隨著計算機技術的發展及可利用資源的增多，愈來愈多的數控系統采用PCNC方式，以前許多由硬件完成的功能現在交由軟件處理，這對數控軟件的設計提出了更高的要求。另外，一套數控軟件的設計通常需要花費幾年時間才能完成，因此，如何保證軟件的質量和良好的可重用性就顯得非常重要。

1 數控軟件開發過程中存在的問題

　　80年代初，我國引進日本FANUC數控系統及軟件技術，以后又相繼引入德國西門子、美國AB等公司的數控系統。由于采用大板組裝方式，因而未形成真正的數控軟件開發和生產的工業化規模。進入90年代后，許多研究院所和公司著手進行數控系統和數控軟件的研制開發，由于投資分散，各自以小作坊方式存在，因此我國的數控軟件開發與生產的能力依然很差，其中存在的主要問題有以下幾點。

　　遺產軟件系統和現有軟件系統的綜合利用問題

　　由于數控技術的不斷發展和更新，現存的一些遺產數控系統軟件正逐漸退出使用，我們應該對這些軟件進行挖掘整理，進行可重用設計，以便獲得有用的軟件構件。而隨著時間的流逝，現有的數控系統軟件又會逐漸變得不可使用，為了適應當前技術的發展和需求的變化，我們應采用更易于理解的、適應變化的、可重用的系統軟件構架，對現有軟件進行維護、改進，以便提高軟件質量、延長軟件生命周期。

　　數控軟件開發與需求管理和計劃實施問題

　　數控軟件產品必須滿足用戶的需求，但是用戶對系統功能、開發時間、產品價格的要求往往比較苛刻。其需求在開發過程中又常常發生變化，因而系統軟件的復雜性不斷增長，軟件開發活動的可見性越來越差，一旦投入資金、設備和人力，卻無法預測何時會出結果，更無法把握研制出來的產品是否為用戶所需。我們必須研究適當的方法，以控制和管理這些需求變化，并能保證數控軟件的開發步驟不背離用戶的需求。

　　基于個人行為的軟件開發方式

　　企業化生產能力是相對于個人化生產能力而言的，兩種不同的軟件開發方式將產生完全不同的結果。當前我國的軟件開發仍是基于個人行為，這樣的開發方式及其開發過程，對企業而言無疑是一個黑箱。項目的成功與否僅僅依賴于個人的技術水平和職業道德，開發過程中所獲得的成功與失敗的經驗，很難對企業今后的軟件開發提供有益的幫助，尤其是軟件從業人員的頻繁流動和同行之間的激烈競爭對企業構成嚴重威脅。例如一個技術骨干離開一個汽車生產公司不會影響汽車的生產，因為其生產線是靠一套規范和程序保證的。而對于一個軟件公司，不要說骨干，即使一個主要程序員的突然離開，都會使整個項目拖延，甚至造成無法挽回的損失。數控軟件項目往往投資大周期長，如何減少個人行為的影響，保證開發過程的規范進行及軟件的延續性和可重用性，就顯得至關重要。

　　作坊式的軟件開發過程及其工業化、工程化問題

　　許多企業的軟件開發過程仍屬小作坊方式。企業將軟件項目交由課題組實施，所有有關的項目活動均由小組決策執行，企業很難對項目進行量化管理。即使項目做得非常成功，企業也很難讓其它小組共享其經驗。這種開發過程無法形成規模，數控軟件的開發生產很難走工業化、工程化道路。

2 數控軟件的質量控制

　　數控軟件開發過程中所存在的問題，將會影響數控軟件的質量，如何解決這些問題?如何控制軟件質量?如何提高企業的軟件過程能力?這已經成為企業和軟件業內人士十分關注的問題。

　　90年代初，美國卡內基.梅隆大學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際上最流行、最實用的一種軟件生產過程標準，并成為事實上的軟件過程改進的工業標準和規模型軟件生產不可缺少的一項重要規范。

　　所謂企業的軟件過程能力，是指企業建立和執行軟件開發過程規范和標準的能力。企業必須采用嚴格的制度和流程規范，確保軟件開發的透明性和可操作性，確保開發過程的經驗為企業今后的軟件開發提供有益的借鑒和參考。

