Основные черты методологии программной инженерии

 

Как было показано выше большая сложность современных систем существенно затрудняет использование точных, хорошо формализованных методов при их создании. Таким образом, основные концепции, методы и технологии современной системной инженерии формировались главным образом в рамках практики успешных разработок. Как следствие, важнейшие аспекты, связанные как собственно с современными процессами разработки систем, так и с управлением их ЖЦ, нашли наиболее полное и формализованное отражение в комплексе официальных и фактических международных стандартов, ставших ключевым компонентом методологического базиса современной системной и программной инженерии[].

Программная инженерия (S oftware E ngineering) – это раздел системной инженерии (SystemE ngineering), науки и технологии, одной из главных задач которой является исследование и разработка методов и средств построения систем, настолько больших и сложных, что для этого требуется участие слаженных команд разработчиков различных специальностей и квалификаций. Обычно такие системы существуют и применяются долгие годы, развиваясь от версии к версии, претерпевая в своем жизненном цикле большое число изменений. Улучшаются существующие функции, добавляются новые или удаляются устаревшие возможности. Программные системы адаптируются для работы в новой среде, устраняются дефекты и ошибки.

Важнейшим требованием в системной и программной инженерии является следование определенной методологии.

Методология – это система методов и средств, используемых в науке или практике человеческой деятельности. Можно выделить как минимум два основных типа методологий – теоретическую и практическую. Первая включает в себя прежде всего методы, связанные с мышлением, вторая – конкретные действия для достижения определенного результата.

Суть методологии программной инженерии состоит в применении систематизированного, научного и предсказуемого процесса проектирования, производства и сопровождения программных комплексов, в том числе, и реального времени.

Управление промышленным проектированием и производством сложных программных продуктов - это особый вид рациональной, коллективной деятельности, включающий:

· определение требований;

· постановку задач;

· исследования и подготовку проектных решений;

· планирование процесса производства;

· организацию работ;

· контроль за ходом выполнения работ и использованием ресурсов;

· управление конфигурацией продукта.

Задачи целевого управления такими работами - сводить воедино усилия руководителей, исполнителей - специалистов разной квалификации, подрядчиков и субподрядчиков, добиваясь, чтобы они выступали как целевая «команда», а не как разрозненные группы, реализующие свои цели. В результате должна обеспечиваться концептуальная целостность создания технических систем и высокое качество решения главных задач заказчиков при сбалансированном использовании ресурсов.

Массовое создание сложных программных продуктов промышленными методами и большими коллективами специалистов вызвало необходимость их четкой организации, планирования работ с учетом необходимых для этого ресурсов, с привязкой к этапам и срокам реализации, что и привело к созданию отдельного направления системной инженерии – программной инженерии.

Для решения задач программной инженерии формируется новое направление исследований − экономика жизненного цикла программных комплексов. Это направление объективно включается в исследования экономики промышленного производства средств и систем вычислительной техники. Объективно исследования на этом направлении осложняются трудностью измерения экономических характеристик производства программного продукта. Широкий спектр количественных и качественных показателей, которые с различных сторон характеризуют содержание подобных продуктов, и невысокая достоверность оценки их значений, определяют значительную неопределенность при попытках описать и измерить экономические свойства создаваемых или используемых крупных комплексов программ. Тем не менее, указанное направление интенсивно развивается.

Вследствие роста сфер применения и повышения ответственности выполняемых ими функций, резко возросла необходимость гарантировать высокое качество программных продуктов, регламентирования и корректного формирования требований к характеристикам реальных комплексов программ и их достоверного определения. Непременным требованием к разработкам является получение работоспособной системы «с первого раза», т.е. без переделок и доделок. В результате специалисты в области теории и методов, определяющих качество продукции, вынуждены осваивать сферу развития и применения нового, несвойственного для их основной деятельности продукта – отдельных программных продуктов и систем в целом, а также подходов к оценке их качества при использовании. Сложность анализируемых объектов и уверенность отдельных программистов в собственной «непогрешимости», зачастую приводят к тому, что реальные характеристики качества функционирования программных продуктов остаются неизвестными не только для заказчиков и пользователей, но также для самих разработчиков. Отсутствие четкого декларирования в простых документах атрибутов и значений, характеризующих характеристики качества программных комплексов, вызывает конфликты между заказчиками-пользователями и разработчиками-поставщиками из-за разной трактовки одних и тех же характеристик.

