牛劍峰， 白永勝， 郭丁和

(1.北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司， 北京 100013; 2.陽(yáng)煤集團(tuán)華越機(jī)械有限公司,

山西 陽(yáng)泉 045000; 3.西安交通大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院， 陜西 西安 710049)

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液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理

牛劍峰1， 白永勝2， 郭丁和3

(1.北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司， 北京 100013; 2.陽(yáng)煤集團(tuán)華越機(jī)械有限公司,

山西 陽(yáng)泉 045000; 3.西安交通大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院， 陜西 西安 710049)

針對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷問(wèn)題，從軟件測(cè)試方法入手，分析了液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建了軟件缺陷管理框架，確定了軟件測(cè)試方案，對(duì)軟件缺陷進(jìn)行了分類(lèi)，設(shè)計(jì)了軟件缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及軟件缺陷管理流程，進(jìn)而對(duì)軟件缺陷進(jìn)行分析。實(shí)踐表明，通過(guò)液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理，提高了軟件質(zhì)量和開(kāi)發(fā)效率。

液壓支架； 電液控制系統(tǒng)； 軟件缺陷管理

(1.Beijing Tiandi-Marco Electronic-Hydraulic Control System Co., Ltd., Beijing 100013, China;2.Yangquan China and Vietnam Machinery Co., Ltd., Yangquan 045000, China；3.School of Mathematics and Statistics, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China)

0 引言

當(dāng)前中小型企業(yè)里的嵌入式軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在缺陷信息的管理和控制方面大多處于混亂狀態(tài)[1]，缺乏對(duì)版本缺陷的有效跟蹤與控制。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約80%可避免的重復(fù)勞動(dòng)源自于20%的缺陷，90%的軟件停工期最多來(lái)自于10%的缺陷，有針對(duì)性的評(píng)審能比無(wú)導(dǎo)向性的評(píng)審多發(fā)現(xiàn)35%的缺陷。軟件開(kāi)發(fā)存在效率低、質(zhì)量差、成本高等問(wèn)題，產(chǎn)品應(yīng)用存在可靠性與安全性問(wèn)題。

軟件缺陷[2-5]是指軟件產(chǎn)品對(duì)預(yù)期屬性的偏離，是軟件產(chǎn)品中不滿(mǎn)足指定要求的成分，是軟件的固有屬性。從產(chǎn)品內(nèi)部看，缺陷是軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)或維護(hù)過(guò)程中存在的錯(cuò)誤、毛病等各種問(wèn)題；從產(chǎn)品外部看，缺陷是系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的某種功能的失效或違背。

液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件是對(duì)可靠性、安全性要求很高的軟件。隨著液壓支架電液控制系統(tǒng)的不斷推廣應(yīng)用，系統(tǒng)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，涉及到各種不同的架型，功能不斷擴(kuò)展，系統(tǒng)軟件的復(fù)雜程度不斷提升。由于軟件開(kāi)發(fā)人員的編程技術(shù)和對(duì)項(xiàng)目需求的理解不到位，經(jīng)常出現(xiàn)軟件不能滿(mǎn)足用戶(hù)需求的情況，甚至發(fā)生設(shè)備與人身傷害事故，軟件質(zhì)量面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

1 軟件缺陷管理基本原理

軟件缺陷是軟件生命周期[6-7]中重要的過(guò)程產(chǎn)物，軟件缺陷包括軟件編程過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤、對(duì)項(xiàng)目需求理解錯(cuò)誤及對(duì)需求滿(mǎn)足度不足等。軟件缺陷反映了軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的薄弱環(huán)節(jié)，是軟件開(kāi)發(fā)組織提高其開(kāi)發(fā)水平和過(guò)程能力的重要依據(jù)。通過(guò)缺陷分析，能夠提高對(duì)開(kāi)發(fā)能力和過(guò)程管理能力的正確認(rèn)識(shí)，有利于開(kāi)展過(guò)程改進(jìn)工作。

在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，將軟件缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)整理并保存到缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)分析軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)軟件設(shè)計(jì)、編程、測(cè)試過(guò)程的有效性、缺陷分布特征、缺陷修復(fù)效率等進(jìn)行評(píng)價(jià)與改進(jìn)，進(jìn)而提出有效的缺陷預(yù)防改進(jìn)措施，有助于提高軟件產(chǎn)品整體質(zhì)量和軟件開(kāi)發(fā)效率，降低軟件開(kāi)發(fā)成本。

