史 劼，吳 冉，張 義

(1.中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)研究院，北京 100036；2.南陽(yáng)理工學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473004)

0 引 言

伴隨著航天型號(hào)向信息化、綜合化、智能化方向的發(fā)展，軟件完成的功能越來(lái)越復(fù)雜、規(guī)模越來(lái)越大，表現(xiàn)為軟件配置項(xiàng)激增，軟硬件及軟件配置項(xiàng)接口多、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)；同時(shí)隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，多種處理器、總線技術(shù)、操作系統(tǒng)等也已在航天中普遍使用，因此，航天型號(hào)軟件系統(tǒng)已經(jīng)成為復(fù)雜異構(gòu)系統(tǒng)[1-2]。載人航天工程作為我國(guó)航天發(fā)展史上規(guī)模最大、系統(tǒng)組成最復(fù)雜、技術(shù)難度最大、安全可靠性要求最高的一項(xiàng)大型系統(tǒng)工程，早在20世紀(jì)90年代，工程總體就已經(jīng)組織專家對(duì)各系統(tǒng)主要軟件研制單位和研制項(xiàng)目進(jìn)行了廣泛調(diào)研，深入分析了軟件研制和管理現(xiàn)狀以及國(guó)外航天軟件開(kāi)發(fā)情況，得出了“實(shí)施軟件工程化是保障載人航天軟件質(zhì)量的必由之路”的結(jié)論[3-4]。在此階段，工程總體正式下發(fā)了軟件研制工作管理要求和軟件工程化技術(shù)文件，將軟件如同硬件一樣作為產(chǎn)品，納入計(jì)劃、技術(shù)和質(zhì)量管理渠道，按重要程度分級(jí)分類管理，按工程化的方法分階段開(kāi)展研制[4-5]。

21世紀(jì)初，根據(jù)工程任務(wù)需求和軟件研制工作的新特點(diǎn)，工程總體組織了對(duì)軟件研制管理要求和軟件工程化技術(shù)文件的修訂，正式發(fā)布了《載人航天工程軟件研制工作管理規(guī)定》和《載人航天工程軟件工程化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，明確其作為整個(gè)工程型號(hào)的軟件工程化指導(dǎo)性文件，并于2014年進(jìn)行了第二次修訂[6]。

隨著空間站工程的推進(jìn)，軟件研制任務(wù)的數(shù)量、規(guī)模、復(fù)雜度等大幅增加，已有軟件人員、工具及流程與軟件研制任務(wù)需求間的矛盾越來(lái)越突出，保障軟件研制進(jìn)度、質(zhì)量、安全可靠性的壓力越來(lái)越大，工程的軟件研制和管理都面臨巨大挑戰(zhàn)。如何高效率、高質(zhì)量的保障軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成為工程及各系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題[7]。

軟件產(chǎn)品作為一種特殊形態(tài)的產(chǎn)品，其開(kāi)發(fā)過(guò)程也符合一般工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的特點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，近年來(lái)工業(yè)4.0及核心的智能制造理念被廣泛接受，被認(rèn)為是解決個(gè)性化、小批量產(chǎn)品智能化、高質(zhì)量生產(chǎn)的主要途徑[8-9]。載人航天型號(hào)軟件產(chǎn)品的特點(diǎn)是種類多、差異大、流程復(fù)雜、質(zhì)量要求高，如何保障這些軟件高效率、高質(zhì)量的開(kāi)發(fā)是工程亟待解決的問(wèn)題，這與智能制造所要解決的核心問(wèn)題具有很大的相似之處。因此，可以充分借鑒智能制造的核心理念來(lái)解決載人航天型號(hào)軟件研制和管理面臨的挑戰(zhàn)。

1 載人航天型號(hào)軟件研制和管理面臨問(wèn)題分析

1.1 流程復(fù)雜，研制人員不容易掌握和執(zhí)行

載人航天型號(hào)軟件的種類有處理器軟件、FPGA軟件、PLC軟件等，軟件等級(jí)根據(jù)《載人航天工程軟件工程化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》分為A、B、C、D四級(jí)，軟件類型根據(jù)配置項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)的更動(dòng)方式分為沿用、參數(shù)修改、適應(yīng)性修改和新研軟件等，軟件開(kāi)發(fā)模型包括瀑布模型、漸進(jìn)式模型、增量式模型、原型化開(kāi)發(fā)模型等，軟件配置項(xiàng)的規(guī)模大小不一，編程語(yǔ)言涵蓋匯編、C、VHDL、Verilog等，開(kāi)發(fā)方法包括面向過(guò)程、面向?qū)ο蠛突谀Ｐ万?qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)等，對(duì)應(yīng)的研制工具也千差萬(wàn)別，人員熟悉程度也參差不齊[7]。所有這些因素都引起研制流程的差異，研制人員不容易掌握，實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中流程不規(guī)范、工作漏項(xiàng)、工作不到位等問(wèn)題比較普遍。

