Системные основы современных технологий программной инженерии

Основная цель современных технологий программной инженерии состоит в обеспечении эффективности всего жизненного цикла комплексов программ для ЭВМ в различных проблемно-ориентированных областях. В понятие современной технологии включается совокупность методов и инструментальных средств автоматизации, а также технологические процессы, обеспечивающие жизненный цикл сложных ПС с заданными функциональными и конструктивными характеристиками качества. Для этого рекомендуется использовать наиболее эффективные и совершенные методы проектирования и проводить комплексную автоматизацию ЖЦ ПС (см. рис. 1.1). Целеустремленная деятельность разработчиков-поставщиков должна быть направлена на удовлетворение требований заказчиков и пользователей программных продуктов при их применении по прямому назначению.

Эта деятельность регламентируется рядом методов и стандартов, которые являются компонентами технологического обеспечения сложных ПС в течение их жизненного цикла. Их применение предполагает высокую дисциплину коллектива специалистов, использование им методик, стандартов, типовых нормативных документов и средств автоматизации разработки, которые регламентируют порядок организации и проведения работ по выполнению технологических операций, направленных на получение, в имеющихся организационно-технических условиях, готового программного продукта с заданными функциями и качеством.

Методической основой технологии, регламентирующей деятельность специалистов, является типовой технологический процесс. Он отражается набором этапов и операций в последовательности их выполнения и взаимосвязи, обеспечивающих ведения работ на всех стадиях от инициирования проекта и подготовки технического задания до завершения испытаний или применения версии ПС. В современных технологиях объединяются методы непосредственной разработки программ и данных с методами обеспечения качества и организации управления их созданием с учетом технологических и человеческих факторов.

Индустриализация технологий программной инженерии базируется на стандартизации процессов разработки программ, их структурного построения и интерфейсов с операционной и внешней средой. Для этого с самого начала разработки должны определяться состав и этапы работ, необходимые для достижения конечной цели, а также требуемые для их выполнения ресурсы. Технические и управленческие проверки, анализ качества результатов промежуточных работ и компонентов, а также корректности их взаимосвязей должны обеспечивать руководителям и всем разработчикам уверенность достижения требуемого конечного результата проекта.

Достижение высоких значений качества комплексов программ существенно зависит от качества технологии и инструментальных средств, используемых разработчиками для обеспечения ЖЦ ПС. Уровень автоматизации, качество технологии и средств, применяемых для поддержки процессов жизненного цикла ПС, обычно сильно коррелирован с качеством создаваемых комплексов программ, а также с качеством средств автоматизации для их оценивания. Оценивание достоинств технологической базы ЖЦ позволяет прогнозировать возможное качество ПС и ориентировать заказчика и пользователей при выборе разработчика и поставщика для определенного проекта с требуемыми характеристиками. Поэтому определение уровня технологической поддержки процессов жизненного цикла, организационного и инструментального обеспечения ПС, непосредственно связано с оцениванием реальных или возможных характеристик качества конкретного комплекса программ.

Значительные достижения в развитии и применении современных методов и технологии обеспечения крупномасштабных проектов ПС сосредоточены в методологии СММ (Capability Maturity Model – система и модель для оценки зрелости) комплекса технологических процессов жизненного цикла ПС, а также в её последующем развитии в CMMI:2003 (см. лекцию 3). Она основана на формализации и использовании пяти уровней зрелости технологий поддержки ЖЦ ПС, которые также определяют потенциально возможное качество создаваемых на предприятии комплексов программ. Чем выше уровень зрелости, тем выше статус предприятия среди поставщиков, доверие к его продукции, его конкурентоспособность, а также возможное качество программных продуктов. Тем самым при выборе значений характеристик качества ПС можно в соответствующей степени доверять поставщику и предприятию разработчика, что они смогут полностью реализовать требования заказчика. Эти уровни зрелости характеризуются степенью формализации, адекватностью измерения и документирования процессов и продуктов в ЖЦ ПС, полнотой применения стандартов и инструментальных средств автоматизации работ, наличием и глубиной реализации функций системой качества технологических процессов и их результатов.

Методология обеспечения качества ПС в программной инженерии поддержана рядом методических документов и инструментальных средств, а также формализована комплексом международных стандартов (см. Приложение 1). Внедрение комплекса требует больших усилий и затрат, что ограничило его массовое использование для относительно простых и средней сложности проектов. Концептуальные и организационные основы административного управления жизненным циклом и качеством ПС в системе СММ, а также CMMI:2003, определены в восьми базовых принципах, которые декларированы в стандартах ISO 9000:2000 и ISO 15504:1-9.

