（管理科学与工程专业论文）统计过程控制在软件过程改进中的应用研究.pdf

统计过程控制在软件过程改进中的应用研究 摘要 ，、l 敬件是一类重要的资源，其质量的优劣直接影响到使用者的绩效。随着软 件业的蓬勃发展，软件的质量越来越引起人们的广泛关注。反映和控制软件质 量的状况，是软件质量研究的主要内容。国际上，软件质量管理比较成功的做 法是在软件企业内建立质量保障体系，如通过c m m 能力成熟度模型或i s 0 9 0 0 1 认证。这两种质量保障体系都非常重视软件过程改进。本文把统计过程控制原 理运用于软件过程改进，着重研究了利用s h e w h a r t 控制图分析与监控软件过程， 改进软件过程，提高软件过程能力，保证软件过程处于稳定的控制状态，改善 软件产品的质量，提高软件企业的效率与效益，进而增强软件企业的竞争力。y 本文针对软件过程改进，介绍了统计过程控制图的基本结构和基本原理， 分析了目前国内外软件过程改进的基本情况，剖析了软件过程改进的必要性。 为了保证对软件过程问题的诊断有的放矢，保证数据的针对性、有效性，制定 了软件的度量计划。利用传统的s h e w h a r t 控制图( 如散点图、折线图、因果图、 直方图、排列图等) 分析、处理软件过程改进中所采集的数据，去粗取精，去 伪存真，找出其中的规律，分析影响软件过程的的因素，确定软件质量改进的 方向。利用带有控制线的s h e w h a r t 控制图，分析、监控软件过程，找出软件过 程波动的规律，确定过程失控的原因，保证软件过程长期地处于稳定的统计控 制状态，并使软件过程具有一定的可预测性。针对传统的s h e w h a r t 控制图不具 备时域性的缺点，引入了加权移动平均思想，对s h e w h a r t 图进行了改进，并提 出了统计过程控制的实施流程框架。 关键词：软件过程，软件过程改进，统计过程控制，掣量，加权移劫牛均 t h e a p p l i c a t i o n o fs t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r o l f o rs o f t w a r ep r o c e s s i m p r o v e m e n t a b s t r a c t t h es o r w a r ci ss u c ha l l i m p o r t a n tr e s o u r c e t h a ni t s q u a l i t i e sa f f e c tt h eu s e r s p e r f o r m a n c e a st h el a r g en u m b e r so fs o f t w a r ec o r p o r a t i o n sb o o m ，t h es o f t w a r e q u a l i t i e sm o r ea n dm o r ea r o u s ee x t e n s i v ec o n c e m ae s s e n t i a la s p e c to fs o f t w a r e q u a n t i t ys t u d yi st op r o v i d ea n ds u p e r v i s et h es t a t eo f s o f t w a r eq u a l i t i e s t h em a n y f o r e i g ns o f t w a r ec o r p o r a t i o n s a t t r i b u t et h e i rs u c c e s st oc m mo ri s 0 9 0 0 1w h i c h a r a c h sg r e a ti m p o r t a n c et os o r w a r e p r o c e s si m p r o v e m e n t b ya p p l y i n gt h ep r i n c i p l e o fs t a t i s t i c a l p r o c e s sc o n t r o lt o s o f t w a r ep r o c e s si m p r o v e m e n t ，t h ep a p e rs t u d i e s p a r t i c u l a r l yh o w t oa n a l y s ea n dc o n t r o ls o f t w a r ep r o c e s sw i t ht h es h e w h a r tc h a r ti n o r d e rt oi m p r o v et h ec a p a b i l i t yo fs o f t w a r ep r o c e s sa n de n h a n c et h e c o m p e t i t i o n p o w e r o fs o f t w a r ec o r p o r a t i o n s f i r s t l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e