開發(fā)，測試和評價工作提供了依據(jù)。GJB 2786克服了GJB 437的不足，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)工程和軟件工程的思想，具有鮮明的特點(diǎn)。特點(diǎn)之一就是提供了承制方在滿足合同或任務(wù)書要求前提下的靈活性。在標(biāo)準(zhǔn)中，它定義了軟件開發(fā)的8項主要活動，并特別說明這些活動可以重迭，也可以交叉或循環(huán)進(jìn)行，因此GJB 2786對許多軟件開發(fā)模型來說都是可接受的，即其本身可接受多種不同的軟件開發(fā)方法。標(biāo)準(zhǔn)中唯一帶有約束性的是承制方應(yīng)使用有充分的文件證明的、系統(tǒng)化的軟件開發(fā)方法，且該方法應(yīng)支持合同要求的正式審查和審核。

　　GJB 2786規(guī)定了軟件開發(fā)的8項主要活動，即：
　　a. 系統(tǒng)要求分析和設(shè)計
　　b. 軟件需求分析
　　c. 概要設(shè)計
　　d. 詳細(xì)設(shè)計
　　e. 編碼和計算機(jī)軟件單元測試
　　f. 計算機(jī)軟件部件集成和測試
　　g. 計算機(jī)軟件配置項測試
　　h. 系統(tǒng)集成和測試

　　同時又從軟件開發(fā)管理、軟件工程、正式合格性測試、軟件產(chǎn)品評價、軟件配置管理、向軟件保障階段轉(zhuǎn)移等6個方面對上述8項活動提出了具體要求。

　　GJB 2786中每項要求都是唯一的，不存在冗余，一般要求與詳細(xì)要求具有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，可以很方便地對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一致的剪裁；而且標(biāo)準(zhǔn)只包含要求，沒有其他指導(dǎo)或輔助性信息。便于剪裁是GJB 2786的另一大特點(diǎn)。

　　GJB 2786的參考標(biāo)準(zhǔn)DOD-STD-2167A《防務(wù)系統(tǒng)軟件開發(fā)》是美國國防部于80年代末期組織強(qiáng)有力的技術(shù)隊伍，包括各種不同意見的專家，政府部門、學(xué)術(shù)界及應(yīng)用領(lǐng)域中的人才共同研究制定的，是這一時期美國標(biāo)準(zhǔn)化工作的一項重要成果。美國防部規(guī)定，凡國防部關(guān)鍵任務(wù)計算機(jī)資源項目一律要遵守該標(biāo)準(zhǔn)，足見其位置之重要。但隨著技術(shù)的發(fā)展，DOD-STD-2167A于1994年11月被美軍標(biāo)MIL-STD-498《軟件開發(fā)和文檔》所代替，究其原因，主要有以下兩方面：一方面是受當(dāng)時業(yè)已開始的美國軍用標(biāo)準(zhǔn)改革的沖擊；另一方面是進(jìn)入90年代以后，軟件工程技術(shù)日益普及，軟件工具、平臺環(huán)境開始廣泛進(jìn)展。MIL-STD-498與DOD-STD-2167A相比不論在指導(dǎo)思想上，還是標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容上都有較大改變，不僅增強(qiáng)了與不同開發(fā)模型的兼容性，而且還增強(qiáng)了與非層次結(jié)構(gòu)設(shè)計方法以及與CASE工具的兼容性，對文檔的編制要求也更具靈活性，并對軟件重用提出了明確要求。另外還引進(jìn)了軟件管理標(biāo)準(zhǔn)，更加強(qiáng)調(diào)了軟件的可支持性及與系統(tǒng)的聯(lián)系。

