美国军用软件发展情况

美国军用软件发展情况

赵鹏通信一团技术室

摘要随着以信息技术为核心的高新技术的迅猛发展，军用软件在装备建设中的地位日益重要，武器装备体系中软件的含量与水平已经成为其信息化程度的主要标志。在

经过深入、系统研究的基础上，本文重点分析了美国军用软件发展特点和经验教训。

关键词军用软件共性软件软件能力成熟度模型软件/系统过程改进

军用软件是指适合军事领域应用的、能够完成特定功能的软件集合。军用软件通过控制计算机和网络系统完成规定的信息处理程序，为装备发展、作战行动、战备保障、教育训练等在内的军队建设和军事活动提供技术支持。军用软件主要包括军用共性软件和军用专用软件，其中军用共性软件提供核心服务、基础服务和公共应用支撑服务；军用专用软件则在军用共性软件的支

撑下完成专门的军事使命。

随着计算机技术的飞速发展和战争信息化程度的不断提高，军用软件已成为多种武器装备的重要组成部分，武器装备体系中软件的含量与水平已经成为其信息化程度的主要标志。加强军用软件开发应用，事关我军武器装备信息

化建设的大局，值得高度关注。

1.军用软件对武器装备建设的影响

军用软件已经渗透到军事应用的各个方面，成为武器装备及其体系中不可或缺的组成部分，在某种程度上，其发展与应用水平，代表着一个国家的装备实力。军用软件对武器装备建设的主要影响有以下几方面：

1.1军用软件是构筑信息化装备体系的关键

当前，信息化的装备体系已成为战争制胜的物质基础。构筑信息化的装备体系决不是各种装备硬件的简单累加和堆砌，也不能只是各种武器装备和系统

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之间的物理连通，而是通过军用软件的控制，使各种信息按照作战需求有序地流动，满足体系内各部分之间的互连、互通、互操作的要求，实现不同武器系统的功能互补和协同行动。因此，军用软件已成为构筑信息化武器装备

体系的关键。

1.2军用软件是信息化武器装备的灵魂

随着信息技术的迅速发展，各种电子信息部件大量嵌入武器系统，使其信息化程度不断提高。各种软件已按照新研、重用、移植以及集成的方法，通过嵌入式系统大量运用于C4ISR系统、自动化信息系统和武器系统，以完成对其进行自动化控制的目的，实现系统各部分的正常运行以及部分之间的协调运作。同时，借助军用软件改善人机关系，使以前必须手工操作，甚至无法实现的功能，以自动化、智能化的方式高效、快速、准确地完成，大大增强了作战人员对武器装备乃至整个体系的操控能力，提高其作战效能。

1.3军用软件是武器装备信息化改造的高效途径

在已有装备上加装电子信息部件进行信息化改造，已成为提高武器装备作战效能的主要途径。嵌入武器装备的军用软件，已成为信息化改造的重要组成部分。随着信息技术的发展，部分武器装备的升级换代已脱离了硬件变更的模式，转而主要依靠软件改进。利用软件技术对装备进行信息化改造，不仅能大大提高其作战能力，还具有代价小、速度快、收效好的优点。根据有关报道，采取以软件技术改造装备费用节省1/3到1/2，周期缩短一半以上。

1.4军用软件是提高武器装备研发水平的必备手段

现代武器装备的研究、设计、定型、验证及评估等各个环节离不开计算机辅

助设计、计算机辅助制造、数控机床、建模与仿真等系统，而这些系统都要

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依靠软件的支持。因此，军用软件的发展直接影响到武器装备的研发水平。据称，美国B－2隐身轰炸机的研制、定型和生产过程中，有90%以上的工作

