隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及可利用資源的增多，愈來愈多的數(shù)控系統(tǒng)采用PCNC方式，以前許多由硬件完成的功能現(xiàn)在交由軟件處理，這對(duì)數(shù)控軟件的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。另外，一套數(shù)控軟件的設(shè)計(jì)通常需要花費(fèi)幾年時(shí)間才能完成，因此，如何保證軟件的質(zhì)量和良好的可重用性就顯得非常重要。

1 數(shù)控軟件開發(fā)過程中存在的問題

　　80年代初，我國(guó)引進(jìn)日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)及軟件技術(shù)，以后又相繼引入德國(guó)西門子、美國(guó)AB等公司的數(shù)控系統(tǒng)。由于采用大板組裝方式，因而未形成真正的數(shù)控軟件開發(fā)和生產(chǎn)的工業(yè)化規(guī)模。進(jìn)入90年代后，許多研究院所和公司著手進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)和數(shù)控軟件的研制開發(fā)，由于投資分散，各自以小作坊方式存在，因此我國(guó)的數(shù)控軟件開發(fā)與生產(chǎn)的能力依然很差，其中存在的主要問題有以下幾點(diǎn)。

　　遺產(chǎn)軟件系統(tǒng)和現(xiàn)有軟件系統(tǒng)的綜合利用問題

　　由于數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和更新，現(xiàn)存的一些遺產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)軟件正逐漸退出使用，我們應(yīng)該對(duì)這些軟件進(jìn)行挖掘整理，進(jìn)行可重用設(shè)計(jì)，以便獲得有用的軟件構(gòu)件。而隨著時(shí)間的流逝，現(xiàn)有的數(shù)控系統(tǒng)軟件又會(huì)逐漸變得不可使用，為了適應(yīng)當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展和需求的變化，我們應(yīng)采用更易于理解的、適應(yīng)變化的、可重用的系統(tǒng)軟件構(gòu)架，對(duì)現(xiàn)有軟件進(jìn)行維護(hù)、改進(jìn)，以便提高軟件質(zhì)量、延長(zhǎng)軟件生命周期。

　　數(shù)控軟件開發(fā)與需求管理和計(jì)劃實(shí)施問題

　　數(shù)控軟件產(chǎn)品必須滿足用戶的需求，但是用戶對(duì)系統(tǒng)功能、開發(fā)時(shí)間、產(chǎn)品價(jià)格的要求往往比較苛刻。其需求在開發(fā)過程中又常常發(fā)生變化，因而系統(tǒng)軟件的復(fù)雜性不斷增長(zhǎng)，軟件開發(fā)活動(dòng)的可見性越來越差，一旦投入資金、設(shè)備和人力，卻無法預(yù)測(cè)何時(shí)會(huì)出結(jié)果，更無法把握研制出來的產(chǎn)品是否為用戶所需。我們必須研究適當(dāng)?shù)姆椒ǎ钥刂坪凸芾磉@些需求變化，并能保證數(shù)控軟件的開發(fā)步驟不背離用戶的需求。

　　基于個(gè)人行為的軟件開發(fā)方式

　　企業(yè)化生產(chǎn)能力是相對(duì)于個(gè)人化生產(chǎn)能力而言的，兩種不同的軟件開發(fā)方式將產(chǎn)生完全不同的結(jié)果。當(dāng)前我國(guó)的軟件開發(fā)仍是基于個(gè)人行為，這樣的開發(fā)方式及其開發(fā)過程，對(duì)企業(yè)而言無疑是一個(gè)黑箱。項(xiàng)目的成功與否僅僅依賴于個(gè)人的技術(shù)水平和職業(yè)道德，開發(fā)過程中所獲得的成功與失敗的經(jīng)驗(yàn)，很難對(duì)企業(yè)今后的軟件開發(fā)提供有益的幫助，尤其是軟件從業(yè)人員的頻繁流動(dòng)和同行之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)對(duì)企業(yè)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。例如一個(gè)技術(shù)骨干離開一個(gè)汽車生產(chǎn)公司不會(huì)影響汽車的生產(chǎn)，因?yàn)槠渖a(chǎn)線是靠一套規(guī)范和程序保證的。而對(duì)于一個(gè)軟件公司，不要說骨干，即使一個(gè)主要程序員的突然離開，都會(huì)使整個(gè)項(xiàng)目拖延，甚至造成無法挽回的損失。數(shù)控軟件項(xiàng)目往往投資大周期長(zhǎng)，如何減少個(gè)人行為的影響，保證開發(fā)過程的規(guī)范進(jìn)行及軟件的延續(xù)性和可重用性，就顯得至關(guān)重要。

