Modelagem e Simulação de Processos

1. Modelagem e Simulação de
Processos de Software
Mariane M. Souza
(mms2@cin.ufpe.br)
Centro de Informática
Universidade Federal de Pernambuco

2. Roteiro da Apresentação
 Contextualização
 Modelagem de Processos de Software
 SPEM - Software Process Engineering Meta
Model
 Simulação de Processos de Software
 SPEM x Simulação
 Conclusões
 Referências e Bibliografia

3. Contextualização (1/3)
 Cerca de 70% de investimentos na área de
Engenharia de Software são realizados para manter
softwares existentes [Pressman 2002]
 Qualidade do Produto X Qualidade do Processo
 Surgimento de normas para qualidade do processo:
ISO/IEC 12207, CMM, ISO 9001...
 Surgimento de abordagens com o objetivo de
disciplinar o processo de desenvolvimento de
software (mecanismo de controle) visando sua
qualidade e melhoria contínua.

4. Contextualização (2/3)
 Ferramentas CASE (Computer Aided Software Engineering)...
 Ambientes ADS: Ambientes Integrados de Desenvolvimento de
Software
 Ambientes PSEE (Process-centred Software Engineering
Environment): ADS orientados ao processo que permitem:
 Controle do projeto durante sua execução
 Gerência da comunicação entre desenvolvedores
 Controle de atividades realizadas
 Controle de recursos e prazos
 Automação de atividades
 Coleta de dados de métricas automaticamente
 Guiar os usuários do processo
 ...

5. Contextualização (3/3)
 Ambientes para Implementação de Processos de
Software:
 PSEEs que fornecem ferramentas que
automatizam as fases do ciclo de vida do
processo de software:
 Definição (Modelagem)
 Simulação
 Execução
 Avaliação

6. Modelagem de Processos de
Software (1/9)
 A modelagem auxilia principalmente na fase de definição
(análise de requisitos, projeto e instanciação) do ciclo de
vida do processo de software
 A modelagem de processos de software não é uma tarefa
simples, mas pode ser simplificada pela utilização de
ontologias (ambientes ODE – Ontology-based software
Development Environment)
 Ontologias são representações do vocabulário de algum
domínio ou problema [Bertollo,2002].
 Vantagens: conceitos bem definidos que auxiliam na
integração de ferramentas em ADS.

7. Modelagem de Processos de
Software (2/9)
 Processo de Software: Conjunto de todas as
atividades necessárias para transformar os
requisitos do usuário em software.
 Elementos básicos para modelagem de processos
de software:
 Ator: entidade que executa o processo
 Papel: conjunto de responsabilidades necessárias para a
execução de atividades
 Atividade: estágio do processo que produz mudanças
visíveis no estado do produto sendo desenvolvido
 Artefato: matéria-prima e/ou (sub)produto de uma
atividade relacionada ao processo

8. Modelagem de Processos de
Software (3/9)
 Modelo básico do domínio de processos de software

9. Modelagem de Processos de
Software (4/9)
 Um modelo de processo de software é uma
representação abstrata da arquitetura, projeto ou
definição do processo de software [Acuña,2001]
 Define os elementos que compõem o processo e o
inter-relacionamento entre os mesmos.
 Pode ser:
 Gráfico ou Textual
 Executável (definido formalmente e passível de
ser simulado e validado) ou Não-Executável
(guias)

10. Modelagem de Processos de
Software (5/9)
 Um modelo de processo deve possuir um
formalismo de representação
 Pode ser orientado a linguagens (PMLs) ou
diagramático
 Exemplos:
 Máquinas de Estado ou Redes de Petri
(SPADE, Memphis e ProSoft): enfatizam
modelagem gráfica, mas... acoplamento entre
dados do processo e de sua execução
 Baseado em Agentes, Regras ou Scripts
(HyperCode e CAGIS): flexibilidade de
construção, mas... Dificuldade de entendimento

11. Modelagem de Processos de
Software (6/9)
 Não existe um formalismo ideal
 Alguns ambientes combinam múltiplos formalismos
 EPOS, Merlin, ProNet/ProSim, Dynamite, APEL
e Mokassin:
 Ambientes propícios para modelagem além de
permitir o mapeamento de workflows
modelados, em regras para execução do
processo
 Tentativa de Padronização: SPEM

12. Modelagem de Processos de
Software (7/9)
 Uma visão é uma projeção de um modelo de
processo descrito em um dado formalismo com
certo nível de detalhes.
 Um modelo de processo pode ser projetado em
diferentes visões (perspectivas):
 Funcional: representa os elementos de
processo em execução no momento
 Comportamental: representa quando e sob que
condições os elementos do processo estão
sendo executados

13. Modelagem de Processos de
Software (8/9)
 Perspectivas para Modelagem (Cont.):
 Organizacional: representa onde e por quem
na organização os elementos do processo são
executados
 Informativa: representa as informações
relacionadas aos elementos de processo
executados no momento.

