Aplicación de una Metodología basada en Mediciones para la Gestión de Calidad de Software Jorge Bozo jbozo@inf.ucv.cl Escuela de Ingeniería Informática Universidad Católica de Valparaíso Valparaíso, Chile Marcello Visconti visconti@inf.utfsm.cl Departamento de Informática Universidad Técnica Federico Santa María Valparaíso, Chile RESUMEN En este artículo se presenta una metodología para la gestión cuantitativa de la calidad del software durante su proceso de desarrollo, denominada SQUID. Esta metodología permite integrar modelos de calidad, de desarrollo y de mediciones de software adaptados a las necesidades de la organización, y a través de la utilización de una herramienta automatizada del mismo nombre permite controlar, supervisar y evaluar la calidad de los productos de software a lo largo del proceso de desarrollo logrando de esta manera un conocimiento más detallado del proceso de desarrollo y un fundamento más sólido para llevar adelante esfuerzos de mejoramiento. 1-INTRODUCCIÓN El concepto de calidad ha estado en boga en los últimos años en diferentes áreas de la ingeniería. Producto de la alta competitividad que existe en la actualidad, diversas organizaciones han incorporado metodologías de calidad a sus procesos con el fin de obtener productos de alta calidad que tengan una mejor acogida en el mercado. En este contexto han surgido diferentes metodologías y estándares de calidad internacionales aplicables a distintas ramas de la ingeniería [3,6].
En este trabajo se presentan los elementos esenciales de una metodología que incorpora los conceptos de calidad a nivel del proceso de desarrollo de software. Esta metodología (y su herramienta asociada) se denomina Software Quality In Development o SQUID[1,2,5]. SQUID es un método basado en mediciones para especificar, supervisar y evaluar la calidad del producto, y busca asegurar que se entreguen productos de software que satisfagan los requerimientos de calidad establecidos por los clientes o usuarios. La metodología SQUID se fundamenta en cuatro actividades que deben hacerse para entregar un producto de calidad: 1. Especificar los requerimientos de calidad del producto en términos de valores objetivo específicos de propiedades de software medibles 2. Evaluar la viabilidad de esos requerimientos antes de empezar el proyecto 3. Supervisar el avance hacia el logro de los requerimientos cuantitativos durante el desarrollo del producto midiendo propiedades internas del software, haciendo los ajustes necesarios para mantenerse en la dirección correcta 4. Evaluar la calidad del producto final comparando objetivos con logros de calidad reales. 2- UNA VISIÓN GENERAL DE SQUID SQUID está pensado para proporcionar apoyo práctico para el control y evaluación de calidad de un producto de software. Está pensado, por consiguiente, para proporcionar apoyo a jefes de proyecto e ingenieros de calidad, asistiendo en los aspectos operacionales de implementación, mantención y supervisión de una política de calidad para el software apoyando la recolección y análisis de datos de calidad del proyecto para los propósitos de control y evaluación. No contribuye en sí al desarrollo de una política de calidad, ni dirige las decisiones estratégicas necesarias para decidir cómo una política de calidad será implementada. La metodología SQUID en términos de control de calidad está basada en mediciones. Se asume que se puede medir propiedades de los productos del software y procesos que se relacionan a calidad del producto. Las propiedades que relacionan las características del producto final según son vistas por los usuarios, son llamadas características externas de calidad, por ejemplo: facilidad de uso,
confiabilidad. Las propiedades relacionadas con la manera con que el producto fue desarrollado y las cuales, por consiguiente, influyen en las características de calidad son llamadas características internas de calidad, por ejemplo: complejidad estructural de módulos, tasas de error. SQUID usa dos términos para describir las propiedades del software: características y atributos. Se usa el término características para referirse a propiedades abstractas que no pueden medirse directamente, y atributos para referirse a propiedades directamente medibles. Los elementos principales de la metodología SQUID, pueden ser resumidos en las siguientes tareas a desarrollar: Especificación de requerimientos de calidad, Estimación de viabilidad, Predicción de calidad, Control de calidad que usa mediciones de calidad internas, Evaluación de calidad, Definición de modelos de calidad, desarrollo y mediciones. Características principales de SQUID Las características principales de SQUID son: Un enfoque flexible a la modelación de calidad y modelación de desarrollo que permiten definir los modelos que son los más apropiados para una organización. SQUID no obliga a que se adopte una metodología específica La integración de modelos de desarrollo y modelos de calidad que le permiten modelar los aspectos internos de calidad y los aspectos externos. SQUID hace explícita la relación entre las actividades de desarrollo y los aspectos de calidad del producto Un enfoque sobre los requerimientos de calidad de producto que se unen a los requerimientos del modelo de calidad. SQUID pone énfasis en que estas características de calidad sean un medio de comprensión de los requerimientos operacionales del producto. Esos requerimientos operacionales se especifican como niveles de objetivo de atributos de calidad externos relacionados a características de calidad definidas en un modelo de calidad Un enfoque riguroso para la medición que asegura definiciones plenas de mediciones e integra el valor real, el estimado y los valores objetivos. SQUID estimula la recolección de datos fidedignos identificando todos los factores que necesitan ser especificados para asegurar que el dato sea confiable y comparable Facilidades de estimación de autocalibración manejados por datos de proyectos reales. El proceso de estimación deriva a un modelo de estimación desde la base de datos de SQUID Las facilidades de control de calidad y de supervisión de calidad que complementan las actividades de supervisión de proyecto estándar. La asociación de un valor real, estimado y objetivo significa que los procedimientos de supervisión de proyecto estándar pueden aplicarse a la supervisión de calidad.
