Проблемы экономики производства крупных программных продуктов

В.В. Липаев
Труды Института системного программирования РАН

Назад Содержание

3. Проблемы анализа экономики производства программных продуктов

Экономические характеристики реальных завершенных разработок, собираются, накапливаются и обрабатываются с начала 80-х годов в разных отечественных организациях и за рубежом [1, 3]. Они позволили получать и прогнозировать основные обобщенные экономические показатели процессов производства комплексов программ. При оценке размера вновь созданных комплексов программ и трудоемкости их полной разработки обычно не учитывались компоненты операционных систем, драйверы, средства контроля и тестирования, а также повторно используемые компоненты. При этом обычно рассматривался полный технологический процесс производства от начала подготовки технического задания до завершения испытаний базовой версии продукта. Учитывались все категории специалистов, участвующих в создании программ и обеспечивающих разработку, а также все виды работ, связанные с созданием программного продукта на выделенном интервале времени.

Наиболее полно и подробно основные закономерности и влияние факторов на экономические характеристики процессов разработки в 80-е годы представлены в [1] для более десяти моделей прогнозирования. В 1981-м году на основе исследования процессов разработки 63 программных продуктов была опубликована модель прогнозирования под названием КОМОСТ [1]. В последующем эта модель была развита, детализирована и опубликована как СОСОМО, а в 2000-м году – под названием СОСОМО II [10]. В этой модели на основе анализа более 160 реальных проектов разработки комплексов программ различной сложности уточнены рейтинги влияния выделенных факторов на основные экономические характеристики.

Кроме того, в 1988-м году были опубликованы [3] результаты анализа экономических характеристик (комплексный проект ПРОМЕТЕЙ) на основе обобщения результатов разработки свыше 250 отечественных проектов сложных программных продуктов. В общем случае для оценки экономических характеристик новых проектов необходимы следующие исходные данные:

• обобщенные характеристики использованных ресурсов и экономические показатели завершенных разработок — прототипов, а также оценки влияния на их характеристики различных факторов объекта и среды разработки; реализованные и обобщенные перечни выполненных работ и реальные графики проведенных ранее разработок различных классов комплексов программ;

• цели и содержание частных работ в процессе создания сложных комплексов программ и требования к их выполнению для обеспечения необходимого качества продукта в целом;

• структура и содержание документов, являвшихся результатом выполнения частных работ.

Этапы жизненного цикла программ существенно различаются между собой степенью определенности и прогнозируемости их характеристик. Соответственно изменяются возможности подготовки и достоверность планов проведения работ. В процессе разработки сложных программных продуктов уточняются и детализируются их спецификации требований, функции, структура и характеристики компонентов. Поэтому на начальных этапах, в особенности, принципиально новых проектов, трудно точно спланировать все последующие этапы. В результате планирование проводится итерационно в соответствии с последовательным повышением достоверности и точности сведений об объекте и среде разработки. Так как отсутствует достоверная пооперационная статистика разработки программ, пока невозможно создать типовые нормативы на большинство частных операций при производстве сложных комплексов программ. Отсюда принципиальной особенностью разработки комплексов программ является активное участие руководителей и заказчиков проекта в составлении планов на базе исследованных характеристик прототипов завершенных разработок и своего личного опыта. Такие планы должны иметь разумные ограничения в детализации работ на уровне, обеспечивающем необходимую управляемость всего процесса проектирования и производства.

Сложные комплексы программ обычно являются компонентами систем, реализующими их основные, функциональные свойства и создающими предпосылки для последующих изменений их жизненного цикла. При экономическом анализе ЖЦ сложных программных комплексов целесообразно выделять два крупных этапа: анализ и проектирование программного продукта и собственно его производство на основе проекта. При проектировании необходимо формировать функции, требования к качеству и архитектуру предполагаемого комплекса программ, оценивать его экономические характеристики и решать — следует ли реализовывать производство программного продукта. Экономическое обоснование проектов на начальном этапе их производства должно содержать оценки экономических рисков реализации поставленных целей, обеспечивать возможность планирования и выполнения жизненного цикла продукта или указывать на недопустимо высокий риск его реализации и целесообразность прекращения проектирования и производства.

