Проблемы экономики производства крупных программных продуктов

В.В. Липаев
Труды Института системного программирования РАН

Аннотация. Рассматриваются особенности экономики современного производства крупных программных продуктов, создаваемых коллективно по инициативе разработчиков или заказчика-потребителя, а также оценка их экономических характеристик путем маркетинговых исследований или по статистике прототипов продукта. Представлены проблемы анализа, выделения и оценивания факторов, определяющих экономические характеристики производства конкретных программных продуктов, экономического обоснования и прогнозирования эффективности технологий их производства. Сформулированы проблемы организации, планирования и применения экономически обоснованных методов автоматизации производства сложных комплексов программ, а также обеспечения их качества с учетом затрат ресурсов.

Содержание

1. Введение

2. Особенности экономики производства крупных программных продуктов

3. Проблемы анализа экономики производства программных продуктов

4. Проблемы организации экономически эффективного производства программных продуктов

5. Заключение

Литература

1. Введение

Во многих предприятиях и ВУЗах отношение к программам для ЭВМ исторически базируется на подходе, как к «искусству и художественному творчеству» отдельных специалистов (программирование «в малом»). При этом считается, что невозможно применять, какие-либо экономические характеристики для определения и прогнозирования стоимости и результатов такого творчества, и они оцениваются только с позиции выполняемых функций и «эстетики» их реализации. Такие программы не предназначены для массового тиражирования и распространения как программного продукта на рынке, их оценивают качественно и интуитивно, преимущественно, как “художественные произведения”. При этом, как правило, нет конкретного независимого заказчика-потребителя, определяющего требования к программам и их финансирование, программы не ограничиваются заказчиком допустимой стоимостью, трудоемкостью и сроками их создания, требованиями обеспечения заданного качества и документирования. Их разработчики не знают и не применяют регламентирующих, нормативных документов производства, вследствие чего жизненный цикл таких изделий имеет непредсказуемый характер по структуре, содержанию, качеству и стоимости основных результатов творчества. Их создание не определяется экономическими характеристиками и регламентированными производственными процессами и далее не рассматривается.

Для небольших относительно простых проектов программных средств, во многих случаях достаточно достоверными могут быть интуитивные оценки требуемых экономических ресурсов, которые выполняются опытными руководителями, реализовавшими несколько аналогичных проектов. Однако интуитивные оценки руководителями размеров и сложности крупных программных проектов (программирование «в большом»), как правило, отличаются большими ошибками при планировании экономических характеристик — сроков, трудоемкости и стоимости создания продуктов. Это во многих случаях приводит к значительному запаздыванию завершения разработок и к превышению предполагавшихся затрат. Практика последних лет показывает, что вследствие пренебрежения тщательным экономическим обоснованием до 15% проектов сложных программных комплексов не доходит до завершения, а почти половина проектов не укладывается в выделенные ресурсы, бюджет и сроки, не обеспечивает требуемые характеристики качества. Типичны ситуации, когда отставание сроков внедрения промышленных систем управления и обработки информации полностью зависит от неготовности для них программных продуктов.

Приступая к разработке сложных программных проектов, заказчики и исполнители, прежде всего, должны пытаться понять, целесообразно ли экономически создание соответствующих продуктов, и оценить, какова будет возможная эффективность применения готового продукта, оправдаются ли затраты на его разработку и использование. Поэтому такие технические проекты традиционно должны начинаться с анализа и разработки экономического обоснования предстоящего жизненного цикла предполагаемого продукта. Заказчику проекта необходимо оценивать реальную потребность в создании продукта и возможную конкурентоспособность, а потенциальному разработчику предполагаемого продукта – проводить оценку реализуемости проекта в условиях и ресурсах, предлагаемых заказчиком. Часто разработчики не в состоянии привести заказчику или руководителю проекта достаточно обоснованные доказательства нереальности выполнения выдвигаемых требований к продукту при предложенных ограниченных значениях бюджета и сроков. Это, как правило, означает, что программная часть системы с самого начала выходит из-под экономического контроля, и возможна катастрофа с реализацией и завершением проекта всей системы в требуемый срок с заданным качеством.

