Отличия программной инженерии от других отраслей

Standish Group, проанализировав работу сотен американских корпораций и итоги выполнения нескольких десятков тысяч проектов, связанных с разработкой ПО, в своем докладе с красноречивым названием «Хаос» пришла к следующим неутешительным выводам (Рисунок 2):

Только 35 % проектов завершились в срок, не превысили запланированный бюджет и реализовали все требуемые функции и возможности.
46 % проектов завершились с опозданием, расходы превысили запланированный бюджет, требуемые функции не были реализованы в полном объеме. Среднее превышение сроков составило 120%, среднее превышение затрат 100%, обычно исключалось значительное число функций.
19 % проектов полностью провалились и были аннулированы до завершения.

Рисунок 2. Результаты анализа успешность программных проектов за 2006 год

Сразу дам ответы на вечные российские вопросы «Кто виноват?» и «Что делать?».

Кто виноват? Никто. Как никто не виноват в том, что на небе тучи, что идет дождь, что дует ветер. Поскольку самого-то «хаоса» не было, и нет, а есть лишь Богом данная (для атеистов — объективная) реальность, которая заключена в особой специфике производства программ, по сравнению с любой другой производственной деятельностью, потому что то, что производят программисты — нематериально, это коллективные ментальные модели, записанные на языке программирования. И с этой спецификой мы обязаны считаться, если, конечно, не хотим «дуть против ветра».

Что делать? Управлять людьми. Успех, а равно и провал, проектов по производству ПО лежат в области психологии.

Гуру программирования Ф. Брукс в 1975 году писал : «Программист, подобно поэту, работает почти непосредственно с чистой мыслью. Он строит свои замки в воздухе и из воздуха, творя силой воображения. Трудно найти другой материал, используемый в творчестве, который столь же гибок, прост для шлифовки или переработки и доступен для воплощения грандиозных замыслов».

То, что производят программисты нематериально — это коллективные мысли и идеи, выраженные на языке программирования.
Я не говорю, что производство ПО суперсложная интеллектуальная деятельность. Отрасль еще только зарождается. Время вхождения в профессию сильно меньше, чем в других инженерных дисциплинах. Разрабатывать ПО точно не сложнее, чем делать ракеты. Просто в силу уникальности отрасли опыт профессионалов, накопленный в материальном производстве и изложенный в стандарте PMI PMBOK , мало способствует успеху в управлении программным проектом. Управлять разработкой ПО надо иначе.

Творчество — это интеллектуальная деятельность человека, законы которой нам неизвестны. Если бы мы знали законы творчества, то и картины, и стихи, и музыку, и программы уже давно бы создавали компьютеры. Творческое начало это то, что роднит программирование с наукой и искусством.

Творчество в программировании начинается с определения целей программы и заканчивается только тогда, когда в ее коде, написанном на каком-либо языке программирования, поставлена последняя точка. Попытки разделять программистов на творческую элиту, архитекторов и проектировщиков, и нетворческих программистов-кодеров не имеют под собой объективных оснований. Даже если алгоритм программы строго определен математически, два разных программиста его закодируют по-разному, и полученная программа будет иметь разные потребительские качества.

Творчество неразрывно связано с вдохновением, а это субстанция капризная и непредсказуемая (помните знаменитый сон Д. И. Менделеева, про Периодическую таблицу элементов его имени?). Знаю только, что без вдохновения в программировании не обойтись. И чем сложнее задача, тем труднее извлечь это вдохновение из подсознания. Иногда для этого требуются часы, а иногда недели.

Программирование это не искусство, в том смысле, что оно не является творческим отражением и воспроизведением действительности в художественных образах. Об искусстве в программировании можно и должно говорить только в смысле умения, мастерства, знания дела, как и в любой другой профессии. И как в любой другой профессии программистское мастерство может доставлять истинное эстетическое наслаждение, но только для людей, причастных к этой профессии.