Принцип 1 -Ориентация предприятия-разработчика на потребителя-заказчика. “Предприятия зависят от своих потребителей и, таким образом, должны понимать текущие и будущие потребности потребителей-заказчиков, удовлетворять их требования и стремиться превзойти их ожидания”.

Принцип 2 - Лидерство-руководство. “Лидеры обеспечивают единство назначения и направления деятельности предприятия. Они должны создавать и поддерживать внутреннюю окружающую среду, в которой специалисты могут в полной мере участвовать в достижении стратегических целей предприятия”.

Принцип 3 - Вовлечение персонала. “Люди составляют сущность предприятия на всех уровнях, и их полноценное участие в деятельности способствует применению их способностей на благо целей предприятия”.

Принцип 4 - Процессный подход. “Желаемый результат достигается более эффективно, когда требуемые ресурсы и деятельность специалистов предприятия управляются как единый связанный процесс”.

Принцип 5 - Системный подход к административному управлению. “Выявление и понимание задач и административное управление системой взаимосвязанных процессов для заданной стратегической цели, повышает эффективность и результативность предприятия”.

Принцип 6 - Постоянное усовершенствование. “Непрерывное усовершенствование процессов и повышение качества продукции должно быть постоянной стратегической целью предприятия и его специалистов”.

Принцип 7 - Подход к принятию решений основанный на фактах. “Эффективные решения должны базироваться на анализе только реальных данных и достоверной информации”.

Принцип 8 - Взаимовыгодные отношения с поставщиками. “Предприятие-пользователь и его поставщики-разработчики взаимозависимы, и взаимовыгодные отношения между ними повышают способность обоих производить качественную продукцию”.

В стандарте ISO 15504 каждый из приведенных принципов прокомментирован комплексом действий, необходимых для их реализации в проектах. Выполнение этих принципов способствует повышению управленческой культуры, применению системы административного управления качеством во всех видах деятельности предприятий и, как следствие, обеспечению высокого качества и конкурентоспособности создаваемой продукции, проектов и систем. Эти принципы рекомендуется применять при:

- формулировке политики и стратегии обеспечения всего ЖЦ ПС;

- выборе целей проекта, требований и характеристик качества ПС, непосредственно связанных с потребностями и ожиданиями заказчиков и потребителей;

- управлении операциямивпроцессе реализации проекта и для удовлетворения требований заказчика и потребителей;

- управлении людскими ресурсамипредприятия для обеспечения ЖЦ ПС и его качества.

Описание процессов ЖЦ ПС в СММ сфокусировано на поэтапном определении реально достигаемых результатов и на оценивании качества их выполнения. Качество процессов зависит от технологической среды, в которой они выполняются. Зрелость процессов -это степень их управляемости, возможность поэтапной количественной оценки качества, контролируемость и эффективность результатов. Модель зрелости предприятия представляет собой методический нормативный документ, определяющий правила создания и функционирования системы управления жизненным циклом ПС, методы постепенного повышения культуры и качества производства. Рост зрелости обеспечивает потенциальную возможность возрастания эффективности и согласованности использования процессов создания, сопровождения и оценивания качества компонентов и ПС в целом. Реальное использование регламентированных процессов предполагает их документирование и поэтапный контроль характеристик качества ПС. На предприятиях, достигших высокого уровня зрелости, формализованные процессы ЖЦ ПС должны принимать статус стандарта, фиксироваться в организационных структурах и определять производственную тактику и стратегию корпоративной культуры производства и системы обеспечения качества программного продукта.

В современных автоматизированных технологиях программной инженерии, создания и совершенствования сложных ПС, с позиции обеспечения их качества можно выделить методы и средства, позволяющие:

- создавать программные модули и функциональные компоненты высокого, гарантированного качества;

- предотвращать дефекты проектирования за счет систем обеспечения качества, эффективных технологий и инструментальных средств автоматизации всего жизненного цикла комплексов программ и баз данных;

- обнаруживать и устранять различные дефекты и ошибки проектирования, разработки и сопровождения программ путем верификации и систематического тестирования на всех этапах жизненного цикла ПС;

- удостоверять достигнутые значения качества функционирования программных продуктов в процессе их испытаний и сертификации перед передачей в регулярную эксплуатацию пользователям.

