MDM-DA: Um Método Dirigido por Modelos para Documentação e Análise de Requisitos de Sistemas

MDM-DA: Um M´etodo Dirigido por Modelos para

Documentac¸˜ao e An´alise de Requisitos de Sistemas

Breno Lisi Romano1, Adilson Marques da Cunha1, Henrique Fernandes de Campos1

1_{Divis˜ao de Ciˆencia da Computac¸˜ao (IEC) – Instituto Tecnol´ogico de Aeron´autica (ITA)}

12.228-900 – S˜ao Jos´e dos Campos – S˜ao Paulo – Brasil

{blromano,cunha,hfcampos}@ita.br

Abstract. This paper tackles the development of a Model-Driven Method for Documentation and Analysis (MDM-DA) of computer system requirements. This method is supported by Model-Driven Development (MDD) features to improve quality and efficiency for the fulfilment of Requirements’ Engineering activities. The MDM-DA was successfully applied within a real project component providing requirement traceability from the beginning up to the end of the development process.

Resumo. Este artigo aborda o desenvolvimento de um M´etodo Dirigido por Modelos para a Documentac¸˜ao e An´alise (MDM-DA) de requisitos de Sistemas Computadorizados. Este m´etodo apoia-se nas caracter´ısticas do Desenvolvimento Dirigido por Modelos (Model-Driven Development - MDD), para melhorar a qualidade e a eficiˆencia para completar as atividades da Engenharia de Requisitos. O MDM-DA foi aplicado com sucesso no componente de um projeto real, propiciando rastreabilidade de requisitos, desde o in´ıcio at´e o final do processo de desenvolvimento.

1. Introduc¸˜ao

Existem consider´aveis esforc¸os de pesquisa e desenvolvimento com o objetivo de aperfeic¸oar o processo de produc¸˜ao de Sistemas Computadorizados - SC (compostos por hardware, software, firmware, entre outros elementos), principalmente em relac¸˜ao `as atividades da Engenharia de Requisitos, consideradas ´areas cr´ıticas no desenvolvimento de um sistema. Por´em, n˜ao se pode esperar um elevado n´ıvel no desenvolvimento de SC, utilizando-se apenas as mesmas ferramentas, tecnologias, linguagens de modelagem e ambientes de desenvolvimento [Weilkiens 2006].

A Engenharia de Sistemas representa uma abordagem multidisciplinar para desenvolver soluc¸˜oes para esses SC, em resposta as diversas necessidades dos stakeholders. Ela inclui a aplicac¸˜ao de processos t´ecnicos e de gest˜ao, buscando alcanc¸ar um desenvolvimento balanceado, reduzindo os riscos que possam impactar o sucesso de SC.

Pode-se utilizar a Linguagem de Modelagem de Sistemas (System Modeling Language - SysML), com o objetivo de suportar os processos t´ecnicos da Engenharia de Sistemas, utilizados para especificar, projetar e verificar SC `a serem constru´ıdos.

A SysML foi desenvolvida com o objetivo de preencher a lacuna semˆantica entre sistemas, software e outras disciplinas da engenharia. Por definic¸˜ao [Weilkiens 2006],

ela permite aos Engenheiros de Sistema, de diferentes dom´ınios, analisar, especificar, projetar, e verificar seus sistemas complexos, reforc¸ando a qualidade de SC.

A SysML permite tamb´em, de forma apropriada, a representac¸˜ao visual dos requisitos de um SC com a utilizac¸˜ao de modelos, representando o contrato entre os stakeholders e os Engenheiros de Sistemas. Contudo, n˜ao s˜ao contempladas pela SysMLespecificac¸˜oes mais aprofundadas dos requisitos dos SC e dos elementos que se relacionam com ele.

Dentro desse contexto, o Desenvolvimento Dirigido por Modelos (Model-Driven Development - MDD), que considera os modelos como principais artefatos durante o desenvolvimento dos SC, representa uma abordagem emergente que enderec¸a a complexidade no desenvolvimento de SC pelo uso intenso dos modelos.

V´arios pesquisadores encontram-se trabalhando em abordagens MDD para transformar modelos em c´odigos-fonte com a intenc¸˜ao de aumentar o n´ıvel de produc¸˜ao no desenvolvimento de SC, como por exemplo na utilizac¸˜ao da Arquitetura Dirigida por Modelos (Model-Driven Architecture - MDA). No entanto, poucos tˆem considerado os modelos como artefatos centrais da Engenharia de Requisitos, que se constitui no foco principal deste artigo [Soares and Vrancken 2008].