Множество текущих состояний и модификаций компонентов в жизненном цикле сложных комплексов программ менеджерам необходимо упорядочивать, контролировать их развитие и реализацию участниками проекта. Организованное, контролируемое и методичное отслеживание динамики проектирования и производства, а также изменений в жизненном цикле программ и данных, их разработка при строгом учете и контроле ресурсов и каждого изменения, является базовой проблемой эффективного, поступательного развития каждого крупного комплекса программ и системы методами программной инженерии [2, 5, 7, 8].

Основным способом совершенствования производства программных продуктов и повышения квалификации специалистов в этой области многие менеджеры считают накопление и распространение опыта наиболее успешных разработчиков, который выражается в быстром продвижении проектов. Однако, только повышая квалификацию отдельных разработчиков, невозможно решать современные проблемы коллективного производства крупных программных продуктов, а еще менее вероятно, что так можно подготовиться к тем требованиям, которые выдвинет будущее. Производительность индивидуального труда наиболее продуктивных разработчиков может во много раз превышать производительность наименее продуктивных, в то время как численность последних в такое же число раз превышает численность первых [2, 8, 12]. Кроме того, опыт наиболее продуктивных разработчиков не может быть применен в промышленных масштабах крупных проектов, поскольку ориентирован на людей с исключительными способностями.

Для удовлетворения требований к производству сложных программных продуктов в промышленном масштабе должны быть исключены надежды на расточительное использование таланта отдельных высоко квалифицированных разработчиков для выполнения рутинных повторяющихся процессов, чтобы они могли больше времени тратить на постановку, формализацию и организацию производства сложных программ [7]. Методы, стандарты и шаблоны программной инженерии уже доказали возможности повторного использования знаний в производстве сложной программной продукции. Однако многие компании, занимающиеся производством программных продуктов, не уделяют должного внимания экономике и эффективному применению современных методов автоматизации и обеспечения всего жизненного цикла программных средств. Эти проблемы и их компоненты в разной степени могут отражаться на экономических характеристиках, качестве и конкурентоспособности отечественных программных продуктов, однако на них целесообразно обращать внимание и по возможности решать заказчикам, руководителям и разработчикам сложных программных продуктов.

Проблема экономического прогнозирования развития проектов в программной инженерии заключается, прежде всего, в разработке, освоении и использовании методов для расчета экономических характеристик производства сложных программных продуктов. Цель экономического обоснования проектов комплексов программ состоит в помощи их руководителям определять:

• целесообразно ли проводить или продолжать работы над конкретным проектом программного продукта в направлении детализации требований, функций и экономических характеристик, или следует его прекратить вследствие недостаточных ресурсов специалистов, времени или возможной стоимости и трудоемкости производства;

• при наличии достаточных ресурсов, следует ли провести маркетинговые исследования для определения рентабельности полного выполнения проекта и производства программного продукта для поставки заказчику или на рынок;

• достаточно ли полно и корректно формализованы требования к проекту, на основе которых проводились расчеты экономических характеристик, или их следует откорректировать и выполнить повторный анализ с уточненными исходными данными;

• есть ли возможность применить готовые повторно используемые компоненты, в каком относительном размере от всего комплекса программ, и рентабельно ли их применять в конкретном проекте, или весь проект целесообразно разрабатывать как полностью новый.

4. Проблемы организации экономически эффективного производства программных продуктов

Стратегической проблемой в жизненном цикле современных систем стало обеспечение и совершенствование качества производства сложных программных продуктов при реальных ограничениях на использование доступных ресурсов производства. Для каждого крупного проекта, выполняющего ответственные функции, необходимо прогнозировать требующиеся ресурсы, разрабатывать и применять комплексную систему качества, специальные планы и программу, методологию и инструментальные средства, обеспечивающие требуемые качество, надежность и безопасность функционирования программного продукта. Для этого следует использовать современные методы и стандарты при подготовке промышленных технологий, методик производства и испытания конкретных продуктов, однозначно отражающих степень удовлетворения исходных требований заказчика и пользователей, а также для сравнения продуктов разных поставщиков и выявления среди них предпочтительных.

