王躍鵬，張春海

　　（中國(guó)海洋大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100）

　　摘要：軟件需求變更是導(dǎo)致軟件項(xiàng)目失敗的主要因素。之前學(xué)者們?cè)诜治鲕浖w系結(jié)構(gòu)的變更風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，體系結(jié)構(gòu)間依賴值的獲取主要是依靠經(jīng)驗(yàn)預(yù)估，而不是基于模塊的進(jìn)一步劃分和相關(guān)耦合參數(shù)的關(guān)聯(lián)推導(dǎo)。針對(duì)這一問題，提出利用DSM和QFD模型對(duì)組件進(jìn)一步細(xì)劃分成粒度更小的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)（類或?qū)ο螅治鰠?shù)間的依賴程度，推導(dǎo)出模塊間的關(guān)聯(lián)度，接著對(duì)模塊開發(fā)順序進(jìn)行重組，從而在一定程度上控制需求變更風(fēng)險(xiǎn)。最后，通過將某公司集裝箱管理系統(tǒng)進(jìn)行模塊切分和重組對(duì)所提方法的可行性和正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。

　　關(guān)鍵詞： 軟件需求變更；DSM；QFD；變更傳播；信息反饋

　　中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.09.022

　　引用格式：王躍鵬，張春海.基于QFD和DSM的軟件需求變更影響分析方法與應(yīng)用［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36（9）：74-77.

0引言

　　近幾十年來，軟件產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，需求巨大，并且軟件規(guī)模迅速膨脹，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，伴隨而來的失敗風(fēng)險(xiǎn)成指數(shù)級(jí)增加。然而軟件需求變更在項(xiàng)目系統(tǒng)開發(fā)上面臨著效率、技術(shù)和管理等諸多問題，越來越被專家和學(xué)者們看作是項(xiàng)目開發(fā)過程中的重要風(fēng)險(xiǎn)來源之一［1］。目前以用戶體驗(yàn)至上的開發(fā)流程愈發(fā)導(dǎo)致需求不斷地變更，因而給軟件項(xiàng)目管理帶來了很多不可控的因素［2］。系統(tǒng)的各種需求與開發(fā)過程中的各種組件是相互映射、緊密聯(lián)系的，這就是項(xiàng)目開發(fā)過程中存在巨大風(fēng)險(xiǎn)的主要原因。然而，軟件體系結(jié)構(gòu)是反應(yīng)系統(tǒng)聯(lián)系和耦合的重要載體。每當(dāng)某些需求變化時(shí)，與之關(guān)聯(lián)的組件就會(huì)受到影響，與被影響組件間接相關(guān)聯(lián)的組件又會(huì)受到傳播效應(yīng)，這就形成了一種變更傳播風(fēng)險(xiǎn)，從而在整個(gè)軟件體系結(jié)構(gòu)中都有可能產(chǎn)生“漣漪”效應(yīng)。Cooper等專家基于依賴控制和數(shù)據(jù)依賴的模型圖對(duì)軟件需求變更影響進(jìn)行了研究和分析［3］。楊鶴標(biāo)和陳震則利用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的理論模型，利用系統(tǒng)中函數(shù)間的關(guān)系概念和函數(shù)關(guān)系圖，提出了面向函數(shù)粒度的程序代碼行變更影響分析模型，并且利用靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析相結(jié)合的研究思路對(duì)需求變更的傳播范圍和影響程度進(jìn)行了測(cè)試［4］。除此之外，DSM矩陣能夠從本質(zhì)上反映系統(tǒng)內(nèi)部模塊間的關(guān)聯(lián)關(guān)系［56］；而QFD矩陣多用來表現(xiàn)外部實(shí)體與系統(tǒng)內(nèi)部組件之間的耦合度。以往學(xué)者們?cè)诜治鲕浖w系結(jié)構(gòu)的變更風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，體系結(jié)構(gòu)間的依賴值還主要是靠經(jīng)驗(yàn)獲取或預(yù)測(cè)，而不是基于模塊的進(jìn)一步劃分和相關(guān)參數(shù)耦合關(guān)聯(lián)推導(dǎo)，因此，本文基于專家學(xué)者已發(fā)表的需求變更評(píng)估模型，嘗試通過對(duì)模塊進(jìn)一步劃分成一個(gè)個(gè)具體的關(guān)鍵參數(shù)（類或?qū)ο螅约巴ㄟ^參數(shù)的依賴程度推導(dǎo)出模塊間的關(guān)聯(lián)度，最后再通過模塊開發(fā)順序的重組來控制需求變更風(fēng)險(xiǎn)［7］。