A MDA, como uma abordagem de MDD, utiliza modelos em diferentes n´ıveis de abstrac¸˜ao, visa separar a arquitetura conceitual do sistema de sua implementac¸˜ao espec´ıfica, focando-se no desenvolvimento da aplicac¸˜ao e n˜ao nos detalhes de tecnologia. A definic¸˜ao de mecanismos de transformac¸˜ao permite a traduc¸˜ao dos modelos em c´odigo de linguagem de alto n´ıvel compil´aveis para gerac¸˜ao do c´odigo execut´avel da aplicac¸˜ao [Romano et al. 2010]. Os diferentes n´ıveis de abstrac¸˜ao propostos pela MDA s˜ao: Modelo Independente de Computac¸˜ao (ComputationIndependent Model -CIM), Modelo Independente de Plataforma (Platform-Independent Model - PIM), Modelo Espec´ıfico de Plataforma (Platform-Specific Model - PSM) e C´odigos-Fonte.

Este artigo tem por objetivo descrever o desenvolvimento de um M´etodo Dirigido por Modelos para a Documentac¸˜ao e An´alise (MDM-DA) de Requisitos de SC, visando a melhorar a qualidade e a eficiˆencia na realizac¸˜ao das atividades da Engenharia de Requisitos, e reduzir o desperd´ıcio de recursos nas atividades posteriores ao processo de desenvolvimento, principalmente, quanto a priorizac¸˜ao e ao gerenciamento das rastreabilidades e das mudanc¸as de requisitos.

2. Trabalhos Relacionados

Para complementar este artigo, investigou-se, na comunidade cient´ıfica e tecnol´ogica, alguns trabalhos de pesquisa que se destacaram nos ´ultimos anos com intersec¸˜ao direta ao seu escopo. O primeiro trabalho investigado foi o de [Soares and Vrancken 2007], propondo a especificac¸˜ao e a modelagem de requisitos de um sistema distribu´ıdo e de tempo real, que objetiva o gerenciamento do tr´afego de rodovias da Holanda, utilizando os Diagramas e as Tabelas de Requisitos propostos pela SysML.

Esse trabalho de pesquisa teve continuidade em [Soares and Vrancken 2008], onde o autor formalizou a abordagem proposta para especificar e modelar requisitos de SC, propondo uma extens˜ao do Diagrama de Requisitos SysML. Esta extens˜ao visou contemplar uma classificac¸˜ao dos requisitos em: N˜ao Funcionais, Funcionais e

Interfaces Externas. Em complemento a esta extens˜ao, recomendou-se uma estrat´egia de agrupamento dos requisitos do SC, atrav´es de pacotes, visando lidar com a dificuldade de desenvolver sistemas grandes e complexos.

Um outro trabalho investigado foi o de [Boulanger and Dao 2008], que apresenta a aplicac¸˜ao de uma metodologia baseada na Engenharia de Requisitos, visando facilitar a validac¸˜ao e rastreabilidade de requisitos em um projeto de software embarcado para o setor automotivo francˆes. Para melhor auxiliar a aplicac¸˜ao das fases da Engenharia de Requisitos neste projeto, [Boulanger and Dao 2008] propuseram uma extens˜ao do estere´otipo de Requisitos da SysML, adicionando novos campos, como por exemplo: a prioridade, o autor, a justificativa e a classificac¸˜ao do requisito.

3. Modelo Conceitual para aplicac¸˜ao do MDM-DA

Com os conceitos definidos pela Engenharia de Sistemas e pela Engenharia de Requisitos, pˆode-se conceber, na Figura 1, o Modelo Conceitual para aplicac¸˜ao do MDM-DA proposto neste artigo. Neste modelo, o problema-alvo e as necessidades dos Stakeholders s˜ao identificadas e discutidas com o Engenheiro de Sistema, para que se encontrem as raz˜oes (rationales) e suposic¸˜oes (assumptions) assumidas para as mesmas, servindo como base para uma apropriada especificac¸˜ao de requisitos.

