Математическое и алгоритмическое обеспечение сервисно-ориентированной среды поддержки управления качеством программных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Протас, Дмитрий Владимирович

• Протас, Дмитрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Протас, Дмитрий Владимирович

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ МЕТОДОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ.

1.1 Анализ основных подходов управления качеством.

1.2 Анализ современных технологий разработки программных систем.

1.3 Технология оценки качества программных систем на основе математических моделей.

1.4 Математическая модель обеспечения и оценки качества программных систем.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое и алгоритмическое обеспечение сервисно-ориентированной среды поддержки управления качеством программных систем»

Актуальность проблемы исследования. В настоящее время компьютерные технологии используются практически во всех областях человеческой деятельности. Сфера применения специализированных программных систем (ПС) постоянно расширяется, проникая в области с низкой формализацией требований. В связи с этим необходимо привлечение новых методов разработки и оценки качества ПС, ориентированных на анализ неформальных требований пользователей. В условиях постоянно растущей конкуренции между разработчиками ПС необходимо не просто предоставить заказчику программный продукт, корректно отрабатывающий заложенный в техническом задании алгоритм, а систему, полностью удовлетворяющую разумным требованиям с меньшими, по сравнению с конкурентами, затратами, или систему, обеспечивающую максимальный уровень качества в рамках фиксированного бюджета. Для этого необходима разработка комплексной процедуры менеджмента качества, основанной на использовании современных информационных технологий.

Стандарт ISO 9001:2000 содержит основные требования к системам менеджмента качества, в основе которых лежит ориентация на пользователя. Дополнительно требуется не только следить за текущим уровнем качества, но и использовать количественные методы с целью прогнозирования его изменения. Требуется собирать отзывы потребителей, хранить их, анализировать и, по возможности, прогнозировать.

Поскольку в настоящее время комплексные программные решения поддержки управления качеством ПС, основанные на сборе и анализе количественных данных, не достаточно развиты, то их создание представляется актуальной задачей в области разработки ПС.

Степень научной разработанности проблемы исследования. Существенный вклад в создание современной методологии разработки ПС внесли Г. Буч, А. Якобсон, Д. Рамбо, К. Бек, М. Полк и др. Ведущими российскими специалистами в области обеспечения, контроля и оценки качества ПС являются В.В. Липаев, А.И. Костогрызов, М.Г Круглов, О.П. Глудкин, Г.Н. Калянов и другие.

Современные формальные методы оценки качества ПС основаны на автоматизированном тестировании и анализе формальной спецификации. Неформальные методы предполагают автоматизированный сбор отзывов пользователей с целью их дальнейшего структурирования и анализа с применением Case-средств.

Формальные методы поддержки обеспечения качества ПС на основе математических моделей ориентированы на анализ некоторой сбалансированной системы показателей качества, значения которых формируются на основании точных измерений или экспертной оценки. В частности, П.А. Ивойлов предложил общую математическую модель комплексной оценки качества продукции, показатели которой поддаются точному измерению. В.Н. Бабешко и И.В. Королев в своих работах предложили технологии создания автоматизированных средств оценки качества ПС учебного назначения, ориентированные на сбор некоторой статистики, на основании которой пользователю предлагалось самостоятельно принять решения о возможных улучшениях. А.И. Гусевой была предложена иерархическая взвешенная модель оценки качества программного обеспечения обучающих систем. Однако не предложены математические модели и программные решения, ориентированные не только на оценку текущего уровня качества ПС, но и на управление качеством на основе отзывов потребителей (пользователей), в соответствии с требованиями стандарта ISO 9001:2000.

Цель исследования. Целью диссертационной работы являются разработка технологии оценки качества ПС, ориентированной на формальный анализ отзывов пользователей, и создание сервисно-ориентированной среды поддержки управления качеством ПС на основе математических оценочных моделей.

Достижение поставленных целей осуществлялось путем решения следующих задач:

• создание технологии оценки качества ПС, основанной на анализе и прогнозировании отзывов пользователей;

• создание математической модели обеспечения качества ПС, ориентированной на использование математических методов оценки качества;

• разработка вычислительных процедур оценки качества ПС;

• разработка сервисно-ориентированной среды поддержки управления качеством ПС, частично автоматизирующей построение математических моделей обеспечения и оценки качества;

• внедрение и апробация созданной сервисно-ориентированной среды.

Объект исследования — программная система и математические модели обеспечения и оценки качества программных систем на основе отзывов пользователей.

Предмет исследования — методы построения математических моделей программных решений поддержки обеспечения и оценки качества программных систем на основе отзывов пользователей.