3- MODELOS DE DESARROLLO, CALIDAD Y MEDICIONES CON SQUID Como ya se ha mencionado, los modelos de calidad y desarrollo son las componentes esenciales para la configuración de la herramienta SQUID. Los detalles en cuanto a cómo se usan estos modelos en la metodología SQUID se discuten ampliamente en [1,2,5]. El modelo conceptual de SQUID El Modelo Conceptual SQUID para calidad del software está basado en: 1. El Modelo de Datos Conceptual SQUID, el cual proporciona las relaciones entre el modelo de desarrollo (entregables, hitos, etc.), el modelo de calidad (características de calidad, sub-características y atributos), y las mediciones 2. Las actividades involucradas en especificar, asegurar y controlar la calidad del software el cual también identifica la funcionalidad de alto nivel de la herramienta de SQUID. El modelo conceptual SQUID es la base para la arquitectura de la herramienta SQUID mostrada en la Figura 1. Configuración Evaluación de Calidad Especificación de Calidad Base de Datos SQUID Monitoreo de Calidad Planificación de Calidad Collation de Datos Figura 1: La arquitectura de la Herramienta SQUID El Modelo de Datos Conceptual SQUID tiene tres componentes principales: 1. Una estructura de proceso de desarrollo usado para especificar modelos de desarrollo. 2. Una estructura de modelo de calidad usada para especificar modelos de calidad. 3. Un modelo de medición usado para permitir recolección de datos. SQUID proporciona los medios de configuración siguientes: especificación de modelos de desarrollo, especificación de modelos de calidad y relación con un modelo de desarrollo, identificación de atributos internos que tienen que ser usados para reportes de un avance estándar, la conexión de ítems medibles referidos en un modelo de calidad con las entidades en el modelo de desarrollo.
Modelo del proceso de desarrollo La estructura de un modelo de desarrollo en SQUID se muestra en la Figura 2. Comprende objetos de proyecto que pertenecen a tres tipos diferentes: actividades de desarrollo, entregables y puntos de revisión. Cuando se configura la herramienta SQUID se necesita especificar los modelos de desarrollo que se usan en la organización, en términos de aquellos objetos de proyecto. Modelo de Desarrollo Objeto de Proyecto Comprende Pertenece a Tipo de Objeto de Proyecto Tipo de Deliverable Tipo de Actividad de Desarrollo Tipo de Punto de Revisión Figura 2: Modelando el proceso de desarrollo El tipo entregables son los tipos de objeto de proyecto que son producidos (es decir, especificados, diseñados, codificados) durante la vida de un proyecto (o subproyecto). El tipo actividad de desarrollo son los tipos de actividad que producen entregables.. El tipo punto de revisión son los tipos de puntos de control usados en un modelo de desarrollo particular. Representación de un modelo de calidad Especificación de Requerimiento de Calidad Conduce a Requerimiento de Comportamiento de Producto Refina Direcciona Características de Calidad Pertenece a Modelo de Calidad Influye Característica de Calidad Interna Indica Característica de Calidad Externa Cuantificado por Cuantificado por Atributo Interno Figura 3: Creando un modelo de calidad Atributo Externo
La estructura de un modelo de calidad en SQUID se muestra en la Figura 3. Esta muestra la relación entre los requerimientos de calidad y las características de calidad. Cuando se especifican los requerimientos de calidad, se necesita mapear un requerimiento específico a una característica o subcaracterística de calidad particular. La tarea final en la especificación de calidad es poner un valor objetivo para uno o más atributos externos asociados con la (sub)característica de calidad. Para configurar la herramienta de SQUID, se necesita definir los modelos de calidad que se quieren usar en términos de características y subcaracterísticas de calidad específicas. Representación de mediciones SQUID usa el término atributo para referirse a las propiedades medibles de productos del software o proyectos, por ejemplo: tamaño del producto, duración del proyecto, experiencia del personal. El término atributo se aplica a las propiedades internas y externas del software. La estructura desquid para las mediciones se muestra en la Figura 4. Unidad Cuantifica Atributo usando exhibe Valor Mide Objeto de Proyecto En_concordancia_con Regla de Conteo Figura 4: Estructura de mediciones de SQUID SQUID usa el término unidad para referirse a las unidades usadas para medir atributos cuantificables, por ejemplo: líneas de código es una unidad de longitud de código de producto, días transcurridos es una unidad de duración de proyecto, y años de trabajo pueden usarse como una unidad de experiencia de personal. Integración de las componentes del modelo de datos conceptual de SQUID Los tres componentes del Modelo de Datos Conceptual SQUID son integrados por el concepto de medición. Cuando se ha creado un modelo de calidad y un modelo de desarrollo, se debe conectar
