Simulação de Processo de Software Baseada em Conhecimento

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1 Simulação de Processo de Software Baseada em Conhecimento Carla Marina Costa Paxiúba 1,2 Orientador: Rodrigo Quites Reis 1 1 Universidade Federal do Pará Belém PA Brasil PPGEE Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica 2 Serviço Federal de Processamento de Dados Serpro Regional Belém paxiuba@ufpa.br, quites@computer.org Nível: Mestrado Ano de Ingresso: 2005 Previsão de Conclusão: Março de 2007 Aprovação da Proposta: Fevereiro de 2005 Resumo. Simulação de Processos de Software é uma tecnologia emergente que pode efetivamente ajudar nos desafios que as empresas de software vem se defrontando como aumento da competitividade, necessidade de qualidade dos produtos, e diminuição dos custos. Neste artigo é apresentada uma proposta de uma ferramenta de simulação de software que utiliza dados históricos provenientes da execução de processos em um Ambiente de Processos de Software. Portanto, esta abordagem tem o objetivo de obter resultados próximos à realidade e que possam auxiliar os gerentes de projetos de software na tomada de decisão. Palavras-chave: Simulação, Processo de Software, Conhecimento.

2 1. Caracterização do Problema A literatura especializada apresenta inúmeros exemplos de Ambientes de Desenvolvimento de Software Centrados em Processo (ou PSEEs Process-centered Software Engineering Environments) com o objetivo de definir, observar, analisar, aperfeiçoar e executar processos de software, constituindo o que hoje é denominado Tecnologia de Processo de Software [DERNIAME et al, 1999]. Estes ambientes possuem um alto nível de integração entre suas ferramentas e são capazes de executar um modelo de processo de software através da coordenação dos desenvolvedores na execução de suas tarefas atuando também na gerência de alocação de recursos, coleta de métricas, execução automática de algumas atividades devendo permitir mudança do processo durante sua execução. A simulação, no contexto dos PSEEs, pode ser vista como uma ferramenta de auxílio a validação de modelos de processo de software e definição de estimativas de projeto. Assim, a simulação é uma eficiente ferramenta de comunicação, para mostrar como os processos trabalham e identificar pontos de melhoria nos processos, auxiliando os gerentes de projetos em tomadas de decisão e identificação de possíveis falhas no processo antes deste ser executado (Madachy apud. [SILVA, 1999]). Nos tópicos a seguir serão abordados a fundamentação teórica do trabalho proposto, a caracterização da contribuição, o estado atual do trabalho, além dos trabalhos relacionados. O texto também discute como será realizada a avaliação dos resultados e a conclusão desta proposta. 2. Fundamentação Teórica Totland em [Totland, 1995] definiu o conceito de modelos de processo dry-run, sendo este o nível médio de abstração de um modelo de processo, o qual é usado para análise, simulação, planejamento sem efeito direto no mundo real. Sendo assim a simulação de processo de software é uma abordagem para realizar a execução do modelo sem utilizar recursos, pessoas e ferramentas reais [RUS, 1998]. Durante a simulação atributos como custo, prazo e produtividade são calculados, podendo ser utilizados para avaliação da performance do modelo sem que isto cause impactos na realidade da organização. O objetivo da simulação é antever potenciais problemas na execução direta do modelo de processo, quando este já é parte ativa da organização. Para realizar este procedimento algumas técnicas serão aplicadas durante a simulação. As sub-seções a seguir exploram sucintamente este referencial teórico. 2.1.Sistemas Multi-Agentes Cognitivos Os sistemas multi-agentes cognitivos são baseados em modelos organizacionais humanos, como grupos, hierarquias e mercados. Em tais sistemas os agentes mantêm uma representação explícita de seu ambiente e dos outros agentes da sociedade; podem manter um histórico das interações e ações passadas; a comunicação entre os agentes é direta, através de mensagens; seu mecanismo de controle é deliberativo, ou seja, os agentes raciocinam e decidem seus objetivos, planos e ações [RUSSEL, 1995]. O modelo de simulação proposto é baseado em conhecimento e utiliza agentes inteligentes cognitivos para representar o comportamento dos desenvolvedores