是由计算机直接或辅助完成的。

2.美国军用软件的发展特点

2.1军用软件的投资力度大，产业基础雄厚

据美国软件生产率研究所（SPR）统计，由于开发规模世界领先，美国的军用软件总量超过了紧随其后的俄罗斯、中国、德国、英国和法国5国的总和，主要表现在两个方面：一是投资力度大。1979年，美国军用软件投资达91亿美元，约占国防预算的7%，到2002年总投资达400亿美元左右，约占国防预算总额的11%。二是产业基础雄厚。美国生产军用软件的公司总数超过5000家，其中一些骨干公司具备非常强的开发实力，如波音、洛克希德-马丁和雷声等公司聘用的软件人员均超过5000人。而且美国军用软件的从业人员数量多、水平高。目前美国从事军用软件工作的总人数超过37万人，是世

界之最。

2.2军用软件开发能力强、质量高，提高速度快

军用软件的开发水平主要体现在软件的复杂程度和质量上，其中软件的复杂程度可用源代码行数（或功能点及存储字）来衡量，软件质量则一般表现为清除软件缺陷的能力。美军的军用软件开发水平高，主要表现在：一是开发复杂软件的能力强。2001年，美军软件开发能力达到100万～500万行代码，如今正在研究大于1000万行代码（约10万个功能点）的开发能力。二是软件质量高。美军一般军用软件项目的缺陷清除效率约为95%，武器系统软件

的质量更高，缺陷清除效率可达99%。。

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随着美军信息化程度的不断深入，美国军用软件开发水平将继续迅速提高，突出表现在以下几个趋势：一是开发大规模、高难度软件的能力继续提高。从60年代起，美国空军和国家宇航局(NASA)软件系统的规模呈线性增长，30年间，在导弹、飞机、航天器领域几乎提高了近百倍。美军预测，软件的规模将从1995年的1亿个存储字（1亿条指令）扩大到2035年的100亿个存储字。二是开发周期不断缩短，开发成本不断降低。美国海军已在《海军和海军陆战队2000～2035》报告中提出，将军用软件每个功能点的开发成本将从2000年的800美元降至2020年的200美元和2030年的100美元左右。2000年美国防科学委员会提出，军用软件的开发周期不能超过18个月。三是重点提高军用软件开发技术手段的自动化、智能化程度。美国防部在2002年的《国防科学技术领域计划》中把（软件）系统的设计和改进作为重要的研究领域，制定了近、中、远期阶段性目标，提出了今后重点投资发展的技术项目，并计划通过技术发展到2005年实现以下目标：软件开发成本下降40%～60%；软件的缺陷率减少90%；开发周期减少25%～50%；软件维护费用节省60%。

2.3军用软件应用范围广，功能强

武器系统电子信息含量及军用软件开发水平的不断提高，推动着美国军用软件应用水平不断上升，军用专用软件和军用共性软件都有迅速发展。

军用专用软件在武器装备中的应用越来越广泛，规模不断扩大。美军专用软件的发展水平突出表现在嵌入式软件和C3I软件两方面：一是嵌入式软件。1998财年美军武器系统嵌入式软件的投资达240亿至320亿美元。目前，美军“海狼”级潜艇上的AN/BSY综合作战系统软件耗资14亿美元，源代码总量达460万行。而且除了广泛嵌入平台，嵌入式软件还在向单兵武器和弹药扩展，甚至下一代武器的“子弹”中将嵌入2000行的Ada编码。二是C3I软件。20世纪90年代以来，全球指挥控制系统（GCCS）的软件开发成功，标志着C3I软件迈上了一个新台阶。1995年GCCS 软件2.0版的应用基本实现

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了各军种C4I系统的互连、互通和互操作；1997年采用联合作战规划与实施系统(JOPES)软件后，GCCS具备了支持联合作战的能力；2002年GCCS软件升级到5.0版本后具有了情报分析能力以及与盟国的互操作能力；2003年升级到GCCS-J6.0/6.2版本后，实现了SR与C4I系统的集成，形成了名符其实的C4ISR系统。在某种程度上可以说，是C3I软件的不断发展推动了美军C4I系