1信息傳遞與QFD質(zhì)量功能矩陣

　　QFD矩陣表示質(zhì)量功能展開，又叫質(zhì)量屋，主要表示需求空間與體系結(jié)構(gòu)間的映射關(guān)聯(lián)關(guān)系。QFD作為一種設(shè)計(jì)階段的映射方法，著重于系統(tǒng)需求與軟件體系結(jié)構(gòu)間的匹配和映射。

　　如圖1所示，矩陣的行表示某需求由哪些組件實(shí)現(xiàn)，矩陣的列表示該組件(模塊)的變動(dòng)所影響到的所有需求。因此，構(gòu)建出需求與軟件體系結(jié)構(gòu)之間的 QFD 關(guān)系映射，可以分析出當(dāng)一個(gè)或多個(gè)需求發(fā)生變更時(shí)會(huì)直接影響到的組件。

2基于QFD和DSM的影響分析方法

　　研究過程和實(shí)施步驟如下：

　　(1)通過對(duì)用戶需求分類和評(píng)估，最終由用戶確定每個(gè)需求的重要度，即權(quán)重值。其中用戶需求重要度的確定采用了粗糙集理論［8］。

　　(2)構(gòu)造需求和模塊對(duì)應(yīng)的QFD映射矩陣，根據(jù)模塊所影響的功能點(diǎn)歸納出每個(gè)模塊(組件)的重要度：

　　Q（χ）=∑ni=1(m×ki)(1)

　　其中，Q(χ)代表組件χ的重要度; ki表示需求的重要度權(quán)值；m是依賴值。

　　(3)模塊(組件)都是由一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)(類或?qū)ο?組成的，構(gòu)造出組件參數(shù)QFD矩陣，根據(jù)模塊對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的依賴程度和模塊的重要度權(quán)值推出模塊間的自相關(guān)性，即軟件體系結(jié)構(gòu)DSM矩陣。

　　DSM(i，j)=∑nk=1(ωk×Ij→i×QFD(j，k))/∑nk=1(ωk×QFD(i，k))(2)

　　其中,K是關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的個(gè)數(shù)， Ij→i表示設(shè)計(jì)參數(shù)P對(duì)組件i和j有無制約關(guān)系，若無制約關(guān)系，則Ij→i=0，反之，Ij→i=1。

　　QFD(i，k)是QFD中第i行、k列的值，依賴度QFD(i，k)取值越大， 表示組件i與設(shè)計(jì)參數(shù)P之間的依賴關(guān)系越強(qiáng)，即設(shè)計(jì)參數(shù)P的變化會(huì)引起組件i較大程度的變化，反之，則表示對(duì)組件i的影響較弱［9］。

　　(4)上面得到的DSM矩陣只反映出了模塊間的直接影響，然而模塊間可能會(huì)存在著間接影響，例如A→B , B→C , 那么A對(duì)C也是有著傳播影響的，即模塊間的變更傳播所造成的影響。由此構(gòu)造出完整的DSM相關(guān)性矩陣，反映出軟件體系結(jié)構(gòu)的累積變更影響。

　　DSM(i，j)=∑∞m=1Ri,j(m)(3)

　　其中Ri,j(m)表示m階傳播影響［10］。

　　(5)通過模塊重組減少反饋信息，降低模塊變更的頻率和影響范圍，從而控制變更風(fēng)險(xiǎn)。

3應(yīng)用舉例

　　本文結(jié)合青島某公司集裝箱物流管理系統(tǒng)來驗(yàn)證該方法控制項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的可行性。該信息化系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)需求：（1）財(cái)務(wù)管理，包括付款管理、財(cái)務(wù)審核、賬務(wù)管理等；（2）客戶信息管理模塊；（3）訂單模塊;（4）停港靠港信息錄入和導(dǎo)出;（5）統(tǒng)計(jì)查詢，包括各類詳細(xì)數(shù)據(jù)的查詢、計(jì)算、導(dǎo)出和預(yù)估;（6）系統(tǒng)設(shè)置，包括用戶角色管理、 權(quán)限管理、密碼修改等；（7）信息導(dǎo)入導(dǎo)出模塊。

