1、2 0 1 9 年 中 国 电 机 工 程 学 会 年 会 论 文 集核 电 厂 仪 控 系 统 软 件 质 量 评 价 模 型 研 究陈焕霖，刘鹤敏，李岩中 广 核 工 程 有 限 公 司，中 国 深 圳 5 1 8 1 7 2；R e s e a r c h o n S o f t w a r e Q u a l i t y E v a l u a t i o n M o d e l o f I n s t r u m e n t a n d C o n t r o l S y s t e mi n N u c l e a r P o w e r P l a n tC h e n H u
2、a n l i n,L i u H e m i n a n d L i Y a nC h i n a N u c l e a r P o w e r E n g i n e e r i n g C o.,L t d.,S h e n z h e n 5 1 8 1 7 2,C h i n a.摘 要：核 电数 字化 仪 控系 统作 为 核电 站的 神 经中 枢，其 软件 产品 的 质量 优 劣直 接关 系 到核 电站 能 否稳 定安 全 高效 运行。同 时，随 着仪 控系 统 自主 研发 进 程的 推进，仪控 系统 在 安全 性 和可 靠性 方 面提 出更 高 的要 求。针 对仪 控系 统 的
3、软 件质 量进 行 科学 合理 评 估至 关重 要。为 此，本 文提 出了 一 种适 用 于核 电仪 控 系统 的软 件 质量 评价 模 型。该模 型 在三层架构的基础上，通过限制安全性和可靠性两大指标的相对重要性，经一致性检验计算得出各层指标的权重向量，接 着对 最底 层 所有 指标 逐 一进 行专 家 打分，然 后 自下 而上 地 进行 加 权求 和，最 终计 算出 仪 控系 统的 软 件质 量得 分。本文提出的方法在核电厂仪控系统软件质量评价活动中起到一定的指导作用。关键 词：仪控系统；评价指标；层次分析法A B S T R A C T:A s t h e n e r v e c e n
4、 t e r o f n u c l e a r p o w e r p l a n t,t h e q u a l i t y o f d i g i t a l i n s t r u m e n t a n d c o n t r o l s y s t e m i s d i r e c t l yr e l a t e d t o t h e s t a b l e,s a f e a n d e f f i c i e n t o p e r a t i o n o f n u c l e a r p o w e r p l a n t.A t t h e s a m e t i
5、m e,w i t h t h e a d v a n c e m e n t o f t h ei n d e p e n d e n t r e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n t p r o c e s s o f i n s t r u m e n t a n d c o n t r o l s y s t e m,i t p u t s f o r w a r d h i g h e r r e q u i r e m e n t s i nt e r m s o f s e c u r i t y a n d r e l i a b i
6、l i t y.I t i s v e r y i m p o r t a n t t o e v a l u a t e t h e s o f t w a r e q u a l i t y o f i n s t r u m e n t a n d c o n t r o l s y s t e ms c i e n t i f i c a l l y a n d r e a s o n a b l y.T h e r e f o r e,a s o f t w a r e q u a l i t y e v a l u a t i o n m o d e l s u i t a b l
