牛劍峰， 白永勝， 郭丁和

(1.北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司， 北京 100013; 2.陽煤集團華越機械有限公司,

山西 陽泉 045000; 3.西安交通大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院， 陜西 西安 710049)

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液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理

牛劍峰1， 白永勝2， 郭丁和3

(1.北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司， 北京 100013; 2.陽煤集團華越機械有限公司,

山西 陽泉 045000; 3.西安交通大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院， 陜西 西安 710049)

針對液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷問題，從軟件測試方法入手，分析了液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)特點，構(gòu)建了軟件缺陷管理框架，確定了軟件測試方案，對軟件缺陷進行了分類，設(shè)計了軟件缺陷數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及軟件缺陷管理流程，進而對軟件缺陷進行分析。實踐表明，通過液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理，提高了軟件質(zhì)量和開發(fā)效率。

液壓支架； 電液控制系統(tǒng)； 軟件缺陷管理

(1.Beijing Tiandi-Marco Electronic-Hydraulic Control System Co., Ltd., Beijing 100013, China;2.Yangquan China and Vietnam Machinery Co., Ltd., Yangquan 045000, China；3.School of Mathematics and Statistics, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China)

0 引言

當(dāng)前中小型企業(yè)里的嵌入式軟件產(chǎn)品開發(fā)過程中，在缺陷信息的管理和控制方面大多處于混亂狀態(tài)[1]，缺乏對版本缺陷的有效跟蹤與控制。據(jù)統(tǒng)計，大約80%可避免的重復(fù)勞動源自于20%的缺陷，90%的軟件停工期最多來自于10%的缺陷，有針對性的評審能比無導(dǎo)向性的評審多發(fā)現(xiàn)35%的缺陷。軟件開發(fā)存在效率低、質(zhì)量差、成本高等問題，產(chǎn)品應(yīng)用存在可靠性與安全性問題。

軟件缺陷[2-5]是指軟件產(chǎn)品對預(yù)期屬性的偏離，是軟件產(chǎn)品中不滿足指定要求的成分，是軟件的固有屬性。從產(chǎn)品內(nèi)部看，缺陷是軟件產(chǎn)品開發(fā)或維護過程中存在的錯誤、毛病等各種問題；從產(chǎn)品外部看，缺陷是系統(tǒng)所需要實現(xiàn)的某種功能的失效或違背。

液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件是對可靠性、安全性要求很高的軟件。隨著液壓支架電液控制系統(tǒng)的不斷推廣應(yīng)用，系統(tǒng)應(yīng)用范圍不斷擴展，涉及到各種不同的架型，功能不斷擴展，系統(tǒng)軟件的復(fù)雜程度不斷提升。由于軟件開發(fā)人員的編程技術(shù)和對項目需求的理解不到位，經(jīng)常出現(xiàn)軟件不能滿足用戶需求的情況，甚至發(fā)生設(shè)備與人身傷害事故，軟件質(zhì)量面臨著嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

1 軟件缺陷管理基本原理

軟件缺陷是軟件生命周期[6-7]中重要的過程產(chǎn)物，軟件缺陷包括軟件編程過程中產(chǎn)生的錯誤、對項目需求理解錯誤及對需求滿足度不足等。軟件缺陷反映了軟件開發(fā)過程的薄弱環(huán)節(jié)，是軟件開發(fā)組織提高其開發(fā)水平和過程能力的重要依據(jù)。通過缺陷分析，能夠提高對開發(fā)能力和過程管理能力的正確認(rèn)識，有利于開展過程改進工作。

在軟件開發(fā)過程中，將軟件缺陷數(shù)據(jù)進行分類整理并保存到缺陷數(shù)據(jù)庫中，通過分析軟件開發(fā)過程中的薄弱環(huán)節(jié)，對軟件設(shè)計、編程、測試過程的有效性、缺陷分布特征、缺陷修復(fù)效率等進行評價與改進，進而提出有效的缺陷預(yù)防改進措施，有助于提高軟件產(chǎn)品整體質(zhì)量和軟件開發(fā)效率，降低軟件開發(fā)成本。

