Каскадная модель (водопад - waterfall) включает выполнение следующих фаз:
•исследование концепции — происходит исследование требований, разрабатывается видение продукта и оценивается возможность его реализации.
•определение требований — определяются программные требования для информационной предметной области системы, предназначение, линии поведения, производительность и интерфейсы.
•разработка проекта— разрабатывается и формулируется логически последовательная техническая характеристика программной системы, включая структуры данных, архитектуру ПО, интерфейсные представления и процессуальную (алгоритмическую) детализацию;
•реализация — эскизное описание ПО превращается в полноценный программный продукт. Результат: исходный код, база данных и документация. В реализации обычно выделяют два этапа: реализацию компонент ПО и интеграцию компонент в готовый продукт. На обоих этапах выполняется кодирование и тестирование, которые тоже иногда рассматривают как два подэтапа.
•эксплуатация и поддержка - подразумевает запуск и текущее обеспечение, включая предоставление технической помощи, обсуждение возникших вопросов с пользователем, регистрацию запросов пользователя на модернизацию и внесение изменений, а также корректирование или устранение ошибок;
•сопровождение —устранение программных ошибок, неисправностей, сбоев, модернизация и внесение изменений. Состоит из итераций разработки.
Основными принципами каскадной модели являются:
•Строго последовательное выполнение фаз:
•Каждая последующая фаза начинается лишь тогда, когда полностью завершено выполнение предыдущей фазы
•Каждая фаза имеет определенные критерии входа и выхода: входные и выходные данные.
•Каждая фаза полностью документируется
•Переход от одной фазы к другой осуществляется посредством формального обзора с участием заказчика
•Основа модели – сформулированные требования (ТЗ), которые меняться не должны
•Критерий качества результата – соответствие продукта установленным требованиям.
Каскадная модель имеет следующие преимущества:
•Проста и понятна заказчикам, т.к часто используется другими организациями для отслеживания проектов, не связанных с разработкой ПО
•Проста и удобна в применении:
- процесс разработки выполняется поэтапно.
- ее структурой может руководствоваться даже слабо подготовленный в техническом плане или - неопытный персонал;
- она способствует осуществлению строгого контроля менеджмента проекта;
•Каждую стадию могут выполнять независимые команды (все документировано)
•Позволяет достаточно точно планировать сроки и затраты
При использовании каскадной модели для «неподходящего» проекта могут проявляться следующие ее основные недостатки:
•Попытка вернуться на одну или две фазы назад, чтобы исправить какую-либо проблему или недостаток, приведет к значительному увеличению затрат и сбою в графике;
•Интеграция компонент, на которой обычно выявляется большая часть ошибок, выполняется в конце разработки, что сильно увеличивает стоимость устранения ошибок;
•Запаздывание с получением результатов – если в процессе выполнения проекта требования изменились, то получится устаревший результат
Недостатки каскадной модели особо остро проявляются в случае, когда трудно (или невозможно) сформулировать требования или требования могут меняться в процессе выполнения проекта. В этом случае разработка ПО имеет принципиально циклический характер.
•Требования и их реализация максимально четко определены и понятны; используется неизменяемое определение продукта и вполне понятные технические методики. Это задачи типа:
- научно-вычислительного характера (пакеты и библиотеки научных программ типа расчета несущих конструкций зданий, мостов, …)
- операционные системы и компиляторы
- системы реального времени управления конкретными объектами
Кроме того, каскадная модель применима в условиях:
•Повторная разработка типового продукта (автоматизированного бухгалтерского учета, начисления зарплаты, …)
•Выпуск новой версии уже существующего продукта, если вносимые изменения вполне определены и управляемы (перенос уже существующего продукта на новую платформу)
И наконец, принципы каскадной модели находят применение как элементы моделей других типов, о чем речь пойдет ниже.
Спиральная модель. Принципы
На практике, при решении достаточно большого количества задач, разработка ПО имеет циклический характер, когда после выполнения некоторых стадий приходится возвращаться на предыдущие. Можно указать две основные причины таких возвратов:
1.Ошибки разработчиков, допущенные на ранних стадиях и выявленные на поздних стадиях – ошибки анализа, проектирования, кодирования, выявляемые, как правило, на стадии тестирования.
2.Изменение требований в процессе разработки («ошибки» заказчиков). Это или неготовность заказчиков сформулировать требования («Сказать, что должна делать программа я смогу только после того, как увижу как она работает»), или изменения требований, вызванные изменениями ситуации в процессе разработки (изменения рынка, новые технологии, …).