Массовое создание сложных и дорогих программных продуктов промышленными методами и большими коллективами специалистов вызвало необходимость их достоверного экономического анализа и оценки, четкой организации производства, планирования работ по затратам, этапам и срокам реализации. Для решения этих задач еще в 1980-е годы начала формироваться новая область знания и инженерная дисциплина — экономика производства крупных программных продуктов [1]. Необходимо было научить специалистов анализу и оцениванию конкретных факторов, влияющих на экономические характеристики проектов программных продуктов со стороны реально существующих и потенциально возможных воздействий, а также ограничений ресурсов проектов комплексов программ. Это привело к появлению новой области экономической науки и практики — экономики производственных процессов и жизненного цикла сложных рограммных продуктов как части экономики промышленности и вычислительной техники в общей экономике предприятий и государства. Ее основной задачей является прогнозирование, эффективное управление, распределение ресурсов и экономное использование необходимых быстро возрастающих капиталовложений в производство сложных комплексов программ высокого качества и различного назначения.

Развитие этой области экономики связано с большими трудностями, типичными для новых разделов науки и техники, появляющихся на стыке различных областей знания. В данном случае особенности состоят в том, что менеджеры и разработчики комплексов программ, как правило, не знают даже основ экономики промышленного производства сложной продукции, а экономисты современного производства не представляют сущность и свойства объектов разработки — программных продуктов, а также особенностей экономики технологических процессов их проектирования, производства и применения. Объективно положение осложнено трудностью измерения экономических характеристик таких объектов. Широкий спектр количественных и качественных показателей, которые с различных сторон характеризуют содержание компонентов и комплексов программ, и невысокая достоверность оценки их значений определяют значительную дисперсию при попытке описать и измерить свойства создаваемых сложных программных продуктов для их экономического прогнозирования и оценки.

Крупные программные продукты являются одними из наиболее сложных объектов, создаваемых человеком, и в процессе их производства творческая работа специалистов – поиск новых методов, альтернативных решений и способов осуществления заданных требований, а также формирование и декомпозиция этих требований – составляет значительную часть всех трудозатрат. Индустриализация производства комплексов программ позволяет автоматизировать нетворческие, технические и рутинные операции и этапы, а также облегчить творческие процессы за счет селекции, обработки и отображения информации, необходимой для принятия творческих решений. Следствием этого должно являться значительное сокращение доли затрат на творческий труд в непосредственных затратах на производство комплексов программ.

В производстве программ неуклонно повышаются размеры и сложность создаваемых продуктов, что вызывает возрастание затрат творческого труда на единицу размера новых программ. В перспективе, несмотря на автоматизацию и повышение инструментальной оснащенности технологии разработки комплексов программ, доля творческого труда при создании полностью новых крупных программных продуктов возрастает. Даже при сокращении суммарных затрат на разработку программных компонентов за счет автоматизации нетворческого труда, все более определяющей для экономических характеристик создания сложных программных продуктов становится доля затрат на творческий труд, и возрастают требования к творческим способностям при отборе и обучении специалистов.

По мере повышения квалификации коллективов специалистов и автоматизации творческой части труда следует ожидать асимптотического приближения проектов к предельным значениям относительных экономических характеристик новых разработок. Эти значения определяются интеллектуальными возможностями человека по интенсивности принятия творческих решений. Им соответствуют наличие предельных значений производительности труда и длительности разработки сложных комплексов программ. Вряд ли можно ожидать в ближайшие годы радикального повышения производительности труда при создании полностью новых, крупных программных продуктов. Еще более консервативна длительность таких разработок [2, 5, 12].