1.2 需求追溯困難，軟件質(zhì)量難以保障

需求是軟件研制的源頭和依據(jù)，必須確保研制過(guò)程中能夠追蹤每一個(gè)需求的實(shí)現(xiàn)和變化情況，精確的需求追蹤管理是確保工程軟件質(zhì)量的重要活動(dòng)[10-11]。但在各單位實(shí)際的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，很難做到有效、準(zhǔn)確的需求追溯。問(wèn)題存在于兩個(gè)方面：一個(gè)是粗粒度的自然語(yǔ)言需求描述文檔，需求從源頭上無(wú)法保證完整性和準(zhǔn)確性；二是目前各單位普遍采用的人工需求追蹤方式，存在錯(cuò)誤多、有效性差等問(wèn)題，對(duì)于較復(fù)雜的項(xiàng)目問(wèn)題尤為明顯。這兩個(gè)問(wèn)題導(dǎo)致軟件需求管理和追溯困難、軟件質(zhì)量和可靠性難以保障。

1.3 開(kāi)發(fā)自動(dòng)化程度低，重復(fù)性工作量大

軟件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括從需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試驗(yàn)證、產(chǎn)品發(fā)布等一系列相互關(guān)聯(lián)和迭代的活動(dòng)。目前大部分軟件研制單位主要采用人工方式，及每項(xiàng)活動(dòng)基本都依靠人工完成，工作量巨大，也非常容易出錯(cuò)。

1.4 文檔量巨大，文實(shí)不符

規(guī)范化的文檔是軟件實(shí)現(xiàn)工程化開(kāi)發(fā)的重要產(chǎn)出和標(biāo)志?！遁d人航天工程軟件工程化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)文檔編寫提出了較為詳細(xì)的要求，標(biāo)準(zhǔn)要求每個(gè)軟件產(chǎn)品從提出任務(wù)開(kāi)始到出廠驗(yàn)收，需要編寫數(shù)十個(gè)技術(shù)文檔和管理類文檔，還需要在過(guò)程中對(duì)相關(guān)文檔保持更新。據(jù)統(tǒng)計(jì)，文檔編寫占軟件開(kāi)發(fā)60%的時(shí)間，已經(jīng)成為軟件開(kāi)發(fā)人員的很大負(fù)擔(dān)。此外，由于文檔工作量巨大，在實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中難以做到及時(shí)更新。文實(shí)不一、文檔滯后于軟件的情況比較普遍，給軟件測(cè)試驗(yàn)證、評(píng)審把關(guān)、維護(hù)等帶來(lái)很大不便，給軟件質(zhì)量和可靠性帶來(lái)隱患[5]。

2 智能制造核心理念給軟件開(kāi)發(fā)帶來(lái)的啟示

近年來(lái)，工業(yè)4.0及智能制造成為各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。智能制造的核心理念是通過(guò)各種智能化、自動(dòng)化與集成化技術(shù)，增強(qiáng)制造系統(tǒng)的柔性與自組織能力，提高制造系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，智能適配制造系統(tǒng)的個(gè)性化生產(chǎn)流程[9]。而智能化是指，通過(guò)感知環(huán)境狀態(tài)，將狀態(tài)變化情況數(shù)據(jù)化、變量化，根據(jù)預(yù)設(shè)的行為規(guī)則參照環(huán)境變量對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使其自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)完成工作。載人航天型號(hào)軟件工程化同樣也面臨適應(yīng)個(gè)性化的、多樣化、自動(dòng)化等方面的需求。遵循智能制造的理念，可以將載人航天型號(hào)軟件研制抽象為三個(gè)層面，即研制流程、研制活動(dòng)和研制工具，通過(guò)在三個(gè)層面上進(jìn)行多維度的過(guò)程監(jiān)控和質(zhì)量跟蹤，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化產(chǎn)品自適應(yīng)柔性研制流程、開(kāi)發(fā)活動(dòng)的集成化和智能化，以及研制過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析和信息集成，如圖1所示。