3 envolvidos em um projeto de desenvolvimento de software. Neste caso os agentes desenvolvedores podem iniciar, encerrar, postergar e delegar atividades do processo. A decisão por utilizar agentes neste contexto é apoiada pelo numero significativo de soluções que adotam o mesmo paradigma. O comportamento dos desenvolvedores é definido segundo um modelo de processos de software e as ocorrências são registradas em um log de eventos. O algoritmo que representa o comportamento do simulador prevê consultas a uma base de conhecimento para tomada de decisão. 2.2.Raciocínio Baseado em Casos (Case-Based Reasoning) Case-Based Reasoning (CBR) é uma técnica que utiliza a experiência passada para resolver problemas. A idéia de CBR é descrever e acumular casos significativos para a área de conhecimento especializado e tentar descobrir, por analogia, quando determinado problema é similar a um outro já resolvido, aplicando a solução armazenada ao novo problema semelhante que surgiu. Este trabalho pretende investigar a viabilidade de usar esta técnica para descobrir casos semelhantes ao que está sendo simulado e recuperar informações que são utilizadas na simulação. Desta maneira, por exemplo, se estiver sendo simulado um processo que um desenvolvedor está alocado a uma tarefa similar a outra realizada outrora e que o ambiente possua informações sobre esta execução, este caso é recuperado e informações como produtividade, habilidade entre outras podem ser utilizados na simulação. 3. Caracterização da Contribuição Na maioria dos projetos, gerentes com mais experiência conseguem mais sucesso na conclusão de projetos no prazo, distribuição de tarefas entre os membros do projeto, alocação de recursos e medição de custos. Isto acontece porque o gerenciamento de projetos é uma atividade fortemente baseada na experiência e conhecimento. A habilidade e o conhecimento adquirido no gerenciamento de outros projetos fazem com que o gerente com mais experiência possa tomar decisões com mais facilidade e confiabilidade. Todavia nem sempre é possível contar com gerentes experientes em um projeto. A literatura atual citada por [JACOBSON et al 2004], afirma que apesar da grande importância, a área de gerenciamento de processo de software ainda não atingiu a maturidade, apresentando ainda inadequações e sendo ainda uma área problemática. Um dos prováveis motivos para a grande quantidade de problemas verificados nesta área é o desconhecimento das práticas e técnicas essenciais por parte dos gerentes de projeto. Este trabalho propõe a construção de uma ferramenta de simulação de processos de software baseada em conhecimento para auxiliar os gerentes de software na tomada de decisões. A principal característica desta ferramenta é a integração a um PSEE, de onde esta ferramenta extrai as informações necessárias para a simulação de processos. Desta maneira a simulação é realizada a partir de informações reais permitindo que o gerente de processos possa verificar possíveis inadequações no processo definido, antes de colocá-lo em prática. Simular diversas alternativas para o seu cenário, possibilitando ao gerente escolher a melhor alternativa disponível, assim evitando que todas as decisões e medidas sejam tomadas com base em sua intuição. Uma das contribuições

