Итерационная модель ЖЦ. Спиральная модель

Лекция №4

Тема: «Жизненный цикл Автоматизированных систем»

План:

Модели ЖЦ АИС

Каскадная модель ЖЦ

Итерационная модель ЖЦ. Спиральная модель

Модели жизненного цикла АИС

По аналогии с известным определением модели ЖЦ ПО и в соответствии с устоявшейся среди специалистов терминологией, приведем определение модели ЖЦ АИС.

Модель жизненного цикла АИС — это структура, описывающая процессы, действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения в течение всего жизненного цикла системы.

Модель ЖЦ АИС отражает состояние системы с момента осознания необходимости создания данной АИС до полной ее утилизации.

Выбор модели жизненного цикла зависит от специфики, масштаба, сложности проекта и набора условий, в которых АИС создается и функционирует.

Модель ЖЦ АИС включает:

• стадии;

• результаты выполнения работ на каждой стадии;

• ключевые события или точки завершения работ и принятия решений.

В соответствии с известными моделями ЖЦ ПО определяют модели ЖЦ АИС — каскадную, итерационную, спиральную.

Ниже подробно рассмотрена каждая из них.

Каскадная модель ЖЦ

Каскадная модель описывает классический подход к разработке систем в любых предметных областях; широко использовалась в 1970—80-х гг.

Организация работ по каскадной схеме официально рекомендовалась и широко применялась в различных отраслях в связи с наличием теоретического обоснования, промышленных методик и стандартов, а также успешного использования модели в течение десятилетий.

Каскадная модель предусматривает последовательную организацию работ, причем основной особенностью модели является разбиение всей работы на этапы. Переход от предыдущего этапа к последующему происходит только после полного завершения всех работ предыдущего. Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации для того, чтобы иметь возможность при необходимости всегда продолжить разработку.

Периодически названия стадий разработки в каскадной модели менялись; кроме того, в каждый период времени регламент приписывания определенных работ к конкретным этапам никогда не являлся жестким и однозначным. Тем не менее выделяют пять устойчивых этапов разработки, практически не зависящих от предметной области (рис. 1.6).

На первом этапе проводится исследование проблемной области, формулируются требования заказчика. Результатом данного этапа является техническое задание (задание на разработку), согласованное со всеми заинтересованными сторонами.

В ходе второго этапа, согласно требованиям технического задания, разрабатываются те или иные проектные решения. В результате появляется комплект проектной документации.

Третий этап — реализация проекта; по существу, разработка программного обеспечения (кодирование) в соответствии с проектными решениями предыдущего этапа. Методы реализации при этом принципиального значения не имеют. Результатом выполнения этапа является готовый программный продукт.

На четвертом этапе проводится проверка полученного программного обеспечения на предмет соответствия требованиям, заявленным в техническом задании. Опытная эксплуатация позволяет выявить различного рода скрытые недостатки, проявляющиеся в реальных условиях работы АИС.

Последний этап — сдача готового проекта, и главное здесь — убедить заказчика в том, что все его требования выполнены в полной мере.

Этапы работ в рамках каскадной модели часто называют частями проектного цикла АИС, поскольку этапы состоят из многих итерационных процедур уточнения требований к системе и вариантов проектных решений. ЖЦ АИС существенно сложнее и длиннее: он может включать в себя произвольное число циклов уточнения, изменения и дополнения уже принятых и реализованных проектных решений. В этих циклах происходит развитие АИС и модернизация отдельных ее компонентов.

Каскадная модель получила широкое распространение не только среди специалистов, так как обладает достоинствами, проявляющимися при выполнении различных разработок.

Ниже приведены основные достоинства:

1) на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности. На заключительных этапах разрабатывается пользовательская документация, охватывающая все предусмотренные стандартами виды обеспечения АИС (организационное, информационное, программное, техническое и т. д.);

2) последовательное выполнение этапов работ позволяет планировать сроки завершения и соответствующие затраты.

Каскадная модель изначально разрабатывалась для решения различного рода инженерных задач и не потеряла своего значения для прикладной области до настоящего времени. Кроме того, каскадный подход идеально подходит для разработки АИС, так как уже в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу технической реализации. К таким АИС, в частности, относятся сложные расчетные системы и системы реального времени.