圖1 載人航天型號(hào)軟件智能化開(kāi)發(fā)模型

研制流程層定義了適合軟件配置項(xiàng)開(kāi)發(fā)的研制流程，這些流程與軟件規(guī)模、安全關(guān)鍵等級(jí)、語(yǔ)言限制等信息相關(guān)，每個(gè)流程由很多可復(fù)用的活動(dòng)組成。研制活動(dòng)層定義了研制活動(dòng)規(guī)則庫(kù)，每個(gè)活動(dòng)有對(duì)的入口條件、出口條件和工作產(chǎn)品輸入輸出要求，活動(dòng)調(diào)度規(guī)則與活動(dòng)的入出口條件、流程當(dāng)前狀態(tài)、軟件規(guī)模、軟件安全關(guān)鍵等級(jí)和人工智能決策相關(guān)。研制工具層進(jìn)行活動(dòng)與工具的多對(duì)多映射，通過(guò)協(xié)同集成框架支持活動(dòng)與工具的各種集成方式，并擴(kuò)展一系列自動(dòng)化工具，如文檔自動(dòng)生成、自動(dòng)化測(cè)試等。

通過(guò)借鑒智能制造方案的搭建思路，設(shè)計(jì)載人航天型號(hào)軟件智能化開(kāi)發(fā)平臺(tái)框架，如圖2所示?？蚣苤腥龑雍诵臑榱鞒潭x及調(diào)度層、活動(dòng)優(yōu)化及協(xié)同層和工具連接及自動(dòng)化層，支撐整個(gè)開(kāi)發(fā)模型的智能化思路，解決當(dāng)前載人航天型號(hào)軟件研制面臨的問(wèn)題。端到端智能分析跨三層體系，分析和監(jiān)控各層級(jí)出現(xiàn)的問(wèn)題。基礎(chǔ)平臺(tái)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一致性管理，各層級(jí)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)集成，及工具集成及自動(dòng)化能力。

圖2 載人航天型號(hào)軟件智能化開(kāi)發(fā)模型框架

3 軟件研制流程技術(shù)研究

3.1 軟件研制流程四要素及數(shù)學(xué)模型

軟件工程是將軟件需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、代碼編寫、單元測(cè)試、集成、系統(tǒng)測(cè)試、版本管理等各個(gè)過(guò)程和各項(xiàng)活動(dòng)進(jìn)行規(guī)范化管理，軟件研制流程則是將所有這些環(huán)節(jié)實(shí)施中的關(guān)鍵要素(行動(dòng)者、角色、活動(dòng)、數(shù)據(jù))和依賴關(guān)系等各方面融會(huì)貫通為一體的綜合管理，并明確整個(gè)流程應(yīng)該達(dá)到的一個(gè)預(yù)期目標(biāo)[12]，如圖3所示。

圖3 軟件研制流程的四個(gè)要素及關(guān)系

軟件研制流程是活動(dòng)、行動(dòng)者、角色、數(shù)據(jù)這四個(gè)基本要素以及它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系組成的一個(gè)綜合體。將這四個(gè)要素定義成四個(gè)集合，活動(dòng)集合記作A、行動(dòng)者集合記作Actor、角色集合記作R、數(shù)據(jù)集合記作D，這些集合的元素分別用小寫字母a、actor、r、d描述，四個(gè)要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如表1所示。因此，一個(gè)研制流程的定義是4個(gè)集合，以及這4個(gè)集合之間的8個(gè)關(guān)系，可用一個(gè)多元組描述：

P=〈A,Actor,D,RI,RC,REXE,RPLAY,ROUT,RIN,RS,RT〉

3.2 活動(dòng)、過(guò)程和階段

活動(dòng)是軟件研制中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的步驟，根據(jù)一定的輸入進(jìn)行相關(guān)的處理后得到相應(yīng)的輸出，并產(chǎn)生軟件產(chǎn)品狀態(tài)外部可見(jiàn)的改變。活動(dòng)包含一系列規(guī)程、規(guī)則、策略和目標(biāo)，并通過(guò)人或工具來(lái)實(shí)現(xiàn)這些規(guī)程、規(guī)則、策略、目標(biāo)，以生成一組給定數(shù)據(jù)。一個(gè)復(fù)雜的活動(dòng)可分解為多個(gè)更細(xì)粒度的活動(dòng)，不能細(xì)分的活動(dòng)為原子活動(dòng)[12]。

