 |
Цели и принципы системного проектирования сложных программных средств
|
|
|
|
ОСНОВЫ СИСТЕМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ
Цели и общие принципы управления сложными проектами. В последние десятилетия быстро возрастает сложность объектов и систем, создаваемых в различных областях народного хозяйства. Для их разработки привлекаются специалисты разной квалификации и большие финансовые и материальные ресурсы. Использование этих разнородных ресурсов должно координироваться и объединяться комплексом мероприятий для достижения общей цели - создания соответствующего сложного объекта или системы с заданным качеством в условиях ограниченных ресурсов. Современные сложные системы и соответственно проекты, обеспечивающие их создание, имеют ряд важных особенностей:
- единую цель разработки и последующего функционирования для всей системы;
- наличие совокупности нескольких, тесно взаимодействующих, компонент - подсистем, имеющих свои локальные задачи и цели функционирования;
- иерархическую структуру связей и взаимодействия компонент, обеспечивающую концептуальное единство и устойчивость функционирования всей системы;
- иерархическую совокупность критериев качества функционирования компонент и системы в целом, обеспечивающих достижение главных целей создания и последующего применения системы.
Одной из особенностей сложных систем является трудность выбора и формализации единого критерия качества и оценки эффективности функционирования, адекватно отражающего главные цели каждой системы. Обычно выделяется несколько более или менее равнозначных критериев, каждый из которых может стать доминирующим в зависимости от этапа проектирования, состояния системы или некоторых внешних условий. Это обусловлено тем, что каждая сложная система является частью системы большего масштаба и высшего уровня, и подчинена ей.
|
|
|
Для управления проектом системы прежде всего должен быть адекватно описан объект проектирования. Для сложных систем формализация и детализация описания и характеристик объекта разработки происходит одновременно с процессом его проектирования. Последовательно уточняются архитектура объекта, основные функции и их характеристики, требующиеся показатели качества функционирования и методы решения задач. Все эти данные отражаются в концепции, техническом задании, спецификации требований и описании проекта, которые детализируются и конкретизируются по мере развития проекта. Это определяет принципиальную особенность планирования проектов сложных систем, состоящую в наличии влияния на план изменяющихся значений и уровня достоверности характеристик объекта разработки. С этим связана необходимость итерационного уточнения планов на всех этапах проектирования, разработки и развития систем.
Комплекс формально организованных мероприятий по достижению единой цели создания сложной системы с заданными характеристиками качества при ограниченных ресурсах получил название - проект. Цель управления проектом - рациональное использование и предупреждение потери ресурсов путем сбалансированного распределения их по частным работам на протяжении всего цикла разработки объекта или процесса с заданным качеством. Управление проектом - это особый вид деятельности, включающий постановку задач, подготовку решений, планирование, организацию и стимулирование специалистов,
контроль хода работ и использования ресурсов при создании сложных систем.
Целевое управление проектами возникло из необходимости разрабатывать и реализовывать сложные системы с заданными функциями в максимально короткие сроки при ограниченных ресурсах. Критическим параметром планирования и управления проектами обычно является время. Поэтому далее большое внимание сосредоточено на конкретном планировании сложных проектов, интервалы разработки которых могут составлять несколько месяцев или лет. Задачи целевого управления опытно-конструкторскими работами - сводить воедино усилия прямых исполнителей - специалистов разной квалификации, подрядчиков и субподрядчиков, добиваясь, чтобы они выступали как команда, а не как разрозненная группа функциональных специалистов при создании систем. В результате должны обеспечиваться концептуальная целостность системы и высокое качество решения главных задач при сбалансированном использовании ресурсов на все функциональные задачи.
|
|
|
Методологической базой целевого планирования и управления проектами является системный анализ, который предполагает:
- обследование объектов и среды проектирования, для предварительной формализации целей и задач проекта;
- исследование и сопоставление альтернативных действий, которые должны приводить к достижению поставленных целей проектирования;
- сравнение альтернатив по величине достигаемого эффекта в зависимости от затрат на его достижение (по показателю "эффективность-стоимость");
- учет и анализ влияния неопределенностей характеристик альтернатив, определяющих их выбор.