st h eb a s i c a ls t r u c t u r ea n d 州n c i p l eo ft h es h e w h a r t c h a r t ，a n a l y s e st h ec u r r e n ti n l a n da n d o v e r s e a s p r i m a r ys i t u a t i o no f s o f t w a r ep r o c e s s i m p r o v e m e n ta n d a n a t o m i e st h e n e c e s s i t y o fs o f t w a r e p r o c e s si m p r o v e m e n t s e c o n d l y , t h es c h e m eo fs o f t w a r em e a s u r i n gi sw o r k e do u t ，w h i c he n s u r e st h e q u e s t i o n so fs o f t w a r ep r o c e s st ob ed i a g n o s e dc o r r e c t l y t h i r d l y , b ya n a l y s i n ga n d p r o c e s s i n gt h ed a t u mw h i c hh a v eb e e nc o l l e c t e df o rs o f t w a r ep r o c e s si m p r o v e m e n t w i mt h et r a d i t i o n a ls h e w h a r tc h a n t h el a w sw h i c ht h ed a t u mi m p l yw o u l db e r e v e a l e ds oa st od e t e r m i n et f l ef a c t o r sw h i c he f f e c to ns o f t w a r e p r o c e s s i m p r o v e m e n ta n dt h ed i r e c t i o nf o rt h ei m p r o v e m e n to fs o f t w a r eq u a l i t y n e x t ，b y a n a l y s i n ga n dc o n t r o l l i n gs o f t w a r ep r o c e s sb y t h es h e w h a r tc h a r tw i t hc o n t r o ll i n e s ， t h ef l u c t u a t i o nl a wo fs o f t w a r ep r o c e s sw o u l db ed e t e c t e da n dt h ec a u s e so f p r o c e s s w h i c hi so u to fc o n t r o lw o u l db ef o u n do u ts oa st oe n s u r et h a ts o f t w a r ep r o c e s sh a s c o n s t a n t l yb e e nu n d e rc o n t r 0 1 f i n a l l y , b e c a u s eo ft h ed e f e c tt h a ti th a s n tt h et i m e s p a n t h et r a d i t i o n a l s h e w h a r tc h a ni s i m p r o v e db yi n t r o d u c i n gw e i g h t e dm o v e a v e r a g e ，i na d d i t i o n ，t h e f r a m e w o r ko f i m p l e m e n t a t i o np r o c e d u r eo fs t a t i s t i c a l p r o c e s sc o n t r o li sb r o u g h t f o r w a r di nt h e p a p e r k e y w o r d s ：s o f t w a r ep r o c e s s ，s o f t w a r ep r o c e s si m p r o v e m e n t ，s t a t i s t i c a lp r o c e s s c o n t r o l ，m e a s u r i n g ，w e i g h t e dm o v ea v e r a g e l l 致谢 本论文是在导师杨善林教授的悉心指导下完成的。从三年前我进入管理学 院读研以来，杨善林教授一直在学业和生活各方面关心、指导着我的成长，我 的每一点进步都离不开他，从治学到为人，他敏锐的科学眼光、严谨的治学态 度、谦和平等的为人处事方式，都使我受益匪浅，同时也必将影响我一生。