книги / Оценка затрат на разработку программных средств

Затраты на создание достаточно полного комплекта докумен­ тации С2р2 практически пропорциональны объему Пк программ.

Удельные затраты на документацию зависят от класса, назначения и широты применения программ, что трудно учесть в достаточно общем виде. Эти затраты сопутствуют в некоторой степени всем этапам разработки, однако оформление эксплуатационных доку­ ментов обычно локализуется в специальном этапе работ. Затраты на разработку эксплуатационной документации для сложных КП

на уровне продукции производственно-технического назначения, подлежащей длительному сопровождению, обычно определяются затратами на объем текста документов 5—10 страниц на тысячу команд программы на ассемблере.

В технологической документации, обеспечивающей конфигура­

ционный контроль и многолетнее сопровождение, необходимы тек­ сты программ и описания алгоритмов. Это приводит к увеличению объема документации на порядок, т. е. может составлять около 100 страниц документов на тысячу команд программы. Статистиче­ ский анализ объема документации для ПС различных классов дал [6, 27] широкий разброс числа страниц на единицу объема про­ грамм. Однако выявились некоторые средние характеристики, ко­ торые близки к указанным выше. Подтверждена наиболее высокая документированиость тиражируемых программ третьего класса, особенно в тех случаях, когда, необходима высокая надежность функционирования КП (до 200 страниц на тысячу команд).

При оценках реально предполагать средний объем технологи­ ческой документации Эд— 50—100 страниц на тысячу команд. При этом затраты на документацию остаются практически пропорцио­ нальными объему КП. Эта часть документации не подлежит массовому тиражированию и поставке каждому пользователю, что позволяет несколько снижать удельные затраты на ее подготовку. Однако необходимость ее тщательной отработки н высокого соот­ ветствия текущей версии программного изделия приводит к боль­ шим затратам как при первичном изготовлении технологических документов, так и при их модификации в процессе последующего сопровождения КП.

Разработка документации на программы является творческим процессом, что значительно усложняет оценку его удельной трудо­

Только рколо половины работ можно достаточно четко регламен­

марных удельных затрат на страницу документов. Поэтому в ре­ альных разработках ПС приходится в основном производить оцен­

61

ки а2 по аналогичным предыдущим разработкам в данном коллек­

тиве.

В совокупности затраты на изготовление опытного образца КП можно представить в виде

Для большинства разработок второе слагаемое является доми­ нирующим.

Затраты на технологию и программные средства автоматиза­ ции разработки КП — С31, обычно являются весьма весомыми при использовании высокоэффективных автоматизированных техноло­ гий. Объем и сложность создаваемого КП значительно влияет на выбор уровня автоматизации технологии и долю этих затрат в об­ щих затратах на разработку. Встречаются ситуации, при которых затраты на технологию достигают 50% общих затрат на разработ­ ку. Такие затраты могут быть оправданы повышением производи­ тельности труда, сокращением сроков разработки и последующим снижением затрат на сопровождение. Однако чаще всего эта груп­ па затрат при создании сложных КП находится в пределах 10—30% от суммарных затрат. При разработке небольших КП и использовании слабо автоматизированных готовых технологий доля этой группы затрат снижается до нескольких процентов (см. рис. 2.2).

Эти затраты обеспечивают программную оснащенность разра­

ботчиков, которая характеризуется функциональными возможно­ стями программных систем автоматизации процесса разработки и изготовления КП. Степень автоматизации этапов и всего процесса создания КП или долю оставшегося неавтоматизированного руч­ ного труда разработчиков можно использовать для характеристи­ ки программной оснащенности. Однако эти показатели трудно из­ мерять, кроме того, они тесно связаны с использованием ЭВМ для разработки программ.

