增量承诺螺旋模型

本书由资深系统工程专家撰写，精妙之处在于它描述了在成功开发和购买高效、灵活、价格合理且符合利益相关方需求的复杂系统时的一种增量式功能决策路径，可直接作为参与软件密集系统的开发、采购和管理的人员的必读书目。本书分为四部分。在正式介绍（ICSM）前，首先用导论引出构造ICSM的原理以及对ICSM基础知识和使用的完整概述。第一部分（1~4章）通过成功和失败的具体案例，深入阐述了ICSM的4条关键原则。第二部分（5~8章）和第三部分（9~10章）详细解释了ICSM的阶段和时期，为ICSM的过程生成提供了框架。第四部分（11~15章）着重介绍了如何将ICSM应用到实际应用中。此外，附录提供了专门为ICSM活动开发的工具、ICSM与广泛使用的过程模型和标准之间的对应关系的附加信息，以及全面的参考书目。

Barry Boehm于1978年在TRW开发了螺旋模型的概念版本，到1981年，他就成功地运用这一模型，领导了TRW企业软件开发环境的开发。从这一模型在1988年正式发表以来，他和同事们进行了大量的努力，经过多个中间版本，对其进行完善，并发展出ICSM。Boehm博士是南加州大学计算机科学、工业和系统工程及航天学特聘教授，TRW软件工程教授；美国国防部－史蒂文斯学院－南加州大学系统工程研究中心首席科学家；以及南加州大学系统和软件工程中心的创始董事。他在1989～1992年任美国国防部高级研究计划局信息科学技术办公室（DARPA-ISTO）主任，1973～1989年任职于TRW，1959～1973年任职于兰德公司，1955～1959年任职于通用动力。Boehm博士是计算（ACM）、航天（AIAA）、电子（IEEE）、系统工程（INCOSE）以及精益和敏捷开发（LSS）主要专业组织的成员，也是美国国家工程院的成员。

  译者序
本书赞誉
序
前言
关于作者
开场白2
第0章导论5
0.1变化的世界5
0.2创建成功的21世纪系统7
0.2.1何谓成功7
0.2.2为什么成功越来越难实现8
0.3精炼的ICSM12
0.3.1原则胜过图表12
0.3.2应用ICSM的隐喻13
0.3.3ICSM图表和视图13
0.4使用ICSM19
0.5逐步采用ICSM方法21
0.6ICSM使用示例21
0.7ICSM如何帮助复杂的政府采购22
参考书目24
第一部分ICSM的4条原则
第1章原则1：基于利益相关方价值的方针29
1.1失败的故事：用“太好”的路面评估机器人30
1.1.1项目背景30
1.1.2项目执行30
1.1.3最终结果31
1.1.4主要的教训31
1.2成功的故事：Hospira下一代静脉医用泵33
1.2.1Symbiq探索阶段摘要34
1.2.2Symbiq评价阶段摘要34
1.2.3Symbiq基础阶段摘要35
1.2.4Symbiq开发阶段系统工程摘要36
1.3系统成功基本定理及其意义37
1.4系统成功实现定理及其意义38
1.4.1识别所有关键利益相关方38
1.4.2理解每个利益相关方对“赢”的看法39
1.4.3让SCS协商一组双赢的产品和过程计划40
1.4.4控制SCS双赢实现和变化适应的进展42
参考书目43
第2章原则2：增量承诺和可审核性44
2.1失败的总量承诺项目：美国银行的MasterNet46
2.1.1案例研究历史46
2.1.2与ICSM原则的关系47
2.2成功的增量承诺项目：TRW软件生产率系统48
2.2.1启动：探索阶段49
2.2.2SPS探索阶段51
2.2.3SPS评价阶段52
2.2.4SPS基础阶段52
2.2.5总体项目成果53
2.3两个不确定性圆锥与ICSM的第1和第2时期53
2.4备选的增量和演化开发模型55
2.5像C2ISR一样开发58
参考书目60
第3章原则3：并发多学科工程61
3.1失败的故事：顺序的RPV系统工程和开发63
3.2成功的故事：并发竞争原型RPV系统开发65
3.3并发开发和演化工程67
3.4硬件、软件和人为因素方面的并发工程69
3.5并发需求和解决方案工程71
参考书目72
第4章原则4：基于证据和风险的决策73
4.1失败的故事：无法承受的需求74
4.1.1用原则4规避问题75
4.1.2其他教训76
4.2成功的故事：CCPDS-R76
