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【航空标准化~~浅议航空武器装备软件测评质量评估方法】
航空工业综合所 今天
导语
航空武器装备软件多为嵌入式软件，具有特定运行环境，实时性强，而且多为高安全、高可靠性软件。作为武器装备的“神经中枢”，其地位和作用日益突出，软件质量已成为决定航空装备战斗力生成的关键因素。软件测评作为保证软件质量的重要手段，已成为航空武器装备软件研制和定型中的一个重要环节。
1分析影响软件测评质量的主要因素
结合航空武器装备软件（简称：航空软件）测评的特点，立足以往开展航空软件测评工作的基础，分析测试准入条件、测试技术、测试过程控制三个方面对航空软件测评质量的影响。
1.1测试准入条件对测评质量的影响
《航空军用软件定型测评进入条件评估标准》包括文档适用性、软件技术状态有效性、内部测试充分性和定型测评环境完备性四个方面的内容。文档适用性主要评估软件研制文档完整性，软件技术状态有效性主要评估软件技术状态已确定并纳入配置管理，内部测试充分性主要评估文档审查与代码审查充分性、单元测试充分性、配置项测试充分性、系统测试充分性，定型测评环境完备性主要评估配置项测试环境有效性、系统测试环境有效性、测试环境可用性。此外，测评人员是否符合要求也是测试准入条件的重要方面，测评人员的素质直接影响测评质量。
1.2测试技术对测评质量的影响
针对适航标准，结合航空软件测试流程，对航空软件单元测试、配置项测试、部件集成测试和系统测试的技术要求进行分析，从技术层面总结出影响软件测评质量的因素，主要集中在测试需求的确定、测试环境的准备、测试用例的设计三个方面。航空软件测试需求分析质量将直接影响被测软件的测试充分性。测试环境的准备是否有效，是否支持所有测试项的测试，以及与实装环境的差异，也会影响航空软件测评质量。测试用例设计是否合理，是否覆盖被测试软件需求，对软件测试有效性、充分性和测试效率均产生影响。
1.3测试过程控制对测评质量的影响
测试过程控制中的项目策划、项目监督、质量保证和配置管理，是影响航空软件测评质量的主要因素。项目策划贯穿于测评过程每个阶段，由项目负责人组织测评项目组进行阶段实施策划，拆分技术活动，编制和分配任务描述表。项目监督是在进行里程碑节点任务统计分析的同时，组织例会和内部评审，并与委托方、军代表、研制方沟通和评价项目的进展情况。质量保证是依据测评质量保证计划，评审软件测评活动，审核测评工作产品，验证其符合性，及时通报结果，跟踪不符合项的解决情况。配置管理是对整个测评项目生存周期内的被测件和测评项目的工作产品、测试工具和测试环境进行版本控制，维护其完整性。
2研究确定软件测评质量度量指标
一个良好成熟度的软件测评过程不仅是定性描述，而且是可量化的过程，选取可表针其质量状况的度量指标是关键。在分析影响航空软件测评质量主要因素的基础上，本着有效性和可实施性的原则，把测试准入条件、测试技术和测试过程控制三个方面，归纳总结为测评管理和测评技术两个维度，分析确定影响软件测评质量的可度量指标。
2.1测评管理过程
航空软件测评管理过程，主要是围绕持续改进测评项目的质量、提高生产率和降低成本三方面，开展软件测评全过程的监控和管理。管理是全过程的，度量是发生在项目实施过程中和结束后。通过加强航空软件测评过程管理和考核，一方面可作为测评项目承担单位的资产库内容，指导后续项目的执行；另一方面可以评估正在进行的测评项目的质量状况、跟踪阶段测评发现问题的解决情况、预测项目执行过程中存在的风险、调整优化工作进度和流程。把测试准入条件中规定的四个方面，以及测试过程控制中总结的四个因素，进行分析研究，归纳概括为测评实施前、实施中、实施后三个阶段的管理活动，可以分别用测评策划有效性、进度偏差、评审发现的问题跟踪这三个指标，作为测评管理过程质量度量指标。
2.2测评技术过程
航空软件测评技术过程，主要包括测试需求分析、测试策划、测试设计与实现、测试执行、测试总结等环节开展的测评技术活动。测试需求分析针对被测软件测试需求的充分性以及测试类型选取的充分性进行评估。测试策划主要对测试组织设置的合理性、测试进度估计的有效性、测试环境构建的合理性，以及对测试需求的跟踪性等方面进行评估。测试用例设计与实现是软件测评开展的关键阶段，测试用例的有效性依赖于测试环境支持情况，测试用例充分性取决于用例对软件所有功能点的覆盖情况，测试用例设计效率依赖于测试团队人员能力水平等。测试执行主要是按照测试计划进行测试，测试执行的有效性依赖于测试用例缺陷的发现率、有效性和检错率等，测试执行的充分性取决于测试用例对需求的覆盖率、用例执行率、代码走查/审查力度的检错率等，测试执行的效率依赖于代码审查的效率、测试人员的工作效率等。测试总结是对测试工作和被测软件进行分析和评价，分类和总结测试结果及软件缺陷，报告软件测评过程和结果。
测评技术过程的质量可以从测试充分性、测试有效性、测试效率三个维度进行度量考核。测试充分性的度量可以分解为测试需求充分性、测试类型充分性、代码走查审查充分性、测试用例设计充分性、动态测试充分性等五个二级指标度量；测试有效性的度量可以分解为测试环境搭建有效性、测试用例实际有效性、测试执行有效性等三个二级指标度量；测试效率可以分解为测试用例设计效率、测试执行效率、测试项目效率等三个二级指标度量。
3构建航空软件测评质量评估模型及实例验证
3.1 航空装备软件测评质量评估模型
