质量——CAD产业化的生命线

    ____"CAD应用工程"经过4年努力已经取得很大成绩,有上万家企业、设计院所开始"甩掉图板"。当我们欢庆这一重大成就之时,必须对CAD的质量给予严重的关切。我们要"居安思危"、"未雨绸缪"。"质量第一"、"质量是企业的生命"的观念已逐渐被人们接受。日常生活中买一双袜子、喝一瓶饮料都有质量合格的标志,但是作为高科技的CAD软件,以及用 CAD设计的图纸,用CAM制造的产品,它们的质量标准是什么?它们的合格标志在哪里? 
    ____我国自主版权的CAD软件已推向市场,受到国内用户的欢迎,但是由于质量问题,在推广中遇到不少阻力。国内在CAD/CAM系统的开发与推广中,"程序不合规范,标准未成体系 ,软件不经检查,数据没有审核"的现象大量存在。在全国全面普及推广CAD技术之际,要切实把CAD质量工作抓到底。 　

    一、 CAD质量问题的严重性和紧迫性

    ____当前CAD质量问题所以没有充分暴露,并不是问题不严重,而是大部分处于科研开发、试用阶段,或是用在代替手工绘图阶段,它的后果还未涉及到最终产品。 

    ____1.自主版权CAD软件推广中的阻力 
    ____许多国内开发软件的技术功能相当不错,但是交给用户之后,有时"死机"、有时规定功能做不出来,影响用户的推广效果和信心。 
    ____某厂的主管领导说:"我不是要水平最高的软件,而是要功能可靠稳定合用的软件。"

    ____2.软件评测中所反映的问题 
    ____在全国第二届CAD的软件评测中,有30%的软件在评测中因为换了工作场合而运行有问题,如果把这种软件推销给用户,后果可想而知。 

    ____3.CAD生产应用过程的质量失控 
    ____CAD/CAM系统是生产图纸、加工程序并对产品性能、可靠性做出分析计算的智能化工具。它的后果涉及到国计民生、国防安全、生命财产。CAD/CAM又是一个复杂的系统,包括一系列的支持软件、应用软件以及多种计算机、显示器、绘图机、存储传输装置。因此将这些高科技的成果用到生产线上,必须有相应的、环环扣紧的质量保证体系。 
    ____然而我们常常看到:有些用户企业,未经检查测试就把没有质量合格标志的软件装到自己的计算机系统上。对于日常应用的CAD/CAM系统没有一套严密的检修、测试的制度。存储在硬盘、软盘、磁带或光盘中的图纸数据也没有严格的检查规范。

    ____4.CAD系统研制开发过程的质量失控 
    ____美国宇航、军工部门在70年代曾因工程软件质量问题造成许多重大损失。例如,美国阿波罗航天飞行中一次失败只因计算程序中一个逗号错误;"水平一号"空间探测器发射失败也是由于软件错误,结果损失上亿元。1982年美国五角大楼透露,由于软件质量问题,当年损失达8亿美元。1988年法国宇航公司A320机坠毁,1989年瑞典萨伯公司第一架JAS39原型机坠毁,都是由于软件质量故障引起的。 
    ____美国1979年财政备忘录中有一个关于软件开发由于质量得不到保证而造成大量不能应用的统计数据,足以说明当年软件质量问题的严重性(见图1)。

图1 美国1979年财政备忘录中关于软件开发情况的统计数据

    ____针对上述问题,美、欧等发达国家采取了一系列的有效对策推进"软件工程化",制订并贯彻了国际的、国家的、企业的软件质量保证标准体系,从而克服了早期的"软件危机 "。我们应当吸取国外在发展软件产业过程中的经验教训。 
    ____国内当前在CAD系统质量方面问题的严重性在于: 
    ____(1)许多从事CAD/CAM开发、生产的组织和成员只看到CAD/CAM的先进性和优越性,而忽略了质量失控可能带来的严重后果,有些尚且不知道在开发、生产过程中需要遵守哪些技术标准,已经颁发了哪些有关的国际标准(ISO)和哪些国家标准(GB)。 
    ____(2)在CAD/CAM的开发、生产、销售单位里基本上没有建立质量保证体系。据了解,国内已通过ISO 9000软件质量认证的企业微乎其微,少数单位正在准备通过ISO 9000的软件质量认证,而绝大多数尚未提到议事日程上。 
    ____不按照软件工程规范开发,不符合软件质量标准生产的CAD/CAM软件是不应该进入市场、销售给用户的。没有建立完善的质量保证体系,也是我国大量软件科研成果不能转化为商品的根本原因之一。 

