核電軟件工程化研發(fā)過程管理_優(yōu)秀論文

1、 核電軟件工程化研發(fā)過程管理【摘要】核電設(shè)計研發(fā)是包括研究、設(shè)計與試驗等環(huán)節(jié)的復(fù)雜研究過程, 高精度的核電核動力工程設(shè)計軟件是保障開展核電設(shè)計分析的重要手段。為保障核電設(shè)計的安全性、可靠性以及質(zhì)量, 構(gòu)建一整套覆蓋反應(yīng)堆工程的軟件研發(fā)需求管理、理論模型、設(shè)計、編碼、測試、驗證等全生命周期的軟件工程化研發(fā)體系對核電核動力設(shè)計分析軟件的研發(fā)流程尤為重要?！娟P(guān)鍵詞】NESTOR；軟件工程化；過程管理0引言核電設(shè)計分析以及運行支持軟件是開展核電工程設(shè)計以及維護(hù)核電廠運行的重要技術(shù)手段之一, 對核電工程設(shè)計科研工作的質(zhì)量、研發(fā)效率以及核電廠的運行安全起到了至關(guān)重要的作用。由于核電設(shè)計分析以及運行支持軟件

2、具有很強的核安全相關(guān)性, 多年以來, 國外核發(fā)達(dá)國家對核電軟件設(shè)計研發(fā)以及運行管理都是高度重視的, 相關(guān)軟件研發(fā)的各個流程環(huán)節(jié)、軟件適用性、可靠性、過程質(zhì)量管理以及后續(xù)的應(yīng)用均受到核安全監(jiān)管機構(gòu)的高度關(guān)注。與此同時, 在國內(nèi), 核電相關(guān)的安全也受到了核安全監(jiān)管機構(gòu)的高度關(guān)注。針對核安全相關(guān)軟件, 國家核安全監(jiān)管機構(gòu)也制定了相關(guān)的軟件評價實施辦法。根據(jù)相關(guān)實施辦法, 核安全相關(guān)軟件的認(rèn)證過程不僅重視軟件的重要物理現(xiàn)象識別、物理模型建立、驗證計算模型的合理性以及不確定性和敏感性等評價, 對軟件的研發(fā)過程、研發(fā)體系以及質(zhì)量保證體系的建立也同樣重視。在中核集團(tuán)龍騰自主創(chuàng)新科研項目的支持下, 由中國核動

3、力研究設(shè)計院牽頭, 中國核電工程有限公司、中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司參與共同完成了成體系的核電設(shè)計與分析軟件包NESTOR（NuclearPowerPlantEngineeringSoftwareTechnologyResearchProject)）。NESTOR軟件包包含了核電設(shè)計與分析所需要的相關(guān)專業(yè)軟件, 涉及核反應(yīng)堆物理設(shè)計、屏蔽與源項設(shè)計、熱工水力與安全分析、燃料元件相關(guān)設(shè)計、系統(tǒng)與設(shè)備設(shè)計、儀控設(shè)計、軟件共性技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域。NESTOR軟件項目自2011年立項以來便高度重視軟件研發(fā)體系建設(shè), 并針對“軟件開發(fā)過程質(zhì)量保證體系與開發(fā)規(guī)范”成立單獨的課題進(jìn)行研究。該項目致力于將核

4、電工程設(shè)計與軟件工程化相結(jié)合, 貫穿研發(fā)全生命周期, 覆蓋需求管理、模型研究、軟件設(shè)計、VV流程等各個環(huán)節(jié), 建立健全核電軟件工程化研發(fā)體系, 并在NESTOR項目中的各個軟件開展軟件工程化實施流程。長期以來, 建立適應(yīng)核電工程特色的軟件工程化研發(fā)體系, 并將體系融入工程設(shè)計、科研及管理工作中, 一直是NESTOR項目的重要研究方向之一。1核電軟件工程化體系建立核電設(shè)計分析軟件以及運行支持軟件具有高可靠性、高安全性、高經(jīng)濟(jì)性的特殊要求。在國家核安全導(dǎo)則、GJB5000A、CMMI等軟件工程化的總體指導(dǎo)要求下, 遵循軟件工程化思想, 建立一套具有核電工程特點的完善的核電軟件工程化研發(fā)管理體系,