Чтобы найти и проанализировать все разумные альтернативы, обычно недостаточно одного специалиста, и необходимо участие в системном анализе специалистов разной квалификации. Не во всех задачах оказывается доступным точный количественный подход. Во многих, чаще всего особенно сложных случаях приходится ограничиваться качественным анализом факторов и их влияния на конечный результат. Поэтому оптимизация решений и выбора альтернатив может ограничиваться оценкой логических суждений экспертов. Базой эффективного управления проектом 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. План проекта должен отражать рациональное сочетание целей, стратегий действий, конкретных процедур, доступных ресурсов и других компонент, необходимых для достижения поставленной основной цели с заданным качеством. Планирование 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, среде и ресурсах в процессе системного анализа и проектирования возрастает достоверность планирования, которая проходит следующие этапы:
|
|
|
- первичного прогнозирования возможных характеристик проекта на базе обобщения данных подобных прототипов ранее реализованных проектов и создание концепции проекта;
- подготовки предварительного рабочего плана выполнения этапов и частных работ с учетом затрат ресурсов на их реализацию в процессе разработки системного проекта;
- управления реализацией и детализацией плана проекта, его оперативной корректировкой и перераспределением ресурсов в соответствии с особенностями развития завершенной части проекта;
- обобщения результатов планирования и управления конкретным проектом для использования этих данных в качестве прототипов при разработке последующих проектов.
На каждом этапе ведется поиск эффективных технических решений реализации проекта. В результате процессы планирования проекта и его выполнения развиваются параллельно. Первичное прогнозирование характеристик проекта и подготовка плана при системном проектировании - процесс почти статический (при некоторых фиксированных исходных данных), не учитывающий реальную динамику возможного исполнения плана. На этой стадии отсутствует оперативная обратная связь процесса реального выполнения плана с его первичным вариантом. Важнейшая задача при разработке плана - минимизировать число связей и сложность взаимодействия между компонентами проекта, а также между исполнителями таких компонент. Уже при первичном прогнозировании развития проекта оцениваются альтернативные характеристики объекта и среды разработки и выбираются наиболее подходящие в соответствии с поставленными целями и имеющимися ресурсами.
|
|
|
После создания системного проекта появляется и действует динамическая обратная связь на план со стороны процесса его исполнения. Реализация проекта зависит от результатов выполнения частных работ и может требовать оперативной корректировки плана. При реализации плана определяющими являются организация, стимулирование и контроль развития проекта. Контроль обеспечивает исходные данные для координации компонент данной организации в соответствии с планом конкретной задачи. Для этого необходимо следить за ходом развития проекта на всем протяжении его жизненного цикла и сравнивать запланированные и фактические результаты работ. Контроль является органической функцией управления и имеет ряд средств регулирования поведения отдельных личностей и коллектива проектировщиков в целом. Одновременно обеспечивается наблюдение за состоянием системы и ее характеристиками качества, что позволяет устанавливать частные компромиссы с используемыми ресурсами. Объектами контроля при этом являются:
- технические характеристики реализованных компонент проекта, показатели качества процессов и результатов выполнения отдельных
работ;
- затраты ресурсов на выполнение частных работ и реализацию компонент проекта (трудоемкость, стоимость, время, материальные
ресурсы);
- графики работ, степень их выполнения, наличие и причины отклонений реализации частных работ, угроза нарушения сроков контракта.
Для интеграции усилий специалистов и эффективного использования ресурсов проекта должен выделяться управляющий проектом - главный конструктор. Он активно участвует в планировании, организации и контроле основных внутренних и внешних организационных мероприятий, необходимых для достижения основной цели проекта. Все ресурсы и исходные данные, необходимые для эффективного выполнения проекта, управляющий получает от функциональных подразделений. Задача управляющего проектом наряду с прямыми воздействиями на подчиненных и координацией их работ - стимулировать и контролировать активность прямых горизонтальных связей между исполнителями частных работ. Для того чтобы процесс достижения целей был рациональным, принимающий решение (управляющий) должен иметь выбор среди альтернативных действий, ведущих к цели. Наличие альтернатив и сомнения по поводу того, какая из них лучше, определяют возможность эффективного решения проблем и оптимизации путей их достижения.
|
|
|
Для получения достоверных данных об объектах управления и альтернативах необходима информационная система обеспечения проекта. Такая информационная система представляет собой комплекс формальных и неформальных каналов обмена информацией между участниками проекта. Следует учитывать, что любая групповая деятельность связана со сложным комплексом неформальных отношений между исполнителями. Степень формализации может варьироваться от утверждаемых руководителями планов и технических заданий до личных бесед между разработчиками. Регулярный обмен информацией позволяет осуществлять:
- сбор исходных данных о состоянии компонент проекта и использованных ресурсах;
- диспетчерское управление ресурсами и частными исполнителями
работ;
- сравнение текущих результатов частных работ с техническими заданиями, спецификациями и планом;
- корректировку технических результатов работ, сроков и
используемых ресурсов в соответствии с изменением требований в процессе развития проекта.