活動(dòng)之間具有獨(dú)立關(guān)系和組成關(guān)系：

a1∈A，a2∈A，如果a1和a2不能由同一個(gè)行動(dòng)者來(lái)執(zhí)行，則a1和a2是獨(dú)立的，記作RIR(a1,a2)。

如果活動(dòng)a2實(shí)行了活動(dòng)a1的所有工作，則稱a2由a1組成，a1是a2的子活動(dòng)，記作RC(a1,a2)，a1∈A，a2∈A，A是活動(dòng)集合。

對(duì)于a∈A，如果?a′∈A，RC(a′,a)不成立，則a是原子活動(dòng)，即不能分解為更細(xì)的活動(dòng)。

為了管理的方便，通常把一系列工作內(nèi)容相近、性質(zhì)相仿、并共同實(shí)現(xiàn)某目標(biāo)的活動(dòng)組合在一起，稱為過(guò)程。而把一系列在時(shí)間上緊密相關(guān)的活動(dòng)組合在一起，稱為階段。階段和過(guò)程的關(guān)系如圖4所示。

表1 軟件研制流程要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系

續(xù)表1

圖4 過(guò)程與階段的關(guān)系

3.3 行動(dòng)者和角色

行動(dòng)者是實(shí)施活動(dòng)的實(shí)體，一般是指實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)活動(dòng)的軟件研制人員或軟、硬件工具。角色是行動(dòng)者執(zhí)行活動(dòng)所需的職責(zé)、權(quán)利和技能。角色相關(guān)的關(guān)系有組成關(guān)系、活動(dòng)實(shí)施關(guān)系和扮演關(guān)系。

如果角色r2包含角色r1的所有職責(zé)和權(quán)限，則稱r1是r2的子角色，記作RC(r1,r2)，其中r1∈R，r2∈R，R是角色的集合。

如果一個(gè)角色r可以執(zhí)行活動(dòng)a，則稱r對(duì)a存在實(shí)施關(guān)系，記作REXEw(r,a)。如果某個(gè)行動(dòng)者actor能扮演r，則actor和r存在扮演關(guān)系，記作RPLAY(actor,r)。

3.4 數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)是活動(dòng)的輸入或輸出,一個(gè)大的數(shù)據(jù)可以由多個(gè)小的數(shù)據(jù)組成。組成關(guān)系定義為：如果數(shù)據(jù)d2包含了數(shù)據(jù)d1的所有信息，則稱d1是d2的子數(shù)據(jù)，記作RC(d1,d2)。不能再進(jìn)一步分解為更細(xì)粒度，且具有獨(dú)立語(yǔ)義的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)元，分為條目化數(shù)據(jù)元和非條目化數(shù)據(jù)元，是數(shù)據(jù)追蹤的基礎(chǔ)。條目化數(shù)據(jù)元在實(shí)例化后才能確定實(shí)際的數(shù)目，非條目化數(shù)據(jù)元多以段落的形式存在。數(shù)據(jù)元和軟件文檔的映射關(guān)系如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)元與軟件文檔的映射關(guān)系

3.5 活動(dòng)調(diào)度

實(shí)施一項(xiàng)活動(dòng)所必須具備的條件稱為調(diào)度規(guī)則。調(diào)度規(guī)則主要包括兩個(gè)方面：進(jìn)行一項(xiàng)活動(dòng)之前必須完成的其他活動(dòng)；進(jìn)行一項(xiàng)活動(dòng)以前必須具備的數(shù)據(jù)。

如果活動(dòng)a2的執(zhí)行必須以完成活動(dòng)a1為前提，稱a1是a2的前置活動(dòng)，記作RS(a1,a2)。如果在某個(gè)特定條件condition之下，活動(dòng)a2的執(zhí)行必須以完成活動(dòng)a1為前提，稱a1是a2在條件condition之下的前置活動(dòng)，記作[condition]RS(a1,a2)。如果有構(gòu)成環(huán)的一系列前置活動(dòng)關(guān)系RS(a1,a2)，RS(a2,a3)，…，RS(an-1,an)，RS(an,a1)，則應(yīng)該存在一個(gè)活動(dòng)，是特定條件下的前置活動(dòng)關(guān)系。這種情況下就可以支持部分活動(dòng)的迭代執(zhí)行。在定義前置活動(dòng)關(guān)系后，還必須定義前置數(shù)據(jù)關(guān)系。如果活動(dòng)a的執(zhí)行必須以準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)d為前提，稱d是a的前置數(shù)據(jù)，記作RT(d,a)。前置活動(dòng)和前置數(shù)據(jù)的定義為活動(dòng)的有效執(zhí)行和流程的高效運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。同理，可以定義其他活動(dòng)關(guān)系和數(shù)據(jù)，形成規(guī)則庫(kù)和活動(dòng)庫(kù)。