Тем не менее модель имеет ряд недостатков, ограничивающих ее применение:

• существенная задержка в получении результатов;

• ошибки и недоработки на любом из этапов проявляются, как правило, на последующих этапах работ, что приводит к необходимости возврата;

• сложность параллельного ведения работ по проекту;

• чрезмерная информационная перенасыщенность каждого из этапов;

• сложность управления проектом;

• высокий уровень риска и ненадежность инвестиций.

Задержка в получении результатов проявляется в том, что при последовательном подходе к разработке согласование результатов с заинтересованными сторонами производится только после завершения очередного этапа работ. В результате может оказаться, что разрабатываемая АИС не соответствует требованиям, и такие несоответствия могут возникать на любом этапе разработки; кроме того, ошибки могут непреднамеренно вноситься и проектировщиками-аналитиками, и программистами, так как они не обязаны хорошо разбираться в тех предметных областях, для которых разрабатывается АИС.

Кроме того, используемые при разработке АИС модели автоматизируемого объекта, отвечающие критериям внутренней согласованности и полноты, в силу различных причин могут устареть за время разработки (например, из-за внесения изменений в законодательство).

Возврат на более ранние стадии. Этот недостаток является одним из проявлений предыдущего: поэтапная последовательная работа над проектом может привести к тому, что ошибки, допущенные на более ранних этапах, обнаруживаются только на последующих стадиях. В результате проект возвращается на предыдущий этап, перерабатывается и только затем передается в последующую работу. Это может послужить причиной срыва графика и усложнения взаимоотношений между группами разработчиков, выполняющих отдельные этапы.

Самый плохой вариант, когда недоработки предыдущего этапа обнаруживаются не на следующем этапе, а позднее. Например, на стадии опытной эксплуатации могут проявиться ошибки в описании предметной области. Это означает, что часть проекта должна быть возвращена на начальный этан работы.

Вообще, работа может быть возвращена с любого этапа на любой предыдущий, поэтому в реальности каскадная схема разработки выглядит так, как показано на рис. 1.7 116—18).

Одной из причин возникновения данной ситуации является то, что в качестве экспертов, участвующих в описании предметной области, часто выступают будущие пользователи системы, которые иногда не могут четко сформулировать требования к АИС. Кроме того, заказчики и исполнители часто неправильно понимают друг друга, так как заказчики далеки от программирования, а исполнители обычно не являются специалистами в предметной области.

Сложность параллельного ведения работ связана с необходимостью постоянного согласования различных частей проекта. Чем сильнее взаимозависимость отдельных частей проекта, тем чаще и тщательнее должна выполняться синхронизация, тем сильнее зависят друг от друга группы разработчиков. В результате преимущества параллельного ведения работ просто теряются.; отсутствие параллелизма негативно сказывается и на организации работы всего коллектива.

В частности, пока производится анализ предметной области, проектировщики, разработчики и те, кто занимается тестированием и администрированием, почти не загружены. Кроме того, при последовательной разработке крайне сложно внести изменения в проект после завершения этапа и передачи проекта на следующую стадию. Так, если после передачи проекта на следующий этап группа разработчиков нашла более эффективное решение, оно не может быть реализовано, поскольку предыдущее решение уже, возможно, реализовано и увязано с другими частями проекта.

Проблема информационной перенасыщенности возникает вследствие сильной зависимости между различными группами разработчиков. Дело в том, что при внесении изменений в одну из частей проекта, необходимо оповещать тех разработчиков, которые использовали (могли использовать) ее в своей работе. При наличии большого числа взаимосвязанных подсистем синхронизация внутренней документации становится отдельной важнейшей задачей: разработчики должны постоянно знакомиться с изменениями и оценивать, как скажутся (или уже сказались) эти изменения на полученных результатах.

В итоге может потребоваться повторное тестирование и внесение изменений в уже готовые части проекта. Причем эти изменения, в свою очередь, необходимо отразить во внутренней документации и разослать другим группам разработчиков. Как следствие, резко возрастет объем документации и, соответственно, понадобится больше времени для ознакомления с ней.

Помимо изучения нового материала, не отпадает необходимость и в изучении старой информации. Ведь вполне вероятно, что в процессе разработки изменится кадровый состав и новым разработчикам понадобится информация о сделанном ранее. Причем, чем сложнее проект, тем больше времени требуется, чтобы ввести нового разработчика в курс дела.

Сложность управления проектом в основном обусловлена строгой последовательностью стадий разработки и наличием сложных взаимосвязей между различными частями проекта. Регламентированная последовательность работ приводит к тому, что одни группы разработчиков должны ожидать результатов работы других команд, поэтому требуется административное вмешательство для согласования сроков и состава передаваемой документации.