在軟件缺陷生命管理中，可提取軟件生命周期中各個階段(需求、編程、測試、修改、發(fā)布、使用問題反饋)的工作內(nèi)容、時間節(jié)點和完成人等信息，并保存到軟件生命周期管理數(shù)據(jù)庫(如圖1所示)。通過計算軟件測試被打回和再次提交的時間可以了解軟件修復(fù)時間，通過軟件測試打回次數(shù)可以了解項目軟件開發(fā)的小版本數(shù)和軟件修復(fù)率，通過現(xiàn)場用戶提交軟件問題報告時間和軟件再次發(fā)布的時間可以計算出軟件修復(fù)時間。將軟件生命周期中有關(guān)軟件缺陷的數(shù)據(jù)信息加以整理、分析、統(tǒng)計，可以形成軟件缺陷密度、軟件修復(fù)率、軟件修復(fù)時間、軟件發(fā)布前的缺陷消除率，形成軟件缺陷分布圖指標(biāo)，可以對整個軟件開發(fā)質(zhì)量進行綜合評價。

圖1 軟件缺陷生命管理周期流程

2 液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理設(shè)計

2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，由3層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，如圖2所示。底層是建立在物理層電路板驅(qū)動層級的庫函數(shù)和數(shù)學(xué)模型庫，其功能是實現(xiàn)電路的基本功能轉(zhuǎn)換，提供基本數(shù)學(xué)模型處理功能；中間層為功能模塊層，通過調(diào)用底層庫函數(shù)實現(xiàn)單一的軟件功能；頂層為應(yīng)用層，通過調(diào)用不同組合的功能模塊，實現(xiàn)應(yīng)用軟件的各項功能。

圖2 液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

2.2 軟件缺陷管理框架

液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理框架建立在系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)上。將每一個軟件缺陷定位在一個確定的功能模塊上，通過軟件的3層結(jié)構(gòu)對軟件缺陷進行分析，確定每個功能的缺陷密度，再通過功能、功能模塊和庫函數(shù)的引用關(guān)系，深度挖掘潛在的軟件錯誤，將軟件的3層結(jié)構(gòu)以數(shù)據(jù)庫形式存儲，建立功能、功能模塊、庫函數(shù)3個層次的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，如圖3所示。

圖3 軟件功能、功能模塊、庫函數(shù)之間的關(guān)系

2.3 軟件測試方案

為了提高軟件測試及軟件缺陷探測效率，最大限度地發(fā)現(xiàn)可能存在的軟件缺陷，結(jié)合液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)特點，采用白盒法與黑盒法相結(jié)合的方式進行軟件測試。黑盒法注重功能性檢測，依據(jù)用戶需求，按照系統(tǒng)功能逐項進行測試；白盒法依據(jù)軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行測試。

在進行軟件缺陷修復(fù)測試時，按照白盒法依據(jù)軟件回歸測試方法，對修復(fù)軟件缺陷相關(guān)的功能模塊進行測試。圖3表明了某項軟件功能的相關(guān)功能模塊，在修改該項功能時，有可能引起其他相關(guān)聯(lián)動功能失效，在進行軟件修復(fù)測試時，只針對這些模塊進行即可，這樣大大減少了軟件缺陷修復(fù)測試的時間，提高了軟件測試的效率。

2.4 軟件缺陷分類

基于軟件缺陷的嚴(yán)重程度[8-9]，將軟件缺陷分為3類:A級，致命的缺陷：這類缺陷存在重大的安全隱患，可能會導(dǎo)致誤動作，系統(tǒng)主要功能和性能達不到要求，使系統(tǒng)程序丟失、系統(tǒng)崩潰、死機；B級，嚴(yán)重錯誤的缺陷：這類缺陷是指次要的功能性錯誤和性能達不到要求，而這些功能是系統(tǒng)需求中所要求的，必須改正才能實現(xiàn)系統(tǒng)完整的功能；C級，較小的缺陷：這類缺陷不影響操作者執(zhí)行液壓支架動作控制，一般是操作顯示上存在的功能瑕疵或缺陷。存在A級、B級錯誤的軟件不得發(fā)布，存在不超過3項C級錯誤的軟件可以發(fā)布。

