楊勛姮 段明璐

摘? 要：針對軟件質量保證（Software Quality Assurance， SQA）技術在實際應用過程中任務量大、方法效率低下、容易受主觀判斷干擾等問題，探討了質量管理體系（Quality Management System， QMS）和能力成熟度模型集成（Capability Maturity Model Integration， CMMI）的概念，對軟件質量保證技術進行研究，包括傳統(tǒng)的軟件質量保證技術PDCA循環(huán)以及七種統(tǒng)計技術;設計了輔助實施質量保證（Quality Assurance）的自動化軟件管理工具，分析了軟件質量保證應用的現(xiàn)狀，總結了質量管理工具的應用要點。結果表明，質量保證自動化技術的應用研究對改善軟件質量、提高工作效率具有實踐價值。

關鍵詞：質量保證;質量管理體系;軟件質量管理工具

中圖分類號：TP311.56? ? ?文獻標識碼：A

Research on Automation Technology of Software Quality Assurance Application

YANG Xunheng， DUAN Minglu

（Department of Software Testing Center， the 15th Research Institute of?China Electronics Technology Group Corporation， Beijing 100083， China）

Abstract： In the application of Software Quality Assurance （SQA） technology， there are problems of large numbers of tasks， low efficiency and being easily disturbed by subjective judgment. This paper proposes to discuss the concept of Quality Management System （QMS） and Capability Maturity Model Integration （CMMI）， and do research on Software Quality Assurance technology which includes typical Software Quality Assurance technology PDCA Cycle and seven statistical techniques. Automated software management tools are designed to assist in implementing Quality Assurance （QA）. Finally， the application status of Software Quality Assurance is analyzed， and the application points of quality management tools are summarized. Experiment results show that the application research of quality assurance automation technology has practical value to improve software quality and work efficiency.

Keywords： quality assurance; quality management system; software quality management tools

1? ?引言（Introduction）

計算機技術的迅猛發(fā)展促進了計算機應用的日新月異，尤其在武器裝備系統(tǒng)中，軟件所占比重逐年提高，因此對軟件程序的質量提出了更高的要求。美國政府機關的數(shù)據(jù)曾顯示，美國每年由于軟件質量問題造成的經濟損失高達600億美元。

近十年來，基于CMMI的軟件工程化被廣泛應用于中國各大企事業(yè)單位。實施CMMI的本質是幫助組織有效地改善軟件工程管理的核心問題，進而提高軟件質量[1]。軟件質量保證作為確保軟件項目管理實施規(guī)范化的一種技術，其監(jiān)督對象是在組織級定義的項目層面的過程活動和工作產品。

本文明確了質量保證在質量管理中的作用，探討了依據(jù)國際標準和軍用標準建立質量管理體系中的軟件質量保證的實施過程及技術方法，以及在運用軟件質量保證進行項目監(jiān)督評價時所使用的自動化管理工具的設計實現(xiàn)。

2? 軟件質量保證的相關概念（Related concepts of SQA）

任何組織都需要管理，當管理的對象是產品的質量時，則為質量管理。質量管理是關于質量的一切管理活動，例如確定質量方針、質量目標，建立質量管理體系，具體包括質量策劃、質量控制、質量保證和質量改進。20 世紀60 年代初，美國的A.V.費根鮑姆提出了全面質量管理TQM（Total Quality Management）的概念，將企業(yè)各部門在研制質量、維持質量和提高質量方面的活動構成一種有效體系。中國自20 世紀70 年代末開始推行全面質量管理，并取得了一定成效。

國際標準和國家標準對質量管理是這樣定義的：質量管理是在質量方面指揮和控制組織的協(xié)調活動?！堆b備質量管理術語》（GJB 1405A—2006）中規(guī)定了裝備科研生產使用中涉及的裝備質量管理術語[2]。