5、對確保研發(fā)團(tuán)隊開發(fā)出高質(zhì)量、滿足核電核動力工程需求的軟件產(chǎn)品起到重要的保障作用。中國核動力研究設(shè)計院經(jīng)過多年的研究及實踐應(yīng)用, 制定了覆蓋軟件工程化研發(fā)中的重要過程域的指導(dǎo)性文件軟件工程化體系文件。2NESTOR軟件工程化實施過程軟件工程化研發(fā)的實施主要覆蓋軟件開發(fā)過程和軟件管理過程。針對NESTOR軟件, 主要分為工程化主機平臺類軟件以及嵌入式軟件。軟件的開發(fā)過程依據(jù)軟件的類型以及規(guī)模等屬性, 選擇適用的軟件生存周期模型, 并定義軟件開發(fā)的階段及階段中的活動。軟件管理過程主要包括需求管理、項目策劃、項目監(jiān)督與控制、過程和產(chǎn)品質(zhì)量保證、配置管理、測量與分析等過程, 軟件項目的管理過程中的活動可

6、根據(jù)軟件的自身特點進(jìn)行裁剪。2.1核電軟件的管理過程實施2.1.1項目初始管理策劃在接受核電軟件研制任務(wù)后, 應(yīng)落實項目組主要成員, 并組織各階段工作安排。項目負(fù)責(zé)人根據(jù)軟件研制能力等級要求, 組織對項目軟件的重要性等級和規(guī)模等級進(jìn)行確定。最終形成項目軟件工程化策劃書, 作為開展核電軟件工程化研發(fā)的輸入。2.1.2研發(fā)過程規(guī)范制定NESTOR項目結(jié)合自身的特點, 建立了一系列的研發(fā)過程規(guī)范, 規(guī)范由項目部批準(zhǔn)后應(yīng)用于本項目所承擔(dān)的所有核電軟件研發(fā)中。2.1.3項目監(jiān)督與控制核電軟件項目的監(jiān)督與控制是將軟件項目的實際執(zhí)行情況與相關(guān)計劃要求進(jìn)行對比分析, 如超出偏差范圍, 則采取必要的糾正措施。如

7、軟件需求發(fā)生重大變化, 則修訂計劃以滿足相關(guān)要求, 從而確保項目研發(fā)工作有序、正常的實施。2.1.4核電軟件項目過程和產(chǎn)品質(zhì)量保證開展質(zhì)量管理的策劃工作, 主要目的是識別NESTOR項目及其最終交付成果的質(zhì)量要求及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。通過有計劃地、定期地對NESTOR相關(guān)軟件全生存周期的開發(fā)與管理活動進(jìn)行符合性檢查, 對各階段工作產(chǎn)品與活動進(jìn)行審核來判斷研發(fā)工作是否按照軟件工程化體系的要求實施, 從中發(fā)現(xiàn)不符合項并實施相應(yīng)的糾正措施。2.1.5項目配置管理配置管理是結(jié)合配置管理工具對開發(fā)的軟件進(jìn)行版本管理與變更控制, 對軟件開發(fā)過程的各階段工作產(chǎn)品進(jìn)行有效保護(hù), 維護(hù)階段工作產(chǎn)品和軟件產(chǎn)品的完整性和可追