Руководство организации – заказчика должно быть уверено, что ее требования полностью понятны исполнителю - поставщику и могут быть выполнены. Для этого заказчик во взаимодействии с исполнителем должен установить общесистемные процедуры для управления требованиями и документами, которые необходимы для эффективного функционирования системы проектирования и производства. Такая система должна обеспечивать уверенность заказчика в том, что документы анализируются, при необходимости, уточняются и снова утверждаются.

Управление специалистами необходимо для того, чтобы подтверждать заказчику должный уровень их компетенции для осуществления своей деятельности, который гарантирует соответствующее образование, знания и практические навыки проектирования и производства продукции.

Для оценки уровня компетенции коллектива разработчиков программных продуктов вводится понятие уровня зрелости управления (ManagementMaturityLevels) – это этапы развития организации в соответствии со стандартизованными моделями оценки уровня зрелости управления. Универсальной моделью оценки уровня зрелости считается CapabilityMaturityModelIntegrated (далее CMMI). CMMI описывает шкалу из пяти уровней зрелости, основанных на том, насколько последовательна компания или организация в следовании общим повторяющимся процессам при выполнении своей работы. На рисунке 33 представлены уровни зрелости модели CMMI. Нижний уровень шкалы описывает компании без повторяющихся процессов, где большая часть работы хаотична и сумбурна. Верхний уровень описывает компании, которые используют определенные и повторяющиеся процессы, собирают метрики для непрерывного улучшения своих процессов, а также на регулярной основе ищут творческие методы, позволяющие работать лучше.

 

 

Рисунок. Уровни зрелости модели CMMI

Международная организация по стандартизации ISO (InternationalStandardOrganization) применяет CMMI для создания международных стандартов. В рамках данной работы мы будем обращаться к стандарту ISO 9004-2010 «Менеджмент для достижения устойчивого успеха организации» [112].Согласно ISO 9004-2010 устойчивый успех организации достигается за счет ее способности отвечать потребностям и ожиданиям своих потребителей и других заинтересованных сторон на долговременной основе и сбалансированным образом. Устойчивого успеха можно добиться посредством эффективного менеджмента организации, путем осознания организацией среды своего существования, за счет обучения и должного применения улучшений и (или) инноваций. Данный стандарт предлагает методику самооценки уровней зрелости на основе опроса, по результатам которого можно сделать вывод об уровне зрелости организации.

 

   Методы программной инженерии поддерживают и конкретизируют технологический процесс, а также обеспечивают перманентный контроль за значениями качества программного продукта на всех стадиях его производства. Для каждого проекта создания программного продукта, выполняющего ответственные функции, должны разрабатываться и применяться система качества, планы и программа испытаний, в рамках которых реализуется специальная методология и используются определенные инструментальные средства разработки и испытаний. Такая методология и инструментарий должны обеспечивать заданные на стадии проектирования качество, надежность и безопасность функционирования программных продуктов. Эти методы и процессы позволяют разработчикам и заказчикам программных продуктов более корректно взаимодействовать при определении и реализации требований контрактов и технических заданий.

Для эффективного процесса изготовления определенного программного продукта и его использования в конкретных условиях эксплуатирующего предприятия, необходимо создание соответствующей технологии его проектирования и производства. Технология производства включает методы, используемые для этого оборудования, инструментальные средства и систему взаимосвязанных способов изготовления продукции и выполнения установленного вида работ. Технология должна включать весь перечень последовательных операций по превращению исходного замысла проекта, требований заказчика и потребителей, в готовый продукт, с указанием методов, типа и характеристик инструментальных средств, которыми специалисты пользуются на каждом этапе производства.