　　作坊式的軟件開發(fā)過程及其工業(yè)化、工程化問題

　　許多企業(yè)的軟件開發(fā)過程仍屬小作坊方式。企業(yè)將軟件項(xiàng)目交由課題組實(shí)施，所有有關(guān)的項(xiàng)目活動(dòng)均由小組決策執(zhí)行，企業(yè)很難對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行量化管理。即使項(xiàng)目做得非常成功，企業(yè)也很難讓其它小組共享其經(jīng)驗(yàn)。這種開發(fā)過程無法形成規(guī)模，數(shù)控軟件的開發(fā)生產(chǎn)很難走工業(yè)化、工程化道路。

2 數(shù)控軟件的質(zhì)量控制

　　數(shù)控軟件開發(fā)過程中所存在的問題，將會(huì)影響數(shù)控軟件的質(zhì)量，如何解決這些問題?如何控制軟件質(zhì)量?如何提高企業(yè)的軟件過程能力?這已經(jīng)成為企業(yè)和軟件業(yè)內(nèi)人士十分關(guān)注的問題。

　　90年代初，美國(guó)卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)軟件工程研究所正式提出SW-CMM軟件過程能力成熟模型。該模型已成為目前國(guó)際上最流行、最實(shí)用的一種軟件生產(chǎn)過程標(biāo)準(zhǔn)，并成為事實(shí)上的軟件過程改進(jìn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模型軟件生產(chǎn)不可缺少的一項(xiàng)重要規(guī)范。

　　所謂企業(yè)的軟件過程能力，是指企業(yè)建立和執(zhí)行軟件開發(fā)過程規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的能力。企業(yè)必須采用嚴(yán)格的制度和流程規(guī)范，確保軟件開發(fā)的透明性和可操作性，確保開發(fā)過程的經(jīng)驗(yàn)為企業(yè)今后的軟件開發(fā)提供有益的借鑒和參考。

　　根據(jù)SW-CMM模型要求以及針對(duì)上述軟件開發(fā)過程中所存在的問題，在技術(shù)和管理兩個(gè)方面對(duì)數(shù)控軟件的質(zhì)量進(jìn)行綜合控制，可采取如下措施。

　　應(yīng)用軟件復(fù)用技術(shù)

　　軟件復(fù)用是指重復(fù)使用“為了復(fù)用目的而設(shè)計(jì)的軟件”的過程，這是在軟件開發(fā)中避免重復(fù)勞動(dòng)的一種解決方案。軟件復(fù)用的目的是使應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)不再采用一切從零開始的模式，而是在原有工作的基礎(chǔ)上，充分利用過去在系統(tǒng)開發(fā)中所積累的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和開發(fā)成果，通過復(fù)用技術(shù)，將這些有用資產(chǎn)進(jìn)行可重用構(gòu)件的裁剪、提取、改造、重組，在原有系統(tǒng)的可靠性基礎(chǔ)上將其演化成未來的新系統(tǒng)，從而避免重復(fù)勞動(dòng)和重新開發(fā)引入的弊病，將開發(fā)重點(diǎn)集中于特殊構(gòu)成部分。