7、 e f o r n u c l e a r p o w e r i n s t r u m e n t a n dc o n t r o l s y s t e m i s p r o p o s e d i n t h i s p a p e r.O n t h e b a s i s o f t h r e e-t i e r a r c h i t e c t u r e,b y r e s t r i c t i n g t h e r e l a t i v e i m p o r t a n c e o f t h et w o m a j o r i n d i c a t o
8、 r s o f s a f e t y a n d r e l i a b i l i t y,t h e w e i g h t v e c t o r s o f t h e i n d i c a t o r s o f e a c h t i e r a r e c a l c u l a t e d t h r o u g hc o n s i s t e n c y t e s t.T h e n t h e e x p e r t s g r a d e a l l t h e i n d i c a t o r s o f t h e l o w e s t t i e r
9、o n e b y o n e.F i n a l l y w e i g h t e d s u m i s m a d e f r o mb o t t o m t o t o p t o c a l c u l a t e t h e s o f t w a r e q u a l i t y s c o r e o f t h e i n s t r u m e n t a n d c o n t r o l s y s t e m.T h e m e t h o d p r e s e n t e d i n t h i s p a p e rp l a y s a g u i d
10、i n g r o l e i n t h e s o f t w a r e q u a l i t y e v a l u a t i o n o f i n s t r u m e n t a t i o n a n d c o n t r o l s y s t e m i n n u c l e a r p o w e r p l a n t.K E Y WO R D:i n s t r u m e n t a n d c o n t r o l s y s t e m;e v a l u a t i n g i n d i c a t o r;A n a l y t i c H i
11、 e r a r c h y1 引 言随 着 信 息 技 术 的 飞 速 发 展，各 类 软 件 产 品 在工 业 控 制 领 域 的 使 用 越 来 越 普 及，其 地 位 也 越 来越 重 要。作 为 核 电 站 的 神 经 中 枢，核 电 全 数 字 化仪 控 系 统（D i s t r i b u t e d C o n t r o l S y s t e m，以 下 简 称D C S），对 于 保 证 核 电 站 安 全、可 靠 和 稳 定 运 行更 是 发 挥 着 至 关 重 要 的 作 用 1。特 别 是 在 核 电 厂D C S 国 产 化 进 程 中，D C S 软 件 产
12、品 的 设 计 与 研发 普 遍 存 在 任 务 重、精 确 性 和 可 靠 性 要 求 高 的 特点。D C S 软 件 质 量 的 优 劣 直 接 影 响 到 核 电 站 稳定 安 全 高 效 运 行，因 此，对 自 主 研 发 的 核 电 厂 仪控 系 统 的 软 件 质 量 进 行 客 观、科 学、高 效 的 评 价显 得 十 分 迫 切。本 文 依 据 I S O/I E C 2 5 0 1 0 软 件 质量 评 价 标 准，提 出 一 种 基 于 层 次 分 析 法 的 新 型 量化 评 估 模 型。2 软 件 质 量 评 价 指 标软 件 质 量 评 价，即 软 件 产 品 质
