丁世來，羅劍武，陳泫文，葛智君，陳克澎

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 511370；2.工業(yè)裝備質(zhì)量大數(shù)據(jù)工業(yè)和信息化部重點實驗室，廣東 廣州 511370）

0 引言

隨著智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0等新一輪工業(yè)革命的興起，新技術與傳統(tǒng)制造的結(jié)合催生了大量的新型應用。工業(yè)軟件與大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實、人工智能等先進技術的不斷融合，在研發(fā)設計、生產(chǎn)制造、服務管理和維護反饋等各個環(huán)節(jié)中愈發(fā)發(fā)揮出更加重要的作用。特別是隨著云計算、大數(shù)據(jù)應用與軟件虛擬化等技術在工業(yè)領域的不斷運用推進，企業(yè)和用戶對工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試服務提出了更快速、更準確、更便捷的需求，導致傳統(tǒng)工業(yè)軟件測試的改革和創(chuàng)新勢在必行。

由于工業(yè)軟件本身特征和運行環(huán)境的差異，工業(yè)軟件的適配性驗證成為一個重要的測試方面。然而，雖然國內(nèi)工業(yè)軟件產(chǎn)品的價格較低，但是性能參差不齊，與其他廠商軟件的兼容性較差，持續(xù)服務水平無法保證，市場對國內(nèi)產(chǎn)品的信心和認可程度總體偏弱[1]。進一步地提出基于虛擬計算機進行軟件測試，當虛擬機不可用或服務器、數(shù)據(jù)庫等在虛擬機的環(huán)境下不能正常運行時，在虛擬計算機中構建軟件測試環(huán)境就不成立。

圍繞上述問題與挑戰(zhàn)，亟需開展工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證技術、云化應用技術和云平臺技術研究，同時考慮與常用工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件系統(tǒng)的接口，集成面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證云平臺，建成工業(yè)軟件數(shù)字化試驗驗證環(huán)境，實現(xiàn)工業(yè)軟件云上數(shù)字化試驗驗證，促進我國國產(chǎn)化的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，支撐創(chuàng)建“中國軟件名園”，進一步地對軟件生態(tài)培育、融合創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展形成較強的帶動作用。

1 平臺的總體架構設計

針對工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件質(zhì)量工作數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化需求，搭建基于微服務架構的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺，建設面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證環(huán)境。工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺的技術架構如圖1所示，其主要包括企業(yè)質(zhì)量綜合管理、全壽命周期管理、產(chǎn)品風險預測分析和軟件產(chǎn)品質(zhì)量溯源等功能服務。

圖1 工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺

2 平臺的關鍵技術研究

2.1 工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺技術研究

面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺是要建設成面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證環(huán)境，實現(xiàn)平臺架構朝著網(wǎng)絡化、組件化和服務化發(fā)展，打破傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試試驗驗證的封閉體系，打造開放創(chuàng)新價值生態(tài)。而微服務架構則為工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺從封閉、專用的平臺走向開放、開源的平臺提供了最佳技術手段，實現(xiàn)了傳統(tǒng)工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件上云，匯聚關鍵軟件或知名軟件企業(yè)和軟件產(chǎn)品，建成面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證環(huán)境，支撐工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺中工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析App運行，發(fā)揮著承上啟下的關鍵作用。

在微服務架構模式下，結(jié)合云計算技術，構建一套面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證云平臺，將工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證測試移植到云平臺中，通過平臺快速便捷地為工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件提供數(shù)字化試驗驗證服務，提升了工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件的適配性和測試性試驗驗證能力。該平臺主要由基礎資源層、平臺支撐層和應用服務層等3層結(jié)構組成[2]，其具體內(nèi)容如下所述。

