Методы оценки трудоемкости разработки программного обеспечения корпоративных информационных систем

Актуальность темы

Рост сложности объектов автоматизации предприятий различных сфер деятельности, а также переход от частичной автоматизации к комплексным интегрированным решениям, учитывающим специфические особенности конкретного предприятия, приводят к увеличению сложности и количества проектов по комплексной автоматизации предприятий. При разработке сложных программных систем (ПС), которые, как правило, входят в состав корпоративных информационных систем (КИС), необходимо снизить зависимость качества результатов от таких субъективных факторов, как квалификация исполнителей, их опыт, понизить риск неуспешного завершения проекта. Для этого требуются промышленные технологические методы оценки и разработки программного обеспечения (ПО), позволяющие получать качественные и предсказуемые во времени результаты и подключать большое количество специалистов средней квалификации с самых первых этапов проекта. Также, еще на этапе предпроектного исследования, большое значение имеет точность и быстрота оценки времени и ресурсов требуемых для разработки системы.

На сегодняшний день существует острая потребность в научно обоснованных технологических методах разработки программных систем. Сложность объектов автоматизации в большинстве случаев предопределяет итерационный характер методов разработки, а потребность в их промышленном характере означает необходимость глубокой формализации технологии проектировании, выполнения и оценки всех этапов проекта.

В соответствии с 180/1ЕС 12 207 начальным этапом процесса «Разработка» является этап анализа, цель которого — выявление, классификация и формализация информации обо всех аспектах предметной области, влияющих на свойства конечного продукта, и именно этот этап оказывает определяющее влияние на качество результатов всего проекта. Отсюда следует особая значимость задач, относящихся к данному этапу. В рамках названной выше проблемы первоочередными являются задачи, направленные на формализацию начального этапа жизненного цикла ПО анализа предметной области и формализацию последующей оценки трудоемкости реализации выявленных требований.

Проблемам моделирования и проектирования программных систем посвящено значительное количество работ. Среди наиболее известных работ, посвященных методам проектирования и оценки программных систем следует отметить работы российских ученых: В. В. Липаева, A.M. Вендрова, С. А. Орлова, Е. З. Зиндера, Г. Н. Калянова и др. Среди зарубежных можно выделить работы таких авторов как G. Booch, Е. Yourdon, I. Jacobson, D. Longstreet, В. Boem, R. Ganter и др. В тоже время, довольно мало внимания уделяется проблеме оценки сложности ПС на ранних этапах разработки. В современных методах практически не представлены формализованные критерии и процедуры для обеспечения функциональной полноты и логической целостности результатов анализа предметной области, отсутствуют гибкие формализованные методы классификации и подсчета трудоемкости разработки программной системы, позволяющие быстро провести такой анализ. Применение существующих методов оценки ПС на практике оказывается весьма трудоемким, кроме того, они не достаточно формализовано и гибко учитывают разнообразные факторы, влияющие на сроки и длительность проекта.

В результате, на сегодняшний день, существуют два противоречащих друг другу фактора: с одной стороны — рост потребностей в заказных проектах, направленных на разработку корпоративных информационных систем, и высоких требований к срокам и качеству результатов, с другой стороны — недостаточное развитие технологий оценки и проектирования программных систем в составе КИС, обеспечивающих качество, структурированность и логическую целостность технико-экономического обоснования (ТЭО) проекта разработки. Таким образом, разработка научно обоснованных методов проектирования и оценки программных систем является актуальной научно-технической проблемой, имеющей существенное значение для экономики страны.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка научно обоснованной технологии оценки трудоемкости разработки программных систем на основе формализованной информации о предметной области и специфике проекта, позволяющей повысить оперативность и качество планирования процесса производства программных систем.

Для достижения вышеуказанной цели поставлены и решены следующие задачи: Исследование методологий проектирования и оценки ПС и их применимости для предварительной формализации требований к системе и дальнейшего измерения трудоемкости разработки программной системы. Разработка адаптируемых к предметной области и условиям конкретного проекта методов моделирования предметной области корпоративной программной системы, позволяющих формализовать измерение результатов моделирования. Разработка моделей, определяющих компоненты процесса производства ПС и связи между ними, позволяющих сымитировать процесс выполнения плана программного проекта, а также визуализировать результаты исполнения и измерения плана проекта. Определение набора метрик и дефектов плана программного проекта, позволяющих формализовать методы анализа его характеристик. Разработка технологии оценки трудоемкости разработки ПС, на основе первичных данных о предметной области и специфике проекта с дальнейшей подготовкой ТЭО проекта разработки корпоративной программной системы. Экспериментальное подтверждение применимости предложенной технологии на реальных данных предприятия-разработчика программных систем.

