Характеристики качества программных продуктов.

Стандартизация систем качества.

В начале 70-х годов многие специалисты пришли к выводу о необходимости широкого распространения индустриальных (инженерных) методов в области построения программ (см, § 1.1). Индустриальные методы базируются на строгой регламентации и автоматизации технологических процессов. Таким образом, стандартизация и в области построения программ стала жизненной необходимостью.

В рамках Единой Системы Программной Документации (ЕСПД) разработано и введено в действие около тридцати стандартов, упорядочивающих разработку программной документации. Многие виды стандартов для программной продукции еще не разработаны (общие технические требования, общие технические условия, технические условия на виды ПП, номенклатура показателей качества, методы выполнения отдельных видов работ в технологических процессах, порядок проведения этих работ и др.).

При разработке ПМК системы УК ПП приняты следующие исходные положения:

1) разработка ПП осуществляется в соответствии с действующими стандартами, техническими условиями, ТЗ или иными заменяющими его документами, содержащими требования к качеству ПП, установленные на основании анализа требований конкретного и (или) потенциального пользователя к потребительским свойств данного вида ПП;

2) качество ПП обеспечивается преимущественно в процессе его разработки; по завершению каждого этапа разработки проекта должен проводиться документированный, систематический и критический анализы результатов разработки;

3) за качество разрабатываемой ПП ответственность несет разработчик, поставляемой — поставщик;

4) руководство организации — разработчика несет ответственность за определение политики в области качества и за решения, касающиеся разработки, внедрения и ведения системы качества;

5) управление качеством ПП основывается прежде всего на стимулировании заинтересованности разработчиков и поставщиков в обеспечении высокого качества ПП, повышении профессионализма:

6) для обеспечения требуемого качества ПП управление качеством осуществляется на всех стадиях и этапах жизненного цикла ПП, начиная с самых ранних;

7) в разрабатывающей организации должны быть определены система качества (управляющие органы и лица, несущие ответственность за качество), а также политика в области качества ПП; ответственность и полномочия за каждый вид деятельности, влияющей на качество ПП; определение обязанностей и полномочий должно обеспечивать достижение поставленных целей на заданном уровне эффективности;

8) управление качеством ПП базируется на контроле качества в процессе разработки;

9) все формализуемые функции, процедуры и операции по управлению качеством в конечном счете должны быть переданы ЭВМ и реализованы на ней в виде инструментальных программ;

10) в идейном (концептуальном) плане инструментальные программы и методики, входящие в состав ПМК, должны представлять единое целое, согласующееся с принятой технологией программирования и являющееся составной частью этой технологии;

11) в составе ПМК подсистемы У К ПП можно выделить базовую (условно постоянную) и переменную части. Базовая часть-ПМК разрабатывается как типовое проектное решение с использованием принципов модульной структуры и может быть использована в различных организациях, независимо от ведомственной принадлежности и собственной специфики. Переменная часть-ПМК учитывает специфику разрабатывающей организации, структуры и задач подсистемы УК ПП. Она создается в конкретной организации путем настройки базовой части ПМК и разработки новых, недостающих частей подсистемы УК ПП;

12) все компоненты базовой части ПМК должны обладать свойствами автономности (независимости) разработки, настройки и применения. Однако наибольший эффект должен достигаться от комплексного использования всех компонентов ПМК.

Основными методами стандартизации УК ПП в разрабатывающей организации являются: систематизация и классификация: типизация и унификация; регламентирование.

Систематизация и классификация направлены на упорядочение элементов управления (ГКК, СКК и др.), установление их прав и обязанностей, а также взаимодействия между ними.

Типизация и унификация направлены на выявление и формирование сходных компонентов программ и программных комплексов по профилю организации, па создание библиотек унифицированных компонентов, средств генерации программ из этих компонентов, интерфейсных соглашении.

Регламентирование направлено на упорядочение организационных и технологических процедур по обеспечению требуемого уровня качества на всех стадиях жизненного цикла ПП.

В США, например, в середине 80-х годов введены в действие следующие стандарты: ANSI/IEEE «Спецификация требований к ПО» (Guide to Software Requirements Specifications); «Планирование управления конфигурацией ПО» (Software Configuration Management Plans); «Документирование тестов ПО» (Software Test Documentation); «Планирование уровня качества ПО» (Software Quality Assurance Plan?). В качестве проектов апробируются и другие стандарты, в том числе «Справочник гарантии качества», «Классификация отказов, сбоев и ошибок ПО».

При организации управления качеством ПП многие полезные рекомендации можно заимствовать из соответствующих стандартов по управлению качеством промышленной продукции.

В 1987 г. утверждено пять международных стандартов ISO, устанавливающих требования к системам обеспечения качества продукции на предприятиях: «Стандарты по управлению качеством и обеспечению качества. Руководство для выбора и применения» (ISO 9000); «Система качества. Модели обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании» (ISO 900S); «Система качества. Модели обеспечения качества при производстве и монтаже» (ISO 9002); «Система качества. Модели обеспечения качества в процессе контроля и испытания готовой продукции» (ISO 9003); «Управление качеством и элементы системы качества. Основные направления» (ISO 9004).

Классификация показателей качества.

Под показателем качества программной продукции в соответствии с ГОСТ 15467—79 следует понимать количественную характеристику одного или нескольких свойств продукции, составляющих ее качество, рассматриваемую применительно к определенным условиям ее создания и эксплуатации. Свойство продукции — это объективная особенность, которая может проявиться при создании или эксплуатации продукции. В определении понятия «Показатель качества» слова «Количественная характеристика» не следует понимать в буквальном смысле. При определении значений показателей качества успешно могут применяться и нечисловые характеристики, хотя в общем случае наличие строго количественных, числовых характеристик предпочтительней.

Показатели качества программной продукции в зависимости от характера решаемых задач по оценке качества продукции можно классифицировать по следующим признакам: характеризуемые свойства; способ выражения; количество характеризуемых свойств; место применения в процедуре оценки; стадии определения значений показателей.

По способу выражения различают показатели, выраженные в натуральных единицах, и показатели, выраженные в стоимостных единицах. В качестве натуральных единиц обычно используют единицы физических величин (килограммы, метры, секунды и т. п.), а также баллы и безразмерные единицы. ПС являются информационными объектами. Какими-либо собственными физическими свойствами они не обладают, поэтому единицы физических величин в традиционном виде при определении значений показателей качества ПС почти не применяются, за исключением единиц времени. Но как составной элемент системы обработки данных ПС вносит определенную долю погрешности в точность выходных результатов. Эта погрешность может измеряться в единицах преобразуемых физических величин. Вместе с тем в программировании широко используют такие натуральные единицы, как бит, байт, условная машинная команда, строка текста и т. п. Стоимостные единицы применяют при определении значений экономических показателей качества программной продукции.

По количеству характеризуемых свойств различают единичные и комплексные показатели. Единичные показатели качества характеризуют одно из свойств ПС, комплексный—несколько. Комплексные показатели могут быть групповыми, обобщенными или интегральными.

В зависимости от места применения в процедуре оценки уровня качества ПС различают базовые и относительные показатели. Базовым значением показателя качества продукции называют значение показателя, принятое за основу при сравнительной оценке качества продукции. Относительное значение показателя качества продукции представляет собой отношение фактического значения показателя качества оцениваемой продукции к базовому значению этого показателя.

По стадии определения значений показателей качества различают прогнозируемые, проектные, производственные и эксплуатационные показатели. Прогнозируемыми показателями оперируют на стадиях выполнения научно-исследовательских работ и составления ТЗ на разработку ПС, т. е. на тех стадиях, когда нет еще ни детального проекта ПС, ни, тем более, самого ПС. Значения прогнозируемых показателей в основном определяют на основе интуиции и опыта аналогичных разработок, поэтому эти показатели носят субъективный характер.

