張曌寰 盧宗健 宮兆虎

【摘 要】核電軟件的研發(fā)具有可靠性要求高、研發(fā)周期長、流程復(fù)雜、開發(fā)人員多等特點(diǎn)，對質(zhì)量的要求非常高。另外核電軟件的質(zhì)量與核電工程設(shè)計(jì)以及核電的運(yùn)維等相關(guān)活動關(guān)系密切。故而，針對核電軟件實(shí)施過程質(zhì)量管理對于監(jiān)控軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，確認(rèn)軟件產(chǎn)品是否符合使用需求以及開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)起到了至關(guān)重要的作用。

【關(guān)鍵詞】核電軟件;NESTOR;質(zhì)量管理;質(zhì)量控制

中圖分類號： TP311.53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）08-0213-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.094

0 引言

核電軟件技術(shù)的研發(fā)，具有可靠性要求高、研發(fā)周期長、流程復(fù)雜、開發(fā)人員多等特點(diǎn)，質(zhì)量隱患潛在風(fēng)險(xiǎn)較大。在核電工程設(shè)計(jì)軟件研發(fā)歷史上，曾經(jīng)存在軟件研發(fā)不成體系、流程不規(guī)范、研發(fā)團(tuán)隊(duì)零散缺乏有效管理機(jī)制、開發(fā)人員、V&V人員以及質(zhì)量管理人員相互不獨(dú)立等問題，導(dǎo)致軟件研發(fā)質(zhì)量難以得到保證。同時(shí)，由于缺乏研發(fā)流程規(guī)范及工程應(yīng)用與運(yùn)行管理手段，對核電工程設(shè)計(jì)等相關(guān)科研工作的質(zhì)量也造成一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在軟件項(xiàng)目開發(fā)起始階段，建立有效的軟件過程質(zhì)量管理體系，制定一套完整的軟件開發(fā)質(zhì)量保證計(jì)劃，對保證核電工程設(shè)計(jì)軟件的研發(fā)的質(zhì)量具有重要意義。

在中核集團(tuán)龍騰自主創(chuàng)新科研項(xiàng)目的支持下，由中國核動力研究設(shè)計(jì)院牽頭，中國核電工程有限公司、中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司參與共同研發(fā)出了體系的核電工程設(shè)計(jì)分析軟件包，打包命名為NESTOR（Nuclear Power Plant Engineering Software Technology Research Project））。NESTOR軟件包包含了核電設(shè)計(jì)與分析所需要的相關(guān)專業(yè)軟件技術(shù)，涉及核反應(yīng)堆物理設(shè)計(jì)、屏蔽與源項(xiàng)設(shè)計(jì)、熱工水力與安全分析、燃料元件相關(guān)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)與設(shè)備設(shè)計(jì)、儀控設(shè)計(jì)、軟件共性技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域。NESTOR軟件項(xiàng)目以核安全導(dǎo)則中關(guān)于軟件研發(fā)過程的質(zhì)量保證及規(guī)范要求為遵旨，結(jié)合GJB5000A、CMMI等軟件工程化的指導(dǎo)方針，建立了適合核電工程設(shè)計(jì)及軟件研發(fā)的創(chuàng)新性的過程質(zhì)量管理體系，并在該項(xiàng)目中實(shí)施并推廣。本文針對NESTOR軟件包的軟件過程質(zhì)量管理實(shí)施流程進(jìn)行了概要論述。

1 NESTOR項(xiàng)目質(zhì)量管理的相關(guān)要求

項(xiàng)目的質(zhì)量管理工作包括把質(zhì)量管理體系及相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于項(xiàng)目策劃、過程管理、質(zhì)量控制等相關(guān)活動，以保證項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo)的各個(gè)過程滿足相關(guān)要求。同時(shí)，項(xiàng)目的質(zhì)量管理活動也是一種支持過程的持續(xù)改進(jìn)活動。過程和質(zhì)量保證的目的是客觀評價(jià)軟件項(xiàng)目的軟件過程和工作產(chǎn)品，為項(xiàng)目管理人員和項(xiàng)目組成員對項(xiàng)目過程及構(gòu)造的產(chǎn)品提供客觀、深入的了解，以支持交付高質(zhì)量的產(chǎn)品。[1]

