Реального времени

Распределение затрат по этапам разработки программных средств

Таблица 5.1

Этапы разработки	Трудоемкость, %	Длительность, %	Численность специалистов, % от средней
Предварительное проектирование
Детальное проектирование
Программирование
Автономная отладка компонентов -
Интеграция и комплексная отладка
Испытания и документирование

Основное содержание, размер и требуемое качество создаваемых ПС практически всегда определяют затраты, связанные с их непосредственной разработкой. Влияние этой части затрат определяется наиболее сложным творческим процессом создания программ, который зависит от многих факторов. Некоторые из них могут изменять затраты даже в несколько раз, но в большинстве своем изменяют их на десятки процентов. Накопленный опыт создания ПС и обобщение проведенных исследований позволили выделить четыре основные группы факторов, влияющих на оценки затрат при непосредственной разработке программ:

— факторы, отражающие особенности создаваемого комплекса программ, как объекта разработки, требования к его функциональным характеристикам и к качеству;

— факторы, определяющие организацию процесса разработки комплексов программ и его обеспечение квалифицированными специалистами;

— факторы, характеризующие технологическую среду и оснащенность инструментальными средствами автоматизации процесса разработки программ;

— факторы, отражающие оснащенность процесса создания ПС аппаратурными вычислительными средствами, на которых реализуются комплексы программ и базируются инструментальные системы автоматизации разработки.

В представленных четырех группах распределены факторы, которые наиболее важны при анализе основных затрат на проекты ПС. В эти группы включены факторы, которые могут изменять оценку производительности труда при создании ПС не менее чем на 10% в ту или иную сторону. В то же время имеющийся опыт показывает, что отсутствуют отдельные факторы или методы, способные изменять на порядок или более основные ТЭП процесса разработки программ. Большинство факторов изменяет экономические характеристики разработки программ на десятки процентов и не более чем в 1,5 раза. Для оценивания ТЭП ниже в п. 5.2— 5.4 последовательно рассмотрены и рекомендуются три методики:

— Методика 1 — экспертного технико-экономического обоснования проектов программных средств при подготовке концепции и технического задания на новый комплекс программ на основе экспертных данных разработки одной строки текста программ-прототипов;

— Методика 2 — оценка технико-экономических показателей проектов программных продуктов с учетом совокупности основных факторов предварительной модели СОСОМО II (см. Boehm B.W. et al. Software cost estimation with СОСОМО II. Prentice Hall PTR. New Jersey. 2000);

— Методика 3 — уточненная оценка технико-экономических показателей проектов программных продуктов с учетом полной совокупности факторов детальной модели СОСОМО II.2000 (там же).

В качестве основных критериев выбора методик прогнозирования ТЭП разработки ПС целесообразно учитывать возможность их использования как на начальных, так и на более поздних этапах разработки. Для практического применения модели СОСОМО II опубликован пакет прикладных программ и руководство по его применению. Оно иллюстрировано формами экранов и несколькими обширными практическими примерами применения для технико-экономического анализа конкретных проектов сложных комплексов программ.

Важнейшим фактором при технико-экономическом обосновании, определяющим создание программных средств, являются люди — специалисты, с их уровнем профессиональной квалификации, а также с многообразием знаний, опыта, стимулов и потребностей. Быстрый рост сложности и повышение ответственности за качество комплексов программ привели к появлению новых требований к специалистам, обеспечивающим все этапы жизненного цикла ПС. При проектировании ПС различных классов разделение труда специалистов по квалификации при разработке программ и данных, организация коллективов и экономика таких разработок стали важнейшей частью выбора, обучения и подготовки специалистов для обеспечения всего ЖЦ ПС (см. лекцию 9).