質量管理體系作為在質量方面指揮和控制組織的管理體系，是組織內部建立的、系統(tǒng)的質量管理模式，為實現(xiàn)質量目標，將資源與過程管理方法相結合，涵蓋了確定需求、生產研制、檢驗交付等全過程的策劃、實施、監(jiān)控與改進活動。質量保證是質量管理的一部分，按照質量管理體系的規(guī)定實施有計劃的系統(tǒng)活動，以保證產品質量為基礎，使用戶確信產品或服務滿足規(guī)定的質量要求，致力于獲得用戶的信任。

2.1? ?質量管理體系的概念

20 世紀60 年代，美軍制定了MIL-Q-8958A等系列軍用質量管理標準，在標準MIL-Q-9858A中提出了“質量保證”的概念。20 世紀70 年代末，英國將軍方在制定合同時使用的質量保證方法引入市場環(huán)境，制定了英國國家質量管理標準BS 5750。20 世紀80 年代末，國際標準化組織制定的國際質量管理標準ISO 9000系列開始在世界范圍內推行質量管理與質量保證，該系列標準適用于不同類型產品與性質的組織。

質量保證在ISO 9000：2005中被定義為質量管理的一部分，目的在于通過進行嚴格的試驗來獲取顧客信任，滿足最終顧客使用的環(huán)境、壽命以及產品的相關標準要求。質量保證關注的是與質量活動相關的政策、制度、流程、規(guī)范，通過質量保證人員在軟件全生命周期的質量評價活動，確保軟件項目的實施符合相關標準、制度和規(guī)范。

20 世紀80 年代，美國卡耐基梅隆大學軟件工程研究所（Software Engineering Institute，SEI）組織軟件管理方面的專家研發(fā)了一種軟件能力成熟度評估標準CMM（Capability Maturity Model），用于指導軟件開發(fā)過程的改進和軟件開發(fā)能力的評估。CMMI是CMM模型的更新版本。2018 年，CMMI研究院正式發(fā)布了CMMI 2.0中文版，該版本是針對軟件、產品和系統(tǒng)的優(yōu)良實踐發(fā)布的過程改進模型，致力于利用當前的優(yōu)良實踐，改善業(yè)務績效，以業(yè)務績效為焦點，為使用Scrum的敏捷項目過程提供直接指導。中國人民解放軍總裝備部參考CMMI最新版本也開始進行GJB 5000A的改版工作，并將在2022 年底完成軍工企事業(yè)單位依據(jù)GJB 5000B的體系換版工作。

CMMI為組織提供了一個單一的集成框架，一共包括五個級別，不同的級別包含的過程域也不盡相同。所有過程域分為四大類：過程管理類、項目管理類、工程管理類、支持管理類。支持管理類中包含“過程與產品質量保證”過程域，該過程域為項目管理層提供了項目過程和相關工作產品的客觀信息，如圖1所示。

軟件質量保證屬于支持管理類過程域中的過程和產品質量保證，用以在項目整個生命周期提供對所有過程域中所描述的過程和工作產品的客觀評價，并確保這些評價提出的所有問題得到解決，從而確保交付高質量的產品和服務。

2.2? ?軟件質量保證的應用現(xiàn)狀

隨著移動互聯(lián)網的蓬勃發(fā)展以及云計算、大數(shù)據(jù)技術的更新?lián)Q代，軟件開發(fā)模式也正在發(fā)生著適應性變革。敏捷開發(fā)作為一種靈活的開發(fā)方式正被越來越多的企業(yè)所采納，其面向用戶預期的迭代開發(fā)方法使軟件從需求分析到設計完成的周期變短，更適用于需求變動頻繁、快速應對風險、交付周期短的項目。但這種開發(fā)模式也使軟件質量管理工作的難度更大，更難以建立行之有效的軟件質量管理體系。CMMI 2.0則可以輔助使用諸如Scrum這樣的敏捷模式的企業(yè)更好地實現(xiàn)其管理價值，尤其能夠在跨項目的組織層面實現(xiàn)敏捷的規(guī)?；?，提升組織的敏捷開發(fā)能力。