从航空软件测评管理过程和技术过程两个维度，分析影响测评质量的主要因素，总结提炼出二级度量指标，构建航空软件测评质量评估模型如下（如图1所示）。
图1 航空软件测评质量评估模型
3.2 实例验证
以一个实际的航空软件测评项目为实例，对软件测试项目管理的质量和测试过程充分性、有效性、效率的量化评估模型及其技术实现进行验证。由于软件配置项测试过程具有典型性并且测试类型齐全，另外航空软件多为嵌入式软件，故选取某型装备嵌入式软件配置项测试进行说明。
被测软件基本情况如下：被测软件类型为嵌入式软件、规模11009行、开发语言为C、开发平台为VC33（芯片的开发平台）、测试级别为配置项测试、使用的测试工具为Klockwork9.2。
在该实例测试工作完成后，采集实例测试过程基础数据。本次测试项目设计并执行测试用例数为790个，发现软件缺陷共83个（致命缺陷1个，严重缺陷4个，一般缺陷78个），动态测试发现缺陷数为64个，代码审查发现软件缺陷数为19个，测试总工时为582人时，需求涉及的测试类型为11种。
实例中的软件测评项目总体评价通过测评项目管理质量和测试充分性、测试有效性、测试效率四个方面进行评价，得到以下评价结论，见表1。测评项目管理质量等级为{差 一般 较好 好}，对应分值为[0,0.5]、[0.5,0.8]、[0.8,0.9]、[0.9,1]；测试充分性等级为{不充分、基本充分、较充分、充分},对应分值为[0,0.6]、[0.6,0.8]、[0.8,0.9]、[0.9,1]；测试有效性等级为{无效、基本有效、较好、好},对应分值为[0,0.5]、[0.5,0.7]、[0.7,0.9]、[0.9,1]；测试效率等级为{无效、低、中、高},对应分值为[0,0.3]、[0.3,0.6]、[0.6,0.8]、[0.8,1]。本测评项目质量评价最终得分为[0.35 0.35 0.2 0.1]*[0.98 0.81 0.54 0.64]=0.80。
4 总结提升航空软件测评质量的建议
4.1 建立航空软件测评项目资产库
航空武器装备软件第三方测评、鉴定测评、定型测评，积累了大量的测评项目数据和历史资料，在对这些数据进行整理、归类、分析的基础上，建立航空软件测评项目资产库。一方面可以为项目决策提供依据，对项目的规模、进度、成本的评估提供参考；也可以与类似项目进行数据比对，借鉴、引用、复用资产库中的项目资源，为项目的持续改进提供帮助。另一方面为了探查软件测评发现的深层次的设计问题，提高软件质量管理能力，将大量数据进行深度挖掘，整合历史数据，加工转化成知识库，达到软件质量管理数据资产化、知识化目的，从而进行影响域分析、编制预示性的质量规则、实现通知报警、趋势分析以及决策管理，将从一定程度上预防软件问题的发生，减少修复软件缺陷的成本，进而提高航空软件产品质量。资产库的建立可以为测评任务分包提供依据，为监督测评项目进展提供手段，为测评单位交流共享测评经验提供平台。
4.2 规范航空软件测评机构管理
当前，软件测评机构在技术能力、管理水平等方面良莠不齐，给主管部门和决策机关评价、选择测评机构带来不少困难。为了规范软件测评机构管理，提升软件测评质量，应建立完善机制，加强对软件测评机构的评价。督促测评机构建立质量管理体系，并按要求开展软件第三方测评。测评机构应依据GJB2725A《测试实验室和校准实验室通用要求》，建立并规范软件测评全过程。研究提出软件测评能力成熟度模型，对软件测评机构进行评价和审查。通过对软件测评情况进行跟踪问效，尤其是在航空装备交付部队使用后，收集因软件造成的技术质量问题，统计分析因测评质量不过关引起的比例，及时反馈软件测评机构，建立软件测评质量信息闭环沟通机制。一方面，有利于软件测评机构及时知悉测评软件的实用质量，不断迭代改进软件测评工作；另一方面，也有利于主管机关了解掌握测评机构的工作质量，为科学评价管理测评机构提供有力支撑。
4.3 加强航空软件测评质量监督
当前，软件质量监督已上升为军代表质量监督工作的重要内容，但软件测评质量监督，军代表参与不够，是个质量监督的“盲区”。作为军代表，加强航空软件测评质量监督，应在以下三方面下功夫。一是明确软件测评质量监督职责。在测评过程各阶段，明确审查文件的类别和评审内容，并提出合理建议；参与软件定型（鉴定）测评，监督研制单位的软件配置管理和缺陷修复、归零工作，把关回归测试质量；协调测评机构与研制方、总体单位等各方在测评进度、测评资源等方面的问题，保证测评项目顺利实施。二是严格把控软件测评条件准入。按照航定〔2012〕4号《航空军用软件定型测评进入条件评估标准》，开展软件测评前的审查把关，确认测评条件、测评环境建立，督促研制单位按程序开展软件自测试、内部评审和提交审查。三是加强军方监督方的内部沟通。军方决策机关、研究院，驻研制方、测评方、总体单位军代表，相互之间应建立测评信息沟通机制，可以参照GJB3889《大型复杂装备军事代表质量监督体系工作要求》，建立软件测评质量监督管理体系，加强航空装备软件测评工作的沟通和协调，合力提升软件测评质量。
4.4 构建航空软件测评管理体系