13、量 特 性 的 检 测与 度 量，是 依 据 软 件 质 量 评 价 的 标 准，贯 穿 于 软件 生 存 周 期 过 程，与 软 件 开 发 过 程 并 行 实 施，对软 件 开 发 过 程 中 的 软 件 质 量 进 行 全 程 和 持 续 的测 量，揭 示 软 件 质 量 的 当 前 状 态，估 计 软 件 质 量的 后 续 走 势，为 需 方、开 发 方 和 评 价 方 提 供 量 化的 软 件 质 量 管 理 的 有 力 手 段，精 确 地 控 制 软 件 产品 的 质 量 2。软 件 质 量 评 价 是 一 项 复 杂 的 工 程，由 于 软 件技 术 发 展 更 新 换 代 快，
14、目 前 尚 未 有 统 一 的 评 估 标准。近 年 来 比 较 常 见 的 软 件 质 量 评 价 体 系 有2 0 1 9 年 中 国 电 机 工 程 学 会 年 会 论 文 集M c C a l l 标 准、B o e h m 标 准、F U R P S 标 准、D r o m e y标 准、I S O 9 1 2 6 标 准 和 I S O/I E C 2 5 0 1 0 标 准。其中，I S O/I E C 2 5 0 1 0 标 准 是 在 I S O 9 1 2 6 标 准 基 础上 改 进 而 来，系 统/软 件 产 品 质 量 属 性 分 为 八 大特 性，每 个 特 性 由
15、 一 组 相 关 的 子 特 性 组 成，其 定义 及 划 分 详 见 表 1。表 1 软 件 质 量 特 性 及 子 特 性质 量 特性定 义 子 特 性功 能 适用 性当 软 件 在 指 定 条 件 下 使 用 时，软 件 满 足 明 确 和 隐 含 要 求 功能 的 程 度。软 件 功 能 适 用 性 只关 心 功 能 是 否 满 足 明 确 或 隐含 的 需 求，不 涉 及 到 功 能 规 范功 能 正 确 性功 能 完 整 性功 能 适 合 性性 能 效率运 行 效 率 指 在 规 定 条 件 下 软件 所 用 资 源 的 数 量，提 供 性 能的 程 度。资 源 可 以 包 括 其
16、 他 软件 产 品 的 软 件 和 硬 件 系 统 的配 置时 间 特 性资 源 利 用 率容 量兼 容 性软 件 兼 容 性 指 在 同 时 共 享 相同 的 硬 件 或 软 件 环 境 时，软 件可 以 与 其 它 软 件 交 换 信 息、系统 或 组 件 以 及 执 行 其 所 需 的功 能 的 程 度共 存 性互 操 作 性易 用 性易 用 性 指 在 特 定 使 用 环 境 下，软 件 被 特 定 用 户 使 用 时，可 以有 效、高 效、满 意 地 达 到 特 定目 标 的 程 度可 识 别 性易 学 性易 操 作 性用 户 错 误 保 护用 户 界 面 美 观可 靠 性可 靠 性
17、 指 在 规 定 的 一 段 时 间里、在 规 定 的 条 件 下，软 件 执行 指 定 功 能 的 程 度易 接 近 性成 熟 性有 效 性容 错 性易 恢 复 性安 全 性安 全 性 指 软 件 能 有 效 防 止 他人 对 源 程 序、目 标 程 序 或 相 关数 据 的 非 授 权 访 问 的 程 度保 密 性完 整 性抗 抵 赖 性问 责 性真 实 性可 维 护性可 维 护 性 指 维 护 者 可 以 修 改软 件 的 有 效 性 和 效 率 的 程 度模 块 化可 重 用 性易 分 析 性易 修 改 性易 测 性可 移 植性可 移 植 性 指 软 件 从 一 种 硬 件、软 件 或
18、 其 他 操 作 或 使 用 环 境转 移 到 另 一 种 环 境 的 有 效 性和 效 率 程 度适 应 性易 安 装 性易 替 代 性由 于 核 电 厂 仪 控 系 统 软 件 的 特 殊 性，不 同 安全 级 别 的 软 件 必 须 符 合 国 家 和 国 际 标 准 规 定。尤其 是 其 安 全 性 和 可 靠 性 必 须 严 格 遵 照 I E C6 0 8 8 0-2 0 0 6、I E C 6 2 1 3 8-2 0 0 4、I E C 6 1 5 1 3-2 0 1 1和 N U R E G/C R 6 1 0 1-1 9 9 3 中 的 要 求 3，因 此 在 研究 D C
