36
2. Проектная часть
2.1. Разработка проекта автоматизации
2.1.1. Этапы жизненного цикла проекта автоматизации
Процесс разработки программного обеспечения (ПО) является достаточно
сложным. Поэтому существует несколько стандартов, которые содержат
рекомендации относительно процесса разработки программного обеспечения.
Современные стандарты в области разработки программного обеспечения не
предписывают четких и однозначных схем построения структуры жизненного цикла
ПО. Международные стандарты регламентируют перечень видов деятельности, из
которых должен состоять процесс разработки, и вводят ту или иную структуру
жизненного цикла разработки ПО.
Существуют стандарты, определяющие различные элементы в структуре
жизненных циклов ПО. Основу таких элементов составляют технологические
процессы – структурированные наборы деятельностей, решающие некоторую
общую задачу или совокупность задач, такие, как процесс определения требований,
процесс разработки, процесс сопровождения ПО, процесс обеспечения качества,
процесс разработки документации, процесс тестирования и пр.
Рекомендуемый состав стадий жизненного цикла программного обеспечения
регламентируют стандарты ISO, которые описывают технологические процессы.
Стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010 «Информационная технология. Системная
и программная инженерия. Процессы жизненного цикла программных средств»
определяет общую структуру жизненного цикла ПО в виде трехуровневой модели,
элементами которой являются процессы, виды деятельности, задачи [9]. Процессы
объединены в четыре группы: основные процессы, поддерживающие процессы,
организационные процессы, адаптация. Процессы состоят из отдельных видов
деятельности.
Стандарт ISO/IEC 15288:2015 «Разработка систем и программного
обеспечения – Процессы жизненного цикла систем» рассматривает программно-
аппаратную систему как единое целое [6]. Стандарт предлагает рассматривать
структуру жизненного цикла ПО как набор групп процессов, каждый из которых
описывается набором результатов, и каждый из результатов достигается при
37
помощи набора различных видов деятельности. Эффективность разработки ПО в
целом зависит от точности и корректности формулировки требований к
программному продукту.
Правила работы с требованиями к программному обеспечению
рассматриваются в стандарте IEEE 830-1998 «Recommended practice for software
requirements specifications» [2]. Стандарт регламентирует состав документации для
фиксирования требований к ПО, а также дает определение характеристикам,
которыми должен обладать правильно составленный набор требований.
Стандарт IEEE 1233-1998 «Guide for developing system requirements
specifications» дает описание правилам построения требований для программно-
аппаратных систем в целом, а также определяет необходимые свойства и атрибуты
набора требований [4]. Согласно стандарту, процесс разработки требований
включает определение, организацию, представление и модификацию требований.
Один из важных этапов в разработке программного обеспечения – это процесс
проектирования архитектуры ИС. Архитектура системы позволяет определить
большинство характеристик АИС и служит основным средством общения между
разработчиками, а также между разработчиками и всеми остальными лицами,
заинтересованными в данном ПО.
Рассмотрим стандарты, которые регламентируют процесс проектирования
архитектуры АИС. Стандарт IEEE 1016-1998 «Recommended Practice for Software
Design Descriptions» описывает принципы разработки непосредственно архитектуры
АИС, а не ее компонентов [3].
Стандарт ISO/IEC 42010 IEEE Std 1471-2011 «System and software engineering
– Recommended practice for architectural description of software-intensive systems»
представляет архитектуру системы в виде комплекса представлений, которые
отражают структуру ПО с разных точек зрения [5]. В соответствии со стандартом
каждое представление архитектуры должно учитывать отраженные в нем взгляды и
интересы, причины, обуславливающие необходимость такого рассмотрения
системы, несоответствия между элементами одного представления или между
различными представлениями, а также различную служебную информацию.
Стандарт ISO 9001:2015 «Quality management systems – Requirements»
определяет требования к качеству программного продукта, а также правила его
38
обеспечения [1]. Стандарт ISO/IEC 90003:2004 «Software engineering – Guide lines for
the application of ISO 9001:2000 to computer software» описывает положения по
применению стандарта ISO 9001:2000 к программному обеспечению [7]. Также этот
стандарт помогает определить набор техник и процедур, которые будут применяться
для осуществления контроля и обеспечения качества разрабатываемых программ.