统的一体化进程。

军用共性软件成为美军构建信息化装备体系的基石。美军军用共性软件发展水平的代表是国防信息基础设施公共操作环境（DII COE），目前已发布了DII COE5.0版。目前，美国防部已有100多个软件系统的开发采用了DII COE，其中全球指挥控制系统和全球作战保障系统（GCSS）的软件部分的采办在采用了DII COE后，不仅顺利地完成了研制，并实现了两个系统的互操作。因此，DII COE已成为美军不同装备、不同系统之间实现互通、互联、互操作

的依据。

3.美国军用软件开发的经验和教训

美国军用软件的发展也并非总是一帆风顺，其生产率和质量无法满足军事要求、项目预算严重超支、甚至项目中途下马的事例也屡见不鲜。美国国防部认真分析了军用软件发展过程中暴露出的问题，并采取了相应措施，取得了

较好的成效。其主要经验教训包括：

3.1建立统分结合的军用软件组织管理架构，健全相应法规和标准

美军在长期的软件发展过程中认识到，完善的管理体制和健全的法规标准是加强军用软件发展的前提，因此建立了以国防部为核心的多层结构模式。国防部主管科学与技术的副国防部长帮办(DUSD(S&T))下设软件密集型系统主任办公室，直接负责软件系统事务高层管理，各军种也相应成立了军用软件

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管理和开发部门。此外，美军还设立了公共保障服务机构，为国防部和各军兵种的软件项目提供技术支持、指导和监督。

美军出台了许多软件方面的法规和标准，对技术、管理、投资、评估和软件研发全局等重要问题做出具体规定，从整体上规范和指导军用软件的开发和采办。如国防部5000系列指令，国防部标准STD-2167、490，以及2003年7月新颁布的美国军用标准MIL-STD-498等。为适应软件技术的快速发展特点，

美军还坚持对法规和标准不断改进。

3.2加大需求分析力度，降低软件开发成本

完善的需求是产生正确的产品描述、精确的成本和时间估算、交付最终符合用户需求产品的前提。如果需求研究不完善，随后开发过程中的损失将成倍增加。为此，美军积极采取措施提高需求研究水平，例如在5000系列指令中强制推行螺旋式软件的开发方法，以加强需求研究与软件设计工作交流；同时在需求研究中，科学规范获取、分析、记录、确认、溯源与变更等需求开发与管理步骤，提高需求工作质量，降低软件的开发成本。

3.3优化体系结构，提高软件的可重用性

美军发现，优化体系结构对软件开发水平有巨大的提升作用。例如美军曾对一个5万行规模的军用软件加入3千行源代码进行对比研究，发现体系结构优化后，开发费用降低一半、时间缩短三分之一、相对出错率降低了10倍。20世纪90年代以来，美军主要从两个方面推进软件体系结构的优化：一是实施“开发适用可靠系统的软件技术”计划，在各军种建立基于体系结构的软件生产线。二是结合C4ISR的一体化建设，积极推行开放式的体系结构，要求开发支持开放系统概念的基于体系结构的软件系统，并为开放体系结构建立相应标准和资源基础。在发展开放式体系结构的基础上，美军还大力提

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高软件的重用性，以缩短军用软件系统的开发周期，降低开发成本。如，美国陆军的基地保障信息服务（SBIS）系统最终完成时要求实现85%的软件重

用，使软件开发效率大大提高。

3.4规范编程语言，提高软件开发效益

美军在编程语言的使用和管理上也走过弯路。70年代，由于编程语言种类繁多，造成软件采办成本高昂、软件使用维护和成果的累积交流困难等问题。因此，80年代美国防部开始强制推广Ada语言为统一语言，90年代中期，军方使用的高级语言已减少到37种。但90年代中后期，随着军用软件应用的日趋广泛以及编程语言的不断发展，在种类繁多的军用软件系统中硬性推行单一语言并不完全符合当前软件发展的客观规律，提高军用软件开发效益的途径已转向采用开放式体系结构、遵循标准数据等更有效的手段。为此，1997年美国防部宣布不再强制要求所有军用软件系统的开发都使用Ada语言，强调应根据具体影响软件项目全寿命管理的多个因素进行综合考虑，不过仍将Ada作为首选语言进行支持，特别是在武器系统和C4ISR系统的开发方面。