Программирование это не наука. Наработки математиков в области логики, теории информации, численных методов, реляционной алгебры, теории графов и некоторых других дисциплинах на долю процента не покрывают сложность программистских задач. В программировании нет системы знаний о закономерностях создания программ. Даже выдающиеся программисты не возьмут на себя смелость утверждать об архитектуре новой программной системы то, что она будет успешной. Хотя в программировании уже накоплен определенный опыт провалов, который может позволить искушенному программисту увидеть в архитектуре новой системы антипаттерны — источники серьезных будущих проблем. Но не более того.

Существующее состояние программной инженерии напоминает большую поваренную книгу с многочисленными описаниями рецептов однажды успешно приготовленных блюд из ингредиентов, которых в будущем уже не будет. Завтра в новой системе будут другие вычислительные машины, технологии, языки программирования, инструменты и окружающее ПО, новые проблемы взаимодействия с которыми обязательно придется решать.

Профессиональное творчество программиста принципиально отличается от творчества в науке и искусстве. Программистские задачи с каждым годом становятся все сложнее и объемнее, а сроки, за которые требуется решить эти задачи, наоборот, с каждым годом сокращаются. Поэтому современные программы создаются коллективами от нескольких до тысяч программистов, в то время как творческие деятели науки и искусства работают, как правило, в одиночку.

Есть еще нечто, что отличает труд профессионального программиста от ученого, художника, композитора и поэта. Предметом деятельности ученых являются упрощенные модели, в которых они могут абстрагироваться от большинства деталей реального мира, не существенных для их целей. Математик, доказывая новую теорему о тензорах, не заботится ни о чем, кроме системы постулатов, положенных в основание дифференциальной геометрии. Физик, описывая динамику жидкости в трубе, абстрагируется от того, как движутся и сталкиваются молекулы и от того, как движутся планеты вокруг Солнца.

Деятели искусства тоже во многом оперируют абстракциями. Поэту, композитору, художнику достаточно лишь сделать намек, абрис объекта творчества, и на этом его работа закончена. Остальное пусть додумывает читатель, слушатель, зритель.

Программист тоже работает с абстракциями, но ему приходится держать в голове гораздо больше абстракций, чем любому ученому. Абстракции сопутствуют программисту на всех уровнях разработки программы от описания ее целей до исполняемого машинного кода. И этих уровней могут быть десятки. И на каждом уровне абстракций их деталей становится все больше и больше.

Дополнительно к абстрактному мышлению, программист должен обладать сильно выраженным системным мышлением, чтобы удерживать многочисленные взаимосвязи, существующие на всех уровнях программистских абстракций, а также взаимосвязи между этими уровнями. Еще одной сложностью является то, что все эти абстракции и взаимосвязи между ними изменяются во времени, и программист должен учитывать эту динамику.

Кроме того, программист должен обладать маниакальной усидчивостью, сосредоточенностью и упорством для перебора всех возможных вариантов поведения своих абстракций и доскональной проработки всех деталей. Проработка должна быть абсолютно точной и не должна содержать ни одной ошибки, неправильного, лишнего или отсутствующего символа исходного кода (а это порой миллионы строк). Инструменты программирования: синтаксические анализаторы, компиляторы и проч., — лишь незначительно помогают в этой работе.

Еще одна особенность, которая присуща программистскому творчеству, это постоянное обновление информационных технологий, которые программисту необходимо знать и успешно применять в своей работе. Поэтому профессиональный программист должен, как сказал один из наших прежних вождей, «учиться, учиться и учиться». Программист должен удерживать в голове, постоянно пополнять и активно применять на практике гигабайты профессиональной информации. Это устройство компьютеров, компьютерных сетей и сетевые протоколы.

Это операционные системы и языки программирования. Это программные интерфейсы промежуточного ПО и прикладных библиотек с особенностями и багами их реализации в конкретных продуктах. Это технологические стандарты, технологии разработки и инструменты, которые их поддерживают. Это архитектуры программных систем, паттерны и антипаттерны проектирования и много-много другой информации.

