（计算机应用技术专业论文）面向业务过程的需求分析模型及其自动化研究.pdf

华中科技大学博士学位论文 摘要 i 随着软件系统的规模越来越大，复杂程度越来越高，需求分析与定义在整个软 件丌：发与维护过程中越来越重要，直接关系到软件的成功与否。需求分析活动不再 仅限于软件开发的最初阶段，它贯穿于系统开发的整个生命周期，并且为软件丌发 的其它管理活动莫定了基础。 在分析软件发展中存在的。问题及其产生的原因的基础上，总结了国内外学者在 需求工程方面的最新研究成果及其发展趋势，阐述了软件需求的任务、层次、及其 与其它过程的关系，同时对需求工程阶段的主要结果一软件需求规格说明文档 s r s ( s o f t w a r er e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o n s ) 进行剖析，分析了现有编写s r s 的几种 语占的优缺点，提出了编写高质量s r s 的八大基本准则，并给出了s r s 的形式化结 构描述。 借助于集合论和图论工具，提出了一种面向业务过程的需求分析模型b o r a lb u s i n e s s o r i e n t e d r e q u i r e m e n t sa n a l y s i s ) 。f 该需求分析模型以业务流程重组b p r ( b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ) 理论为基穑、以业务过程的分析为核心、以条件 有向图为工具。与现有的一些需求分析方法相比，利用b o r a 模型进行需求分析 时，通过模型优化分析，审视企业现有业务流程运作情况，并发现其中的问题，在 业务流程合理化和优化的蒸础上再分析、设计软件，从而可提高软件的质量，能更 好地满足用户要求。 在面向业务流的需求分析过程中，甩条件有向图中的一个节点代表业务流中的 一个活动( 步骤) 每个带箭头的直线代表流程之间的控制和数据流动关系业务流 中涉及到的工作人员、权限、数据对象等都可以看作是每个活动的属性。因此，一 个业务流的模型可以用若干个节点( 活动) 和带箭头的直线( 关系) 来表示，这样 可详细描述每个业务流在其实现过程中所涉及到的各种静态数据、动态数据、业务 规则、处理流程等业务要素之间的逻辑关系，有助于软件开发人员理解系统的预期 功能和行为，有助于软件测试人员从覆盖所有转换路径的有向图中获得完备的测试 用例。广7 针对b o r a 模型，根据有向图基本理论，定义了描述业务流过程模型时所使用 的语言符号及其形式化定义，建立了一套业务过程形式化语义体系，并以实例详细 介绍了b o r a 模型的应用。 r 【从分析现有需求分析方法存在的一些问题以及b o r a 模型描述的一致性检查入 手结合b p r 基本理论，提出了影响业务流过程执行的性能和效率的三个主要因 素，并以此对业务流过程进行了定量分析。同时提出了一种由上而下的分析和优化 华中科技大学博士学位论文 业务流过程的方法，也就是由业务流过程的起始节点开始分析得出活动间的依赖关 系，找出业务流过程执行的瓶颈，重构业务流过程。详细讨论了冗余活动的取消、 业务流过程的简化以及业务流的重构三种优化途径。使用这些方法可以减少业务流 执行的时间，提高整个业务流过程的执行效多，保证用户的原先意图和业务流过程 执行结果在业务流程优化后不会被改变。 ， 提出了一个s r s 自动生成系统s a g s ( s r sa u t o m a t e dg e n e r a t i o ns y s t e m ) 实现 框架，并建立了一套系统原鹞该系统主要由人机接口、需求编辑模块、图形编辑 模块、一致性检查模块、业务0 电程优化模块、数据字典管理模块、s r s 文档管理模 块、安全管理八大功能模块和需求描述库、需求文档库、模型知识库、文档模板库 四个数据库组成，基本实现了c d g 图形的编辑、s r s 文档管理以及从需求描述到软 件规格说明的自动生成等功能。l ，一 ， 借助于模糊数学的基本理论，分析了软件需求规格说明及其质量特性，建立了 s r s 的质量度量指标体系，提出了有关数据的获取以及模糊综合评价方法，同时对 评价结果进行了定量分析，并给出了一个s r s 模糊评判系统s f e s ( s r sf u z z y e v a l u a t i n gs y s t e m ) 实现框架，详细分析了s f e s 系统的组成和实现的功能。 最后总结了主要的研究成果，并指出了本领域需要进一步研究的问题和方向。 关键词：需求自动毛匕；形式化描述：软件需求规揞说明；条件有向图：业务演程 重组；模糊评价 。 。