關于軟件質量最優的項目實施模型解析
論文摘要：在分析現有軟件質量模型的基礎上，提出了軟件項目開發三維模型框架，建立了軟件質量最優化數學模型。模型將有限的和時間資源合理地分配到軟件開發過程的各階段，并使軟件質量達到最優化，為項目者建立計劃和分配資源提供量化依據，通過實例數據驗證了建立的數學模型的正確性和有效性。
論文關鍵詞：軟件質量數學模型；軟件項目管理；軟件項目開發方法模型
軟件項目與其他項目一樣，成功的3要素是范圍(質量)、時間和成本，只有在三者同時達到要求后，軟件項目才算成功。
在日常軟件項目中，通常時間和成本是固定的且有界定的，即在確定的時間內，投人一定資金前提下完成某一軟件項目。項目干系人期望在既定的成本和時間下，實現軟件質量的最優化，將有限的時間和成本資源在軟件項目各階段進行合理分配，是進行項目計劃和開發的基礎。通過軟件質量指標的分解，建立最大化軟件質量的函數和條件，求解軟件質量最優化的模型，即可得出各種資源(通常是時間和成本)在各階段的最佳分配值，為科學管理軟件項目，特別是進行計劃和成本管理提供重要的依據。
1軟件項目實施方法模型框架
基于以上背景，將軟件項目的開發方法作為研究對象，著眼于軟件開發過程與軟件項目管理結合而形成開發方法體系。①提出軟件開發方法的三維模型，這三維分別為過程維、管理維和技術實現維。②從過程維度對軟件開發過程進行抽象。基于軟件工程的軟件生命周期理論，項目的過程可分成需求分析、系統設計、程序設計、程序編碼、單元／集成測試、系統和驗收測試、運行和維護(含培訓、數據準備和初始化等上線準備工作)等階段，它們組成項目連續且相對獨立的過程。③從管理維度分析軟件項目管理的各層面管理(范圍管理、時間管理、費用(成本)管理、質量管理、資源管理、溝通(交流)管理、風險管理、采購管理和綜合管理)J。④技術實現維度包括平臺(通常包括網絡系統、服務器和PC等物理層面的條件)、軟件技術平臺(通常包括操作系統、數據庫和開發工具等)和項目管理輔助工具。軟件項目開發方法模型如圖1所示。
2軟件質量最優模型
2．1軟件質量指標模型
20世紀90年代早期，軟件工程組織試圖將質量的諸多方面統一到一個模型中，把這個模型作為度量軟件質量的一個世界范圍的標準，這個結果就是ISO9126。它是一個分層模型，有6個影響質量的主要因素，圖2說明了其層次結構。
2．2模型建立的基本假設
在整個軟件項目的開發過程中，始終有兩種投入：一種是投入，含技術實現維的平臺建設和項目工具投人，還包括推銷的固定成本、項目管理的各類變動成本，如項目獎金、辦公費用、人員培訓費用和外聘顧問咨詢費用等；另一種是時間投入，即項目開發的周期。項目管理目標，要求在一定的情況下，收益最大化，或在收益一定的情況下，投資最小。在軟件項目中，目標分兩種情形：①在既定的時間和成本等資源投入下，達到最優的項目效果，即軟件質量最優；②在確定軟件項目最終質量目標的情況下，時間及成本的投入達到最小值，從而節約成本，縮短項目周期。
在現實軟件項目中，第一種情況占絕大多數，也是筆者討論的模型目標。在構建軟件質量最優化的模型時，要建立模型的假設(條件)，忽略次要的影響因素，包括：①軟件項目的開發過程是個連續的過程，不考慮各種外界因素導致整個項目的暫停、取消或延遲情況，在整個項目開發的過程中，各階段的技術工作都是可以實現的。②項目者能理性且客觀選擇平臺、軟件技術平臺和項目輔助管理工具，被授權分配和調動項目資源，且在合理的時間投人下進行平臺的搭建和工具的選用。③項目的成功是以時間、質量和成本3要素同時滿足為基礎的，投入的總成本不能超過C，項目開發時間總共不能超過，同時以軟件質量最優為目標。④外界客觀的，如相應的、制度和等穩定，在項目開發過程中，不考慮產生意外的成本和時間投入。⑤按軟件工程原則，各階段的任務相對獨立，它們都采用好的技術方法，而且在每個階段結束之前都進行嚴格的審查，合格之后才開始下一階段的工作。項目每一階段都達到基本的質量指標，使該階段總體結果對下一階段產生好的影響，即對軟件質量產生正面的作用。⑥假設時間是與成本相互獨立的投入要素，即不考慮因時間變動帶來的成本變動。
2．3通用最優模型及算法
從軟件項目開發方法模型的過程維角度，整個軟件項目過程分為多個階段(假設分n個階段)，各個階段中分配不同的成本和時間資源，假定個階段分配的時間和成本資源為t和c(i=1，2，…，n)。項目開發最長時間為；項目各階段