14. Modelagem de Processos de
Software (9/9)
 Vantagens da utilização de Modelagem:
 Possibilita maior entendimento e seguimento do
processo
 Facilita a gerência do processo
 Facilita a adaptação do processo já definido
(redefinição)
 Permite a definição de pontos de medição
 Permite o compartilhamento de experiências e
aprendizados na organização

15.  Meta-modelo criado para suprir a necessidade de
um padrão para as técnicas de modelagem de
processo
 Em Novembro de 2002 foi oficializado como um
padrão da OMG (Object Management Group) e
encontra-se atualmente na sua versão 1.1
 Abordagem orientada a objetos e define
estereótipos UML para modelagem de processos de
software
 A execução do processo não está no escopo da
linguagem
SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (1/23)

16.  O SPEM foi criado a partir do esforço
conjunto de vários pesquisadores e
empresas tais como:
 IBM
 Rational
 Toshiba
 Siemens
 ...
 Pesquisadores: Philippe Kruntchen, Craig
Lairman, etc.
SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (2/23)

17. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (3/23)
 Arquitetura de modelagem OMG:

18.  A especificação do SPEM é baseada em um
UML Profile que é baseado no meta-
modelo MOF.
 Um UML Profile é um conjunto de
extensões UML criados com o objetivo de
customizá-la para determinado domínio
(processos de software)
SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (4/23)

19. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (5/23)
 O SPEM é formado por dois pacotes principais:
 SPEM_Foundation: definido por um subconjunto da
UML 1.4
 SPEM_Extensions: adiciona a forma de construir e a
semântica necessária em um processo de engenharia de
software.

20. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (6/23)
 Estrutura de Pacotes:

21.  A modelagem é feita através do uso de estereótipos
 Os principais estereótipos definidos pelo SPEM são:
 WorkProduct
 WorkDefinition
 ProcessPerformer
 ProcessRole
 ProcessPackage
 Phase
 Process
 Document
 UMLModel
 Activity
 Guidance
SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (7/23)

22. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (8/23)
 WorkProduct: classe de produto de trabalho produzido
em um processo e está associado a um tipo de produto. Ex:
documento, código fonte, etc. Artefato
 Notação:
 WorkDefinition: é um tipo de operação que descreve o
trabalho realizado no processo. É a representação para
atividades compostas por outras sub-atividades.
 Notação:

23. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (9/23)
 ProcessPerformer: define o “realizador” de um
conjunto de WorkDefinitions do processo.
 Notação:
 ProcessRole: define responsabilidades em relação a
WorkProducts específicos e define papéis que realizam e
auxiliam atividades específicas.
 Notação:

24. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (10/23)
 ProcessPackage: notação especial para pacotes no
contexto SPEM
 Notação:
 Phase: é uma especialização de um WorkDefinition em
que sua pré-condição define a fase de critérios de entrada e
seus objetivos definem a fase de critérios de saída
 Notação:

25. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (11/23)
 Process: representa um processo completo, em toda sua
extensão.
 Notação:
 Document: notação específica para diferentes tipos de
WorkProducts
 Notação:

26. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (12/23)
 UMLModel: notação específica para diferentes tipos de
WorkProducts
 Notação:
 Activity: descreve uma parte do trabalho realizado por
um ProcessRole: suas tarefas, operações e ações
executadas por um papel ou de que forma o papel deve
auxiliar
 Notação:

27. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (13/23)
 Guidance: Informação mais detalhada
sobre o elemento associado fornecida aos
praticantes Ex:Guidelines, Metrics, Tools,
Checklists e Templates.
 Notação:

28. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (14/23)
 Um Exemplo Simples:

29. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (15/23)
 Estudo de Caso:
 Ambiente e-WebProject:
 Ambiente integrado para o desenvolvimento
e gerência de projetos de software
 Pertence ao SESIS: Sistemas de Engenharia
de Software
 SPEM: estudo de modelagem para
definição de processos de Gerência de
Configuração e Gerência da Qualidade
para posterior implantação

30. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (16/23)
 Características do e-WebProject:
 Trabalho cooperativo centrado no processo
 Ambiente ativo com o objetivo de forçar o fluxo
de trabalho
 Agentes Autônomos
 Conjunto de serviços oferecidos via WEB para
os participantes do processo
 Categorias de Gerenciamento: Configuração e
Qualidade

31. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (17/23)
 Pontos de Partida:
 Adoção de padrões de qualidade:
 ISO/IEC 12207: estrutura para processo de
desenvolvimento e manutenção de software
 ISO/IEC 15504: estrutura para avaliação e
melhoria de processo de software
 Mais especificamente...
 Padrões na categoria de processos de
suporte (SUP): “atividades guarda-chuva”

32. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (18/23)
 Exemplo de Modelagem: (Gerência das Modificações e
Configurações)

33. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (19/23)
 Sub-Atividades (WorkDefinition Controlar
Modificação (SUP 2.BP5)):
Sub-Atividade 1: Criar Registro de Evento de
Modificação
Sub-Atividade 2: Analisar Impacto da Modificação
Sub-Atividade 3: Avaliar Modificação
Sub-Atividade 4: Implantar Modificação
Sub-Atividade 5: Verificar o Produto de Trabalho
Sub-Atividade 6: Concluir Modificação

34. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (20/23)
 Modelagem (Diagrama de Atividades): Controlar
Modificação

35. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (21/23)
 Exemplo de Modelagem (Gerência da Qualidade):

36. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (22/23)
 Sub-Atividades (WorkDefinition Realizar
Verificações (SUP 4.BP1)):
 Sub-Atividade 1: Abertura da Verificação
 Sub-Atividade 2: Definição de Critérios de
Verificação
 Sub-Atividade 3: Conduzir a Verificação
 Sub-Atividade 4: Fechamento da Verificação

37. SPEM – Software Process
Engineering MetaModel (23/23)
 Modelagem (Diagrama de Atividades): Realizar Verificações

38. Simulação de Processos de
Software (1/10)
 Um modelo de processo pode conter falhas e
inconsistências
 Após a definição do modelo de processo, o próximo
passo seria “simular” o seu comportamento
 Simulação: “processo de desenvolver um modelo
matemático ou lógico de um sistema real e então conduzir
experimentos baseados em computador, usando o modelo para
descrever, explicar e predizer o comportamento de um sistema
real.” [Hoover,1989]
 Envolve geralmente sistemas de comportamento
dinâmico, incertos ou estocásticos. Exige modelos
executáveis

39. Simulação de Processos de
Software (2/10)
 Para que simular?
 Prever comportamento futuro dos sistemas usando
modelos
 Economia de tempo e recursos financeiros
 Ganhos de produtividade e qualidade
 Percepção do sistema real
 Tipos de Modelos de Simulação:
 Voltados à Previsão
 Voltados à Investigação: informações e hipóteses
 Voltados à Comparação: mudanças em variáveis de
controle

40. Simulação de Processos de
Software (3/10)
 Simulação de Processos de Software:
 Validação do processo antevendo resultados
que só seriam vistos durante a execução do
mesmo
 Detecção de possíveis deficiências no modelo
definido
 Auxílio no refinamento de processos de
software
 Principais motivações para pesquisa na área:
 Dificuldade de pesquisa de campo na área de
processos de software
 Menor tempo para validação do processo

41. Simulação de Processos de
Software (4/10)
 Algumas aplicações...
 Gerência de estratégias: “Seria melhor realizar
este serviço ou terceirizá-lo?”
 Planejamento: “O processo A ou o processo B
deve ser utilizado em nosso novo projeto?”
 Entendimento (simulações gráficas e
animadas)
 Treinamento e aprendizagem

42.  Alguns benefícios...
 Melhoria na tomada de decisões
organizacionais
 Justificativa para iniciativas de melhoria no
processo
 Predição dos impactos causados por
mudanças no processo antes da execução
 Predição do nível de performance do processo
 Suporte à análises “What if...” acessando
múltiplas alternativas de processos sob
diferentes condições e cenários
Simulação de Processos de
Software (5/10)

43.  O que se pode simular com relação à:
 Modelo de escopo: porção do ciclo de vida ou
todo o ciclo de um produto
 Parâmetros de entrada: número de linhas de
código, esforço de projeto (tamanho), taxa de
contratação e demissão, capacidade e
motivação pessoal ao longo do tempo,
afinidades entre desenvolvedores, freqüência da
produção de releases, etc.
 Variáveis de resultado: esforço/custo, tempo de
duração, nível de defeito, custo/benefício,
produtividade, etc.
Simulação de Processos de
Software (6/10)

