1、汽车电子软件开发中质量分级保障体系的研究 沈轶清 同济大学 摘 要： 如今, 随着汽车电子系统越来越多地被应用到汽车上, 汽车电子的软件功能也变得越来越强大。但伴随着软件复杂度的急剧上升, 软件缺陷造成的车辆可靠性与安全性问题也频繁暴露出来。通过建立一套适合汽车电子软件开发过程的质量分级保障体系, 并在业务开展过程中进行实施和持续改进, 旨在根据不同项目级别, 采取不同的资源、不同的开发流程以及不同的控制措施, 以重点资源确保投入到重点项目, 兼顾一般项目的指导思想, 来解决项目开发中存在的资源冲突, 节约公司成本, 提升客户的满意度。国内外研究现状随着汽车电子软件开发工作的日趋复杂, 人们越
2、来越意识到规范化的软件开发流程的重要性。企业通过将规范化、标准化的软件开发与管理流程导入到企业日常的汽车电子软件开发业务中, 实现保证软件质量、降低项目成本、提高开发效率的目的。CMMI 软件成熟度模型CMMI 全名是 capability maturity model integration, 是一套从软件过程能力的角度提出的软件过程成熟度模型。对于一家缺乏规范软件开发与管理过程的企业而言, 通过导入 CMMI 模型, 可以企业进行内部的过程改进, 逐步建立起一套规范完整的软件开发与管理流程, 从而提高软件开发的质量, 降低软件开发的风险。而对于某些小规模项目、低难度项目, 或是工期紧的项目
3、, 往往会出现项目投入成本过大的弊端。针对以上弊端, 质量分级保障体系将在 CMMI 模型基础上从多角度考虑对项目进行分级定义, 从而制定相应的过程裁剪与保证方法。ISO 26262 管理体系ISO 26262 是针对乘用车电子、电气和软件部件安全生命周期的国际标准。该标准已于 2011 年 11 月正式颁布, 成为国际标准。中国也正在积极进行相应国标的制定。ISO 26262 标准根据安全风险程度对系统或系统某组成部分确定划分由 A 到 D 的安全需求等级 (Automotive Safety Integrity Level 汽车安全完整性等级 ASIL) , 其中 D 级为最高等级, 需要
4、最苛刻的安全需求。这一针对车辆系统安全功能进行风险等级评估, 并确定不同的等级, 根据不同的等级采取分级的控制措施来确保系统安全的方法和特点, 对质量分级保障体系的研究具有很好的参考借鉴意义。质量分级保障体系“分级保障”是目前软件业新提出的一个概念, 其目的是将公司最优的资源、最大的精力集中在重要的系统上, 确保公司的系统和产品符合公司的战略发展。“分级保障”目前已初步使用于金融领域中。当前汽车行业的软件开发并没有建立相关的概念, 但是汽车行业的软件同样有核心系统和其它周边系统的区分, 同样需要针对不同重要性的系统建立分级的质量控制措施, 以合理分配公司资源, 实现资源最优化、成本最优化、质量
5、最优化。因此, 本文将以 CMMI 模型为基础, 以分级保障管理体系作为核心思想来研究汽车电子软件开发中的质量保证方法。同时也是对“分级保障”引入汽车电子软件开发领域的一种尝试。质量分级保障体系实施策略为了解决企业在汽车电子软件开发业务过程中遇到的不同重要性业务没有相应的规范来指导其资源投入程度、项目间人员调配困难、未将最合适的资源投入到适合的项目等突出问题, 制定了以下具体的改进实施策略:1.重新梳理企业的汽车电子业务服务目录, 在企业内建立统一的分级标准, 明确各业务为满足业务流程需要, 所需要达到的准确性、可用性、信息安全性要求, 以及其它相关技术方面的要求。2.根据建立的分级标准, 评
