龍 捷 黃 鶯 劉 飛

（北京航天時代激光導航技術有限責任公司，北京，100094）

以“三化”思想為指導構建激光慣組軟件構件庫

龍 捷 黃 鶯 劉 飛

（北京航天時代激光導航技術有限責任公司，北京，100094）

文摘：分析激光慣組軟件研制現(xiàn)狀，對照企業(yè)軟件研制中出現(xiàn)的問題，提出確定以“軟件復用技術”和“軟件構件化開發(fā)方法”作為激光慣組軟件“三化”的具體實現(xiàn)形式，建立激光慣組軟件構件庫，實施后的預期效果顯示可提高開發(fā)效率50%以上。

軟件構件；激光慣組；軟件復用；軟件構件庫；三化。

激光慣組是火箭、導彈等運載體的控制系統(tǒng)關鍵單機，型號軟件是激光慣組不可分割的重要組成部分，具有物理依賴度低、靈活性較強等特點。與硬件相比，軟件變更、運行和維護的成本與代價更小，型號新需求、新功能更多的是通過軟件設計得以實現(xiàn)，這使得軟件研發(fā)能力與型號軟件質量變得尤為重要，從集團公司到各院所對于軟件的重視程度不斷提升。在當前“高密度研制、高密度發(fā)射、競爭性發(fā)展”的新形勢和保證流程規(guī)范的前提下，如何確保型號軟件的研制開發(fā)效率，如何保證又好又快地完成型號軟件研制任務，是我們迫切需要解決的問題。

我公司自成立以來始終致力于激光慣組技術的研究，目前我們研制生產的激光慣組產品已廣泛應用于航天、航空和艦船等領域，在多項國家重點型號任務上均有出色表現(xiàn)。我們以“三化”（通用化、系列化和組合化（模塊化））思想作為指導，開展了激光慣組軟件構件庫的一系列研究工作。

1 激光慣組軟件研制現(xiàn)狀

1.1 工程化管理與基礎技術工作不協(xié)調

按照軟件工程化要求開展激光慣組軟件研制工作是型號硬性要求，其核心思想是對軟件進行項目管理、加強過程控制。但在具體實施過程中，始終難以擺脫文實不符、根據結果補記錄等“兩層皮”現(xiàn)象。技術基礎跟不上管理要求的節(jié)奏，管理與技術不能形成相互促進的良性循環(huán)，不僅沒有收到管理的效益，反而使管理成為包袱，使設計人員疲于應付各類檢查。

1.2 管理模式不能適應新形勢的需要

過去以型號為牽引劃分團隊精耕細作的研發(fā)模式使得我們更加關注型號縱向發(fā)展，這在型號數量較少時尚能運轉良好，但隨著型號數量激增，橫向專業(yè)發(fā)展滯后的弊病開始顯現(xiàn)。我公司現(xiàn)有軟件開發(fā)與測試人員20多名，擔負各類型號慣組研制任務40余個，包括國家級重點型號16個，如果還是按照原來的管理模式，則型號軟件研制能力不足、資源不夠的問題就會日益凸顯。

1.3 重質量與保進度仍存在矛盾

近年來，國家對于裝備質量的重視程度上升到了一個新的高度，采取了質量終身問責制等舉措，不斷強化質量意識，強調“質量就是生命”。作為裝備制造體系內的科研企業(yè)，在當前高度競爭的態(tài)勢下，要想謀求自身的發(fā)展壯大，在保證質量的前提下，保證交付進度同樣重要。在裝備行業(yè)整體大發(fā)展的背景下，承擔的型號任務數量還在不斷增長，總體要求的研制進度越來越緊，對于過程控制的要求越來越高，如何保證型號軟件研制工作又好又快，兼顧品質和發(fā)展，成為我們面臨的現(xiàn)實而迫切的問題。

上述三個方面的問題究其根源是軟件研發(fā)能力不足和效率不高，不能與企業(yè)當前發(fā)展需求相適應。要實現(xiàn)軟件研發(fā)能力與效率的全面提升，必須以系統(tǒng)性思維去認識問題、看待問題，著力解決好由于組織管理中存在的多重割裂所導致的資源低效運轉甚至是無效運轉。

2 “三化”工作思路

通用化、系列化和組合化的標準化形態(tài)可表述為：通用化是“點離散”統(tǒng)一形態(tài)，包括產品通用化和技術通用化，通過對單一性的接口或功能進行統(tǒng)一，弱化其專有屬性，形成普遍適用的基本單元；系列化是“線離散”統(tǒng)一形態(tài)，對一組對象中具有規(guī)律性的離散值與分立性進行統(tǒng)一，以較少的品種覆蓋較大的應用范圍；組合化是“面離散”統(tǒng)一形態(tài)，對較大規(guī)模的實體及其功能的多體、分布式的集成關系進行統(tǒng)一，集成后的主體以接口互換性為基礎，具有整體互換性。