В первом приближении степень автоматизации разработки про­ грамм отражает объем программных средств, используемых в тех­ нологических системах — /7Т. Этот показатель соответствует слож­ ности систем автоматизации разработки программ и пропорциона­ лен затратам на их создание и эксплуатацию. Высокой оснащенно­ сти соответствует обеспечение коллектива разработчиков про­ граммными системами, автоматизирующими все этапы разработ­ ки, изготовления и сопровождения программ (см. табл. 1.1). Для этого используются средства трансляции программных специфика­ ций и текстов программ с языков высокого уровня, средства пла­ нирования и контроля статического и динамического тестирования программ, средства программного моделирования объектов внеш­ ней среды, средства автоматизированного управления разработ-

62

кон и конфигурационного контроля КП и большинство современ­ ных методов автоматизации создания сложных программ. Про­ граммные системы i[64, 66, 100], объединяющие все эти методы и средства, имеют объемы /7Т~ 1 млн. команд.

Средняя оснащенность разработчиков программ третьего клас­ са для встраиваемых ЭВМ реального времени в некоторых случаях составляет всего /7Т~ 20—50 тыс. команд. При этом используются в основном трансляторы с автокодов, средства автоматизированно­ го выпуска документации и машинных носителей, в то же время отладка автоматизируется слабо. Есть примеры [31] применения для этого класса программ достаточно сложных систем автомати­ зации разработки объемом /7Т~500 тыс. команд. Для подъема средней программной оснащенности до этого уровня требуются прежде всего организационные усилия и преодоление рутинных позиций многих руководителей и программистов с большим ста­ жем, привыкших к неавтоматизированной разработке КП. При разработке на универсальных ЭВМ крупных КП второго класса программная оснащенность составляет обычно 100—300 тыс. команд. В этой области возможности повышения оснащенности не: сколько меньше, но далеко не исчерпаны.

Данная составляющая затрат сильно зависит от степени ориги­ нальности и новизны средств автоматизации при разработке конк­ ретного КП. Если технология и вся система автоматизации разра­ ботки программ (САРПО) созданы первично только для проекти­ рования данного КП, то затраты на создание такой системы пол­ ностью входят в суммарные затраты на разработку КП. В зависи­ мости от уровня технологии САРПО является более или менее сложным комплексом программ, и затраты на его создание иден­ тичны затратам на сложные программы соответствующего объема Пг с учетом всех особенностей разработки. Оценку затрат на раз­

работку САРПО можно проводить с учетом их сложности и других факторов как для обычных комплексов программ второго класса (см. § 2.2).

В большинстве случаев технология и САРПО создаются для проектирования многих (М) КП. При этом затраты на их создание

входят в каждый КП только А1-й долей. Величина этой доли зави­ сит от широты применения данной САРПО, т. е. от общего числа М экземпляров технологической системы, использованных за цикл

жизни технологии или за некоторый нормативный срок.

При разработке каждого КП эта доля увеличивается на величи­ ну, обусловленную затратами на внедрение и освоение технологии, и на величину, связанную с ее эксплуатацией. По экспертным оцен­ кам, эти составляющие практически пропорциональны степени автоматизации технологии. Таким образом, затраты на техноло­ гическое обеспечение разработки КП можно представить следую­ щими составляющими:

63

долей суммарных затрат на создание технологии и примененной системы автоматизации разработки программ — СЗР1= а з 1#т/М;

однократными затратами на внедрение и освоение технологии и средств автоматизации, а также на подготовку версии технологи­ ческой системы к конкретным условиям применения для разработ­

ки данного КП — СЗР2= а з 2/з2 (Дг);

затратами на эксплуатацию САРПО в течение всего календар­ ного времени tv разработки данного КП — Сзрз=азз^зз(/7т).

Составляющие затрат, по существу, являются аддитивными, и суммарные затраты на технологию можно представить в виде

■Сзр = С3р1 "Ь СзР2 -}-С3рз— a3i ЯТ/УИ -Ь СХ32 /з2 (Ят) т ®зз /зз (77т)*^р* (2*5)

Коэффициент аз1 отражает трудоемкость разработки одной

команды в САРПО. Затраты на освоение технологической системы характеризуются величиной азг и являются функцией объема системы f32(77T), которая оценивается экспериментально. Так же необходимо экспериментальное определение величины азз и функ­ ции /зз(77т). Однако пока такие оценки не опубликованы.