一個組織的質量管理體系通常是國家標準以及軍用標準的本地化，在遵守法律法規(guī)要求的前提下，所制定規(guī)范的適宜性對企業(yè)來說至關重要。而對于軍用軟件，一個完備的武器裝備系統(tǒng)可能由多個承制單位合作研發(fā)，項目管理難度普遍較大，而其涉及的軟件質量關系到國家安全，復雜的管理過程更需要適宜的質量保證技術和高效的軟件管理工具的輔助。

國家標準要求研制單位必須采用評審、審計和測試等具體手段來控制質量。在軟件開發(fā)的每個階段結束時，都應組織正式的技術評審，即由軟件技術人員按照軟件需求規(guī)格說明和設計文檔，對軟件產品進行嚴格的評審。大多數(shù)情況下，評審和測試能有效地發(fā)現(xiàn)文檔以及軟件中的缺陷和錯誤，但這兩種技術方法關注的是產品本身的質量，不包括研制過程的質量，而軟件質量保證則可以通過監(jiān)督技術評審等過程的規(guī)范性來保證評審的有效性。

軟件質量保證的應用需要一個統(tǒng)一的認知環(huán)境和價值觀，對于企業(yè)來說，適宜有效的質量管理體系下的軟件質量保證活動可以發(fā)揮杠桿作用，幫助軟件研發(fā)工作提高協(xié)調性，提高生產率，改善產品質量，提升競爭優(yōu)勢。

3? 軟件質量保證的技術方法（Technical method of SQA）

軟件質量保證是一套有計劃的、系統(tǒng)的技術方法，其所制定的標準、步驟、規(guī)程和方法應該保證能夠正確地被所有項目所采用。軟件質量保證是對軟件研制過程的一種管理，以獨立于項目組的角色履行獨立審查職責。通過對軟件產品和過程活動的評審和評價來驗證軟件研制過程是否正確遵循已制定的計劃、標準和規(guī)程，同時為開發(fā)人員和管理層提供反映產品和過程質量的信息和數(shù)據(jù)，輔助項目取得高質量的軟件產品。

3.1? ?軟件質量保證的傳統(tǒng)技術

全面質量控制（Total Quality Control， TQC）理論起源于美國，20 世紀60 年代，為了在一定經濟條件下生產盡可能高質量的產品，朱蘭、費根堡姆提出質量活動策劃應該覆蓋所有職能部門。該理論在發(fā)達工業(yè)國家開始推行，尤其在日本應用廣泛，并于20 世紀80 年代逐漸發(fā)展為全面質量管理的概念。

全面質量管理的基本方法是PDCA（Plan-Do-Check-Act）循環(huán)，又稱戴明環(huán)。PDCA循環(huán)將質量管理分為四個階段，即計劃（Plan）、執(zhí)行（Do）、檢查（Check）、處理（Act）。該工作方法是企業(yè)管理各項活動的一般規(guī)律，軟件質量保證實施的一般步驟也基本遵從該管理方法。

在執(zhí)行和檢查階段，為了更好地分析問題，全面質量管理可使用14 種質量管理工具。其中，被稱為“老七種”的方法運用了統(tǒng)計技術，包括“因果圖”“流程圖”“直方圖”“檢查單”“散點圖”“排列圖”“控制圖”，這些方法普遍用于質量改進，其概念如下：

（1）因果圖（Fish Bone Diagram）：也稱魚骨圖，它的表示方法與魚骨的形態(tài)類似，魚骨代表問題、缺陷或后果，魚骨上的魚刺代表產生問題可能的原因。因果圖能夠表現(xiàn)各個原因之間的關系。在問題處理過程中，可使用因果圖對產生問題的原因進行分析，便于在日后組織層面進行過程改進時，針對某類問題制定糾正措施，對質量管理體系的相關內容進行改進。

（2）流程圖（Flow Chart）：主要描述一個工作任務的具體步驟以及輸入輸出，有助于了解任務的運行結構并用于跟蹤。

（3）直方圖（Histogram）：用于表示某類事物測量結果的實際分布，可通過圖形的分布形狀判斷事物的整體情況。直方圖可用于呈現(xiàn)里程碑節(jié)點處一段時間內問題的處理情況，使質量管理人員直觀清晰地了解項目現(xiàn)階段的整體情況，預測未來的質量趨勢。