在軟件缺陷生命管理中，可提取軟件生命周期中各個(gè)階段(需求、編程、測(cè)試、修改、發(fā)布、使用問(wèn)題反饋)的工作內(nèi)容、時(shí)間節(jié)點(diǎn)和完成人等信息，并保存到軟件生命周期管理數(shù)據(jù)庫(kù)(如圖1所示)。通過(guò)計(jì)算軟件測(cè)試被打回和再次提交的時(shí)間可以了解軟件修復(fù)時(shí)間，通過(guò)軟件測(cè)試打回次數(shù)可以了解項(xiàng)目軟件開(kāi)發(fā)的小版本數(shù)和軟件修復(fù)率，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)用戶(hù)提交軟件問(wèn)題報(bào)告時(shí)間和軟件再次發(fā)布的時(shí)間可以計(jì)算出軟件修復(fù)時(shí)間。將軟件生命周期中有關(guān)軟件缺陷的數(shù)據(jù)信息加以整理、分析、統(tǒng)計(jì)，可以形成軟件缺陷密度、軟件修復(fù)率、軟件修復(fù)時(shí)間、軟件發(fā)布前的缺陷消除率，形成軟件缺陷分布圖指標(biāo)，可以對(duì)整個(gè)軟件開(kāi)發(fā)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

圖1 軟件缺陷生命管理周期流程

2 液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理設(shè)計(jì)

2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，由3層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如圖2所示。底層是建立在物理層電路板驅(qū)動(dòng)層級(jí)的庫(kù)函數(shù)和數(shù)學(xué)模型庫(kù)，其功能是實(shí)現(xiàn)電路的基本功能轉(zhuǎn)換，提供基本數(shù)學(xué)模型處理功能；中間層為功能模塊層，通過(guò)調(diào)用底層庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)單一的軟件功能；頂層為應(yīng)用層，通過(guò)調(diào)用不同組合的功能模塊，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件的各項(xiàng)功能。

圖2 液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

2.2 軟件缺陷管理框架

液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理框架建立在系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)上。將每一個(gè)軟件缺陷定位在一個(gè)確定的功能模塊上，通過(guò)軟件的3層結(jié)構(gòu)對(duì)軟件缺陷進(jìn)行分析，確定每個(gè)功能的缺陷密度，再通過(guò)功能、功能模塊和庫(kù)函數(shù)的引用關(guān)系，深度挖掘潛在的軟件錯(cuò)誤，將軟件的3層結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)庫(kù)形式存儲(chǔ)，建立功能、功能模塊、庫(kù)函數(shù)3個(gè)層次的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖3所示。

圖3 軟件功能、功能模塊、庫(kù)函數(shù)之間的關(guān)系

2.3 軟件測(cè)試方案

為了提高軟件測(cè)試及軟件缺陷探測(cè)效率，最大限度地發(fā)現(xiàn)可能存在的軟件缺陷，結(jié)合液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用白盒法與黑盒法相結(jié)合的方式進(jìn)行軟件測(cè)試。黑盒法注重功能性檢測(cè)，依據(jù)用戶(hù)需求，按照系統(tǒng)功能逐項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試；白盒法依據(jù)軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。

在進(jìn)行軟件缺陷修復(fù)測(cè)試時(shí)，按照白盒法依據(jù)軟件回歸測(cè)試方法，對(duì)修復(fù)軟件缺陷相關(guān)的功能模塊進(jìn)行測(cè)試。圖3表明了某項(xiàng)軟件功能的相關(guān)功能模塊，在修改該項(xiàng)功能時(shí)，有可能引起其他相關(guān)聯(lián)動(dòng)功能失效，在進(jìn)行軟件修復(fù)測(cè)試時(shí)，只針對(duì)這些模塊進(jìn)行即可，這樣大大減少了軟件缺陷修復(fù)測(cè)試的時(shí)間，提高了軟件測(cè)試的效率。

2.4 軟件缺陷分類(lèi)

基于軟件缺陷的嚴(yán)重程度[8-9]，將軟件缺陷分為3類(lèi):A級(jí)，致命的缺陷：這類(lèi)缺陷存在重大的安全隱患，可能會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)作，系統(tǒng)主要功能和性能達(dá)不到要求，使系統(tǒng)程序丟失、系統(tǒng)崩潰、死機(jī)；B級(jí)，嚴(yán)重錯(cuò)誤的缺陷：這類(lèi)缺陷是指次要的功能性錯(cuò)誤和性能達(dá)不到要求，而這些功能是系統(tǒng)需求中所要求的，必須改正才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)完整的功能；C級(jí)，較小的缺陷：這類(lèi)缺陷不影響操作者執(zhí)行液壓支架動(dòng)作控制，一般是操作顯示上存在的功能瑕疵或缺陷。存在A級(jí)、B級(jí)錯(cuò)誤的軟件不得發(fā)布，存在不超過(guò)3項(xiàng)C級(jí)錯(cuò)誤的軟件可以發(fā)布。

2.5 軟件缺陷控制流程設(shè)計(jì)