NESTOR項(xiàng)目的質(zhì)量管理過程主要包括質(zhì)量管理策劃、過程質(zhì)量管理以及質(zhì)量控制等活動。質(zhì)量管理相關(guān)活動應(yīng)覆蓋相關(guān)軟件研發(fā)全生命周期，覆蓋需求管理、模型研究、軟件設(shè)計(jì)、V&V流程等各個(gè)環(huán)節(jié)，通過監(jiān)督項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)是否遵循設(shè)定的過程路線實(shí)施過程活動并且客觀驗(yàn)證工作產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、要求間的符合情況，使得項(xiàng)目產(chǎn)品的生產(chǎn)過程受控以提高產(chǎn)品交付的用戶滿意度，也為管理者對軟件項(xiàng)目的過程和產(chǎn)品提供適當(dāng)?shù)目梢曅浴?/p>

2 NESTOR軟件質(zhì)量管理活動具體實(shí)施

2.1 質(zhì)量管理體系建設(shè)及策劃

開展質(zhì)量管理的策劃工作，主要目的是識別NESTOR項(xiàng)目及其最終交付成果的質(zhì)量要求及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并且通過書面的形式描述如何證明NESTOR項(xiàng)目符合質(zhì)量要求及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的過程管理情況。為了有效地實(shí)施質(zhì)量管理，NESTOR項(xiàng)目制定并實(shí)施一整套質(zhì)量管理性程序作為規(guī)劃的支持性文件。這些程序?qū)Ω黜?xiàng)質(zhì)量活動的方法、步驟、組織形式、責(zé)任和管理制度等作明文規(guī)定。同時(shí)，為更好的實(shí)施管理程序，監(jiān)督工作計(jì)劃和進(jìn)度，針對每項(xiàng)具體工作制定了工作程序、細(xì)則，以及適當(dāng)?shù)亩ㄐ曰蚨康尿?yàn)收準(zhǔn)則。據(jù)此，NESTOR項(xiàng)目專門編制了《項(xiàng)目質(zhì)保大綱》、《NESTOR項(xiàng)目過程質(zhì)量計(jì)劃》以及各軟件產(chǎn)品《軟件質(zhì)量保證計(jì)劃》等相關(guān)質(zhì)量策劃文檔，相關(guān)文檔對軟件研發(fā)有關(guān)部門和設(shè)計(jì)人員、管理人員的職責(zé)、權(quán)限及具體的任務(wù)分工，以及各種旨在保證設(shè)計(jì)與服務(wù)質(zhì)量的控制、驗(yàn)證要求進(jìn)行了明確的闡述。核電工程設(shè)計(jì)軟件開發(fā)過程遵循HAF003以及開發(fā)團(tuán)隊(duì)所在院所質(zhì)量保證體系，同時(shí)依據(jù)國家核安全局《核動力廠安全分析用計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)與應(yīng)用（試行）》中關(guān)于質(zhì)量保證的要求對軟件開發(fā)過程中的質(zhì)量控制情況進(jìn)行規(guī)范、約束和監(jiān)督。

2.1.1 組織機(jī)構(gòu)及人員職責(zé)分工

NESTOR項(xiàng)目的質(zhì)量管理組織機(jī)構(gòu)圖如下圖1所示，不同的角色按照對應(yīng)的職責(zé)分工承擔(dān)/負(fù)責(zé)相應(yīng)的質(zhì)量活動。其中，質(zhì)量活動的策劃、管理以及監(jiān)督控制主要由組織級質(zhì)量保證工程師（組織級QA）以及軟件質(zhì)量保證工程師（PPQA）組織。PPQA負(fù)責(zé)編制軟件質(zhì)量保證計(jì)劃并對策劃過程和策劃輸出的工作產(chǎn)品進(jìn)行審核，而組織級QA則負(fù)責(zé)組織級質(zhì)量保證活動方案編寫與實(shí)施，并監(jiān)督和檢查PPQA的質(zhì)量活動，包括對策劃過程和策劃輸出的工作產(chǎn)品的審核記錄進(jìn)行監(jiān)督。

2.1.2 制定專用規(guī)范及細(xì)則

除質(zhì)量策劃文件以外，NESTOR項(xiàng)目還依據(jù)核電工程設(shè)計(jì)軟件研發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)，建立了一系列的研發(fā)過程規(guī)范，規(guī)范由項(xiàng)目部批準(zhǔn)后應(yīng)用于本項(xiàng)目所承擔(dān)的所有核電軟件研發(fā)中，制定的核電軟件研發(fā)過程規(guī)范見表1。