（4）檢查單（Checklist）：是預先準備用于記錄目標對象行為特征的表格，表格中按行描述特定的“行”為特征，并在每個行為特征后設置描述符合性的“列”，通?？捎妙A置的值表示，如“是”“否”或“不適用”，抑或描述整體情況的“好”“中”“差”[3]。檢查單是軟件質量保證人員實施評價所使用的主要技術方法，不同的軟件工作產品應使用組織檢查單匯總表中相應的檢查單，且可對具體的檢查內容進行裁減。

（5）散點圖（Scatter Plot）：圖形表示為數(shù)據(jù)點在直角坐標系上的分布，可用于觀察隨自變量變化的因變量的趨勢，數(shù)據(jù)點可以是科學數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)或工程數(shù)據(jù)，主要用于回歸分析。

（6）排列圖（Pareto Chart）：也稱帕累托圖，用于統(tǒng)計和顯示一定時間內各種類型缺陷或問題的數(shù)目，有助于確定造成大多數(shù)問題的關鍵原因，也可以用于分析生產過程中最可能產生某些缺陷的部分。

（7）控制圖（Control Chart）：是用于分析和判斷過程是否處于穩(wěn)定狀態(tài)所使用的帶有控制界限的圖，可區(qū)分正常波動和異常波動，是對過程質量特性進行測定、記錄、評估，從而監(jiān)察過程是否處于控制狀態(tài)的一種圖[4]。

3.2? ?軟件質量保證的實施過程

軟件質量保證人員在項目一開始時就應該與軟件項目經理共同建立計劃、標準和過程。軟件質量保證人員的工作貫穿于整個軟件生命周期的全過程活動中，關注過程和中間產品，而不僅僅是最終產品[5]。軟件質量保證實施的一般步驟為：

（1）設定質量目標。根據(jù)組織質量管理體系中規(guī)定的項目層面的質量目標，以項目需求和開發(fā)任務為依據(jù)，制定本項目有關活動的質量準則，為實施評價設定依據(jù)的質量目標。

（2）制定質量保證計劃（Quality Assurance Plan），又稱質量保證大綱（Quality Assurance Program）。質量保證計劃通常是質量策劃的結果之一，它規(guī)定了特定項目中的產品和過程，以及使用相關程序和文件資料的人員和時機，通常包括以下內容：

①支持軟件項目質量保證工作的軟硬件環(huán)境、人員等資源，包括實施評價使用的輔助軟件管理工具。

②明確質量保證評價所采用的技術方法，根據(jù)項目的具體活動裁減或細化過程活動和工作產品檢查單，根據(jù)抽檢原則確定抽檢頻次、時機和覆蓋率。

③依據(jù)軟件開發(fā)計劃制定過程活動和工作產品檢查計劃，如表1所示，可在計劃中確定評價的內容、時機和使用的檢查單。

④識別項目利益相關方，描述問題的上報解決渠道。

（3）實施質量評價。在質量管理體系的質量保證程序和質量評價準則的指導下，依據(jù)質量保證計劃中規(guī)定的時間節(jié)點，使用相應的檢查單對定義的工作產品和過程進行評價，并記錄不符合項，確定修改人員與預期修改時間。按階段統(tǒng)計質量保證活動情況，對質量問題進行趨勢分析，并生成階段性報告，定期將階段總體情況通報給項目組相關成員和質量管理人員。

（4）質量問題處理。與質量保證評價問題的相關負責人進行溝通確認，在預期修改的時間段內對問題進行跟蹤驗證;對于有爭議的問題，按照組織建立的上報機制，采取逐級上報的方式，力求問題最終得到妥善處理。