　　五、對軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化工作的幾點(diǎn)建議

　　1. 軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)有待整頓和完善

　　軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)是一個動態(tài)的體系，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境需求。對于一些不適用的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)及時作廢或修訂，對于新的需求應(yīng)制定新的標(biāo)準(zhǔn)及時給予反應(yīng)。從目前情況來看，這方面我們雖然做了不少工作，但還有不少地方有待進(jìn)一步改進(jìn)完善，從前面的分析中可以看出，GJB 437和GJB 439已到了作廢的時候，GJB 437的內(nèi)容完全可由GJB 2786取代：GJB 439的要求也在GJB/Z 90000系列中基本都得到反映。GJB 1091、GJB 1267和GJB 1268也應(yīng)及時修訂以保證與GJB 2786的協(xié)調(diào)一致。對于不斷涌現(xiàn)的新的軟件工程技術(shù)如軟件過程評估、軟件安全性分析、軟件風(fēng)險管理及軟件重用等也應(yīng)積極開展標(biāo)準(zhǔn)化研究工作，加強(qiáng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，以補(bǔ)充完善軍用軟件工程標(biāo)準(zhǔn)體系。

　　2. 加強(qiáng)軟件工程標(biāo)準(zhǔn)宣傳工作，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的貫徹實施

　　計算機(jī)軟件已成為現(xiàn)代化武器裝備中不可缺少的組成部分，武器裝備的性能和功能越來越依賴于軟件來實現(xiàn)。然而，我們有些項目管理人員對此重要性沒有足夠的認(rèn)識，他們知之甚少，對軟件開發(fā)缺乏足夠的重視，因而監(jiān)督管理不力，致使軟件開發(fā)常常成為拖延武器裝備研制進(jìn)度、費(fèi)用增加的一個主要問題。對此，我們應(yīng)通過各種方式加強(qiáng)軟件工程重要性及其標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的宣傳，提高廣大科研人員、管理人員的標(biāo)準(zhǔn)化意識和促進(jìn)其對軟件工程的了解，從而使軟件工程標(biāo)準(zhǔn)在武器裝備研制、生產(chǎn)和使用中真正得到貫徹實施。

　　3. 積極跟蹤和研究國際。國外軟件工程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展動向

　　國際標(biāo)準(zhǔn)反映了世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家當(dāng)代的先進(jìn)技術(shù)水平。通過積極研究和采用國際、國外軟件工程標(biāo)準(zhǔn)是一條加速標(biāo)準(zhǔn)制定、提高軟件工程化水平的捷徑。目前我們雖然擁有豐富的美國軍用標(biāo)準(zhǔn)資料，有能查詢各種標(biāo)準(zhǔn)最新信息的Internet網(wǎng)站點(diǎn)，然而由于這方面工作缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和具體安排，加之標(biāo)準(zhǔn)化研究隊伍松散，致使新的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)跟蹤很不及時。因此，筆者認(rèn)為，加強(qiáng)國際、國外軟件標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展動向的跟蹤，深入開展ISO 9000-3和ISO15504及 CMM等研究，對加速有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂，提高軟件質(zhì)量是十分重要的，應(yīng)當(dāng)有組織、有計劃地開展好此項工作。

軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化的意義

　為什么要積極推行軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化工作，其道理是顯而易見的。僅就一個軟件開發(fā)項目來說，有多個層次、不同分工的人員相配合，在開發(fā)項目的各個部分以及各開發(fā)階段之間也都存在著 許多聯(lián)系和銜接問題。如何把這些錯綜復(fù)雜的關(guān)系協(xié)調(diào)好，需要有一系列統(tǒng)一的約束和規(guī)定。在軟件開發(fā)項目取得階段成果或最后完成時，需要進(jìn)行階段評審和驗收測試。投入運(yùn)行的軟件，其維 護(hù)工作中遇到的問題又與開發(fā)工作有著密切的關(guān)系。軟件的管理 工作則滲透到軟件生存期的每一個環(huán)節(jié)。所有這些都要求提供統(tǒng) 一的行動規(guī)范和衡量準(zhǔn)則，使得各種工作都能有章可循。

　　軟件工程的標(biāo)準(zhǔn)化會給軟件工作帶來許多好處，比如：提高軟件的可靠性、可維護(hù)性和可移植性(這表明軟件工程標(biāo)準(zhǔn)化可提高軟件產(chǎn)品的質(zhì)量)提高軟件的生產(chǎn)率提高軟件人員的技術(shù)水平提高軟件人員之間的通信效率，減少差錯和誤解有利于軟件管理有利于降低軟件產(chǎn)品的成本和運(yùn)行維護(hù)成本有利于縮短軟件開發(fā)周期。