　　軟件復(fù)用技術(shù)的基本框架由決策分析、系統(tǒng)理解、系統(tǒng)演化組成。例如，數(shù)控系統(tǒng)軟件的核心構(gòu)件分別為插補(bǔ)運(yùn)算、加減速處理、PLC控制、刀具誤差補(bǔ)償、間隙和螺距誤差補(bǔ)償?shù)饶K。這些軟件模塊都經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)，具有較高可靠性。根據(jù)軟件復(fù)用原則，對(duì)系統(tǒng)軟件的核心模塊進(jìn)行分析，在充分消化、理解的基礎(chǔ)上將其裁剪、修改、重組，演化成新的系統(tǒng)，從而縮短數(shù)控軟件的開發(fā)與生產(chǎn)周期，提高開發(fā)效率和質(zhì)量。

　　面向?qū)ο蟮能浖こ虒W(xué)設(shè)計(jì)方法和構(gòu)件技術(shù)

　　在技術(shù)上保證軟件的質(zhì)量和可重用性，關(guān)鍵是采用面向?qū)ο蟮能浖こ虒W(xué)設(shè)計(jì)方法及構(gòu)件技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高。早期的數(shù)控系統(tǒng)由于受硬件技術(shù)的限制，程序設(shè)計(jì)大多采用匯編語(yǔ)言，導(dǎo)致程序的結(jié)構(gòu)化程度低，調(diào)試和維護(hù)困難。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的數(shù)控系統(tǒng)通常采用面向?qū)ο蟮木幊?OOP)和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，大大提高了系統(tǒng)的可調(diào)試性和可維護(hù)性。面向?qū)ο蟮能浖こ虒W(xué)設(shè)計(jì)方法不同于面向?qū)ο蟮木幊蹋罢邚?qiáng)調(diào)在軟件開發(fā)中以設(shè)計(jì)為主導(dǎo)，注重開發(fā)方法在開發(fā)過程中的應(yīng)用；后者則強(qiáng)調(diào)所使用的開發(fā)手段，具有較大的被動(dòng)性。

　　程序設(shè)計(jì)采用構(gòu)件技術(shù)，可以提高系統(tǒng)的可靠性和可重用性。所謂構(gòu)件是指系統(tǒng)中可以明確辨識(shí)的構(gòu)成成分。構(gòu)件也不是僅僅局限于源代碼構(gòu)件，而是延伸至對(duì)開發(fā)活動(dòng)有用的信息，例如，系統(tǒng)和軟件的需求規(guī)劃、系統(tǒng)和軟件的結(jié)構(gòu)、文檔、測(cè)試計(jì)劃、測(cè)試案例及典型數(shù)據(jù)等。數(shù)控系統(tǒng)軟件可分成三大構(gòu)件：MMI人機(jī)界面、MMC機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制、PLC可編程邏輯控制器。MMI可分為動(dòng)態(tài)MMI、靜態(tài)MMI；MMC可按照功能將其分為不同的小構(gòu)件；PLC可分為DI和DO處理構(gòu)件。通過不同的數(shù)據(jù)和程序的封裝組成不同的小構(gòu)件，然后對(duì)不同的小構(gòu)件進(jìn)行組裝，從而構(gòu)成具有不同功能和風(fēng)格的數(shù)控系統(tǒng)。構(gòu)件技術(shù)的關(guān)鍵是如何對(duì)構(gòu)件進(jìn)行選擇、構(gòu)筑、描述、分類、組裝及標(biāo)準(zhǔn)化。若能熟練掌握和運(yùn)用以上方法與技術(shù)，將會(huì)使數(shù)控軟件開發(fā)走上工業(yè)化、工程化的發(fā)展軌道，從而保證軟件開發(fā)的質(zhì)量及可重用性。

