Программная инженерия в жизненном цикле программных средств

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 ее последующем развитии в СММ1:2003 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. 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 СММ1:2003, 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 операциями в процессе реализации проекта и  для удовлетворения требований заказчика и потребителей;

— управлении людскими ресурсами предприятия 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 так:исе 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 планирование тестирования 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 в системном  проектировании и обеспечении 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, наделсности и безопасности применения сложных, критических систем используемые в них программные продукты следует подвергать сертификации аттестованными, проблемно-ориентированными испытательными центрами. 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 СММ1:2003 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 инлсенерии 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.