Теоретическая и методологическая основа исследования. В основе комплексной процедуры управления качеством ПС, предложенной в диссертационной работе, лежат рекомендации методологии MSF и требования стандарта ISO 9001:2000, регламентирующие итерационный процесс разработки ПС, ориентированный на анализ требований потребителей.

Диссертационное исследование базируется на применении методики объектно-ориентированного анализа для построения иерархических моделей показателей качества ПС. На построенную иерархическую модель накладывается авторская математическая модель обеспечения и оценки качества ПС.

При решении поставленных задач использовались специальные методы прикладного социологического исследования: экспертные оценки и анкетирование.

В работе использована методология структурного анализа и проектирования, методы решения задач математического программирования, методы многокритериальной оптимизации и теории принятия решений, методы математической статистики, метод анализа иерархий, общенаучные методы сравнительного анализа и аналогий.

Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Создана технология оценки и управления качеством программных систем на основе формального анализа отзывов пользователей.

2. Разработаны методика и алгоритм прогнозирования значений показателей качества программных систем.

3. Разработана методика оптимизации вычислительной стратегии оценки качества программных систем на временном интервале.

4. Разработана методика построения сервисно-ориентированной среды поддержки управления качеством программных систем.

Практическая значимость исследования. Результаты могут быть использованы для построения автоматизированных систем поддержки управления качеством ПС.

На базе созданной технологии, методик и алгоритмов разработана сервисно-ориентированная среда поддержки построения, оптимизации и численного решения математических оптимизационных моделей управления качеством ПС, позволяющая не только оценивать текущий уровень качества, но и управлять качеством создаваемых ПС на основе математических моделей.

Апробация работы. Теоретические положения, методологические подходы и практические результаты, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на 1-ой международной научно-практической конференции "Современные информационные технологии в ИТ-образовании" (МГУ), Международном научном симпозиуме, посвященном 140-летию МГТУ "МАМИ" (МАМИ), Международной научно-практической конференции "Качество дистанционного образования" (МГИУ, ЛИНК), Международной научно-практической конференции "Проблемы и перспективы сотрудничества государств-участников СНГ в формировании единого (общего) образовательного пространства" (РУДН).

Публикации. Основные результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, опубликованы в 10 печатных работах.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Диссертационная работа содержит: 125 страниц, 36 рисунков, 18 таблиц. Библиографический список — 83 наименования.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Протас, Дмитрий Владимирович

4.5 Основные выводы по главе

1. На основании существующей методики оценки качества ЭУП разработана математическая модель обеспечения и оценки качества ЭУП.

Предложенная математическая была реализована в рамках сервисно-ориентированной среды в виде программного комплекса с использованием эвристических методик снижения размерности.

2. Экспериментальное внедрение подтвердило применимость данной математической модели для решения задачи обеспечения и оценки качества ЭУП. Предложенная методика оптимизации численного решения дала результаты, близкие к результатам прямых вычислений при существенном снижении вычислительных затрат.

3. Независимое внедрение программного комплекса показало, что созданная технология оценки качества программных систем применима для широкого класса программных систем. Использование теоретических разработок и практически значимых методик обеспечения и контроля качества позволяет существенно повышать качество создаваемых программных систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе реализации целей и решения задач диссертационного исследования получены следующие основные результаты:

1. Создана новая технология оценки качества ПС, ориентированная на формальный анализ отзывов пользователей и позволяющая не только оценивать текущий уровень качества, но и управлять качеством создаваемых ПС на основе математических моделей.

2. Создана методика построения математических моделей обеспечения качества ПС на основе математических методов оценки качества и дискретно-разностной модели изменения данных (отзывов пользователей) во времени.

3. Создан алгоритм устранения зависимых переменных задачи обеспечения требуемого уровня качества ПС через анализ формального представления графа зависимостей и решения задачи поиска пространства минимальной размерности.

4. Создана сервисно-ориентированная среда поддержки управления качеством ПС, ориентированная на сбор и анализ мнений потребителей и вынесение экспертного решения о необходимых действиях по обеспечению требуемого уровня качества оптимальным образом.

5. На базе созданной сервисно-ориентированной среды разработан и апробирован программный комплекс поддержки обеспечения и контроля качества ЭУП на базе математической модели обеспечения и оценки качества ЭУП.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Протас, Дмитрий Владимирович, 2006 год

1. Агапов А.С. Оценка и аттестация зрелости процессов создания и сопровождения программных средств и информационных систем (1.O / IEC TR 15504 - СММ). - СПб.: Книга и бизнес, 2001. - 348 с.