В детальной модели СОСОМО значительное внимание уделено влиянию организации и взаимодействия коллектива разработчиков на трудоемкость создания сложных программных средств. В составе организационных характеристик коллектива рекомендуется учитывать согласованность целей специалистов, участвующих в проекте, их психологическую совместимость и способность к дружной коллективной работе, наличие опыта работы в данном коллективе и другие объективные и субъективные свойства участников проекта. При этом большое значение могут иметь личная мотивация и психологические особенности поведения разных специалистов при комплексной работе над сложным проектом. Эти характеристики могут быть обобщены в качественный показатель влияния сложности взаимодействия специалистов в коллективе, которому сопоставлены коэффициенты изменения трудоемкости разработки ПС. Наилучшим считается продолжительное корректное взаимодействие организованных специалистов с большим опытом работы в данном коллективе при полной согласованности их целей, планов и методов работы. При разработке программ большими коллективами значительно повышается роль квалификации руководителей разработки, что непосредственно отражается на средней производительности труда всего коллектива. Однако формализовать и учесть влияние руководителя разработки и ведущих специалистов на затраты и ТЭП комплекса программ пока трудно.

Уровень квалификации заказчика и определенность технического задания на разработку ПС может весьма сильно влиять на суммарные затраты и длительность создания программ. Изменения технического задания и объем переделок непосредственно отражаются на средней производительности труда специалистов, рассчитанной по конечному размеру созданного комплекса программ. Особенно сильно на достоверность технического задания и возрастание затрат влияет попытка заказчика форсировать сроки разработки. При этом первоначальное техническое задание оказывается недостаточно квалифицированным и подвергается в дальнейшем многократным изменениям. Этому же может способствовать различие между заказчиком и разработчиком в квалификации, уровне понимания целей разработки и необходимых затрат на реализацию дополнительных требований.

При проектировании и создании высококачественных комплексов программ, прежде всего, необходимы организация и тесное взаимодействие представителей заказчика и разработчиков проекта. Взгляды и требования заказчика в основном отражаются в функциональных и потребительских характеристиках ПС. Устремления разработчиков направлены на возможность и способы их реализации с требуемым качеством. Эти различия исходных точек зрения на проект приводят к тому, что некоторые неформализованные представления тех и других имеют зоны неоднозначности и взаимного непонимания, что может приводить к конфликтам.

Затраты и труд специалистов при реализации крупномасштабного проекта ПС можно распределить по двум категориям специалистов, разрабатывающим компоненты и ПС в целом и обеспечивающим технологию и качество программного продукта (см. лекцию 9). Организационное разделение специалистов, осуществляющих разработку ПС (первая категория), и специалистов, контролирующих и управляющих его качеством в процессе разработки и всего ЖЦ (вторая категория), должно обеспечивать эффективное достижение заданных характеристик, а также независимый, достоверный контроль затрат и качества результатов разработки.

Затраты на технологию и инструментальные программные средства автоматизации разработки ПС обычно являются весьма весомыми при использовании высокоэффективных автоматизированных технологий. При технико-экономическом обосновании проекта следует учитывать, что размер и сложность создаваемого ПС значительно влияют на выбор инструментальных средств и уровня автоматизации технологии, а также на долю этих затрат в общих затратах на разработку. Встречаются ситуации, при которых затраты на технологию достигают 30—50% общих затрат на разработку. Такие затраты могут быть оправданы повышением производительности труда, сокращением сроков разработки и последующим снижением затрат на множество базовых версий ПС. Однако чаще всего эта группа затрат при создании первой версии сложных ПС находится в пределах 30% от суммарных затрат. В первом приближении степень автоматизации разработки программ отражает размер программных средств, используемых в технологических системах. Этот показатель соответствует сложности систем автоматизации разработки программ и пропорционален затратам на их приобретение (или создание) и эксплуатацию.

Стремление уменьшить технологические затраты в период разработки без учета последующего использования ПС, его компонентов и всего жизненного цикла может оказаться мало полезным, а в некоторых случаях привести к значительному увеличению совокупных затрат в ЖЦ. При применении сложных ПС эти затраты исчисляются сотнями человеко-лет, что определяет особую актуальность их снижения. Поэтому необходим системный анализ распределения и использования технологических ресурсов на разработку программ с учетом всего их жизненного цикла, включая сопровождение и возможный перенос на другие платформы.