2.1.1 第一層——基礎資源層

基礎資源層提供服務器、存儲、處理、網(wǎng)絡和虛擬化等云計算資源服務，將計算能力、存儲能力和網(wǎng)絡能力等硬件資源虛擬化，形成計算資源池、存儲資源池和網(wǎng)絡資源池；同時借助云平臺系統(tǒng)的管理能力，實現(xiàn)云主機、云集群、云存儲、云路由和云安全等云資源主體的構建，形成面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺的運行基礎環(huán)境。

2.1.2 第二層——平臺支撐層

平臺支撐層將面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析的技術、知識、經(jīng)驗和模型等原理封裝成微服務功能模塊，供開發(fā)者調(diào)用；向下可以實現(xiàn)各種工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件資源接入、控制和管理，向上提供開放接口、存儲計算和資源支持?；诠I(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析平臺支撐能力，將微服務架構支撐引擎和數(shù)據(jù)治理支撐引擎應用到云平臺中，進一步地形成接口自動化、應用自動化和Web自動化等適配驗證引擎，從而形成3大支撐引擎提供云上軟件數(shù)字化試驗驗證能力，幫助軟件企業(yè)構建面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證環(huán)境的同時，實現(xiàn)平臺接口的標準化和規(guī)范化。在將平臺的接口標準化和規(guī)范化的過程中，首先深度分析用戶對平臺集成的業(yè)務需求，明確待集成的軟件/工具的范圍，采用開放式設計，構建適合集成業(yè)務需求的接入適配器。主要囊括數(shù)據(jù)協(xié)議和遠程調(diào)用兩個部分的內(nèi)容。

a）數(shù)據(jù)協(xié)議

通過定義數(shù)據(jù)規(guī)范標準，確定數(shù)據(jù)格式協(xié)議，建立數(shù)據(jù)傳輸通道，根據(jù)協(xié)議規(guī)范將需要的數(shù)據(jù)內(nèi)容組合包裝形成數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)通道中相互傳輸；在接收端根據(jù)協(xié)議標準進行解析，再將數(shù)據(jù)利用起來，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。

b）遠程調(diào)用

通過加密鏈接實現(xiàn)平臺與平臺之間的相互調(diào)用?；谙嗤臄?shù)據(jù)協(xié)議標準，以鏈接的形式，指定調(diào)用目標與調(diào)用目的，將平臺與外系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)應用、數(shù)據(jù)的靈活互通。

同時平臺把技術、知識、經(jīng)驗等資源固化，形成4大類可移植、可復用的微服務組件庫，供用戶調(diào)用：

1）工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件適配驗證工具集微服務；

2）工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試驗證工具集微服務；

3）機器學習微服務；

4）工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件產(chǎn)品風險管控知識庫微服務。

借助上述微服務組件和應用開發(fā)工具，構建可擴展的云平臺主要具備以下4個方面的能力。

a）提供企業(yè)的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件適配性評估能力，將數(shù)據(jù)科學與算法模型結(jié)合，幫助企業(yè)構建面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件的數(shù)字化試驗分析能力，實現(xiàn)企業(yè)的核心軟件質(zhì)量水平的提升。其中，建立的機器學習微服務主要包括：

1）K均值聚類；

2）層次聚類；

3）樸素貝葉斯；

4）EM；

5）AdaBoost等。

b）把技術、知識、經(jīng)驗等工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件產(chǎn)品風險管控知識資源固化為可移植、可復用的微服務組件，形成工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件產(chǎn)品風險管控知識微服務組件庫；工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件產(chǎn)品風險管控知識微服務組件庫主要包括：

1）風險案例知識庫微服務；

2）知識產(chǎn)權管理庫微服務等。

c）構建工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試驗證工具集微服務能力，建立面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件的多功能測試驗證環(huán)境，形成工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試驗證工具集微服務組件庫，主要包括：

1）穩(wěn)定性測試工具集微服務；

2）基本功能測試套件微服務；

3）軟件實時性驗證工具微服務。

基于上述的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試驗證工具集微服務，使得工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件的穩(wěn)定性、基本性能、實時性等性能的測試驗證更加合理化、有效化。

d）構建工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件適配驗證工具集微服務能力，建立各種面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件的適配器，快速構建定制化的面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件與平臺的互聯(lián)互通接口，建立的軟件適配驗證工具集微服務主要有：

