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關(guān)于軟件質(zhì)量最優(yōu)的項(xiàng)目實(shí)施模型解析
論文摘要：在分析現(xiàn)有軟件質(zhì)量模型的基礎(chǔ)上，提出了軟件項(xiàng)目開發(fā)三維模型框架，建立了軟件質(zhì)量最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。模型將有限的和時(shí)間資源合理地分配到軟件開發(fā)過程的各階段，并使軟件質(zhì)量達(dá)到最優(yōu)化，為項(xiàng)目者建立計(jì)劃和分配資源提供量化依據(jù)，通過實(shí)例數(shù)據(jù)驗(yàn)證了建立的數(shù)學(xué)模型的正確性和有效性。
論文關(guān)鍵詞：軟件質(zhì)量數(shù)學(xué)模型；軟件項(xiàng)目管理；軟件項(xiàng)目開發(fā)方法模型
軟件項(xiàng)目與其他項(xiàng)目一樣，成功的3要素是范圍(質(zhì)量)、時(shí)間和成本，只有在三者同時(shí)達(dá)到要求后，軟件項(xiàng)目才算成功。
在日常軟件項(xiàng)目中，通常時(shí)間和成本是固定的且有界定的，即在確定的時(shí)間內(nèi)，投人一定資金前提下完成某一軟件項(xiàng)目。項(xiàng)目干系人期望在既定的成本和時(shí)間下，實(shí)現(xiàn)軟件質(zhì)量的最優(yōu)化，將有限的時(shí)間和成本資源在軟件項(xiàng)目各階段進(jìn)行合理分配，是進(jìn)行項(xiàng)目計(jì)劃和開發(fā)的基礎(chǔ)。通過軟件質(zhì)量指標(biāo)的分解，建立最大化軟件質(zhì)量的函數(shù)和條件，求解軟件質(zhì)量最優(yōu)化的模型，即可得出各種資源(通常是時(shí)間和成本)在各階段的最佳分配值，為科學(xué)管理軟件項(xiàng)目，特別是進(jìn)行計(jì)劃和成本管理提供重要的依據(jù)。
1軟件項(xiàng)目實(shí)施方法模型框架
基于以上背景，將軟件項(xiàng)目的開發(fā)方法作為研究對象，著眼于軟件開發(fā)過程與軟件項(xiàng)目管理結(jié)合而形成開發(fā)方法體系。①提出軟件開發(fā)方法的三維模型，這三維分別為過程維、管理維和技術(shù)實(shí)現(xiàn)維。②從過程維度對軟件開發(fā)過程進(jìn)行抽象�；谲浖こ痰能浖芷诶碚�，項(xiàng)目的過程可分成需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、程序編碼、單元／集成測試、系統(tǒng)和驗(yàn)收測試、運(yùn)行和維護(hù)(含培訓(xùn)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和初始化等上線準(zhǔn)備工作)等階段，它們組成項(xiàng)目連續(xù)且相對獨(dú)立的過程。③從管理維度分析軟件項(xiàng)目管理的各層面管理(范圍管理、時(shí)間管理、費(fèi)用(成本)管理、質(zhì)量管理、資源管理、溝通(交流)管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、采購管理和綜合管理)J。④技術(shù)實(shí)現(xiàn)維度包括平臺(通常包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、服務(wù)器和PC等物理層面的條件)、軟件技術(shù)平臺(通常包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和開發(fā)工具等)和項(xiàng)目管理輔助工具。軟件項(xiàng)目開發(fā)方法模型如圖1所示。
2軟件質(zhì)量最優(yōu)模型
2．1軟件質(zhì)量指標(biāo)模型
20世紀(jì)90年代早期，軟件工程組織試圖將質(zhì)量的諸多方面統(tǒng)一到一個(gè)模型中，把這個(gè)模型作為度量軟件質(zhì)量的一個(gè)世界范圍的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)結(jié)果就是ISO9126。它是一個(gè)分層模型，有6個(gè)影響質(zhì)量的主要因素，圖2說明了其層次結(jié)構(gòu)。
2．2模型建立的基本假設(shè)