在 论文完成的这一刻，我首先要深深感谢的就是导师对我的殷殷关切和谆谆教诲。 今后的生活和工作中我一定会牢记导师的教诲，做个对社会有用的人。 在论文的研究期间，李文献、李传军、鲁奎、杨昌慧、郑任、王波、李俊、 王平、魏方传、潘若愚等同学给了我许多宝贵的建议。正因为有了他们，我在 研究生期间才能快乐而充实地度过，这将成为我一生中最为宝贵的精神财富， 支持鼓舞我在未来的道路上充满信心地前进。我非常想借此机会向他们表示我 最衷心的感激之情，并祝愿大家都能心想事成，幸福美满。尤其要感谢李文献 同学，两年来，我们朝夕相处，在生活上相互关心，在学习上互相探讨，并在 这篇论文完成的过程中，给我提出了一些中肯的意见和良好的建议。无以言表， 唯有祝他幸福一生。 同时还要特别感谢陈福集、倪志伟、马溪骏、刘心报、梁昌勇、何建民、 李兴国、刘业政等老师几年来对我的关怀和帮助。个人的成长离不开集体，能 在这样一个科研氛围浓厚、治学踏实严谨、友爱团结、积极向上的集体里，我 何其幸运! 最后感谢论文评审委员会的老师们百忙之中认真对我的论文进行指正。 i l l 作者：戴道明 2 0 0 3 年5 月2 0 日 1 缆计遥毯控制豹擞述 第一章弓l 害 1 。 。 绫计过键控裁的波溺臻魄 绞诗过程控制s p c ( s 拖鞋幽c a l p r o c e s s c o n t r 0 1 躲愚想楚照美黼学者s h e w h a r t 教授夜上个世纪三十年代键出的，现在已经发展成一个非常成熟、e 常完整的 方法体系。该璎谂嚣然扶援出基铡上整缌七十年代焉麓郝没有褥溺怼够的鬣视， 键是二十擞纪，十年代初的质鬣鼙命谴人们重渐认识至它的重簧瞧，统计过程 按睾重衢焕发了脊春的活力。诲多工鼗领域在奄产、质量镣理方瑟都采翔统计 过程控制，并了酝褥了良好的效莱。s p c 在互照生产过程、生产率的筑商釉产 菇痰量虢敬送键方强越澍了强大静耀魂 箬髑。不_ 遵，谈蓊人翻认为统诗过程控 潮是焉来势轿群登罴霄精确重簸褥点豹过程，不太适合辩驻夭为中心静获僚开 发遂纛：l 籍耋豫分耩。 然藤。一方露，壶予软箨瘦溺镶域靛逐猛掇震，对楚丈援模、燹熬蜜垒露 嚣懿较 串鹣嚣浓与嚣绦增，遥港又粕去罨我能够避步撬舞软伴产瑟秘矮爨秘 开发效率戆方濠。雯一方囊，绫诗过程控豪l 在杰鍪a 卡苹蓉发震遗逮，箕方法更 糖戏熟、嚣趋宠罄，崧其它镶域数寝愿获终了陵穴戆藏凌。因j 愆，一些骏馋王 糕磅究太爨舅始尝试把缓嚣过稳按剿方法运用予较磐秀发避程之孛，霹过程韵 稳定性、一致性、状态髑逑展撬供囊戏的谬侩方法，网对对过程的性鄹能力 避行羹纯袭示。嚣薅在较 粤开发避程领域豹若予予过程，麴绽硒、我磁复痊、 霰求分辑秘测试等过程取餐了鼹薯驰成散。这魑为统计过程控制农软l 牛过程改 逡豹应弱提供了强有力的支持靼岱签。 1 2 统计过糕浚割翻豹基本结梅和慕本原理 控制鞠是用予区分器常或特辣原困掰罨| 起鹣波动和过稷嗣封波动豹一种工 其。利厢控制豳能及时得翔辕件邋程怒否稳定，对质量闯颓预期撮警，可以减 少大鬃豹严重损失，逶避辩控铡鹜豹分橱，还霹 奠获褥遗程改潦掰霈豹倍惠。 ( 1 ) 统计过程控淄圈静结构 傣绕的s h e w h a r t 撩涮强黎誊一条孛，洛线( c l ) ，在中线的疆铡育控潮上袋 ( u c l ) 藕撩翻下隈( l c l ) 。中，办线与上下控铡隈是密在辍辞避稷改遴审掰采 黛蕊一级数搀诗舅餐寒嚣，宅识不能久戈攘鑫缓定，只有这样方簸有效蟪揭示 软件过程的状况，否则，它们就失去了分析和监控的意义。画在掖制图上的值 可缓是从 薹餐度量绞计中褥到戆数握。霹戮按时黪绘铡，并终舞按裁藿豹主残 分使用。 s h e w h a r t 控制图的中线通拳怒拔鼹察_ 遘程懿平均僮( 中值秘中值极簇例 外) 。上下控制线通常是3 盯，这星的口怒统计量的标准箍。如果一个控制限 越出了可能的结果值域，如一个受值的产黠尺寸或般障数暇等，邋常雀略这样 的控制限。3 盯界嫩对较大的偏差微敏感并飘把稳定的过程误认为麓失控的概率 极小( 如果出现这种情况则代价很大) 。 ( 2 ) 统计过程控制静基本原理 统计j 过程控制是应用统计学小概率原理来监控软件过程的运行，其原理是： 程一次或澜串，小概率事佟是不能发生静，一量发生就认为系统出现溺题。 把此嗄理转化为工程技术语言可描述为，预先假定过程处于某一状态，一旦显 拳鑫镶离这一状态，可敬掇大可糍魏谈秀过程失控，子是需溪及薅调整过程。# 瓣 统计过程控制监控软件过程，可以判断过程是否处于在控状态，确定引起 l 霪程失控瓣蠢索势热数改滋，减少了系统镶差，穗毫了软传过程戆稳定毯，拭 而最终达到了提高软件产晶的质量。提高了软件企业的生产率。 在软传过程中，存在巍释类型瓣镳差。一耱镶差是强侮敬终避程郝存在兹 内存的不可消除的偏差戏扰动，这是由随机因素造成的，称为公共原因 ( c o m m o nc a u s e s ) 。这穆镳差往缝处于一定范围控裁赛限内，这时称软佟过程 处于“统计控制状态”。另一类偏藏是由于可归属原因( a s s i g n a b l ec a u s e s ) 或 稔为特殊原因( s p e c i a lc a u s e s ) 造成鲍，如由于操作失误、环境改变、偏离过 程、原材料和资源特性的改变造成的偏差，要么已经从过程中排除。