4.2.1CCPDS-R基于证据的决策里程碑77
4.2.2CCPDS-R的其他创新实践78
4.3作为最高级可交付成果的可行性证据78
4.3.1什么是可行性证据78
4.3.2可行性证据开发不是什么79
4.3.3开发多少可行性证据才算足够80
4.4多少算是足够81
4.5原则总结82
参考书目83
第二部分ICSM 生命期和第1时期：增量定义
第5章ICSM生命期87
5.1ICSM生命期87
5.2ICSM与其他生命期模型的对比88
5.3第1时期：决定“为什么”、“什么”、“何时”、“谁”、“哪里”、“如何”和“多少”90
5.4ICSM案例研究92
第6章探索阶段93
6.1什么是探索阶段93
6.2探索阶段有哪些潜在的陷阱96
6.3探索阶段最后需要注意的潜在重大风险96
6.4探索阶段如何从小系统扩展到大型复杂系统97
6.5ICSM原则在探索活动中的作用97
6.6MedFRS倡议的探索98
第7章评价阶段101
7.1什么是评价阶段101
7.2评价阶段有哪些潜在的陷阱103
7.3评价阶段最后需要注意的重大风险103
7.4评价阶段如何从小系统扩展到大型复杂系统104
7.5ICSM原则在评价活动中的作用104
7.6MedFRS倡议的评价105
第8章基础阶段108
8.1什么是基础阶段108
8.2基础阶段有哪些潜在的陷阱110
8.3基础阶段最后需要注意的重大风险111
8.4基础阶段如何从小型系统扩展到大型复杂系统111
8.5ICSM原则在基础活动中的作用112
8.6MedFRS系统之系统的基础阶段113
8.7第1时期总结114
参考书目115
第三部分第2时期：增量开发和演化
第9章开发阶段119
9.1什么是开发阶段119
9.1.1硬件开发121
9.1.2软件开发123
9.1.3持续集成和测试，然后同步和稳定126
9.2准备好发行了吗128
9.3开发阶段有哪些潜在的陷阱129
9.4开发阶段需要注意的重大风险129
9.5开发阶段如何从小型系统扩展到大型复杂系统130
9.6ICSM原则在开发活动中的作用132
9.7MedFRS开发132
参考书目135
第10章系统生产和运营136
10.1什么是“生产”136
10.2生产阶段有哪些潜在的陷阱137
10.3生产阶段需要注意的重大风险137
10.4什么是系统运营阶段138
10.5运营阶段有哪些潜在的陷阱139
10.6运营阶段需要注意的重大风险139
10.7MedFRS倡议的生产和运营139
10.8第2时期总结141
第四部分将ICSM应用到你的组织
第11章ICSM模式和常见案例145
11.1ICSM模式146
11.2ICSM常见案例147
11.2.1软件应用或者系统148
11.2.2软件密集设备149
11.2.3硬件平台150
11.2.4系统家族/产品线150
11.2.5系统之系统151
11.2.6棕地现代化152
11.3常见案例示例152
11.4小结：ICSM常见案例概述154
参考书目155
第12章ICSM和你的组织156
12.1利用你在当前过程中的投资156
12.2最大化组织知识的价值158
12.3影响所在159
12.3.1经验工厂159
12.3.2降低失败的代价160
参考书目160
第13章基于证据的生命期管理161
13.1动机和背景161
13.2承诺评审过程概述162
13.3可行性证据描述开发过程163
13.4FED评估框架165
13.5使用示例167
13.6ICSM之外的适用性 169
参考书目169
第14章成本和时间证据开发171
14.1成本和时间估算主要方法研究173
14.2估算和ICSM175
14.2.1SAIV过程模型175
14.2.2估算规模176
14.2.3开发时间的估算方法177
14.3总结178
参考书目179
第15章风险-机会评估和控制181
15.1风险和机会的二重性181
15.2风险-机会管理基础182
15.2.1风险评估：识别、分析和优先级确定182
15.2.2前10大严重风险来源列表183
15.2.3风险控制：风险缓解计划、风险缓解、风险监控和改正措施186
15.3ICSM中的风险管理188
15.4风险和机会管理工具188
15.4.1精益风险管理计划189
15.4.2电子过程指南189