　　(1)通過與客戶不斷地深入溝通和交流，對(duì)需求進(jìn)行分類和歸納，最終由客戶確定每種需求的優(yōu)先級(jí)或重要程度，如圖2所示。

　　(2)構(gòu)造出需求組件的QFD矩陣，如圖3所示，然后再根據(jù)組件所影響的需求個(gè)數(shù)和每種需求的重要度推算出組件的重要度或權(quán)重值，如圖4所示。

　　(3)將組件進(jìn)一步拆分成粒度更小的類或?qū)ο蟛?gòu)造出組件參數(shù)QFD矩陣，如圖5所示。由于組件都是由一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)(類或?qū)ο?組成的，根據(jù)模塊對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的依賴程度和模塊的重要度權(quán)值推出模塊間的自相關(guān)性，即軟件體系結(jié)構(gòu)DSM矩陣，如圖6所示。

　　本文暫時(shí)只考慮制約依賴關(guān)系，暫時(shí)不考慮其中的非制約依賴關(guān)系。

　　(4)上面得到的DSM矩陣只反映出了模塊間的直接影響，然而模塊間可能會(huì)存在著間接影響，例如A→B, B→C , 那么A對(duì)C也是有著傳播影響的。因此，需在上步得到的DSM基礎(chǔ)上計(jì)算出累積變更影響矩陣DSM，如圖7所示。

　　圖7表示組件間的累計(jì)變更傳播矩陣，由上文中的公式（3）推出，表中影響值R(i,j)≤0.02的并沒有計(jì)算在內(nèi)，這種影響值微乎其微，可忽略不計(jì)。

　　(5)需求變更始終都會(huì)存在，真正的需求變更風(fēng)險(xiǎn)體現(xiàn)在：當(dāng)某需求變動(dòng)之后會(huì)影響相應(yīng)的模塊組件，形成一種強(qiáng)烈的反饋和返工，反饋會(huì)帶來很大的成本投入和失敗風(fēng)險(xiǎn)，因此合理調(diào)整模塊的開發(fā)順序，通過模塊重組減少反饋（設(shè)計(jì)迭代），降低模塊變更時(shí)的反饋和傳播風(fēng)險(xiǎn)，從而控制變更風(fēng)險(xiǎn)。圖8所示為模塊重組后的DSM矩陣。

　　(6)最后利用仿真方法來評(píng)估模型改善后的效率和影響［1113］，在做仿真時(shí)，各功能的學(xué)習(xí)率取值0.7~0.8，分別將優(yōu)化前后的重組順序執(zhí)行300次仿真計(jì)算，結(jié)果如圖9~圖10所示。結(jié)果顯示，與優(yōu)化前相比，優(yōu)化后項(xiàng)目開發(fā)總成本的均值和離散范圍進(jìn)一步縮小，這表明本文提出的優(yōu)化模型有助于縮短項(xiàng)目周期、控制成本，并降低項(xiàng)目失敗風(fēng)險(xiǎn)。

4結(jié)束語

　　本文在現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)分析模型的基礎(chǔ)上，將需求和系統(tǒng)組件聯(lián)系起來的同時(shí)把組件劃分成粒度更小的更容易把控的類或?qū)ο?，從而根?jù)依賴強(qiáng)度的大小推算出組件間的關(guān)聯(lián)度，然后再根據(jù)依賴順序?qū)⒛K的開發(fā)順序重組從而降低系統(tǒng)迭代和反饋，最后，對(duì)優(yōu)化后的模型方法進(jìn)行仿真評(píng)估，結(jié)果表明新方法可進(jìn)一步準(zhǔn)確地預(yù)估組件間的聯(lián)系，在一定程度上降低了需求變更所帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

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