Значения проектных показателей определяют на основе анализа проектов ПС (эскизного, технического, рабочего), а также путем испытания опытного образца ПС. Эти показатели носят более объективный характер. Степень их достоверности зависит от эффективности используемых инструментальных средств анализа и испытания.

Производственные показатели мало отличаются от проектных, особенно если изготовление ПС сводится к простому копированию. Если же копированию предшествуют операции сборки или генерации ПС, то производственные показатели качества таких ПС могут существенно отличаться от проектных.

Значения эксплуатационных показателей определяют по результатам промышленной эксплуатации ПС. При соблюдении определенных правил сбора и обработки данных о качестве ПС в процессе эксплуатации эксплуатационные показатели дают наиболее объективную и достоверную оценку. Только по этим показателям можно произвести действительную оценку научно-технического уровня и качества ПС.

Выбор номенклатуры показателей качества.

Выбор номенклатуры показателей качества программной продукции заключается в установлении перечня наименований характеристик свойств продукции, определяющих качество данного вида продукции и обеспечивающих возможность полной и достоверной оценки ее уровня качества. Порядок выбора номенклатуры показателей качества программной продукции должен устанавливаться с учетом специфики этой продукции. Выбор номенклатуры показателей качества конкретного ПС зависит от вида (группы) ПС, цели применения и стадии определения показателей.

Для каждого вида (группы), а иногда и конкретного ПС устанавливают свою номенклатуру показателей качества, учитывающую специфику назначения п условий применения. Номенклатура показателей качества для каждого подкласса, группы и вида ПС оформляется в виде таблиц применяемости показателей качества. Помимо перечня рекомендуемых и обязательных показателей качества для данного подкласса (вида, группы) ПС, в таблицах применяемости следует указывать и коэффициенты (параметры) весомости (значимости) каждого из показателей. Определение коэффициентов весомости показателей качества — наиболее существенная и трудная задача выбора номенклатуры показателей качества. В принципе при решении этой задачи можно использовать либо метод стоимостно-регрессионных зависимостей, либо метод предельных номинальных значений. Но их использование затруднено из-за отсутствия необходимых исходных данных. Поэтому на практике наиболее распространен экспертный метод определения коэффициентов весомости.

Таблицы применяемости являются руководящим или справочным материалом для выбора рабочей номенклатуры показателей качества конкретного ПС. Рабочая номенклатура ПС устанавливается с учетом назначения и условий использования ПС; результатов анализа требований пользователя (заказчика), поставленных задач управления качеством; состава, структуры и специфики характеризуемых свойств.

Цели применения номенклатуры показателен качества устанавливают в соответствии с задачами управления качеством программной продукции. Такими целями, в частности, могут быть следующие: составление технического задания па разработку ПС; составление технических условии на ПС; заполнение карты технического уровня; установление контролируемых показателей при проектировании ПС; установление контролируемых показателей при опытной эксплуатации ПС; аттестация ПС по категориям качества.

Стадии определения значении показателей качества соответствуют стадиям жизненного цикла ПС.

При выделении свойств и соответствующих показателей качества ПС необходимо руководствоваться следующими основными принципами :

выделение групп свойств должно производиться по четко определенным признакам;

свойства, входящие в одну группу, должны, как правило, взаимно исключать друг друга и быть независимыми. Если свойства зависят друг от друга, то в методиках определения значении показателей качества должны быть даны четкие указания по исключению многократного (неоднократного) влияния одного и того же свойства на обобщенную оценку качества ПС;

всякая исходная номенклатура показателей должна быть открытой, т. е. должна допускать возможность внесения мне исключения из нее отдельных элементов. Это требование обусловлено, с одной стороны, недостаточным опытом оценки качества программной продукции, а с другой,—большим разнообразием ПС и условий их применения;

для каждого из выделенных свойств должна существовать возможность выражения их в шкалах «лучше — хуже», «больше — меньше»;

в группу следует включать свойства, необходимые и достаточные для определения соответствующего сложного  свойства;

формулировка свойств должна быть однозначной;