Стремление использовать апробированные технологии и САРПО приводит к тому, что в этом случае первое слагаемое мож­ но игнорировать. Некоторые средства автоматизации используются в готовой версии и не адаптируются к конкретным условиям при­ менения. Тогда доминирующей становится последняя составляю­ щая. Минимизации затрат Сзр способствует массовое применение типовых технологий с высоким уровнем автоматизации, когда уменьшаются значения C3pi и С3рг. Однако у некоторых разработ­ чиков имеется стремление создавать оригинальные технологии и САРПО, обосновывая это трудностью освоения и большими затра­ тами на внедрение типовых. В этих случаях возможно некоторое сокращение составляющей затрат СзР2, однако значительно увели­

чивается составляющая C3pi. Кроме того, степень автоматизации оказывается, как правило, невысокой, что соответственно снижает программную оснащенность. Такой подход неэффективен особенно для долго сопровождаемых и массово тиражируемых сложных КП.

Затраты на ЭВМ, используемые для автоматизации разработки данного КП — С4р включают капитальные затраты на закупку и установку соответствующих ЭВМ, а также текущие затраты на их эксплуатацию в течение разработки КП. При разработке КП третьего класса и высоком уровне автоматизации технологии эти затраты достигают 70% [28]. Однако и при низкой автоматизации они могут быть весьма велики. Последнее обусловлено тем, что при отсутствии средств автоматизации технологии и при разработ­ ке программ реального времени в машинных кодах их отладка производится на реализующей ЭВМ в пультовом режиме. При этом требуется очень большое календарное машинное время, которое используется неэффективно. Процессорное время ЭВМ в этих слу-

64

чаях составляет малые доли процента от календарного времени. При создании на базе современной технологии сложных КП вто­ рого класса, функционирующих вне реального времени, доля за­ трат на машинное время ЭВМ (по стоимости) обычно составляет около 50% (см. § 3.3) и их основная часть приходится на техно­ логическую ЭВМ. При этом процессорное время приближается к календарному времени ЭВМ.

В общем случае при разработке КП третьего класса затраты на применение ЭВМ по функциональному назначению распреде­ ляются в трех направлениях.

на ЭВМ, реализующую данный КП в опытном образце системы; на технологическую ЭВМ, используемую для размещения и функционирования системы автоматизации разработки программ; на моделирующую ЭВМ, применяемую для имитации внешней среды, в которой предстоит функционировать создаваемому КП. Характеристики и степень использования этих ЭВМ определя­ ют аппаратурную оснащенность разработчиков программ, а также

сервисные средства, доступные и используемые каждым специали­ стом. Этот показатель можно отразить несколькими численными характеристиками 1[15]:

быстродействием ЭВМ, используемых при разработке КП, при­ ходящимся в среднем на одного разработчика;

объемом оперативной и внешней памяти, которая доступна для использования каждому специалисту;

числом дисплеев, сопряженных с различными типами ЭВМ, используемых при разработке конкретного КП в среднем одним разработчиком программ;

средним числом возможных подходов к ЭВМ для реализации технологических операций каждым разработчиком программ за рабочий день (см. § 2.2).

Перечисленные показатели с разных сторон отражают аппа­ ратурную оснащенность процесса создания КП и их трудно объ­ единить в некоторый обобщенный показатель. Однако между ними есть глубокая взаимосвязь. Быстродействие ЭВМ, приходящееся на одного разработчика программ, определяет доступную для ак­

тивного использования часть средств автоматизации разработки программ и возможную частость их применения в процессе разра­ ботки. Если ЭВМ характеризуются низким совокупным быстродей­ ствием, то практически невозможно применять высокоавтоматизи­ рованные технологические средства разработки программ, требую­ щие большого числа вычислительных операций при реализации каждого задания. Вследствие этого снижается уровень автомати­ зации.