Еще в начале 70-х замечательный ученый академик А.П.Ершов сказал : «Программист должен обладать способностью первоклассного математика к абстракции и логическому мышлению в сочетании с эдисоновским талантом сооружать все, что угодно, из нуля и единиц. Он должен сочетать аккуратность бухгалтера с проницательностью разведчика, фантазию автора детективных романов с трезвой практичностью экономиста». Образно можно сказать, что программист должен сочетать в себе легкость и полет таланта Моцарта с усидчивостью и скрупулезностью Сальери.

Программирование — не искусство и не наука — это ремесло. Сегодня мы так же далеки от индустриальной разработки программ, как и 50 лет назад.

А поскольку это ремесло, то человек, научившийся писать программы на C++, будет так же далек от профессионала, как ученик третьего класса средней школы, научившийся писать по-русски, от А. С. Пушкина или Ф. М. Достоевского. Путь к мастерству в ремесле лежит только через опыт. Нельзя научиться программированию, читая книги. Как нельзя по книгам научиться писать романы, картины, стихи, музыку. А еще программистам нужен постоянный труд самоусовершенствования и саморазвития. Поэтому далеко не все, кто пишет программы, становятся профессионалами.

Почему-то, если мы говорим о поэтах, художниках, композиторах, то разброс творческой производительности никого не удивляет. «Творческий полет», «творческий застой» — это про деятелей искусства. А когда говорим о неравномерности производительности программистов, то многие менеджеры начинают с этим спорить, и пытаются «пинать» программистов, как будто это заставит их думать быстрей.

Не заставит. Но может заставить уволиться или заняться имитацией работы.

Правда, существуют еще инженерные дисциплины такие, как строительство, машиностроение, авиастроение и другие отрасли материального производства, в которых над созданием новых изделий трудятся сотни тысяч человек. Очень велик соблазн провести аналогию с этими отраслями и говорить об индустриальном подходе к разработке ПО. Не получается.

Упрощенно, путь от идеи до ее реализации в этих отраслях выглядит следующим образом: НИР-ОКР-завод. В верхней части этой пирамиды находятся отраслевые НИИ, которые производят идеи и занимаются проектированием новых изделий. На втором этаже пирамиды работают конструкторы в конструкторских бюро, в задачу которых входит реализация нового проекта в чертежах деталей и технологиях изготовления и сборки. На нижнем уровне находятся производственные мощности — заводы, на которых инженеры и рабочие воплощают «в железе» чертежи и технологии.

Если проводить аналогию, то программисты работают исключительно на вершине описанной пирамиды. Программирование — это проектирование и только проектирование. Роль конструкторского бюро для программного проекта выполняют компилятор и сборщик программ. А программистским аналогом завода, который переводит конструкторскую документацию в продукт, доступный потребителю, служит вычислительный комплекс, на котором развертывается и выполняется созданная программа.

А теперь давайте вспомним, сколько НИР так и остались на бумаге, не дойдя до ОКР, и сколько еще ОКР закончилось закрытием тематики. Я думаю, что процент инноваций, дошедших до производства от общего числа проектов, выполненных в отраслевых НИИ, будет сравним с процентом успешных программных проектов. И давайте еще учтем, что ученые в НИИ опираются на достаточно хорошо изученные законы математики, физики и химии, а программирование, как мы отмечали выше, пока остается лишь ремесленным производством.

Для коллективного программистского творчества скорее уместна аналогия с созданием художественного кинофильма или театрального спектакля.Количество провальных проектов в этих областях ничуть не меньше, чем в программировании. Дай Бог, если хотя бы пятая часть кинофильмов не «ложится на полки» после первого показа. Об этом же пишет авторитет в управлении программными проектами У.Ройс : «Менеджеры программных проектов смогут добиться большего, если будут применять методы управления, характерные для киноиндустрии».

И еще одна аналогия программных проектов с кинематографом. Наличие даже самых звездных актеров не обеспечивает успех фильма. Только талантливый режиссер способен организовать и вдохновить актеров на создание шедевра, открыть новые звезды. А талантливых режиссеров, как, впрочем, и талантливых менеджеров программных проектов, к сожалению, не так много, как хотелось бы.

Содержание раздела