Модели жизненного цикла

2 Модели жизненного цикла

Каскадная модель жизненного цикла информационной системы

Каскадная модель демонстрирует классический подход к разработке различных систем в любых прикладных областях. Для разработки информационных систем данная модель широко использовалась в 70-х и первой половине 80-х годов. Каскадные методы проектирования хорошо описаны в зарубежной и отечественной литературе разных направлений: методических монографиях, стандартах, учебниках. Организация работ по каскадной схеме официально рекомендовалась и широко применялась в различных отраслях. Таким образом, наличие не только теоретических оснований, но и промышленных методик и стандартов, а также использование этих методов в течение десятилетий позволяет называть каскадные методы классическими.

Каскадная модель предусматривает последовательную организацию работ. При этом основной особенностью является разбиение всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как полностью завершены все работы на предыдущем этапе. Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков. Основные этапы разработки по каскадной модели

За десятилетия существования каскадной модели разбиение работ на стадии и названия этих стадий менялись. Кроме того, наиболее разумные методики и стандарты избегали жесткого и однозначного приписывания определенных работ к конкретным этапам. Тем не менее, все же можно выделить ряд устойчивых этапов разработки, практически не зависящих от предметной области (рис. 1):

• анализ требований заказчика;

• проектирование;

• разработка;

• тестирование и опытная эксплуатация;

• сдача готового продукта.

Рис. 31. Каскадная модель разработки.

На первом этапе проводится исследование проблемы, которая должна

быть решена, четко формулируются все требования заказчика. Результатом, получаемым на данном этапе, является техническое задание (задание на разработку), согласованное со всеми заинтересованными сторонами.

На втором этапе разрабатываются проектные решения, удовлетворяющие всем требованиями, сформулированным в техническом задании. Результатом данного этапа является комплект проектной документации, содержащей все необходимые данные для реализации проекта.

Третий этап – реализация проекта. Здесь осуществляется разработка программного обеспечения (кодирование) в соответствии с проектными решениями, полученными на предыдущем этапе. Методы, используемые для реализации, не имеют принципиального значения. Результатом выполнения данного этапа является готовый программный продукт.

На четвертом этапе проводится проверка полученного программного

обеспечения на предмет соответствия требованиям, заявленным в техническом задании. Опытная эксплуатация позволяет выявить различного рода скрытые недостатки, проявляющиеся в реальных условиях работы информационной системы.

Последний этап – сдача готового проекта. Главная задача этого этапа

– убедить заказчика, что все его требования выполнены в полной мере. Этапы работ в рамках каскадной модели часто также называют частями «проектного цикла» системы. Такое название возникло потому, что этапы состоят из многих итерационных процедур уточнения требований к системе и вариантов проектных решений. Жизненный цикл самой системы существенно сложнее и длиннее. Он может включать в себя произвольное число циклов уточнения, изменения и дополнения уже принятых и реализованных проектных решений. В этих циклах происходит развитие информационной системы и модернизация отдельных ее компонентов.

Основные достоинства каскадной модели. Каскадная модель имеет ряд положительных сторон, благодаря которым она хорошо зарекомендовала себя при выполнении различного рода инженерных разработок и получила широкое распространение. Рассмотрим ее основные достоинства.

• На каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности. На заключительных этапах также разрабатывается пользовательская документация, охватывающая все предусмотренные стандартами виды обеспечения информационной системы (организационное, методическое, информационное, программное, аппаратное).

• Выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения и соответствующие затраты.

Каскадная модель изначально разрабатывалась для решения различного рода инженерных задач и не потеряла своего значения для прикладной области до настоящего времени. Кроме того, каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при разработке определенных информационных систем. Имеются в виду системы, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем чтобы предоставить разработчикам свободу выбора реализации, наилучшей с технической точки зрения. К таким информационным системам, в частности, относятся сложные расчетные системы, системы реального времени. Тем не менее, несмотря на все свои достоинства, каскадная модель имеет ряд недостатков, ограничивающих ее применение при разработке информационных систем. Причем эти недостатки делают ее либо полностью неприменимой, либо приводят к увеличению сроков разработки и стоимости проекта. В настоящее время многие неудачи программных проектов объясняются именно последовательным процессом разработки.