6、定各个业务的业务等级。按照不同业务等级, 制定业务的保障目标级别。根据业务保障目标级别, 划分相应的质量保障域, 并定义各个质量保障域的具体质量控制点方法。3.参考借鉴 CMMI 的 QA (Quality Assurance) 监察流程, 选取试点项目引入质量分级保障体系, 通过 QA 的监察结果和项目实施后的相关度量数据分析, 对质量分级保障体系进行改进, 并逐步推广到所有项目。质量分级保障体系框架设计针对汽车电子软件开发过程中面临的各类资源冲突、开发与管理流程复杂不灵活等问题的特点, 在质量改进体系设计时主要参考了“分级保障管理”的概念。业务分级角度为了在企业内建立统一的分级标准, 首先
7、应该明确业务的分级角度。在汽车电子软件开发业务过程中, 会涉及到系统开发、系统运维, 其中包括系统的安全开发等业务场景, 通过对这些业务场景的流程分析, 综合考虑企业在业务开展过程中面临的成本压力、项目目标、资源状况等情况, 将业务分级角度划分为5 个维度, 每个维度根据重要性不同, 设定从 14 的 4 个等级 (1 级最高, 4 级最低) , 针对不同级别, 设计相应的质量保证措施。1.业务等级:根据公司业务发展战略, 公司对于不同业务有着不同的定位, 公司的资源也应优先向核心业务倾斜。2.准确性:在为整车厂或零部件供应商提供软件服务和解决方案时, 需要确保软件功能是否准确地实现了客户的需
8、求。因此, 准确性的考虑点在于应用软件对业务需求实现的准确性。3.可用性:软件交付后, 需要确保软件系统能够长时间不间断的运行、以及当发生故障时的系统快速恢复能力。4.安全保护 (防护性) :作为汽车电子软件开发业务, 客户对于质量的要求通常是居于首位的, 即确保软件安全。随着通信网络的发展, 汽车电子系统越来越多地连接到外部世界, 因此, 安全保护考虑点在于系统信息保护和防止篡改能力。5.关键性能:其分级维度主要考虑点是针对实时与非实时系统的系统响应性能要求, 以嵌入式系统的特性为出发点。分级保障体系架构设计根据业务分级维度, 对质量分级保障体系进行了架构设计。1.保障类别设计:针对业务分级
9、维度, 设计了与之一一对应的保障类别, 用来细化质量保障方法的实施策略。根据业务分级维度所考虑的主要内容, 设计的 4个保障类别分别为:业务开发保障要求、业务运维保障要求、技术方案标准、安全保护标准。2.保障域设计:为了确保质量分级保障方法能够有效落地实施, 必须将实施的策略方法细分到工作流程与工作步骤中。在系统架构设计层次, 通过对各保障域的识别, 为质量分级保障体系具体落实到业务的各个流程奠定了框架基础, 之后具体的分级质量保证措施都是在基于对应保障域层级下进行具体的展开实施。3.保障要素和控制点设计:针对不同的保障类别, 识别了组成不同保障类别的保障域。保障控制点是整个分级保障架构中最底
10、层最基础的组成部分。对于每一个具体的控制点, 根据业务分级 1 级到 4 级, 会制定不同的详细质量控制要求, 从而确保了质量分级保证体系能够落实到业务开展过程中的具体工作流程和工作步骤中。分级保障体系详细设计分级保障体系的设计要确保分级保障的流程能够落实到开发、运维、技术方案、安全保护四个方面的各个重要环节。本文以业务开发保障要求类别下的决策架构保障域为例进行简要说明, 通过分析该保障域流程, 识别的保障要素为项目决策架构要求。针对改要求, 设计的具体控制点包括项目汇报级别、汇报频率2 项内容。对于每一个具体的控制点, 根据业务分级 1 级到 4 级, 会制定不同的详细质量控制要求, 从而确