4 載人航天軟件智能開(kāi)發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)

載人航天型號(hào)軟件智能化開(kāi)發(fā)環(huán)境是基于軟件研制流程技術(shù)研究的實(shí)現(xiàn)，以研制流程模型為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)發(fā)活動(dòng)調(diào)度引擎和活動(dòng)協(xié)同框架，并圍繞數(shù)據(jù)元進(jìn)行全流程雙向需求追蹤和文檔自動(dòng)化生成工作。

4.1 智能化開(kāi)發(fā)活動(dòng)調(diào)度引擎

軟件配置項(xiàng)研制流程在任務(wù)書確定后被分解為細(xì)粒度的軟件研制活動(dòng)，由于管理人員、開(kāi)發(fā)人員、使用工具以及型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)等情況的不同，不同項(xiàng)目的研制流程存在差異。為了確保軟件開(kāi)發(fā)能嚴(yán)格遵循軟件研制流程，使型號(hào)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程受控，本文提出軟件開(kāi)發(fā)流程行為驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化智能研制流程，使軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程由靜態(tài)流程變?yōu)閯?dòng)態(tài)流程、由人為控制變?yōu)樽詣?dòng)控制，如圖6所示。

圖6 載人航天型號(hào)軟件智能化研制流程方案

圖7 活動(dòng)協(xié)同框架

研制活動(dòng)是研制過(guò)程的最小工作單位，相對(duì)獨(dú)立，完成特定的研制任務(wù)。每個(gè)研制活動(dòng)都有入口條件和出口條件，滿足條件時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)和結(jié)束本活動(dòng)；每個(gè)活動(dòng)都有一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)的工具，可自動(dòng)執(zhí)行，也可人工手動(dòng)參與。研制活動(dòng)的調(diào)度和處理過(guò)程通過(guò)智能調(diào)度引擎進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。智能調(diào)度引擎實(shí)現(xiàn)了將業(yè)務(wù)決策從應(yīng)用程序代碼中分離出來(lái)，接受數(shù)據(jù)輸入，解釋業(yè)務(wù)規(guī)則，并根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則做出業(yè)務(wù)決策。智能調(diào)度引擎由規(guī)則庫(kù)、活動(dòng)庫(kù)和工作區(qū)等組成，按照一定的算法執(zhí)行邏輯得到正確的結(jié)果。

4.2 研制活動(dòng)協(xié)同框架

研制活動(dòng)協(xié)同框架銜接研制流程引擎，將研制流程引擎調(diào)度的活動(dòng)進(jìn)行處理，首先進(jìn)行活動(dòng)匹配，得到具體的活動(dòng)信息，再映射到具體的研制工具進(jìn)行工作處理，如圖7所示?；顒?dòng)分自動(dòng)處理和人工協(xié)同兩種，自動(dòng)處理活動(dòng)直接調(diào)用活動(dòng)庫(kù)中定義的后臺(tái)工具進(jìn)行處理，人工協(xié)同活動(dòng)則需要將工作分配到人，并手動(dòng)觸發(fā)各種工具進(jìn)行任務(wù)處理。工作完成后進(jìn)行結(jié)果檢查，得出活動(dòng)處理結(jié)果反饋給研制流程引擎，以供后續(xù)流程的調(diào)度使用。

由于載人航天工程的復(fù)雜性，《載人航天工程軟件工程化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中定義了很多研制流程和研制活動(dòng)，因此，協(xié)同框架必須具有很好的擴(kuò)展性和協(xié)同性。擴(kuò)展性體現(xiàn)在活動(dòng)數(shù)量的擴(kuò)展、活動(dòng)工具的擴(kuò)展、活動(dòng)結(jié)果的擴(kuò)展等方面。協(xié)同性體現(xiàn)在工具協(xié)同和人員協(xié)同兩個(gè)層面，一個(gè)活動(dòng)對(duì)應(yīng)的多個(gè)工具通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)和文件的數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)協(xié)同。

