46
2. Проектная часть
2.1. Разработка проекта автоматизации
2.1.1. Этапы жизненного цикла проекта автоматизации
Жизненный цикл программного продукта – это временной интервал, который
начинается с принятия решения о создании ПО и заканчивается полным
прекращением его эксплуатации [17].
Жизненный цикл программного обеспечения может иметь разные структуры
этапов, которые определяются моделью жизненного цикла. Модель жизненного
цикла является структурой, которая определяет последовательность выполнения и
взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении жизненного цикла.
Разработка программного обеспечения, автоматизирующего какую-либо
функцию управления организацией, обладает большим комплексом работ, которые
могут включать в себя множество задач [24]. Чем сложнее структура работ, тем
выше вероятность того, что ошибка, допущенная на одном из этапов, повлияет на
качество продукта в целом. Для того, чтобы устранить негативное влияние на
качество программного обеспечения были созданы стандарты разработки
программного обеспечения.
Несмотря на то, что назначение стандартов разработки программного
обеспечения (ПО) заключается в регламентировании процесса создания ПО,
современные стандарты не предписывают четких и однозначных схем построения
структуры жизненного цикла разрабатываемого продукта. В международных
стандартах регламентируется комплекс видов деятельности, из которых должен
состоять процесс разработки, и вводятся структуры жизненного цикла разработки
ПО.
Существуют стандарты, определяющие различные элементы в структуре
жизненных циклов ПО [26]. 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.
47
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
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.
48
Рассмотрим стандарты, которые регламентируют процесс проектирования
архитектуры АИС:
1. Стандарт IEEE 1016-1998 «Recommended Practice for Software Design
Descriptions» описывает принципы разработки непосредственно архитектуры АИС,
а не ее компонентов [3].
2. 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.
3. Стандарт ISO 9001:2015 «Quality management systems – Requirements»
определяет требования к качеству программного продукта, а также правила его
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
49
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.
Для системы учета и анализа ассортимента интернет магазина ООО «Ручеек»
был выбран стандарт разработки ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-2010 «Информационная
технология. Системная и программная инженерия. Процессы жизненного цикла
программных средств» потому что этот стандарт содержит наиболее актуальные
рекомендации к процессу разработки.
После того как был выбран стандарт разработки информационной системы,
необходимо выбрать модель жизненного цикла программного продукта. Рассмотрим
существующие модели жизненного цикла программного обеспечения.
Каскадная модель жизненного цикла программного обеспечения разделяет
процесс разработки программного обеспечения на несколько последовательных
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 14.
50
Рисунок 14. 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.
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.
51
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
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
52
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 15.
Рисунок 15. 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 важным становится этап формулирования требований в
разрабатываемой АИС, составление спецификаций технического задания и создание
53
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 16.
Рисунок 16. Схема спиральной модели жизненного цикла
разработки ПО
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.
3. На этапе конструирования осуществляется разработка программного
продукта следующего уровня.
54
4. На этапе оценивания происходит оценка текущих результатов
разработки заказчиком.
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
макетированием. Заметим, что количество действий по разработке (происходящих в
правом нижнем квадранте) возрастает по мере продвижения от центра спирали.
Эти действия пронумерованы на рисунке 16 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.
55
8. Сборка сконструированной системы.
9. Оценка работы заказчиком.
Зачастую каждая компания-разработчик программного обеспечения не
следует строго выбранной одной модели жизненного цикла. В процессе работы над
разными проектами компании формируют свой подход к построению жизненного
цикла программного обеспечения. Рассмотрим модели жизненного цикла
программного обеспечения, которые не являются стандартными, но применяются
авторитетными разработчиками программных продуктов.
Модель «Custom Development Method» компании «Oracle» применяется
компанией для разработки прикладных информационных систем [19]. Эта модель
включает в себя технологический материал, детализированный до уровня шаблонов
проектной документации, рассчитанной на применение в проектах компании. В
основе этой модели жизненного цикла лежит классическая модель. Структура
процессов жизненного цикла модели Oracle CDM представлена на рисунке 17.
Основу модели жизненного цикла «Rational Unified Process» (RUP) составляет
итеративная модель, который включает в себя следующие фазы:
Начало;
Исследование;
Построение;
Внедрение [18].
Каждая из перечисленных фаз жизненного цикла может быть разбита на ряд
этапов, которые названы итерациями. В результате осуществления этих этапов
происходит выпуск версий программного продукта для внутреннего или внешнего
использования.