44. Simulação de Processos de
Software (7/10)
 Principais tipos de simulação:
 Discreta:
 Variáveis inalteradas ao longo de intervalos de tempo e
mudam seus valores somente em momentos bem
definidos
 Mais utilizada para verificação de escalonamento de
processos

45. Simulação de Processos de
Software (8/10)
 Principais tipos de simulação (Cont.):
 Contínua:
 Valores das variáveis podem mudar continuamente
ao longo do tempo

46. Simulação de Processos de
Software (9/10)
 Principais tipos de simulação (Cont.):
 Baseada em conhecimento:
 Raciocínio de acordo com padrões
armazenados
 Suprir com a maior quantidade possível de
informação sobre o domínio
 Agentes Inteligentes simulam
comportamento dos desenvolvedores
 Simulação baseada em experiências, lições
aprendidas, habilidades, etc.

47. Simulação de Processos de
Software (10/10)
 Requisitos importantes para ferramentas de
simulação de processos de software:
 Suporte à prévia avaliação do processo instanciado
 Configurável para diferentes processos e escopos
 Simulação visual, animada e interativa
 Informações textuais complementares
 Reportagem simultânea de resultados
 Suporte à simulação realizada de forma progressiva
e dinâmica
 Simulação baseada em conhecimento (experiências,
lições aprendidas, habilidades, etc)

48. Simulação X SPEM (1/3)
 SPEM é uma linguagem com bastante
recursos, padrão, porém, trata-se de uma
notação gráfica não-executável
 SPEM representa graficamente os
componentes do processo, mas não existe
lógica definindo o relacionamento entre os
mesmos.
 A Simulação de processos pode ser
realizada somente em modelos executáveis
 Solução: criação de mecanismos de
mapeamento...

49. Simulação X SPEM (2/3)
 APES2:
 Ferramenta free e open-source criada
por estudantes na IUP ISI –Universidade
de Toulouse, França, 2003
 Validação e Automação do modelo
definido na linguagem SPEM
 Geração de XML correspondente ao
modelo gráfico definido
 Vasta documentação

50. Simulação X SPEM (3/3)
 APES2 define todos os relacionamentos
entre os componentes do processo. Ex:
composição de atividades, ordem de
execução de atividades, etc.
 Cada componente possui um estado
(esperando, pronto, ativo, parado,
completo) utilizado pelo simulador para
controle do processo
 SPEM + APES2: modelo de processo
facilmente entendível e executável

51. Conclusões (1/2)
 Qualidade do produto de software está
ligada ao processo de geração do mesmo.
 Ambientes PSEE são de fundamental
importância para o cenário de definição,
acompanhamento e aperfeiçoamento de
processos
 A Modelagem de processos é um recurso
valioso, que deve ser utilizado pois:
 “Força” a documentação do processo
 Facilita a visualização do processo e sua
“divulgação” e entendimento pelos membros da
organização

52. Conclusões (2/2)
 A linguagem SPEM define um padrão de fácil
utilização e visualização (familiarizados com UML)
 A simulação de processos de software é um grande
recurso para análise e validação do modelo
proposto antes de sua institucionalização na
organização, permitindo:
 Entendimento, aprendizado e treinamento do processo
 Aperfeiçoamento dos modelos construídos
 O modelo deve refletir a realidade...
 Muitos ambientes não se preocupam com a
definição de características específicas da
organização

53. Referências (1/1)
 [Acuña, 2001]: ACUÑA, S. T.; FERRÉ, X. Software Process Modelling. In: WORLD
MULTICONFERENCE ON SYSTEMICS, CIBERNETICS AND INFORMATICS, 5., 2001,
Orlando, EUA. Proceedings... Orlando, EUA: 2001. p. 1-6. Disponível em:
<http://is.ls.fi.upm.es/udis/miembros/xavier/papers/processmodelling.pdf>. Acesso em: 11
Out. 2005.
 [Bertollo, 2002]: ODE – Um Ambiente de Desenvolvimento de Software Baseado em
Ontologias. In: SIMPOSIO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE SOFTWARE, 4., 2002,
Gramado, Brasil. Anais... Gramado, Brasil: 2002.
 [Hoover, 1989]: Hoover, S., Perry, R. Simulation a problem-solving approach,
Reading, Massachusetts: Addison-Wesley, 1989.
 [Pressman,2002]: Pressman, R., Engenharia de Software, São Paulo: Makron Books,
2002.