совокупность свойств, характеризующих качество оцениваемого ПС, должна быть упорядочена по определенному правилу в виде многоуровневой иерархической структуры — дерева свойств;

дерево свойств должно отражать все основные особенности использования н функционирования ПС;

выбранные показатели качества должны быть скоррелнрованы с соответствующими свойствами ПС. Это значит, что между каждым из выделенных свойств и характеризующими его показателями должно быть установлено однозначное соответствие. Установление такого соответствия позволяет вместо дерева свойств использовать дерево показателей качества программной продукции;

показатели качества, характеризующие свойства ПС, должны способствовать обеспечению соответствия качества ПС требованиям со стороны их пользователей и учитывать современные достижения науки и техники. Для выполнения этого принципа часто необходимо проводить специальные исследования, так как в общем случае между показателями качества могут возникать серьезные противоречия, а улучшение одного показателя может привести к ухудшению другого.

Для проверки работоспособности выбранной системы показателей качества необходимо устанавливать степень корреляции каждого рассматриваемого показателя с качеством ПС, полезность показателя, возможность количественного представление и автоматической оценки показателя. В частности, оценку полезности каждого из выбранных показателей для конкретных ПС рекомендуется производить по следующей шкале:

5—крайне важно, чтобы данный показатель имел высокое значение;

4—важно, чтобы данный показатель имел высокое значение;

3—хорошо бы иметь высокое значение данного показателя;

2— в некоторой степени полезно иметь высокое значение данного показателя;

1—при низких значениях данного показателя ощутимых потерь нет,

Около 50 % частных показателей можно определить автоматически с помощью ЭВМ, 25 % —с помощью компаратора. Таким образом, оценка около 75 % показателей может быть формализована. Оценка 20 % показателей может быть произведена только квалифицированным специалистом. Большинство показателей устанавливают путем статического анализа программ и лишь около 5 % — в процессе динамических испытаний (Данные соответствуют положению в этой области в 80-е годы).

Следует иметь в виду, что оценка качества, а следовательно, к выбор показателей качества сложных многофункциональных программных комплексов типа операционных систем, систем управления базами данных, пакетов прикладных программ и так далее имеет свои особенности. Каждая функция таких ПС реализуется программным путем, задающим определенный технологический процесс преобразования входных данных в выходные. Известны цель этого процесса и потребность в нем, Для того чтобы удовлетворить эту потребность, ПС должна обладать определенными свойствами. Причем свойства ПС, удовлетворяющие потребности в одной функции, могут существенно отличаться от свойств ПС, необходимых для реализации другой функции. Поэтому степень удовлетворения потребности в выполнении каждой из функций ПС в общем случае характеризуется своими показателями или, по крайней мере, параметрами весомости показателей. Возникает необходимость выбора показателей и определения их весомости для оценки качества (эффективности) реализации каждой из основных функций ПС. Попытка выбора единой номенклатуры показателей качества оказывается, как правило, безрезультатной. В этом можно легко убедиться на примере оценки качества операционных систем (ОС) ЭВМ. На ОС ЭВМ возлагаются следующие функции: управление данными, заданиями, вводом-выводом; обслуживание библиотек пользователей;

трансляция и редактирование программ; протоколирование состояний и событий; перезапись и сортировка информации и др. Очевидно, что требования, например, к трансляторам существенно отличаются от требований к ПС протоколирования событий как по своему перечню, так и по весомости каждого из показателей. В свою очередь различие требований обусловливает необходимость использования различных показателей качества, характеризующих потребительские свойства программ, реализующих эти функции.

Группы показателей качества

Любому классу продукции присущи определенные свойства, характерные для данного класса. В свою очередь каждый подкласс, группа, вид этой продукции  имеет частные свойства, отличающие изделия одной классификационной группировки от другой. Рассмотрим формирование номенклатуры показателей качества, характеризующей общие свойства класса программной продукции. Эта номенклатура может быть использована в качестве исходной при выборе рабочей номенклатуры показателей качества любого конкретного ПС.