要么已经 被遏制，使其不会藿现( 如果有害的话) 或者成为该过程的一个永久部分( 如 鬃是有益的话) 。这时的偏箍已经赭出了控潮界限，称过程处于“失控状态”。” s p c 的理论基础是统计学中的中心极限定律和3 疗原理( 即管瑷学中所说的 干分之三原嬲) 。i l s l 当过程仅受稻趸独立的随机因素影响时，根攒中心极限定 德，子缝榉本均壤x ，( 通零在每次采样中进行n 次测量，称为一个子组，n 称 为样本容爨) 将随着容量的增大而近似服诞态分布，即l i m x ；一n ( ，盯2 ) 。 由3 仃原理， p 卢- 3 a x ， + 3 = 9 9 7 3 即i 落在3 拶范围肉豹概率是9 9 。7 3 ，在有黻次的躐澜内，其值几乎全都 2 落入3 盯范围内，否则可以认为过程受到可归属原因影响，处在“失控状态” 找出并排除引起过程波动的原因，使软件过程重新回归“统计控制状态”。【9 】【1 0 】 i 2 软件过程改进的研究现状 1 2 i 软件过程的含义 所谓软件过程就是人们用以开发和维护软件及其相关的软件工作产品( 如 项目计划、设计文档、编程、源代码测试、质量保证计划以及用户手册等) 的 一系列活动，包括软件工程活动和软件管理活动，其中必然会涉及有关的方法 和技术等。f 3 1 6 l l ”1 在i s o i e c l 2 2 0 7 中，规定软件过程就是软件生存周期所涉 及的一切活动。该国际标准将软件过程分为三类：基本生存周期过程、支持生 存周期过程和组织和生存周期过程，另外还有在该标准的附录中给出的剪裁过 程。f 5 】【l ” 基本过程类包括获取过程、供应过程、开发过程、运作过程和维护过程共5 个过程。这些过程主要为参与或完成软件产品开发、运作或维护的组织( 如软 件产品的需方、供方、开发者、操作者和维护者) 在软件生命周期期间使用。 支持过程类包括文档编制过程、配置管理过程、质量保证过程、验证过程、 确认过程、联合评审过程、审核过程以及问题解决过程共8 个过程。这些过程 对基本过程类起到支持和帮助的作用。有助于软件项目的成功和生产率及软件 质量的提高，支持过程按照基本过程的需要采用和执行。 组织过程类包括管理过程、基础设施过程、改进过程以及培训过程。这些 过程可被一个组织用来建立和实现相关的生命周期过程和由有关人员组成的基 本结构，并不断地改进这些过程和组织结构。 软件过程把软件生产的三个要素( 人、资源和技术) 有机地结合起来，形 成一个高效运作的整体。事实上，由于软件产品是一种富于创造性、创新性的 产品，因此，软件开发过程是复杂的思维过程，很大程度上依赖于开发人员高 度的智力投入。其生产方式没有固定的模式，产品无形，难以度量控制，工作 量难以估计，进度难以衡量，质量难以保证，成本高，修改、维护工作繁重， 开发人员的创造性与产品规范化测试要求是一对需要不断协调的矛盾，并直接 影响软件产品的质量。同时软件规模和复杂度成指数激增。对于大型系统，成 百上千的人共同开发一个系统，需要协调、合作、组织。其次，由于软件行业 是高速发展的行业，不断有新的技术、方法涌现，要求软件过程对技术环境具 有适应性。用户的需求是不确定、不断变化的，要求软件过程对用户需求具有 适应性。因此，软件过程是动态的、变化的、错综复杂的特殊过程。 1 2 2 基于c 舢的软件过程改进 软件能力成熟度模型( c a p a b i l i t ym a t u r i t ym o d e l f o rs o f t w a r e ，简称c m m ) ， 是1 9 8 7 年美国国防部委托卡内基梅隆大学软件工程研究所s e i 主持开发的， 用于评价软件承包商能力并改善软件质量。这套模型自问世以来，得到了众多 国家软件产业界的认可中，已成为美国乃至全球软件工程领域的事实标准。 图1 1c m m 能力成熟度模型的框架 c m m 模型提供了一个软件能力成熟度模型的框架，它将软件过程改进的进 化步骤组织成五个成熟度等级，为软件过程不断改进奠定了一个循序渐进的基 础。这五个成熟度等级定义了一个有序的尺度，用来测量一个组织的软件过程 成熟度和谱价其软件过程能力。遮整等级还能帮秘软件开发组织崮己对其过程 改进工作排出优先次序。成熟度等级是妥耱定义的在向成熟的软件开发组织并 遴途串静平台。每一个袋熬度等级为继续敬进过程提供一个台基。每一等级包 含一组过程目标，通过实施相应的一组关键过程域来达到的一组过程目标。当 这一缝蟊标这蘩辩，就毙使较 孛遗程戆一令相应豹藿要成分褥敬稳定。每达翻 成熟度框架的一个等级，就建立越软件过裰的一个相应稳定成分，从而导致软 拳开发缝织过程煞力一定援度款增长。翅黧i 。l 蘑零。 图1 1 所示的溉个等级各有其不同的行为特征，可通过以下三个方面来描述 不同等级软馋开发缀织的行为特缀：令缀缳为建立或改逐软转避程酝避行熬 活动、对每个项目所进行的活动以及所产缴的跨项目的过程能力。 l 。初始缀 在初始上，软件开发组织一般不能提供开发和维护软件的稳定的环境。由 予缺乏健全的管理实践，不适当的舰划和“消防式”的反应驱动体系会降低良 好的软件工程实践所带来的效益。在危机时刻，项目一般抛弃预定的规程，回 复到仅作编码和测试。