Базой эффективного управления проектом крупного программного комплекса является план, в котором задачи исполнителей частных работ должны быть согласованы с выделяемыми для них ресурсами, а также между собой, по результатам и срокам их достижения. Планирование программных проектов должно обеспечивать компромисс между требующимися характеристиками создаваемой системы и ограниченными ресурсами, необходимыми на ее разработку и применение. По мере уточнения исходных данных об объекте разработки, внешней среде применения и ресурсах, в процессе системного анализа и проектирования возрастает достоверность планирования, которое должно проходить следующие этапы:

• обследование объектов и среды проектирования для предварительной формализации целей, назначения и задач проекта;

• первичное прогнозирование возможных характеристик и требований к программному продукту на базе обобщения данных ранее реализованных подобных прототипов и создание концепции проекта;

• управление детализацией и реализацией плана производства, его оперативной корректировкой и перераспределением ресурсов в соответствии с особенностями развития компонентов программного комплекса;

• обобщение и накопление результатов планирования и управления конкретным проектом для использования впоследствии этих данных в качестве прототипов при производстве программных продуктов.

На каждом этапе должен проводиться поиск эффективных технических и экономических решений реализации проекта, исследование и сопоставление альтернативных действий, которые должны приводить к достижению поставленных целей производства программного продукта. Уже при первичном прогнозировании развития проекта должны оцениваться альтернативные характеристики объекта и среды разработки и выбираться наиболее подходящие для производства в соответствии с поставленными целями и имеющимися ресурсами. Сравнение альтернатив следует проводить по величине достигаемого эффекта проекта в зависимости от затрат на его достижение (желательно, по показателю “эффективность/стоимость”).

Для сокращения затрат возникла необходимость в новых технологиях, методах создания и управления сложными проектами программных продуктов. Это приводит к увеличению роли интеграции таких компонентов, соответствующих методов и инструментария программной инженерии. Однако вследствие их принципиальной новизны и сложности, они трудно воспринимались традиционными программистами компонентов и преподавателями отечественной высшей школы. Коренные отличия между методами и инструментарием индивидуального, «художественного» программирования небольших программ и технологией планомерного, регламентированного производства крупных программных продуктов приводят к тому, что последние медленно осваиваются и входят в практику слаженной работы больших коллективов специалистов. Эти обстоятельства отражаются на существенном отставании от мирового уровня отечественных программных продуктов по конкурентоспособности, количеству и качеству.

Неопределенность применяемых понятий, требований и характеристик качества присущая крупным, наукоемким проектам комплексов программ, а также многочисленные спекуляции разработчиков на их значимости приучили заказчиков не доверять рекламируемым достоинствам программных продуктов [7, 8]. Во многих случаях контракты и предварительные планы на создание сложных программных комплексов и баз данных подготавливаются и оцениваются на основе неформализованных представлений заказчиков и разработчиков о требуемых функциях и характеристиках качества систем. Многочисленные провалы проектов выявили необходимость формализации методов взаимодействия и обеспечения взаимопонимания разработчиков с заказчиком или потенциальными пользователями создаваемого продукта с самого начала проекта с целью конкретизации его функций и требований к качеству. Ошибки, обусловленные неопределенностью или некорректностью технических заданий и спецификаций требований, могут и должны выявляться на ранних стадиях проектирования, что способствует его ускорению и повышению качества.

Возрастание сложности и ответственности современных задач, решаемых крупными системами, а также возможного ущерба от недостаточного качества комплексов программ значительно повысило актуальность проблемы освоения методов стандартизированного описания требований и оценивания характеристик качества на различных этапах ЖЦ. Выявилась необходимость систематизации реальных характеристик качества программных продуктов, применения стандартов для выбора из них необходимой номенклатуры и требуемых значений для конкретных комплексов программ. Обещания разработчиков в контрактах с заказчиками создать высококачественные продукты в согласованные сроки во многих случаях не выполняются, как вследствие различий в понимании требуемого качества, так и из-за неумения оценить ресурсы, необходимые для достижения заданного качества программ.

Широкое многообразие классов и видов программ, обусловленное различными функциями систем, предопределяет формальные трудности, связанные с методами и процедурами доказательства соответствия поставляемых продуктов условиям контрактов и требованиям потребителей. По мере расширения облестей применения и увеличения сложности программных продуктов выделились области, в которых ошибки или недостаточное качество программ или данных могут нанести ущерб, значительно превышающий положительный эффект от их использования. В этих критических случаях недопустимы аномалии и дефекты функционирования программных продуктов при любых искажениях исходных данных, сбоях и частичных отказах аппаратуры и других нештатных ситуациях.