ambos para formar un modelo combinado. Durante la combinación todos los atributos internos asociados a un modelo de calidad especificado son distribuidos a través de los tipos de objeto de proyecto en un modelo de desarrollo. El proceso de combinación de modelo involucra asignar cada atributo interno perteneciente a un modelo de calidad especificado, a un tipo de objeto de proyecto apropiado perteneciente a un modelo de desarrollo especificado, y asociando una unidad y reglas de conteo a cada atributo. 4- EJEMPLO DE APLICACION DE SQUID A continuación se presenta a modo de ejemplo la aplicación preliminar de la metodología SQUID en la etapa de especificación, en términos de la definición de modelos de calidad y desarrollo de un proyecto específico. Especificación de calidad La especificación de calidad involucra definir las características operacionales requeridas de un nuevo producto en términos de valores objetivos para un conjunto de características de calidad. También involucra decidir si los requerimientos de calidad son factibles o no dada la capacidad de la organización de desarrollo. La especificación de calidad puede involucrar un primer nivel de descomposición del diseño para evaluar si hay subsistemas del producto con requerimientos substancialmente diferentes, es decir, porciones del producto. Especificación de requerimientos de calidad Cuando se tiene un nuevo proyecto, SQUID especifica los requerimientos de calidad del proyecto en términos de conjuntos de objetivos externos declarados. Cuando se crea un proyecto con la herramienta SQUID, se debe decidir qué modelo de calidad corresponderá el proyecto. El modelo de calidad usado por el proyecto define la estructura con la cual los requerimientos de calidad son trazados a las características de calidad y luego a los objetivos de atributos de calidad externos. Modelo de desarrollo La Figura 5 muestra las actividades relacionadas con cada una de las etapas propuestas por un modelo correspondiente a una variante del modelo de desarrollo de Boehm[4]. Ahora bien, para efectos de la configuración de la herramienta SQUID, se necesita describir: las actividades, los productos (entregables), y los puntos de revisión.
Aprobación del usuario Explotación y mantención Construcción incremental Documentación usuario Diseño inicial Pruebas Inspección formal Iteración del prototipo Análisis rápido Plan Inicial Plan de diseño y construcción Prototipo inicial Aprobación usuario Diseño detallado Iteración de la especificación formal Plan de Implantación Implantación Figura 5: Modelo espiral modificado La Tabla 1 siguiente muestra un resumen de las actividades y productos (entregables) que se identifican en el modelo de desarrollo. Tabla 1: Descripción de actividades y entregables del modelo de desarrollo Espiral Modificado Actividad Descripción Productos Entregables Negociación(1) Planificación inicial Análisis rápido Prototipo inicial En esta actividad se hace una propuesta y una planificación de la etapa de análisis En esta actividad se analizan los requerimientos esenciales del software Actividad en la cual se crea un prototipo inicial con el objetivo de validar los requerimientos del usuario Cotización/Propuesta Contrato/Orden de Trabajo/Orden de Compra/ Orden de Servicio Plan de la etapa de análisis Modelo de clases Modelo del proceso (opcional) Documento de análisis Modelo de datos Modelo de interfaz Prototipo inicial Aprob. del usuario Negociación(2).. Plan de diseño y construcción Actividad de planificación del diseño y construcción. Se utiliza herramienta propia Plan del diseño Diseño inicial Iteración prototipo del Actividad que refina los modelos de: clases, datos e interfaz propuestos en la etapa de análisis rápido Actividad que transforma los requerimientos en base al diseño en producto de software Modelos refinados de: clases, datos e interfaz. Documento de diseño (eventualmente) Documentación del usuario/help Producto de software en testing Reportes de fallas (internos, externos) Aprob. del usuario Actividad que busca la aprobación del usuario Sistema (entregables de la etapa anterior) Negociación(3).....