建立缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)，定義已發(fā)現(xiàn)的缺陷分布在6個(gè)階段并予以不同的標(biāo)志，分別為打開(kāi)、缺陷確認(rèn)、請(qǐng)求更正、更正計(jì)劃、已更正、關(guān)閉。在測(cè)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)存在不滿(mǎn)足需求的功能項(xiàng)，并予以標(biāo)志(打開(kāi))；對(duì)發(fā)現(xiàn)的缺陷，通過(guò)組織討論或?qū)＜覍彶檫M(jìn)行確認(rèn)(缺陷確認(rèn))；確定是真正需要修改的缺陷，按流程將軟件缺陷修改單提交給軟件開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行修改(請(qǐng)求更正)；軟件開(kāi)發(fā)人員接收到軟件缺陷修改任務(wù)后，制定軟件修改計(jì)劃(更正計(jì)劃)；軟件開(kāi)發(fā)人員完成修改后再次提交軟件(已更正)，對(duì)修改的軟件再次進(jìn)行回歸測(cè)試；測(cè)試通過(guò)后予以標(biāo)志(關(guān)閉)。這樣就完成了一個(gè)完整的軟件缺陷修改流程[10-13]。軟件缺陷控制流程狀態(tài)如圖4所示。

節(jié)點(diǎn)操作人操作狀態(tài)處理事務(wù)接收時(shí)間操作時(shí)間消耗時(shí)間缺陷記錄缺陷標(biāo)記標(biāo)記狀態(tài)1-申請(qǐng)人(開(kāi)發(fā)人員)××××已提交測(cè)試申請(qǐng)××××××××0minFFFFFFFF無(wú)缺陷2-部門(mén)經(jīng)理(開(kāi)發(fā))審批××××已提交測(cè)試申請(qǐng)××××××××3h56minFFFFFFFF無(wú)缺陷3-部門(mén)經(jīng)理(測(cè)試)審批××××已提交測(cè)試與缺陷記錄××××××××4d42min××××1已打開(kāi)4-副總工審批××××已提交缺陷確認(rèn)××××××××4d42min××××2已確認(rèn)5-部門(mén)經(jīng)理(開(kāi)發(fā))審批××××已提交請(qǐng)求更正與更正計(jì)劃××××××××4d42min××××3/4修改確認(rèn)6-申請(qǐng)人(開(kāi)發(fā)人員)××××已提交更正計(jì)劃××××××××4d42min××××5已修改7-部門(mén)經(jīng)理(測(cè)試)審批××××已提交測(cè)試××××××××4d42min××××0已關(guān)閉8-副總工審批××××已提交發(fā)布××××××××4d42min××××0已關(guān)閉

圖4 軟件缺陷控制流程狀態(tài)

2.6 軟件缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

軟件缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)[14-18]如圖5所示，其中PK為主鍵，F(xiàn)K為外鍵，主要包括缺陷管理人員配置，開(kāi)發(fā)、測(cè)試、審核人員信息。缺陷檢測(cè)活動(dòng)是指在功能測(cè)試、性能測(cè)試、可靠性測(cè)試等活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)軟件缺陷。缺陷活動(dòng)觸發(fā)是指發(fā)現(xiàn)軟件缺陷時(shí)的環(huán)境條件和相關(guān)活動(dòng)及其軟件錯(cuò)誤征兆。缺陷源、缺陷年齡分別指是否是新代碼引入的缺陷及缺陷留存的時(shí)間。缺陷目標(biāo)是指修復(fù)的是需求、設(shè)計(jì)、編碼、集成等哪個(gè)階段的實(shí)體。缺陷影響域是指軟件缺陷對(duì)軟件質(zhì)量屬性的影響情況，如功能性、可靠性、效率特性、易用性、可維護(hù)性、可移植性等。缺陷等級(jí)分為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)。缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)還包含進(jìn)行軟件缺陷發(fā)現(xiàn)、確認(rèn)、修復(fù)等相關(guān)活動(dòng)的人員與時(shí)間記錄。為了方便系統(tǒng)維護(hù)，缺陷等級(jí)、缺陷影響域、缺陷目標(biāo)、缺陷類(lèi)型、缺陷年齡、缺陷源、缺陷檢測(cè)活動(dòng)等可使用數(shù)據(jù)字典的形式存儲(chǔ)。