軍工行業(yè)各領域長期的科研生產實踐充分表明，“三化”是對產品進行系統(tǒng)性規(guī)范控制的有效手段，是提高型號工程質量和效能、縮短研制生產周期、降低研制成本的重要保證，是解決產品多樣化需求和批量化研制之間矛盾的必由之路。

對照我公司軟件研制中出現(xiàn)的問題：技術與管理脫節(jié)、型號與專業(yè)失衡、質量與進度沖突，可以發(fā)現(xiàn)，“三化”思想與我們的發(fā)展需求高度契合。

在長期的科研生產實踐中，對于軟件“三化”的需求其實一直存在。如何讓軟件實現(xiàn)快捷、高效開發(fā)，并且保證質量，很自然地就會想到要復用、要模塊化。軟件工程化各類標準和要求對于軟件設計明確提出“模塊化”要求。僅對單一型號軟件考慮“模塊化”，其實與“三化”的要求相差甚遠，對于特定應用而言，較好的模塊劃分，可能并不適用于其它應用場合，不利于型號間的通用。深入貫徹“三化”思想，必須達到更高的抽象層次。

我公司以問題為導向，經過充分論證，形成激光慣組軟件“三化”工作思路，如圖1所示。

將型號軟件研制這一綜合性任務所包含的技術要素和管理要素進行拆解和集成，同時結合我公司GJB 5000A體系建設工作，進一步細分階段、規(guī)范流程、明確工作產品，促進技術與管理的銜接融合。打通型號間壁壘，對各型號軟件的碎片化需求進行歸納，從軟件專業(yè)維度進行分類和整合，建立層次化需求圖譜，統(tǒng)籌型號與專業(yè)的均衡發(fā)展，實現(xiàn)有限資源的高效運轉。對已有型號軟件工作產品進行再認識和再發(fā)掘，提煉和固化其中的可復用資源，將長期工程實踐中形成的經驗轉化為后續(xù)工作的基礎和資源，確保型號軟件質量與進度的又好又快。

以“三化”思想為指導，經過廣泛地調研與論證，我們最終確定以“軟件復用技術”和“軟件構件化開發(fā)方法”作為激光慣組軟件“三化”的具體實現(xiàn)形式，以激光慣組軟件構件庫作為具體實施途徑。

3 激光慣組軟件構件庫研究

3.1 基本概念

D.Mcllroy于1968年在NATO軟件工程會議上首次提出“軟件復用”概念，闡述了發(fā)展以可復用源代碼軟件構件為基礎的軟件工業(yè)和利用COTS（Commercial Off The Shelf）構建工業(yè)化生產軟件的觀點。復用對象包括軟件編碼，以及軟件生產過程中的其它勞動成果，如項目計劃書、可行性報告、需求分析、概要設計、詳細設計、測試用例、文檔與使用手冊等。從1968年至今，軟件復用技術經過了4個標志性的發(fā)展階段：①1968年~1978年，Mcllroy首次提出軟件復用思想；②1979年~1983年，Lanergan研究人員通過對大量源程序進行分析，發(fā)現(xiàn)不同軟件之間有60%以上的設計是重復的，同類軟件中有60%以上的代碼是冗余的，只有通過復用才能實現(xiàn)高效、可靠的軟件規(guī)模化生產，軟件復用逐漸成為業(yè)界共識；③1983年~1994年，美國IEEE軟件工程匯刊和IEEE軟件期刊先后出版了軟件復用相關技術的專輯，歐洲專門設立了軟件復用示范項目，這一系列舉措使得軟件復用技術理論體系得到了極大完善，實踐方法取得了長足發(fā)展；④1994年至今，軟件復用受到業(yè)界高度重視，越來越多的人員和機構投入到軟件復用技術的研究和應用當中，使之成為繼面向對象分析以及設計方法之后軟件領域新的發(fā)展趨勢。

基于構件的軟件開發(fā)方法（component-based software development，簡稱CBSD）將通?！八惴?數據結構”的開發(fā)模式轉變?yōu)榛凇皹嫾_發(fā)+構架指導”的構件組裝模式。與傳統(tǒng)軟件開發(fā)方法相比，CBSD具有的特點是：構件即插即用；接口與實現(xiàn)分離；高度穩(wěn)定性；高度可擴展性。