4.3 精細(xì)化全流程雙向需求跟蹤

《載人航天工程軟件工程化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求通過(guò)需求跟蹤來(lái)確認(rèn)軟件需求是否得到實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。傳統(tǒng)的需求跟蹤以靜態(tài)跟蹤為主，如跟蹤矩陣、跟蹤圖和交叉引用等方法，其跟蹤鏈只能靜態(tài)表示，不能自動(dòng)生成，容易出錯(cuò)。當(dāng)項(xiàng)目規(guī)模較大、周期較長(zhǎng)時(shí)，跟蹤鏈的維護(hù)成了一個(gè)巨大的負(fù)擔(dān)。而動(dòng)態(tài)跟蹤方法主要是基于信息檢索、規(guī)則或事件觸發(fā)進(jìn)行跟蹤，形成動(dòng)態(tài)跟蹤鏈，但存在跟蹤鏈識(shí)別錯(cuò)誤的問(wèn)題。目前的需求跟蹤方法都無(wú)法很好地解決需求跟蹤的難題，究其原因主要是需求跟蹤與軟件工作產(chǎn)品存在脫節(jié)造成的[13-14]。本文提出一種基于軟件工作產(chǎn)品標(biāo)識(shí)進(jìn)行需求跟蹤的方法，將需求跟蹤與研制活動(dòng)有機(jī)結(jié)合，可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)用戶需求到軟件研制各階段工作產(chǎn)品的跟蹤關(guān)系。實(shí)現(xiàn)方案如圖8所示，具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

(a)將各階段軟件工作產(chǎn)品條目化，作為需求跟蹤的依據(jù)。如軟件研制任務(wù)書分解為用戶需求條目，軟件需求分解為軟件需求條目，軟件概要設(shè)計(jì)分解為概要設(shè)計(jì)條目等。

(b)在定義各階段工作產(chǎn)品時(shí)，在工作產(chǎn)品中使用條目化標(biāo)識(shí)表示與上階段工作產(chǎn)品條目化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(c)在各階段工作產(chǎn)品變動(dòng)時(shí)，自動(dòng)收集各階段工作產(chǎn)品條目化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成全流程雙向需求跟蹤鏈。

圖8 精細(xì)化全流程雙向需求跟蹤實(shí)現(xiàn)方案

通過(guò)以上精細(xì)化全流程需求跟蹤，在開(kāi)發(fā)階段，可以讓研制人員快速掌握每個(gè)功能的來(lái)龍去脈，讓管理人員了解當(dāng)前項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)進(jìn)展情況，并評(píng)估項(xiàng)目完成狀態(tài)，有助于項(xiàng)目工作安排和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避；在維護(hù)階段，協(xié)助分析需求變更影響范圍，快速找到需要更新的需求、設(shè)計(jì)、源代碼和測(cè)試?yán)?，有助于評(píng)估需求變更需要的時(shí)間和成本。

4.4 自動(dòng)化文檔生成及同步

《載人航天工程軟件工程化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)形成一系列工程性文檔，如軟件需求規(guī)格說(shuō)明、軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明、軟件測(cè)試報(bào)告等。為了減少文檔編寫和同步的工作量，采用自動(dòng)化文檔生成及同步策略，實(shí)現(xiàn)方案如圖9所示。

圖9 自動(dòng)化文檔生成方案

通過(guò)將軟件需求、軟件設(shè)計(jì)等信息使用條目化編輯的方式將各階段工作內(nèi)容進(jìn)行分解并存儲(chǔ)，條目化信息包括用戶需求條目、需求分析條目、概要設(shè)計(jì)條目和部分詳細(xì)設(shè)計(jì)條目等。代碼標(biāo)注則是通過(guò)使用注釋的方式進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)內(nèi)容編寫及代碼說(shuō)明，標(biāo)注內(nèi)容包括詳細(xì)設(shè)計(jì)標(biāo)注和函數(shù)標(biāo)注等。文檔生成引擎負(fù)責(zé)從系統(tǒng)中收集條目化信息，生成所需的軟件文檔。文檔格式由本地模板驅(qū)動(dòng)生成，通過(guò)分析文檔內(nèi)容的組成部分，輸出具體活動(dòng)的軟件工作產(chǎn)品。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文總結(jié)了載人航天型號(hào)軟件研制和管理所面臨的問(wèn)題，并結(jié)合《載人航天工程軟件工程化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》和工業(yè)4.0的智能制造理念分析了軟件研制流程技術(shù)，研究了個(gè)性化智能研制流程、研制活動(dòng)協(xié)同框架、需求雙向追蹤和文檔自動(dòng)化生成等技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案。下一步需要在模型驗(yàn)證、項(xiàng)目流程演示、數(shù)據(jù)智能分析與決策等方面加強(qiáng)技術(shù)研究，提升軟件工程化的智能化水平。