Недостатки каскадной модели. Перечень недостатков каскадной модели при ее использовании для разработки информационных систем достаточно обширен. Вначале просто перечислим их, а затем рассмотрим основные из них более подробно:

• существенная задержка в получении результатов;

• ошибки и недоработки на любом из этапов проявляются, как правило, на последующих этапах работ, что приводит к необходимости возврата назад;

• сложность параллельного ведения работ по проекту;

• чрезмерная информационная перенасыщенность каждого из этапов;

• сложность управления проектом;

• высокий уровень риска и ненадежность инвестиций.

Задержка в получении результатов обычно считается главным недостатком каскадной схемы. Данный недостаток проявляется в основном в том, что вследствие последовательного подхода к разработке согласование результатов с заинтересованными сторонами производится только после завершения очередного этапа работ. Может оказаться, что разрабатываемая информационная система не соответствует требованиям пользователей, причем такие несоответствия могут возникать на любом этапе разработки – искажения могут непреднамеренно вноситься и проектировщиками-аналитиками, и программистами, так как они не обязательно хорошо разбираются в тех предметных областях, для которых производится разработка информационной системы. Кроме того, используемые при разработке информационной системы модели автоматизируемого объекта, отвечающие критериям внутренней согласованности и полноты, могут в силу различных причин устареть за время разработки (например, из-за внесения изменений в законодательство, колебания курса валют и т. п.). Это относится и к функциональной модели, и к информационной модели, и к проектам

интерфейса пользователя, и к пользовательской документации.

Возврат на более ранние стадии. Данный недостаток каскадной модели в общем-то является одним из проявлений предыдущего. Поэтапная и последовательная работа над проектом может быть следствием того, что ошибки, допущенные на более ранних этапах, как правило, обнаруживаются только на последующих стадиях работы над проектом. Поэтому, после того как ошибки проявятся, проект возвращается на предыдущий этап, перерабатывается и снова передается на последующую стадию. Это может служить причиной срыва графика работ и усложнения взаимоотношений между группами разработчиков, выполняющих отдельные этапы работы.

Самым же неприятным является то, что недоработки предыдущего этапа могут обнаруживаться не сразу на последующем этапе, а позднее (например, на стадии опытной эксплуатации могут проявиться ошибки в описании предметной области). Это означает, что часть проекта должна быть возвращена на начальный этап работы. Вообще, работа может быть возвращена с любого этапа на любой предыдущий этап, поэтому в реальности каскадная схема разработки выглядит так, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Реальный процесс разработки по каскадной схеме.

Одной из причин данной ситуации является то, что в качестве экспертов, участвующих в описании предметной области, часто выступают будущие пользователи системы, которые иногда не могут четко сформулировать то, что они хотели бы получить. Кроме того, заказчики и исполнители часто неправильно понимают друг друга вследствие того, что исполнители обычно не являются специалистами в предметной области решаемой задачи, а заказчики далеки от программирования.

Сложность параллельного ведения работ. Отмеченные проблемы возникают вследствие того, что работа над проектом строится в виде цепочки последовательных шагов. Причем даже в том случае, когда разработку некоторых частей проекта (подсистем) можно вести параллельно, при использовании каскадной схемы распараллеливание работ весьма затруднительно. Сложности параллельного ведения работ связаны с необходимостью постоянного согласования различных частей проекта. Чем сильнее взаимозависимость отдельных частей проекта, тем чаще и тщательнее должна выполняться синхронизация, тем сильнее зависят друг от друга группы разработчиков. Поэтому преимущества параллельного ведения работ просто теряются. Отсутствие параллелизма негативно сказывается и на организации работы всего коллектива разработчиков. Работа одних групп

