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

2、具有很強的核安全相關性, 多年以來, 國外核發達國家對核電軟件設計研發以及運行管理都是高度重視的, 相關軟件研發的各個流程環節、軟件適用性、可靠性、過程質量管理以及后續的應用均受到核安全監管機構的高度關注。與此同時, 在國內, 核電相關的安全也受到了核安全監管機構的高度關注。針對核安全相關軟件, 國家核安全監管機構也制定了相關的軟件評價實施辦法。根據相關實施辦法, 核安全相關軟件的認證過程不僅重視軟件的重要物理現象識別、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, 對軟件的研發過程、研發體系以及質量保證體系的建立也同樣重視。在中核集團龍騰自主創新科研項目的支持下, 由中國核動

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

4、電工程設計與軟件工程化相結合, 貫穿研發全生命周期, 覆蓋需求管理、模型研究、軟件設計、VV流程等各個環節, 建立健全核電軟件工程化研發體系, 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, 建立適應核電工程特色的軟件工程化研發體系, 并將體系融入工程設計、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、高經濟性的特殊要求。在國家核安全導則、GJB5000A、CMMI等軟件工程化的總體指導要求下, 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管理體系,

5、對確保研發團隊開發出高質量、滿足核電核動力工程需求的軟件產品起到重要的保障作用。中國核動力研究設計院經過多年的研究及實踐應用, 制定了覆蓋軟件工程化研發中的重要過程域的指導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的實施主要覆蓋軟件開發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。軟件的開發過程依據軟件的類型以及規模等屬性, 選擇適用的軟件生存周期模型, 并定義軟件開發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、項目監督與控制、過程和產品質量保證、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、根據軟件的自身特點進行裁剪。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后, 應落實項目組主要成員, 并組織各階段工作安排。項目負責人根據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模等級進行確定。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的輸入。2.1.2研發過程規范制定NESTOR項目結合自身的特點, 建立了一系列的研發過程規范, 規范由項目部批準后應用于本項目所承擔的所有核電軟件研發中。2.1.3項目監督與控制核電軟件項目的監督與控制是將軟件項目的實際執行情況與相關計劃要求進行對比分析, 如超出偏差范圍, 則采取必要的糾正措施。如

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

8、溯性的管理過程。NESTOR項目相關軟件的配置管理貫穿于軟件研發活動的全生命周期以及各個流程環節。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、工況數據及流程進行有效的配置, 實現了研發過程的自動化配置和動態管理, 增加了軟件研發人員對設計流程的能見度。NESTOR項目在配置管理實施中建立了軟件開發庫、受控庫以及產品庫, 并限定配置項在不同庫之間的流轉的權限及流程的控制。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軟件項目各軟件設置有專門的測量分析工程師, 該人員負責依據既定的測量目標、測量項、數據采集

9、和存儲規程、分析規程等相關要求采集和分析測量數據, 在合適的控制點/項目結題時采集并匯總相關數據, 形成測量分析信息。項目執行的過程中, 相關的測量分析信息及時專遞到項目組團隊成員內以及利益相關方。通過測量與分析活動, 有效的監督了項目績效, 并為后續活動做出有根據的管理和技術決策, 以便在出現問題時及時采取相應的糾正措施, 實現項目監督控制的可視性、及時性2.1.7項目評審在軟件開發與管理過程中, 針對重要節點或者里程碑組織軟件項目組內部及外部人員對NESTOR軟件產品、研發活動及工作進展情況的符合性、合理性和正確性進行驗證。通過評審活動, 可以高效率、盡早發現并消除問題, 從而保證軟件產品

10、的最終質量。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過程中所產生的記錄、以及能夠證明體系文件有效運行的記錄、作為可追溯性依據的記錄均進行了有效的控制。通過核電管理平臺, 對項目實施中產生的所有過程記錄文檔進行分發、流轉等控制, 過程記錄包括技術傳遞單、技術聯系單、備忘錄、會議紀要、設計評審報告、項目周報、QA核查單、質量保證報告、配置管理報告等。同時, 通過檔案管理系統, 對項目所產生的所有設計文件進行有效的歸檔及控制。2.1.9軟件的鑒定與應用研發完成的軟件, 在未經過專業鑒定前僅可用于學習、科研, 不能直接應用于工程設計。軟件的鑒定是專業設計人員對入庫歸

11、檔的軟件產品進行專業分類及篩選后, 由軟件鑒定專家委員會對篩選后的軟件進行鑒定。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工程使用需求。NESTOR所研發的軟件只有通過鑒定才能夠歸入工程可用軟件庫。當工程項目產生軟件應用需求時, 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模、開發工作量, 并根據估計結果, 結合進度要求來制定合理的開發計劃, 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責人組織, 對所負責軟件的根據各項軟件的開發和管理工作進行全面的策劃,