国内目前还没有建立基于DO-178B系列标准的航空软件测评实施规范，因此在分析借鉴适航标准中对软件验证要求的基础上，建立适合我国航空武器装备现状的软件管理体系，将有利于航空软件测评质量的提升。从软件测评技术的角度，重点关注软件的功能验证，主要包括基于需求的功能测试和分析，性能和可靠性测试，代码的结构覆盖率分析。与之相对应的是审查、分析和测试三种技术，以及静态审查和分析、单元测试、集成测试、系统测试、确认测试等五个测试级别。参考DO-178B中测试目标要求与软件测试的对应关系，可以建立符合DO-178B的软件开发与软件验证关系，规范指导软件测试工作。从软件测评过程的角度，重点关注测试需求分析、测试策划、测试设计与实现、测试执行和测试总结等五个阶段。结合适航标准，可以建立五个测评阶段与测评文档之间的映射关系，细化明确测评过程，规范指导测评工作。从以上两个角度，制定软件测评技术和过程实施方案，规范构建软件测评管理体系，全面提升航空软件测评质量。
5结束语
依托国内软件测评中心积累的大量软件测评项目历史数据和测评项目实施案例，在研究软件测评通用过程模型和测试技术基础上，结合航空软件嵌入式、实时性、高安全性等特点，研究了影响软件测评质量的因素，建立了航空武器装备软件测评质量的度量指标体系和量化评估模型，评价了软件测试的充分性、有效性、效率和测评项目管理质量，提出了提升软件测评质量的途径和方法，最终达到提高航空武器装备软件测评质量的目标。对规范提升软件测评单位的测评工作质量、加强军方对软件测评质量的监督管理，都具有很好的理论引导和应用价值。
稿件来源：《航空标准化与质量》期刊
namo-amitabhaya！ https://t.cn/RyhTm9c
航空工业综合所 今天
导语
航空武器装备软件多为嵌入式软件，具有特定运行环境，实时性强，而且多为高安全、高可靠性软件。作为武器装备的“神经中枢”，其地位和作用日益突出，软件质量已成为决定航空装备战斗力生成的关键因素。软件测评作为保证软件质量的重要手段，已成为航空武器装备软件研制和定型中的一个重要环节。
1分析影响软件测评质量的主要因素
结合航空武器装备软件（简称：航空软件）测评的特点，立足以往开展航空软件测评工作的基础，分析测试准入条件、测试技术、测试过程控制三个方面对航空软件测评质量的影响。
1.1测试准入条件对测评质量的影响
《航空军用软件定型测评进入条件评估标准》包括文档适用性、软件技术状态有效性、内部测试充分性和定型测评环境完备性四个方面的内容。文档适用性主要评估软件研制文档完整性，软件技术状态有效性主要评估软件技术状态已确定并纳入配置管理，内部测试充分性主要评估文档审查与代码审查充分性、单元测试充分性、配置项测试充分性、系统测试充分性，定型测评环境完备性主要评估配置项测试环境有效性、系统测试环境有效性、测试环境可用性。此外，测评人员是否符合要求也是测试准入条件的重要方面，测评人员的素质直接影响测评质量。
1.2测试技术对测评质量的影响
针对适航标准，结合航空软件测试流程，对航空软件单元测试、配置项测试、部件集成测试和系统测试的技术要求进行分析，从技术层面总结出影响软件测评质量的因素，主要集中在测试需求的确定、测试环境的准备、测试用例的设计三个方面。航空软件测试需求分析质量将直接影响被测软件的测试充分性。测试环境的准备是否有效，是否支持所有测试项的测试，以及与实装环境的差异，也会影响航空软件测评质量。测试用例设计是否合理，是否覆盖被测试软件需求，对软件测试有效性、充分性和测试效率均产生影响。
1.3测试过程控制对测评质量的影响
测试过程控制中的项目策划、项目监督、质量保证和配置管理，是影响航空软件测评质量的主要因素。项目策划贯穿于测评过程每个阶段，由项目负责人组织测评项目组进行阶段实施策划，拆分技术活动，编制和分配任务描述表。项目监督是在进行里程碑节点任务统计分析的同时，组织例会和内部评审，并与委托方、军代表、研制方沟通和评价项目的进展情况。质量保证是依据测评质量保证计划，评审软件测评活动，审核测评工作产品，验证其符合性，及时通报结果，跟踪不符合项的解决情况。配置管理是对整个测评项目生存周期内的被测件和测评项目的工作产品、测试工具和测试环境进行版本控制，维护其完整性。
2研究确定软件测评质量度量指标
一个良好成熟度的软件测评过程不仅是定性描述，而且是可量化的过程，选取可表针其质量状况的度量指标是关键。在分析影响航空软件测评质量主要因素的基础上，本着有效性和可实施性的原则，把测试准入条件、测试技术和测试过程控制三个方面，归纳总结为测评管理和测评技术两个维度，分析确定影响软件测评质量的可度量指标。
2.1测评管理过程
航空软件测评管理过程，主要是围绕持续改进测评项目的质量、提高生产率和降低成本三方面，开展软件测评全过程的监控和管理。管理是全过程的，度量是发生在项目实施过程中和结束后。通过加强航空软件测评过程管理和考核，一方面可作为测评项目承担单位的资产库内容，指导后续项目的执行；另一方面可以评估正在进行的测评项目的质量状况、跟踪阶段测评发现问题的解决情况、预测项目执行过程中存在的风险、调整优化工作进度和流程。把测试准入条件中规定的四个方面，以及测试过程控制中总结的四个因素，进行分析研究，归纳概括为测评实施前、实施中、实施后三个阶段的管理活动，可以分别用测评策划有效性、进度偏差、评审发现的问题跟踪这三个指标，作为测评管理过程质量度量指标。
2.2测评技术过程
航空软件测评技术过程，主要包括测试需求分析、测试策划、测试设计与实现、测试执行、测试总结等环节开展的测评技术活动。测试需求分析针对被测软件测试需求的充分性以及测试类型选取的充分性进行评估。测试策划主要对测试组织设置的合理性、测试进度估计的有效性、测试环境构建的合理性，以及对测试需求的跟踪性等方面进行评估。测试用例设计与实现是软件测评开展的关键阶段，测试用例的有效性依赖于测试环境支持情况，测试用例充分性取决于用例对软件所有功能点的覆盖情况，测试用例设计效率依赖于测试团队人员能力水平等。测试执行主要是按照测试计划进行测试，测试执行的有效性依赖于测试用例缺陷的发现率、有效性和检错率等，测试执行的充分性取决于测试用例对需求的覆盖率、用例执行率、代码走查/审查力度的检错率等，测试执行的效率依赖于代码审查的效率、测试人员的工作效率等。测试总结是对测试工作和被测软件进行分析和评价，分类和总结测试结果及软件缺陷，报告软件测评过程和结果。