Отечественной разработкой стал стандарт ГОСТ 34 [8]. Согласно этому
стандарту жизненный цикл процесса разработки АИС делится на следующие этапы:
1. Формирование требований к АС.
2. Разработка концепции АС.
3. Техническое задание.
4. Эскизный проект.
5. Технический проект.
6. Рабочая документация.
7. Ввод в действие.
8. Сопровождение АС.
У этого стандарта есть один недостаток: стандарт является старым. В этом
стандарте заложены устаревшие представления об архитектуре АИС. Примерами
этого являются следующие утверждения:
Программные продукты двухуровневые, включающие клиентскую
программу и сервер СУБД.
Описание структуры таблиц базы данных дает представление о
логической модели данных.
Используется однооконный пользовательский интерфейс.
Система содержит небольшое количество отчетов, они являются
бумажными и печатаются принтере матричного типа.
АИС разрабатывается для решения задач обработки данных, которые
имеют четкий вход и выход и являются узкоспециализированными. Основу
обработки информации составляет алгоритм.
Так же существуют методологии разработки АИС:
«Custom Development Method» методика компании «Oracle»,
применяемая для разработки прикладных информационных систем [19]. Этот метод
39
является технологическим материалом, детализированным до уровня шаблонов
проектной документации, рассчитанной на применение в проектах компании.
Согласно этому стандарту при разработке программного обеспечения применяется
классическая модель жизненного цикла программного продукта.
«Rational Unified Process» (RUP) представляет разработку
программного обеспечения в виде итеративной модели жизненного цикла, который
включает следующие фазы: начало, исследование, построение и внедрение [18].
Каждая фаза жизненного цикла АИС может разбиваться на этапы, называемые
итерациями. В результате осуществления этих этапов происходит выпуск версий
программного продукта для внутреннего или внешнего использования.
Прохождение процесса разработки через четыре этапа называют циклом разработки.
Каждый цикл разработки завершается генерацией версии системы. Если после
версия системы не удовлетворяет требованиям пользователя, то разработанный
продукт продолжает свое развитие и проходит те же этапы разработки.
«Microsoft Solution Framework» (MSF) похож на стандарт «RUP» тем,
что делит разработку программного обеспечения на четыре фазы: анализ,
проектирование, разработка, стабилизация [11]. Эта модель является итерационной,
что предполагает использование объектно-ориентированного подхода при
моделировании системы. Стандарт«MSF» в сравнении со стандартом «RUP» больше
ориентирован для разработки бизнес- приложений.
«Extreme Programming» (XP) был создан в 1996 году и является самым
новым среди рассмотренных стандартов [19]. Основу этого стандарта составляет
командная работа, с организацией эффективной коммуникацией между заказчиком
и разработчиков во время всей разработки АИС. При этом разработка АИС
проводится с использованием последовательно разрабатываемых прототипов АИС.
Для разработки системы был выбран стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010,
потому его основу составляет классическая модель разработки ПО и все процессы
являются детализированными до уровня шаблонов проектной документации.
Рассмотрим модели жизненного цикла программного продукта. Когда
программные продукты только начали разрабатываться, они имели однородную
структуру и каждое приложение являлось единым целым. Поэтому для разработки
40
программных продуктов такого типа применялась каскадная модель жизненного
цикла программного обеспечения.
Основной характеристикой этой модели является деление всего процесса
разработки программного обеспечения на ряд этапов. При этом переходы между
этапами осуществлялись только после полного завершения работ на текущем этапе.
Каждый этап каскадной модели завершался выпуском полного пакета проектной
документации, которой достаточно для продолжения процесса разработки другой
командой разработчиков.
Каскадная модель была разработана в 1970 году, и она являлась первой
моделью, которая формализовала структуру этапов разработки ПО, что придавало
особое значение исходным требованиям к программному обеспечению и этапу
проектирования системы, а также созданию документации на ранних этапах
процесса разработки. Структура каскадной модели представлена на рисунке 7.