    二、 国外CAD软件质量保证的进展

    ____1.ISO 9000质量保证体系 
    ____自从ISO 9000质量保证系列标准公布以来,已经成为席卷全球的热潮,质量已经成为企业竞争的武器。ISO 9000质量系列适用的产品类别包括硬件、软件、流程材料和服务 4大类。国际标准化组织(ISO)于1991年6月颁发了ISO 9000-3:1991《ISO 9001应用于软件开发、供应和维护的指南》,这是ISO第一个关于软件质量的标准,1993年又更新了版本 ISO 9000-3:1993,与旧版本相比有了很多改进。国家技术监督局已于1994年颁发GB/T 9 000-3:1994,等同采用ISO 9000-3:1993。CAD是软件产业的重要组成部分,应当遵守贯彻 ISO 9000系列的软件质量标准。 
    ____在这些新的质量标准中,确立了许多现代化的质量观念,对CAD/CAM技术发展有十分密切的关系,需要我们及时理解并贯彻实施。 
    ____·首先是对"质量"的认识。标准中对质量的定义是"满足已说明的和隐含的需要能力的相关特性总和",这与过去的认识有很大区别。通常认为质量就是达到某种规定要求的能力。现在则是要"满足顾客要求"。 
    ____·其次是要适应市场经济发展的需要,构筑一个由供需双方共同参与的"质量体系"大厦。有四根支持质量大厦的立柱要素,这四要素就是管理职责、质量体系、内部质量审核和纠正措施。 
    ____·第三是要在软件全生存周期内都要管好软件的质量。质量主要是靠过程、管理来保证,而不是仅限于严格"把关"和严格检验。这一全生存周期包括:合同评审、需求规格说明、开发策划、质量计划、设计和实现、测试和确认、验收、复制交付和安装、维护等环节,都要控制质量、保证质量。 
    ____·第四要做好保证质量体系的支持活动。它包括配置管理、文档控制、质量记录、测量、采购和培训等。 
    ____目前,在软件业比较发达的美国、印度以及应用软件做得比较好的日本,软件的ISO 9000质量认证工作已很流行,也很受企业重视,有名的各大企业都纷纷取得了认证。据19 95年的资料,英国已有800家软件公司、印度有25家公司通过了质量认证。我国的软件质量认证工作远远地落后了。我国的软件业要走向世界,争得我们应有的一席之地,同样不可避免地要走ISO 9000质量认证这一步。

    ____2.软件工程能力成熟度模型CMM 
    ____ISO 9000质量标准的认证过程重点是对软件产品的质量保证能力,给出了一个标准的要求。而采用CMM模型则重点是对软件开发组织工程能力的考核,虽然具体条款有许多相似之处,但是侧重是有所不同的。前者着重于质量和产品,而后者是着重于一个组织和软件开发能力,而且突出不断改进、升级的需要。以下简要介绍CMM模型的评估。 
    ____1987年美国软件工程研究所(SEI)应美国政府的要求,研制出了一种用于评价承包商软件质量保证能力并能帮助其改善软件质量的方法。 
    ____1991年SEI又在此基础上做了继续深入的研究,总结了4年的实践经验,推出了软件工程成熟度模型CMM。这是一套评估软件开发组织工程能力的准则和方法。 
    ____(1) CMM模型中对软件工程能力的评估从以下三个方面考虑: 
    ____——组织和资源管理; 
    ____——软件工程过程及其管理; 
    ____——开发软件所用的工具和技术。 
    

图2 按照成熟度等级排列的关键过程区

    ____(2) 估评准则的依据是: 
    ____——软件产品的质量主要决定于软件生产过程的质量; 
    ____——软件过程应是一个可控制、可测度和逐步改进的过程; 
    ____——软件过程质量受其支持技术与工具的影响; 
    ____——软件工程的技术水平与软件生产过程的成熟度是相互适应的。 
    ____(3)CMM评估过程成熟度的5个等级:在CMM评估准则中把过程的成熟度分为5个等级:1 初始级;2可重复级;3 已确定级;4 已管理级;5 已优化级(见图2)。 
    ____(4)美国人在软件开发中经过20年,仍然感到软件质量和生产效率是烦人的问题。很多软件开发单位处于无纪律的混乱状态,进度一拖再拖,经费一增再增,质量得不到保证。在这种情况下"最先要解决的是管理问题,而不是技术问题"。 
    ____3.美国波音公司CAD/CAM质量控制 
    ____波音早在50年代就投入CAD/CAM的研究开发,到90年代,该公司在波音777巨型客机的研制生产中,全面系统地推广应用了CAD/CAM技术,成为全球首家"无纸化"设计生产的企业。 
    ____随着波音公司应用CAD/CAM技术的日益扩大,为波音公司配套生产零、组、部件的供货商也必须相应地采用CAD/CAM技术。波音公司为了严格控制供货商的产品质量,对于采用CAD/CAM的供货商,如要采用CAD/CAM技术,首先要将本身的水平、情况、CAD/CAM技术配置和质量保证向波音做一报告,然后波音发出质量要素考查提纲,并派专家现场考核,考核通过之后要供货企业编制一份质量保证计划,该项计划经波音公司批准后才能正式以CAD /CAM技术承包波音的订货任务。

    三、CAD/CAM质量保证实例

    ____本节通过国内在CAD/CAM的开发移植与生产应用过程中的成功事例,论述如何建立与贯彻质量保证体系。

    ____1.CAD/CAE/CAM软件系统移植、开发的质量保证 
    ____现代化大型机电产品的CAD/CAM系统所包括的应用软件常常涉及十多个不同的专业, 有上百个程序。 
    ____在完成这类软件的开发移植改造过程中,按现代软件工程的要求建立一套软件工程环境,创立一套切实可行的、严格的软件质量保证体系,起到了非常重要的保证和促进作用。 
    ____CAD/CAM软件改造和开发的质量保证体系,包括组织机构、职责、质量保证工作流程 (供)方与使用(需要)方的质保工作,审核合格的质保系统,评审软件产品质量。供、需双方均建立常设的质保组,负责从软件开发直到软件产品交付、运行、使用维护的质量管理。 
    ____(1)质量保证工作流程(程序):制定质保工作流程的目的是确保质量体系对所有影响质量的活动给予恰当而连续的控制,使之能采取预防措施避免发生问题,在发生问题时能及时反应并加以纠正。表1中所给出的每一活动阶段都对其质量工作做了具体规定,相应地编制了有关的规范。 
     