Создание программных средств как сложной производственной продукции существенно повысило актуальность экономического обоснования, необходимость прогнозирования и измерения их характеристик качества и процессов производства. Основной целью производства многих программных продуктов является повышение эффективности промышленных систем обработки информации и/или управления объектами, в которых применяются сложные комплексы программ. Такими системами могут быть средства автоматизированного управления самолетами, системами вооружения или электростанциями, информационно-справочные системы административного управления, системы автоматизации проектирования и обучения. В ряде случаев программные продукты невозможно или очень трудно характеризовать непосредственной экономической эффективностью. Примером могут служить комплексы программ в административных системах, в системах управления воздушным движением или космическими аппаратами, а также военного назначения или автоматизации научных экспериментов. В таких случаях при анализе программ невозможно определять прямую экономическую эффективность систем в зависимости от затрат ресурсов, и целесообразно исключать из анализа характеристики эффективности программных продуктов. В результате исследование экономической эффективности создания комплексов программ приходится проводить по величине затрат ресурсов на производство программного продукта в предположении, что обеспечена реализация заданных их функциональных характеристик с требуемым качеством.

Зачастую при экономическом анализе проектирования и производства предполагается [4, 6, 9], что для продукта зафиксирован эффект от его создания и использования, и необходимо выявить все основные факторы, способствующие минимизации совокупных производственных затрат на всем жизненном цикле. Для этого должен быть подготовлен согласованный между заказчиком и разработчиком утвержденный документ, в котором определяются цели и задачи проекта, требуемые характеристики продукта и доступные экономические и другие ресурсы для его реализации. Эти данные должны быть предварительно сбалансированы, и они должны обеспечивать реализацию целей проекта при выделенных ресурсах с минимальным допустимым риском. Однако масштабы целей и функций сложных программных проектов имеют устойчивую тенденцию изменяться и увеличиваться по мере развития, а первоначально выделяемые ресурсы – не удовлетворять их реализацию. Экономическое обоснование проектов на начальном этапе их развития должно содержать оценки рисков реализации поставленных целей, обеспечивать возможность планирования и выполнения жизненного цикла (ЖЦ) программного продукта или указывать на недопустимо высокий риск его реализации и целесообразность прекращения разработки. Большую часть рисков и негативных последствий производства можно избежать, используя существующие методы оценивания и прогнозирования производственных затрат, а также управления проектами программных продуктов для их успешного завершения.

2. Особенности экономики производства крупных программных продуктов

При экономическом анализе и обосновании проектов сложных комплексов программ возможны два сценария:

• создание и весь жизненный цикл комплекса программ ориентируется на массовое тиражирование и распространение их на рынке среди заранее не известных пользователей, в различных сферах и внешней среде применения; при этом отсутствует конкретный внешний потребитель-заказчик, который определяет и диктует основные требования к программному продукту, выделяет ресурсы и финансирует проект;

• разработка программного продукта предполагается с определенным, относительно небольшим тиражом, с известной областью и внешней средой применения, для конкретного потребителя-заказчика, который определяет требования к функциям и характеристикам качества, финансирует и выделяет ресурсы.

Эти сценарии принципиально различаются методами экономического анализа и обоснования экономических характеристик продукта. Первый сценарий базируется на маркетинговых исследованиях рынка программных продуктов и на стремлении поставщика занять на рынке достаточно выгодное место. Для этого ему необходимо определить наличие на рынке всей гаммы близких по назначению и функциям продуктов, оценить их эффективность, стоимость и применяемость, а также возможную конкурентоспособность предполагаемого к разработке программного продукта для потенциальных пользователей и их возможное число. Следует оценить рентабельность затрат на создание и обеспечение всего ЖЦ нового программного продукта, выявить факторы, функциональные, экономические и конструктивные показатели качества, которые способны привлечь достаточное число покупателей и оправдать затраты на предстоящую разработку. Для этого разработчикам необходимо проводить оценки возможной конкурентоспособности предполагаемой продукции на рынке по величине соотношения:

• возможной эффективности (ценности, достоинств) последующего применения программного продукта и способности удовлетворить потребности пользователей при их приобретении и использовании;

• к стоимости (цене, затратам), которую готов заплатить пользователь при приобретении и эксплуатации данного программного продукта.