Modelo de calidad Un requerimiento de configuración de la herramienta SQUID, además del (de los) modelo(s) de desarrollo, es el(los) modelo(s) de calidad. Por lo general, estos modelos no existen en la organización o no están siendo utilizados. Por esta razón, hay que empezar por definir un modelo de calidad apropiado a la organización partiendo de principios generales o bien adaptando un modelo existente. En términos de estándares internacionales, la ISO propone un modelo genérico bastante flexible. El modelo ISO 9126 [6] puede ser adaptado para llegar a un modelo de calidad propio. SQUID, exige describir explícitamente las características y atributos de calidad, clasificando según sea el caso en característica o atributo interno o externo. La Tabla 2 que se muestra a continuación presenta una descripción general de los atributos y características del modelo. Tabla 2: Modelo de calidad ISO9126 Modificado Característica Subcaracterística Atributo Funcionalidad Confiabilidad Facilidad de uso Eficiencia Exactitud Interoperabilidad Conformidad Seguridad Confiabilidad de la aplicación Confiabilidad de los datos Tiempos de respuestas Exactitud N de cambios Estandarización Uso de capa intermedia Funciones de exportación e importación N de fallas Dependencia de normas Control de acceso Respaldos programados N de permisos/clase Identificación Tiempo entre fallas Tiempo entre fallas Tiempo entre fallas N fallas N de cambios N de cambios Nº de cambios Portabilidad Recursos utilizados Exactitud Recursos utilizados Mantención adaptativa Cliente Portabilidad B.D. Nº de conexiones a la BD N de cambios N de conexiones a la BD Costos por mantención Tiempo mantención Razón construcción mantención N de especificaciones particulare a un cliente N procedimientos almacenados Manejo transacciones anidadas
5- Conclusiones Disponer de metodologías basadas en mediciones para gestionar la calidad del software durante el proceso de desarrollo aparece como un elemento clave para el logro de productos finales de mejor calidad como resultado de procesos más eficientes. Sin embargo, introducir estas metodologías no es una tarea sencilla cuando la organización está en una etapa de maduración y definición de sus propios procesos de desarrollo y de aseguramiento de calidad de software. En este trabajo se ha presentado la metodología SQUID que, entre otras características, tiene la suficiente flexibilidad para permitir que una organización desarrolladora de software vaya definiendo sus propios modelos de desarrollo y calidad de software sin la obligación de usar modelos predefinidos o estándares que pueden ser rígidos e inadecuados. Un desafío posterior consiste en utilizar esta metodología y su herramienta asociada para efectivamente gestionar la calidad en el desarrollo de software a través del control, supervisión y evaluación basados en los datos reales de proyectos que se vayan recolectando a medida que se van desarrollando. Referencias Bibliográficas 1. J. Boegh et al. A Method for Software Quality, Planning, Control, and Evaluation, IEEE Software, Marzo/Abril 1999, págs. 69-77. 2. J. Bozo, SQUID como apoyo a la gestión de calidad en un ambiente de desarrollo automatizado, Memoria de Ingeniería Civil en Informática, Universidad Santa María, Abril 1999. 3. R. Pressmann, INGENIERÍA DE SOFTWARE: un Enfoque Práctico, Cuarta Edición, McGraw Hill, España, 1998. 4. B. Boehm, A Spiral Model of Software Development and Enhancement, IEEE Software, Mayo 1988. 5. B. Kitchenham et al, SQUID Conceptual Handbook, Work Package 3, Report D3.7/1, Esprit Project P8436, Junio 1996. 6. ISO-IEC, ISO 9126 International Standard, Suiza 1991.