表1 CAD/CAM软件项目质量保证体系流程

    ____(2)软件工程环境:软件工程环境是各种软件开发因素(如硬件、软件、规范、方法、技术、管理和工具等)的有机综合体。通过软件工程环境改善和提高工作质量,从而可改善和提高软件产品的质量。软件工程环境中强调软件工具的开发与应用,特别是现代的计算机辅助软件(CASE)工程手段集软件开发各要素于一身,是软件工程环境的集中体现。图 1是开发大型CAD/CAM软件项目的软件工程环境示意图。 
    ____(3)软件规范: 
    ____软件标准是软件工程的基础,它源于开发实际,是对软件开发经验的提炼和升华,又反过来指导软件开发。标准是原则,不能简单套用。 
    ____软件规范应确保每个阶段都有章可循,使软件开发的每一活动都有"法"可依。要明确划分阶段、设置里程碑和控制节点,对每一阶段做明确规定(规范、规定、制度),把质量要求设计进每一阶段中去。
    ____例如管理规范有《项目总体规范》、《项目质量保证计划》、《项目的计划流程》、《软件配置管理规定》等;技术规范有《系统及公共库开发与应用规范》、《系统集成规定》、《程序语言转换规范》、《数据库模拟开发与应用规范》、《图形系统标准》、《工程验证规范》、《软件工具使用说明》、《文档编制规定》等。 
    ____总之,制定规范是前提条件,遵守和执行规范是核心与根本,检查执行情况是把关。 
    ____(4)软件工具:软件工具的开发与应用标志着软件的水平。"工欲善其事,必先利其器 "。软件工具的开发和应用大大提高了工作效率,缩短了软件开发周期,减轻了工作者的劳动强度,使一些很困难甚至人工不可能去做的工作变得容易了,使软件开发规范化、有利于软件产品的再开发和软件的日常维护。它是改善软件质量、提高软件生产率的重要途径,也是软件生产自动化的必由之路。 
    ____CAD/CAM软件项目中开发了一系列软件工具,主要有这样几大类:统计分析类、程序测试类、数据检测比较类、程序转换类、文件规格化处理类、配置管理类等等。这些工具软件覆盖面较广,能基本满足CAD/CAM软件项目需求,其特点是实用,针对性强。在实际应用中收到了很好的效果。 
    ____(5)软件的配置管理:软件配置管理是开发与应用CAD/CAM软件项目所必不可少的,它是软件管理的强有力的手段,是软件质量保证的重要技术管理方法和工具,其主要内容是对软件在开发与维护中的技术状态管理,如软件版本的定义、颁布与升级,软件半成品、成品和产品的入库和出库、存储介质的管理等等,如在软件开发过程中产生的磁带就有原型磁带、安装磁带、库磁带、交付磁带、数据磁带、工具磁带等。要切实做好实为不易 ,需要人员的素质高、责任心强、有认真负责的精神和严谨的工作作风,否则,一旦出差错 ,则对整个项目都会产生极为不利的影响。

    ____2.生产制造中CAD/CAM的质量控制

    ____国内的企业要提高市场竞争能力,并与国外公司合作生产,就必须相应地引进推广CA D/CAM技术,并且要严格符合国外公司有关协作厂采用CAD/CAM技术的质量规范。 
    ____CAD/CAM质量控制的内容主要包括: 
    ____——CAD/CAM过程数据集流程的质量控制; 
    ____——CAD/CAM过程设备的质量控制; 
    ____——测量和试验设备的质量控制; 
    ____——计算机应用软件的质量控制; 
    ____——对需要参与使用CAD/CAM技术的人员进行正式培训; 
    ____——对不合格产品的质量控制。
____制造公司《CAD/CAM质量保证计划》组成部分包括:组织分工,技术状态的确认和管理检查,问题报告纠正行动,设备、传递手段的可靠性,试验,记录,培训,测量和试验设备,检验手段,数据转换方法和工装等。 　

    四、对策与建议

    ____1.提高认识,树立"质量第一"的观念 
    ____提高认识的重点: 
    ____·"质量"是当前全世界经济的热点。产品低劣、质量得不到保证的企业注定要被淘汰。质量保证已贯穿了产品的全生存期,贯彻到企业的全体成员,覆盖所有的硬件产品、流程性产品、服务行业及软件产品。 
    ____·CAD技术本身又是能极大地提高产品质量的有效措施。如图面的整洁标准、结构设计的优化分析、生产过程的质量控制、超越人体感观能力的CAI(计算机辅助检测)等。 
    ____2.加大宣传CAD质量意识的力度 
    ____·宣传介绍我国已颁发有关CAD质量的规范标准。如ISO 9000系列标准,ISO 9000-3 软件质量保证指南、CAD通用技术规范。 
    ____·宣传国外提高CAD质量的有效经验与先进技术。如公司集团的CAD/CAM质保规范、 CAI技术(计算机辅助检验、测量技术)等。借鉴国外忽视CAD质量所出现的严重问题所造成的损失。 
    ____·宣传弘扬我国推广CAD中重视质量、提高质量的先进事例。 
    ____3.开发CAD质量保证体系的专题研究 
    ____建议将CAD质量保证体系的专题研究列入国家"九五"科技攻关计划。主要内容应包括     
    ___·国内、外CAD质量保证现状的调研与分析; 
    ____·国内CAD质保体系的研究; 
    ____·CAD质量体系认证机构的设置。 
    ____4.建立CAD质量保证咨询与认证机构 
    ____5.开展与国外对应的主管机构、专业团体、用户企业有关CAD质量保证方面技术交流活动

图1 一个大型CAD/CAM软件项目