Проблемы формирования требований к характеристикам и качеству программного продукта включают анализ свойств, характеризующих его функционирование с учетом технологических и ресурсных возможностей производства. При этом под качеством функционирования понимается совокупность свойств, обусловливающих пригодность продукта обеспечивать надежное и своевременное представление требуемой информации потребителю для ее дальнейшего использования по назначению. В соответствии с принципиальными особенностями программного продукта при проектировании должны выбираться номенклатура и значения требований к характеристикам качества, необходимым для его эффективного применения пользователями; эти требования впоследствии отражаются в технической документации и в спецификации требований на конечный продукт. Каждый критерий качества может использоваться, если определена его метрика, и может быть указан способ ее оценивания и сопоставления с требующимся значением. Для конкретных видов программных продуктов доминирующие критерии качества выделяются и определяются при проектировании систем их функциональным назначением и требованиями технического задания.

Удостоверение достигнутого качества функционирования сложных программных продуктов и методов обеспечения их жизненного цикла базируется на сертификации, аттестованной проблемно-ориентированными испытательными лабораториями. Применение сертифицированных систем качества на предприятиях-разработчиках должно гарантировать высокое, устойчивое качество процессов производства конечного программного продукта. Основой сертификации должны быть детальные и эффективные методики испытаний конкретных продуктов, специально разработанные тестовые задачи и генераторы тестов для их формирования, а также квалификация и авторитет испытателей. Для этого заказчики должны выбирать подрядчиков-исполнителей своих проектов, которые имеют системы обеспечения качества программных средств и сертификаты, удостоверяющие реализацию и применение системы качества производства предприятием-разработчиком.

Обеспечение и удостоверение качества сложных программных продуктов должно базироваться на проверках и испытаниях:

• технологий обеспечения жизненного цикла программных комплексов, поддержанных регламентированными системами качества;

• готового программного продукта с полным комплектом адекватной эксплуатационной документации.

Глубокая взаимосвязь качества разработанных комплексов программ с качеством технологии их создания и с затратами на разработку становится особенно существенной при необходимости получения конечного продукта с предельно высокими значениями показателей качества. Это привело к существенному изменению в последние годы объектов, методологии и культуры в области создания и совершенствования комплексов программ. Непрерывный рост требований к качеству стимулировал создание и активное применение международных стандартов и регламентированных технологий, автоматизирующих процессы ЖЦ, начиная с инициирования проекта. Для решения этой задачи необходимо детально исследовать современные процессы производства и использования программ различных классов и назначения — встроенных, коммерческих, административных, учебных, уникальных и др.

Проблемы оценивания и выбора квалифицированных и надежных специалистов-подрядчиков, способных создавать сложные программные продукты и базы данных требуемого качества в разумные сроки с учетом ограничений на используемые ресурсы, стоят остро для многих заказчиков и пользователей современных вычислительных систем. Для их решения поставщикам комплексов программ, (кроме программистов–кодировщиков), необходимо иметь системных аналитиков, архитекторов и топ-менеджеров проектов, а также специалистов по комплексированию, испытаниям и обеспечению качества современных сложных программных продуктов. Они должны знать передовые индустриальные методы, технологии и международные стандарты, поддерживающие и регламентирующие ЖЦ комплексов программ, а также инструментальные системы обеспечения качества, верификации, тестирования и сертификации программных продуктов. Для этого требуется, прежде всего, системотехническая квалификация предприятий и специалистов, берущихся за производство крупных программных продуктов высокого качества.