1）操作系統(tǒng)適配器；

2）中間件適配器；

3）數(shù)據(jù)庫適配器等。

基于上述的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件適配驗證工具集微服務，形成核心工業(yè)軟件適配驗證環(huán)境，實現(xiàn)對核心工業(yè)軟件的適配驗證。

2.1.3 第三層——應用服務層

形成滿足不同企業(yè)需求、不同應用場景的工業(yè)軟件應用、服務乃至解決方案，構成面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺的最終價值。在工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證環(huán)境下，對多種工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析App（如FTA、FMECA、FRACAS和PFMEA等）進行一系列軟件數(shù)字化試驗驗證應用，進一步向上為企業(yè)提供企業(yè)質(zhì)量綜合管理、數(shù)據(jù)采集過程、軟件產(chǎn)品風險預測分析和軟件產(chǎn)品質(zhì)量溯源等應用服務。

除此之外，面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺還包括整個平臺系統(tǒng)的安全管理體系，這些構成了面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺的基礎支撐和重要保障。

基于微服務架構工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺的實現(xiàn)，一方面，基于不同行業(yè)、不同領域的各類工業(yè)軟件通常缺少對外數(shù)字化試驗驗證調(diào)用的接口，也往往難以進行聯(lián)合的調(diào)試、運行和測試，用微服務的方式將這些工業(yè)軟件匯聚起來，形成同類功能聯(lián)合測試運行的多線程服務模塊，提升易用性和可維護性。

另一方面，在面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺中基于微服務模塊進行工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析App數(shù)字化試驗驗證，既能夠借助微服務并行開發(fā)、分布運行的特點，有效地發(fā)揮平臺海量開發(fā)者接入、資源彈性配置、云化部署運行等優(yōu)勢，又能夠利用微服務獨立隔離、靈活調(diào)用的特點，克服工業(yè)App所面臨的快速運維、持續(xù)迭代和個性化定制等問題。

2.2 工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證技術研究

云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新一代技術的快速發(fā)展，給工業(yè)軟件數(shù)字化試驗驗證技術帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。因此，結(jié)合云計算技術，將工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件新技術新形態(tài)應用于工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試領域[3]，通過將工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺和容器技術相結(jié)合，快速構建可擴展、可伸縮的測試環(huán)境和測試工具，免去部署環(huán)境和工具的時間，幫助平臺實現(xiàn)并行執(zhí)行測試用例，從而減少測試執(zhí)行時間，這樣使測試工程師可以將更多的精力投入到業(yè)務中。

面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺分為智能化軟件質(zhì)量數(shù)據(jù)管理工具集、自動化軟件測試工具集和軟件產(chǎn)品風險管控知識庫3個部分，測試基礎軟件和安全軟件性能情況，并進行適配性評估，分析加載安全軟件環(huán)境下基礎軟件運行情況。軟件質(zhì)量數(shù)據(jù)管理工具集，主要是機器學習的工具集，通過建立的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件的數(shù)字化試驗數(shù)據(jù)模型自動采集軟件測試過程數(shù)據(jù)對軟件質(zhì)量進行管控，通過大數(shù)據(jù)決策分析再反饋指導軟件測試過程。

軟件自動化測試工具集包括工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件適配驗證工具集和測試驗證工具集，通過測試環(huán)境虛擬化和測試工具平臺實現(xiàn)軟件單元、集成、配置項和系統(tǒng)測試的測試需求分析、測試設計、測試執(zhí)行和測試總結(jié)的全生命周期流程的自動化、智能化，同時實現(xiàn)各個工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試工具和信息化平臺的互聯(lián)互通。

軟件產(chǎn)品風險管控知識庫包括工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件典型缺陷庫、風險案例知識庫、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件模型庫和知識產(chǎn)權管理庫等，實現(xiàn)知識共享。