8、溯性的管理過程。NESTOR項目相關(guān)軟件的配置管理貫穿于軟件研發(fā)活動的全生命周期以及各個流程環(huán)節(jié)。NESTOR項目采用專門的軟件配置管理工具, 對程序源代碼、版本、各階段文檔、工況數(shù)據(jù)及流程進(jìn)行有效的配置, 實現(xiàn)了研發(fā)過程的自動化配置和動態(tài)管理, 增加了軟件研發(fā)人員對設(shè)計流程的能見度。NESTOR項目在配置管理實施中建立了軟件開發(fā)庫、受控庫以及產(chǎn)品庫, 并限定配置項在不同庫之間的流轉(zhuǎn)的權(quán)限及流程的控制。通過實施配置管理有效地保證了軟件的正確性、完整性及可追溯性。2.1.6測量與分析測量與分析是NESTOR軟件項目各軟件設(shè)置有專門的測量分析工程師, 該人員負(fù)責(zé)依據(jù)既定的測量目標(biāo)、測量項、數(shù)據(jù)采集

9、和存儲規(guī)程、分析規(guī)程等相關(guān)要求采集和分析測量數(shù)據(jù), 在合適的控制點/項目結(jié)題時采集并匯總相關(guān)數(shù)據(jù), 形成測量分析信息。項目執(zhí)行的過程中, 相關(guān)的測量分析信息及時專遞到項目組團(tuán)隊成員內(nèi)以及利益相關(guān)方。通過測量與分析活動, 有效的監(jiān)督了項目績效, 并為后續(xù)活動做出有根據(jù)的管理和技術(shù)決策, 以便在出現(xiàn)問題時及時采取相應(yīng)的糾正措施, 實現(xiàn)項目監(jiān)督控制的可視性、及時性2.1.7項目評審在軟件開發(fā)與管理過程中, 針對重要節(jié)點或者里程碑組織軟件項目組內(nèi)部及外部人員對NESTOR軟件產(chǎn)品、研發(fā)活動及工作進(jìn)展情況的符合性、合理性和正確性進(jìn)行驗證。通過評審活動, 可以高效率、盡早發(fā)現(xiàn)并消除問題, 從而保證軟件產(chǎn)品

10、的最終質(zhì)量。2.1.8記錄控制為滿足軟件工程化體系要求, NESTOR項目實施工程化研發(fā)過程中所產(chǎn)生的記錄、以及能夠證明體系文件有效運行的記錄、作為可追溯性依據(jù)的記錄均進(jìn)行了有效的控制。通過核電管理平臺, 對項目實施中產(chǎn)生的所有過程記錄文檔進(jìn)行分發(fā)、流轉(zhuǎn)等控制, 過程記錄包括技術(shù)傳遞單、技術(shù)聯(lián)系單、備忘錄、會議紀(jì)要、設(shè)計評審報告、項目周報、QA核查單、質(zhì)量保證報告、配置管理報告等。同時, 通過檔案管理系統(tǒng), 對項目所產(chǎn)生的所有設(shè)計文件進(jìn)行有效的歸檔及控制。2.1.9軟件的鑒定與應(yīng)用研發(fā)完成的軟件, 在未經(jīng)過專業(yè)鑒定前僅可用于學(xué)習(xí)、科研, 不能直接應(yīng)用于工程設(shè)計。軟件的鑒定是專業(yè)設(shè)計人員對入庫歸

11、檔的軟件產(chǎn)品進(jìn)行專業(yè)分類及篩選后, 由軟件鑒定專家委員會對篩選后的軟件進(jìn)行鑒定。鑒定軟件的功能、性能、工程適用范圍、可靠性等各方面能夠滿足相關(guān)工程使用需求。NESTOR所研發(fā)的軟件只有通過鑒定才能夠歸入工程可用軟件庫。當(dāng)工程項目產(chǎn)生軟件應(yīng)用需求時, 即可從工程軟件庫中選擇合適的軟件。2.2核電軟件的開發(fā)過程實施2.2.1核電軟件研制策劃NESTOR軟件研制策劃工作是估計NESTOR軟件包中每個軟件的規(guī)模、開發(fā)工作量, 并根據(jù)估計結(jié)果, 結(jié)合進(jìn)度要求來制定合理的開發(fā)計劃, 提出必要保障條件的管理過程。本項工作主要由項目軟件負(fù)責(zé)人組織, 對所負(fù)責(zé)軟件的根據(jù)各項軟件的開發(fā)和管理工作進(jìn)行全面的策劃,