為了避免軟件研發(fā)及理解人員對規(guī)范理解的不一致或疏漏造成的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，NESTOR項(xiàng)目還組織了多次關(guān)于軟件研發(fā)規(guī)范的培訓(xùn)與經(jīng)驗(yàn)反饋。隨著軟件研發(fā)規(guī)范化的持續(xù)推進(jìn)，研發(fā)人員設(shè)計(jì)開發(fā)的風(fēng)格逐漸統(tǒng)一，研發(fā)不符合項(xiàng)日益減少，軟件質(zhì)量得到顯著提高，同時(shí)研發(fā)流程也逐漸趨于穩(wěn)定。此外，隨著研發(fā)工作推進(jìn)，相關(guān)規(guī)范也在結(jié)合實(shí)際工作情況而進(jìn)行持續(xù)完善優(yōu)化，更好的促進(jìn)研發(fā)能力的提升。

2.1.3 人員資格管理及培訓(xùn)

所有從事本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的技術(shù)人員和管理人員均根據(jù)從事特定設(shè)計(jì)工作所要求的學(xué)歷、經(jīng)驗(yàn)和業(yè)務(wù)熟練程度通過了不同級別的資格鑒定，根據(jù)已取得的相應(yīng)的資格開展相應(yīng)的工作，同時(shí)軟件驗(yàn)證與確認(rèn)工作需由取得相應(yīng)資格且獨(dú)立于開發(fā)團(tuán)隊(duì)的人員進(jìn)行，人員資格鑒定工作實(shí)行動態(tài)管理。從事本項(xiàng)目的人員按相應(yīng)程序的規(guī)定考核合格并取得相應(yīng)資質(zhì)且保持足夠的業(yè)務(wù)熟練程度，有能力從事所承擔(dān)的工作并理解其活動所產(chǎn)生的安全后果，根據(jù)相關(guān)程序的要求履行其質(zhì)量職責(zé)。

結(jié)合軟件研發(fā)項(xiàng)目安排，相關(guān)職能部門組織對從事開發(fā)及管理活動的各類人員均進(jìn)行了相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)、質(zhì)保培訓(xùn)，以確保各類各級人員保持足夠的業(yè)務(wù)熟練程度和質(zhì)量意識。

2.2 過程質(zhì)量管理活動

項(xiàng)目的過程質(zhì)量管理活動是關(guān)注整個(gè)項(xiàng)目全生命周期的質(zhì)量過程，在管理質(zhì)量的過程期間則重點(diǎn)關(guān)注識別質(zhì)量策劃中所規(guī)定的質(zhì)量要求，將質(zhì)量要求設(shè)定為測試與評估的目標(biāo)并貫穿整個(gè)項(xiàng)目研發(fā)的生命周期過程，以確認(rèn)是否能夠達(dá)到質(zhì)量要求。

NESTOR軟件的研發(fā)模型采用瀑布式模型，過程劃主要分為需求分析、模型研究、設(shè)計(jì)、編碼、測試、驗(yàn)證、研制總結(jié)，共7個(gè)階段進(jìn)行。其中，需求分析、模型研究、驗(yàn)證等工作由核電工程設(shè)計(jì)專業(yè)團(tuán)隊(duì)來開展，而設(shè)計(jì)、編碼、測試等工作由軟件專業(yè)開發(fā)、測試團(tuán)隊(duì)來開展，各團(tuán)隊(duì)間互有接口，協(xié)調(diào)開展工作。V&V工作以及QA相關(guān)工作貫穿了軟件研發(fā)的全過程。

2.2.1 需求分析

核電工程設(shè)計(jì)人員經(jīng)過深入細(xì)致的地調(diào)研和分析，準(zhǔn)確理解用戶和項(xiàng)目的功能、性能、可靠性等具體要求，將用戶非形式的需求表述轉(zhuǎn)化為完整的需求定義，從而確定軟件需要做什么。在需求分析階段即需要建立需求追溯矩陣，并在后續(xù)的開發(fā)過程中動態(tài)維護(hù)管理，確保軟件的最終功能滿足相關(guān)用戶需求，保證軟件產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2.2 理論模型研究

核電工程設(shè)計(jì)人員通過對核電軟件理論模型及計(jì)算方法進(jìn)行分析、評價(jià)，明確模型及算法的出處，以從軟件理論模型及計(jì)算方法層面來保證核電軟件質(zhì)量，理論手冊的編寫需要滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2.2.3 軟件設(shè)計(jì)

軟件專業(yè)開發(fā)人員根據(jù)核電軟件需求的出發(fā)，根據(jù)需求分析階段確定的功能設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、劃分功能模塊、確定每個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)算法以及編寫具體的代碼，形成軟件的具體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)說明書的編寫也需要滿足規(guī)范要求。

2.2.4 軟件編碼

開發(fā)人員將核電軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)得到的處理過程的描述按照制定的C/C++、JAVA等計(jì)算機(jī)語言編碼規(guī)范形成穩(wěn)定、易編輯的源程序代碼。所編程序做到結(jié)構(gòu)清晰、簡單易懂，具有良好的可測試性，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)和公共函數(shù)，注釋清晰明了。

