36
2. Проектная часть
2.1. Разработка проекта автоматизации
2.1.1. Этапы жизненного цикла проекта автоматизации
Для разработки программного обеспечения были разработаны стандарты,
регламентирующие последовательность работ по созданию программных продуктов.
Эти стандарты носят рекомендательный характер и 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 [2]. 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 [1]. Стандарт предлагает рассматривать структуру
жизненного цикла ПО как набор групп процессов, каждый из которых описывается
набором результатов, и каждый из результатов достигается при помощи набора
различных видов деятельности. Эффективность разработки ПО в целом зависит от
точности и корректности формулировки требований к программному продукту.
37
Для разработки информационной системы, автоматизирующей процесс
проверки текущих знаний учащихся, будет использован стандарт ГОСТ Р ИСО/МЭК
12207-2010 «Информационная технология. Системная и программная инженерия.
Процессы жизненного цикла программных средств» поскольку он основан на
процессном подходе к разработке программного обеспечения, в его основе лежит
классическая модель разработки ПО и все процессы являются детализированными до
уровня шаблонов проектной документации.
Поскольку стандарт разработки программного обеспечения носит
рекомендательный характер и содержит перечень процессов разработки программного
обеспечения, необходимо выделить этапы разработки информационной системы,
автоматизирующей процесс проверки текущих знаний учащихся. Рассмотрим модели
разработки ПО:
• «Custom Development Method» - методика компании «Oracle»,
применяемая для разработки прикладных информационных систем [3]. Этот метод
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.
• Модель «Rational Unified Process» (RUP) представляет разработку
программного обеспечения в виде итеративной модели жизненного цикла, который
включает следующие фазы: начало, исследование, построение и внедрение [6]. 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 версия системы не удовлетворяет
требованиям пользователя, то разработанный продукт продолжает свое развитие и
проходит те же этапы разработки.
• Модель «Microsoft Solution Framework» (MSF) похожа на модель «RUP»
тем, что делит разработку программного обеспечения на четыре фазы: анализ,
проектирование, разработка, стабилизация [4]. Эта модель является итерационной, что
предполагает использование объектно-ориентированного подхода при моделировании
38
системы. Модель «MSF» в сравнении с моделью «RUP» больше ориентирована на
разработку бизнес- приложений.
• Модель «Extreme Programming» (XP) была создана в 1996 году и является
самой новой среди рассмотренных моделей [7]. Основу этой модели составляет
командная работа, с организацией эффективной коммуникацией между заказчиком и
разработчиком во время всей разработки АИС. При этом разработка АИС проводится
с использованием последовательно разрабатываемых прототипов АИС.
Рассмотрим модели жизненного цикла разработки программного обеспечения.
Когда программные продукты только начали разрабатываться, они имели однородную
структуру и каждое приложение являлось единым целым. Поэтому для разработки
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 11.
Рисунок 11. Структура каскадной модели жизненного цикла
программного обеспечения
39
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.
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.
40
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
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 12. 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.
41
3. На этапе конструирования осуществляется разработка программного
продукта следующего уровня.
4. На этапе оценивания происходит оценка текущих результатов разработки
заказчиком.
Рисунок 12. Итерационная модель жизненного цикла программного
обеспечения
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 важно сформулировать требования к разрабатываемой АИС,
составить спецификации технического задания и описать архитектуру системы.
Системные аналитики несут личную ответственность за все последующие изменения в
42
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 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 13.
Рисунок 13. 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
43
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
макетированием. Заметим, что количество действий по разработке (происходящих в
правом нижнем квадранте) возрастает по мере продвижения от центра спирали.
Эти действия пронумерованы на рисунке 13 и 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 спиральная модель
жизненного цикла, поскольку она обладает рядом достоинств по сравнению с другими
моделями:
44
1. Заказчик может оценить системные требования в процессе их сбора
командой разработчиков, поэтому взаимодействие заказчика с АИС начинается на
ранних этапах разработки.
2. Оценивая реакцию заказчиков при демонстрации разрабатываемого
продукта, разработчики получают сведения об одном или нескольких аспектах
поведения системы, благодаря чему сводится к минимуму количество неточностей в
требованиях.
3. Снижение возможности возникновения ошибок или искажений
информации при разработке системных требований, что приводит к созданию более
качественного конечного продукта.
4. Возможность внесения в процесс разработки новых или неожиданных
требований пользователей, что является необходимым, поскольку реальное положение
дел может отличаться концептуальной модели предметной области.
5. Модель представляет собой формальную спецификацию, воплощенную в
рабочую модель жизненного цикла предметной области.
6. Модель позволяет выполнить гибкое проектирование и разработку,
включая несколько итераций на всех фазах жизненного цикла.
7. Использование модели способствует созданию постоянных видимых
признаков прогресса в выполнении проекта, что способствует укреплению отношений
с заказчиком.
8. Возможность возникновения разногласий при общении заказчиков с
разработчиками минимизирована.
9. Качество программного продукта определяется при активном участии
пользователя в процессе разработки на ранних фазах проекта.
10. Возможность наблюдения той или иной функции в действии пробуждает
очевидную необходимость в разработке функциональных дополнительных
возможностей.
11. Низкий объем доработок уменьшает затраты на разработку АИС.
12. Благодаря раннему сроку выявления проблем, происходит сокращение
общих затрат проекта.
13. Легкость управления рисками.
45
14. Содержание проектной документации концентрируется на конечном
продукте, а не на процессе разработки.
15. Увеличение лояльности конечных пользователей к программному
продукту в связи с тем, что они принимают участие в процессе разработки на
протяжении всего жизненного цикла.
После того как был сделан выбор стандарта разработки программного продукта
и модели жизненного цикла, необходимо осуществить выбор стратегии внедрения.
Выделяют 4 стратегии внедрения программного обеспечения:
• «Параллельная стратегия» - когда одновременно работают старая (ручная)
и новая система, и их выходные документы сравниваются. Если они согласуются
длительное время, осуществляется переход на новую систему.
• «Скачок». Эта стратегия представляет собой резкий переход от
использования старой информационной системы к новой без каких-либо
дополнительных проверок и с полным отказом от старой системы.
• «Пилотный проект». Это наиболее часто используемая стратегия.
«Пилотный проект» - это тактика «скачка», но применяемая к ограниченному числу
процессов. Область применения стратегии - небольшой участок деятельности. Такой
подход снижает риск и наиболее надежен. Практически все предприятия применяют
эту тактику сегодня.
• «Узкое место». «Узкое место» - это малая часть производственного
процесса. При использовании похода «узкое место» план внедрения выполняется
только для «узкого места» и для людей, работающих в нем. Точность данных
повышается только для изделий в этом «узком месте»; переподготовка - только для
людей, работающих в нем; анализ эффект-затрат делается только для него и т.д.
Для проектируемой системы была выбрана стратегия «пилотный проект»
поскольку система будет автоматизировать только процесс проверки текущих знаний.
В качестве модели жизненного цикла была выбрана спиральная модель. Стандартом
разработки программного обеспечения будет ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010.
2.1.2. Ожидаемые риски на этапах жизненного цикла и их описание
В выбранной модели жизненного цикла программного продукта процесс
создания программного продукта делится на следующие этапы [11]: