COSYSMO:一個系統工程造價模型BarryW.Boehm,DonaldJ.Reifer,RicardoValerdi南加州大學軟件工程中心941W.37thPlace,SALRoom328

LosAngeles,CA90089-0781

(213)740-8163boehm@,dreifer@,rvalerdi@摘要融合了系統工程和軟件工程兩門學科的建筑，坐落于南加州大學（USC）的軟件工程中心（CSE），成為了第一個嘗試發展評估系統工程造價的參數模型。這個模型，我們稱之為COSYSMO（建設性的系統工程造價模型）的目的，是為了能更精確的評估在執行由ISO/IEC15288所定義的系統工程相關任務時的效率。本篇文章描述了在過去兩年中USC及其合作子公司、INCOSE測量工作小組在創建COSYSMO最初設計時進行的工作。本篇文章聚焦于建立此模型必須做的工作，描述了這個模型的建立過程，總結了它的初始結構，確定了它的規模及模型設計過程中的一些被認為比較重要的成本因素。這些內容由一系列的德爾福及其衍生體系所定義，關于這些定義也要求專家給出了他們的看法。本篇文章最終通過總結這些德爾福及其衍生體系的結果，以及保證系統工程學院對COSYSMOIS項目能順利進行的一些更深入的討論，做出了總結。介紹對大型項目的系統工程管理工作，不論其是否屬于商業盈利性質，已經變得越來越重要，特別是隨著系統越來越大也更復雜的情況下。為了減少投資的風險和保證工期，必須協調系統工程組織，在整個系統的生命周期里管理驅動因素以使項目保持運作。同樣的，一個大型項目，如果沒有進行一個有效的系統工程實踐，也沒有運用比如聯合軟件工程的方法，那將會很難成功【Boehm1994】。當前釋放的軟件能力成熟度模型集合V1.1（CMMI?）正是描繪了這樣一個成果，它致力于將系統工程和軟件工程過程的結合。這兩門學科集成的好處是顯而易見的，但是還是需要做少量的工作以便將它們在某種程度上交織在一起，充分發揮它們協同合作的優勢。在驗證軟件和系統工程的復雜聯系，描述在將來的系統項目中軟件工程所扮演的重要角色方面，已經有人做了一些研究【Boehm1994】。這項研究得出了這樣的結論：一個大型軟件工程項目不能脫離與其相關的系統工程方面的工作而單獨存在。當前的系統工程評估技術，比如自變量（CAIV）的預算，預算設計（DTC），和整個項目生命周期的預算（TLCC），都結合了以作業為基礎的成本計算技術。正是因為如此，這些技術并沒有十分明確的區分其和軟件工程的不同。這也衍生了這樣一個評估系統，這個系統可以繞開一系列大量的計算，而那些需要和工程規范相交互的工作任務將被遺棄。模型的發展在提高成本估算精度、提升領域理解以達到提高生產率目的的趨勢下【Boehm,etal2000】，COSYSMO作為其中的一部分，它評估了一個工程的成果及工期，這個工程是基于已經被證實對預算有很大影響的參數化的驅動因素的各個方面。根據投資人的投入，它運用了ISO/IEC15288標準貫穿整個系統生命周期進程，這個進程也將作為整個系統工程活動的基礎。通過運用一個被證明了的模式發展過程，這個團隊創造的COSYSMO成為了整個COCOMO軟件成本評估模型家族最新的一員。和之前其他COCOMO軟件成本評估模型一樣，COSYSMO也運用了七步建模方法，這個方法在《SofewareCostEstinationWithCOCOMOII》（Boehm，Reifer，etal.2000）一書中做了概述并在本文圖1中做了闡釋。＜圖1，七步建模方法論〉在2000年，南加州大學附屬機構確定了建立一個精準的系統工程造價評估模型是他們目前最迫切的需要。作為回應，南加州大學組織了一個志愿者團隊來發展這個模型，這些團隊的成員是來自各個商業貿易公司（如摩托羅拉,Rational，施樂等公司），航天公司（如洛克希德，雷聲，天合汽車燈公司）以及政府組織（如美國國防部，聯邦航空局，美國天空總署等）的專家。在圖一中展示了他們參與整個流程的過程。過程的第一步涉及審核相關文獻，確定現有的成本預算模型如何區別傳統系統工程造價評估。我們發現絕大多數的建模工作，截止目前，都依靠啟發式規則或經驗法則來進行系統工程活動。大多數我們在這段時間進行實地調查的公司，他們所進行的自下而上的預算工作都是依靠他們的工程師憑借其經驗來完成。這些依靠經過實際驗證的評估經驗進行的評估工作最終匯總成為最高階段的評估結果。而在這樣的一個由團隊和組織所共同進行的大型項目中，本應有的協同作用，系統激勵甚至是因協作產生的混淆都在這次評估中發揮了很小的作用。結論是，管理者在這場評估中給予了其他參與者很小的信任。第二步，緊接著進行一項行為分析。我們要求來自我們團隊組織的不同專家幫助我們確定一些他們認為對系統工程預算最敏感參數及其變化范圍。