测评技术过程的质量可以从测试充分性、测试有效性、测试效率三个维度进行度量考核。测试充分性的度量可以分解为测试需求充分性、测试类型充分性、代码走查审查充分性、测试用例设计充分性、动态测试充分性等五个二级指标度量；测试有效性的度量可以分解为测试环境搭建有效性、测试用例实际有效性、测试执行有效性等三个二级指标度量；测试效率可以分解为测试用例设计效率、测试执行效率、测试项目效率等三个二级指标度量。
3构建航空软件测评质量评估模型及实例验证
3.1 航空装备软件测评质量评估模型
从航空软件测评管理过程和技术过程两个维度，分析影响测评质量的主要因素，总结提炼出二级度量指标，构建航空软件测评质量评估模型如下（如图1所示）。
图1 航空软件测评质量评估模型
3.2 实例验证
以一个实际的航空软件测评项目为实例，对软件测试项目管理的质量和测试过程充分性、有效性、效率的量化评估模型及其技术实现进行验证。由于软件配置项测试过程具有典型性并且测试类型齐全，另外航空软件多为嵌入式软件，故选取某型装备嵌入式软件配置项测试进行说明。
被测软件基本情况如下：被测软件类型为嵌入式软件、规模11009行、开发语言为C、开发平台为VC33（芯片的开发平台）、测试级别为配置项测试、使用的测试工具为Klockwork9.2。
在该实例测试工作完成后，采集实例测试过程基础数据。本次测试项目设计并执行测试用例数为790个，发现软件缺陷共83个（致命缺陷1个，严重缺陷4个，一般缺陷78个），动态测试发现缺陷数为64个，代码审查发现软件缺陷数为19个，测试总工时为582人时，需求涉及的测试类型为11种。
实例中的软件测评项目总体评价通过测评项目管理质量和测试充分性、测试有效性、测试效率四个方面进行评价，得到以下评价结论，见表1。测评项目管理质量等级为{差 一般 较好 好}，对应分值为[0,0.5]、[0.5,0.8]、[0.8,0.9]、[0.9,1]；测试充分性等级为{不充分、基本充分、较充分、充分},对应分值为[0,0.6]、[0.6,0.8]、[0.8,0.9]、[0.9,1]；测试有效性等级为{无效、基本有效、较好、好},对应分值为[0,0.5]、[0.5,0.7]、[0.7,0.9]、[0.9,1]；测试效率等级为{无效、低、中、高},对应分值为[0,0.3]、[0.3,0.6]、[0.6,0.8]、[0.8,1]。本测评项目质量评价最终得分为[0.35 0.35 0.2 0.1]*[0.98 0.81 0.54 0.64]=0.80。
4 总结提升航空软件测评质量的建议
4.1 建立航空软件测评项目资产库
航空武器装备软件第三方测评、鉴定测评、定型测评，积累了大量的测评项目数据和历史资料，在对这些数据进行整理、归类、分析的基础上，建立航空软件测评项目资产库。一方面可以为项目决策提供依据，对项目的规模、进度、成本的评估提供参考；也可以与类似项目进行数据比对，借鉴、引用、复用资产库中的项目资源，为项目的持续改进提供帮助。另一方面为了探查软件测评发现的深层次的设计问题，提高软件质量管理能力，将大量数据进行深度挖掘，整合历史数据，加工转化成知识库，达到软件质量管理数据资产化、知识化目的，从而进行影响域分析、编制预示性的质量规则、实现通知报警、趋势分析以及决策管理，将从一定程度上预防软件问题的发生，减少修复软件缺陷的成本，进而提高航空软件产品质量。资产库的建立可以为测评任务分包提供依据，为监督测评项目进展提供手段，为测评单位交流共享测评经验提供平台。
4.2 规范航空软件测评机构管理
当前，软件测评机构在技术能力、管理水平等方面良莠不齐，给主管部门和决策机关评价、选择测评机构带来不少困难。为了规范软件测评机构管理，提升软件测评质量，应建立完善机制，加强对软件测评机构的评价。督促测评机构建立质量管理体系，并按要求开展软件第三方测评。测评机构应依据GJB2725A《测试实验室和校准实验室通用要求》，建立并规范软件测评全过程。研究提出软件测评能力成熟度模型，对软件测评机构进行评价和审查。通过对软件测评情况进行跟踪问效，尤其是在航空装备交付部队使用后，收集因软件造成的技术质量问题，统计分析因测评质量不过关引起的比例，及时反馈软件测评机构，建立软件测评质量信息闭环沟通机制。一方面，有利于软件测评机构及时知悉测评软件的实用质量，不断迭代改进软件测评工作；另一方面，也有利于主管机关了解掌握测评机构的工作质量，为科学评价管理测评机构提供有力支撑。
4.3 加强航空软件测评质量监督