项髓的成功完全依赖于有一个杰出的管理者及一个宥经 验的、战斗力强韵软件酞伍。偶尔，有能力的、鳖强的软件管理翥能经受住要 他们在软件过程中“走捷径”的压力，但巍他们离开项目质，他们能使过程稳 定静彩确穗箍之游失。甚麓一个筑律瞧较强的工程瞧攘难究驻由予缺乏健全的 管理实践所造成的不稳定。 秘始缀豹软 孛嚣发缀绫豹过程姥力是不可预溺酌，迸淹随着工作进蓑敬箨 过程经常被改变或修订( 即过程是无序的) 。进度、预算、功能性和产品质照都 不可预溅。实蕤壤凝菝羧予令太戆缝力，纛蘧令久嚣有的按憝、知滚霹动裁翡 不同而变化。初始级的软件开发组织几乎没有明显的稳定的软件过程，只能依 靠个人兹# 力瑟不是组织戆力去预测款转舞发活动豹缝暴。 2 可熬复级 在可整复缀上，软释嚣发组织憋建立管理软传矮嚣和实施这些方铮戆蠼程， 基于在类似项目上的经验对新项目进行策划和管理。达到可重复缀的目的是使 软传项目的有效管理过程臻4 度化，馒褥组织能重复在类似项目上的成功实践。 有效过程应具有如下特征：实用、已文档他、曾实施、己培训、已测量和能改 进。可重复级的软件开发组织中的项目已设置基本的软件餐理和控制。颈鼹的 软件管理者跟踪软件成本、进度和功能性，在满足约定方蕊，一量出现问题能 及时识别。对软件需求和实现需求所开发的工作产品建立簇线，并控制其完整 校。软律项目的标准均己定义，并且组织鼢保证壤确缝执行这些标准。如渠有 分承制方，软件项目便与他们一起努力建立一种强有力的顾客一承制关系。 可重笈缀酶绥缀鹃过耩辘力霹 赣c 括为“有纪律豹”。因为较俘顼鏊豹策麓和 跟踪是稳定的，能熏复以前的成功。由于遵循切实可行的计划，项目过程处于 项目管理体制的有效控制之下。 3 已定义级 在已定义级上，全组织的软件开发和维护的标准过程均已文档化，包括软 件工程过程和软件管理过程，而且，这些过程被集成为一个有机的整体，称为 组织的标准软件过程。用这个标准软件过程来帮助软件管理者和技术人员，使 他们工作更有效。组织在使其软件过程标准化时，利用有效的软件工程实践。 组织中有一个专门负责全组织软件过程活动的组，例如软件工程过程组 ( s e p g ) 。软件开发组织制定并实施全组织的培训计划，以保证其职工和管理 者均具有履行其职责所必需的知识和技能。 项目根据其特征剪裁组织的标准软件过程，从而建立起他们自定义的软件 过程，称作项目定义软件过程。一个已定义软件过程包含一组协调的、集成的、 妥善定义的软件工程过程和管理过程。妥善定义的过程具有如下特征：具有关 于准备就绪的判据、输入、标准、进行工作的规程、验证机制( 例如同行专家 评审) 、输出以及关于完成的判据。因为软件过程已妥善定义，管理者就能洞察 所有项目的技术进展情况。 已定义级的组织的软件过程能力可概括为“标准的和一致的”。因为无论软 件工程活动还是管理活动，过程都是稳定的且可重复的。在所建立的产品生产 线内，成本、进度和功能性均受控制、对软件质量也进行了跟踪。这种过程能 力建立在整个组织范围内对已定义过程中的活动、角色和职责的共同理解之上。 4 己管理级 在已管理级上，组织对软件产品和过程都设置了定量的质量目标。对所有 项目都测量其重要软件过程活动的生产率和质量。利用全组织的软件过程数据 库收集和分析从项目定义软件过程中得到的数据。在已管理级上的软件过程均 包含妥善定义的且一致的测量活动。这些测量数据为定量地评价项目的软件过 程和产品打下了基础。 项目通过将其过程的实际变化限制在定量的可接受范围之内，从而实现对 其产品和过程的控制。项目能对其过程的非随机变化与随机变化( 噪声) 加以 区别。开发新应用领域的软件可能带来的风险是已知的，可预测的，并得到精 心的管理。 已管理级的组织的软件过程能力可概括为“可预测的”。因为过程是已测量 的并在可接受的范围内运行。该等级的过程能力使软件开发组织能在定量限制 的范围内预测过程和产品质量方面的趋势。当超过限制范围时，采取措施予以 纠正，使软件产品具有可预测的高质量。 5 优化级 在优化级上，整个组织集中精力进行不断的过程改进。为了预防缺陷出现， 组织有办法识别出过程的弱点并预先予以加强。在对新技术和推荐的软件过程 更动进行费效分析时，利用有关软件过程有效性的数据，识别出采用了最佳软 件工程实践的技术创新，并推广到整个组织。 优化级的组织的所有软件项目组都分析缺陷，确定其原因，并且认真评价 软件过程，以防止已知类型的缺陷再次出现，同时将经验教训告知其他项目。 优化级的组织的软件过程能力的基本特征是“不断改进的”。因为这些组织 为扩大其过程能力的范围进行着不懈的努力，因而不断改善其项目的过程实效。 为了能够不断改进，既采用在现有过程中增量式的前进的办法，也采用借助新 技术、新方法进行革新的办法。 然而，c m m 模型仅仅规定了傲什么，而没有规定如何去实现。为此，美国 的卡内基梅隆大学的软件工程研究所s e i 为一个要求改进软件过程的组织引 入了i d e a l 模型、c b ai p i 评估法和s p f 软件过程框架。 ( 】) i d e a l 模型 1 3 1 i d e a l 模型是专为软件组织用于计划、指导、实现过程改进而开发的，它 概括了建立一个成功的过程改进项目所必须经历的五个阶段：( a ) i ：i n i t i a t i n g ( 初始化) ，为成功地进行过程改进而打好基础，确定改进范围并获得支持；( b ) d - d i a g n o s i n g ( 诊断) ，评估当前过程，提出改进建议：( c ) e ：e s t a b l i s h i n g ( 建 立) ，确定改进策略，选择和计划特定的改进活动；( d ) a ：a c t i n g ( 行动) ，设 计、指导、实现以及改进的制度化；( e ) l ：l e a r n i n g ( 学习) ，确定基于i d e a l 模型的改进活动的有效性，总结存在的问题。这五个阶段是一次基本的过程改 进循环。一个软件组织首先要通过过程评估、能力评估等手段诊断自己处于哪 一个层次、存在什么问题，然后列出改进计划，经过相关的培训、实施，最后 作出总结。一个过程的改进紧跟着下一个过程的开始，从而进入“理解、评价 现有软件过程寸确定过程改进重点寸实施过程改进_ 检查执行的情况”的又 一个循环。i d e a l 模型充分体现了戴明、费根堡姆等专家提倡的p d c a 循环， 表明了软件改进过程是一个循环的、永不停止的过程，说明了c m m 倡导的软 件过程改进注重可持续发展。 ( 2 ) c b ai p i 评估法 c b ai p i 评估法是专为软件组织进行内部过程评估而设计的，其主要目标 是：( a ) 支持、鼓励和帮助软件组织致力于内部过程改进；( b ) 使用c m m 作 为参考，为软件组织准确地指明其当前软件过程的优势和弱点，指出需要改进 的关键过程域，并帮助软件组织建立改进软件过程的完整实施计划。 ( 3 ) 软件过程框架s p f 软件过程框架s p f ( s o f t w a r e p r o c e s s f r a m e w o r k ) 是c m m 模型的副产品。 它以c m m 模型为基础，对c m m 的关键实践进行分类重组，以便于对软件过 程的设计、审查与分析。其目标就是为软件企业建立一个清晰的、可重复执行 的流程，以帮助软件企业按时完成项目各阶段的工作。s p f 的具体作用是，以 一种便利的方式提供软件过程定义所需的信息：识别c m m 推荐的方针、标准、 过程、规程、培训及工具：提供检查表、以确保过程定义符合c m m 的要求。 1 2 3 基于i s 0 9 0 0 1 的软件过程改进 改进软件质量的另一种尝试是基于国际标准化组织i s 0 9 0 0 0 系列标准。 i s 0 9 0 0 0 标准系列是一个大家庭，由五个部分组成：质量术语标准、质量保证 标准、质量管理标准、质量保证标准的选用和实施指南、支持性技术标准。适 用于各种范围广泛的工业活动，包括设计、开发、生产、安装、服务。 质量保证标准是i s 0 9 0 0 0 系列的核心内容，也是质量体系列认证的依据。 此标准包括三个模式，即i s 0 9 0 0 1 、i s 0 9 0 0 2 以及i s 0 9 0 0 3 。其中i s 0 9 0 0 3 是 专门为软件行业颁发的标准。 i s 0 9 0 0 0 有许多c m m 的特征。i s 0 9 0 0 0 强调要用文字和图形对过程进行文 档的编写，以保证一致性和可理解性。i s 0 9 0 0 0 的基本原理是，坚持标准不能 1 0 0 地保证产品的质量，但能降低产品质量较差的风险。i s 0 9 0 0 0 只是质量系 统的一部分，同样需要的是管理部门的质量承诺，密切关注工作人员的培训， 以及为持续的质量改进确定目标并实现。两种模型都强调确保过程改进所必须 采取的修正行动。c m m 和i s 0 9 0 0 0 有相同的目标，即软件过程改进， 2 0 0 0 版的i s 0 9 0 0 0 族标准的i s 0 9 0 0 1 明确提出了四大板块结构的过程方法 模式，即管理职责、资源管理、产品实现和测量、分析和改进四大过程。体现 了策划( p ) 一实施( d ) 检查( c ) 斗改进( a ) 的良性循环。明确提出了 “持续改进”要求：“建立质量管理体系，形成文件，加以实施和保持，并持续 改进其有效性。”在认识上进一步提高到：持续改进不仅仅是针对发现的或潜在 的不合格，还应包括合格部分，也必须随外界需求的变化而不断改进。i s 0 9 0 0 4 的附录b 持续改进的过程为实施持续改进提供了详细的方法指导。【1 3 1 1 3 软件改进的必要性 ( 1 ) 市场竞争与国际竞争的需要 市场竞争是多方位的竞争，其中软件产品的质量( 包括服务质量) 是主要 的竞争。企业在国际市场的质量竞争中能否获胜的重要条件之一，就是能否提 供不断改进的高质量的软件产品和服务。这种竞争已成为世界性的潮流，正滚 滚向前，不可逆转。只有顺应这股世界潮流、力争上游，企业才能在国际市场 上获得生存和发展。 ( 2 ) 顾客及相关方的期望 顾客是指接受产品的组织或个人。顾客可以是组织内部的或外部的。消费 者、委托人、最终使用者、零售商、受益者和采购方等个人和组织都是颁客。 “相关方”建指与缀织的鼗绩或成就有利益关系的个入或圈体。铆知，顾 客、所有者、员工、供方、银行、工会、合作伙伴或社会等。 企渡( 组织的一类。下同) 依存予顾客，懿鞭客为关注焦点。 要实现以顾客为关浊焦点的原则，其基本途径在于理解顾客当前和朱来的 嚣求，满足颓客静要求并争取超越颓客静期望，关键在予“超越簇客期望”。