（5）過程改進。在組織質量管理體系層面，綜合考慮評價過程中發(fā)現(xiàn)的問題，對過程和產品質量保證進行改進，包括對評價所使用檢查單的制定和修訂等。組織可指定軟件質量主管對軟件質量保證人員的工作情況進行定期審核，并記錄糾正審核發(fā)現(xiàn)的問題，確保軟件質量保證人員評價的客觀性與符合性[6]。

4? 軟件質量管理工具（The management tools of software quality）

現(xiàn)階段市場上有許多項目管理工具提供軟件工程方面的支持，輔助企業(yè)進行項目管理。這類工具軟件的功能類別涵蓋了軟件整個生命周期的過程活動，從研制開發(fā)、測試分析到售后服務都有所涉及，有的甚至為軟件需求分析人員、設計人員、測試人員等各類角色提供了一個系統(tǒng)化的平臺[7-8]。

對于輔助完成軟件質量保證工作的軟件質量管理工具，其功能一般不僅包含質量保證過程的管理，還包括軟件測試、評審等子功能，乃至對整個軟件項目的策劃、監(jiān)控、風險管理、需求管理、配置管理等。

4.1? ?軟件質量保證功能分析

軟件質量保證人員按照檢查單的檢查項進行過程活動和產品的評價，對檢查項的理解不可避免地會受主觀因素的影響。為減少由于主觀判斷造成質量評價的偏差，同時提高項目評價效率，在使用質量管理工具進行輔助評價時，應盡可能地將軟件質量保證的檢查項中可借助程序自動評價的部分識別出來，在軟件質量保證功能定制開發(fā)時實現(xiàn)評價的自動化，并根據(jù)需要不斷完善項目管理工具輔助質量檢查的功能。

以使用自研的軟件項目管理工具為例，其功能模塊包括項目策劃、項目跟蹤、質量保證、需求管理、配置管理、風險管理和評審。其中，軟件質量保證依據(jù)3.2部分中軟件質量保證實施的一般步驟，對軟件將要實現(xiàn)的功能分析如下：

（1）維護質量計劃：該功能是依據(jù)軟件開發(fā)計劃中的時間節(jié)點對待評價的過程活動和工作產品制定進度計劃。開發(fā)計劃中的時間節(jié)點在進度計劃中描述，在管理工具中應事先在相應模塊對其進行維護，程序可以根據(jù)進度計劃評審任務的WBS節(jié)點的時間生成相應的過程活動評價計劃和工作產品評價計劃。

（2）管理檢查單：該功能用于編制組織質量管理體系層面的檢查表單，描述所有過程和活動檢查單包含的檢查項，以檢查條目的方式進行存儲，包括組織已識別為可進行程序自動評價的檢查項。

（3）實施質量評價：按質量保證計劃中的時間節(jié)點，對項目的過程活動和工作產品進行評價，使用相應的檢查單記錄評價情況，將與檢查項不相符的問題描述為不符合項，并確定問題修改人員和預期修改時間。對于包含程序自評價檢查項的檢查單，軟件質量保證人員可以對自評價的結果進行修改，或直接將描述問題的評價結果生成質量問題。

（4）處理質量問題：對評價過程中產生的不符合項進行跟蹤處理，確認問題的當前狀態(tài)，記錄問題的處置情況，在預期修改時間內回歸問題，直至問題關閉。

綜上分析，為實現(xiàn)質量保證評價的自動化，重點應關注檢查單管理、質量評價實施模塊的功能實現(xiàn)，結合企業(yè)項目特點，根據(jù)項目管理軟件提供的功能，前期對各類檢查單的檢查項進行梳理和識別。軟件質量保證的主要功能如圖2所示。

為了從使用角色的角度更直觀地分析功能用例，使用用例圖描述項目角色的工作內容，初步定義功能需求。以“維護質量計劃”子功能為例，項目角色軟件質量保證人員的用例功能如圖3所示。

由圖3可知，軟件質量保證人員在維護質量計劃基本信息時可以完成添加、修改和刪除過程活動及工作產品信息的功能。為進一步分析功能所包含的使用前提、場景以及正常、異常操作，可將功能整理為用例建模，描述更為詳細的信息項和操作步驟。