当前，软件质量监督已上升为军代表质量监督工作的重要内容，但软件测评质量监督，军代表参与不够，是个质量监督的“盲区”。作为军代表，加强航空软件测评质量监督，应在以下三方面下功夫。一是明确软件测评质量监督职责。在测评过程各阶段，明确审查文件的类别和评审内容，并提出合理建议；参与软件定型（鉴定）测评，监督研制单位的软件配置管理和缺陷修复、归零工作，把关回归测试质量；协调测评机构与研制方、总体单位等各方在测评进度、测评资源等方面的问题，保证测评项目顺利实施。二是严格把控软件测评条件准入。按照航定〔2012〕4号《航空军用软件定型测评进入条件评估标准》，开展软件测评前的审查把关，确认测评条件、测评环境建立，督促研制单位按程序开展软件自测试、内部评审和提交审查。三是加强军方监督方的内部沟通。军方决策机关、研究院，驻研制方、测评方、总体单位军代表，相互之间应建立测评信息沟通机制，可以参照GJB3889《大型复杂装备军事代表质量监督体系工作要求》，建立软件测评质量监督管理体系，加强航空装备软件测评工作的沟通和协调，合力提升软件测评质量。
4.4 构建航空软件测评管理体系
国内目前还没有建立基于DO-178B系列标准的航空软件测评实施规范，因此在分析借鉴适航标准中对软件验证要求的基础上，建立适合我国航空武器装备现状的软件管理体系，将有利于航空软件测评质量的提升。从软件测评技术的角度，重点关注软件的功能验证，主要包括基于需求的功能测试和分析，性能和可靠性测试，代码的结构覆盖率分析。与之相对应的是审查、分析和测试三种技术，以及静态审查和分析、单元测试、集成测试、系统测试、确认测试等五个测试级别。参考DO-178B中测试目标要求与软件测试的对应关系，可以建立符合DO-178B的软件开发与软件验证关系，规范指导软件测试工作。从软件测评过程的角度，重点关注测试需求分析、测试策划、测试设计与实现、测试执行和测试总结等五个阶段。结合适航标准，可以建立五个测评阶段与测评文档之间的映射关系，细化明确测评过程，规范指导测评工作。从以上两个角度，制定软件测评技术和过程实施方案，规范构建软件测评管理体系，全面提升航空软件测评质量。
5结束语
依托国内软件测评中心积累的大量软件测评项目历史数据和测评项目实施案例，在研究软件测评通用过程模型和测试技术基础上，结合航空软件嵌入式、实时性、高安全性等特点，研究了影响软件测评质量的因素，建立了航空武器装备软件测评质量的度量指标体系和量化评估模型，评价了软件测试的充分性、有效性、效率和测评项目管理质量，提出了提升软件测评质量的途径和方法，最终达到提高航空武器装备软件测评质量的目标。对规范提升软件测评单位的测评工作质量、加强军方对软件测评质量的监督管理，都具有很好的理论引导和应用价值。
稿件来源：《航空标准化与质量》期刊
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国产传感器为啥无缘千亿商机？
据不完全统计，全球产品化的传感器大约有2.6万种，我国仅能量产其中的1.4万种。同时，我国消耗了全球约30%的传感器，而国产传感器产品只占全球的13%。
在物联网时代，智能设备与现实世界之间的互动，主要依赖MEMS和感测器技术。据Gartner预测，2020年全球将有300亿个无线传感器节点，到“万物互联”时代传感器节点数量可达到万亿级。虽然，近年来我国大力扶持智能传感器的发展，但是市场上暂无大批量新传感器出现，主要是因为在目前的MEMS工艺基础上，传感器从设计到量产需耗费大量的精力，想要加快MEMS传感器的量产速度，需要业界找到加速MEMS开发的方式。在某种程度上，传感器的量产难度甚至超过造“芯”。
围绕MEMS工艺和应用来创新
传感器自诞生以来，大致经历了结构型、固体型、智能型三个阶段，随着各类技术的进步，前两类传感器逐渐无法满足对数据采集、处理等流程的需求，融合了AI技术的智能传感器开始受到关注。
虽然传感器并不是新兴产品，它早在20世纪50年代就已经出现，但是由于敏感机理、敏感材料不同，使用场景、工作环境，以及被检测介质与个性化参数、结构复杂等特点，一直以来，各种传感器产品处于小批量生产的状态。在过去很长一段时间里，各国的技术人员针对传感器的工艺技术、产品规范化、功能集中化等方面做了很多创新和努力，也出现了不同特色的技术成果。
据资料显示，在25年以前，美国硅谷的传感器厂商以MEMS工艺技术为基础，根据不同行业和功能的需求，展开了不同封装结构的各种传感器产品创新。到2011年，这些厂商提高了MEMS工艺技术在晶体与非晶体、各种半导体材料上的应用和多个领域的工艺技术创新，提升了传感器的产业化基础水平；在多功能集成化、模块化构架、嵌入式能力、网络化接口等方面形成了创新与突破。美国的传感器厂商们认为，传感器产用难以对接的矛盾已经得到极大改善，MEMS工艺已经成熟，随后便开始着手推广使用。
此处说的MEMS可以理解为：将传统传感器的机械部件微型化后，通过三维堆叠技术，如三维硅穿孔TSV 等技术，把器件固定在硅晶元上，再根据不同的应用场合，采用特殊定制的封装形式，切割组装而成的硅基传感器。它既具备IC硅片加工批量化生产的成本优势，又具有微型化和高集成度。因此，业内人士普遍认为，MEMS是替代传统传感器的最佳选择。
国内产业链现状如何？
智能传感器的发展历史
从上个世纪开始，我国就已经在智能传感器领域展开探索。20世纪80年代，以国防科技大学为主的大专院校相继报道了智能传感器相关的研究成果；20世纪90年代初，国内几家研究机构采用混合集成技术研制出实用的智能传感器；到2010年，我国机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（ITEI）初步建立起智能传感器系统标准体系架构。此后，伴随物联网和智能制造的兴起，智能传感器得到了广泛地关注。近年来，我国政府对智能传感器产业的发展加大扶持力度，到现在行业现状如何？