Рисунок 7. Структура каскадной модели жизненного цикла
программного обеспечения
На схеме этапов каскадной модели жизненного цикла программного
обеспечения видно, что процесс разработки осуществляется при помощи
упорядоченной последовательности шагов. Каскадная модель предусматривает
начало каждой фазы только тогда, когда полностью завершается выполнение
предыдущей фазы. При этом у каждой фазы есть определенные критерии входа и
выхода: входные и выходные данные.
41
Требования к проектируемой АИС определяются на стадии анализа и затем
документируются в техническом задании, которое является опорным документом
при создании АИС. Каждая стадия каскадной модели должна завершаться выпуском
полного комплекта проектной документации, которая включает в себя:
1. Техническое задание;
2. Эскизный проект;
3. Технический проект;
4. Рабочую программу.
Перечисленный пакет документов является достаточным для продолжения
процесса разработки другой командой разработчиков. Критерий качества при
использовании каскадной модели жизненного цикла программного обеспечения –
точное соответствие спецификациям технического задания на разработку АИС. При
этом особое внимание разработчики уделяют достижению оптимального значения
технических характеристик разрабатываемой АИС: производительности, объема
занимаемой памяти и т.д.
Переход от одного этапа проекта к другому осуществляется с помощью
формального обзора проекта. При этом клиент получает общее представление о
процессе разработки, а также происходит проверка качества программного
продукта. Как правило, стадия обзора проекта указывает на присутствие
договоренности между командами разработчиков и заказчиков о завершении
текущей фазы. Окончание каждого этапа разработки АИС удобно принимать за
стадию в процессе выполнения проекта.
При завершении определенных фаз проекта происходит формировании
базовой линии, которая в данной точке осуществляет фиксацию состояния АИС.
При возникновении потребности во внесении изменения в проект, используется
формальный процесс изменений.
В критических точках каскадной модели жизненного цикла программного
продукта происходит формирование базовых линий, последняя из которых является
базовой линией продукта. После формирования заключительной базовой линии
производится обзор приемки.
С ростом объема коммерческих проектов разработки программных продуктов
было установлено, что детальная проработка проекта разрабатываемой системы не
42
всегда удается на этапе анализа, потому что многие аспекты функционирования
АИС в динамических сферах деятельности меняются во время создания
информационной системы. В связи с этим потребовалось внесение изменений в
процесс разработки АИС таким образом, чтобы гарантировалось внесение
необходимых исправлений после завершения какого-либо этапа разработки. Это
послужило созданию итерационной модели жизненного цикла программного
продукта.
Каскадная модель жизненного цикла разработки АИС являлась идеальной,
поскольку только очень простые проекты проходили все этапы создания ПО без
участия в каких-либо итерациях — возвратов на предыдущие этапы разработки
программных средств. Например, на этапе программирования могло быть
обнаружено, что реализация некоторой функции является очень громоздкой,
неэффективной и вступает в противоречие с требуемой от системы
производительностью. В таких случаях может потребоваться перепроектирование
или переделка спецификаций требований к АИС. При разработке больших АИС
необходимость в итерациях может возникать регулярно на любой стадии
жизненного цикла как из-за допущенных на предыдущих шагах ошибок и
неточностей, так и из-за изменений внешних требований к условиям эксплуатации
системы.
Итерационную модель также называют моделью с промежуточным
контролем или моделью с циклическим повторением фаз. Структура итерационной
модели представлена на рисунке 8.
Рисунок 8. Итерационная модель жизненного цикла
программного обеспечения
43
При использовании итерационной модели жизненного цикла разработки
программного обеспечения существует возможность устранения недостатков
проектирования и программирования на более поздних стадиях при частичном
возврате на предыдущие стадии. При этом чем позже будет выявлена ошибка, тем
дороже ее исправление. Если стоимость усилий, необходимых для обнаружения и
устранения ошибок на стадии написания кода, принять за единицу, то стоимость
выявления и устранения ошибки на стадии выработки требований будет в 5-10 раз
меньше, а стоимость выявления и устранения ошибки на стадии сопровождения – в
20 раз больше.