在整個(gè)軟件項(xiàng)目的開發(fā)過程中，始終有兩種投入：一種是投入，含技術(shù)實(shí)現(xiàn)維的平臺建設(shè)和項(xiàng)目工具投人，還包括推銷的固定成本、項(xiàng)目管理的各類變動成本，如項(xiàng)目獎金、辦公費(fèi)用、人員培訓(xùn)費(fèi)用和外聘顧問咨詢費(fèi)用等；另一種是時(shí)間投入，即項(xiàng)目開發(fā)的周期。項(xiàng)目管理目標(biāo)，要求在一定的情況下，收益最大化，或在收益一定的情況下，投資最小。在軟件項(xiàng)目中，目標(biāo)分兩種情形：①在既定的時(shí)間和成本等資源投入下，達(dá)到最優(yōu)的項(xiàng)目效果，即軟件質(zhì)量最優(yōu)；②在確定軟件項(xiàng)目最終質(zhì)量目標(biāo)的情況下，時(shí)間及成本的投入達(dá)到最小值，從而節(jié)約成本，縮短項(xiàng)目周期。
在現(xiàn)實(shí)軟件項(xiàng)目中，第一種情況占絕大多數(shù)，也是筆者討論的模型目標(biāo)。在構(gòu)建軟件質(zhì)量最優(yōu)化的模型時(shí)，要建立模型的假設(shè)(條件)，忽略次要的影響因素，包括：①軟件項(xiàng)目的開發(fā)過程是個(gè)連續(xù)的過程，不考慮各種外界因素導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目的暫停、取消或延遲情況，在整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)的過程中，各階段的技術(shù)工作都是可以實(shí)現(xiàn)的。②項(xiàng)目者能理性且客觀選擇平臺、軟件技術(shù)平臺和項(xiàng)目輔助管理工具，被授權(quán)分配和調(diào)動項(xiàng)目資源，且在合理的時(shí)間投人下進(jìn)行平臺的搭建和工具的選用。③項(xiàng)目的成功是以時(shí)間、質(zhì)量和成本3要素同時(shí)滿足為基礎(chǔ)的，投入的總成本不能超過C，項(xiàng)目開發(fā)時(shí)間總共不能超過，同時(shí)以軟件質(zhì)量最優(yōu)為目標(biāo)。④外界客觀的，如相應(yīng)的、制度和等穩(wěn)定，在項(xiàng)目開發(fā)過程中，不考慮產(chǎn)生意外的成本和時(shí)間投入。⑤按軟件工程原則，各階段的任務(wù)相對獨(dú)立，它們都采用好的技術(shù)方法，而且在每個(gè)階段結(jié)束之前都進(jìn)行嚴(yán)格的審查，合格之后才開始下一階段的工作。項(xiàng)目每一階段都達(dá)到基本的質(zhì)量指標(biāo)，使該階段總體結(jié)果對下一階段產(chǎn)生好的影響，即對軟件質(zhì)量產(chǎn)生正面的作用。⑥假設(shè)時(shí)間是與成本相互獨(dú)立的投入要素，即不考慮因時(shí)間變動帶來的成本變動。
2．3通用最優(yōu)模型及算法
從軟件項(xiàng)目開發(fā)方法模型的過程維角度，整個(gè)軟件項(xiàng)目過程分為多個(gè)階段(假設(shè)分n個(gè)階段)，各個(gè)階段中分配不同的成本和時(shí)間資源，假定個(gè)階段分配的時(shí)間和成本資源為t和c(i=1，2，…，n)。項(xiàng)目開發(fā)最長時(shí)間為；項(xiàng)目各階段
從軟件項(xiàng)目開發(fā)方法模型的管理維角度，各管理維的各元素，如風(fēng)險(xiǎn)管理、溝通管理和成本管理等，其投入資源也是時(shí)間和成本，且各項(xiàng)目管理元素融人并貫穿到過程維的各階段中去。項(xiàng)目管理投入的所有成本和時(shí)間總和等于各階段分配的成本和時(shí)間資源的總和，項(xiàng)目的各項(xiàng)管理越到位，管理越細(xì)化，須投入的管理成本也越大。
從軟件項(xiàng)目開發(fā)方法模型的技術(shù)實(shí)現(xiàn)維角度，技術(shù)實(shí)現(xiàn)維僅發(fā)生成本的投入，以實(shí)現(xiàn)平臺的構(gòu)建和工具的選用。因此，可設(shè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)維的投入為一確定數(shù)Ct，Ct與n個(gè)階段發(fā)生的成本是相對獨(dú)立的。項(xiàng)目投入的總成本C=Cn+Ct。模型和符號說明如下：
(1)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)軟件質(zhì)量的量化值F。在第階段投入ti和ci的資源后，該階段對第j個(gè)質(zhì)量因素(或者指標(biāo)，比如功能性或可靠性，按軟件質(zhì)量模型的第一層分成m個(gè)因素)產(chǎn)生的量化貢獻(xiàn)數(shù)值為通常情況下，與時(shí)間和成本的投入有直接關(guān)系，投入的ti和ci越大，也越大，在一定的范圍內(nèi)可把它們看成是線性關(guān)系。因此，可將表示為=H(ti，ci)= 其中，和分別為成本和時(shí)間對的影響權(quán)重系數(shù)，為修正數(shù)。此外，1，2，…，m)，其中，為該因素必須達(dá)到的基本值或最小值；為須投人的最大值，即再投入時(shí)間和成本，增加值不會再增加。