对此，美新半导体副总裁卢牮解释说，在各级政府积极引导、国产替代大力支持下，中国智能传感器产业链已经初步形成了从晶圆生产、制造到传感器设计与封测的完整链条，并涌现出一批优秀的国产企业。如今，国产传感器已经能基本满足中低端应用的需求。不过在高端传感器产品上，能够与国际厂商竞争的国内厂商还不多。“国产智能传感器在材料、性能和结构的创新突破上还存在提升空间。”奥比中光副总裁孔博用一句话来概括。
《国际电子商情》找到三组数据：一、中国信通院数据显示，2015年智能传感器以70%的市占率，取代传统传感器成为中国主流传感器产品；二、据不完全统计，全球产品化的传感器大约有2.6万种，我国仅能量产其中的1.4万种；三、中国传感器与物联网产业联盟数据显示，我国消耗了全球约30%的传感器产品，但国产传感器产品只占全球的13%。上述这些数据在一定程度上佐证了受访者对我国传感器产业链的“相对落后”的表述。
不过，值得肯定的是，在个别细分领域，国内传感器厂商已经在积极追赶，在某些技术上甚至已经开始领先。比如，瑞声科技、歌尔声学的声敏传感器实现了产业化规模生产；中国在温/湿度传感器上具备规模化量产能力；奥比中光是亚洲首家、全球第四家量产消费级3D 传感器的厂商；美新半导体推出了全球独家热式加速度计、最小尺寸的磁传感器等等。
当前，国内有近5000家仪器仪表企业，有1600多家可不同程度地生产制造敏感元件及传感器，其中小微企业占了95%以上，这些厂商缺乏足够的人力、物力、工艺技术条件，导致我国传感器产业化基础薄弱，缺乏应用开发和技术创新能力。基于以上问题，业内人士给出的解决方案是：通过在经济、技术优势和发达地区，聚集传感器专业性公司和科研院所，组成具有国际市场影响力的产业集群或基地，来实现产业化集群式发展。
MEMS传感器的量产瓶颈
近年来，很多集成电路企业尝试把集成电路工艺流程带入MEMS传感器领域。但MEMS传感器涉及多学科的交叉与融合，它暂无固定成型的标准化的生产工艺流程，每一款MEMS都针对下游特定的应用场合，具备有独特的设计和对应的封装形式，这些形式往往千差万别，造成整个商业化流程可能需要5-10年。与此同时，MEMS传感器的商业模式仍需考虑多种因素，比如了解客户的特点，找到合适的供应链等等。
另外，一些品类的MEMS传感器因缺乏规模经济，在产量提升方面也面临较大的困难。如果其需求量达不到一定的指标，对企业而言新增完全一样的产线性价比并不高。物联网时代的特点是，根据设备使用环境的差异性，来配备不同的MEMS传感器。现有的MEMS制造技术，只能满足大体量的传感器的需求。这意味着，物联网时代数万亿节点的实现并不容易。
现有MEMS技术基础上，传感器厂商的创新面临着许多困难，比如传感器的应用场景分散，不易形成规模效应，研发周期和产业化周期较长，发展速度很慢等。为了避免这类问题的出现，卢牮认为企业在产品正式投入研发前，就要做好充分的前期市场预研和项目立项，从市场前景、技术专利、市场竞争、政策到客户调研等方位提供产品立项决策参考。在研发和生产过程中，实施科学地项目管理、质量控制，依靠一流的供应链体系支撑，来确保按时按质投产交付。
对使用量大的传感器品类而言，势必有更大的动能来推动厂商的投入。近年来，手机和汽车对智能化的追求提升了相关传感器的需求。2014年，平均每一台智能手机需要消耗12颗MEMS传感器，到2021年，每一台5G手机则要消耗20颗MEMS传感器。博世统计数据显示，现在平均一辆智能汽车使用50颗以上的MEMS传感器，其中加速计、压力传感器、陀螺仪的应用合计占比超过95%。
据Yole Développement预测，2023年移动细分市场将为传感器和执行器创造530亿美元的价值，汽车市场将为传感器创造205亿美元的价值。《国际电子商情》相信在这两大市场应用得最多的压力传感器、加速度传感器、图像传感器、距离传感器、流量传感器等都会有更大的发展空间。
传感器企业要做哪些准备？
今年以来，中国加速了“新基建”建设，给传感器的技术水平、产业化发展的提升以及应用环境的拓展提供了较大的机遇。但也带来了更严格的功能和性能方面的要求，产业链企业需要投入更大的精力来发展自身。此外，又因为传感器是信息输入的“窗口”，物联网、大数据、云计算乃至智慧城市的各种技术，都依赖其提供的基础功能。这也代表着，未来传感器的市场蛋糕将非常大。针对传感器行业的各种利好，产业链企业要做好哪些规划？
孔博赞同“新基建”带来机遇的说法，他以3D感知领域为例：“3D感知技术行业正在迎来高速发展期，只有产品性能得到优化，应用才有落地的可能性，用户的体验才能得到改善，进而才会激发市场需求形成良性循环。同时，3D传感器的功耗、体积、测量范围、精度、分辨率等都关键的指标，这也是奥比中光接下来持续技术攻关和研发创新的重点。”
他也表示，随着人工智能的发展和5G的普及，机器视觉全面3D化将成为趋势，3D视觉传感器会成为智能终端的标配。而3D视觉感知技术是一个高精尖的跨学科领域，涉及光学、视觉、算法软件、硬件等领域，其技术跨度大、难度高。该技术的突破离不开产业链的更新升级，所以它的研发周期会很长，为同步推动技术进步和产业化落地，需要充分尊重产业发展规律，积极抢滩行业应用的“无人区”。
再则，5G加速数据传输、降低延迟，使得高精度的3D模型能够实时生成，3D感知技术可应用在更多智能产品中。不同场景的应用落地的周期也不同，有的或在3-5年内就能实现，有的要耗费10-15年时间
卢牮则表示，传感器的发展离不开深厚的技术积累和对市场的长期敏感。为了满足客户市场不断增长的需求，美新半导体将针对新技术坚持做研发储备，计划以加速度计、AMR磁传感器和霍尔磁传感器为切入点，全方位扩展陀螺仪、角度传感器，红外传感器等产品线。具体通过自研或并购，逐渐衍生至集成电路相关技术领域。