4 esperadas por este trabalho é além de apresentar uma ferramenta de simulação de processo, propor um modelo para extração de conhecimento de logs de processos para ser utilizado na simulação de processos de software. 4. Estado Atual do Trabalho O desenvolvimento deste trabalho será executado em três fases. Na primeira, já concluída, foi realizado um estudo a respeito do estado da arte das ferramentas de simulação atuais. Este estudo teve como objetivo verificar o cenário atual e encontrar pontos de melhoria que possam ser utilizados na ferramenta proposta neste trabalho. Na segunda etapa será realizada a especificação e implementação da ferramenta com a definição da arquitetura da mesma. Serão propostos e implementados os algoritmos para cálculo da expectativa de esforço e duração das atividades descritas nos modelos de processos simulados, grau de similaridade entre atividades simuladas e armazenadas na base de conhecimento, grau de confiabilidade da simulação, entre outros. O trabalho se encontra neste estágio no momento da redação deste texto. Na terceira etapa serão realizados os estudos de casos com simulação de modelo de processos já executados anteriormente para ajustes dos pesos propostos na ferramenta e sua validação. Posteriormente será realizada simulação de um modelo de processo para um novo projeto e este será acompanhado em um contexto real (indústria). No final desta experiência será realizada análise comparativa entre o resultado da simulação e o do projeto executado. O resultado desta fase será um estudo completo sobre a viabilidade da utilização da ferramenta. 5. Trabalhos Relacionados (Visão Comparativa) A aplicação de Simulação de Processo de Software baseada em conhecimento obtido a partir de ambientes de PSEEs tem sido objeto de várias pesquisas (por exemplo, apresentadas em [RAFFO, 2004], [SILVA2001]) pois é uma tecnologia emergente que pode efetivamente ajudar nos desafios que as companhias de software vem se defrontando.. Entre os trabalhos da área pode-se destacar: Articulator [SCACCHI et al 1999], desenvolvido na Universidade da Califórnia Irvine é um ambiente baseado em conhecimento para estudo de processo de software. A arquitetura do mesmo consiste de cinco subsistemas: Base de Conhecimento, Simulação de Comportamento, Mecanismo de Consulta, Gerenciamento de Instanciação e Gerenciamento de Aquisição de Conhecimento. Um dos objetivos do projeto Articulator é fornecer um framework para realizar um estudo empírico do modelo proposto em projetos de desenvolvimento de software de larga escala. SimAgentProcess [SILVA 2001] é uma ferramenta desenvolvida no PPGC- UFRGS para implementar o modelo AgentProcess - Modelo de Simulação de Software Baseado em Agentes Cooperativos. Possui arquitetura semelhante à proposta pelo Articulator, porém procura levar em consideração aspectos como habilidade e afinidade entre desenvolvedores, aspectos que não são tratados no Articulator. Além destas ferramentas existem alguns simuladores que foram desenvolvidos para treinamento de gerentes, como SESAM [DRAPPA, 2000] e TIM [Dantas et al, 2004]. Estes simuladores apresentam projetos e situações que ocorrem no gerenciamento dos mesmos. O gerente deve simular suas atitudes no contexto apresentado e depois verificar se suas decisões foram corretas. A intenção destes é oferecer um ambiente virtual de treinamento para os gerentes de projeto.

5 É intuito deste projeto utilizar conceitos e idéias já estabelecidas nos projetos anteriores, acrescentando à estes a característica de utilizar dados provenientes da extração de conhecimento de logs de execução originados do ambiente de desenvolvimento de software. Uma estrutura para registros de eventos da execução foi proposta anteriormente em [Paxiúba et al, 2005]. Na ferramenta proposta o objetivo é utilizar os logs para extrair conhecimento que sejam úteis para simular processos. Informações como habilidade, produtividade, afinidade entre pares em projetos anteriores, são de grande importância para o resultado da simulação e podem ser obtidas do log de execução do ambiente de processo de software WebAPSEE. A partir destes dados o simulador proposto nesta dissertação apresenta como resultado: tempo, custo de execução do processo modelado, produtividade dos desenvolvedores no processo, taxas de ocupação e ociosidade dos agentes e desvios de estimativas (Estimado versus Realizado). A