l 一 华中科技大学博士学位论文 a b s t r a c t a ss o f t w a r es y s t e m sb e c o m el a r g e ra n dm o r ec o m p l i c a t e d i ti sm o r ei m p o r t a n tf o r r e q u i r e m e n t sa n a l y s i sa n dd e f i n i t i o n i nt h ee n t i r ec o u r s eo fs o f t w a r ed e v e l o p m e n ta n d m a i n t e n a n c e w h i c hd i r e c t l yt h r e a t e ns o f t w a r es u c c e s s b e i n gt h ef i r s ts t e pi nt h ep r o c e s so f s o f t w a r ee n g i n e e r i n g r e q u i r e m e n t sa n a l y s i sn o to n l yh a sp o t e n t i a lt os h a p et h ed i r e c t i o nf 、o r a l l s u b s e q u e n tp r o j e c ta c t i v i t y b u t a l s oi st h et b a n d a t i o no fs o f t w a r e d e v e l o p m e n t m a n a g e m e n t o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gs o m ep r o b l e m sa n dc a u s e si nt h ec o u r s eo fs o f t w a r e d e v e l o p m e n t t h el a t e s t r e s e a r c ha c h i e v e m e n ta n dt h ed e v e l o p i n gt r e n d si nr e q u i r e m e n t s e n g i n e e r i n ga r es u m m a r i z e d t h e n ，t h et a s k sa n d t h eh i e r a r c h i e so f r e q u i r e m e n t sa n a l y s i s a s w e l la st h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nr e q u i r e m e n t sa n a l y s i sa n do t h e rp h r a s e so fs o f t w a r e d e v e l o p m e n t a r ee x p a t i a t e d m e a n w h i l e t h i s d i s s e r t a t i o na n a t o m i z e ss o f t w a r e r e q u i r e m e n t ss p e c i f c a t i o n s ( s r s ) t h a ta r et h em a i nr e s u l t si nt h es t a g eo fr e q u i r e m e n t s e n g i n e e r i n g ，a n a l y z e st h em e r i t sa n d t h ed e f e c t so ft h r e ek i n d so fs r s l a n g u a g e s c o n c l u d e s e i g h tf u n d a m e n t a l so fc o m p i l i n gg o o dq u a l i t ys r s a n dp u t sf o r w a r d af o r m a ld e s c r i p t i o n o f s r s b ym e a n so fs e tt h e o r y a n dg r a p ht h e o r y , t h i sd i s s e r t a t i o n p r o p o s e s ab u s i n e s s o r i e n t e dr e q u i r e m e n t sa n a l y s i sm o d e l ( b o r a ) t h em o d e lb a s e so t lt h ep r i n c i p l e so f b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ( b p r ) ，t h ec o r eo fb u s i n e s sp r o c e s s e sa n a l y s i sa n dt h e t b r m a l d e s c r i p t i o n t o o lo fc o n d i t i o n a ld i r e c t e d g r a p h c o m p a r e d w i t ht h e e x i s t i n g r e q u i r e m e n t sa n a l y s i s m e t h o d s b o r ac a na n a l y z eb u s i n e s sp r o c e s s e