軟件工程與能力成熟度模型CMM

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　　20世紀(jì)70年代中期，軟件工程管理引起廣泛注意。當(dāng)時(shí)美國(guó)國(guó)防部曾立題專門研究軟件項(xiàng)目做不好的原因，發(fā)現(xiàn)70%的失敗項(xiàng)目是因?yàn)楣芾聿簧贫鸬模皇且驗(yàn)榧夹g(shù)實(shí)力不夠。他們進(jìn)而得出一個(gè)結(jié)論，即管理是影響軟件研發(fā)項(xiàng)目全局的因素，而技術(shù)只影響局部。這個(gè)結(jié)論非常重要。軟件項(xiàng)目失敗的主要原因有：需求定義不明確；缺乏一個(gè)好的軟件開發(fā)過程；沒有一個(gè)統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)的產(chǎn)品研發(fā)小組；子合同管理不嚴(yán)格；沒有經(jīng)常注意改善軟件過程；對(duì)軟件構(gòu)架很不重視；軟件界面定義不善且缺乏合適的控制等等。在關(guān)系到軟件項(xiàng)目成功與否的眾多因素中，軟件度量、工作量估計(jì)、項(xiàng)目規(guī)劃、進(jìn)展控制、需求變化和風(fēng)險(xiǎn)管理等都是與工程管理直接相關(guān)的因素。由此可見，軟件工程管理的意義至關(guān)重要。

　　軟件項(xiàng)目的特殊性

　　軟件工程管理和其它工程管理相比有其特殊性。首先，軟件是知識(shí)產(chǎn)品，進(jìn)度和質(zhì)量都較難度量，生產(chǎn)效率也較難保證。其次，軟件系統(tǒng)復(fù)雜程度也是超乎想象的。例如，宇宙飛船的軟件系統(tǒng)源程序代碼多達(dá)2000萬行，如果按過去的生產(chǎn)效率一個(gè)人一年只能寫1萬行代碼的話，將需要2000人年的工作量，這是非常驚人的。正因?yàn)檐浖绱藦?fù)雜和難以度量，軟件工程管理的發(fā)展還很不成熟。

　　CMM，逐步的成熟

　　美國(guó)Carnegie Mellon大學(xué)軟件工程研究所（CMU/SEI）主持研究與開發(fā)的CMM/PSP/TSP技術(shù)，為軟件工程管理開辟了一條新的途經(jīng)。CMM是英文“Capability Maturity Model”的簡(jiǎn)稱，意為能力成熟度模型。CMM的本質(zhì)是軟件管理工程的一個(gè)部分。根據(jù)軟件生產(chǎn)的歷史與現(xiàn)狀，CMM框架可用5個(gè)不斷進(jìn)化的層次來表達(dá)：其中初始層是混沌的過程，可重復(fù)層是經(jīng)過訓(xùn)練的軟件過程，定義層是標(biāo)準(zhǔn)一致的軟件過程，管理層是可預(yù)測(cè)的軟件過程，優(yōu)化層是能持續(xù)改善的軟件過程。任何單位所實(shí)施的軟件過程，都可能在某一方面比較成熟，在另一方面不夠成熟，但總體上必然屬于這5個(gè)層次中的某一個(gè)層次。在某個(gè)層次內(nèi)部，也有成熟程度的區(qū)別。在一個(gè)較低層次的上沿，很可能與一個(gè)較高層次的下沿非常接近，此時(shí)由這個(gè)較低層次向該較高層次進(jìn)化也就比較容易。反之，在一個(gè)較低層次的下沿向較高層次進(jìn)化，就比較困難。在CMM框架的不同層次中，需要解決帶有不同層次特征的軟件過程問題。因此，一個(gè)軟件開發(fā)單位首先需要了解自己處于哪一個(gè)層次，然后才能夠?qū)ΠY下藥地針對(duì)該層次的特殊要求解決相關(guān)問題，這樣才能收到事半功倍的軟件過程改善效果。任何軟件開發(fā)單位在致力于軟件過程改善時(shí)，只能由所處的層次向緊鄰的上一層次進(jìn)化，即軟件過程的進(jìn)化是漸進(jìn)的，而不能是跳躍的。而且在由某一成熟層次向上一更成熟層次進(jìn)化時(shí)，在原有層次中的那些已經(jīng)具備的能力還應(yīng)該得到保持與發(fā)揚(yáng)。