2.3 工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件云化應用技術研究

Docker技術使得微服務易以實現(xiàn)，工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件適配性驗證工具集模型、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試性驗證工具集模型、機器學習算法和工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件產(chǎn)品風險管控知識庫等微服務化組件能夠以“搭積木”的方式被調(diào)用和編排，實現(xiàn)低門檻、高效率的工業(yè)App數(shù)字化試驗驗證，驅(qū)動了工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試驗證方式的變革，促進了工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析App創(chuàng)新生態(tài)的形成。

同時Docker容器還易以部署到云端，目前各大主流云服務提供商在Paa S層都提供了原生的容器服務，使得Docker容器只需關注容器的劃分和編排，微服務架構+Docker容器+云服務技術組合為工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件微服務化的實現(xiàn)提供了堅實的基礎。進一步地融合虛擬化技術與云平臺技術，搭建基于虛擬化技術的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證云平臺，使得計算資源和存儲資源的虛擬化，并能夠?qū)⑦@些資源按照用戶的需求進行動態(tài)分配，有效地提高了資源的利用率[4]。

通過利用容器工具中Docker容器，為工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件的數(shù)字化試驗驗證提供輕量級的虛擬環(huán)境容器，也就是為開發(fā)人員和系統(tǒng)管理員開發(fā)、部署、運行應用提供一款虛擬化平臺，像集裝箱一樣快速地組合成應用，并且可以像運輸標準集裝箱一樣，盡可能地屏蔽系統(tǒng)底層的差異，真正地實現(xiàn)了工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件產(chǎn)品在任何地方開發(fā)、部署和運行任何應用，為工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件云化應用技術提供了理論基礎，從而有效地解決上述問題[5]。

軟件云化應用技術使得傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件在向云平臺逐步地遷移，并引發(fā)了傳統(tǒng)軟件使用方式上的變革，使得傳統(tǒng)軟件將不再是一個簡單的代碼實體，而是由一系列服務構成的服務綜合體，這種服務綜合體是以工業(yè)App形態(tài)通過網(wǎng)絡交付給用戶，其中工業(yè)App形態(tài)也被稱為云件（Cloud-Ware）[6]。工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件云化應用技術主要是以服務為核心，以云平臺為支撐，將成為未來云環(huán)境下的軟件開發(fā)、部署、運維和使用的重要手段。

3 平臺的搭建與應用

考慮行業(yè)痛點和共性需求，基于云平臺的計算資源池、存儲資源池和網(wǎng)絡資源池搭建的基礎運行環(huán)境上，在微服務架構下，通過工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證技術及算法程序設計，工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件云化應用技術及數(shù)字化試驗驗證云平臺技術工程化，搭建面向電子行業(yè)的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺。

針對基于大數(shù)據(jù)的軟件產(chǎn)品風險預測分析應用場景，通過采集到的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗數(shù)據(jù)，涵蓋適配驗證數(shù)據(jù)和測試驗證數(shù)據(jù)等，利用故障源數(shù)據(jù)甄別、故障歸類、故障問題追溯等技術方法，以及專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡和動態(tài)趨勢分析等智能化軟件質(zhì)量風險預測分析與應用技術手段，為用戶提供企業(yè)質(zhì)量綜合管理、產(chǎn)品風險預測分析、產(chǎn)品質(zhì)量溯源等服務。

4 結(jié)束語

基于平臺數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化的工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件試驗驗證的功能需求，開展工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件適配驗證工具集、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件測試驗證工具集、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件產(chǎn)品風險管控知識庫等微服務開發(fā)，采用私有云、公有云和混合云等多種部署方式，搭建面向工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證平臺，建成工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析軟件數(shù)字化試驗驗證環(huán)境，進一步利用該平臺中如FTA、FMECA、SRE、FRACAS和PFMEA等各類工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析App實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量設計分析，從而使得云平臺具備廣闊的推廣應用價值。