ferramenta de simulação não pretende tratar aspectos como qualidade dos artefatos produzidos e do processo modelado, pois medir qualidade tanto do processo como do produto envolvem diversos fatores gerenciais, organizacionais e tecnológicos, que não são escopo deste trabalho. O simulador também não realizará a validação do processo modelado, não fornecendo desta maneira sugestão de melhorias no processo. A simulação será executada e ao final da mesma será fornecido a análise da execução do processo simulado. A sugestão de melhorias no processo é um fator importante, porém não será tratado neste trabalho devido à limitação de tempo. 6. Avaliação dos resultados Pretende-se avaliar este trabalho realizando estudo comparativo entre os resultados da simulação de processos na ferramenta e a real execução destes processos. Para alcançar este objetivo, serão simulados projetos já realizados, e o resultado da simulação será comparado com o histórico da execução destes projetos. A partir destes resultados serão realizados eventuais ajustes e correções na ferramenta. Ao final será realizada a avaliação da efetividade da ferramenta, a partir da comparação entre os resultados da simulação e o real. Para esta avaliação serão utilizadas variáveis principais dos projetos tais como: prazo, custo e produtividade. 7. Conclusão O presente trabalho apresenta uma proposta para utilizar a simulação de processos de software utilizando dados de processos anteriormente executados em um PSEE. Para tanto, é proposto um modelo de simulação e será implementada ferramenta integrada a este ambiente para avaliar o modelo. Estudos de casos serão realizados a fim de avaliar a ferramenta e verificar a eficácia da mesma no apoio às atividades de gerentes de projetos de software. 8. Agradecimentos Ao CNPq pelo apoio financeiro para a realização deste trabalho. Este trabalho contou com o apoio dos Projetos CNPq / e / durante sua realização.

6 9. Referências Bibliográficas DANTAS, A.; BARROS, M.; WERNER, C. Treinamento Experimental com Jogos de Simulação para Gerentes de Projeto de Software. 18º Simpósio Brasileiro de Engenharia de Software SBES 2004, Brasília: SBC/UNB, Outubro, DERNIANE, J.; KABA, B.; WASTELL, D. (Eds.). Software Process: Principles, Methodology and Technology. Lecture Notes in Computer Science, Springer, DRAPPA, A.;. LUDEWIG, J. Simulation in Software Engineering Training. Proceedings of the International Conference on Software Engineering, Linerick, Ireland. p , June JACOBSON, I.; BYLUND S. A Multi-Agent System Assisting Software Developers. SE Development Team. Disponível em Acesso em Novembro/2005. PAXIÚBA, C.M.C.; NASCIMENTO, L.M.A.; REIS, R.Q.; REIS, C.A.L. Towards an Event Recording Mechanism for a Process-based Environment. In: Seminário de Software e Hardware do XXV Congresso da SBC, 2005 SEMISH 2005, São Leopoldo. XXV Congresso da Sociedade Brasileira de Computação, p RAFFO, D.M.; KELLNER M. I. Empirical Analysis in Software Process Simulation Modeling. Disponível em RAFFO, D. M.; KELLNER M.; MADACHY R. J. Software Process Simulation Modeling, Why, What, How. Journal of Systems and Software, Vol. 46, No. 2/3 (15 April 1999) RUS, I.; COLLOFELLO, J.; LAKEY, P Software Process Simulation for Reliability Strategy Assessment.International Workshop on Software Process Simulation Modeling - ProSim'98, 1998, Silver Falls, US. Proceedings. RUSSEL S.; NORVIG P. Artificial Intelligence: A Modern Approach. New Jersey: Prentice Hall, SCACCHI, W. Experience with Software Process Simulation and Modeling. Journal of Systems and Software, 46(2/3): ,1999 SILVA, F.; REIS, R.Q.; LIMA REIS, C.A.; NUNES, D. Um Modelo de Simulação de Processo de Software baseado em Agentes Cooperativos. 13º Simpósio Brasileiro de Engenharia de Software SBES 1999, Florianópolis: SBC/UFSC, Outubro, TOTLAND, T; CONRAD, R. A Survey and Classification of Some Research Areas Relevant to Software Process Modeling. 4th European Workshop on Software Process Technology, Noordwijkerhout, Holland, April, 1995.