　　CMM家族包括CMM集成產(chǎn)品集、SACMM（軟件獲取能力成熟度模型）、SECMM（系統(tǒng)工程能力成熟度模型）和IDEAL模型。其中CMM集成產(chǎn)品集為工業(yè)界和政府部門提供了一系列集成產(chǎn)品，以支持軟件過程和產(chǎn)品的改善；SACMM用于單位獲取和采購(gòu)基于軟件的應(yīng)用系統(tǒng)的軟件過程，美國(guó)國(guó)防部、陸軍、海軍和一些商用單位都已采用SACMM對(duì)他們的獲取能力進(jìn)行評(píng)估；SECMM是描述一個(gè)單位為保證實(shí)現(xiàn)一個(gè)好的系統(tǒng)工程的主要元素；而IDEAL模型則是一個(gè)單位用于啟動(dòng)、規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)過程改善措施藍(lán)圖的模型，概括了建立一個(gè)成功的過程改善項(xiàng)目的必要步驟，其中I代表Initiating（啟動(dòng)）、D代表Diagnosing（診斷）、E代表Establishing（建造）、A代表Acting（措施）、L代表Learning（學(xué)習(xí)）。

　　美國(guó)曾在1995年做過軟件產(chǎn)業(yè)成熟程度的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在美國(guó)的軟件產(chǎn)業(yè)中，CMM成熟度等級(jí)為初始級(jí)的竟占70%，其特征是軟件開發(fā)過程不能預(yù)測(cè)，風(fēng)險(xiǎn)度高；為可重復(fù)級(jí)的占15%，其特征是軟件開發(fā)過程需小心謹(jǐn)慎方能避免失敗；為定義級(jí)的所占比例小于10%，其特征是軟件開發(fā)過程相當(dāng)穩(wěn)定，進(jìn)展順利且可以預(yù)測(cè)；為管理級(jí)的所占比例小于5%，其特征是軟件過程預(yù)測(cè)準(zhǔn)確、值得信賴；為優(yōu)化級(jí)的所占比例小于1%，其特征是軟件過程能持續(xù)改善。

　　CMM還需綠葉配

　　需要注意的是，并不是實(shí)施了CMM，軟件項(xiàng)目的質(zhì)量就能有所保障。CMM不是萬能的，它的成功與否，與一個(gè)組織內(nèi)部有關(guān)人員的積極參與和創(chuàng)造性活動(dòng)是密不可分的，而且CMM并未提供實(shí)現(xiàn)有關(guān)子過程域所需要的具體知識(shí)和技能。因此，個(gè)體軟件過程PSP（Personal Software Process）也就應(yīng)運(yùn)而生。PSP為基于個(gè)體和小型群組軟件過程的優(yōu)化提供了具體而有效的途徑，例如如何制訂計(jì)劃，如何控制質(zhì)量，如何與其他人相互協(xié)作等等。在軟件設(shè)計(jì)階段，PSP的著眼點(diǎn)在于軟件缺陷的預(yù)防，其具體辦法是強(qiáng)化設(shè)計(jì)結(jié)束準(zhǔn)則，而不是設(shè)計(jì)方法的選擇。根據(jù)對(duì)參加培訓(xùn)的104位軟件人員的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在應(yīng)用了PSP后，軟件中總的缺陷減少了58.0%，在測(cè)試階段發(fā)現(xiàn)的缺陷減少了71.9%，生產(chǎn)效率提高了20.8%.PSP的研究結(jié)果還表明，絕大多數(shù)軟件缺陷是由于對(duì)問題的錯(cuò)誤理解或簡(jiǎn)單的失誤所造成的，只有很少一部分是由于技術(shù)問題而產(chǎn)生的。而且根據(jù)多年來的軟件工程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，如果在設(shè)計(jì)階段注入一個(gè)差錯(cuò)，則這個(gè)差錯(cuò)在編碼階段要引發(fā)35個(gè)新的缺陷，要修復(fù)這些缺陷所花的費(fèi)用要比修復(fù)這個(gè)設(shè)計(jì)缺陷所花的費(fèi)用多一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，PSP保障軟件產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要途徑是提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。PSP的推出，在軟件工程界引起了極大的轟動(dòng)，可以說是由定向軟件工程走向定量軟件工程的一個(gè)標(biāo)志。