Циклический характер разработки ПО отражен в спиральной модели ЖЦ, описанной Б. Боэмом в 1988 году (Barry Boehm, "A Spiral Model of Software Development and Enhancement", IEEE Computer, Vol.21, No.5, pp. 61-72, 1988. www.computer.org/computer/homepage/misc/Boehm/r5061.pdf). Спиральная модель была предложена как альтернатива каскадной модели, учитывающая повторяющийся характер разработки ПО. Основные принципы спиральной модели можно сформулировать следующим образом:
○ Разработка вариантов продукта, соответствующих различным вариантам требований с возможностью вернуться к более ранним вариантам
○ Создание прототипов ПО как средства общения с заказчиком для уточнения и выявления требований
○ Планирование следующих вариантов с оценкой альтернатив и анализом рисков, связанных с переходом к следующему варианту
○ Переход к разработке следующего варианта до завершения предыдущего в случае, когда риск завершения очередного варианта (прототипа) становится неоправданно высок.
○ Использование каскадной модели как схемы разработки очередного варианта
○ Активное привлечение заказчика к работе над проектом. Заказчик участвует в оценке очередного прототипа ПО, уточнении требований при переходе к следующему, оценке предложенных альтернатив очередного варианта и оценке рисков.
Схема работы спиральной модели выглядит следующим образом. Разработка вариантов продукта представляется как набор циклов раскручивающейся спирали. Каждому циклу спирали соответствует такое же количество стадий, как и в модели каскадного процесса. При этом, начальные стадии, связанные с анализом и планированием представлены более подробно с добавлением новых элементов. В каждом цикле выделяются четыре базовые фазы:
○ определение целей, альтернативных вариантов и ограничений.
○ оценка альтернативных вариантов, идентификация и разрешение рисков.
○ разработка продукта следующего уровня.
○ планирование следующей фазы.
«Раскручивание» проекта начинается с анализа общей постановки задачи на разработку ПО. Здесь на первой фазе определяются общие цели, устанавливаются предварительные ограничения, определяются возможные альтернативы подходов к решению задачи. Далее проводится оценка подходов, устанавливаются их риски. На шаге разработки создается концепция (видение) продукта и путей его создания.
Следующий цикл начинается с планирования требований и деталей ЖЦ продукта для оценки затрат. На фазе определения целей устанавливаются альтернативные варианты требований, связанные с аранжировкой требований по важности и стоимости их выполнения. На фазе оценки устанавливаются риски вариантов требований. На фазе разработки – спецификация требований (с указанием рисков и стоимости), готовится демо-версия ПО для анализа требований заказчиком.
Следующий цикл – разработка проекта – начинается с планирования разработки. На фазе определения целей устанавливаются ограничения проекта (по срокам, объему финансирования, ресурсам, …), определяются альтернативы проектирования, связанные с альтернативами требований, применяемыми технологиями проектирования, привлечением субподрядчиков, … На фазе оценки альтернатив устанавливаются риски вариантов и делается выбор варианта для дальнейшей реализации. На фазе разработки выполняется проектирование и создается демо-версия, отражающая основные проектные решения.
Следующий цикл –реализация ПО – также начинается с планирования. Альтернативными вариантами реализации могут быть применяемые технологии реализации, привлекаемые ресурсы. Оценка альтернатив и связанных с ними рисков на этом цикле определяется степенью «отработанности» технологий и «качеством» имеющихся ресурсов. Фаза разработки выполняется по каскадной модели с выходом – действующим вариантном (прототипом) продукта.
Отметим некоторые особенности спиральной модели:
a До начала разработки ПО есть несколько полных циклов анализа требований и проектирования.
b Количество циклов модели (как в части анализа и проектирования, так и в части реализации) не ограничено и определяется сложностью и объемом задачи
c В модели предполагаются возвраты на оставленные варианты при изменении стоимости рисков.
Преимущества:
-Более тщательное проектирование
-Поэтапное уточнение требований
-Участие заказчика в выполнении проекта с использованием прототипов программы.
-Планирование и управление рисками
-Возможность разработки ПО «по частям»
Недостатки – сложность:
-Анализа и оценки рисков при выборе вариантов.
-Поддержания версий продукта
-Оценки точки перехода на следующий цикл
-Бесконечность модели
Применимость:
-Пользователи не уверены в своих потребностях, требования слишком сложны, необходимо прототипирование для анализа и оценки требований
-Достижение успеха не гарантировано и необходима оценка рисков продолжения проекта
-Проект сложный, дорогостоящий и обоснование его финансирования возможно только в процессе его выполнения
-Применение новы х технологий
-Выполнение очень больших проектов по частям