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需求工程过程改进研究 (陕西 xxxx有限公司，xx xxxx)摘要: 需求工程过程改进是提高需求质量的重要手段。基于能力成熟度模型集成框架，建立了需求工程过程参考模型。该模型定义了需求过程的 4 个能力等级，提炼了约 40 个需求实践。基于参考模型探索了需求过程能力评估方法和过程改进策略。 关键词: 过程改进；需求工程； 能力成熟度；模型集成 Abstract It is an important approach to improve the quality of requirements through process improvement of requirements engineering. A process reference model of requirements engineering is established based on CMMI. The model defines four capability levels and about 40 practices of requirements process. The appraisal method of requirements process capability and the policies of process improvement are explored. Key words process improvement; requirements engineering; capability maturity model integration (CMMI) 过去 10 多年里，过程改进思想、方法和应用成为软件/ 系统工程领域的研究热点。国际标准化组织、美国卡内基梅隆大学软件工程研究所(SEI)分别发布了各自的过程改进 标准 ISO/IEC 15504 和能力成熟度模型(CMM)，还广泛应 用于软件开发、系统工程、集成产品开发等领域。需求定义 作为软件开发、系统工程的首要问题，其质量问题对于整个 项目的成功实施具有深远和重要的影响。目前多数组织都还 不能够有效地开展需求工程，致使需求的质量不稳定，经常影响项目的成本和进度，严重的导致项目下马。 早先的 CMM 中，只有需求管理这一关键过程域， 需求开发方面的描述较少。 Sommerville 和 Sawyer 等在对多个企业调研基础上，提出了改进企业需求工程过程的 REGPG 方法 1 Sawyer P, Sommerville 1, Viller S. Improving the Requirements ProcessC/ Proceedings of the 4th International Workshop on Requirements Engineering Foundations for So仇ware Quality, Pisa, ltaly. 1998: 71-85 ，确定了涉及需求工程全过程的 66 个实践活动，并且定义了 3 个过程能力层次。 在 SEI 最新发布的集成能力成熟度模型 2 CMMI Product Team. CMMISM for Systems Engineering, Software Engineering, Integrated, Product and Process Development, and Supplier Sourcing Vl.l. Continuous RepresentationR. Tech. Rep.: CMU/SEI-2002-TR-Oll, ESC-TR-2002-011, 2002. 中，综合了组 织中的各种过程改进活动，建立了统一的过程改进框架；同 时定义了需求开发和需求管理” 两个过程域，全面覆 盖需求工程活动。 Beecham 3 Beecham S, Hall T, Britton C, et al. Using an Expert panel to validate a Requirements Process Improvement Model J. Journal of System and Software, 2005, 76(3): 251-275.， OIsson 等根据各自领域的需求实践，也提出了类似于 CMM 或 CMMI 的需求工程过程改进模型。 CMMI 已成为过程改进的事实标准，但应用于提高企业 需求工程过程能力时，存在需求实践相对粗略的问题，不能有效地指导过程改进，本文结合 REGPG 等研究，重新提炼 需求过程的实践活动，建立面向需求工程领域的过程能力模型。 1 CMMI 框架 过程改进首先要选择一个过程模型作为参考标准，通过对比找出现有过程的差距，再进行过程改进。 CMMI 提供了 比较成熟的并得到广泛认可的过程模型框架。 如图 1 所示，模型要素有: 过程域，特定目标，特定实践，通用目标，通用实践，能力级别等。