Номенклатуры показателей качества всегда имеют иерархическую структуру. Их формирование начинается с выделения групп верхнего уровня иерархии, а затем номенклатуры детализируются вплоть до получения единичных показателей.

Выделение групп показателей качества является важной и сложной задачей формирования номенклатуры показателей качества. Неудачное комплектование групп может привести к усложнению взаимосвязей между группами и отдельными показателями, а также сделать номенклатуру показателей качества малоконструктивной.

Известно, что для оценки качества промышленной продукции используют следующие группы показателей: назначения; экономичного использования сырья, материалов, топлива, энергии; надежности; эргономичности; эстетичности; технологичности; патентно-правовые; унификации и стандартизации; экологичности; безопасности.

Все эти показатели можно использовать и при оценке качества ПП. По в силу особенностей ПП некоторые группы показателей при оценке ее качества применять нецелесообразно (неконструктивно). К таким показателям относят показатели экологичности, безопасности.

Экологические показатели и показатели безопасности  нехарактерны для ПП, так как программные изделия непосредственно не могут оказывать вредных воздействий ни на окружающую среду, ни на здоровье человека. В принципе, такие воздействия возможны в тех случаях, когда ПИ используют в качестве элементов управляющих объектов, например в АСУ. В этом случае вырабатываемые ЭВМ по определенному алгоритму управляющие воздействия могут вызвать и неблагоприятные экологические последствия, и быть опасными для человека. Но это уже косвенное воздействие через управляющие органы и исполнительные механизмы автоматизированных технологических комплексов (АТК). Они учитываются как соответствующие показатели AT К.

Патентно-правовые показатели программной продукции не могут быть использованы до тех пор, пока вопросы патентно-правовой защиты этой продукции не будут решены в законодательном (юридическом) плане.

Относительно надежности программной продукции существует много противоречивых мнений. Вместе с тем большинство специалистов единодушны в мнении о том, что природа надежности программных и технических средств различна. Для программной продукции малопродуктивными являются такие показатели надежности, как долговечность, сохраняемость, ремонтопригодность. Источниками низкой надежности ПС в основном являются ошибки в программах, внесенные на стадии проектирования и невыявленные при отладке и испытаниях. Заслуживает внимания мнение американского специалиста Фокса Д., который считает, что использование термина «надежность программного обеспечения» наносит вред, так как способствует неправильному пониманию природы программного обеспечения . Вместе с тем следует учитывать тот факт, что при анализе некоторых свойств ПП, проявляющихся при ее функционировании, приходится пользоваться категориями надежности (работоспособность, отказ, сбой, восстановление и др.). Поэтому в номенклатуре показателей качества ПП признано целесообразным выделять в отдельную группу показатели, характеризующие свойства ПП, близкие по своим внешним проявлениям показателям надежности аппаратуры. Эта группа названа показателями надежности функционирования.

Таким образом, в базовой номенклатуре показателей качества ПП на верхнем уровне выделяем следующие показатели: назначения, надежности функционирования, эргономичности, технологичности, унификации и стандартизации. Качество ПП в основном формируется в процессе создания продукции и в значительной мере зависит от эффективности структурных (конструктивных) решений. Поэтому на этом же уровне в отдельную группу выделим структурные показатели.

Показатели назначения, надежности функционирования, эргономичности и технологичности характеризуют свойства ПП, проявляющиеся в процессе ее использования (эксплуатации). По этому признаку их можно считать эксплуатационными. Структурные показатели и показатели унификации и стандартизации характеризуют свойства структуры (конструкции) ПС, их можно объединить в одну группу конструктивных показателей. По отношению к группе эксплуатационных показателей эта группа носит вспомогательный характер. Достижение определенного уровня значений этих показателей не может служить самоцелью, это лишь средство (путь) обеспечения требуемых значений одного или нескольких показателей, относящихся к основной группе — группе эксплуатационных показателей.

Список литературы

Майерс. Искусство тестирования программного обеспечения.

Майерс. Надежность программного обеспечения.

Кулаков. Управление качеством программного обеспечения.