При выборе поставщика и продукции покупатель обычно стремится максимизировать это соотношение как за счет поиска продуктов с наибольшими эффективностью и качеством, так и за счет минимальной стоимости покупаемого продукта. В этом сценарии при организации производства вся ответственность за цели, функции и показатели качества продукта ложатся на его производителей, и особую роль при экономических оценках должны играть специалисты по маркетинговому анализу предполагаемого распространения продукта на рынке. Они должны оценивать: конъюнктуру и риск успешного продвижения создаваемого продукта на рынок, сроки и график выполнения этапов жизненного цикла, достаточность ресурсов для реализации проекта и длительность развития, модификаций и распространения версий программного продукта. Для этого им нужны, в частности, прогнозы экономических характеристик производства предполагаемого продукта. Такие проекты обычно относительно невелики по объему и срокам реализации первой версии программного продукта, однако могут предполагать длительный жизненный цикл и множество модификаций для адаптации к нуждам и среде пользователей.

Второй сценарий предполагает наличие определенного заказчика-потребителя конкретного программного продукта, который должен соответствовать его функциональным, техническим и экономическим требованиям. Заказчик может выбирать конкурентоспособного поставщика-разработчика и оценивать его возможность реализовать проект с необходимым качеством с учетом ограничений требуемого бюджета, сроков и других ресурсов. При этом результаты разработки не обязательно подлежат широкому тиражированию, они могут не поступать на рынок; маркетинговые исследования для таких продуктов являются второстепенными и предварительно могут не проводиться.

Однако для заказчика и разработчиков при заключении контракта необходимо достаточно достоверное прогнозирование требований к программному продукту и экономическое обоснование необходимых ресурсов по трудоемкости, стоимости, срокам и другим показателям. Заказчик заинтересован в получении продукта высокого качества при минимальных затратах, а разработчик желает получить максимальную оплату за созданный продукт и достаточные ресурсы на его производство. Противоположность интересов поставщика и потребителя при оценке экономических характеристик, стоимости и других ресурсов проекта, требует поиска компромисса, при котором производитель программного продукта не продешевит, а заказчик не переплатит за конкретные выполненные работы и весь проект. Поэтому оба партнера заинтересованы в достоверном экономическом прогнозировании и обосновании процессов проектирования и производства программного продукта.

Во многих случаях эффективность систем новой техники и программных продуктов в процессе производства приходится прогнозировать в условиях неопределенности целей, требований к функциям, различных факторов и характеристик заказываемых систем и продуктов. Зачастую бывают недостаточно известны перспективы внедрения, распространения и применения объектов производства – новых программных продуктов. Значительные неопределенности содержатся также в экономических характеристиках производственных технологий, а также инструментальных средств автоматизации проектирования и изготовления комплексов программ. Положение усугубляется трудностью поэтапного определения качества компонентов и его прогнозирования в процессе производства, что непосредственно отражается на экономических характеристиках реализации продукта в целом.

Методы и достоверность экономического анализа производства и жизненного цикла крупных комплексов программ можно разделить на две части, существенно различающиеся свойствами производственных процессов, экономическими характеристиками и влияющими на них факторами. В первой части ЖЦ производятся: системный анализ, проектирование, разработка, тестирование и испытания первой (базовой) версии программного продукта. Номенклатура работ, их трудоемкость, длительность и другие характеристики на этих этапах ЖЦ существенно зависят от свойств создаваемого продукта, требуемых показателей качества, внешней и технологической среды разработки. Изучение подобных зависимостей для различных прототипов программных продуктов позволяет достаточно достоверно прогнозировать состав и основные экономические характеристики производства, планы и графики работ для вновь создаваемых продуктов.