сдерживается другими. Пока производится анализ предметной области, проектировщики, разработчики и те, кто занимается тестированием и администрированием, почти не загружены. Кроме того, при последовательной разработке крайне сложно внести изменения в проект после завершения этапа и передачи проекта на следующую стадию. Так, например, если после передачи проекта на следующий этап группа разработчиков нашла более эффективное решение, оно не может быть использовано. Это связано с тем, что более раннее решение уже, возможно, реализовано и связано с другими частями проекта. Поэтому исключается (или, по крайней мере, существенно затрудняется) доработка проекта после его передачи на следующий этап.

Информационная перенасыщенность. Проблема информационной перенасыщенности возникает вследствие сильной зависимости между различными группами разработчиков. Данная проблема заключается в том, что при внесении изменений в одну из частей проекта необходимо оповещать всех разработчиков, которые использовали или могли бы использовать эту часть в своей работе. Когда система состоит из большого количества взаимосвязанных подсистем, то синхронизация внутренней документации становится важной самостоятельной задачей. При этом синхронизация документации на каждую часть системы – не более чем процесс оповещения групп разработчиков. Самим же разработчикам необходимо ознакомиться с изменениями и оценить, не сказались ли эти изменения на уже полученных результатах. Все это может требовать проведения повторного тестирования и даже внесения изменений в уже готовые части проекта. Причем эти изменения, в свою очередь, должны быть отражены во внутренней документации и разосланы другим группам разработчиков. Как следствие, объем документации по мере разработки проекта растет очень быстро, так что требуется все больше времени для составления документации и ознакомления с ней. Следует также отметить, что, помимо изучения нового материала, не отпадает необходимость в изучении старой информации. Это связано с тем, что вполне вероятна ситуация, когда в процессе разработки

изменяется состав группы разработчиков (этот процесс носит название ротации кадров). Новым разработчикам необходима информация о том, что было сделано до них. Причем чем сложнее проект, тем больше времени требуется, чтобы ввести нового разработчика в курс дела. Сложность управления проектом при использовании каскадной схемы в основном обусловлена строгой последовательностью стадий разработки и наличием сложных взаимосвязей между различными частями проекта. Последовательность разработки проекта приводит к тому, что одни группы разработчиков должны ожидать результатов работы других команд. Поэтому требуется административное вмешательство для согласования сроков работы и состава передаваемой документации. В случае же обнаружения ошибок в выполненной работе необходим возврат к предыдущим этапам выполнения проекта. Это приводит к дополнительным сложностям в управлении проектом. Разработчики, допустившие просчет или ошибку, вынуждены прервать текущую работу (над новым проектом) и заняться исправлением ошибок. Следствием этого обычно является срыв сроков выполнения как исправляемого, так и нового проектов. Требовать же от команды разработчиков ожидания окончания следующей стадии разработки нерационально, так как приводит к существенным потерям рабочего времени. Упростить взаимодействие между группами разработчиков и уменьшить информационную перенасыщенность документации можно, сокращая количество связей между отдельными частями проекта. Однако

это обычно весьма непросто. Далеко не каждую информационную систему можно разделить на несколько слабо связанных подсистем.

Высокий уровень риска. Чем сложнее проект, тем больше продолжительность каждого из этапов разработки и тем сложнее взаимосвязи между отдельными частями проекта, количество которых также увеличивается. Причем результаты разработки можно реально увидеть и оценить лишь на этапе тестирования, то есть после завершения анализа, проектирования и разработки – этапов, выполнение которых требует значительного времени и средств. Как уже было отмечено, запоздалая оценка порождает серьезные проблемы при выявлении ошибок анализа и проектирования – требуется возврат проекта на предыдущие стадии и повторение процесса разработки. Однако возврат на предыдущие стадии может быть связан не только с ошибками, но и с изменениями, произошедшими в предметной области или в требованиях заказчика за время разработки. Причем возврат проекта на доработку вследствие этих причин не гарантирует, что предметная область снова не изменится к тому моменту, когда будет готова следующая версия проекта. Фактически это означает, что существует вероятность того, что процесс разработки «зациклится», и система никогда не дойдет до сдачи в эксплуатацию. Расходы на проект будут постоянно расти, а сроки сдачи готового продукта постоянно откладываться. Поэтому можно утверждать, что сложные проекты, разрабатываемые по каскадной схеме, имеют повышенный уровень риска. Этот вывод подтверждается практикой: по сведениям консалтинговой компании The Standish Group в США более 31 % проектов корпоративных