В случае же обнаружения ошибок в работе необходим возврат к предыдущим этапам; текущая работа тех, кто ошибся, прерывается. Следствием этого обычно является срыв сроков выполнения как исправляемого, так и нового проектов.

Упростить взаимодействие между разработчиками и уменьшить информационную перенасыщенность документации можно, сокращая количество связей между отдельными частями проекта, но далеко не каждую АИС можно разделить на слабо связанные подсистемы.

Высокий уровень риска. Чем сложнее проект, тем дольше длится каждый этап разработки и тем сложнее взаимосвязи между отдельными частями проекта, количество которых также увеличивается. Причем результаты разработки можно реально увидеть и оценить лишь на этапе тестирования, т. е. после завершения анализа, проектирования и разработки — этапов, выполнение которых требует значительного времени и средств.

Запоздалая оценка порождает серьезные проблемы при выявлении ошибок анализа и проектирования — требуется возврат на предыдущие стадии и повторение процесса разработки. Однако возврат на предыдущие стадии может быть связан не только с ошибками, но и с изменениями, произошедшими в предметной области или в требованиях заказчика за время разработки. При этом никто не гарантирует, что предметная область снова не изменится к тому моменту, когда будет готова следующая версия проекта. Фактически это означает, что существует вероятность «зацикливания» процесса разработки: расходы на проект будут постоянно расти, а сроки сдачи готового продукта постоянно откладываться.

Таким образом, сложные проекты, разрабатываемые по каскадной схеме, имеют повышенный уровень риска. Этот вывод подтверждается практикой: по сведениям консалтинговой компании The Standish Group в США более 31 % проектов корпоративных информационных систем (1Т-проектов) заканчивается неудачей; почти 53 % IT-проектов завершается с перерасходом бюджета (в среднем на 189%, т. е. почти в 2 раза); и только 16,2 % проектов укладывается и в срок, и в бюджет (13).

Помимо приведенных недостатков каскадной модели есть еще один. Он связан с возникновением конфликтов (не всегда явных) между разработчиками, которые обусловлены тем, что возврат части проекта на предыдущую стадию обычно сопровождается поиском виновных. Поскольку однозначно персонифицировать виноватого не всегда возможно, отношения в коллективе усложняются.

Как следствие, в рабочей группе часто ценится не тот руководитель, который имеет высокую квалификацию и больший опыт, а тот, кто умеет «отстоять» своих подчиненных, обеспечить им более удобные условия работы и т. п. В результате появляется опасность снижения и квалификации, и творческого потенциала всей команды. Соответственно, техническое руководство проектом начинает в большей степени подменяться организационным, более детальной проработкой должностных инструкций и более формальным их исполнением.

Тот, кто не умеет организовать работу, обречен бороться за дисциплину. И здесь возникает проблема несовместимости дисциплины и творчества. Чем строже дисциплина, тем менее творческой становится атмосфера в коллективе. Такое положение вещей может привести к тому, что наиболее одаренные кадры со временем покинут коллектив.

Итерационная модель ЖЦ. Спиральная модель

Построение итерационной модели заключается в серии коротких циклов (шагов) по планированию, реализации, изучению, действию.

Создание сложных АИС предполагает проведение согласований проектных решений, полученных при реализации отдельных задач. Подход к проектированию «снизу — вверх» обусловливает необходимость таких итераций возвратов, когда проектные решения по отдельным задачам объединяются в общие системные решения. При этом возникает потребность в пересмотре ранее сформировавшихся требований.

Преимущество итерационной модели в том, что межэтапные корректировки обеспечивают меньшую трудоемкость разработки по сравнению с каскадной моделью.

Недостатки итерационной модели:

• время жизни каждого этапа растягивается на весь период разработки;

• вследствие большого числа итераций возникают рассогласования выполнения проектных решений и документации;

• запутанность архитектуры;

• трудности использования проектной документации на стадиях внедрения и эксплуатации вызывают необходимость перепроектирования всей системы.

Спиральная модель, в отличие от каскадной, но аналогично предыдущей предполагает итерационный процесс разработки АИС. При этом возрастает значение начальных этапов, таких как анализ и проектирование, на которых проверяется и обосновывается реализуемость технических решений путем создания прототипов.

Каждая итерация представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску внутренней или внешней версии изделия (или подмножества конечного продукта), которое совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать законченной системой (рис. 1.8).