Таким образом, целевое управление проектами позволяет планировать, контролировать и анализировать информацию о состоянии и тенденциях изменения объекта разработки, его качестве и затраченных ресурсах. При этом под управлением непрерывно сохраняются основная цель проекта и главные пути ее достижения. Это позволяет рассматривать альтернативы технических решений и предотвращает от сосредоточения внимания на частных задачах или вариантах решений,
которые кажутся интересными, но мало отражаются на достижении главной цели.
Особенности современных технологий, обеспечивающих жизненный цикл программных средств.
Для поддержки каждого из этапов ЖЦ ПС требуется некоторое число специалистов, существенно различающихся по квалификации и методам работы. Наименее трудоемким обычно является начальный этап. Однако для системного анализа и проектирования требуются специалисты наиболее высокой квалификации (системные аналитики), так как их возможные ошибки наиболее сильно отражаются на эффективности и качестве всего жизненного цикла ПС. Поэтому анализу и развитию методов и средств автоматизации начальных этапов проектирования удаляется особое внимание в современных технологиях. Методы и средства системного проектирования должны подготавливать эффективную технологическую базу всего жизненного цикла ПС.
Основная цель современных технологий проектирования ПС состоит в повышении экономической эффективности всего жизненного цикла программ для ЭВМ в различных проблемно-ориентированных областях. Необходимо снижать трудоемкость, ускорять и упрощать проектирование всей совокупности возможных версий ПС, а также повышать их качество. Для этого следует использовать наиболее эффективные и совершенные методы проектирования и проводить комплексную автоматизацию технологий обеспечения всего жизненного цикла ПС. В понятие современной технологии включается совокупность методов, инструментальных средств автоматизации и технологического процесса разработки и всего ЖЦ сложных ПС. Последний регламентирует порядок организации и проведения работ, неавтоматизированного и автоматизированного выполнения технологических операций, направленных на получение в имеющихся организационно -технических условиях готового ПС с заданными функциями и
качеством.
Методической основой технологии, регламентирующей деятельность специалистов, является типовой технологический процесс. Он отражает набор этапов и операций в последовательности их выполнения и взаимосвязи, обеспечивающих ведения разработки на всех стадиях от инициирования проекта и подготовки технического задания до завершения испытаний или применения версии ПС. В современных технологиях объединяются методы непосредственной разработки программ и данных с методами организации управления их созданием с учетом технологических и человеческих факторов. Индустриализация технологий создания ПС базируется на стандартизации процесса разработки программ, их структурного построения и интерфейсов с операционной и внешней средой. Для этого с самого начала разработки должны определяться, необходимые для достижения конечной цели состав и этапы работ, а также требуемые для их выполнения ресурсы. Технические и управленческие проверки, анализ качества промежуточных работ и компонент, а также корректности их взаимосвязей, обеспечивают руководителям и всем разработчикам уверенность достижения требуемого конечного результата.
Перед разработчиками сложных комплексов программ и баз данных на этапе системного проектирования возникает альтернатива'. разработать полностью новые ПС и его компоненты или найти его аналог и перенести готовые компоненты в требуемую операционную среду и на новую аппаратную платформу. Для выбора технологии следует оценить факторы, которые делают перенос программы и данных рентабельным по техническим или технологическим причинам (см.п.2.1). Если нет явных препятствий для создания новой ИС путем использования готовых ПС и БД, целесообразно проанализировать экономическую эффективность переноса. Обоснованное решение может быть принято в результате сопоставления основных технико-экономических показателей (ТЭП): трудоемкости, длительности и числа необходимых специалистов для альтернативных вариантов создания программных средств и базы данных для соответствующей информационной системы. Результаты системного, факторного и технико-экономического анализа позволяют выбрать наиболее эффективную технологию последующего рабочего проектирования ПС и БД, методы и средства тестирования комплексов программ, а также их испытаний и сертификации.
При разработке программных компонент и ПС в целом повышению производительности труда и других ТЭП способствует применение методов и инструментальных средств автоматизации труда. При этом каждый из методов приводит к некоторому более или менее одинаковому улучшению ТЭП разработки ПС и отсутствуют радикальные методы и средства, значительно превышающие по эффективности все остальные. Только совместное, комплексное использование в последние годы ряда наиболее эффективных методов и средств автоматизации технологий позволило существенно повысить производительность труда специалистов и улучшить другие ТЭП в процессе создания ПС "с нуля", т.е. без использования ранее отработанных программных компонент.
|
|
|