19、S 软 件 质 量 评 价 模 型 过 程 中，必 须 将 安 全性 和 可 靠 性 列 为 重 点 考 察 因 素。3 基 于 层 次 分 析 法 的 软 件 质 量 评 价 模 型当 软 件 质 量 评 价 体 系 确 定 之 后，定 性 指 标 也就 基 本 确 立。而 量 化 指 标 的 建 立 则 需 要 对 各 评 价指 标 的 权 重 进 行 科 学 合 理 分 配。常 见 的 权 重 分 配方 法 有 专 家 估 测 法、层 次 分 析 法、模 糊 逆 方 程 法、环 比 法、熵 值 法 等。本 文 采 用 层 次 分 析 法 确 定 评价 指 标 的 权 重。3.1 建 立
20、层 次 模 型根 据 层 次 分 析 法，将 I S O/I E C 2 5 0 1 0 质 量 评价 体 系 标 准 分 为 3 个 层 次，分 别 为 总 质 量 层 A、质 量 特 性 层 B 和 子 特 征 层 C。其 中，总 质 量 层 即为 最 终 评 价 结 果；质 量 特 性 层 分 为 8 个 特 性：功能 适 用 性、性 能 效 率、兼 容 性、易 用 性、可 靠 性、安 全 性、可 维 护 性 和 可 移 植 性；子 特 征 层 包 括 了表 1 中 的 3 1 个 子 特 性。建 立 的 层 次 结 构 模 型 如图 1 所 示。图 1 软 件 质 量 评 价 的 层
21、次 结 构 模 型3.2 构 造 判 断 矩 阵在 确 定 各 层 次 各 因 素 之 间 的 权 重 时，如 果 只是 定 性 的 结 果，则 常 常 不 容 易 被 别 人 接 受，因 而S a a t y 等 人 提 出 一 致 矩 阵 法，即 不 把 所 有 因 素 放在 一 起 比 较，而 是 两 两 相 互 比 较，此 时 采 用 相 对尺 度，尽 可 能 减 少 性 质 不 同 的 诸 多 因 素 相 互 比 较的 困 难，以 提 高 准 确 度 4。如 对 质 量 特 性 层 的 各个 要 素 进 行 两 两 对 比，并 按 其 相 对 重 要 性 程 度 评定 等 级。为 量
22、 化 各 要 素 之 间 的 重 要 性 比 较 结 果，表 2 列 出 S a a t y 给 出 的 9 个 重 要 性 等 级 及 其 赋 值。2 0 1 9 年 中 国 电 机 工 程 学 会 年 会 论 文 集表 2 判 断 矩 阵 标 度 及 其 含 义标 度 含 义i 指 标 和 j 指 标 相 比 同 样 重要i 指 标 比 j 指 标 略 微 重 要i 指 标 比 j 指 标 重 要i 指 标 比 j 指 标 明 显 重 要i 指 标 比 j 指 标 绝 对 重 要i 指 标 与 j 指 标 相 比 重 要 性介 于 与之 间按 两 两 比 较 结 果 构 成 的 矩 阵 称
23、 作 判 断 矩 阵，k 为 指 标 个 数，如 式 1。该 矩 阵 有如 下 特 点：I），具 体 地，若 指 标 i 比 指 标 j 重 要性 高，则，反 之 则；I I），若 指 标 i 比 指 标 j 重 要 性为，则 指 标 j 比 指 标 i 重 要 性 为；I I I），矩 阵 对 角 线 为 1。考 虑 到 安 全 性 和 可 靠 性 在 D C S 软 件 运 行 维护 过 程 中 的 重 要 程 度，构 造 判 断 矩 阵 时 需 要 增 加一 个 限 制 条 件：，p 指 标 安 全 性，可 靠性，q 指 标 功 能 适 用 性，性 能 效 率，兼 容 性，易 用 性，可
24、 维 护 性，可 移 植 性。3.3 计 算 权 重 向 量判 断 矩 阵 经 由 业 内 人 士 及 相 关 专 家 根 据 设定 原 则，经 过 综 合 评 估 决 策 得 来。判 断 矩 阵 建 立后，接 下 来 进 行 权 重 向 量 的 计 算。首 先，计 算 矩阵 A 中 每 一 行 的 元 素 乘 积：其 中，；对 开 k 次 方，得：其 中，；对 进 行 归 一 化 处 理，得：其 中，；向 量 即 为 所 求 的 矩阵 权 重 向 量。3.4 检 验 一 致 性由 于 判 断 矩 阵 是 基 于 专 家 的 自 主 判 断，根 据层 级 中 各 指 标 之 间 的 两 两 比