15.4.3前10大严重风险列表190
15.5用风险确定多少证据才足够190
参考书目190
附录A证据评估框架191
附录BICSM和其他标准之间的映射196
附录C基于价值的系统工程理论207
后记223

Preface 前    言本书描述了在越来越具有挑战性的工作中取得成功的途径，这份工作就是：开发高效、灵活、价格实惠，同时又满足利益相关方需求的系统。大部分人都希望成为成功系统创建工作的一员。但是，有些人却宁愿交付一个不成功的系统，以便能够继续因使其成功而获得报酬；据传，这些人很可能不会阅读本书。 多年以来，我们一直在研究和试验创建成功系统的方法，并且目睹了系统能力、内容和环境的不断变化。我们所开发的系统最初是硬件，例如收音机、电源、飞机和火箭。随着时间的推移，系统中的软件部件变得更加密集。例如，在某些级别的飞机中，由软件执行的功能从1960年的8%增长到2000年的80%。现在及可预见的未来中，大部分系统必须与其他独立发展的系统交互，以提供额外的功能和灵活性。更为重要的是，人们越来越成为系统要素之一，因为企业被视为完整的跨学科实体，而这一点常常被忽视。最为深远的变化可能是，许多传统独立硬件设备不仅必须和软件结合，还必须存在于物联网中，保证网络安全，并在用户和智能自治代理之间充当仲裁。 我们致力于更好地整合这些系统的硬件、软件和人为因素，尽快为用户提供价值，处理节奏越来越快的变化，这些努力的成果就是增量承诺螺旋模型（The Incremental Commitment Spiral Model，ICSM）。ICSM在血统上承袭Barry于1988年首推的螺旋概念，但是这个新版本吸取了20多年的经验，可帮助人们应对原始版本容易误读这一事实。ICSM比原始的螺旋模型更通用，也更具体。它涵盖更多的生命期，不仅能处理软件项目，也能处理信息-物理-人（cyber-physical-human）融合系统以及企业，并且可以进行改编，以适应大部分开发工作。与此同时，在如何实现原则和活动方面远比过去的版本具体。 ICSM不是通用的单一过程，它实际上是一个过程生成器，即根据特定的情况控制过程的不同方向。这样，它就能够帮助你改变生命期战略和过程，适应变化的根源。它还通过并发工程支持更快速的系统开发和演化，使你能够更快速地开发系统，避免过时。 如果在你的领域中，一切变化没有那么大，而且你已经有了创建成功系统的手段，就应该继续使用它。但是，在21世纪不断加速的变化节奏下，你将变成少数派，当你发现自己的过程与需求不合拍时，我们相信，你会觉得ICSM很有益。 本书的获益群体如果你面对的是如下情况中的一种或者多种，本书的内容可以帮助你： 项目经常超出预算和预定的时间。 项目后来出现许多返工或者技术债务。 交付的系统难以维护。 组织对不同的系统使用一成不变的过程。 系统必须在快速变化、紧急需求、高水平质保，或者上述因素的组合下取得成功。 系统必须和其他复杂的网络系统一起运行。 坚持一成不变的决策过程的经理和高管们将会发现新的可能性，开始理解自己在成功的21世纪开发工作中的新任务。所有开发相关学科的从业者将会发现一种开发多种项目的统一方法来改进他们的协作，更敏捷地响应利益相关方的更改需求，更好地量化并向经理和高管们阐述进展。学校将获得信息来源以便替换或者改进他们教育开发人员和管理人员的方法，而且还能得到值得调查研究的广阔领域。 鉴于对企业过程进行单步的全面更改风险很大，本书为组织或者项目提供了逐步实验ICSM关键方法，发展更为适合它们需求和竞争环境的过程模型的途径。 在本书配套网站（http://csse.usc.edu/ICSM）上的工具页面可以找到一个电子过程指南（Electronic Process Guide，EPG），其中包含促进ICSM采用的指南、子过程和模板。这个EPG还可以在本书作为系统或者软件工程顶点项目课程教科书时提供支持。南加州大学（USC）从1995年开始设立这种课程，跨越并发展到200多个实际客户项目及2000位学生。 本书的组织方式本书从“为什么”开始，然后介绍“什么”，再转向“怎么做”，在两步之间简略介绍“多少”。在“开场白”中引用了一个来自古代神话，但是与21世纪的系统开发人员息息相关的警示寓言。 经过适当的启发，读者将会发现“导论”一章描述了构造ICSM的原理以及对ICSM基础知识和使用的完整概述。