2.2.5 軟件測試

為了進(jìn)一步提高所開發(fā)核電軟件測試環(huán)節(jié)的全面性和客觀性，由未參與軟件開發(fā)的第三方進(jìn)行專業(yè)的測試，測試團(tuán)隊(duì)包括開發(fā)團(tuán)隊(duì)內(nèi)部測試V&V團(tuán)隊(duì)、高校測試組以及專業(yè)測試公司，針對開發(fā)的核電軟件根據(jù)測試規(guī)范開展了獨(dú)立的測試和驗(yàn)證，及時(shí)修復(fù)發(fā)現(xiàn)的BUG，通過清晰和責(zé)任明確的缺陷處理流程，確保軟件的高質(zhì)量開發(fā)。

2.2.6 軟件驗(yàn)證

軟件研制完成后，為了證明所研發(fā)的軟件是否實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)采用第三方驗(yàn)證的方式對所開發(fā)軟件的正確性進(jìn)行確認(rèn)，即讓未參與軟件開發(fā)工作的未來可能的用戶方通過確認(rèn)用例對軟件進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)用例包括基準(zhǔn)題、實(shí)測數(shù)據(jù)（試驗(yàn)數(shù)據(jù)或電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)）等。通過專業(yè)的第三方驗(yàn)證，可以有效的提高軟件計(jì)算的精度以及保證軟件的正確性。

2.2.7 研制總結(jié)

對軟件研制過程的需求分析、理論模型研究、設(shè)計(jì)、編碼、測試、驗(yàn)證等各環(huán)節(jié)的開發(fā)過程進(jìn)行總結(jié)，確保各環(huán)節(jié)均滿足相應(yīng)開發(fā)過程規(guī)范和質(zhì)量保證的要求。

3 質(zhì)量控制活動實(shí)施

質(zhì)量控制的目的是為了評估績效，確保項(xiàng)目輸出完整、正確且滿足項(xiàng)目任務(wù)預(yù)期而監(jiān)督和記錄質(zhì)量管理活動執(zhí)行結(jié)果的過程。NESTOR的實(shí)施過程質(zhì)量控制以確定項(xiàng)目的各階段輸出是否達(dá)到預(yù)期目的，以及這些輸出是否滿足預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)指標(biāo)以及相關(guān)規(guī)范，質(zhì)量的控制活動也是貫穿整個(gè)項(xiàng)目周期的。[2]

3.1 研發(fā)過程控制

軟件研發(fā)過程控制主要覆蓋確定設(shè)計(jì)要求、基線控制、設(shè)計(jì)接口控制、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、設(shè)計(jì)變更、設(shè)計(jì)輸出、測試等環(huán)節(jié)。

確定設(shè)計(jì)要求確定設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)輸入是開展軟件研發(fā)的基礎(chǔ)和依據(jù)，包括軟件研發(fā)所依據(jù)的合同、任務(wù)書、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、功能要求和性能要求。開發(fā)過程中，建立軟件基線分別對代碼設(shè)計(jì)過程和技術(shù)文檔管理過程進(jìn)行控制。各開發(fā)團(tuán)隊(duì)之間互相索取或提供設(shè)計(jì)接口資料時(shí)也應(yīng)按照相關(guān)質(zhì)量規(guī)定進(jìn)行。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證是審查、確認(rèn)或證實(shí)設(shè)計(jì)的過程，以保證設(shè)計(jì)滿足所有的設(shè)計(jì)要求，包括設(shè)計(jì)輸入要求、設(shè)計(jì)過程的計(jì)劃和實(shí)施情況等。設(shè)計(jì)驗(yàn)證由未直接參與相關(guān)開發(fā)工作且熟悉軟件需求、能覆蓋軟件包開發(fā)各項(xiàng)技術(shù)的各有關(guān)方面的專家組成的審查組進(jìn)行了認(rèn)真地審查，以確保設(shè)計(jì)輸出的完整性、正確性、統(tǒng)一性。

設(shè)計(jì)變更指與需求分析、設(shè)計(jì)、編碼等活動相關(guān)的設(shè)計(jì)輸出發(fā)布后對上述活動進(jìn)行的變更。