4.2? ?軟件質量保證功能的設計實現(xiàn)

在功能需求明確后，應考慮軟件架構設計，確定開發(fā)平臺、使用語言、數(shù)據(jù)庫，并進行界面設計和數(shù)據(jù)庫的表設計。將滿足功能需求的信息項抽象為數(shù)據(jù)庫表，以表為單位來存儲功能信息項邏輯字段，并預留支撐軟件運行的系統(tǒng)信息字段。根據(jù)設計合理表關聯(lián)的原則，盡量降低表之間的直接耦合度，表之間的內在關系也是程序中子功能關系的體現(xiàn)。以管理檢查單功能為例，所管理的檢查單分為自定義檢查單和自評價檢查單兩類。如表2所示，表中定義了檢查單管理模塊各個顯示字段的名稱、標識，數(shù)據(jù)庫中存儲字段的數(shù)據(jù)類型和屬性，以及界面所使用的控件。

程序界面示意圖如圖4所示，當需要根據(jù)項目情況自定義某個檢查單的檢查項時，選擇進入管理檢查單頁面，界面顯示出項目名稱和檢查單名稱，可以維護檢查單的相關信息，并在列表中對檢查項進行增刪改查。

軟件質量保證人員對項目跟蹤情況例行檢查時，對于項目監(jiān)控過程檢查單的部分檢查項可采取程序自動判斷的方式進行檢查。例如，判斷項目組每周是否跟蹤了任務的進度和工作量，這條檢查項可通過檢索數(shù)據(jù)庫中項目跟蹤功能對應表單是否存在待檢查時間段內的記錄進行判斷，諸如此類的檢查項都可以梳理為程序自動檢查的評價內容。

4.3? ?軟件質量保證自動化評價效率分析

以項目監(jiān)控過程為例，每周監(jiān)控內容的例行檢查項約有30 條，每條檢查項人工檢查需要平均耗時3 分鐘，也就是說單個項目的單個過程檢查單的耗時為1.5 小時。而這樣的檢查單還包括需求管理過程、配置管理過程、評審過程等近10 個檢查單。假設每周將10 個檢查單的內容通過人工平均實現(xiàn)，需要15 個小時。以一個軟件質量保證人員同一時期平均管理的項目數(shù)為4 個計算，每天8 個工時的情況下，需要7.5 個工作日才能完成項目的評價。

而根據(jù)輔助工具中其他管理模塊的關聯(lián)進行自動化評價的檢查項粗略估計可以達到一半甚至以上，因此一個軟件質量保證人員只需要不到4 天就可以完成假設的工作任務，再加上對自動化評價的人為檢查與判斷，一周即可管理至少4 個項目，工作效率提高了33%。

質量保證管理工具可將功能進一步擴展為自動生成質量評價問題，并推送給問題責任人;定期判斷問題修改與否;生成階段性質量保證報告等。自動化的評價管理將軟件質量保證人員從繁重的重復性勞動中解放出來，從而關注軟件程序不能判斷的、有待人為決策的檢查項。同時，項目質量數(shù)據(jù)在軟件中的存儲積累也為組織進一步進行數(shù)據(jù)分析挖掘提供了基礎，從而有利于組織過程的改進。

5? ?結論（Conclusion）

本文針對目前軟件質量保證的技術方法進行了研究，重點探討了軟件項目管理工具輔助質量保證實施監(jiān)督的必要性和關注點，通過程序設計闡述了質量保證實施自動化評價的思路和方法。該系統(tǒng)的應用有利于減少項目管理受主觀因素影響導致的評價結果不客觀，提高了工作效率和評價質量。對企事業(yè)單位實施軟件質量保證以及組織的體系建設有一定的實用價值，同時對軟件質量的改進工作有借鑒作用。

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作者簡介：

楊勛姮（1985-），女，碩士，高級工程師.研究領域：質量管理，質量管理體系應用.

段明璐（1982-），男，碩士，高級工程師.研究領域：自主可控數(shù)據(jù)庫測試，項目管理.