С быстродействием ЭВМ коррелнрованы объемы их оператив­ ной и внешней памяти. Внешняя память в процессе разработки программ редко выступает как ограничивающий фактор и ее объ­

ем обычно достаточно велик. Ограниченный объем оперативной памяти ЭВМ может заметно влиять на возможность применения средств автоматизации разработки программ и является одним из показателей, характеризующих аппаратурную оснащенность раз­ работки. При этом определяющим является не абсолютный объем оперативной памяти, а объем, доступный в среднем каждому раз­ работчику программ.

Таким образом, характеристики необходимых технологических ЭВМ зависят от сложности создаваемого КП и от числа участни­ ков разработки. Эти величины определяют интенсивность оператив­ ного применения программных средств автоматизации в процессе создания КП и их сложность. В результате необходимое суммар­ ное быстродействие ЭВМ и их оперативная память, обеспечиваю­ щие процесс разработки КП, должны возрастать при увеличении числа специалистов, участвующих в создании КП, и при возраста­ нии их программной оснащенности.

Капитальные затраты на реализующую ЭВМ для опытного об­ разца КП при разработке программ обычно не учитываются. Эти

затраты влияют на разработку КП косвенно вследствие необхо­ димости учета перспективы тиражирования и эксплуатации систе­ мы управления или обработки информации на базе ЭВМ с данным КП и будут рассмотрены ниже (см. § 2.2). Затраты на машинное время реализующей ЭВМ в процессе разработки программ входят как составляющая в суммарные затраты. Эта составляющая про­

третьего класса увеличивается использование технологической

пользуется на завершающих этапах комплексной отладки и осво­ бождается от трансляции и отладки компонент КП. В первом приближении эту составляющую затрат можно принять прямо про­ порциональной времени использования реализующей ЭВМ в про­ цессе разработки КП. которое обычно близко к полному времени разработки /р:

C4Pi = а4, /р,

где а4, — стоимость машинного времени реализующей ЭВМ в единицу времени.

Применение при создании КП специальной технологической ЭВМ позволяет снизить интенсивность использования реализую­

щей ЭВМ за счет переноса на технологическую машину ряда функ­ ций и средств автоматизации.чразработки программ. Кроме того, повышение качества отработки КП и его компонент на технологи­ ческой ЭВМ приводит к естественному снижению объема необхо*

66

днмых работ на реализующей ЭВМ и к ускорению проектирования в целом. Это ускорение происходит в значительной степени вслед­ ствие увеличения вычислительных ресурсов, используемых для разработки КП. Суммарная производительность реализующей и технологической ЭВМ с учетом календарной длительности исполь­ зования каждой из них характеризует «энерговооруженность» про­ цесса разработки КП. При этом непосредственное влияние на про­ изводительность труда разработчиков оказывает доля процессор­ ного времени этих ЭВМ в общем времени их применения. Оценка доли процессорного времени представляет сложную задачу и за­ висит от особенностей создаваемого КП, применяемой технологии, характеристик ЭВМ и их операционных систем. Далее предполага­ ется, что эта доля достаточно велика.

Затраты на машинное время технологической ЭВМ в значи­ тельной степени связаны с уровнем автоматизации технологии. В первом приближении можно предположить, что затраты на ма­ шинное время технологической ЭВМ пропорциональны уровню автоматизации технологии !ю(Пт) и полному машинному времени

функционирования САРПО на технологической ЭВМ. При высо­ ком уровне автоматизации САРПО применяется на всех этапах разработки, и длительность использования системы соответствует

в результате

^4р2 = а42 /42(/7Т).

Первичные затраты на приобретение технологической ЭВМ, как правило, нельзя относить к одному проекту. Капитальные за­ траты на приобретение технологической ЭВМ целесообразно учи­ тывать как амортизационную составляющую, соответственно увеличивающую коэффициент сцг. характеризующий стоимость ма­ шинного времени на фиксированном интервале. Такой подход обос­ нован также тем, что технологическая ЭВМ, как правило, исполь­ зуется для одновременной разработки нескольких КП, а также для решения различных задач моделирования и для вычислений. После завершения разработки данного КП технологическая ЭВМ