Figura 1. Modelo Conceitual concebido para aplicac¸ ˜ao do MDM-DA proposto

Note-se, na Figura 1, que o processo de “Especificac¸˜ao e Projeto de SC” foi complementado com as atividades propostas pela Engenharia de Requisitos, e os requisitos produzidos pela especificac¸˜ao de requisitos j´a englobam os requisitos funcionais, n˜ao-funcionais e organizacionais. Com a identificac¸˜ao dos requisitos dos SC, os mesmos devem ser categorizados nos seus diversos componentes, servindo como entrada do processo “Projeto, Implementac¸˜ao e Testes dos Componentes”.

Uma vez verificados esses componentes, o processo “Integrac¸˜ao e Teste do SC” realiza suas atividades, considerando-o como um todo. Recomenda-se o envio de qualquer tipo de feedback ao processo anterior, para que este possa, atrav´es de um processo iterativo e incremental, aprimorar a especificac¸˜ao de requisitos do SC.

Observa-se que, ao se documentar, apropriadamente, a execuc¸˜ao dos processos apresentados no Modelo Conceitual, torna-se poss´ıvel definir as rastreabilidades entre as necessidades, requisitos e funcionalidades dos SC, sendo esta caracter´ıstica de definic¸˜ao de rastreabilidade contemplada pelo MDM-DA proposto.

4. O MDM-DA

Com o objetivo de documentar e analisar os requisitos de um SC, utilizando-se os conceitos de MDD, define-se, na Figura 2 (A), o MDM-DA, como o m´etodo dirigido por modelos e concebido com um total de 12 passos. Este m´etodo deve ser aplicado no desenvolvimento de sistemas, de forma iterativa e incremental, pelos Engenheiros de Sistemas e pelos membros das equipes gerenciadas por eles.

Al´em da definic¸˜ao do MDM-DA, com o objetivo de suportar a sua aplicac¸˜ao, este artigo prop˜oe um perfil (profile) para a extens˜ao da SysML, focando-se nos aspectos contemplados pelo m´etodo proposto e ainda n˜ao previstos nesta linguagem. A extens˜ao da SysML ´e apresentada na Figura 2 (B), destacando-se os aspectos contemplados na extens˜ao, os relacionamentos existentes entre eles e os estere´otipos criados para aplicac¸˜ao nos modelos produzidos.

Figura 2. (A) MDM-DA: M ´etodo Dirigido por Modelos para Documentac¸ ˜ao e An ´alise de Requisitos. (B) Extens ˜ao da SysML para aplicac¸ ˜ao do MDM-DA

No primeiro passo do MDM-DA, deve-se definir o problema-alvo que o SC ir´a solucionar com o seu desenvolvimento. Para atingir a este objetivo, sugere-se a realizac¸˜ao de reuni˜oes peri´odicas entre as equipes do cliente e do Engenheiro de Sistemas, que devem ser documentadas em atas de reuni˜oes. Como o MDM-DA apoia-se no MDD, o modelo principal resultante deste passo utiliza o Diagrama de Definic¸˜ao de Blocos da SysML para definir o Diagrama de Contexto do SC, que representa o seu contexto dentro dos processos internos do cliente e tamb´em a sua interac¸˜ao com outros sistemas.

Com o problema-alvo j´a definido, deve-se identificar e documentar os stakeholders envolvidos com o SC em quest˜ao. Para cada stakeholder identificado, o segundo passo do MDM-DA prop˜oe o preenchimento das seguintes informac¸˜oes: um identificador; a categoria que o stakeholder pertence (usu´ario do sistema, gerente da corporac¸˜ao, cliente da corporac¸˜ao, entre outros); o nome e o contato da pessoa que representa o stakeholder na corporac¸˜ao; e a prioridade do stakeholder com relac¸˜ao ao SC em desenvolvimento, que impacta na prioridade dos requisitos levantados por ele.

Em fases iniciais de desenvolvimento de um SC, cada stakeholder possui diferentes necessidades que devem ser consideradas. Muitas vezes, estas necessidades j´a est˜ao documentadas em artefatos da empresa. O terceiro passo do MDM-DA prop˜oe a identificac¸˜ao e a documentac¸˜ao das necessidades dos stakeholders e de suas fontes de documentac¸˜ao. Cada necessidade levantada deve possuir um identificador e um texto para descric¸˜ao da mesma, e cada fonte de documentac¸˜ao deve possuir o nome do arquivo e o local onde o mesmo est´a armazenado. Vale ressaltar que existe um v´ınculo direto entre os stakeholderse as necessidades, e entre as fontes de documentac¸˜ao e as necessidades.