s f i n do u ts o m e d e f i c i t si nb u s i n e s sp r o c e s s e s a n dr e e n g i n e e rb u s i n e s sp r o c e s s e s i np a r t i c u l a r , s o f t w a r ei s r e d e s i g i n e da f t e r b u s i n e s sp r o c e s s e sa r eo p t i m i z e d w h i c hc a ni m p r o v e dt h eq u a l i t 3 , o r s o f t w a r e a n dm a k es o f t w a r em e e tu s e r s d e m a n d sb e t t e r i nt h ec o u r s eo fb u s i n e s s - o r i e n t e d r e q u i r e m e n t sa n a l y s i s ，t h e c o n d i t i o n a ld i r e c t e d g r a p h s a r e a d o p t e dt o d e s c r i b eb u s i n e s sp r o c e s s e s a r e c t a n g l e i nc o n d i t i o n a ld i r e c t e d g r a p h sr e p r e s e n t s o n ea c t i v i t y ( s t e p ) o fab u s i n e s sp r o c e s s ，e v e r yl i n ew i t ha r r o w h e a d e x p r e s s e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e no n ea c t i v i t y a n da n o t h e r ，t h a ti st os a y i ti sas e to f c o n v e r s i o nc o n d i t i o n sf r o mo n ea c t i v i t yt oa n o t h e r t h e r e f o r e ，ab u s i n e s sp r o c e s sm o d e lc a r l b ee x p r e s s e db yas e r i e so f r e c t a n g l e s ( a c t i v i t i e s ) a n dl i n e sw i t ha r r o w h e a d ( c o n d i t i o n s ) t h ea p p r o a c hd i s t i n c t l yi l l u s t r a t e st h el o g i c a lr e l a t i o n s h i p sa m o n gb u s i n e s se l e m e n t s s u c h a sd 沁e r s i f i e ds t a t i cd a t a d y n a m i cd a t ab u s i n e s sr u l e sa n dp r o c e s s i n gf l o v , s w h i c ha r eu s e d i nt h ec o u r s eo f e v e r yb u s i n e s si m p l e m e n t a t i o n 华中科技大学博士学位论文 f nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ef o r m a is e m a n t e m eo fb u s i n e s sp r o c e s s e sd e s c r i p t i o ni sd e t i n e d a n daf o r m a ls e m a n t i cs y s t e mi sf o u n d e d a na p p l i c a t i o ni n s t a n c eo ft h ep r e s e n t e dm o d e li s g i v e n i na l a r g e s i z e de n t e r p r i s e i n f o r m a t i o n s y s t e mp r o j e c t t h e c a s es h o w s ：t h e d e s c r i p t i o n m o d e li s s i m p l e ，i n t u i t i o n a l ，e a s y t ou n d e r s t a n d a n di tc a nr e d o u n d r e q u i r e m e n t sa n a l y s i se n g i n e e r st oo