12、并安排相關(guān)角色依據(jù)既定的分工制定所需研制軟件的各項計劃, 最終以書面的形式形成軟件開發(fā)計劃、軟件配置管理計劃、軟件質(zhì)量保證計劃、軟件測量分析計劃、軟件驗證和確認(rèn)計劃、文件清單以及估計記錄等相關(guān)文檔, 文檔經(jīng)過評審后生效執(zhí)行。相關(guān)文檔是軟件開發(fā)過程中各項活動的重要依據(jù)文件, 并將隨著軟件研發(fā)過程而細(xì)化或調(diào)整.2.2.2核電軟件需求分析NESTOR項目結(jié)合核電工程軟件特點, 在需求階段開展了詳細(xì)的需求理解、需求確認(rèn)、需求跟蹤等需求分析活動, 需求包括功能需求以及非功能的需求。需求分析是軟件生存周期中最重要的一步。只有通過需求分析, 才能準(zhǔn)確地將軟件的功能以及非功能的需求從概念描述轉(zhuǎn)換為具體的可測量

13、的規(guī)格說明形式。NESTOR項目的各個軟件在需求分析階段都依據(jù)軟件的相關(guān)需求完成對應(yīng)軟件的需求分析活動, 并以書面的形式形成需求說明書/需求分析報告, 同時建立并維護(hù)需求跟蹤矩陣。NESTOR項目在開發(fā)的過程中持續(xù)跟蹤維護(hù)需求矩陣, 確保了需求與項目策劃的一致性, 并在必要時進(jìn)行變更。2.2.3核電軟件設(shè)計與實現(xiàn)軟件的設(shè)計是在需求的基礎(chǔ)上, 對軟件開展計算部分的設(shè)計以及界面設(shè)計工作, 計算部分包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)設(shè)計、接口設(shè)計、算法以及過程設(shè)計, 界面部分的設(shè)計工作包括界面原型設(shè)計以及界面設(shè)計, 軟件設(shè)計即是把需求轉(zhuǎn)換成表達(dá)的過程。在設(shè)計活動完成后, 軟件的設(shè)計工程師需要依據(jù)體系文件以及相關(guān)

14、規(guī)范編制相關(guān)的軟件設(shè)計說明書, 設(shè)計說明書可依據(jù)軟件規(guī)?；蛘邚?fù)雜程度拆分成概要設(shè)計說明書以及分模塊的設(shè)計說明書。在軟件的實現(xiàn)階段, 按照對應(yīng)的編碼規(guī)范, 依據(jù)設(shè)計結(jié)果實現(xiàn)軟件編制、編譯和調(diào)試, 編制軟件編碼報告以及用戶手冊。軟件編碼報告主要對軟件的數(shù)值計算及界面模塊的目錄結(jié)構(gòu)、模塊結(jié)構(gòu)、全局?jǐn)?shù)據(jù)、各模塊的功能和數(shù)據(jù), 以及軟件的編譯運行方式、集成方式進(jìn)行描述用戶手冊主要對軟件的功能、性能、運行環(huán)境、安裝以及操作說明進(jìn)行描述, 給最終軟件使用對象對軟件的使用有直觀的了解。2.2.4核電軟件測試及驗證軟件測試是由人工或自動方法來執(zhí)行或評價系統(tǒng)或系統(tǒng)部件的過程, 以驗證它是否滿足規(guī)定的需求。測試活動