2. Айвазян С.А., Бухштабер В.М., Еников И.С., Мешалкин Л.Д Прикладная статистика: классификация и снижение размерности. М.: Финансы и статистика, 1989. - 607 с.

3. Амблер С. Гибкие технологии: экстремальное программирование и унифицированный процесс разработки. СПб.: Питер, 2005. - 416 с.

4. Андреев А.А. Введение в дистанционное обучение. Учебно-методическое пособие. М: ВУ, 1997. - С. 85.

5. Бабешко В.Н. Разработка системы оценки качества программных комплексов для дистанционного обучения: Дис. канд. техн. наук. М., 2003.-208 с.

6. Балат Л.Г. Приближенное вычисление линейной функции на вершинах единичного n-мерного куба // Исследование по дискретной оптимизации.-М.: Наука, 1976.-С. 156-169.

7. Бейзер Б. Тестирование черного ящика. Технологии функционального тестирования программного обеспечения и систем. СПб.: Питер, 2004. - 320 с.

8. Бек К. Экстремальное программирование: разработка через тестирование. СПб.: Питер, 2003. - 224 с.

9. Беллман Р. Динамическое программирование. М.: ИЛ, 1960. - 120 с.

10. Беллман Р., Дрейфук С. Прикладные задачи динамического программирования. М.: Наука, 1965. - 457 с.

11. Бергстрем С., Роберг Л. Rational Unified Process путь к успеху. Руководство по внедрению RUP. - М.: КУДИЦ-Образ, 2004. - 256 с.

12. Бершадский А.В. Исследование и разработка сценарных методов управления рисками: Дис. канд. физ.-мат. наук. М., 2002 . - 156 с.

13. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Экспертные оценки. М.: Наука, 1973. -159 с.

14. Боровиков В. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. 2-е изд. СПб.: Питер, 2003. - 688 с.

15. Боэм Б. Инженерное проектирование программного обеспечения. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1985. - 200 с.

16. Боэм Б., Браун Д., Каспар X., Липов М., Мак-Леод Г., Мерит М. Характеристики качества программного обеспечения: Пер. с англ. М: Мир, 1981.-206 с.

17. Браверманн Э.М., Мучник И.Б. Структурные методы в обработке эмпирических данных. М.: Наука, 1983. - 287 с.

18. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко И.Н., Лекции по теории сложных систем. -М.: Советское радио, 1973.-425 с.

19. Винниченко И. В. Автоматизация процессов тестирования. СПб: Питер, 2005.-208 с.

20. Виштынецкий Е.И., Кривошеев А.О. Вопросы применения информационных технологий в сфере образования и обучения // Информационные технологии №2 1998. С. 32-36.

21. Габасов Р., Кириллова Ф.М. Основы динамического программирования. Минск: Изд-во БГУ, 1975.

22. Гетчет С.и другие Microsoft Solutions Framework Модель процессов MSF вер.3.1. Официальная версия документа с сайта Microsoft.

23. Гличев А.В. Основы управления качеством продукции. М.: АМИ. -1998.

24. Глудкин О.П. Всеобщее управление качеством: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1999.

25. Горленко О.А., Мирошников В.В. Создание систем менеджмента качества в организации: Монография. М.: Машиностроение-1, 2002. -126 е.: ил.

26. Гохмах О.Г., Леонтьев Л.П. Проблемы управления учебным процессом: Математические модели. Рига: Знание, 1984. -239 с.

27. Гречихин А.А. Древе Ю.Г. Вузовская учебная книга. Типология, стандартизация, компьютеризация: Учебно-методическое пособий в помощь авт. и ред. М.: Логос, 2000. - 255 с.

28. Гусева А.И. Оценка качества методического, математического и программного обеспечения распределенных обучающих систем: Дис. докт. техн. наук. М., 2004. - 320 с.

29. Денисова Ж.А., Моргунова Е.Б. Организационное поведение. М., МГАПИ, 2005.

30. Евтушенко Ю.Г. Методы решения экстремальных задач и их применение в системах оптимизации. М.: Наука, 1982.

31. Емельянов С.В. Проблемы вычислений в распределенной среде. Модели обработки. М.: КомКнига, 2005. - 224с.

32. Жамбю М. Иерархический кластер-анализ и соответствия. Пер. с фр. -М.: Финансы и статистика, 1988. 342с.

33. Зайцева Ж.Н., Рубин Ю.Б., Солдаткин В.И., Титарев Л.Г., Тихомиров В.П., Хорошилов А.В., Ярных В.В. Открытое образование: предпосылки, проблемы и тенденции развития / Под общей редакцией В.П.Тихомирова. М.: Изд-во МЭСИ, 2000.