Комплексное, скоординированное применение этих методов и средств в процессе создания, развития и применения ПС позволяет исключать многие виды дефектов или значительно ослаблять их влияние. Тем самым уровень достигаемого качества программных продуктов становится предсказуемым и управляемым, непосредственно зависящим от ресурсов, выделяемых на его достижение, а главное, от системы качества и эффективности технологии, используемых на всех этапах жизненного цикла ПС. Эти ресурсы требуются на технологические средства в ЖЦ ПС:

- на приобретение или создание технологии и инструментальных средств, применяемых для обеспечения требуемого качества всего жизненного цикла ПС;

- на эксплуатацию и непосредственное применение технологии в процессе обеспечения ЖЦ ПС;

- на создание технологии и инструментальных средств для испытаний и оценивания характеристик качества программного средства;

- на выполнение измерений достигнутых значений характеристик качества ПС.

Улучшение технико-экономических показателей создания ПС, а также предотвращение ошибок и дефектов обеспечивается применением современных технологий программной инженерии и систем автоматизированного проектирования. Они представляют собой высокопроизводительные, ресурсосберегающие технологии создания комплексов программ высокого качества и надежности, имеют целью сокращение общих затрат на проектирование, реализацию, сопровождение и совершенствование ПС. Для этого, прежде всего, необходимо применять методы и средства системного анализа и проектирования, обеспечивающие конкретизацию и максимально точное представление целей, назначения и функций с начала ЖЦ ПС и предотвращающие распространение возможных системных дефектов на последующие этапы разработки. Такие технологии программной инженерии позволяют исключать или значительно снижать уровень системных, алгоритмических и программных ошибок в программных продуктах, передаваемых на эксплуатацию. Кроме того, они эффективны при модификации и сопровождении ПС, а также при изменении конфигурации внешней среды.

Для обнаружения, устранения ошибок и дефектов все этапы разработки и сопровождения ПС должны быть поддержаны методами и средствами верификации, а также систематического, автоматизированного тестирования корректности реализованных решений. На этапах разработки ПС целесообразно применять различные методы, эталоны и виды тестирования, каждый из которых ориентирован на обнаружение, локализацию или диагностику определенных типов дефектов. Непредсказуемость конкретных дефектов и ошибок в программах приводит к целесообразности последовательного, методичного анализа возможности проявления любого типа ошибок и их исключения на наиболее ранних этапах разработки при минимальных затратах. Для тестирования необходимы достаточно полные эталоны, такие как совокупность требований технического задания и поэтапная их декомпозиция в спецификациях. Существенная особенность тестирования сложных ПС состоит в потребности их проверки при ограниченной длительности испытаний. Для этого целесообразно тщательное планированиетестирования с учетом всех результатов, полученных на этапах жизненного цикла. При планировании основная задача состоит в достижении максимальной достоверности испытаний и определения качества ПС при ограничении допустимых затрат ресурсов.

При применении импортных компонентов системное проектирование и обеспечение качества программных продуктов следует учитывать, что, в принципе, в них возможны как злоумышленные, так и случайные, непредумышленные дефекты вычислительного процесса, программ и данных, отражающиеся на качестве их функционирования. Злоумышленные вирусы и/или “закладки”, хотя и маловероятны, в серийных, широко тиражируемых в мире программных продуктах, однако требуются особые методы и средства для целенаправленного их обнаружения и устранения. Зарубежным специалистам свойственно ошибаться, так же, как и отечественным, однако более высокое качество используемых технологий разработки и современная проектировочная культура позволяют значительно снижать уровень случайных дефектов в программных продуктах, поступающих на рынок. Однако в любых сложных импортных ПС всегда не гарантировано полное, абсолютное отсутствие случайных ошибок и дефектов, которые могут быть важнейшими дестабилизирующими факторами проектов. Их применение в критических отечественных системах требует соответствующего дополнительного контроля качества и специальных работ по обеспечению надежности и безопасности при проектировании и эксплуатации.