　　僅有CMM和PSP還是不夠的，因此，CMU/SEI又在此基礎(chǔ)上提出了群組軟件過程TSP（Team Software Process）的方法。TSP指導(dǎo)項(xiàng)目組中的成員如何有效地規(guī)劃和管理所面臨的項(xiàng)目開發(fā)任務(wù)，并且告訴管理人員如何指導(dǎo)軟件開發(fā)隊(duì)伍始終以最佳狀態(tài)來完成工作。TSP實(shí)施集體管理與自我管理相結(jié)合的原則，最終目的在于指導(dǎo)一切人員如何在最少的時(shí)間內(nèi)，以預(yù)定的費(fèi)用生產(chǎn)出高質(zhì)量的軟件產(chǎn)品；所采用的方法是對(duì)群組軟件開發(fā)過程的定義、度量和改進(jìn)。實(shí)施TSP的先決條件有3條：首先，需要有高層主管和各級(jí)經(jīng)理的支持，以取得必要的資源；其次，項(xiàng)目組開發(fā)人員需要經(jīng)過PSP的培訓(xùn)并有按TSP工作的愿望和熱情；第三，整個(gè)單位在總體上應(yīng)處于CMM二級(jí)以上。在實(shí)施TSP的過程中，首先要有明確的目標(biāo)，開發(fā)人員要努力完成已經(jīng)接受的委托任務(wù)。在每一階段開始，要做好工作計(jì)劃。如果發(fā)現(xiàn)未能按期按質(zhì)完成計(jì)劃，應(yīng)分析原因，以判定問題是由于工作內(nèi)容不合適或工作計(jì)劃不實(shí)際所引起，還是由于資源不足或主觀努力不夠所引起。開發(fā)小組一方面應(yīng)隨時(shí)追蹤項(xiàng)目進(jìn)展?fàn)顟B(tài)并進(jìn)行定期匯報(bào)，另一方面應(yīng)經(jīng)常評(píng)審自己是否按PSP的原理工作。開發(fā)人員應(yīng)按自己管理自己的原則管理軟件過程，如發(fā)現(xiàn)過程不合適，應(yīng)及時(shí)改進(jìn)，以保證用高質(zhì)量的過程來生產(chǎn)高質(zhì)量的軟件。項(xiàng)目開發(fā)小組則按集體管理的原則進(jìn)行管理，全體成員都要參加和關(guān)心小組的規(guī)劃、進(jìn)展的追蹤和決策的制訂等項(xiàng)工作。

　　總之，單純實(shí)施CMM，永遠(yuǎn)不能真正做到能力成熟度的升級(jí)，只有將實(shí)施CMM與實(shí)施PSP和TSP有機(jī)地結(jié)合起來，才能發(fā)揮最大的效力。

　　目前國(guó)內(nèi)對(duì)軟件工程管理存在的最大問題是認(rèn)識(shí)不足。管理實(shí)際上是一把手工程，需要高層管理人員的足夠重視。據(jù)國(guó)外有些大公司的介紹，他們?cè)谲浖こ坦芾矸矫娴耐顿Y一般占軟件開發(fā)費(fèi)用的10%左右，這些都需要得到高層管理人員的支持。而且軟件過程的重大修改也必須由高層管理部門啟動(dòng)，這是軟件過程改善能否進(jìn)行到底的關(guān)鍵。此外，軟件過程的改善還有待于全體有關(guān)人員的積極參與，否則不僅他本人將失去從軟件過程改善中獲得提高的機(jī)會(huì)，甚至還會(huì)成為過程改善的阻力。

　　除了要認(rèn)識(shí)到過程改善工作是一把手工程這個(gè)關(guān)鍵因素外，還應(yīng)認(rèn)識(shí)到軟件過程成熟度的升級(jí)本身就是一個(gè)過程，且有一個(gè)生命周期。因此，過程改善工作必然具有一切過程所具有的固有特征，即需要循序漸進(jìn)，不能一蹴而就，需要持續(xù)改善，不能停滯不前；需要聯(lián)系實(shí)際，不能照本宣科；需要適應(yīng)變革，不能凝固不變。而且我認(rèn)為，要將CMM/PSP/TSP引入軟件企業(yè)，最有效的途徑是要對(duì)單位主管和主要開發(fā)人員進(jìn)行系統(tǒng)的培訓(xùn)。美國(guó) Carnegie Mellon 大學(xué)軟件工程研究所曾經(jīng)嘗試讓軟件工程師通過自學(xué)的方式來進(jìn)行，但實(shí)際上只有不到20%的人能夠堅(jiān)持到底。另外一個(gè)有效的途徑是自頂向下的課程培訓(xùn)，即從高層主管依次普及到下面的工程師。

　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以說已經(jīng)具有一定規(guī)模了，但除了北大方正、東大阿爾派、用友等大企業(yè)外，做軟件工程項(xiàng)目更多的是一些規(guī)模在數(shù)十人左右的中小企業(yè)。也許有人會(huì)問，像這樣一些人力物力資源匱乏的企業(yè)，如何進(jìn)行軟件開發(fā)項(xiàng)目的管理呢？我建議這些中小企業(yè)可以以CMM為框架，先從PSP做起，然后在些基礎(chǔ)上逐漸過渡到TSP，以保證CMM/PSP/TSP確實(shí)在企業(yè)中生根開花?？傊覀儽仨殢能浖^程、過程工程的角度來看待CMM的發(fā)展，從經(jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)來分析這個(gè)過程的價(jià)值。我相信在實(shí)施CMM/PSP/TSP的過程中，只要堅(jiān)持改善軟件工程的管理，并在實(shí)踐中注意總結(jié)適合自身的經(jīng)驗(yàn)，一定能取得很好的效果。