從軟件項目開發方法模型的管理維角度，各管理維的各元素，如風險管理、溝通管理和成本管理等，其投入資源也是時間和成本，且各項目管理元素融人并貫穿到過程維的各階段中去。項目管理投入的所有成本和時間總和等于各階段分配的成本和時間資源的總和，項目的各項管理越到位，管理越細化，須投入的管理成本也越大。
從軟件項目開發方法模型的技術實現維角度，技術實現維僅發生成本的投入，以實現平臺的構建和工具的選用。因此，可設技術實現維的投入為一確定數Ct，Ct與n個階段發生的成本是相對獨立的。項目投入的總成本C=Cn+Ct。模型和符號說明如下：
(1)項目實現軟件質量的量化值F。在第階段投入ti和ci的資源后，該階段對第j個質量因素(或者指標，比如功能性或可靠性，按軟件質量模型的第一層分成m個因素)產生的量化貢獻數值為通常情況下，與時間和成本的投入有直接關系，投入的ti和ci越大，也越大，在一定的范圍內可把它們看成是線性關系。因此，可將表示為=H(ti，ci)= 其中，和分別為成本和時間對的影響權重系數，為修正數。此外，1，2，…，m)，其中，為該因素必須達到的基本值或最小值；為須投人的最大值，即再投入時間和成本，增加值不會再增加。
(2)同一階段的不同質量因素 (i=1，2，…，n；=1，2，…，m)對F的影響權重是不一樣的，且各階段對應的質量因素權重標準都相同。因此，可設第i階段的第j個質量因素對F所占的權重比例為
(3)按軟件工程理論和上述假設，軟件生命周期第i階段質量因素將對i+1，i+2，…，n各階段產生一定影響，且第i階段產生的質量影響將被i+1之后的各階段繼承，直至最終完成的項目質量F。因此，設項目第i階段的完成質量值(i=1，2，…，n)對后續階段的影響度系數為(i=1，2，…，n-1)。
綜合以上分析，建模目標就是：在不超過既定的預算C和在規定的時間T內，達到預期最好的軟件質量，可得最優化目標函數模型為：
3實證研究
以某一集團企業自行開發的“客戶關系”軟件為例，該軟件項目預算總為170萬元(其中構建軟件技術平臺和網絡平臺等技術實現的成本為30萬元)，項目要求半年內完成(以180天計)。
ISO9126有6個軟件質量影響因素，即m=6。按軟件工程的軟件生命周期理論，項目劃分為7個階段，即n=7，各質量因素權重系數為：b1=0．3，b2=0．1，b3=0．25，b4=0．15，b5=0．12，b6=0．08，
按數據分析和筆者的工作經驗，各階段成本投人和時間投入對軟件質量影響評估值如表1所示。
通過對各階段影響工作的關聯性分析，估算出各階段對下階段的影響度系數如下：
使用LindoSystemsInc．發布和研制的Lindo高級版軟件系統，編制程序求解該模型，并做模型結論的靈敏性分析，可得出以下結果：從結果報告可得：
t1=12，t2=12，t3=6，t4=12，t5=25，t6=73，t7=40；總時間為180天。
C1=10，C2=10，C3=5，C4=10，C5=20，C6=60，C7，=25；總成本為140萬元。
時間和成本結果接近實際發生值，，的最優值為1381．255。
從靈敏性分析報告可以得出如下兩點：
(1)保持不變的系數范圍。在最優解不變的條件下，目標函數系統的允許變化范圍：的系數為(1，1+1．622234)；F2的系數為(1，1+0．117702)；其余變量、約束條件的系數類似。
(2)從對偶價格分析得出，時間和成本都是緊約束資源，每增加1個時間單位，即增加1d，則F的值提高4．195575，其限制值為178．2，即再增加成本不會帶來F值的增加。同理，每增加1個成本單位，則F的值提高5．423400，其限制范圍為185．5。這可為資源控制和調整提供量化參考。
4結論
筆者研究如何建立模型，分配有限的軟件項目成本和時間資源，使項目開發的軟件質量最優化，可以幫助軟件項目管理者更合理地制定項目計劃和評估各階段成本使用和控制情況。同時，模型的運行結果，也能幫助項目管理者量化分析出項目各階段與質量因素間的關系。文中實際的時間投入、成本和各階段的花費時間，與模型中計算出的值基本吻合，特別是測試工作投入比重大，約占整個工作量的50％。
成本投入和時間投入對軟件質量影響的評估值是模型的基礎數據，其與軟件本身的大小、開發(平臺和開發工具等)和項目管理方法等相關，是歷史數據和經驗值相結合的結果。如何更科學和更準確地得出影響評估值和它們之間的關系是更好地使用該模型尚需深入研究的課題。
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