15、由軟件測試工程師負(fù)責(zé), 在測試的策劃階段形成軟件測試計劃并開展測試設(shè)計, 包括測試用例說明等相關(guān)文檔。NESTOR項目的測試計劃以及測試說明文檔均經(jīng)過評審, 以確保測試工作的有效性。測試工作嚴(yán)格按照計劃及測試說明執(zhí)行, 對測試過程發(fā)現(xiàn)的缺陷應(yīng)進(jìn)行報告、確認(rèn)、修正和驗證, 并形成缺陷記錄單, 通過多輪測試及回歸, 確保缺陷全部關(guān)閉或得到妥善處置。測試完成后編制軟件測試報告。通過測試的軟件, 由獨立于開發(fā)團(tuán)隊的驗證工程師, 通過確認(rèn)用例對軟件進(jìn)行驗證, 確認(rèn)用例包括基準(zhǔn)題、實測數(shù)據(jù)（試驗數(shù)據(jù)或電廠運行數(shù)據(jù)）等, 通過驗證確保軟件的功能、性能以及計算精度滿足預(yù)期。采用第三方驗證的方式對所開發(fā)軟件的正

16、確性進(jìn)行確認(rèn)2.2.5核電軟件VV驗證和確認(rèn)遵循GJB5000A要求以及軟件工程化體系執(zhí)行, 從VV的過程、過程中包含的VV活動, 再到具體的VV任務(wù), 多層次全方位地定義驗證和確認(rèn)流程。N開展VV活動是確保NESTOR軟件的質(zhì)量和可靠性的重要措施, 通過VV活動確認(rèn)各項需求以及設(shè)計要求正確實施, 識別期望的結(jié)果和實際結(jié)果之間有無差別, 有效地提高軟件計算的精度并保證軟件的正確性, 確保NESTOR軟件質(zhì)量。除了項目團(tuán)隊內(nèi)的VV團(tuán)隊, NESTOR項目還創(chuàng)新的采用軟件研發(fā)合作模式, 邀請了高校測試組、專業(yè)測試公司以及第三方驗證團(tuán)隊, 針對開發(fā)的核電軟件根據(jù)相關(guān)行業(yè)內(nèi)規(guī)范開展了第三方獨立的測試和

17、驗證。通過有效利用外部資源, 對軟件的功能、性能進(jìn)行全面的測試驗證分析, 有效地摒除了內(nèi)部團(tuán)隊在相關(guān)工作中的“程式”思維、思路局限性而帶來的漏洞, 更多的發(fā)現(xiàn)軟件運行中的問題, 進(jìn)一步提高所開發(fā)核電軟件VV的全面性和客觀性。2.2.6核電軟件結(jié)項軟件研制完成后, 項目軟件負(fù)責(zé)人組織對軟件的測試驗證情況進(jìn)行分析, 根據(jù)項目目標(biāo)要求, 組織總結(jié)分析工作。就軟件的研發(fā)工作進(jìn)行總結(jié), 組織編制軟件開發(fā)總結(jié)報告, 另外, 還有軟件開發(fā)過程中的相關(guān)配置管理情況、質(zhì)量管理情況進(jìn)行總結(jié), 編制配置管理總結(jié)報告以及質(zhì)量保證總結(jié)報告。相關(guān)總結(jié)文檔完成后, 組織項目結(jié)項評審, 軟件具備結(jié)項條件后, 提交驗收申請并組織驗收, 形成驗收報告。3結(jié)語NESTOR軟件包通過結(jié)合廣泛的工程經(jīng)驗, 依托科學(xué)理論和軟件工程化技術(shù)的進(jìn)步, 形成了重要的自主創(chuàng)新能力, 成功應(yīng)用于華龍一號工程設(shè)計與校核, 并正在進(jìn)一步應(yīng)用于其他核電工程開發(fā)中。部分運行支持軟件也已在國內(nèi)多個核電廠推廣應(yīng)用, 發(fā)揮了良好的經(jīng)濟(jì)效益。通過工程化管理體系的建立以及對軟件工程化的過程管理實施, NESTOR軟件包的研發(fā)工作以及運行管理實現(xiàn)了流程精細(xì)化管控以及監(jiān)督可視化、可控化。確保了NESTOR軟件