　　根據SW-CMM模型要求以及針對上述軟件開發過程中所存在的問題，在技術和管理兩個方面對數控軟件的質量進行綜合控制，可采取如下措施。

　　應用軟件復用技術

　　軟件復用是指重復使用“為了復用目的而設計的軟件”的過程，這是在軟件開發中避免重復勞動的一種解決方案。軟件復用的目的是使應用系統的開發不再采用一切從零開始的模式，而是在原有工作的基礎上，充分利用過去在系統開發中所積累的知識、經驗和開發成果，通過復用技術，將這些有用資產進行可重用構件的裁剪、提取、改造、重組，在原有系統的可靠性基礎上將其演化成未來的新系統，從而避免重復勞動和重新開發引入的弊病，將開發重點集中于特殊構成部分。

　　軟件復用技術的基本框架由決策分析、系統理解、系統演化組成。例如，數控系統軟件的核心構件分別為插補運算、加減速處理、PLC控制、刀具誤差補償、間隙和螺距誤差補償等模塊。這些軟件模塊都經過實際運行考驗，具有較高可靠性。根據軟件復用原則，對系統軟件的核心模塊進行分析，在充分消化、理解的基礎上將其裁剪、修改、重組，演化成新的系統，從而縮短數控軟件的開發與生產周期，提高開發效率和質量。

　　面向對象的軟件工程學設計方法和構件技術

　　在技術上保證軟件的質量和可重用性，關鍵是采用面向對象的軟件工程學設計方法及構件技術。數控系統對實時性要求較高。早期的數控系統由于受硬件技術的限制，程序設計大多采用匯編語言，導致程序的結構化程度低，調試和維護困難。隨著硬件技術的發展，現在的數控系統通常采用面向對象的編程(OOP)和結構化設計方法，大大提高了系統的可調試性和可維護性。面向對象的軟件工程學設計方法不同于面向對象的編程，前者強調在軟件開發中以設計為主導，注重開發方法在開發過程中的應用；后者則強調所使用的開發手段，具有較大的被動性。

　　程序設計采用構件技術，可以提高系統的可靠性和可重用性。所謂構件是指系統中可以明確辨識的構成成分。構件也不是僅僅局限于源代碼構件，而是延伸至對開發活動有用的信息，例如，系統和軟件的需求規劃、系統和軟件的結構、文檔、測試計劃、測試案例及典型數據等。數控系統軟件可分成三大構件：MMI人機界面、MMC機床運動控制、PLC可編程邏輯控制器。MMI可分為動態MMI、靜態MMI；MMC可按照功能將其分為不同的小構件；PLC可分為DI和DO處理構件。通過不同的數據和程序的封裝組成不同的小構件，然后對不同的小構件進行組裝，從而構成具有不同功能和風格的數控系統。構件技術的關鍵是如何對構件進行選擇、構筑、描述、分類、組裝及標準化。若能熟練掌握和運用以上方法與技術，將會使數控軟件開發走上工業化、工程化的發展軌道，從而保證軟件開發的質量及可重用性。

　　運用SW-CMM軟件過程能力成熟模型

　　一個企業所具有的軟件開發能力取決于該企業的過程能力。在體現企業軟件開發能力的諸多因素中，技術和工具并非第一要素，企業的過程能力則起著更為重要的作用。企業建立一個軟件開發過程，并通過政策保證，強制實行這個過程。項目的執行不再是一個黑箱子，企業清楚地知道該項目是按規定的過程進行的。該過程執行一段時間后，可根據反映的問題改善這個過程，使其逐漸完善、成熟。由于過程不再依賴于個人，而是企業開發經驗的結晶，因此基于這個過程的軟件開發能力也隨之成熟。

　　SW-CMM將企業的軟件開發與生產過程分成五個階段：初始級、可重復級、可定義級、管理級、優化級。在上述不同階段，軟件開發與生產的成熟程度將給企業帶來完全不同的效果，軟件開發與生產的計劃精度會越來越高，每單位工程的生產周期越來越短，每單位工程的成本越來越低。這是因為根據SW-CMM模型的軟件成熟度實踐要求，采用更加規范的開發標準和方法，使用更加科學和精確的度量方法，選擇便于管理和使用的開發工具，形成整個工程的可重構性、可分解性，根據過程執行的反饋信息改善下一步的執行過程，實現過程的最優化。