3.2 關鍵技術

3.2.1 構件分類

構件分類技術是制定構件組裝方法、使用說明以及出入庫流程等管理要求的重要依據，直接決定軟件構件的實現(xiàn)形式和相應的構件管理方法。

一般而言，構件可分為以下幾類：

·面向用戶的構件：用于函數封裝、用戶接口和人機交互；

·面向底層的構件：用于操作特定的計算機硬件資源以提供相應服務；

·面向數據庫的構件：用于內部/外部數據的存儲、讀取和管理。

采用面向領域的方法來對構件進行分類則應該包括以下三類構件：

·通用基本構件，如基本數據結構、常用接口、程序框架等；

·領域共性構件，如導航算法、濾波算法等；

·應用專用構件，如各型號具體的接口控制和狀態(tài)轉換等。

參考領域工程相關理論，借鑒物理層、鏈路層、數據層和應用層的逐級抽象模型，制定《激光慣組軟件構件分類方法》，作為構件庫頂層約束文件之一，指導構件庫的設計與開發(fā)工作，保證軟件構件的合理規(guī)劃和有效管理。

3.2.2 構件獲取

通過對可復用信息與領域的分析，可以得到構件?？蓮陀眯畔⒁蕾囉谔囟▎栴}和特定問題的解決方法，具有領域特定性，識別、獲取和表示可復用信息時可采用面向領域的策略，如圖2所示。

構件獲取以高可靠性為原則，優(yōu)先考慮從已用的軟件資源中直接獲取。

對于已經完成設計定型的軟件，其核心算法和主要功能模塊經過長期飛行考核，被證明是成熟度高、可靠性高的實現(xiàn)形式，可以直接提取或作簡單地適應性修改，形成可復用的構件。通過對型號軟件研制工作進行歸納和總結，分析工程中積累下來的優(yōu)秀實踐，將具有潛在復用價值的構件提取出來，也可得到可復用的構件。無法從現(xiàn)用軟件資源中直接獲取的構件，需重新開發(fā)。通過制定《軟件構件設計標準》和《軟件構件編碼標準》，對全新開發(fā)的軟件構件進行有效的設計統(tǒng)籌和規(guī)范化約束，保證軟件構件的設計水平和產品質量。

3.3 預期效果

為保證激光慣組軟件構件庫研究有序開展，針對構件庫研究課題制定主要技術指標：①構件庫通過自測試與三方測試，應實現(xiàn)“0”缺陷；②構件庫可重用性100%；③構件庫對于不同型號、不同目標機與宿主機覆蓋率100%；④構件庫中的標準構件對于各類型號軟件頂層標準的符合程度不低于80%；⑤基于激光慣導軟件構件庫開發(fā)的型號軟件中標準構件所占比重不低于50%。

以標準構件為基礎的軟件復用技術可從根本上提升型號軟件質量，預計可降低我公司軟件產品年均故障率40%以上，降低質量維護成本。采用構件化軟件開發(fā)方法可大幅提高型號軟件開發(fā)效率，以完善的軟件構件庫為支撐，預計可提高開發(fā)效率50%以上，降低研發(fā)成本。通過軟件構件化技術，可有效降低設計人員技術門檻，壓縮人力成本，減少人的因素造成的質量風險。通過制定系列軟件模塊化標準，可使軟件產品的規(guī)范性和標準化程度得到提高，全面提升軟件產品的技術水平和質量形象。

國外大量的研究和實踐證明，軟件復用技術是改進軟件開發(fā)過程、提升軟件開發(fā)效率和軟件產品質量的一種有效的、可行的技術途徑。我公司積極開展調研和論證，探索出以“三化”思想作為指導，開展激光慣組軟件構件庫研究的工作思路，全面提升軟件研發(fā)能力與效率，使之與企業(yè)長遠發(fā)展需求相適應。通過對軟件復用技術與軟件構件化開發(fā)方法的本地化，使其融入激光慣導嵌入式軟件的科研生產實踐，以期實現(xiàn)型號軟件研制模式從“研發(fā)”向“生產”的轉化，確保高效地產出高水品、高質量的軟件產品，滿足型號慣組研制的需要，滿足我公司長遠發(fā)展的需要。

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［2］麥綠波．標準化形式的理論譜系創(chuàng)建［J］．中國標準化，2011（9）．

［3］江天，李云剛．對海軍裝備“三化”工作未來發(fā)展的思考［J］．論證與研究，2015，31（2）．

［4］孟翠玲．產品研制中開展“三化”工作的思路研究［C］．航空標準化與質量，2011（2）．

［5］傅曉晴．產品型號標準化研究［D］．天津：天津大學管理與經濟學部，2012．

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［7］Felix Bachman，Len Bass．Technical Concepts Component－Based Software Engineering Technical Report CMU／SEI－2000－TR－008，2000－05．

龍捷（1983年—），男，高級工程師，主要從事激光慣組系統(tǒng)設計與軟件研制工作。