据介绍，美新半导体已经基于MEMS技术研发了30多种型号的加速度传感器、磁传感器等产品，截止到去年年底，其这些产品的出货量累计超过17亿颗。到2020年，美新半导体还取得了mCube惯性传感器芯片技术的独家授权，正式拥有了基于6亿片量产经验、成熟的电容式加速度计技术。
无论是奥比中光，还是美新半导体，这些企业都是先在自己擅长的领域做深，再拓展到其他的相关的领域。这样经过“点-线-面”的逐渐渗透，最终将能实现更大范围的领先。希望在中国传感器市场能看到更多这类企业。
即使传感器只是一个小小的器件，它在万物互联时代的重要意义也无法忽略。谁能在MEMS工艺、传感技术上更早取得进展，谁就能在未来的竞争中抢占先机。海量数据传输的需求，带来极其庞大的传感器节点，中国传感器厂商在其中会有怎样的发展？至少从细分市场的表现来看，我们的企业在某些领域已经领先，期待未来能看到更多国产传感器品牌崛起。
来源于国际电子商情 ，作者李晋
据不完全统计，全球产品化的传感器大约有2.6万种，我国仅能量产其中的1.4万种。同时，我国消耗了全球约30%的传感器，而国产传感器产品只占全球的13%。
在物联网时代，智能设备与现实世界之间的互动，主要依赖MEMS和感测器技术。据Gartner预测，2020年全球将有300亿个无线传感器节点，到“万物互联”时代传感器节点数量可达到万亿级。虽然，近年来我国大力扶持智能传感器的发展，但是市场上暂无大批量新传感器出现，主要是因为在目前的MEMS工艺基础上，传感器从设计到量产需耗费大量的精力，想要加快MEMS传感器的量产速度，需要业界找到加速MEMS开发的方式。在某种程度上，传感器的量产难度甚至超过造“芯”。
围绕MEMS工艺和应用来创新
传感器自诞生以来，大致经历了结构型、固体型、智能型三个阶段，随着各类技术的进步，前两类传感器逐渐无法满足对数据采集、处理等流程的需求，融合了AI技术的智能传感器开始受到关注。
虽然传感器并不是新兴产品，它早在20世纪50年代就已经出现，但是由于敏感机理、敏感材料不同，使用场景、工作环境，以及被检测介质与个性化参数、结构复杂等特点，一直以来，各种传感器产品处于小批量生产的状态。在过去很长一段时间里，各国的技术人员针对传感器的工艺技术、产品规范化、功能集中化等方面做了很多创新和努力，也出现了不同特色的技术成果。
据资料显示，在25年以前，美国硅谷的传感器厂商以MEMS工艺技术为基础，根据不同行业和功能的需求，展开了不同封装结构的各种传感器产品创新。到2011年，这些厂商提高了MEMS工艺技术在晶体与非晶体、各种半导体材料上的应用和多个领域的工艺技术创新，提升了传感器的产业化基础水平；在多功能集成化、模块化构架、嵌入式能力、网络化接口等方面形成了创新与突破。美国的传感器厂商们认为，传感器产用难以对接的矛盾已经得到极大改善，MEMS工艺已经成熟，随后便开始着手推广使用。
此处说的MEMS可以理解为：将传统传感器的机械部件微型化后，通过三维堆叠技术，如三维硅穿孔TSV 等技术，把器件固定在硅晶元上，再根据不同的应用场合，采用特殊定制的封装形式，切割组装而成的硅基传感器。它既具备IC硅片加工批量化生产的成本优势，又具有微型化和高集成度。因此，业内人士普遍认为，MEMS是替代传统传感器的最佳选择。
国内产业链现状如何？
智能传感器的发展历史
从上个世纪开始，我国就已经在智能传感器领域展开探索。20世纪80年代，以国防科技大学为主的大专院校相继报道了智能传感器相关的研究成果；20世纪90年代初，国内几家研究机构采用混合集成技术研制出实用的智能传感器；到2010年，我国机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（ITEI）初步建立起智能传感器系统标准体系架构。此后，伴随物联网和智能制造的兴起，智能传感器得到了广泛地关注。近年来，我国政府对智能传感器产业的发展加大扶持力度，到现在行业现状如何？
对此，美新半导体副总裁卢牮解释说，在各级政府积极引导、国产替代大力支持下，中国智能传感器产业链已经初步形成了从晶圆生产、制造到传感器设计与封测的完整链条，并涌现出一批优秀的国产企业。如今，国产传感器已经能基本满足中低端应用的需求。不过在高端传感器产品上，能够与国际厂商竞争的国内厂商还不多。“国产智能传感器在材料、性能和结构的创新突破上还存在提升空间。”奥比中光副总裁孔博用一句话来概括。
《国际电子商情》找到三组数据：一、中国信通院数据显示，2015年智能传感器以70%的市占率，取代传统传感器成为中国主流传感器产品；二、据不完全统计，全球产品化的传感器大约有2.6万种，我国仅能量产其中的1.4万种；三、中国传感器与物联网产业联盟数据显示，我国消耗了全球约30%的传感器产品，但国产传感器产品只占全球的13%。上述这些数据在一定程度上佐证了受访者对我国传感器产业链的“相对落后”的表述。
不过，值得肯定的是，在个别细分领域，国内传感器厂商已经在积极追赶，在某些技术上甚至已经开始领先。比如，瑞声科技、歌尔声学的声敏传感器实现了产业化规模生产；中国在温/湿度传感器上具备规模化量产能力；奥比中光是亚洲首家、全球第四家量产消费级3D 传感器的厂商；美新半导体推出了全球独家热式加速度计、最小尺寸的磁传感器等等。