Вторая часть ЖЦ, отражающая применение, сопровождение и развитие версий программного продукта, связана не только с экономическими характеристиками продукта и среды производства. При этом экономические характеристики производства зависят от интенсивности изменений версий, сложности и стоимости каждой модификации программного продукта. Совокупность версий сложных программных продуктов обычно характеризуются длительной непрерывной эксплуатацией, продолжительность которой значительно превышает длительность производства первой версии. После того как программный продукт создан и испытан, в ряде случаев он становится недоступным для разработчиков и применяется неизменным до внедрения очередной версии при модификации системы. В процессе сопровождения программы могут подвергаться эпизодическим корректировкам, которые должны регистрироваться, накапливаться и передаваться пользователям экземпляров системы. Необходимо обеспечивать адекватность документации каждой версии эксплуатируемого продукта в любой момент времени.

Номенклатура работ на этапах сопровождения более или менее стабильная, а их трудоемкость и длительность могут сильно варьироваться и зависят от массовости и других факторов распространения и применения конкретного программного продукта. Успех продукта у пользователей и на рынке, а также экономические характеристики процесса развития версий трудно предсказать, и определяющими становятся потребительские характеристики и качество продукта, а его экономические особенности с позиции производства отходят на второй план. Вследствие этого трудно прогнозировать экономические характеристики, трудоемкость и необходимое число специалистов, поддерживающих этапы производства модификаций программного продукта. Это затрудняет обобщение экономических характеристик производства для различных версий продуктов и прогнозирование на их основе аналогичных характеристик новой разработки. В результате их приходится проводить итерационно на базе накопления опыта и анализа экономических характеристик модификаций конкретных типов и версий программных продуктов.

Наиболее сильно на экономические характеристики производства программных продуктов (кроме требуемых функций) влияют их масштаб – размер, а также требования к качеству. Оценка размера будущего программного продукта необходима, поскольку она является частью одной из наиболее важных задач проекта: возможности реализации требований заказчика и потребителей при доступных ресурсах. Нереальные ожидания, основанные на неточных экономических оценках проектирования и производства, представляют собой одну из частых причин провала проектов. Измерение размера, оценка и составление графика производства программного продукта сложным образом переплетаются в процессе планирования проекта. Довольно сложно создать реальный график (учитывающий обязанности исполнителей, их зависимости, перекрытие действий, а также дату поставки продукта) без информации о размере трудозатрат, требуемых для выполнения каждой частной задачи и создания компонентов. Таким образом, измерение размера (сложности) компонентов и комплекса в целом должно предшествовать оценке полных экономических характеристик проекта, а эта оценка, в свою очередь, должна предшествовать составлению производственного графика работ.

Качество продуктов характеризуется многими показателями, состав которых зависит от класса, функций и конкретного назначения комплекса программ. По мере повышения требований к качеству затраты на производство увеличиваются все более высокими темпами. Одновременно расширяется диапазон неопределенности достигаемого качества при допустимых затратах. В результате для сложных программных продуктов всегда есть риск проявления неустраненных ошибок и недостаточной достоверности оценок качества. Специфицирование требований и оценивание характеристик качества программного продукта — ключевой фактор обеспечения их адекватного применения. Это может быть достигнуто на основе выделения, определения и реализации подходящих характеристик с учетом целей использования и функциональных задач комплекса программ с использованием стандартизированных или формализованных метрик [2, 5, 11]. Задача состоит в создании, выборе и прогнозировании наиболее адекватных экономических критериев для обобщенного описания эффективности производства, стоимости создания и использования сложных комплексов программ в зависимости от их назначения, области применения, требуемого качества и других факторов.

Для сложных продуктов с высокими требованиями к качеству проектирование, развитие и применение систем обеспечения и контроля качества должно сопровождать весь жизненный цикл основной продукции — комплексов программ. Включение комплексов программ в контур систем управления производством промышленной продукции или динамическими объектами приводит к необходимости обеспечения ими высокого качества решения задач, безопасности и надежности их функционирования не ниже, чем у аппаратных компонентов соответствующих систем. Поэтому комплексы программ должны тщательно тестироваться и проходить контрольные испытания для определения уровня качества, безопасности и надежности их применения, что может требовать особенно больших затрат ресурсов.

Содержание Вперёд