其中，过程域是起主要组织作用的要素， CMMI1.1 版中共有 25 个过程域，它们划分为过程管理、项目管理、工程和支持 4 个类别。每个过程域中都有一些特定目标和通用目标，指示过程域实施的 目标。实践提供做什么的指南信息来帮助达到该过程域 的目标。特定目标和特定实践只应用于某一个过程域，体现 该过程域的具体特点，而通用目标和通用实践适用于多个过 程域，体现组织执行过程的一般属性。图1 连续表示的CMMI 模型框架 连续表示的 CMMI 模型采用离散能力级别 05 来描述过程域，指示过程被定义、管理、度量和控制的程度和效率。 每个能力级别包含一组目标和实践，执行实践并实现目标就达到相应的能力。处在低能力等级的实践称为基础实践，是实现过程目标所必须的活动；处在高能力等级的是先进实践， 是为了更好地执行、改进过程所需的活动。 一般来说，先进实践的执行需要以基础实践为基础，其活动更为复杂，涉及先进方法、技术的支持，存在较多的不 确定性因素，需要进行详细、精确的描述和定义。2 需求工程过程参考模型 2.1 需求分析 需求分析是软件开发的基础和前提，也是最终目标软件验收的标准，它可以避免或者今早的剔除早期的错误。虽然在可行性研究阶段，我们也进行了用户需求的分析，但是只是粗略的进行了分析，很多的细节部分都被忽略了，而需求分析比较详细了对用户的需求进行了分析，更加精确、细致的回答了目标系统必须做什么。通常我们在进行软件开发的过程中，往往由于需求分析的不足，而最终导致项目的失败。据统计，超过60%的失败项目都是由于项目需求不明确或错误造成的，由此可见，对软件进行需求分析是很有必要的。需求分析主要有4大任务：1）确定系统的综合需求：功能需求、性能需求、可靠性和可用性需求、出错处理需求、接口需求、约束需求、逆向需求、将来可能提出来的需求（可扩展性）等。2）分析系统的数据要求：由于我们的软件系统一般都是对一系列数据或者信息进行处理，因此在软件开发的过程中，对系统运行过程中涉及到的数据进行分析也是很重要的。通常我们通过对数据进行建模来分析，即E-R图。3） 导出系统的逻辑模型：在需求分析中，我们可以通过一系列的模型来导出系统的逻辑模型，以方便我们对系统有一个更加直观的了解。通常涉及到的模型有：功能模型、数据模型、行为模型、算法逻辑模型等。4） 修正系统的开发计划：在可行性分析阶段的最后我们制定了一个开发计划，在进行需求分析后，我们可以根据我们分析的结果对开发计划中不合理的部分进行修正。2.2 过程能力等级 过程能力等级是需求工程过程模型的总体说明，为企业提高自身的需求过程能力起到了指南作用。考虑到当前大量 组织的需求过程能力都较低，定义高能力等级没有实际意义， 本文采用 4 个等级来定义需求过程的能力，如图 2 所示。定义的不完整、己执行、“己管理和己定义 4 个能力等级与 CMMI6 个等级中的前 4 个级别对应。图2 需求工程过程能力等级图2.3 需求工程过程实践 需求工程实践是需求工程过程模型的关键要素，是评估、 改进过程能力的主要对象。在 CMMI 标准中，需求工程分为 需求开发和需求管理两个过程域，为简单起见，把 二者合并成一个需求工程过程域。通过映射和重新提炼， 定义了约 40 个需求过程实践，并根据特定目标分成 5 组，即 获取需求、分析需求、描述需求、验证需求和管理需求”， 如图 3 所示。图 3 中每个实践之前的数字表示实践 所处的过程能力等级。图3 需求工程过程的目标与实践 本文主要根据以下原则来确定实践所处的过程能力等级: (1) 如果该实践是完成需求工程过程特定目标所必须的， 则该实践为基础实践，即所处能力等级为 1。该等级的实践 主要描述了过程必须做什么 。(2) 如果实践起到了规范基础实践执行的作用，是对执行需求开发过程的计划、控制和评估，则所处等级为 2。该等 级实践描述了过程如何做得规范，保证质量”。(3) 如果实践对于整个过程改进具有重要意义，并影响到组织内的其项目，则所处等级为 3。3 评估与改进 3.1 过程能力评估 通过比较现有需求工程过程与过程参考模型之间的差 别，可以评估现有过程的能力水平。具体而言，首先以调查表、面谈等方式收集组织中需求相关实践的执行情况；然后， 与过程参考模型中的实践进行映射和比较，统计各能力等级 下实践的执行情况；根据统计结果判定当前所处的能力等级。 根据本文定义的需求工程过程参考模型，当己执行级的 基础实践被全部规范执行时，需求工程过程达到己执行 能力等级，否则，需求过程处在不完整能力等级;当执 行了全部的己管理级实践时，需求工程过程达到己管理能力等级；当执行了全部的己定义级实践时，需求开发工程达到己定义能力等级。3.2 过程改造策略 确定了组织需求过程所处的能力水平后，可以通过引入新实践或提高已有实践的性能，实现过程的改进。首先要明 确过程改进的目标；然后分析组织的资源条件，确定过程改 进的主要内容和手段。要遵循渐进的过程改进策略。一般来说，按照由低到高、先规范后引入的顺序逐提高过程能力，