5. Заключение

За последние годы ряд исследований и работ по сбору и обобщению экономических данных о производстве программных продуктов заложили основы для методов и моделей оценивания затрат [1, 10, 13]. Имеющиеся модели не всегда точны, как хотелось бы, но могут весьма существенно помочь в экономическом анализе и обосновании решений при создании сложных программных продуктов. Для сбора и обобщения экономических характеристик о производстве программных продуктов необходимо детально исследовать требуемые ресурсы для современных процессов создания и использования комплексов программ различных классов и назначения. Необходимы активные исследования на разных уровнях детализации, начиная от экономики и планирования создания программных продуктов в масштабах страны или предприятия и кончая экономикой выполнения частных операций отдельными специалистами при проектировании или производстве компонентов и конкретных продуктов. Одна из важнейших задач состоит в том, чтобы увязать четкими экономическими категориями взаимодействие разных специалистов и предприятий в типовой производственной цепочке: заказчик—разработчик — изготовитель—пользователь. Для этого объект — программный продукт – и все процессы взаимодействия в цепочке должны быть связаны системой экономических и технических характеристик, в той или иной степени использующих основные экономические показатели — реальные затраты ресурсов: финансов, труда и времени специалистов, затрачиваемых на создание конечного продукта.

Проблема состоит в создании и представлении специалистам современных методов экономического анализа, оценивания и прогнозирования необходимых ресурсов при производстве комплексов программ. Тем самым, должен быть выделен очень важный, базовый раздел из всей экономики жизненного цикла программных комплексов. Такое выделение определяется тем, что без подобных базовых исследований имеющихся прототипов вряд ли возможно последующее серьезное развитие экономики в этой отрасли. Внимание должно быть сосредоточено на концептуальной основе распределения затрат труда в процессе разработки компонентов и комплексов программ, на факторах, определяющих реальные трудозатраты и другие экономические характеристики, а также на исследовании их в реализованных современных разработках.

В жизненном цикле сложных комплексов программ для обеспечения их высокого качества целесообразно выделять специалистов, ответственных за анализ, оценивание и прогнозирование экономических характеристик производства, за соблюдение промышленной технологии создания и совершенствование программных продуктов, за измерение и контроль затрат, качества комплексов программ в целом и их компонентов. Проблема состоит в том, чтобы научить и приучить специалистов к анализу и оцениванию конкретных экономических факторов, влияющих на характеристики функционирования программных продуктов со стороны реально существующих и потенциально возможных негативных воздействий при производстве при наличии ограничений на ресурсы проектов. Необходимы подготовка и воспитание квалифицированных специалистов в области индустрии, экономики и производства сложных программных комплексов, их обучение методам и современной программистской культуре промышленного создания крупных высококачественных программных продуктов.

Литература

1. Боэм Б.У. Инженерное проектирование программного обеспечения. Пер. с англ. /Под ред. А.А. Красилова. – М.: Радио и связь, 1985. 512 стр.
2. Гецци К., Джазайери М., Мандриоли Д. Основы инженерии программного обеспечения. Пер. с англ. – СПб.: БХВ-Петербург. 2005. 832 стр.
3. Липаев В.В., Потапов А.И. Оценка затрат на разработку программных средств. – М.: Финансы и статистика. 1988. 224 стр.
4. Липаев В.В. Технико-экономическое обоснование проектов сложных программных средств. – М.: СИНТЕГ. 2004. 284 стр.
5. Липаев В.В. Программная инженерия. Методологические основы. Учебник. – М.: ТЕИС. 2006. 608 стр.
6. Организация производства и управления предприятием. Учебник. Под ред. О.Г. Туровца. – М.: ИНФРА-М. 2006. 544 стр.
7. Соммервилл И. Инженерия программного обеспечения. 6-е издание. Пер. с англ. – М.: Вильямс. 2002. 624 стр.
8. Фатрелл Р. Т., Шафер Д. Ф., Шафер Л. И. Управление программными проектами: достижение оптимального качества при минимальных затратах. Пер. с англ. – М.: Вильямс. 2003. 1136 стр.
9. Экономика промышленного предприятия. Учебник. Под ред. Е.Л. Кантора. – М.: МарТ. 2007. 864 стр.
10. Boehm B.W. et al. Software cost estimation with COCOMO II. Prentice Hall PTR. New Jersey. 2000. 506 стр.
11. Grady R. Practical software metrics for project management and process improvement. – Englewood Cliffs. NY. Prentice-Hall. 1992. 376 стр.
12. Jones C. Applied software measurement, assuring productivity and quality. McGraw-Hill. NY. 1996. 432 стр.
13. Londeix B. Cost estimation for software development. Cornwall: Addison-Wesley. 1987. 312 стр.

Назад Содержание