(2)同一階段的不同質(zhì)量因素 (i=1，2，…，n；=1，2，…，m)對F的影響權(quán)重是不一樣的，且各階段對應(yīng)的質(zhì)量因素權(quán)重標(biāo)準(zhǔn)都相同。因此，可設(shè)第i階段的第j個(gè)質(zhì)量因素對F所占的權(quán)重比例為
(3)按軟件工程理論和上述假設(shè)，軟件生命周期第i階段質(zhì)量因素將對i+1，i+2，…，n各階段產(chǎn)生一定影響，且第i階段產(chǎn)生的質(zhì)量影響將被i+1之后的各階段繼承，直至最終完成的項(xiàng)目質(zhì)量F。因此，設(shè)項(xiàng)目第i階段的完成質(zhì)量值(i=1，2，…，n)對后續(xù)階段的影響度系數(shù)為(i=1，2，…，n-1)。
綜合以上分析，建模目標(biāo)就是：在不超過既定的預(yù)算C和在規(guī)定的時(shí)間T內(nèi)，達(dá)到預(yù)期最好的軟件質(zhì)量，可得最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)模型為：
3實(shí)證研究
以某一集團(tuán)企業(yè)自行開發(fā)的“客戶關(guān)系”軟件為例，該軟件項(xiàng)目預(yù)算總為170萬元(其中構(gòu)建軟件技術(shù)平臺和網(wǎng)絡(luò)平臺等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的成本為30萬元)，項(xiàng)目要求半年內(nèi)完成(以180天計(jì))。
ISO9126有6個(gè)軟件質(zhì)量影響因素，即m=6。按軟件工程的軟件生命周期理論，項(xiàng)目劃分為7個(gè)階段，即n=7，各質(zhì)量因素權(quán)重系數(shù)為：b1=0．3，b2=0．1，b3=0．25，b4=0．15，b5=0．12，b6=0．08，
按數(shù)據(jù)分析和筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，各階段成本投人和時(shí)間投入對軟件質(zhì)量影響評估值如表1所示。
通過對各階段影響工作的關(guān)聯(lián)性分析，估算出各階段對下階段的影響度系數(shù)如下：
使用LindoSystemsInc．發(fā)布和研制的Lindo高級版軟件系統(tǒng)，編制程序求解該模型，并做模型結(jié)論的靈敏性分析，可得出以下結(jié)果：從結(jié)果報(bào)告可得：
t1=12，t2=12，t3=6，t4=12，t5=25，t6=73，t7=40；總時(shí)間為180天。
C1=10，C2=10，C3=5，C4=10，C5=20，C6=60，C7，=25；總成本為140萬元。
時(shí)間和成本結(jié)果接近實(shí)際發(fā)生值，，的最優(yōu)值為1381．255。
從靈敏性分析報(bào)告可以得出如下兩點(diǎn)：
(1)保持不變的系數(shù)范圍。在最優(yōu)解不變的條件下，目標(biāo)函數(shù)系統(tǒng)的允許變化范圍：的系數(shù)為(1，1+1．622234)；F2的系數(shù)為(1，1+0．117702)；其余變量、約束條件的系數(shù)類似。
(2)從對偶價(jià)格分析得出，時(shí)間和成本都是緊約束資源，每增加1個(gè)時(shí)間單位，即增加1d，則F的值提高4．195575，其限制值為178．2，即再增加成本不會帶來F值的增加。同理，每增加1個(gè)成本單位，則F的值提高5．423400，其限制范圍為185．5。這可為資源控制和調(diào)整提供量化參考。
4結(jié)論
筆者研究如何建立模型，分配有限的軟件項(xiàng)目成本和時(shí)間資源，使項(xiàng)目開發(fā)的軟件質(zhì)量最優(yōu)化，可以幫助軟件項(xiàng)目管理者更合理地制定項(xiàng)目計(jì)劃和評估各階段成本使用和控制情況。同時(shí)，模型的運(yùn)行結(jié)果，也能幫助項(xiàng)目管理者量化分析出項(xiàng)目各階段與質(zhì)量因素間的關(guān)系。文中實(shí)際的時(shí)間投入、成本和各階段的花費(fèi)時(shí)間，與模型中計(jì)算出的值基本吻合，特別是測試工作投入比重大，約占整個(gè)工作量的50％。
成本投入和時(shí)間投入對軟件質(zhì)量影響的評估值是模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其與軟件本身的大小、開發(fā)(平臺和開發(fā)工具等)和項(xiàng)目管理方法等相關(guān)，是歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)值相結(jié)合的結(jié)果。如何更科學(xué)和更準(zhǔn)確地得出影響評估值和它們之間的關(guān)系是更好地使用該模型尚需深入研究的課題。
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