軟件的設(shè)計(jì)輸出為軟件檔案資料，包括軟件可執(zhí)行程序代碼、程序源代碼、設(shè)計(jì)文檔。對軟件源程序代碼進(jìn)行的設(shè)計(jì)管理重點(diǎn)側(cè)重于代碼測試、驗(yàn)證、歸檔過程中的配置管理。將代碼、文檔、測試、驗(yàn)證、歸檔過程中產(chǎn)生的各種軟件設(shè)計(jì)輸出納入配置管理系統(tǒng)進(jìn)行管理，需要時(shí)僅能從配置管理系統(tǒng)中索取所需資源。軟件開發(fā)過程中產(chǎn)生的設(shè)計(jì)輸出滿足需求，校審、設(shè)計(jì)驗(yàn)證、QA核查、歸檔過程中發(fā)現(xiàn)的問題已進(jìn)行了糾正。

軟件包相關(guān)的測試工作由具有相關(guān)資質(zhì)的第三方專業(yè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行，測試團(tuán)隊(duì)根據(jù)軟件測試的規(guī)范要求，按照測試計(jì)劃對軟件進(jìn)行了測試，確保軟件研發(fā)過程中的所有缺陷均按上述流程進(jìn)行了有效控制，并得以關(guān)閉。第三方測試應(yīng)對軟件源代碼結(jié)構(gòu)、可讀性、格式與規(guī)范符合程度、計(jì)算結(jié)果符合全情況、輸出內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求符合情況、軟件功能項(xiàng)符合情況等做出評定。

3.2 文件控制

實(shí)施文件控制的目的是使文件的使用者始終能使用到適用的正確文件。文件的編制、審查和批準(zhǔn)按文件控制規(guī)定的要求進(jìn)行。

為保證在設(shè)計(jì)過程中使用適當(dāng)?shù)奈募?，在每一設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)活動完成后，及時(shí)發(fā)布和分發(fā)有關(guān)的設(shè)計(jì)文件。發(fā)布的文件具有文件名稱、編號、發(fā)文單位、發(fā)布日期和版本等統(tǒng)一標(biāo)識。各設(shè)計(jì)階段的文件應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范編制，確保結(jié)構(gòu)清晰、內(nèi)容全面、過程可控、結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)。

3.3 配置管理

軟件在開發(fā)過程中按照配置管理的要求進(jìn)行了管理和控制，在開發(fā)過程中產(chǎn)生的工作產(chǎn)品均存放在配置庫中。開發(fā)人員通過使用配置管理工具將工作產(chǎn)品提交到配置庫，配置庫全面記錄了開發(fā)過程的歷史和狀態(tài)。

3.4 糾正措施

在糾正措施方面也需要依據(jù)管理要求，對開發(fā)過程中、設(shè)計(jì)文檔、設(shè)計(jì)驗(yàn)證等審查過程中發(fā)現(xiàn)的問題等導(dǎo)致質(zhì)量下降的情況采取措施進(jìn)行糾正，相關(guān)措施包括組織專題研討、專家咨詢、問題總結(jié)以及針對性培訓(xùn)等。

3.5 軟件質(zhì)量保證審核及不符合項(xiàng)處理

PPQA根據(jù)NESTOR軟件研制所具備的軟件開發(fā)和管理能力、所處的軟件階段定制出項(xiàng)目的過程活動QA檢查單、填寫檢查結(jié)果，并通報(bào)給項(xiàng)目組各成員;同時(shí)識別出不符合項(xiàng)，并依據(jù)要求對不符合項(xiàng)進(jìn)行處理。識別出不符合項(xiàng)后，首先與相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行溝通、確認(rèn)，并填寫軟件不符合項(xiàng)記錄表;相關(guān)責(zé)任人對不符合項(xiàng)進(jìn)行分析和糾正;質(zhì)量保證工程師對不符合項(xiàng)進(jìn)行跟蹤、驗(yàn)證直至關(guān)閉。組織級QA對以上相關(guān)活動進(jìn)行監(jiān)督檢查。

4 結(jié)語

軟件過程質(zhì)量管理工作是貫穿核電工程設(shè)計(jì)軟件開發(fā)的全過程，對監(jiān)控軟件產(chǎn)品的質(zhì)量，確認(rèn)軟件產(chǎn)品是否符合使用需求以及開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)起到了至關(guān)重要的作用。NESTOR項(xiàng)目針對核電工程軟件特點(diǎn)創(chuàng)建了完整的過程質(zhì)量管理體系，建立了覆蓋軟件研發(fā)全生命周期流程的一系列開發(fā)規(guī)范，使得NESTOR軟件項(xiàng)目的研發(fā)過程可視、可控、可管理，研發(fā)的軟件成果可信、可靠和高質(zhì)量。隨著NESTOR項(xiàng)目的實(shí)施以及工程化應(yīng)用，該過程質(zhì)量管理體系也在持續(xù)優(yōu)化中。

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