пользуются для отработки единственного КП. Поэтому капиталь­ ные затраты на их приобретение и установку целесообразно учи­ тывать также в виде затрат на амортизацию в стоимости единицы машинного времени — а4з, используемого для имитации внешней среды. Эта составляющая затрат проявляется наиболее полно при разработке КП реального времени для управления объектами и технологическими процессами. Имитация внешней среды необходи­ ма на этапах динамической отладки и испытаний в реальном вре­

мени. Поэтому данная составляющая затрат пропорциональна дли­ тельности использования моделирующей ЭВМ *рм на этих этапах

^4рЗ = а43 ^рм*

Таким образом, общие затраты на ЭВМ при разработке про­ грамм будут равны:

Перечисленные виды затрат в некоторой степени коррелированы. Соотношение между ними, в частности, зависит от роли комп­ лексной отладки в реальном масштабе времени. На рис. 2.5 пред­ ставлена доля затрат по этапам разработки на машинное время для КП третьего класса при высоком уровне автоматизации раз­ работки. В этом случае на начальных этапах преимущественно используется технологическая ЭВМ, а с четвертого этапа возраста­ ет роль реализующей ЭВМ. Моделирующая ЭВМ наиболее актив­ но применяется при комплексной отладке и испытаниях, когда затраты на нее могут достичь половины затрат на машинное время.

I При низкой автоматизации проектирования в системах реаль­

ного времени на все* этапах доминирует первая составляющая за-

‘трат. Эта составляющая значительно уменьшается при сокраще­ нии числа ошибок за счет повышения уровня автоматизации технологии при возрастании второй составляющей. Увеличение ма­ шинного времени на имитацию внешней среды приводит к возра­ станию машинного времени реализующей ЭВМ, когда используют­

68

ных ЭВМ в процессе разработки программ, способствуя сокраще­ нию затрат непосредственных разработчиков КП, не всегда приво­ дит к снижению суммарных затрат при создании программ (см. §4.2).

2.2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЗАТРАТЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СЛОЖНЫХ ПРОГРАММ

Общая характеристика факторов, влияющих на затраты при разработке КП. Представленные в предыдущем параграфе четыре составляющие затрат более или менее близки по величине. В за­ висимости от сложности программ и других факторов изменяются их доля в суммарных затратах и составляющая, имеющая домини­ рующее численное значение. При зтом основное содержание и ка­ чество создаваемых программ всегда определяют затраты Cip, связанные с их непосредственной разработкой. Эта часть затрат идет на наиболее сложный творческий процесс создания программ, который зависит от многих факторов. Некоторые из них могут из­ менять затраты Cip даже на несколько порядков, а в большинстве своем изменяют их на десятки процентов.

Затраты на производство опытного образца КП Сгр имеют не­ большой удельный вес в суммарных затратах. Эта составляющая практически не влияет на величину С1р Составляющие затрат С3р

и С4р определяют оснащенность процесса разработки средствами автоматизации и, кроме доли в суммарных затратах, являются факторами, значительно влияющими на непосредственное создание программ.

Составляющая Cip является важнейшей для технико-экономиче­ ского анализа всего процесса создания сложных КП. Накопленный опыт создания КП и обобщение проведенных исследований позво­ лили выделить четыре основные группы факторов, влияющих на

затраты Cip при непосредственной разработке программ:

факторы, отражающие особенности создаваемого комплекса программ как объекта разработки, и требования к его общим ха­ рактеристикам;

факторы, характеризующие технологическую и программную оснащенность средствами автоматизации процесса разработки

программ; факторы, отражающие оснащенность процесса создания КП ап­

паратурными средствами, на которых базируются системы авто­

матизации разработки; факторы, определяющие организацию процесса разработки про­

грамм и его обеспечение квалифицированными специалистами.

В группы включены факторы, которые могут изменять произ­ водительность труда или КИТ при создании КП не менее чем на 10% в ту или иную сторону (рис. 2.6). Ниже в представленных

69

Рис. 2.6. Диаграмма коэффициентов изменения трудоемкости (заштрихованы средние значения для различных факторов), влияющих на разработку программ: управляемые факторы при разработке (+ ); связь между факторами, имеющими положительную корреляцию (последний столбец)