p t i m i z eo rr e e n g i n e e rs o m ei n c o n s e q u e n c eb u s i n e s s f l o w s ，h e l pf o rs o f t w a r ed e v e l o p m e n te n g i n e e r st ou n d e r s t a n dt h ea n t i c i p a t ef i a n c t i o n sa n d b e h a v i o r so fa p p l i c a t i o ns y s t e m s ，a n dh e a df o rt h es o f t w a r et e s t e rt oa c q u i r et h ew h o l e t e s t i n ge a s e sf r o mt h ed i r e c t e dg r a p h sb a s e do nb u s i n e s sf l o w s i na d d i t i o n i tc a np r o v i d e s o f t w a r er e q u i r e m e n t sa n a l y s i s e n g i n e e r sw i t hs o m ee x p e r i e n c e dk n o w l e d g e a v o i dt h e a i m l e s s n e s so fr e q u i r e m e n t sa n a l y s i sa n de f f e c t i v e l yi m p r o v et h er e q u i r e m e n t sa n a l y s i s q u a l i wa n d a u t o m a t i o n a f t e r a n a l y z i n gs o m ed e f i c i t s o ft h e e x i s t i n gr e q u i r e m e n t sa n a l y s i s m e t h o d sa n d c o n s i s t e n c yc h e c ko fb o r a ，i t i sp r o p o s e dt h a tt h r e em a i nf a c t o r sa f f e c tp e r f o r m a n c ea n d e f f i c i e n c y o fb u s i n e s s p r o c e s s e s ，w h i c h c a nb eu s e dt o a n a l y z e b u s i n e s s p r o c e s s e s q u a n t i f i c a t i o r i a l l y m e a n w h i l e ，a na p p r o a c h o f o p t i m i z i n gb u s i n e s sp r o c e s s e si sp u tf o r w o r d w h i c hc a nr e d u c et h ee x e c u t i v et i m e o fb u s i n e s s p r o c e s s e s ，i m p r o v e t h ee x e c u t i v e e f f i c i e n c y o fe n t i r eb u s i n e s s p r o c e s s e s ，b yf i n d i n go u tt h ep r o c e s sb o t t l e n e c ka n d r e d e s i g n i n g t h eb a s i c c o m p o n e n t o fb u s i n e s s p r o c e s s e s i n a d d i t i o n t h e o p t i m i z a t i o n a p p r o a c hc a na s s u r et h a tt h ee x e c u t i v er e s u l to f ab u s i n e s sp r o c e s si s n tc h a n g e da f t e ri ti s o p t i m i z e d i nt i f f sd i s s e r t a t i o n ，t h ef r a m eo fs r sa u t o m a t e dg e n e r a t i o ns y s t e m ( s a g s ) i s g i v e n a n di t s o r i g i n a l i se s t a b l i s h e d t h es y s t e mc o n s i s t so fe i g h tf u n c t i o nm o d u l e sa n df o u r d a t a b a s e s s u c ha sm a n - c o m p