Методы исследования. В работе применены аппарат теории матриц и логических операций, методы реляционной алгебры, элементы математической логики.

Научная новизна. Разработана новая технология оценки трудоемкости разработки корпоративных программных систем. К новым результатам относятся: Формальная технология оценки трудоемкости разработки ПС, адаптируемая к предметной области и условиям конкретного проекта, инвариантная к размеру исходных данных. Методы моделирования предметной области программной системы, обеспечивающие возможность оперативной формальной оценки функционала разрабатываемой программной системыФормальные реляционные модели, позволяющие имитировать процесс производства программного обеспечения и его свойства. Метрики и дефекты плана программного проекта, позволяющие формализовать проведение его анализа.

Практическая значимость работы состоит в разработке программных средств, реализующих новые методы и технологии, позволившие осуществить снижение затрат на предпроектные исследования программной системы и её предметной области у разработчиков ПС, а также уменьшение рисков срыва сроков проекта и/или увеличения сметной стоимости разработки системы. Таким образом, полученные в диссертации научные результаты имеют конкретную прикладную направленность, связанную с повышением качества планирования процесса производства ПС, а также с сокращением по сравнению с существующими технологиями сроков создания ПС.

Результаты проведенных научных исследований и разработок были использованы при разработке КИС на предприятиях сферы услуг, в банковской отрасли и показали экономическую целесообразность применения новых технологий оценки и проектирования ПС.

Основные положения, выносимые на защиту: Структурный метод оценки трудоемкости разработки корпоративных программных системРеляционные модели процессов производства прикладных корпоративных программного систем: Метрики и дефекты плана программного проекта, позволяющие формализовать процесс его анализа;

S Методы моделирования предметной области программной системы, обеспечивающие возможность формальной оценки трудоемкости программной системы.

Реализация результатов.

Результаты работы применяются в «ОАО «Мехкомплект» на этапах предпроектного исследования и анализа предметной области при разработке заказных программных систем и были использованы при реализации различных проектов для Центрального Банка РФ, МЧС — Госпожарнадзора, ТНК-Украина и др.

Апробация работы и публикации. По теме диссертации опубликованы 13 работ и сделаны доклады на следующих семинарах и конференциях:

Научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ 2003;2006 гг.

Международная научно-техническая конференция МГТУГА, 2003 г.

Международная конференции «Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems», Spain, 2003;2005 гг.

IX научно-практический семинар «Новые информационные технологии в автоматизированных системах», МИЭМ, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ИПМ им. М. В. Келдыша, 2006.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержащего акты внедрения результатов работы. Список использованной литературы содержит 69 наименований. Текст диссертации содержит 137 страниц машинописного текста, включая 30 рисунков и 8 таблиц.

4.3 Выводы.

В третьей главе разработана технология оценки трудоемкости разработки программных систем и формально определен набор метрик и дефектов плана программного проекта с использованием реляционной и графовой моделей плана проекта.

1. Разработаны алгоритмы структурных методов оценки трудоемкости разработки программных систем с подробной детализацией основных частей, таких как заполнение вопросника проекта и таблицы трудозатрат по подсистемам, генерация плана проекта на основе его шаблона и таблицы трудозатрат.

2. Созданы программные средства, для автоматизации выполнения формализованных процедур алгоритма структурного метода оценки трудоемкости разработки программных систем.

3. Разработаны типовые шаблоны документов структурного метода оценки и краткие инструкции по их использованию, позволяющие в кратчайшие сроки начать применение технология оценки трудоемкости разработки программных систем в любой организации.

4. Разработанный набор метрик и дефектов позволяет специфицировать критерии сравнительного оценивания различных вариантов плана программного проекта, а также обеспечивает спецификации методов анализа характеристик плана программного проекта.