　　運(yùn)用SW-CMM軟件過程能力成熟模型

　　一個(gè)企業(yè)所具有的軟件開發(fā)能力取決于該企業(yè)的過程能力。在體現(xiàn)企業(yè)軟件開發(fā)能力的諸多因素中，技術(shù)和工具并非第一要素，企業(yè)的過程能力則起著更為重要的作用。企業(yè)建立一個(gè)軟件開發(fā)過程，并通過政策保證，強(qiáng)制實(shí)行這個(gè)過程。項(xiàng)目的執(zhí)行不再是一個(gè)黑箱子，企業(yè)清楚地知道該項(xiàng)目是按規(guī)定的過程進(jìn)行的。該過程執(zhí)行一段時(shí)間后，可根據(jù)反映的問題改善這個(gè)過程，使其逐漸完善、成熟。由于過程不再依賴于個(gè)人，而是企業(yè)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶，因此基于這個(gè)過程的軟件開發(fā)能力也隨之成熟。

　　SW-CMM將企業(yè)的軟件開發(fā)與生產(chǎn)過程分成五個(gè)階段：初始級(jí)、可重復(fù)級(jí)、可定義級(jí)、管理級(jí)、優(yōu)化級(jí)。在上述不同階段，軟件開發(fā)與生產(chǎn)的成熟程度將給企業(yè)帶來完全不同的效果，軟件開發(fā)與生產(chǎn)的計(jì)劃精度會(huì)越來越高，每單位工程的生產(chǎn)周期越來越短，每單位工程的成本越來越低。這是因?yàn)楦鶕?jù)SW-CMM模型的軟件成熟度實(shí)踐要求，采用更加規(guī)范的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)和方法，使用更加科學(xué)和精確的度量方法，選擇便于管理和使用的開發(fā)工具，形成整個(gè)工程的可重構(gòu)性、可分解性，根據(jù)過程執(zhí)行的反饋信息改善下一步的執(zhí)行過程，實(shí)現(xiàn)過程的最優(yōu)化。

　　SW-CMM提供了一個(gè)基于過去所有軟件工程成果的過程改善的框架。根據(jù)這個(gè)框架管理企業(yè)內(nèi)部的軟件開發(fā)過程，可極大程度地提高企業(yè)按計(jì)劃的時(shí)間和成本，提交有質(zhì)量保證的軟件產(chǎn)品的能力。同時(shí)，在軟件開發(fā)與生產(chǎn)過程中，采用該模型實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于縮短開發(fā)周期、提高軟件的開發(fā)與生產(chǎn)效率，有助于在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的多樣化、復(fù)雜化的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)軟件的工業(yè)化。

　　建立面向管理的軟件開發(fā)過程

　　軟件系統(tǒng)開發(fā)的基本問題是如何管理開發(fā)過程，使開發(fā)過程可控且可重復(fù)。開發(fā)過程的管理主要包括以下幾項(xiàng)工作。

　　需求管理　管理的目標(biāo)是軟件需求能被控制，并產(chǎn)生一個(gè)用于軟件工程過程和管理過程的基線，其目的是在用戶需求與實(shí)現(xiàn)用戶需求的項(xiàng)目之間達(dá)成一種共識(shí)，使二者保持一致。這就意味著用戶的需求應(yīng)該是合理可行的，項(xiàng)目的目標(biāo)應(yīng)能滿足用戶的需求，需求管理就是建立并維護(hù)這種共識(shí)。需求管理是一個(gè)相對(duì)動(dòng)態(tài)的過程，要達(dá)到此目的，必須保證與用戶和市場(chǎng)進(jìn)行經(jīng)常性溝通，根據(jù)用戶和市場(chǎng)的變化，對(duì)項(xiàng)目的執(zhí)行進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

　　項(xiàng)目管理　軟件工程項(xiàng)目能否成功的主要因素在于項(xiàng)目管理，而項(xiàng)目能否有效進(jìn)行管理的關(guān)鍵在于項(xiàng)目過程的可見性。如果軟件項(xiàng)目計(jì)劃不能按期完成，主要原因有兩個(gè)方面：一方面是由于計(jì)劃執(zhí)行和管理的能力不夠；另一是計(jì)劃本身欠合理有效。軟件項(xiàng)目管理的目的在于建立合理有效的軟件項(xiàng)目計(jì)劃，保證項(xiàng)目按時(shí)、按需完成。這就要求對(duì)于軟件項(xiàng)目的規(guī)模、資源要求、風(fēng)險(xiǎn)、資金等有一個(gè)合理的估算，估算的合理性依賴于對(duì)需求及軟件技術(shù)的充分了解。項(xiàng)目執(zhí)行前，各參與方應(yīng)明確并承擔(dān)各自的責(zé)任。項(xiàng)目實(shí)施過程中，應(yīng)設(shè)置合理的檢查點(diǎn)，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控和跟蹤，從而為軟件開發(fā)提供良好的可見性及可調(diào)整性，保證計(jì)劃順利完成。