Комплексирование готовых импортных ПС и компонентов при проектировании конкретной отечественной системы создает условия их функционирования не всегда адекватные предусмотренным разработчиками и проверенным при испытаниях, хотя, может быть, и не выходящие за пределы требований эксплуатационной документации. Это способствует проявлению ранее скрытых дефектов и ошибок, и вызывает необходимость их устранения. Для этого ответственные и квалифицированные поставщики зарубежных программных продуктов имеют службы сопровождения, регистрации и накопления претензий пользователей и быстрого реагирования для устранения реальных дефектов функционирования. Легальная закупка и использование лицензионно чистых программных продуктов, обеспеченных сопровождением фирмы-поставщика, позволяет в значительной степени снижать влияние на качество функционирования ПС дефектов, не предотвращенных в процессе их создания.

Состояние экономики и промышленности страны все больше зависит от качества сложных информационных систем и их важнейшей, интеллектуальной части – программных продуктов, применяемых для управления в экономике, социальной сфере, системах вооружения и других областях. В связи с этим стратегической задачей стало обеспечение высокого качества отечественных программных продуктов при их массовой разработке и поставке для различных сфер применения в стране и на мировом рынке. Для конкурентоспособности в мире сложных программных продуктов и возможности их успешного экспорта они должны быть сертифицированы и соответствовать требованиям международных стандартов.

Для удостоверения качества, надежности и безопасности применения сложных, критических систем, используемые в них программные продукты, следует подвергать сертификации аттестованными, проблемно-ориентированными испытательными центрами (см. лекцию 18). Такие испытания необходимо проводить, когда программы управляют сложными процессами или обрабатывают столь важную информацию, что дефекты в них или недостаточное качество могут нанести значительный ущерб. Сертификационные испытания должны устанавливать соответствие комплексов программ документации и допускать их к эксплуатации в пределах изменения параметров внешней среды, исследованных при проведенных проверках. Эти виды испытаний характеризуются наибольшей строгостью и глубиной проверок и должны проводиться специалистами, независимыми от разработчиков и от заказчиков (пользователей).

Основой сертификации долж­ны быть детальные и эффективные Программы и методики испыта­ний комплексов программ на соответствие требованиям заказчиков, специально разработанные тестовые задачи и генераторы для их формирования, а также высокая квали­фикация и авторитет испытателей. Применение на предприятиях-разработчиках программных продуктов, сертифицированных систем качества и профилей международных стандартов на базе требований ISO 9001:2000 и/или CMMI:2003, гарантирует высокое, устойчивое управление качеством процессов и продуктов их жизненного цикла, а также позволяет во многих случаях облегчать сертификацию конечного программного продукта. Поэтому заказчики сложных программных проектов должны выбирать подрядчиков-исполнителей, имеющих сертификаты, удостоверяющие применение ими систем гарантирования качества на основе адаптированных профилей международных стандартов.

Пробелы в обучении методам программной инженерии оставляют широкое поле для произвола специалистов при оценивании качества их труда, а также для появления многочисленных дефектов и ошибок в проектах ПС. Возрастание сложности и ответственности современных задач, решаемых программами, а также возможного ущерба от недостаточного качества их результатов, значительно повысило актуальность освоения методов полного, стандартизированного описания требований к характеристикам качества и способов измерения их реальных значений на различных этапах ЖЦ ПС. Резко возросла необходимость знаний специалистами понятий, определений и способов оценивания характеристик качества программных продуктов.

Многие отечественные специалисты в области программных средств привыкли видеть в стандартах рутину, сковывающую их “творчество”. Быстрое усложнение и рост размеров комплексов программ приводит к созданию крупных программистских коллективов с профессиональным разделением труда, в которых необходимо регламентирование координированной деятельности групп специалистов над единым проектом. Обещания разработчиков в контрактах с заказчиками создать высококачественные программы в согласованные сроки во многих случаях не выполняются, как вследствие различий в понимании ими требуемого качества, так и вследствие неумения оценить ресурсы, необходимых для достижения высокого качества программ. В результате качество программной продукции зачастую остается низким, неподдающимся достоверной оценке и не конкурентоспособным на международном рынке. Поэтому важнейшей проблемой развития и применения современных систем, является обучение и воспитаниеспециалистов в области программной инженерии, использованию международных стандартов, способствующих высокому качеству ПС и достоверному его оцениванию. Необходимо их обучение умению формализовать требования и достигать конкретные значения характеристик качества функционирования и применения сложных комплексов программ, с учетом тех ресурсов, которые нужны и доступны для обеспечения и совершенствования этого качества.

Дата добавления: 2014-01-13