u t e ri n t e r f a c e ，r e q u i r e m e n t sc o m p i l i n g b u s i n e s sp r o c e s s e s o p t i m i z a t i o n a n ds oo n ，w h i c hc a np r o v i d es o f t w a r er e q u i r e m e n t sa n a l y s i se n g i n e e r sw i t h s o m ee x p e r i e n c e dk n o w l e d g e ，a n da v o i dt h ea i m l e s s n e s so f r e q u i r e m e n t sa n a l y s i s i tc a n g u a r a n t e ei n t e g r i t y , c o n s i s t e n c y , r e v i s a b i l i t y a n dt r a c e a b i l i t yo fr e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o n s a n de f f e c t i v e l yi m p r o v et h er e q u i r e m e n t sa n a l y s i sq u a l i t ya n da u t o m a t i o n n o w a d a y st h e s e f u n c t i o n s ，c d gc o m p i l i n g ，s r sd o c u m e n t sm a n a g e m e n ta n da u t o m a t e dg e n e r a t i o nf r o m r e q u i r e m e n t sd e s c r i p t i o n t os r s ，h a v eb e e ni m p l e m e n t e d b ym e a n so ff u z z ys e tt h e o r y , t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e ss r sa n di t sc h a r a c t e r i s t i c s 。 a n dt h e np r o p o s e st h eq u o t as y s t e mf o re v a l u a t i n gt h eq u a l i t yo fs o f t w a r er e q u i r e m e n t s s p e c i f i c a t i o n s i t a l s od i s c u s s e st h ea p p r o a c h e so fr e l a t i n gd a t a a c q u i r e m e n ta n df u z z y e v a l u a t i n g a n d t h eq u a n t i t a t i v e a n a l y s i s f o re v a l u a t i o nr e s u l t s af r a m eo fs r sf u z z ) e v a l u a t i n gs y s t e m ( s f e s ) a n di t si m p l e m e n t a t i o na r eg i v e ni nd e t a i l 华中科技大学博士学位论文 = = = = = = = ；# = 口# = = = = 目= = = ；= = = = ；= = = = = ；= = = = = f i n a l l y m a i nr e s e a r c hf r u i t s i nt h ed i s s e r t a t i o na r eg e n e r a l i z e d - s o m eq u e s t i o n sa n d d e v e l o p m e n t d i r e c t i o n si nt h ef i e l do fr e q u i r e m e n t s e n g i n e e r i n ga l ep o i n t e d o u t k e y w o r d s ： r e q u i r e m e n t s a u t o m a t i o n ；r e q u i r e m e n t s f o r m a l d e s c r i p t i o n ： s o f t w a r e r e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o n s ；c o n d i t i o n a l d i r e c t g r a p h s ：b u s i n e s s p r o c e s s r e e n g i n e e f i n g ；f u z z y e v a l u a t i o n v 华中科技大学博士学位论文 1 概述 1 1 研究动因 1 1 1 软件的发展 软件既是一种产品，又是开发和运行产品的载体。