隨后我們得到了大量的輸入參數，但這些參數的一致性很有限，主要是因為存在各種各樣的系統工程的術語。為了開發一個共同愿景并完成這項任務，我們在2000年秋季引導完成了眾多分布在南加州大學的工作室中的第一個。在這個工作室中，我們努力使術語制定，模型范圍，工作內容等方面達成統一，并在預算和規模驅動因素，參數范圍上達成一致。這個工作室成功的為模型的建立搭好了一個原始框架，使我們的團隊能開始轉移工作方向，（見圖二，闡述了一個系統工程活動的層次系統）將模型演化為數據以便專家給出可行或者不可行的意見。〈圖CCOSYSMO演化路線＞在第二年，我們隊伍的成員共同確定了各種參數的定義并將注意力聚焦到最困難的驅動因素上：規模指標。盡管我們的專家都認為這種需求的數量將暗示整個系統工程進度的規模，但它只是必要條件而非充分條件。還涉及另外一個指標，它是牽制接口需求和經營理念文件所不可或缺的。隨著團隊進一步挖掘，我們發現想要確定剛才所提到的這些指標的權重并不是很簡單的任務。在有些領域中（比如傳感器系統，它依靠傳感器的數量驅動；而控制與命令系統則依靠執行器的數量來驅動），有些系統工程的實施都會影響這些指標的選擇，就像一個組織執行一個任務會不斷的加入新的成員和組織一樣，不出意外的，所有這些驅動因素的數目和模型的演變過程都將進入到這項工作。作為和行為分析同時進行的一項工作，我們想繼續確定各項指標參數，專家認為這些指標對于整個系統工程預算及工期有重大意義。挑戰在于對系統工程前景的不同判斷。為了解決這個問題，我們借助了一個個例作為示范系統：一個衛星地面站【Aerospace1996】，并將其作為討論的通用參考。成功的運用這個示范系統使我們在課題組成員在被認為最能影響系統工程造價、進度、風險的指標方面達成了一致意見。團隊進一步用這樣的方法幫助我們定義這些指標，而用戶則可以在自己的系統中修改這些指標。作為我們的第四步，我們主導了一項基于德爾福軟件的項目的實施以達成組意見一致并證實我們的初步研究成果。多頻帶德爾福軟件被定義為一個功能強大的工具用以使我們的小組在涉及各種復雜的參數標準計算方面達成一致意見。【Boehm1981】我們用它來運行我們的初步研究成果并達成共識，并和我們的專家在參數評定方面達成共識。COSYSMO的德爾福軟件運行工作調查，在2001年12月進行，得到了共28項結果。這項調查的目的有：1，從系統工程專家給出的范例中達成一個共識；2,從工作分類中確定各種工作的分布計劃；3,得出系統工程規模的預期值；4,從項目的各種成本驅動因素中確定最重要的部分；5,幫助我們縮小建模因素的范圍。作為德爾福工作的一部分，工作還涉及到多個分布式的針對工程師可以聚焦的一些值的調查。從德爾福工作演變而來的模型結果可以由以下的方程式來表示：Effort=AHe,（Size）p其中A二校準常數。Ci=不同的成本驅動因素。P二冪數（經濟體或非經濟體的規模）。Size=所預測項目規模經計算的平均值。由德爾福軟件所得出的結果在圖三中做了說明。我們根據其影響對這些預測值排了順序，那些將會對整個系統工程工作產生巨大影響的因素（算法的數量和接口的數量）放在圖三的右側。結果讓我們有點吃驚，因為我們最開始認為需求才是對模型規模影響最大的因素。就像軟件的前期準備工作【Boehm,Reifer,etal.2000】是由預測的經過加權的平均值得到的。＜圖三，COSYSMO德爾福軟件計算第一階段的結果〉在圖三（b）和（c）中，專家所預測的將會對整個系統工程預算產生重大影響的四種成本驅動因素列在了表格的右側（服務需求的水平，個人能力，對需求的理解和對結構的理解）在COCOMOII模型中，這些驅動因素被用來校正工作量以反映產品、平臺、個人和工程因素，這些因素對成本和工期的影響也被展示出來。我們應該注意到，稍后在文章中描述的這些驅動因素和最初在德爾福的研究中用到的有些區別，這是因為隨著研究的進展，更多的人加入了我們的系統工程研究團隊，模型也隨之發生了變化。在2002年的春天，我們開始和國際系統工程學會測量工作小組合作，同時，國際系統工程協會認為我們的COSYSMO模型傾向太過于軟件化的發展方向，對大多數系統工程任務并沒有起到適當的示范作用。盡管如此，他們依然覺得我們的努力使非常重要的并幫助我們改善這個模型以彌補他們所發現的不足之處。這些改變幫助我們在對整個團隊進行概念闡釋時更易于被接受。除了這些努力，國際工程學會的成員還積極的尋求國際工程學會的成員公司以從人力，資源和數據上來支持我們COSYSMO模型。模型架構當前的COSYSMO模型的可操作模式見圖四。如前所述，規模驅動因素（預測值）和預算驅動因素（多重施力因素），是一隊由系統工程領域、軟件工程領域、和成本預算領域的專家通過德爾福軟件項目的實施得出的。