12、并安排相關角色依據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計劃、軟件配置管理計劃、軟件質量保證計劃、軟件測量分析計劃、軟件驗證和確認計劃、文件清單以及估計記錄等相關文檔, 文檔經過評審后生效執行。相關文檔是軟件開發過程中各項活動的重要依據文件, 并將隨著軟件研發過程而細化或調整.2.2.2核電軟件需求分析NESTOR項目結合核電工程軟件特點, 在需求階段開展了詳細的需求理解、需求確認、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, 才能準確地將軟件的功能以及非功能的需求從概念描述轉換為具體的可測量

13、的規格說明形式。NESTOR項目的各個軟件在需求分析階段都依據軟件的相關需求完成對應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, 同時建立并維護需求跟蹤矩陣。NESTOR項目在開發的過程中持續跟蹤維護需求矩陣, 確保了需求與項目策劃的一致性, 并在必要時進行變更。2.2.3核電軟件設計與實現軟件的設計是在需求的基礎上, 對軟件開展計算部分的設計以及界面設計工作, 計算部分包括系統結構設計、數據設計、接口設計、算法以及過程設計, 界面部分的設計工作包括界面原型設計以及界面設計, 軟件設計即是把需求轉換成表達的過程。在設計活動完成后, 軟件的設計工程師需要依據體系文件以及相關

14、規范編制相關的軟件設計說明書, 設計說明書可依據軟件規?；蛘邚碗s程度拆分成概要設計說明書以及分模塊的設計說明書。在軟件的實現階段, 按照對應的編碼規范, 依據設計結果實現軟件編制、編譯和調試, 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值計算及界面模塊的目錄結構、模塊結構、全局數據、各模塊的功能和數據, 以及軟件的編譯運行方式、集成方式進行描述用戶手冊主要對軟件的功能、性能、運行環境、安裝以及操作說明進行描述, 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行或評價系統或系統部件的過程, 以驗證它是否滿足規定的需求。測試活動

15、由軟件測試工程師負責, 在測試的策劃階段形成軟件測試計劃并開展測試設計, 包括測試用例說明等相關文檔。NESTOR項目的測試計劃以及測試說明文檔均經過評審, 以確保測試工作的有效性。測試工作嚴格按照計劃及測試說明執行, 對測試過程發現的缺陷應進行報告、確認、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, 由獨立于開發團隊的驗證工程師, 通過確認用例對軟件進行驗證, 確認用例包括基準題、實測數據（試驗數據或電廠運行數據）等, 通過驗證確保軟件的功能、性能以及計算精度滿足預期。采用第三方驗證的方式對所開發軟件的正

16、確性進行確認2.2.5核電軟件VV驗證和確認遵循GJB5000A要求以及軟件工程化體系執行, 從VV的過程、過程中包含的VV活動, 再到具體的VV任務, 多層次全方位地定義驗證和確認流程。N開展VV活動是確保NESTOR軟件的質量和可靠性的重要措施, 通過VV活動確認各項需求以及設計要求正確實施, 識別期望的結果和實際結果之間有無差別, 有效地提高軟件計算的精度并保證軟件的正確性, 確保NESTOR軟件質量。除了項目團隊內的VV團隊, NESTOR項目還創新的采用軟件研發合作模式, 邀請了高校測試組、專業測試公司以及第三方驗證團隊, 針對開發的核電軟件根據相關行業內規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、性能進行全面的測試驗證分析, 有效地摒除了內部團隊在相關工作中的“程式”思維、思路局限性而帶來的漏洞, 更多的發現軟件運行中的問題, 進一步提高所開發核電軟件VV的全面性和客觀性。2.2.6核電軟件結項軟件研制完成后, 項目軟件負責人組織對軟件的測試驗證情況進行分析, 根據項目目標要求, 組織總結分析工作。就軟件的研發工作進行總結, 組織編制軟件開發總結報告, 另外, 還有軟件開發過程中的相關配置管理情況、質量管理情況進行總結, 編制配置管理總結報告以及質量保證總結報告。相關總結文檔完成后, 組織項目結項評審, 軟件具備結項條件后, 提交驗收申請并組織驗收, 形成驗收報告。3結語NESTOR軟件包通過結合廣泛的工程經驗, 依托科學理論和軟件工程化技術的進步, 形成了重要的自主創新能力, 成功應用于華龍一號工程設計與校核, 并正在進一步應用于其他核電工程開發中。部分運行支持軟件也已在國內多個核電廠推廣應用, 發揮了良好的經濟效益。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軟件包的研發工作以及運行管理實現了流程精細化管控以及監督可視化、可控化。確保了NESTOR軟件