作为产品，它表达了计算机 硬件体现的计算潜能。软件是一个信息转换器，能够产生、管理、获取、修改、显 示或转换信息，这些信息可以是简单的文本，也可以是图形、图像、语音、超文 本。作为开发运行产品的载体，软件是计算机硬件控制和网络通信的基础，也是创 建和控制其他程序的基础。 软件充分体现了信息是2 l 世纪最重要的产品这一观点。用软件处理个人数据， 使得这些数据在局部的范围内更为有用，用软件管理商业信息更增强了商业竞争 力。软件不仅提供了通往全球信息网络( 如i n t e m e t ) 的途径：而且也提供了以各种 形式获取信息的手段。 计算机软件的角色在2 0 世纪后半叶发生了很大的变化。硬件性能的极大提高， 计算机体系结构的不断变化，内存和硬盘容量的快速增加以及大量输入输出设备的 多种选择，均促进了更为成熟和更为复杂的基于计算机的软件系统的出现，但它们 又给开发这些复杂系统的人员带来诸多问题。从软件的整个发展来看，可以分为以 下几个阶段： ( 1 ) 程序设计阶段 软件发展的早期阶段( 2 0 世纪5 0 年代初至6 0 年代中期) 为程序设计阶段。在 这个阶段，软件产品还刚刚起步，程序全部是用机器语言编写的。硬件通常用来执 行一个单一的程序，而这个程序又是为一个特定的目的而编制的软件的通用性是 很有限的。大多数软件是由使用该软件的个人或机构研制的，软件往往带有强烈的 个人色彩，其开发也没有什么系统的方法可以遵循，软件设计是在编程人员的头脑 中完成的一个隐藏的过程，除了源代码外，往往没有软件使用说明书、软件设计报 告等文档。 为了改变机器代码编程的困难，有人提出用符号代替机器代码编程( 汇编语言 的萌芽) ，随即出现了正规的汇编语言。1 9 5 6 年j b a c k u s 设计并实现了第一个高级 程序设计语言f o r t r a n ，开辟了程序设计自动化的新局面。由此可见，“程序设计自 动化”这个问题推动了软件的发展。 ( 二) 程序系统阶段 q 生垡主塑型z q 生垡苤麴趁墼鲑蕉垦数蕴三险壁：查垒遵捏压途让：垄旦应丞 华中科技大学博士学位论文 统中引入了人机交互的新概念，交互技术打开了计算机应用的新世界，使硬件和软 件的配合达到了一个新层次，出现了实时系统和第一代数据库管理系统。在这一时 期软件开始作为一种产品被广泛使用，出现了”软件作坊”专职应别人的需求写软 件这一软件开发的方法基本上仍然沿用早期的个体化软件开发方式。 但是随着软件规模的不断扩大，软件开发成本越来越高，维护的难度越来越 大。在软件维护上所花费的人力和物力也不断膨胀，许多个性化特性的软件根本不 能维护，失败的软件开发项目屡见不鲜，于是，出现了“软件危机”。“软件危机” 成为影响计算机应用发展的瓶颈【2 i 。 ( 3 ) 软件工程阶段 软件发展的第三阶段始于7 0 年代中期并跨越了整整十年，被称为软件工程阶 段。在此阶段，以软件的产品化、系列化、工程化和标准化为特征的软件产业发展 起来打破了软件生产的个体化特征，有了可以遵循的软件工程化的设计原则、方 法和标准。分布式系统极大地提高了计算机系统的复杂性，广域网和局域网、高带 宽数字通讯以及对“即时”数据访问需求的增加都对软件开发者提出了更高的要 求。然而，软件仍然只应用于工业领域、商业领域、学术界，应用于个人的很少。 1 4 ) 第四阶段 软件发展的第四个阶段已经不再是着熏于单台计算机和计算机程序，而是面向 计算机和软件的综合应用。计算机体系结构迅速地从集中的主机环境转变为分布的 客户服务器环境以及三层浏览器服务器环境信息高速公路和网络互连已成为人们 关注的焦点，事实上。i n t e r a c t 可以看作是能够被单个用户访问的软件。随着第四阶 段的进展，一些新技术开始涌现。面向对象技术在许多领域中迅速取代了传统软件 开发方法，专家系统、人工智能软件、人工神经网络、遗传算法等技术也逐步进入 了实际应用，并解决了现实世界中大量问题。 表l ，l 给出了软件发展的四个阶段的典型技术4 i 。 表1 i四个阶段的典型技术 阶段第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段 面向批处理多用户分布式系统强大的桌面系统 典有限的分布实时嵌入“智能” 面向对象技术 型、自定义软件数据库低成本硬件专家系统 技软件产品消费者的影响人i ：神经网络 术 并行计算 网络计算机 华中科技大学博士学位论文 1 1 2 软件的特征 软件同传统的工业产品相比，有其独特的特征： ( 1 ) 软件是一种逻辑实体，而不是具体的物理实体，具有抽象性。这个特点使它 与计算机硬件或其它工程对象有着明显的差异，人们可以把它记录在纸上、内存、 和磁盘、光盘上，但却无法看到软件本身的形态，必须通过观察、测试、分析、思 考、判断才能了解它的功能、性能等特性。 ( 2 ) 软件是通过个人的智力活动把知识与技术转化成信息的一种产品，是在研制 和开发中被制造出来的，没有明显的制造过程。软件的成本集中在开发上，一旦研 制开发成功，就可以大量拷贝同一内容的副本。