информационных систем (IT-проектов) заканчивается неудачей; почти 53 % IT-проектов завершается с перерасходом бюджета (в среднем на 189 %, то есть почти в два раза); и только 16,2 % проектов укладывается и в срок, и в бюджет.

Помимо рассмотренных существует еще один серьезный недостаток, присущий каскадной модели разработки, на который также следует обратить внимание. Этот недостаток связан с конфликтом (не всегда явным) между разработчиками, участвующими в выполнении проекта. Конфликт обусловлен тем, что возврат части проекта на предыдущую стадию обычно сопровождается поиском причин и виновных. А так как однозначно персонифицировать ответственного за ошибки можно далеко не всегда, попытки поиска виноватых могут сильно усложнить отношения в коллективе. Как следствие, в рабочей группе часто ценится не тот руководитель, который имеет высокую квалификацию и больший опыт, а тот, кто умеет «отстоять» своих подчиненных, обеспечить им более удобные условия работы и т. п. В результате появляется опасность снижения и квалификации, и творческого потенциала всей команды. Соответственно, техническое руководство проектом начинает в большей степени подменяться организационным руководством, все более детальной проработкой должностных инструкций и все более формальным их исполнением. Тот, кто не умеет организовать работу, обречен бороться за дисциплину. И здесь возникает проблема несовместимости дисциплины и творчества. Чем строже дисциплина, тем менее творческой становится атмосфера в коллективе. Такое положение вещей может привести к тому, что наиболее одаренные кадры со

временем покинут коллектив.

Инкрементная модель

Инкрементная модель ЖЦ отличается от классической каскадной тем, что в ней существует сразу несколько комплектов требований к системе (спецификаций) с разной степенью полноты. Вся разработка делится на заданное количество шагов (итераций, инкрементов). В процессе разработки под каждый набор требований создаётся своя версия информационной системы. Таким образом, результатом разработки является не одна, а несколько версий ИС, создаваемых последовательно друг за другом.

При использовании инкрементной модели ЖЦ обычно особо выделяют базовый набор требований к ИС, который определяет функциональные возможности первой версии системы – её прототипа.

Прототип – версия ИС, предназначенная для демонстрации заказчику некоторых ключевых свойств будущего продукта. Создание прототипа позволяет вовлечь заказчика в разработку информационной системы в самом начале работы. Результатом выполнения последнего шага является окончательная версия ИС, готовая к вводу в эксплуатацию. Главным достоинством инкрементной модели ЖЦ является то, что такой жизненный цикл позволяет заказчику контролировать процесс разработки системы, начиная с её самой ранней версии – прототипа.

Недостатком инкрементной модели является то, что, как и для классической каскадной модели ЖЦ, перед началом разработки необходимо сформулировать полный набор требований к информационной системе для каждой версии, включая прототип и промежуточные версии.

Спиральная модель жизненного цикла

Спиральная модель, в отличие от каскадной, предполагает итерационный процесс разработки информационной системы. При этом возрастает значение начальных этапов жизненного цикла, таких как анализ и проектирование. На этих этапах проверяется и обосновывается реализуемость технических решений путем создания прототипов.

Итерации

Каждая итерация представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску внутренней или внешней версии изделия (или подмножества конечного продукта), которое совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать законченной системой (рис. 3).