25、 较 而 得，因 此 有 必 要对 判 断 矩 阵 进 行 一 致 性 检 验，若 不 满 足 一 致 性 要求，则 需 要 重 新 生 成 判 断 矩 阵。检 验 步 骤 如 下：1）计 算 矩 阵 A 中 每 列 元 素 之 和：其 中，；2）计 算 矩 阵 A 的 最 大 特 征 值3）计 算 一 致 性 检 验 指 标：4）计 算 随 机 一 致 性 比 率：其 中，称 为 平 均 随 机 一 致 性 指 标，具 体 取值 如 表 3 所 示 5。当，则 判 断 矩 阵 A 具有 满 意 的 一 致 性；否 则 需 要 重 新 修 改 判 断 矩 阵，直 到 其 具 有 满 意 一 致
26、 性 为 止。表 3 平 均 随 机 一 致 性 指 标 数 值 表2 0 1 9 年 中 国 电 机 工 程 学 会 年 会 论 文 集3.5 计 算 综 合 得 分根 据 以 上 步 骤，首 先 对 质 量 特 性 层 B 中 的功 能 适 用 性、兼 容 性 等 8 个 指 标 计 算 出 权 重 向 量：接 着，在 子 特 征 层 C 里 分 别 对 从 属 8 个 指标 的 子 特 征 指 标 计 算 权 重 向 量，并 对 每 一 个子 特 征 进 行 逐 一 评 分，得 到 评 分 向 量，详 见 表 4。其 中，q 为 某 一质 量 特 性 下 的 子 特 性 数 目。表 4
27、B 层 和 C 层 各 指 标 权 重 及 得 分至 此，我 们 可 以 构 造 B 层 中 8 个 指 标 的 得 分向 量，并 计 算 出 最 终 的 质 量 评 价 综 合 分。4 结 束 语为 科 学 有 效 地 评 估 核 电 厂 D C S 系 统 的 软 件质 量，本 文 根 据 I S O/I E C 2 5 0 1 0 标 准 提 出 一 种 基于 层 次 分 析 法 的 新 型 量 化 评 估 方 法 及 模 型。该 模型 对 各 评 价 指 标 构 造 相 对 重 要 性 的 判 断 矩 阵，并赋 予 安 全 性、可 靠 性 两 大 指 标 较 高 的 重 要 值，经过
28、一 致 性 检 验 得 出 各 层 指 标 的 权 重 向 量，对 最 底层 所 有 指 标 逐 一 进 行 专 家 打 分，自 下 而 上 地 进 行加 权 求 和，最 终 计 算 出 D C S 系 统 的 软 件 质 量 得分。本 文 提 出 的 质 量 评 价 模 型 借 鉴 了 传 统 的 层 次分 析 法，对 某 些 评 价 指 标 相 对 重 要 值 加 以 限 制，符 合 D C S 系 统 对 安 全、可 靠 两 个 性 能 要 求 高 的标 准，在 核 电 厂 仪 控 系 统 软 件 质 量 评 价 活 动 中 起到 一 定 的 指 导 作 用。参 考 文 献 1 李 海
29、煌,商 海 龙.核 电 厂 数 字 化 仪 控 系 统 的 发 展 与 应 用 分 析 J.2 0 1 7(1 9):1 8 5-1 8 5.2 杨 爱 民,张 文 祥.软 件 质 量 及 其 量 化 评 价 方 法 J.计 算 机 工 程与 设 计,2 0 0 6,2 7(2 1):3 9 8 7.3 向 媛,徐 展,王 冬,蔺 淑 倩.核 电 厂 仪 控 系 统 软 件 质 量 评 价 管 理 系统 J.C o m p u t e r K n o w l e d g e a n d T e c h n o l o g y,V o l.1 3,N o.6,F e b r u a r y 2 0 1 7.4 h t t p s:/w i k i.m b a l i b.c o m/w i k i/A H P.5 陈 光 大.平 均 随 机 一 致 性 指 标 的 新 探 讨 J.系 统 工 程 理 论 与实 践,1 9 9 2,1 2(2):0-0.作 者 简 介：陈 焕 霖（1 9 8 9-），男，广 西，硕 士，工 程 师，信 息 平 台 开 发 与 应 用；刘 鹤 敏（1 9 8 1-），男，湖 北，硕 士，高 级 工 程 师，信 息 平 台 需 求；李 岩（1 9 8 4-），男，河 南，本 科，工 程 师，信 息 平 台 运 维。