软件故障往往是在开发时产生而在 测试时没有被发现的质量问题，因此要保证软件的质量，必须着重于软件开发过程 的控制与管理。 ( 3 ) 软件在使用过程中，没有“磨损”、“老化”的问题【3 l 。软件在生存周期后期 不会因为“磨损”而“老化”，但为了适应硬件、环境以及需求的变化，软件必须要 进行修改和维护，而这些修改和维护又不可避免的引入错误，导致软件失效率升 高，从而使得软件退化。当维护的成本变得难以接受时，软件就会结束其生命周 期。 ( 4 ) 软件的开发和运行经常受到计算机系统的限制，对硬件和环境有着不同程度 的依赖性。为了解除这种依赖，在软件开发中提出了软件的移植问题，并且把软件 的可移植性作为衡量软件质量的因素之一。 ( 5 ) 软件的开发至今尚未完全摆脱手工作坊式的开发方式，生产效率低。近年 来出现了软件复用技术、自动生成技术和其它一些有效的软件开发工具或开发环 境使得软件开发效率有了明显的提高。 ( 6 ) 软件是复杂的，而且以后会更加复杂。软件是人类有史以来生产的复杂度最 高的工业产品之一。软件涉及人类社会的各行各业、方方面面，软件开发常常涉及 其它领域的专f - j i i 识，这对软件开发人员提出了很高的要求。 ( 7 ) 软件的开发费用越来越高。软件开发需要投入大量的、复杂的、高强度的脑 力劳动，需要较高的成本，风险也大。现在软件的开销已大大超过了硬件的开销。 ( 8 ) 软件工作牵涉到很多社会因素l5 1 。许多软件的开发和运行涉及机构、体制和 管理方式等问题，还会涉及到人们的观念和心理。这些人的因素，常常成为软件开 发的困难所在，直接影响到项目的成败。 1 1 3 软件问题 自丛1 2 生l 曼m 2 1 2 璺扭土的q 匹! 麴出理卮：四土星釜塞：过篡热塾鲑筮星士坌 3 华中科技大学博士学位论文 迅速，取得了许多成果，形成了软件产业结构。但其现状也有不令人满意之处。主 要问题体现在1 6 i i 7 1 ： ( 1 ) 功能不强 这里所谓功能不强并不是指某项具体软件的功能不强，而是指在目前软件技术 的条件下，就总体而论，计算机软件的功能不强。其主要表现在：多数软件缺少智 能，难于处理知识，不少专家系统实际上是存储、检索系统。 ( 2 ) 质量不高 衡量软件质量的定性标准有：功能性、可靠性、可维护性、高效性、可使用性 和可移植性【8 i 。就影响可靠性的决定因素“正确性”而言，经过四十余年的努力，从 “静态检查”、“动态调试”、“测试”到“正确性验证”等，在理论和实践上均未得 到很好的解决。目标系统的可靠性难于保证，正确性难于验证。 缺乏严密有效的质量检测手段，交付给用户的软件质量差，在运行中出现许多 问题，甚至带来严重后果。世界上测试得最透彻的软件，如载人空间计划、阿波罗 8 、阿波罗1 l 、阿波罗1 4 中都发现有软件错误，幸未造成重大事故。对于商用软件 问题也是一样4 i t 9 l 。如何控制和管理软件产品质量是整个软件行业从一开始就面临 的问题。这个问题之所以难于解决是由于软件所处的特殊地位造成的。软件质量 问题急待深入探讨和研究。 ( 3 ) 生产率低 迄今软件开发的主要工作仍然依靠人力，费时低效i 。对于一些商业应用软件 开发项目，常常出现无法按期完成、大大超出经费预算的现象生产效率低，最后 导致项目失败。和计算机硬件的发展速度相比，软件的发展颇不理想。 为解决上述问题，需要采取改进传统技术与发展新技术的方法。随着自然语言 理解与处理技术以及人工智能技术的发展与应用，软件开发过程自动化的技术逐渐 成为解决这些问题的最根本的途径之一【1 4 1 】。国内外许多学者和公司技术人员围绕 软件开发过程中涉及的一些技术和方法展开了深入的研究。一些研究表明：在软件 产品被检查出来的错误中有5 6 的错误根源可以追溯到需求阶段，而在软件产品维 护阶段发现和修改的一个需求分析方面的错误比在需求阶段发现和改正这个错误要 多付出2 0 0 倍的成本i i8 j 【i 。由此可见，软件需求分析作为软件开发过程的第一个阶 段，是整个软件项目成功的核心所在f 2 “，它为其它许多技术和管理活动奠定了基 础。高质量的需求，既可以减少软件开发中的错误，保证项目能满足用户需求还 可以减少修改错误的费用，从而大大缩短软件开发时间，提高软件丌发效率降低 软件歼发成本。 华中科技大学博士学位论文 1 2 需求工程及其研究内容 根据前面介绍的软件开发发展的历程，可以发现2 0 世纪6 0 年代的焦点在于代 码编程，需求分析很少受到重视。7 0 年代，软件开发引入了生命周期的概念，需求 分析成为其第一阶段，软件开发人员开始转为注重设计，8 0 年代关注规范，并形成 了软件工程的子领域需求工程1 2 2 1 。