2.5 軟件缺陷控制流程設(shè)計

建立缺陷數(shù)據(jù)庫，定義已發(fā)現(xiàn)的缺陷分布在6個階段并予以不同的標(biāo)志，分別為打開、缺陷確認(rèn)、請求更正、更正計劃、已更正、關(guān)閉。在測試過程中，發(fā)現(xiàn)存在不滿足需求的功能項，并予以標(biāo)志(打開)；對發(fā)現(xiàn)的缺陷，通過組織討論或?qū)＜覍彶檫M行確認(rèn)(缺陷確認(rèn))；確定是真正需要修改的缺陷，按流程將軟件缺陷修改單提交給軟件開發(fā)人員進行修改(請求更正)；軟件開發(fā)人員接收到軟件缺陷修改任務(wù)后，制定軟件修改計劃(更正計劃)；軟件開發(fā)人員完成修改后再次提交軟件(已更正)，對修改的軟件再次進行回歸測試；測試通過后予以標(biāo)志(關(guān)閉)。這樣就完成了一個完整的軟件缺陷修改流程[10-13]。軟件缺陷控制流程狀態(tài)如圖4所示。

節(jié)點操作人操作狀態(tài)處理事務(wù)接收時間操作時間消耗時間缺陷記錄缺陷標(biāo)記標(biāo)記狀態(tài)1-申請人(開發(fā)人員)××××已提交測試申請××××××××0minFFFFFFFF無缺陷2-部門經(jīng)理(開發(fā))審批××××已提交測試申請××××××××3h56minFFFFFFFF無缺陷3-部門經(jīng)理(測試)審批××××已提交測試與缺陷記錄××××××××4d42min××××1已打開4-副總工審批××××已提交缺陷確認(rèn)××××××××4d42min××××2已確認(rèn)5-部門經(jīng)理(開發(fā))審批××××已提交請求更正與更正計劃××××××××4d42min××××3/4修改確認(rèn)6-申請人(開發(fā)人員)××××已提交更正計劃××××××××4d42min××××5已修改7-部門經(jīng)理(測試)審批××××已提交測試××××××××4d42min××××0已關(guān)閉8-副總工審批××××已提交發(fā)布××××××××4d42min××××0已關(guān)閉

圖4 軟件缺陷控制流程狀態(tài)

2.6 軟件缺陷數(shù)據(jù)庫設(shè)計

軟件缺陷數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)[14-18]如圖5所示，其中PK為主鍵，F(xiàn)K為外鍵，主要包括缺陷管理人員配置，開發(fā)、測試、審核人員信息。缺陷檢測活動是指在功能測試、性能測試、可靠性測試等活動中發(fā)現(xiàn)軟件缺陷。缺陷活動觸發(fā)是指發(fā)現(xiàn)軟件缺陷時的環(huán)境條件和相關(guān)活動及其軟件錯誤征兆。缺陷源、缺陷年齡分別指是否是新代碼引入的缺陷及缺陷留存的時間。缺陷目標(biāo)是指修復(fù)的是需求、設(shè)計、編碼、集成等哪個階段的實體。缺陷影響域是指軟件缺陷對軟件質(zhì)量屬性的影響情況，如功能性、可靠性、效率特性、易用性、可維護性、可移植性等。缺陷等級分為A級、B級、C級。缺陷數(shù)據(jù)庫還包含進行軟件缺陷發(fā)現(xiàn)、確認(rèn)、修復(fù)等相關(guān)活動的人員與時間記錄。為了方便系統(tǒng)維護，缺陷等級、缺陷影響域、缺陷目標(biāo)、缺陷類型、缺陷年齡、缺陷源、缺陷檢測活動等可使用數(shù)據(jù)字典的形式存儲。