系统开发利益相关方（例如用户、开发人员、采购人员）、高级管理人员和经理们可能对ICSM有一个大概的了解，为管理复杂的现代产品或者系统开发中不确定性时需要深思的因素提供一个总结。喜欢从探索ICSM某一特征开始的读者通常可以使用目录或者索引找出并详细了解该特征，但是最后会发现，回顾导论部分有助于了解总体背景。 第一部分详细讨论了ICSM的4条关键原则，并解释了它们的重要性。它的每一章都从一个失败的故事和一个成功的故事开始，利用故事说明应用这些原则的必要性，然后说明原则的关键基本方法。第一部分完成了本书从“开场白”开始，持续到“导论”中的 “为什么”部分的内容。 第二部分和第三部分解释了“阶段”和“时期”，这些概念为ICSM的过程生成提供框架。这些章节介绍了“案例研究”，我们用它来描述ICSM各个阶段和时期支持成功的方式。这个案例研究引用下一代的医疗设备—先进的网络-机器-人系统的一个例子，面对确保安全、易用性和与其他设备及系统互操作性的固有挑战，引导读者（以及医疗设备团队）经历ICSM的各个阶段和时期。第二部分和第三部分包含大部分关于“什么”的信息，以及一部分关于“如何”的信息。 第四部分完成本书中关于“如何”和“多少”的介绍，通过阶段组合模式和一组在基于风险的阶段决策应用中遇见的常见案例，支持ICSM的实施。本部分包含ICSM适应具体项目或者环境的信息，以及对其风险驱动、高适应性框架的探索，这个框架可以作为支持现有方法高效应用的统一元素。第四部分还提供了应用某些必须为ICSM进行改变的“关键方法”的指南，最后是一个“后记”，描述了我们在读者的帮助下发展ICSM的意图。 附录提供了专门为ICSM活动开发的工具、ICSM与广泛使用的过程模型和标准之间的对应关系的附加信息，以及完整的参考书目。 如前所述，本书的配套网站（http://csse.usc.edu/ICSM）提供了EPG和其他自动化工具，以及更新、示例、讨论和有用的课堂材料。这个网站是寻找有关ICSM及其使用最新信息的主要场所，网站上的大部分材料都是免费的，偶尔会有一些用于销售的材料。在这种情况下，网站将链接到Addison-Wesley和InformIT，以提供购买这些材料和其他读者觉得有趣的书籍的简便方法。 谁帮助我们写作本书ICSM的组织和内容从我们的3项主要工作的参与者中获益匪浅，这些活动为系统和软件实践与教育提供了改良的指导方针： 美国国家研究委员会的“系统开发过程中的人机系统集成”研究项目。 国际上为定义更好的集成软件、硬件和人类系统工程教育与实践指南的努力—研究生软件工程参考课程。 系统工程知识主体和研究生系统工程参考课程。 这些项目不仅为ICSM的改善提供了帮助，还确立了它与这些参考指南和共同发展的指南（如IEEE-CS和ISO/IEC的《软件工程知识主体》和《INCOSE系统工程手册》）之间的兼容性。 ICSM许多初期工作的资金通过系统工程研究中心（即美国国防部的大学附属研究中心）提供。 特别是美国国防部副部长办公室系统工程处副处长Kristen Baldwin为作者们提供了构思、指导和资源。 下列评审人员对本书的初稿提供了宝贵的建议和反馈：Ove Armbrust、Tom DeMarco、Donald Firesmith、Tom Glib、Paul Grünbacher、Liguo Huang、DeWitt Latimer IV、Bud Lawson、Jürgen Münch、George Rebovich，Jr. 、Neil Siegel、Hillary Sillitto、Qing Wang、Da Yang和Wen Zhang。 作者还从行业联盟成员的协作和研讨中得到了许多深刻的见解，这些见解来自： 航天合作组织：Wanda Austin、Kirstie Bellman、 Myron Hecht、 Judy Kerner、 Eberhardt Rechtin Marilee Wheaton敏捷联盟： Kent Beck、Alistair Cockburn、Jim Highsmith、 Ken SchwaberAgileTek： John ManzoAT&T：Larry BernsteinBAE系统： Jim Cain、Gan WangBellcore： Stuart