惟 独如此，企业才能争取到更多的顾客和市场份额。 ( 3 ) 法簿囊 壬重大 当今，就产品而言，企业必须承担的法律责任大概有这几项：质量赞任、 翔汉产权责和任劳魂攥护责程。 ( a ) 产品质量责任 这怒楣关豹“质量法”瑟撅定豹。众烛为避嶷产品缺貉绘颞磐豢来魏髓人 身伤害或者财产损失，为避免因此而承糖赔偿等法律责任和给企业带来倍誉损 害，就必须瓠好质量保诞和质量改进，必须及时发现产熬使用中浆闯题并加以 改进。 ( b ) 知识产权责任 知谈产权包括专利和著作投等方面的融容。对于企监，法律责任既怒限制， 也是保护。限制是指企业不可以对别人的质量改进任意抄袭、模仿。保护是指 企监对囊云的翔识产权粕有独事权利和撵绝往。逑反者必须承担稽关法律资任。 因此，众业在研究开发和设计之前，对相关技术的法律状态必须有足够的了解 和分橱。它又燕一种动力，是法律责任稳使企鼗独辟蹊较进行质麓改遴。 ( c ) 劳动保护责任 劳动徐护素经主要怒金韭内帮熬劳动保护。麓土所述懿劳动嚣境裸轳，牵 涉到另方面问题就是弱工的劳幼保护责任。这项责任程劳动法中作了详 维蔑定。企韭霉恣不戆只鬏生产，或者哭簇洚低残本，只颓产熬嚣不鼷势动霖 护方面的质量改进了。 ( 4 ) 技零剖掰 技术创新是企业质量改进必经的成功之路。从产品( 包括服务) 意义上讲， 裴量改j 楚裁意竦着技术铷叛。只骞技术创新才熊够有效她改进质量。国逡终各 行各业都有一批优秀企业。它们正是在开展技术创新方面取得了显著成绩，才 戏为优秀企业的。这些成功的典型可以俸为技术创新动住成功的范倒。 当今企业必须下大力气，花大本钱，通过质赞改进开展技术创新，掇高技 术创新的能力。这才是持续改进的根本保证。曹先，对技术创新要充分认识， 高度重褫，切实行动；其次，在质量改：i 活动中提倡刨意和倒新，应时刻不忘 要让创掰意识和创新活动成为员工关注的焦点：第三，人人参与质量改进和技 术谶薪活动，丽不能立于人久参与质量保证活动；第霞，培谰员工，学黻致用。 9 既要重视“知识的获取”，更要重视“知识的运用”一一技术创新，从根本上提 高企业的创新能力。 1 4 本文内容安排 文章共分六章，第一章为引言部分，分为5 节，主要介绍了统计过程控制 的应用情况，控制图的基本结构和基本原理。介绍了软件过程改进的研究现状， 剖析了软件过程改进的必要性。第二章，分为5 节，主要研究如何制定软件过 程的度量计划，阐述了软件度量的含义与作用，确定过程的问题的方法步骤， 怎样选择和定义度量。如何进行度量。第三章，分为5 节，分析了采集数据的 任务、应注意的问题及其标准，利用传统的s h e w h a r t 控制图( 散点图、折线图、 因果图、直方图、排列图等) 分析、整理所收集的数据。第四章，分为1 1 节， 主要研究了用x 图和r 图、x 图和s 图、连续数据的单点值和移动极差( x m r ) 图、离散数据的单点值和移动极差( x m r ) 图、单点值和中值移动极差图以及 移动平均值和移动极差图等s h e w h a r t 控制图分析和监控软件过程。第五章，分 为3 节，主要引入了加权移动平均思想对传统的s h e w h a r t 控制图进行了改进， 并提出了s p c 的实施流程框架。第六章为总结与展望部分，总结了文章的研究 成果，指出了所存在的不足之处，并结合软件过程改进，对统计过程控制的发 展趋势进行了预测。 第二章软件过程的度量计划 软件度量是非常强大的工具。它可以帮助更好地理解软件开发过程，使其 变得前所未有的直观。如果看到某些异常，则可能要调整计划以保证预期的目 标的实现。 2 1软件度量的含义与作用 软件的度量是一个很重要的同时又是有待研究和发展的领域。软件的维护 是软件生命周期中的关键一环，而有效的软件维护必须建立在度量的基础之上。 一个软件系统，如果不能对它进行度量，那么就不能对它实施有效的控制和管 理。 2 1 1 软件度量的含义 度量的目的是为软件产品提供量化的测量结果，以避免主观的论断。软件 度量有质量的度量和过程的度量之分。软件质量是软件所必须具有的属性应当 达到的标准，这些属性必须清楚加以定义，并且有可以测量的指标。费用、人 力、时间等度量属于过程度量。度量的方法应能够用于软件整个生命周期以测 定需求是否得到满足。 i e e e 在“s t a n d a r df o rs o , w a r e q u “i t y m e t r i c s m e t h o d o l o g y , i e e e s t d 1 0 6 1 1 9 9 2 。1 9 9 3 ”中，对度量( m e t r i c s ) 和测量( m e a s u r e 、m e a s u r e m e n t ) 分别作了定义，对于软件质量的度量，定义如下f 7 】： 度量是一个函数，它的输入是软件数据，输出是单一的数值，能用以解释 软件所具有的一个给定属性对质量影响的程度。 测量( 动词) ：就是和一种标准相比较以估价或确定值的方法。它是一种度 量的方法。 测量( 名词) ：就是测量的动作或过程。它是测量所得到的数值、范围或总 量。 在i e e e 的定义中，对于什么是“软件数据”没有明确的定义。