3.5推行软件能力成熟度模型，改进软件/系统过程

软件能力成熟度模型（SEI-CMM）是在美国防部的支持下，由卡内基梅隆大学软件工程研究所（SEI）开发的用于评估软件开发能力的评估模型。软件/系统过程改进(SPI)包括三个方面的内容：一是改进软件开发，二是改进软件采

办，三是改进系统工程。

美军认识到软件/系统过程是软件工程中的关键要素，其水平高低直接关系到软件产品的质量和成本。因此自90年代起，开始以软件能力成熟度模型（SEI –CMM）为基础实施软件/系统过程改进，并以此作为提高军用软件的质量、降低军用软件的成本的有效途径。首先，国防部以CMM为基础，开发更适合

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国防需要的CMMi，并强制规定对于承担重大武器系统或重要信息系统软件的承包商，其软件成熟等级必须达到CMM3级。其次，各军种结合自身的实际，实施SPI计划。一般从两个方面着手：一是对照CMM自查，针对暴露问题进行改进；二是以CMM为基础，评估并挑选承包商。

美军实施SPI计划成效显著：空军与海军一些单位实施SPI的投入/产出比为1：7；据SEI报告，1995年与1988相比，一些主要国防承包商的软件生产

率提高了170%；错误率降低了75%。

3.6合理使用民品，降低军用软件开发成本

商用软件具有弥补军用软件不足的优势：一是民用软件开发周期短，从而能保持技术的先进性；二是被广泛使用的商用现货（COTS）一般已经历多次改进、版本更新和缺陷修复，因而比新开发的、未经验证的软件更可靠；三是激烈的商业竞争可实现低廉的价格。为此，美军采取了多项措施，加强COTS 在军用软件开发中的应用。如美国防部5000.2指令明确规定，项目经理在开发新软件之前，应先探索并确定重复使用政府及民用部门软件的机会，尽量利用商用现货产品。同时，美军还强调规避由于使用COTS带来的风险。

3.7改进军用软件的可保障性，提高软件的保障水平

美军对软件保障有四点认识：一是军用软件保障对作战能力具有重要作用。例如在“沙漠风暴”行动中，美军的E-3预警机曾因电磁环境恶劣而无法充分发挥性能，通过一个软件小组及对其雷达软件的及时修改，仅在96小时后该机就返回战场；二是军用软件保障是一种软件再开发行为；三是军用软件保障是其整个寿命周期中投入最多、采办风险最大的阶段，一般占到其全寿命费用的60%到80%；四是军用软件保障出现的大多数问题主要是由产品规

划、设计阶段的缺陷引起的。

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基于上述认识，美军把提高军用软件的可保障性作为提升软件保障水平的关键，并采取了以下措施：一是建立可保障性评估标准和量化指标；二是对于现役系统采用软件再工程技术；三是对于在研系统，从全寿命的角度尽早考

虑保障因素。

3.8保持软件开发人才规模，提高软件管理人才素质

智力密集型是军用软件开发的重要特征，一个军用软件项目成功与否在很大程度上由软件开发人员的数量与技术水平，以及软件管理人员的素质和能力决定。但是从90年以来，美军一直受到软件人才匮乏和水平下降等问题的困扰。针对这种情况，美国防部采取措施，尽量减轻人才问题对军用软件发展造成的不良影响。如美国海军的软件项目经理网（SPMN）根据国会的要求，成立了国家软件联盟(NSA)专门研究软件人才问题。同时，为提高软件管理人员的素质，美国防部的软件项目经理都必须经过国防系统管理学院（DSMC）

的专门培训。

结束语

在以信息技术为驱动力的新军事变革浪潮推动下，各国都在加速推进军队信息化，计算机系统的核心作用越来越明显，作为各类计算机系统主要组成部分的军用软件，也日益凸现其重要作用。加速军用软件发展对推进军队信息

化建设具有重要意义。

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