　　SW-CMM提供了一個基于過去所有軟件工程成果的過程改善的框架。根據這個框架管理企業內部的軟件開發過程，可極大程度地提高企業按計劃的時間和成本，提交有質量保證的軟件產品的能力。同時，在軟件開發與生產過程中，采用該模型實現軟件開發的標準化，有利于縮短開發周期、提高軟件的開發與生產效率，有助于在市場經濟的多樣化、復雜化的環境中實現軟件的工業化。

　　建立面向管理的軟件開發過程

　　軟件系統開發的基本問題是如何管理開發過程，使開發過程可控且可重復。開發過程的管理主要包括以下幾項工作。

　　需求管理　管理的目標是軟件需求能被控制，并產生一個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現用戶需求的項目之間達成一種共識，使二者保持一致。這就意味著用戶的需求應該是合理可行的，項目的目標應能滿足用戶的需求，需求管理就是建立并維護這種共識。需求管理是一個相對動態的過程，要達到此目的，必須保證與用戶和市場進行經常性溝通，根據用戶和市場的變化，對項目的執行進行動態調整。

　　項目管理　軟件工程項目能否成功的主要因素在于項目管理，而項目能否有效進行管理的關鍵在于項目過程的可見性。如果軟件項目計劃不能按期完成，主要原因有兩個方面：一方面是由于計劃執行和管理的能力不夠；另一是計劃本身欠合理有效。軟件項目管理的目的在于建立合理有效的軟件項目計劃，保證項目按時、按需完成。這就要求對于軟件項目的規模、資源要求、風險、資金等有一個合理的估算，估算的合理性依賴于對需求及軟件技術的充分了解。項目執行前，各參與方應明確并承擔各自的責任。項目實施過程中，應設置合理的檢查點，對項目進行監控和跟蹤，從而為軟件開發提供良好的可見性及可調整性，保證計劃順利完成。

　　合同管理和軟件質量保證活動　合同管理是一個基本的關鍵過程域。合同管理的目的就是選擇合格的軟件承包商，并進行有效的管理。

　　軟件子承包商的選擇應由項目責任者(業主或主承包商)負責，子承包商的選擇應是基于能力的，項目的責任者與子承包商對所承包的項目責任要有一致的認同，并保持不斷地交流。項目的責任者應根據合同中所規定的責任，跟蹤子承包商實際工作結果。

　　軟件質量保證活動是項目管理所提供的過程可見性的一個工具。由于開發軟件系統或軟件產品的過程是決定項目成功與否的關鍵因素，因此軟件質量保證活動就是評審和審計軟件活動和軟件產品。評審和審計的依據是項目的實施步驟和相關標準。軟件質量保證活動不能隨意，必須經過充分的討論和協商，相關的組織和個人必須了解質量保證活動及其結果。為了解決質量保證組織與軟件開發組織對某些開發活動或開發出的產品的評價所發生的爭議和分歧，企業應定義更高層次的管理組織，負責解決這些爭議和分歧。

　　軟件配置管理　軟件從需求分析開始到最后提交產品要經歷幾個階段，每個階段的工作產品又會有不同的版本，如何在整個生存期內建立和維護產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基本的關鍵過程域，它遵循了傳統軟件配置管理的概念。其基本工作內容是標識軟件配置項，建立產品基線庫，對配置項的修改加以系統的控制。產品基線庫的狀態可以隨時了解。此外，同軟件質量保證活動一樣，軟件配置管理活動必須制定計劃，不是隨意的行為。其主要依據是各種文檔及說明書，這是保證用戶能夠正確使用產品和產品進入市場的關鍵。

　　綜上所述，在數控軟件開發過程中，如果從技術和管理兩個方面采用合理的方法，一方面可以保證軟件的質量和良好的可重用性，另一方面可以為數控軟件的開發逐步走上工業化、工程化的發展軌道奠定良好的基礎。