11、保了质量分级保证体系能够落实到业务开展过程中的具体工作流程和工作步骤中。保障目标与保障要求对应矩阵根据对各保障域的保障要素、控制点以及控制点分级要求的详细设计内容, 通过业务的保障目标级别与具体控制点分级要求的对应映射, 指导业务过程中如何具体贯彻落实质量分级保障体系。参照业务分级角度, 业务保障目标设计为 4 部分保障目标, 即准确性、可用性、关键性能、安全保护四类。各分类保障目标级别即业务在确定准确性、可用性、关键性能、安全保护级别时所确定的等级。为了将保障目标级别与具体控制点分级要求能一一对应, 需要建立一个保障目标与保障要求对应矩阵, 用于指导两者之间的对应映射关系。从而为指导分级保障
12、措施在业务过程中的具体实施奠定了理论基础。质量分级保障体系的实施为了确保分级保障体系在使用中能够达到预定目标, 实现预期的效果, 需要定义该体系在汽车电子软件业务实施的具体方案。在所设计的质量分级保证体系框架下, 针对各类业务, 分级保障体系的一般实施流程如图 1 所示。承接或开展业务时, 根据梳理的企业汽车电子业务服务目录, 匹配业务所属的服务项。根据该服务项类别, 确定其业务等级。通过确定的业务等级, 从准确性、可用性、关键性能和安全保护四个方面制定业务保障目标级别。使用保障目标与保障要求对应矩阵, 定位具体的保障要求。与客户或企业内部过程管理部门对业务所需达到的保障目标达成一致的场合,
13、签订服务级别协议。之后在业务开展过程中根据具体的保障要求, 实施相应的保障服务。通过对业务实施过程中及实施结果的数据收集与分析, 评估分级保障体系的实施效果并持续改进, 从而形成一套完整的可持续进行的质量分级保障体系。质量分级保障体系的实施效果及分析为了验证设计的质量分级保障体系理论及具体实施方法是否有效, 需要在企业具体项目中进行实施。通过在项目实施过程中收集相关的数据及各方参与人员的意见反馈, 在项目结束后确认项目的实际完成情况, 从而来分析和评价质量分级保障体系的合理性与有效性, 并为后续阶段的质量分级保障体系的进一步推广和持续改进打下基础。1.试点项目选择对于质量分级保障体系这样一套新
14、的质量管理体系在企业进行导入与部署时, 可以通过挑选项目进行试点的方法来确认其实施效果, 并且通过对项目试点过程中发现的问题进行改善, 可以为企业全面推广体系的实施打下基础。图 1 分级保障体系实施流程图 下载原图2.实施效果确认对于选取的试点项目的实施效果的确认, 可以结合 CMMI 过程的度量定义要求, 选取用于进行实施效果确认相关的度量项目。之后使用 CMMI 的量化过程管理过程域流程对收集的数据进行定义整理, 同时通过 CMMI 的组织过程性能过程域流程, 将试点项目在采用质量分级保障体系之前的相关度量数据与试点项目的度量数据进行比较, 最终来确认试点项目的实施效果。3.实施效果分析通
15、过选用试点项目试行的方式对质量分级保障体系的实施效果进行确认, 评价企业在汽车电子软件开发过程中核心关注的软件质量、项目成本、开发效率等重要指标, 确认试点项目在实施质量分级保障体系后是否达成预期目标。对于效果突出的改进流程, 进一步在各类业务开展过程中推广应用, 对于效果改进不明显或是倒退的部分, 确认相关实施流程的操作、控制点内容的设计是否合理, 并做出持续的改进。结论与展望质量分级保障体系是一个持续改善和改进的管理机制, 需要实时对企业本身的业务进行分析, 对业务中发生的问题进行反省。而基于质量分级保障体系的汽车电子软件开发, 需要公司管理层、管理人员、开发人员的持续关注和不断改进。本文只是结合了企业在汽车电子软件开发过程中面临的实际问题和改进需求进行了第一阶段的工作, 设计了质量分级保障体系的框架, 对如何引入到企业的试点项目进行了说明。