当前，国内有近5000家仪器仪表企业，有1600多家可不同程度地生产制造敏感元件及传感器，其中小微企业占了95%以上，这些厂商缺乏足够的人力、物力、工艺技术条件，导致我国传感器产业化基础薄弱，缺乏应用开发和技术创新能力。基于以上问题，业内人士给出的解决方案是：通过在经济、技术优势和发达地区，聚集传感器专业性公司和科研院所，组成具有国际市场影响力的产业集群或基地，来实现产业化集群式发展。
MEMS传感器的量产瓶颈
近年来，很多集成电路企业尝试把集成电路工艺流程带入MEMS传感器领域。但MEMS传感器涉及多学科的交叉与融合，它暂无固定成型的标准化的生产工艺流程，每一款MEMS都针对下游特定的应用场合，具备有独特的设计和对应的封装形式，这些形式往往千差万别，造成整个商业化流程可能需要5-10年。与此同时，MEMS传感器的商业模式仍需考虑多种因素，比如了解客户的特点，找到合适的供应链等等。
另外，一些品类的MEMS传感器因缺乏规模经济，在产量提升方面也面临较大的困难。如果其需求量达不到一定的指标，对企业而言新增完全一样的产线性价比并不高。物联网时代的特点是，根据设备使用环境的差异性，来配备不同的MEMS传感器。现有的MEMS制造技术，只能满足大体量的传感器的需求。这意味着，物联网时代数万亿节点的实现并不容易。
现有MEMS技术基础上，传感器厂商的创新面临着许多困难，比如传感器的应用场景分散，不易形成规模效应，研发周期和产业化周期较长，发展速度很慢等。为了避免这类问题的出现，卢牮认为企业在产品正式投入研发前，就要做好充分的前期市场预研和项目立项，从市场前景、技术专利、市场竞争、政策到客户调研等方位提供产品立项决策参考。在研发和生产过程中，实施科学地项目管理、质量控制，依靠一流的供应链体系支撑，来确保按时按质投产交付。
对使用量大的传感器品类而言，势必有更大的动能来推动厂商的投入。近年来，手机和汽车对智能化的追求提升了相关传感器的需求。2014年，平均每一台智能手机需要消耗12颗MEMS传感器，到2021年，每一台5G手机则要消耗20颗MEMS传感器。博世统计数据显示，现在平均一辆智能汽车使用50颗以上的MEMS传感器，其中加速计、压力传感器、陀螺仪的应用合计占比超过95%。
据Yole Développement预测，2023年移动细分市场将为传感器和执行器创造530亿美元的价值，汽车市场将为传感器创造205亿美元的价值。《国际电子商情》相信在这两大市场应用得最多的压力传感器、加速度传感器、图像传感器、距离传感器、流量传感器等都会有更大的发展空间。
传感器企业要做哪些准备？
今年以来，中国加速了“新基建”建设，给传感器的技术水平、产业化发展的提升以及应用环境的拓展提供了较大的机遇。但也带来了更严格的功能和性能方面的要求，产业链企业需要投入更大的精力来发展自身。此外，又因为传感器是信息输入的“窗口”，物联网、大数据、云计算乃至智慧城市的各种技术，都依赖其提供的基础功能。这也代表着，未来传感器的市场蛋糕将非常大。针对传感器行业的各种利好，产业链企业要做好哪些规划？
孔博赞同“新基建”带来机遇的说法，他以3D感知领域为例：“3D感知技术行业正在迎来高速发展期，只有产品性能得到优化，应用才有落地的可能性，用户的体验才能得到改善，进而才会激发市场需求形成良性循环。同时，3D传感器的功耗、体积、测量范围、精度、分辨率等都关键的指标，这也是奥比中光接下来持续技术攻关和研发创新的重点。”
他也表示，随着人工智能的发展和5G的普及，机器视觉全面3D化将成为趋势，3D视觉传感器会成为智能终端的标配。而3D视觉感知技术是一个高精尖的跨学科领域，涉及光学、视觉、算法软件、硬件等领域，其技术跨度大、难度高。该技术的突破离不开产业链的更新升级，所以它的研发周期会很长，为同步推动技术进步和产业化落地，需要充分尊重产业发展规律，积极抢滩行业应用的“无人区”。
再则，5G加速数据传输、降低延迟，使得高精度的3D模型能够实时生成，3D感知技术可应用在更多智能产品中。不同场景的应用落地的周期也不同，有的或在3-5年内就能实现，有的要耗费10-15年时间
卢牮则表示，传感器的发展离不开深厚的技术积累和对市场的长期敏感。为了满足客户市场不断增长的需求，美新半导体将针对新技术坚持做研发储备，计划以加速度计、AMR磁传感器和霍尔磁传感器为切入点，全方位扩展陀螺仪、角度传感器，红外传感器等产品线。具体通过自研或并购，逐渐衍生至集成电路相关技术领域。
据介绍，美新半导体已经基于MEMS技术研发了30多种型号的加速度传感器、磁传感器等产品，截止到去年年底，其这些产品的出货量累计超过17亿颗。到2020年，美新半导体还取得了mCube惯性传感器芯片技术的独家授权，正式拥有了基于6亿片量产经验、成熟的电容式加速度计技术。
无论是奥比中光，还是美新半导体，这些企业都是先在自己擅长的领域做深，再拓展到其他的相关的领域。这样经过“点-线-面”的逐渐渗透，最终将能实现更大范围的领先。希望在中国传感器市场能看到更多这类企业。
即使传感器只是一个小小的器件，它在万物互联时代的重要意义也无法忽略。谁能在MEMS工艺、传感技术上更早取得进展，谁就能在未来的竞争中抢占先机。海量数据传输的需求，带来极其庞大的传感器节点，中国传感器厂商在其中会有怎样的发展？至少从细分市场的表现来看，我们的企业在某些领域已经领先，期待未来能看到更多国产传感器品牌崛起。
来源于国际电子商情 ，作者李晋
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