Рис. 3. Спиральная модель жизненного цикла информационной системы.

Таким образом, каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии программного изделия, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, планируются работы на следующем витке спирали. На каждой итерации углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта, в результате чего выбирается обоснованный вариант, который доводится до окончательной реализации.

Использование спиральной модели позволяет осуществлять переход на следующий этап выполнения проекта, не дожидаясь полного завершения текущего – недоделанную работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная задача каждой итерации – как можно быстрее создать работоспособный продукт, который можно показать пользователям системы. Таким образом существенно упрощается процесс внесения уточнений и дополнений в проект.

Преимущества спиральной модели. Спиральный подход к разработке программного обеспечения позволяет преодолеть большинство недостатков каскадной модели и, кроме того, обеспечивает ряд дополнительных возможностей, делая процесс разработки более гибким.

Рассмотрим преимущества итерационного подхода более подробно.

• Итерационная разработка существенно упрощает внесение изменений в проект при изменении требований заказчика.

• При использовании спиральной модели отдельные элементы информационной системы интегрируются в единое целое постепенно. При итерационном подходе интеграция производится фактически непрерывно. Поскольку интеграция начинается с меньшего количества элементов, то возникает гораздо меньше проблем при ее проведении (по некоторым оценкам, при использовании каскадной модели разработки интеграция занимает до 40 % всех затрат в конце проекта).

• Уменьшение уровня рисков. Данное преимущество является следствием предыдущего, так как риски обнаруживаются именно во время интеграции. Поэтому уровень рисков максимален в начале разработки проекта. По мере продвижения разработки ожидаемый уровень рисков снижается. Данное утверждение справедливо при любой модели разработки, однако при использовании спиральной модели снижение уровня рисков происходит с наибольшей скоростью. Это связано с тем, что при итерационном подходе интеграция выполняется уже на первой итерации, и на начальных итерациях выявляются многие аспекты проекта, такие как пригодность используемых инструментальных средств и программного обеспечения, квалификация разработчиков и т. п. На рис. 4 приведены в сравнении графики зависимости уровня рисков от времени разработки для каскадного и итерационного подходов.

Рис. 4. Зависимость рисков от времени разработки.

• Итерационная разработка обеспечивает большую гибкость в управлении проектом, давая возможность внесения тактических изменений в разрабатываемое изделие. Например, можно сократить сроки разработки за счет снижения функциональности системы или использовать в качестве составных частей системы продукцию сторонних фирм вместо собственных разработок. Это может быть актуальным в условиях конкурентной борьбы, когда необходимо противостоять продвижению изделия, предлагаемого конкурентами.

• Итерационный подход упрощает повторное использование компонентов (реализует компонентный подход к программированию – более подробно об этом мы будем говорить в следующей главе). Это обусловлено тем, что гораздо проще выявить (идентифицировать) общие части проекта, когда они уже частично разработаны, чем пытаться выделить их в самом начале проекта. Анализ проекта после проведения нескольких начальных итераций позволяет выявить общие многократно используемые компоненты, которые на последующих итерациях будут совершенствоваться.

• Спиральная модель позволяет получить более надежную и устойчивую систему. Это связано с тем, что по мере развития системы ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации. Одновременно могут корректироваться критические параметры эффективности, что в случае каскадной модели доступно только перед внедрением системы.

• Итерационный подход дает возможность совершенствовать процесс разработки – анализ, проводимый в конце каждой итерации, позволяет проводить оценку того, что должно быть изменено в организации разработки, и улучшить ее на следующей итерации.

Недостатки спиральной модели. Основная проблема спирального цикла – определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Иначе процесс разработки может превратиться в бесконечное совершенствование уже сделанного. При итерационном подходе полезно

следовать принципу «лучшее – враг хорошего». Поэтому завершение итерации должно производиться строго в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. Планирование работ обычно проводится на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

⇐ Предыдущая 12