對這16個驅動因素中每一個的定義（可能不是最終定義）嘗試覆蓋所有對系統工程實施與工期評估影響最大的各個方面的因素。每個驅動因素都反映了在項目精簡優化期間專家所分配的影響力和改變的范圍。其中規模驅動因素包括一系列變量，這些變量涉及四個因素。例如，它可以被用來整理需求的數量以在評估的公式化過程中確定它們是否定義模糊，非固定甚至不為所知。成本驅動因素，也被稱作多重施力因素，包括可能出現在一個工程中作為工期提前或延后一部分的工期驅動因素。這個工期驅動因素允許用戶增加工作量來反映在項目相關因素的工期改變的壓力。〈圖四，COYSMO運作理念＞如圖四所示，共有16個驅動因素影響整個系統工程活動的進展和工期。這其中的四個被用來預測工程活動的規模，其余的12個則根據對成本敏感的一些指標對項目的執行進行調整。現在模型中的這四項規模驅動因素在表一中做了定義。我們應該注意到我們最開始時有7個規模驅動因素，但對其中的重疊及混淆部分做了刪減變成了4個。〈表1，當前COSYSMO規模驅動因素＞如表格II和III中所總結，這12個成本驅動因素(五個應用因素和七個團隊因素)被用來代表多重施力因素。這個列表經過了多次修改以對那些專家認為將會對成本及工期產生最大影響的指標進行統一。〈表II當前COSYSMO成本驅動因素應用因素＞〈表III當前COSYSMO成本驅動因素團隊因素＞我們現在進行到了之前在圖一中所闡述的步驟的第五步。在這一步中，我們會收集項目數據，并用這些數據來證實或者否定我們專家的各種意見。這是非常重要的一步因為這可以使我們標定整個模型以及它的規模和成本驅動因素。我們今年的目標就是統計至少30個項目的數據，這些項目都收集了系統工程的信息。30個是我們認為能做出一個正確標定的數據量的最小值。結論隨著系統的建立，工程規范也變得不再獨立，取而代之的，它們在解決客戶實際問題時互相影響。評估這些工作的成本也同樣重要，為了減少成本及工期延長的風險，總的工程活動必須精心管理，協調運行，并在整個系統開發生命周期得到有效的管理。本篇文章的目的是對COSYSMO模型的發展過程、驅動因素的確定、和未來將面對的挑戰做一個深刻的剖析。我們的努力已經證實我們的系統工程師和軟件管理者可以利用系統工程模型對工程的進展和工期進行精準的評估。我們的貢獻，COSYSMO,正是成為了這樣的一個模型。它的參數化的計算公式不同于其他當前啟發式的計算模式，基于實際項目的數據使得工程師和管理者可以利用COSYSMO模型來預測開支并贏得這場預算的戰斗。盡管我們已經從我們的努力中得到了很多成果，我們依然面臨巨大的挑戰。我們希望能繼續和系統工程參與者和國際系統工程協會深入合作以得到更精確和可適應性更強的模型。他們的洞察力和建議可以幫助我們鞏固概念，使我們應用的術語更易于被人接受。我們計劃繼續報告我們的研究現狀和進展，我們所追求的是我們的研究成果能夠更深的影響成本估算和系統工程領域。參考文獻Boehm，B.《軟件工程經濟學》，Prentice-Hall,1981.Boehm，B.《集成化軟件工程和系統工程》,TheJournalofNCOSE,VolumeI,No.1,July-September1994,pp.147-151.Boehm,B.,Reifer,D.,etal.《基于COCOMOII的軟件成本估算》，Prentice-Hall,2000.ISO/IEC15288:2002(E),《系統工程和系統生命周期進程》，第一版，2002.《衛星控制參考標準段建筑》，航太公司，空間系統小組，1996.插圖和表格

插圖說明:圖一：七步建模方法論圖二：COSYSMO進展路線圖三：COSYSMO德爾福軟件計算一期結果圖四：COSYSMO經營理念分析現有文獻執行行為分析識別祖關重要性分析現有文獻執行行為分析識別祖關重要性執行專業評宙，德爾福評估統計工程數據確定bavesianA-pos統計工程數據確定bavesianA-pos匚。riuri更滯統計更至數據.完巷模型7圖1.七步建模方法論圖1.七步建模方法論表1.當前COSYSMO模型規模驅動因素系統需求的數目系統需求的數目取決于系統的規格。所謂的需求是對包含規范的能動性的能力或者屬性的陳述。它可能是一種函數或者一種自然需求所衍生的系統服務，這些都依賴于為達到規格所執行的方法。通過計算適用的系統能動性或營銷規格可以將這些系統需求進行典型的量化。主要的接口數目在系統組件或者功能（內部接口）和那些外部系統功能（外部接口）物理及邏輯的主要邊界上所共享的接口數目，這些接口通常可以被量化，通過計算由系統環境圖或者應用接口控制文檔表標注的重要的接口數量來確定。操作方案的數目一個系統的可操作方案的數目需求需要按規定來滿足。這樣的過程通常會導致點對點的測