Уровень автоматизации и качество технологии и инструментальных средству используемых для поддержки всего жизненного цикла ПС, обычно сильно коррелирован с достигаемым качеством комплексов программ, а также с качеством средств автоматизации для оценивания этого качества. Поэтому определение уровня зрелости технологической поддержки процессов жизненного цикла, организационного и инструментального обеспечения качества ПС, непосредственно связано с выбором и оцениванием реальных или возможных характеристик качества конкретного комплекса программ. В модели СОСОМО для оценивания технико-экономических показателей при разработке ПС рекомендуется методология сложных программных средств СММ — система и модель оценки зрелости комплекса, применяемых технологических процессов жизненного цикла ПС (см. лекцию 3). Эти уровни зрелости характеризуются степенью формализации, адекватностью измерения и документирования процессов и продуктов ЖЦ ПС, широтой применения стандартов и инструментальных средств автоматизации работ, наличием и полнотой реализации функций системой обеспечения качества технологических процессов и их результатов. В модели СОСОМО приводятся количественные рекомендации коэффициентов влияния уровней зрелости СММ на трудоемкость реализации сложных проектов ПС. Влиянию технологической зрелости разработки ПС в детальной модели СОСОМО сопоставлены уровни СММ, для каждого из которых приводятся коэффициенты изменения трудоемкости разработки.

Для приближенной оценки влияния на трудоемкость некоторых характеристик процессов разработки ПС в детальной модели СОСОМО выделены небольшая группа показателей и соответствующие им наборы рейтингов. Инструментальные системы, поддерживающие разработку, описаны качественными характеристиками и рейтингами, изменяющими трудоемкость в пределах приблизительно 20% от средней — номинальной. Уровень технологии и комплекса инструментальных средств особенно сильно влияет на ТЭП крупных проектов ПС. Поэтому затраты на их реализацию и применение целесообразно учитывать конкретно с использованием функций и характеристик проекта.

В модели и таблицах отмечено значительное влияние на трудоемкость ПС директивного ограничения сроков разработки относительно типовых — номинальных. При ограничении сроков сокращению трудоемкости может сопутствовать значительное снижение качества ПС и увеличение рисков реализации проекта. Для уменьшения сроков разработки есть ряд путей, с помощью которых руководство может добиваться некоторого ускорения разработки за счет увеличения трудоемкости и стоимости проекта, для чего рекомендуется:

— обеспечить детальные структурирование комплекса программ на модули и спецификации интерфейса для обеспечения максимального параллелизма работы специалистов;

— приобрести и освоить технологические, инструментальные средства для более быстрого кодирования, контроля и тестирования и обучить разработчиков их использованию;

— обеспечить дополнительную подготовку программистов и группы тестирования к работе в тематической области функций проекта;

— привлечь дополнительный вспомогательный персонал;

— отложить на время несущественное документирование проекта.

Тем не менее есть предел сокращению сроков разработки с помощью увеличения числа специалистов и приобретения оборудования. При максимально возможном сокращении сроков разработки до 75% от оптимального затраты возрастают на 25%.

При разработке комплексов программ систем реального времени большие затраты могут потребоваться для обеспечения тестирования и испытаний ПС, которые непосредственно не учитываются моделью СОСОМО. Основные усилия сосредоточивались на процессах программирования и автономной отладки компонентов. На этих этапах выявлялась основная масса дефектов и ошибок, хотя при использовании ПС и сопровождении обнаруживалось некоторое их количество. В последнее время центр тяжести разработки сложных ПС сдвинулся к начальным этапам и внимание акцентировано на предотвращение ошибок, прежде всего путем тщательного системного проектирования ПС из готовых программных компонентов, а также на комплексной отладке и испытаниях в реальном времени.