实际上当要 测量一个标志质量的值时，被测量的对象应是一种软件产品，那么，这个被测 量的产品就是输入的软件数据，例如：一个过程、一个方法、一个类、一个部 件，以及一个软件系统。这些软件数据都可以形式地予以定义，例如可以用b n f 范式写出： ( 系统) ：= ( 部件) ( 部件) ：= ( 元素) ( 类) i ( 类的聚集) i ( 模块) ( 元素) ：= ( 数据项) i ( 状态变量) i ( 方法) ( 类) ：= ( 标识) ( 元素) ( 作用域) ( 继承关系) ( 与其他类的调用关系) 等等，依此类推。 在实际工作中，有的软件度量不一定能够用数值表达出来，而是依靠判断 给出定性的结论，如软件的可理解性、可读性。所以把这类度量叫做“主观度 量”，而把可以得到单一数值的叫做“客观度量”。当测量的值可以证实和某个 软件属性统计地联系在一起的度量，则被称为“证实的度量”。 2 i 2 软件度量的作用 在今天的软件工程管理中，我们经常遇到不精确现象。不精确与软件开发 过程的三大输出有关：成本、计划和质量。在软件开发寿命周期的不同阶段， 不精确程度各不相同。我们用不同方法介绍相同的问题，大多数情况下用质量 作为例子( 怎么知道软件可以发给客户站点? 通常，我们提交软件产品时，不 是因为对软件质量满意，而是因为交货期到了，必须要提交产品了) 。 我们并不特别注意这种现象。我们就是这样管理软件项目的。我们进行软 件项目计划、估计结果和进行决策，但往往不是定量进行。描述开发软件项目 的过程时有一定的模糊性，如“项目很复杂，可能需要更多的开发时间”、“我 们有了大的进展”、“我们没有足够资源来完成项目”或“应该简化要求”等等。 项目经理经常要面对各种各样的问题，要对付大多数项目延期的机制和成本超 出预算的问题。他们要决定如何限制财务与人事资源，既满足客户需要，又符 合机构的战略性业务计划。连续使软件开发过程成熟要求有一个信息源，表示 过程性能的有效性和软件成熟度。需要测量过程性能的有效性，保证软件开发 处于控制状态。还要测量软件成熟度，保证软件产品可以发给最终用户。 项目经理对项目数据的具体含义和定量有很大的模糊之处。进行的测量和 收集的数据表示对项目或软件开发过程的知识。度量只是测量的数据点。 软件度量的主要目的是向过程提供实际数值，从已知原因转到相关效果。 度量提供软件工程中的排序依据。在软件开发寿命周期的不同阶段客观地量化 软件质量与可靠性并将这个信息转化为对应的成本风险和成本效益议程，这是 商业行业的重要问题。【3 】” 2 2 确定软件过程的问题 经验表明，确定关键因素很重要，因为这些因素影响过程达到的既定目标。 这些关键因素常常源于要害关系或代表风险水平的问题。这些风险会削弱实现 目标、职责或承诺的能力；它们有时也起因于规格说明。我们把这些关键因素 全部称为问题。需要注意的是，问题不一定就是难题，更确切地解释是，从对 过程和过程产品的理解和经验来看，问题描述了需要关注的情况。 2 2 1 标识软件过程问题的步骤 下列步骤概括标识过程问题的简明方法。 ( 1 ) 阐明商业目标和目的。理解商业目标或目的与软件过程相关的联 系。在大多数情况下，与成本、质量或时间紧密相关的商业目标和目的可以很 容易地映射到适当的软件过程。 ( 2 ) 确定关键过程。过去曾出过问题的过程、跨越部门执行的过程、首 次使用某种技术的过程、超工作负担的过程和提供输入或支持后续过程的过程 都是关键过程的主要候选者。关键过程列表可能会随时间段的不同或在开发、 支持循环中的进展而有所不同。 ( 3 ) 列出每一个关键过程的目标。根据过程特点列出目标有助于确定待 解决的问题领域。这可以根据你想要控制或改进的产品或过程的属性来进行。 对一个过程来说，能否成功地达到目标，依赖于它的上游过程的特点。如果这 些上游过程还没有被确定，应该把它们加入到第二步建立的列表中去。 ( 4 ) 列出与过程有关的待解决的问题领域。这包括会影响到实现目标的 要害关系或问题，为了能正确地确定这类领域的问题，必须对过程有深入的了 解，并知道一个过程与另一个过程之间的联系。过程的流程图和与过程有关的 实体列表对此有极大的帮助。 ( 5 ) 把列出的待解决问题归到公共的领域或不同的专题中。这有助于确 定用那些最合适的度量来描述和量化问题。 2 2 2 软件过程的公共问题 每个软件过程都至少有3 4 个共有的特性。过程除了生产特定的产品或提 供服务外，在生产产品和提供服务时都需要消耗资源和时间：都期望能够准时 交付产品；都会不时地产生出一些残次品。由于这些相同点，有4 个与过程有 关的基础问题。这此问题是每个参与过程管理成员都要考虑的：产品质量( 规 格说唆、蕊定公麓、镬碍缀翻帮缺陷) ：_ i 耍徭持续辩阉t 产品交彳寸和过程成本。 邈些问题和过程性能属性非常紧密地结合在一起，而这些属性正怒一个组织想 簧氆整对避程逶符控毒l 帮改进静。在遮蒌，我键灵瓣那些对丈多数维织都缀重 要，也是所有软件过程共有的问题进行各部分的论述。它们很容易度量，并且 这些竭题为过程懿参与考提供寿慈豹参考。 1 产品质量( 规格说明、规定公差、使用限制和缺陷) 。变化频繁和偏离 鼹标戆过程容易产生缺陷。产品中产生的挟照会繁来多方嚣豹影峨。蓠毙露要 熟练员工以其迸杼检测、排除、修复和重测等工作。其次，