而进入9 0 年代以来，需求工程成为研究的热 点之一，1 9 9 1 年i e e et r a n s a c t i o n so ns o f t w a r ee n g i n e e r i n g 发表了关于需求工程的专 题论文，从1 9 9 3 年起每两年举办一次需求工程国际研讨会( i s r e ：i n t e r n a t i o n a ls y m o nr e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n g ) ，自1 9 9 4 年起每两年举办一次需求工程国际会议( i c r e ： i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c eo nr e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n g ) ，在19 9 6 年s p r i n g e r v e r l a g 发 行了一个新的刊物r e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n g ) ) ，一些关于需求工程的工作小组 也相继成立，如欧洲的r e n o i r ( r e q u i r e m e n t se n g i n e e r i n gn e t w o r ko fi n t e r n a t i o n a l c o o p e r a t i n gr e s e a r c hg r o u p s ) ，并开始开展工作。由此可见，需求工程的研究已经受 到国际计算机界的高度重视。 所谓需求工程是指应用己证实有效的技术、方法进行需求分析，确定客户需 求，帮助分析人员理解问题并定义目标系统的所有外部特征的一门学科。它通过合 适的工具和记号系统地描述待开发系统及其行为特征和相关约束，形成需求文档， 并对用户不断变化的需求演进给予支持。需求工程可分为系统需求工程( 针对由软 硬件共同组成的整个系统) 和软件需求工程( 仅是专门针对纯软件部分) 。软件需求 工程是一门分析并记录软件需求的学科，它把系统需求分解成一些主要的子系统和 任务，再把这些子系统或任务分配给软件，并通过一系列重复的分析、设计、比较 研究以及原型开发等过程把这些系统需求转换成软件的需求描述和一些性能参数。 本文所讨论的是指软件需求工程。 8 0 年代，h e r b 、k r a s n e r 定义了需求工程的五阶段生命周期：需求定义和分析、 需求决策、形成需求规格、需求实现与验证、需求演进管理1 2 3 1 。j a r k e 和p o h l 提出了 三阶段周期的说法：获取、表示和验证【2 ”。近年来，w i 唱e r s 将整个需求工程领域划 分为需求开发和需求管理l l ，需求开发可进一步分为：需求获取( r e q u i r e m e n t s e l i c i t a t i o n ) 、需求分析( r e q u i r e m e n t sa n a l y s i s ) 、编写软件规格说明书s r s ( s o , w a r e r e q u i r e m e n t ss p e c i f i c a t i o n s ) 和需求验证( r e q u i r e m e n t sv e r i f i c a t i o n ) 四个阶段 h 刈“t “。如图1 1 所示。 1 2 1 需求开发 需求开发包括以下几个步骤和内容： ( 1 ) 需求获取 通过与用户的交流归纳和整理用户提出的各种问题和要求，弄清用户企图通 华中科技大学博士学位论文 过软件达到的目的，并把它作为要求和条件予以明确。需求获取的方法一般有问卷 法、面谈法、数据采集法、用况法、情景实例法以及基于目标的方法等1 2 引此 外，还有知识工程方法，如：场记分析法、卡片分类法、分类表格技术和基于模型 的知识获取等。分析人员借助于这些工具和方法，获取对用户需求的基本理解，然 后在需求获取方法驱动和指导下，从非形式化需求陈述中提取出用户的实际需求， 并由此确定软件的功能、性能、接口关系及有关属性、软件条件、限制和边界等， 标定软件的作用范围，确认支持性的软、硬件环境及辅助工具与条件。具体来说， 在需求获取阶段必须做好以下几个方面的内容： 图l - i 需求工程领域层次分解图 确定需求开发过程 确定如何组织需求的收集、分析、细化以及核实，并将它编写成文档，对重要 的步骤要给予一定指导，这样既有助于分析人员的工作，也有利于需求的收集活动 能够有计划、有安排地进行，确保需求获取的进度和质量。 编写项目视图和范围文档 丝目塑图塑整国塞拦查堕塾堑全些直星塑量盈旦拯丕笙丝堡盒墨鲞：逝宣盟堡 6 t ， 华中科技大学博士学位论文 用实例和功能需求都必须符合用户的业务需求。项目视图说明使所有项目参与者对 项目的目标能达成共识。而范围则是作为评估需求或潜在特性的参考。 用户群分类 软件系统的用户在很多方面存在着差异，例如：用户使用软件的频度、应用领 域和计算机系统知识、用户所使用的软件系统特性、所涉及的业务过程、用户在地 理上的布局以及他们的访问优先级等等。根据这些差异，可以把这些不同的用户分 成小组。用户类也可以是其它应用程序或系统接口所用的硬件组件，这些应用程序 和硬件组件可以看成是附加用户类的成员。以这种方式来看待应用程序接口，可以 帮助开发人员确定软件系统中那些与外部应用程序或组件有关的需求。将用户群分 类并归纳各自特点有助于避免出现疏忽某一用户群需求的情况，详细描述出他们的 个性特点及任务状况，也有助于软件系统的设计。 选择用户代表 每类用户至少选择一位能真正代表他们需求的人作为那一类用户的代表并能作 出决策。用户就是身边的职员，这对于内部信息系统的开发是最易实现的。而对于 商业软件的开发，就得在主要的客户或测试者中建立起良好的合作关系，并确定合 适的用户代表。他们