　　合同管理和軟件質(zhì)量保證活動(dòng)　合同管理是一個(gè)基本的關(guān)鍵過程域。合同管理的目的就是選擇合格的軟件承包商，并進(jìn)行有效的管理。

　　軟件子承包商的選擇應(yīng)由項(xiàng)目責(zé)任者(業(yè)主或主承包商)負(fù)責(zé)，子承包商的選擇應(yīng)是基于能力的，項(xiàng)目的責(zé)任者與子承包商對(duì)所承包的項(xiàng)目責(zé)任要有一致的認(rèn)同，并保持不斷地交流。項(xiàng)目的責(zé)任者應(yīng)根據(jù)合同中所規(guī)定的責(zé)任，跟蹤子承包商實(shí)際工作結(jié)果。

　　軟件質(zhì)量保證活動(dòng)是項(xiàng)目管理所提供的過程可見性的一個(gè)工具。由于開發(fā)軟件系統(tǒng)或軟件產(chǎn)品的過程是決定項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵因素，因此軟件質(zhì)量保證活動(dòng)就是評(píng)審和審計(jì)軟件活動(dòng)和軟件產(chǎn)品。評(píng)審和審計(jì)的依據(jù)是項(xiàng)目的實(shí)施步驟和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。軟件質(zhì)量保證活動(dòng)不能隨意，必須經(jīng)過充分的討論和協(xié)商，相關(guān)的組織和個(gè)人必須了解質(zhì)量保證活動(dòng)及其結(jié)果。為了解決質(zhì)量保證組織與軟件開發(fā)組織對(duì)某些開發(fā)活動(dòng)或開發(fā)出的產(chǎn)品的評(píng)價(jià)所發(fā)生的爭(zhēng)議和分歧，企業(yè)應(yīng)定義更高層次的管理組織，負(fù)責(zé)解決這些爭(zhēng)議和分歧。

　　軟件配置管理　軟件從需求分析開始到最后提交產(chǎn)品要經(jīng)歷幾個(gè)階段，每個(gè)階段的工作產(chǎn)品又會(huì)有不同的版本，如何在整個(gè)生存期內(nèi)建立和維護(hù)產(chǎn)品的完整性是軟件配置管理的目的。SW-CMM軟件配置管理也是一個(gè)基本的關(guān)鍵過程域，它遵循了傳統(tǒng)軟件配置管理的概念。其基本工作內(nèi)容是標(biāo)識(shí)軟件配置項(xiàng)，建立產(chǎn)品基線庫(kù)，對(duì)配置項(xiàng)的修改加以系統(tǒng)的控制。產(chǎn)品基線庫(kù)的狀態(tài)可以隨時(shí)了解。此外，同軟件質(zhì)量保證活動(dòng)一樣，軟件配置管理活動(dòng)必須制定計(jì)劃，不是隨意的行為。其主要依據(jù)是各種文檔及說明書，這是保證用戶能夠正確使用產(chǎn)品和產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的關(guān)鍵。

　　綜上所述，在數(shù)控軟件開發(fā)過程中，如果從技術(shù)和管理兩個(gè)方面采用合理的方法，一方面可以保證軟件的質(zhì)量和良好的可重用性，另一方面可以為數(shù)控軟件的開發(fā)逐步走上工業(yè)化、工程化的發(fā)展軌道奠定良好的基礎(chǔ)。