34. Ивлева Е.В. Разработка и исследование интеллектуальных контролирующих систем с настраиваемой нечеткой экспертной подсистемой выставления оценок : Дис. канд. техн. наук. Рязань, 2004. -177 с.

35. Костомаров Д.П., Корухова J1.C., Манжелей С. Г. Программирование и численные методы. М.: Издательство Московского университета, 2001.

36. Костомаров Д.П., Фаворский А.П. Вводные лекции по численным методам М.: Логос, 2004.

37. Красноженова Г.Ф., Сосновой А.П., Ратников П.В. Мотивация трудовой деятельности. М., МГАПИ, 2005.

38. Краснощеков П.С. Математические модели в исследовании операций. -М.: Наука, 1984.

39. Круглов М.Г., Шушков Г.М. Управление качеством TQM. М.:МГТУ СТАНКИН, 1999.

40. Липаев В.В., Костогрызов А.И. Качество программного обеспечения. -М. Финансы и статистика, 1983. 123 с.

41. Липаев В.В., Костогрызов А.И.Сертификация систем качества на соответствие стандартам серии ISO 9000 для предприятий -разработчиков программных средств. Методическое руководство. М.: МГТУ "Станкин" 2000. - 132 с.

42. Липаев В.В. Обеспечение качества программных средств. М.: СИНТЕГ, 2001.

43. Липаев В.В. Выбор и оценивание характеристик качества программных средств. М.: СИНТЕГ, 2001.

44. Липаев В.В. Требования к структуре и содержанию документации на прикладные программные средства информационных систем. М.: МГТУ "Станкин", 1999. - 77 с.

45. Литвак Б.Г. Экспертная информация: методы получения и анализа. М.: Радио и связь, 1982. - 104 с.

46. Макгрегор Д., Сайке Д. Тестирование объектно-ориентрованного программного обеспечения. М.: Diasoft, 2002. - 220 с.

47. Мишин В.М. Управление качеством: Учебное пособие для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 303 с.

48. Мур Дж., Уэдерфорд J1. и др. Экономическое моделирование в Microsoft Excel, 6-е изд.: Пер. с англ. М.: Вильяме, 2004 - 1024 е.: ил.

49. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 247 е.: ил.

50. Неприков А.А. Разработка инструментальных средств оценки качества Интернет-ориентированных систем управления данными : Дис. канд. техн. наук. Воронеж, 2003. - 160 с.

51. Никифоров А.Д. Управление качеством: Учеб. Пособие для вузов. М.: Дрофа, 2004.-720 е.: ил.

52. Пащенко Д. В. Математическое и программное обеспечение систем принятия решений в посткатастрофических ситуациях : Дис. канд. техн. наук. Пенза, 2003. - 271 с.

53. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Основы системного анализа: Учеб. 2-е изд., доп. Томск: HTJ1,1997. - 396 с.

54. Подиновский В.В. Количественная важность критериев // Автоматика и телефеханика, №5,2000. С. 110-123.

55. Полис Г., Огастин JL, Jloy К., Мадхар Д. Разработка программных проектов на основе Rational Unified Process (RUP) M: Бином-Пресс, 2005.-256 с.

56. Протас Д.В., Зубков В.Г. Комплекс программ обеспечения качества открытого образования // Право и образования. 2005. № 5. - С. 50-60.

57. Протас Д.В. Математические модели управления качеством учебных курсов // Сб. межд. науч. симп., посвященного 140-летию МГТУ "МАМИ". М.:МАМИ, 2005. - С. 50-58.

58. Протас Д.В. Модель обеспечения и контроля качества при дистанционной форме обучения // МГИУ. Актуальные проблемы права. -2005. Вып.5 Т.1. -С. 17-20.

59. Протас Д.В. Основы разработки электронных учебных систем // МГИУ. Актуальные проблемы гуманитарных, социальных, экономических и технических наук. -2003. -Вып.2 Т.1. С. 155-166.

60. Протас Д.В. Современные методы и средства обеспечения и контроля качества электронных учебных пособий //Тез. докл. науч.-практ. конф. Современные информационные технологии и ИТ-образование. М.: МАКС Пресс, 2005. - С. 786-794.

61. Протас Д.В., Зубков В.Г. Стандарты дистанционного обучения // ИНФО-Рутения. Образование и наука. 2006. - Вып. 1. - С. 84-90.

62. Протас Д.В., Виноградова И.А. Эвристические методы снижения размерности задачи нелинейной оптимизации. // ИНФО-Рутения. Образование и наука. 2006. - Вып. 1. - С. 203-207.

63. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993.

64. Сергиенко И.В. Математические модели и методы решения дискретных задач оптимизации. Киев: Наукова Думка, 1980.

65. Соммервилл Я. Инженерия программного обеспечения. М: Вильяме. -2002. - 800с.

66. Тихомиров В.П., Солдаткин В.И., Лобачев С.Л. Виртуальная образовательная среда: предпосылки, принципы, организация. Монография / Международная академия открытого образования. -М.: МЭСИ, 1999.

67. Уотерман Д. Руководство по экспертным системам. М.: Мир, 1989 -388 с.

68. Шадрин А.Д. Менеджмент качества. От основ к практике. М.: ООО "НТК "Трек", 2004.- 360 е., ил.

69. Шевелева С. Открытая модель образования (синергетический подход). -М.: Магистр. 1997.

70. Штайер Р. Многокритериальная оптимизация. Теория, вычисления и приложения. М.: Радио и связь, 1992.

71. Экенроде Р.Т. Взвешенные многомерные критерии. / В кн. Статистическое измерение качественных характеристик. М. Статистика, 1972. - 135 с.

72. Эфрон Б. Нетрадиционные методы многомерного статистического анализа // Сб. статей: Пер с англ. / Предисловие Адлера Ю.П., Кошевника Ю.В. М.: Финансы и статистика, 1988. - 263 с.

73. Якобсон А., Буч Г., Рамбо Дж. Унифицированный процесс разработки программного обеспечения. СПб: Питер, 2002. - 420с

74. Официальная версия стандарта ИСО 9001:2000.

75. Acrobat 6.0 Professional. Официальная документация.

76. Beizer В. Software testing techniques. N.Y.: Van Nostrand Reinhold. 1990.

77. Easton E., Ritchie D. "Expert System" for Special-Education Students. // Education computer news. 1990, №11.- C.2-4.

78. Jay J. Schlickman ISO 9001: 2000 Quality Management System Design. -ISBN 1580535267,2003.

79. Microsoft HTMLHelpWorkshop. Официальная документация.

80. Ray Tricker ISO 9001:2000 Audit Procedures, Second Edition. ISBN 0750666153 2005.

81. Sommerville I. Software engineering. Addison-Wesley. Lancaster University. -2000.ч Михайлов Б.М.

82. Акт о внедрении результатов научно-исследовательских разработок в практическую деятельность

83. Использование теоретических разработок и практически значимых методик обеспечения и контроля качества, предложенных Д.В. Протасом, позволило повысить качество создаваемых электронных учебных пособий.1. Зав. кафедрой v

84. Управление персоналом и новые информационныетехнологии в управлениид.с.н., проф.1. Красноженова Г.Ф.1. УТВЕРЖДАЮ дВМиК МГУ

85. Акт о внедрении результатов научно-исследовательских разработок в практическую деятельность

86. По итогам внедрения, на основании опроса студентов (трех учебных групп общей численностью 60 человек) было зафиксировано улучшение качества переработанного за один месяц электронного учебного пособия на 18%.

87. Зав. кафедрой автоматизации системвычислительных комплексов чл.-к. РАН, дф-м.н., проф.1. Королев Л.Н.

88. Старший преподаватель к.ф-м.н.1. Петровский М.И.1. УТВЕРЖДАЮный директор ерст"1. Лрманов Т.В. я 2006 г.

89. Акт о внедрении результатов научно-исследовательских разработок в практическую деятельность

90. Созданный программный комплекс может существенно помочь разработчикам при итерационной разработке программного обеспечения за счет поддержки комплекса мероприятий по сбору и анализу отзывов конечных пользователей.

91. По итогам внедрения было зафиксировано улучшение качества создаваемых программных систем на 22% от первоначальной величины в соответствии свнутренними метриками качества компании.

92. Заместитель генерального директора по технологиям

93. Заместитель генерального директора по качеству1. Кузьмин В.В.1. Линник М.И.

94. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательноеучреждение высшего профессионального образования

95. Акт о внедрении результатов научно-исследовательских разработок в практическую деятельность

96. Планируется более широкое внедрение программного комплекса благодаря встроенной возможности сбора отзывов студентов о качестве электронных учебных пособий через Интернет.

97. Зам. директора по техническому и информационному обеспечению к.т.н., доцент1. Утверждаю

98. Проректор по заочной (дистанционной) форме обучения к.т.н, доцент

99. Зав. кафедрой экономики, менеджмента инвестиций ИДО к.т.н, профессор1. Бочков В.Е.