圖5 軟件缺陷數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

2.7 軟件缺陷分析

在軟件缺陷管理流程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)被測試的軟件存在不能正常完成的功能缺陷時，可通過軟件3層結(jié)構(gòu)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，檢索到功能模塊、庫函數(shù)，形成軟件缺陷關(guān)系數(shù)據(jù)庫。通過分析單個項目多項軟件缺陷和多個項目軟件缺陷，可以形成功能模塊和庫函數(shù)軟件缺陷分布，并針對出現(xiàn)缺陷的頻度進行缺陷密度計算，優(yōu)先解決軟件缺陷密度高的軟件錯誤。通過分析不同階段的缺陷分布情況，可以挖掘在測試方面的環(huán)境條件是否得當(dāng)，改善測試條件，挖掘潛在的軟件缺陷。通過分析軟件缺陷嚴(yán)重等級的分布情況，可以了解軟件全局性的安全等級。可通過缺陷趨勢圖進行軟件缺陷趨勢分析，判定軟件質(zhì)量的發(fā)展趨勢。通過分析軟件缺陷，繪制軟件影響域分布圖，確定軟件在功能性、可靠性、易用性、可維性等方面的適用性能，判定用戶對軟件的滿意度等級。通過計算測試打回和軟件修改提交時間，可得出軟件平均修復(fù)時間，從而計算出軟件修復(fù)成本。

3 軟件缺陷管理應(yīng)用

通過軟件缺陷管理，將軟件開發(fā)、測試過程中軟件缺陷信息完整收集到缺陷數(shù)據(jù)庫，對缺陷數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，可對液壓支架電液控制

系統(tǒng)軟件開發(fā)質(zhì)量、效率、成本進行提升與評價。

通過分析軟件缺陷等級對應(yīng)的缺陷數(shù)量，可確定軟件缺陷分布密度，也可以按照軟件缺陷發(fā)生的頻次確定軟件功能、功能模塊的缺陷密度。通過對軟件缺陷類別進行加權(quán)平均，還可以對區(qū)域性項目按照GIS方式進行軟件缺陷安全度評價，按照地圖位置標(biāo)記項目熱點，點擊項目熱點可以查看項目的版本號、缺陷類型、數(shù)量、功能模塊分布和具體內(nèi)容；可以采用不同顏色來表示區(qū)域項目軟件的安全等級。

通過描繪軟件缺陷數(shù)量的變化過程，可得出軟件缺陷的發(fā)展趨勢[19]，如圖6所示。可看出隨著液壓支架電液控制系統(tǒng)的不斷推廣應(yīng)用，軟件功能由簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程中，軟件缺陷由少到多；隨著軟件成熟度的不斷提高與軟件缺陷管理與控制，軟件缺陷又呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢。

圖6 軟件缺陷變化趨勢

4 結(jié)語

通過對液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件進行缺陷管理，實現(xiàn)了軟件缺陷的跟蹤管理及軟件問題的快速定位，提高了軟件缺陷排除的及時性，減少了軟件的小版本數(shù)量，大大降低了A級軟件缺陷數(shù)量，提高了軟件的安全性能；通過GIS軟件管理平臺對整個液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷進行跟蹤管理，實現(xiàn)了對軟件質(zhì)量的綜合管理，降低了液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件的安全風(fēng)險；通過分析軟件缺陷在功能模塊、庫函數(shù)上的分布密度，可以全面掌握軟件成熟度，提高了軟件開發(fā)質(zhì)量及軟件測試效率。

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Software defect management of electro hydraulic control system of hydraulic support

NIU Jianfeng1, BAI Yongsheng2, GUO Dinghe3

For software defect problem of electro hydraulic control system of hydraulic support, software structural features of the electro-hydraulic control system were analyzed from software testing method, software defect management framework was built, software testing schema was determined, and database structure of software defects database and software defect management flow were designed, so as to analyze software. The application shows that software quality and development efficiency of the electro-hydraulic control system are improved through software defect management.

hydraulic support； electro hydraulic control system； software defect management

1671-251X(2016)11-0067-05

10.13272/j.issn.1671-251x.2016.11.016

牛劍峰，白永勝，郭丁和.液壓支架電液控制系統(tǒng)軟件缺陷管理[J].工礦自動化，2016,42(11)：67-71.

2016-06-23；

2016-09-23；責(zé)任編輯：李明。

山西省煤基重點科技攻關(guān)項目(MJ2014-08)。

牛劍峰(1961-)，男，山西太原人，高級工程師，現(xiàn)主要從事煤礦綜采工作面自動化系統(tǒng)的研究工作，E-mail:njf@tdmarco.com。

TD355.4

A

時間：2016-10-28 16:31

http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20161028.1631.016.html