Glickman波音公司：Ray Carnes、 Marilynn Goo、 Tim Peters、 Shawn Rahmani、 Bill Schoening、David SharpC-Bridge：Charles LeinbachCisco：Sunita Chulani、Steve Fraser卡内基·梅隆大学软件研究所（CMU-SEI）： Roger Bate、 Paul Clements、 Steve Cross、 Bill Curtis、 Larry Druffel、John Goodenough、Watts Humphrey、 Paul NielsenConstrux公司：Steve McConnellCubic 公司： Mike ElcanEDS：Mike SweeneyFraunhofer-IESE：Dieter RombachFraunhofer-Maryland：Vic Basili、Forrest Shull、Marvin ZelkowitzGalorath：Dan Galorath、Denton TarbetGE系统: Paul Rook通用动力：Michael DiazGroup Systems：Bob BriggsHughes：Elliot AxelbandIBM/Rational： Tim Bohn、 Grady Booch、Peter Haumer、 Ivar Jacobson、 Per Kroll、 Bruce McIsaac、 Philippe Kruchten、 Walker Royce智能系统：Azad Madni中国科学院（ISCAS）： Mingshu Li、Qing Wang、Ye YangITT/Quanterion：Tom McGibbon喷气推进实验室（JPL）： Jairus Hihn、Kenneth Meyer、 Robert Tausworthe洛克希德·马丁公司： Sandy Friedenthal、John Gaffney、Gary Hafen、Garry RoedlerMaster Systems： Stan RifkinMicrosoft： Apurva JainMITRE：Judith Dahmann、 George Rebovich摩托罗拉公司： Dave Dorenbos、 Nancy Eickelmann、 Arnold Pittler、 Allan Willey美国海军研究生院：Ray MadachyNICTA： Ross Jeffery诺思罗普·格鲁曼公司/TRW： Frank Belz、George Friedman、 Rick Hefner、 Steve Jacobs、 Alan Levin、 Fred Manthey、 Maria Penedo、 Winston Royce、 Rick Selby、Neil SiegelOGR 系统：Kevin ForsbergPrice Systems： Arlene Minkiewicz、 David SeaverRaytheon： Anthony Peterson、Quentin Redman、 John Rieff、 Gary ThomasRCI： Don ReiferSAIC： Dick Fitzer、Tony Jordano、Beverly Kitaoka、Gabriel Lengua、Dick Stutzke圣迭戈州立大学：Teresa LarsenSoftstar Systems： Dan LigettSoftware Metrics： Betsy Clark、 Brad Clark史蒂文斯学院：Art PysterTeledyne Brown Engineering：Douglas Smith马萨诸塞大学： Lori Clarke、 Lee Osterweil德克萨斯大学： Dewayne Perry弗吉尼亚大学： Kevin Sullivan康典公司： Adam Kohl施乐公司： Peter Hantos、Jason Ho最后，感谢我们的家人在生活中的支持，容忍我们在周末、深夜工作，以及写作给家庭带来的各种不便。Sharla、Mike、Sohrab和Jo，你们是我们最好的朋友、最大的灵感源泉、最尖锐的批评者也是最真挚地热爱我们的人，衷心感谢你们。我们爱你们。