54. Bibliografia (1/3)
 A FRAMEWORK FOR EVALUATING PROCESS MODELLING LANGUAGES FOR
DISTRIBUTED ENVIRONMENTS. Disponível em:< www.idi.ntnu.no/grupper/su/
publ/alfw/sea2005-distributed-pml.pdf >. Acesso em: 11 Out. 2005.
 ABDALA, M. A. D. et al. Utilizando SPEM para a Modelagem dos Processos da
Qualidade e do Gerenciamento da Configuração em um Ambiente Integrado. In:
SIMPOSIO INTERNACIONAL DE MELHORIA DE PROCESSO DE SOFTWARE, 5.,
2003, Recife, Brasil. Anais… Recife, Brasil.
 ARAUJO, R.M. Construção Gráfica de Processos de Desenvolvimento e Geração de
uma Ontologia de Processos de Software. 2005. 73 p. Monografia (Graduação em
Ciências da Computação) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife.
 BERTOLLO, G.; FALBO, R. A. Apoio Automatizado à Definição de Processos de
Software em Níveis. In SIMPÓSIO BRASILEIRO DE QUALIDADE DE SOFTWARE, 2.,
2003, Fortaleza, Brasil. Anais... Fortaleza, Brasil: 2003.
 CHRISTIE, A. M. Simulation: An Enabling Technology in Software Engineering.
Crosstalk: The Journal of Defense Software Engineering, p. 25-30, April 1999

55. Bibliografia (2/3)
 KELLNER, M. I.; MADACHY, R. J.; RAFFO, D. M. Software Process Simulation Modeling:
Why? What? How?. The Journal of Systems and Software, v. 46, n. 02/03, p. 1-18,
April 1999.
 MARTINS, P. V.; SILVA, A. R. da. Comparação de Metamodelos de Processos de
Desenvolvimento de Software. In: CONFERENCE FOR QUALITY IN INFORMATION
AND COMMUNICATIONS TECHNOLOGY, 5., 2004, Porto, Portugal. Proceedings...
Porto, Portugal. Disponível em:<berlin.inesc-id.pt/alb/static/papers/2004/pv-
quatic2004.pdf>. Acesso em: 11 Out. 2005.
 MENDES, R.C. Modelagem e Avaliação do CMMI no SPEM para Definição de um
Meta-Processo de Software. 2005. 83 p. Monografia (Graduação em Ciências da
Computação) - Universidade Federal de Pernambuco, Recife.
 MURTA, L.G. P.; BARROS, M. de O.; WERNER C. M. L. Charon: Uma máquina de
Processos Extensível Baseada em Agentes Inteligentes. In: WORKSHOP IBERO-
AMERICANO DE ENGENHARIA DE REQUISITOS E AMBIENTES DE SOFTWARE, 5.,
2002, Havana, Cuba. Proceedings... Havana, Cuba: 2002. Disponivel em: <
https://sety.cos.ufrj.br/prometeus/ publicacoes/ideas2002-paper80.pdf>. Acesso em: 11
Out. 2005.
 OLIVEIRA, S. R. B; VASCONCELOS, A. M. L.; ROUILLER, A. C. Uma Proposta de um
Ambiente de Implementação de Processo de Software. INFOCOMP Journal of
Computer Science, v. 4, n. 01, p. 70-77, Março 2005. Disponível em:
<http://www.dcc.ufla.br/infocomp/artigos/v4.1/art09.pdf> Acesso em: 11 Out. 2005.

56. Bibliografia (3/3)
 OMG. Software Process Engineering Metamodel Specification, v.1.1, January 2005.
 SCACCHI, W. Understanding Software Process Redesign using Modeling, Analysis and
Simulation. Software Process Improvement and Practice, v. 5, n. 01, p. 183-195,
March 2000.
 SILVA, F.A. das D. et al. Um Modelo de Simulação de Processos de Software Baseado
em Agentes Cooperativos. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE ENGENHARIA DE
SOFTWARE, 13., 1999, Florianópolis, Brasil. Anais... Florianópolis, Brasil: 1999.
 SILVA, F.A. das D. Um Modelo de Simulação de Processos de Software Baseado em
Conhecimento para o Ambiente PROSOFT. 2001. 124 p. Dissertação (Mestrado em
Informática) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre.
 WICKENGERG, T.; DAVIDSSON, P. On Multi Agent Based Simulation of Software
Development Processes. In: INTERNATIONAL WORKSHOP ON MULTI-AGENT
SYSTEMS AND AGENT-BASED SIMULATION, 3., 2002, Bologna, Italy. Proceedings...
Bologna, Italy. p. 171-180. Disponível em: <
www.ide.bth.se/~pdv/Papers/MABS2002.pdf>. Acesso em: 11 Out. 2005.