В такой ситуации важным становится этап формулирования требований в
разрабатываемой АИС, составление спецификаций технического задания и создание
архитектуры системы. Системные аналитики несут личную ответственность за все
последующие изменения в проектных решениях. Важно учитывать, что объем
проектной документации может исчисляться тысячами страниц, а число
согласований документов может быть огромным. В связи с этим многие проекты так
никогда и не покидают этап планирования, впав в «паралич анализа». Одним из
возможных путей исключения подобных ситуаций является макетирование
(прототипирование) программных средств.
Спиральная модель жизненного цикла программного продукта является
классическим примером применения эволюционной стратегии разработки
программных средств. Модель была разработана Б. Боэмом в 1988. Основу модели
составляют лучшие свойства каскадной модели жизненного цикла с учетом процесса
макетирования, к которым был добавлен новый элемент – анализ риска, который
отсутствовал в этих моделях. Спиральная модель состоит из четырех этапов,
которые представлены четырьмя квадрантами спирали. Структура спиральной
модели представлена на рисунке 9.
Рассмотрим этапы спиральной модели:
1. На этапе планирования осуществляется определение целей, вариантов
и ограничений проекта.
2. На этапе анализа риска осуществляется анализ вариантов и
распознавание/выбор риска проекта.
44
3. На этапе конструирования осуществляется разработка программного
продукта следующего уровня.
4. На этапе оценивания происходит оценка текущих результатов
разработки заказчиком.
Рисунок 9. Схема спиральной модели жизненного цикла
разработки ПО
Интегрирующий аспект применения спиральной модели становится
очевидным, учитывая радиальное измерение спирали. При каждой итерации
спирали разрабатываются все более полные версии АИС. На первом витке спирали
происходит определение начальных целей, вариантов и ограничений, а также
распознаются и анализируются риски. Если анализ риска показывает
неопределенность требований, на помощь разработчику и заказчику приходит
макетирование, используемое в квадранте конструирования.
На дальнейших этапах осуществляется определение проблемных и
уточненных требований, при этом может использоваться метод моделирования.
Заказчик дает оценку инженерной (конструкторской) работы и осуществляет
внесение предложений по модификации текущего релиза АИС (квадрант оценки
заказчиком). На следующей фазе осуществляется планирование и анализ рисков,
который базируется на предложениях заказчика. В каждом цикле по спирали
результаты анализа риска формируются в виде «продолжать, не продолжать». Если
риск слишком велик, проект может быть остановлен.
Если проект не приостанавливается, продолжается движение по спирали и с
каждым шагом разработчики приближаются к более общей модели разрабатываемой
системы. В каждом цикле по спирали требуется конструирование (нижний правый
квадрант), которое может быть реализовано классическим жизненным циклом или
45
макетированием. Заметим, что количество действий по разработке (происходящих в
правом нижнем квадранте) возрастает по мере продвижения от центра спирали. Эти
действия имеют следующее содержание:
1. Осуществление начального сбора требований и планирования проекта.
2. Осуществление начального сбора требований и планирования проекта
на основании рекомендаций заказчика.
3. Осуществление анализа риска на основании начальных требований.
4. Осуществление анализа риска на основе реакции заказчика.
5. Переход к комплексной системе.
6. Разработка начального макета системы.
7. Разработка следующего уровня макета.
8. Сборка сконструированной системы.
9. Оценка работы заказчиком.
Из рассматриваемых моделей жизненного цикла программных систем
наиболее подходящей моделью для проектируемой системы является итерационная
модель жизненного цикла, поскольку она обладает рядом достоинств по сравнению
с другими моделями:
1. Заказчик может оценить системные требования в процессе их сбора
командой разработчиков, поэтому взаимодействие заказчика с АИС начинается на
ранних этапах разработки.
2. Снижение возможности возникновения ошибок или искажений
информации при разработке системных требований, что приводит к созданию более
качественного конечного продукта.
3. Возможность внесения в процесс разработки новых или неожиданных
требований пользователей, что является необходимым, поскольку реальное
положение дел может отличаться концептуальной модели предметной области.
4. Модель представляет собой формальную спецификацию, воплощенную
в рабочую модель жизненного цикла предметной области.
5. Модель позволяет выполнить гибкое проектирование и разработку,
включая несколько итераций на всех фазах жизненного цикла.