Этапы комплексной отладки, испытаний и модификации программ имеют много общего, в основе которого лежит широкое применение их тестирования для обнаружения ошибок и удостоверения функциональной корректности ПС. Разработка детерминированных тестов при отладке модулей и некоторых групп программ в большинстве случаев производится вручную. Однако их доля может составлять заметную часть общих затрат на отладку компонентов. Достаточно автономными и локализуемыми обычно являются затраты на стохастические тесты и тесты в реальном времени, используемые при комплексной отладке и испытаниях (см. лекцию 14).

При технико-экономическом обосновании проектов комплексов программ на оценку трудоемкости их разработки может оказать существенное влияние ограниченность вычислительных ресурсов специализированных, реализующих ЭВМ реального времени. Это привело к необходимости разрабатывать методы эффективного использования аппаратных ресурсов ЭВМ. Одним из важнейших и наиболее общих показателей, характеризующих возможность применения таких ЭВМ, является их производительность для конкретных задач реального времени. При этом существенным ограничивающим фактором являются длительность, в течение которой ЭВМ может быть предоставлена для решения данной задачи, или то реальное время, в пределах которого целесообразно получить результаты для их практического использования. При ограничениях ресурсов вследствие требований минимизации весов и габаритов специализированных, реализующих ЭВМ в авиационных, ракетных и космических системах, их экономное использование остается актуальным и его следует учитывать при обосновании соответствующих проектов ПС.

Быстрый рост в мире масштабов — размеров комплексов программ и баз данных, решающих единую целевую задачу, потребовал создания новых, более эффективных методов разработки сложных систем. Возникла проблема разработки функционально законченных ПС и БД и их компонентов, потенциально готовых к многократному применению в различной внешней и операционной среде, а также в различных сочетаниях их взаимодействия. Унификация всегда требует некоторых ресурсов, которые в данном случае выражаются в дополнительной трудоемкости создания повторно используемых программ и данных, а также в увеличении необходимой памяти и производительности ЭВМ для их реализации. Сохранение и развитие довольно широкого спектра архитектур ЭВМ, естественно, привело к повторному использованию компонентов (ПИК) не только на однотипных платформах, но и к разработке ПС и БД, переносимых на различные аппаратные и операционные платформы. При этом выделились две технологические проблемы:

— создание программных компонентов и баз данных, которые рентабельно повторно применять и/или переносить на различные операционные и аппаратные платформы;

— проблема реализации повторного использования и/или переноса ПС и БД для создания из них новых систем на иных платформах.

Увеличение затрат при решении первой проблемы должно компенсироваться сокращением затрат при создании комплексов программ и баз данных на базе готовых компонентов. Освоение методов и средств решения этих проблем позволило качественно изменить процессы создания сложных комплексов программ и резко повысить производительность труда специалистов при их разработке. Это активизировало в последние годы интерес к проблеме мобильности программ и данных во всех отраслях применения вычислительной техники. Создание новых ПС и БД путем переноса их с других аппаратных и операционных платформ стало особенно актуальным для современных административных систем государственного и регионального управления, управления отраслями и предприятиями, а также банковскими системами и в социальной сфере.

На практике при создании нового ПС не всегда имеется полный набор готовых, и пригодных для применения программных компонентов. Тогда при сборке версии ПС может потребоваться доработка отдельных компонентов, их сопряжение в новых сочетаниях и создание новых программ для решения дополнительных задач. Поэтому целесообразно оценивать трудоемкость сборочного программирования с учетом частичных затрат на новые компоненты. Относительное снижение трудоемкости разработки в первом приближении пропорционально доле готовых ПИК. В пределе при создании базовой версии ПС полностью из многократно применяемых готовых компонентов трудоемкость может сократиться в 3—5 раз. В промежуточных случаях, когда готовые компоненты используются частично, оценку изменения трудоемкости можно провести по степени сокращения затрат на программирование и автономную отладку всех необходимых компонентов.