Таким образом, каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии программного изделия, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, планируются работы на следующем витке спирали. Каждая итерация служит для углубления и последовательной конкретизации деталей проекта, в результате этого выбирается обоснованный вариант окончательной реализации.

Использование спиральной модели позволяет осуществлять переход на следующий этап выполнения проекта, не дожидаясь полного завершения текущего, — недоделанную работу можно будет выполнить на следующей итерации.

Главная задача каждой итерации — как можно быстрее создать работоспособный продукт для демонстрации пользователям. Таким образом, существенно упрощается процесс внесения уточнений и дополнений в проект.

Спиральный подход к разработке программного обеспечения позволяет преодолеть большинство недостатков каскадной модели и, кроме того, обеспечивает ряд дополнительных возможностей, делая процесс разработки более гибким.

Преимущества итерационного подхода:

• итерационная разработка существенно упрощает внесение изменений в проект при изменении требований заказчика;

• при использовании спиральной модели отдельные элементы АИС интегрируются в единое целое постепенно. Поскольку интеграция начинается с меньшего количества элементов, то возникает гораздо меньше проблем при ее проведении (при использовании каскадной модели интеграция занимает до 40 % всех затрат в конце проекта);

• снижение уровня рисков (следствие предыдущего преимущества, так как риски обнаруживаются именно во время интеграции). Уровень рисков максимален в начале разработки проекта, по мере продвижения разработки он снижается. Данное утверждение справедливо при любой модели разработки, однако при использовании спиральной снижение уровня рисков происходит с наибольшей скоростью, так как интеграция выполняется уже на первой итерации. На начальных итерациях выявляются многие аспекты проекта (пригодность используемых инструментальных средств, программного обеспечения, квалификация разработчиков и т. п.).

На рис. 1.9 приведено сравнение зависимостей рисков от времени разработки для каскадного и итерационного подходов (8, 16—18];

• итерационная разработка обеспечивает большую гибкость в управлении проектом, главная возможность внесения тактических изменений в разрабатываемое изделие. Так, можно сократить сроки разработки за счет снижения функциональности системы или использовать в качестве составных частей продукцию сторонних фирм вместо собственных разработок (актуально при рыночной экономике, когда необходимо противостоять продвижению изделия конкурентов);

• итерационный подход упрощает повторное использование компонентов, поскольку гораздо проще выявить (идентифицировать) общие части проекта, когда они уже частично разработаны, чем пытаться выделить их в самом начале проекта. Анализ проекта после нескольких начальных итераций позволяет выявить общие многократно используемые компоненты, которые на последующих итерациях будут совершенствоваться;

• спиральная модель позволяет получить более надежную и устойчивую систему. Это связано с тем, что по мере развития системы ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации. Одновременно корректируются критические параметры эффективности, что в случае каскадной модели доступно только перед внедрением системы;

• итерационный подход позволяет совершенствовать процесс разработки — в результате анализа в конце каждой итерации проводится оценка изменений в организации разработки; на следующей итерации она улучшается.

Основная проблема спирального цикла — трудность определения момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Иначе процесс разработки может превратиться в бесконечное совершенствование уже сделанного.

При итерационном подходе полезно следовать принципу «лучшее — враг хорошего». Поэтому завершение итерации должно производиться строго в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена.

Планирование работ обычно проводится на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков. В основе спиральной модели жизненного цикла лежит применение прототипной — Rapid Application Development, RAD-технологии.

Эта технология обеспечивает создание на ранней стадии реализации действующей интерактивной модели системы так называемой системы-прототипа, позволяющей наглядно продемонстрировать пользователю будущую систему, уточнить его требования, оперативно модифицировать интерфейсные элементы — формы ввода сообщений, меню, выходные документы, структуру диалога, состав реализуемых функций.

В процессе работы с системой-прототипом пользователь реально осознает возможности будущей системы и определяет наиболее удобный для него режим обработки данных, что значительно повышает качество создаваемых систем. Осуществляется проверка принципиальных проектных решений по составу и структуре АИС и оценка основных ее эксплуатационных характеристик.

Вовлечение пользователей в процесс проектирования и конструирования приложения позволяет получать замечания и дополнения к требованиям непосредственно в процессе проектирования приложения, сокращая время разработки. Представители заказчика получают возможность контролировать процесс создания системы и влиять на ее функциональное наполнение. Результатом является сдача в эксплуатацию системы, учитывающей большинство потребностей заказчиков.