圖5 軟件缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

2.7 軟件缺陷分析

在軟件缺陷管理流程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)被測(cè)試的軟件存在不能正常完成的功能缺陷時(shí)，可通過(guò)軟件3層結(jié)構(gòu)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索到功能模塊、庫(kù)函數(shù)，形成軟件缺陷關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)分析單個(gè)項(xiàng)目多項(xiàng)軟件缺陷和多個(gè)項(xiàng)目軟件缺陷，可以形成功能模塊和庫(kù)函數(shù)軟件缺陷分布，并針對(duì)出現(xiàn)缺陷的頻度進(jìn)行缺陷密度計(jì)算，優(yōu)先解決軟件缺陷密度高的軟件錯(cuò)誤。通過(guò)分析不同階段的缺陷分布情況，可以挖掘在測(cè)試方面的環(huán)境條件是否得當(dāng)，改善測(cè)試條件，挖掘潛在的軟件缺陷。通過(guò)分析軟件缺陷嚴(yán)重等級(jí)的分布情況，可以了解軟件全局性的安全等級(jí)?？赏ㄟ^(guò)缺陷趨勢(shì)圖進(jìn)行軟件缺陷趨勢(shì)分析，判定軟件質(zhì)量的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)分析軟件缺陷，繪制軟件影響域分布圖，確定軟件在功能性、可靠性、易用性、可維性等方面的適用性能，判定用戶(hù)對(duì)軟件的滿(mǎn)意度等級(jí)。通過(guò)計(jì)算測(cè)試打回和軟件修改提交時(shí)間，可得出軟件平均修復(fù)時(shí)間，從而計(jì)算出軟件修復(fù)成本。

3 軟件缺陷管理應(yīng)用

通過(guò)軟件缺陷管理，將軟件開(kāi)發(fā)、測(cè)試過(guò)程中軟件缺陷信息完整收集到缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)缺陷數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，可對(duì)液壓支架電液控制

系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)質(zhì)量、效率、成本進(jìn)行提升與評(píng)價(jià)。

通過(guò)分析軟件缺陷等級(jí)對(duì)應(yīng)的缺陷數(shù)量，可確定軟件缺陷分布密度，也可以按照軟件缺陷發(fā)生的頻次確定軟件功能、功能模塊的缺陷密度。通過(guò)對(duì)軟件缺陷類(lèi)別進(jìn)行加權(quán)平均，還可以對(duì)區(qū)域性項(xiàng)目按照GIS方式進(jìn)行軟件缺陷安全度評(píng)價(jià)，按照地圖位置標(biāo)記項(xiàng)目熱點(diǎn)，點(diǎn)擊項(xiàng)目熱點(diǎn)可以查看項(xiàng)目的版本號(hào)、缺陷類(lèi)型、數(shù)量、功能模塊分布和具體內(nèi)容；可以采用不同顏色來(lái)表示區(qū)域項(xiàng)目軟件的安全等級(jí)。

通過(guò)描繪軟件缺陷數(shù)量的變化過(guò)程，可得出軟件缺陷的發(fā)展趨勢(shì)[19]，如圖6所示?？煽闯鲭S著液壓支架電液控制系統(tǒng)的不斷推廣應(yīng)用，軟件功能由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程中，軟件缺陷由少到多；隨著軟件成熟度的不斷提高與軟件缺陷管理與控制，軟件缺陷又呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢(shì)。

圖6 軟件缺陷變化趨勢(shì)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行缺陷管理，實(shí)現(xiàn)了軟件缺陷的跟蹤管理及軟件問(wèn)題的快速定位，提高了軟件缺陷排除的及時(shí)性，減少了軟件的小版本數(shù)量，大大降低了A級(jí)軟件缺陷數(shù)量，提高了軟件的安全性能；通過(guò)GIS軟件管理平臺(tái)對(duì)整個(gè)液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷進(jìn)行跟蹤管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟件質(zhì)量的綜合管理，降低了液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件的安全風(fēng)險(xiǎn)；通過(guò)分析軟件缺陷在功能模塊、庫(kù)函數(shù)上的分布密度，可以全面掌握軟件成熟度，提高了軟件開(kāi)發(fā)質(zhì)量及軟件測(cè)試效率。

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Software defect management of electro hydraulic control system of hydraulic support

NIU Jianfeng1, BAI Yongsheng2, GUO Dinghe3

For software defect problem of electro hydraulic control system of hydraulic support, software structural features of the electro-hydraulic control system were analyzed from software testing method, software defect management framework was built, software testing schema was determined, and database structure of software defects database and software defect management flow were designed, so as to analyze software. The application shows that software quality and development efficiency of the electro-hydraulic control system are improved through software defect management.

hydraulic support； electro hydraulic control system； software defect management

1671-251X(2016)11-0067-05

10.13272/j.issn.1671-251x.2016.11.016

牛劍峰，白永勝，郭丁和.液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理[J].工礦自動(dòng)化，2016,42(11)：67-71.

2016-06-23；

2016-09-23；責(zé)任編輯：李明。

山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(MJ2014-08)。

牛劍峰(1961-)，男，山西太原人，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事煤礦綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的研究工作，E-mail:njf@tdmarco.com。

TD355.4

A

時(shí)間：2016-10-28 16:31

http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20161028.1631.016.html