Организация технологии проектирования и производства - система мер, направленных на рационализацию взаимодействия в пространстве и времени материальных компонентов и специалистов, занятых в процессе производства. Дифференциация коллективного труда предполагает разделение производственного процесса на отдельные части (процессы, операции) и их закрепление за соответствующими подразделениями и специалистами предприятия. В практической деятельности по организации производства, приоритет должен отдаваться тому методу, который обеспечит наилучшие экономические и социальные характеристики производственного процесса.

    Основные концепции программной инженерии сконцентрированы в целостном комплексе систематизированных международных стандартов, охватывающих и регламентирующих практически все процессы жизненного цикла сложных программных средств. Несколько десятков стандартов этого комплекса допускают целенаправленный отбор процессов. С использованием положений этих стандартов формируют проблемно-ориентированные профили стандартов, предназначенные для определенных типов проектов и/или предприятий - заказчиков. Практическое применение профилей стандартов, сосредоточивших мировой опыт создания различных типов крупных комплексов программ, способствует значительному повышению производительности труда специалистов и качества создаваемых программных продуктов. Эти стандарты определяют эффективную модифицируемость, мобильность и возможность повторного применения программных компонентов и комплексов, их расширяемость и переносимость на различные аппаратные и операционные платформы. Указанные факторы отражаются на росте экономической эффективности технологий и процессов создания различных программных средств и систем. Для регламентирования процессов жизненного цикла такие профили стандартов должны адаптироваться и конкретизироваться применительно к определенным классам и функциям проектов, процессов и компонентов программных комплексов. При этом должна сохраняться концептуальная целостность применяемой совокупности стандартов. Должно обеспечиваться их положительное влияние на процессы и результаты, на качество, надежность и безопасность программных продуктов при реальных ограничениях на использование доступных для их сопровождения ресурсов в жизненном цикле проектов.

Методология программной инженерии и международные стандарты рекомендуют современные методы и средства проектирования и производства, внедрения и применения программных продуктов в составе сложных систем.Организованные коллективы специалистов, применяющие регламентированные стандартами процессы программирования, верификации, тестирования и сопровождения программных комплексов и их компонентов обеспечивают заказчикам стабильные, предсказуемые результаты - программные продукты с требуемым качеством обработки технической информации. Основной интеллектуальный труд специалистов вкладывается в разработку функциональных алгоритмов и текстов программ, а также в их интеграцию, испытания, документирование на всех этапах проектирования и производства сложных программных продуктов. Большая сложность информации втаких системах определяет высокие затраты квалифицированного интеллектуального труда специалистов на комплексы программ, для материализации информации в программном продукте.

Методология программной инженерии и стандарты регламентируют современные процессы управления проектами сложных систем и программных продуктов. Они обеспечивают организацию, освоение и применение апробированных годами, высококачественных процессов проектирования, программирования, верификации, тестирования и сопровождения программных комплексов и их компонентов. Тем самым, эти проекты и процессы позволяют получать стабильные, предсказуемые результаты и программные продукты требуемого качества. Многообразие классов и видов сложных комплексов программ, обусловленное различными функциями и сферами применения систем, определяет формальные трудности, связанные с методами и процедурами доказательства соответствия создаваемых и поставляемых программных продуктов условиям контрактов, требованиям заказчиков и потребителей. По мере расширения применения и увеличения сложности систем, выделились области, в которых дефекты, недостаточное качество комплексов программ или данных могут наносить значительный ущерб, намного превышающий положительный эффект от их использования. В таких критических системах (например, управления атомными электростанциями, крупными банками или системами вооружения) недопустимы проявления высоких рисков, нарушений принятых режимов функционирования программных продуктов при любых искажениях исходных данных, сбоях, частичных отказах аппаратуры, ошибках пользователей и других нештатных ситуациях. Подобные риски комплексов программ могут определять безопасность функционирования объектов, предприятий и даже страны. Вследствие этого резко повысилась ответственность специалистов за качество результатов их труда и создаваемых программных продуктов. Это требует непрерывного совершенствования, обучения и повышения квалификации заказчиков, разработчиков и пользователей в области программной инженерии, освоения ими современных методов, процессов и международных стандартов, а также высокой корпоративной культуры коллективов специалистов, обеспечивающих жизненный цикл критических программных продуктов.