5. Определенны метрики, характеризующие продолжительность выполнения всего проекта и отдельных видов деятельности, а также уровень занятости ресурсов при выполнении проекта. Каждая метрика плана программного проекта определяется как функция, способ вычисления значений которой задается в форме логического правила, причем условие этого правила выполняет роль оператора конкретизации множества значений используемых переменных, а следствие — оператора присваивания значений.

6. Определен набор дефектов плана программного проекта, который обеспечивает проведение анализа плана проекта с целью выявления фрагментов, связанных с неэффективным использованием ресурсов и нарушением графика работ по проекту. Спецификация каждого дефекта описана в форме правила логического вывода с параметрами. Условие правила определяет предикат, истинность которого указывает на наличие дефекта и фактически описывает метод выявления дефекта в декларативной форме, а следствие правила определяет состав информации, выдаваемой менеджеру проекта при нахождении данного дефекта в модели плана проекта.

Проведённые эксперименты показали, что предложенный в работе подход к моделированию, измерению и оцениванию проектов по разработке программных систем позволяет с небольшими затратами времени и усилий на ранних стадиях планирования проекта оценить его основные характеристики и выявить дефекты, что в дальнейшем поможет избежать части проблем, возникающих при выполнении неудачно спланированного проекта.

1. Проведены эксперименты с планами реальных программных проектов, которые выполнялись в организации-разработчике ПС.

2. Обобщены данные об оценки трудоемкости разработки в ходе предпроектного исследования и измерения выполненных уже проектов.

3. Экспериментально показано, что использование разработанной технологии позволяет за сравнительно небольшое время создать план проекта разработки ПС и заполнить на его основе ТКП. Таким образом, подтверждена работоспособность предложенного подхода к моделированию, измерению и оцениванию проектов разработки ПС, а также хорошая временная эффективность разработанной технологии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований в настоящей диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Разработана технология оценки трудоемкости разработки программных систем, основанная на предложенных новых методах анализа, моделирования и оценки.

2. Технология оценки трудоемкости разработки программных систем практически апробирована в ряде проектов. Подтверждена работоспособность предложенного алгоритма оценки и практическая применимость разработанных шаблонов документов и программных средств, автоматизирующих процесс применения технологии. Экспериментально доказана целесообразность ее применения.

3. Предложены новые признаки минимального уровня детализации и верификации функциональной модели предметной области. Признаки обеспечивают необходимый и достаточный уровень детализации модели для её адекватной оценки, позволяют формализовать контроль полноты состава информационных объектов.

4. Разработана графовая модель плана программного проекта, позволяющая специфицировать реляционную модель плана программного проекта, визуализировать результаты её исполнения, а также результаты измерения плана проекта.

Также, в дополнение к вышеперечисленным, можно выделить следующие новые результаты, полученные в диссертационной работе:

1. Разработан новый формальный, не зависящий от размера программной системы, адаптируемый к предметной области и условиям конкретного проекта метод определения базовых сущностей. Метод позволяет выявить подмножество сущностей, имеющих наибольшие значение в процессе оценки трудоемкости разработки ПС.

2. Разработана реляционная модель, определяющая компоненты процесса производства ПС, их атрибуты, связи между ними. Эта обобщённая модель позволяет построить модель процесса производства ПС в конкретной организации и используется для адаптации предлагаемой технологии оценки трудоемкости разработки ПС. Также разработано формально определенное проблемно-ориентированное исчисление, позволяющее смоделировать процесс выполнения реляционной модели плана программного проекта и позволяющее производить оперативное изменение плана проекта.

3. Формально определен набор метрик и дефектов плана программного проекта с использованием его реляционной и графовых моделей, позволяющий специфицировать методы анализа его характеристик. Метрики и дефекты плана проекта обеспечивают возможность количественного анализа его свойств. Они позволяют задать формальный критерий качества плана программного проекта и оценить его на соответствие этому критерию.

4. Разработаны программные средства типовые шаблоны документов структурного метода оценки и инструкции по их использованию, для автоматизации выполнения формализованных процедур алгоритма структурного метода оценки трудоемкости разработки программных систем.

5. Результаты диссертационной работы внедрены в организации-разработчике программных систем Открытое Акционерное Общество «Мехкомпл ект».