A partir das necessidades dos stakeholders, os requisitos de sistema devem ser identificados no quarto passo do MDM-DA, como tamb´em as suas assumptions e rationales. Os requisitos de sistema devem possuir: um identificador; uma descric¸˜ao; informac¸˜oes adicionais ou complementares sobre o mesmo; al´em de serem vinculados a cada necessidade que os originaram.

Antes de se definir a ordem de implementac¸˜ao dos requisitos de sistema no oitavo passo do MDM-DA, ou seja, definir as linhas de produc¸˜ao de desenvolvimento do SC, deve-se finalizar a classificac¸˜ao, priorizac¸˜ao e componentizac¸˜ao de cada requisito. O quinto passo do MDM-DA prop˜oe a classificac¸˜ao de cada requisito do SC em: funcional, n˜ao-funcional (usabilidade, desempenho, qualidade, manutenibilidade, entre outros) e organizacional.

Para a priorizac¸˜ao dos requisitos do SC no sexto passo do MDM-DA, prop˜oe-se a aplicac¸˜ao do M´etodo de An´alise Kano, que considera duas importantes dimens˜oes dentro do contexto de priorizac¸˜ao e negociac¸˜ao de requisitos: o cumprimento (preenchimento) do requisito e o sentimento de satisfac¸˜ao do stakeholder [Berger et al. 1993]. Segundo esta an´alise, distinguem-se os requisitos de SC em trˆes tipos, que influenciam na satisfac¸˜ao do stakeholderde diferentes maneiras como: necess´arios, normais e atrativos.

Com o objetivo de agrupar os requisitos do SC em componentes, visando a reduzir a complexidade do seu desenvolvimento, a integrar os requisitos similares ou que se relacionam, e a facilitar a definic¸˜ao das linhas de produc¸˜ao, o s´etimo passo do MDM-DA apoia-se na norma MIL-STD-498, que define quatro n´ıveis de integrac¸˜ao para o desenvolvimento de sistemas [DoD 1994]. Dependendo da complexidade do SC, prop˜oe-se a sua decomposic¸˜ao at´e um n´ıvel de integrac¸˜ao mais apropriado.

Com a definic¸˜ao das linhas de produc¸˜ao, inicia-se o desenvolvimento do SC, de forma iterativa e incremental. Para cada linha de produc¸˜ao, deve-se definir e documentar, no nono passo do MDM-DA, os casos de uso, as regras de neg´ocio, os casos de teste, e tamb´em os v´ınculos existentes entre estes elementos do modelo. Al´em disso, no d´ecimo passo do MDM-DA, prop˜oe-se a definic¸˜ao das rastreabilidades entre os requisitos de sistema e os casos de uso e casos de testes, onde se possibilita o

acompanhamento dos requisitos no d´ecimo segundo passo, verificando-se se os mesmos j´a foram implementados e testados.

Como alterac¸˜oes dos requisitos podem ocorrer, ao longo do desenvolvimento de um SC, o d´ecimo primeiro passo do MDM-DA prop˜oe o controle destas alterac¸˜oes ocorridas, visando manter o seu hist´orico e monitorar os seus impactos no desenvolvimento. Desta forma, como as alterac¸˜oes de requisitos podem provocar alterac¸˜oes de assumptions, rationales, prioridades, linhas de produc¸˜oes, entre outros, existe um retorno do d´ecimo primeiro passo do MDM-DA para o quarto, permitindo assim rever as atividades anteriormente executadas.

5. Aplicac¸˜ao do MDM-DA no Projeto ICA-MMH

Visando atender a uma demanda da Agˆencia Nacional de ´Aguas (ANA), do Minist´erio do Meio Ambiente (MMA), teve in´ıcio em 2007 o “Projeto de Integrac¸˜ao e Cooperac¸˜ao Amazˆonica para a Modernizac¸˜ao do Monitoramento Hidrol´ogico (ICA-MMH)”, com o objetivo de obter o dom´ınio de tecnologias para o desenvolvimento de um sistema nacional computadorizado para monitoramento hidrometeorol´ogico da Bacia Amazˆonica, em tempo real [Romano et al. 2010].

O Projeto ICA-MMH abrange cinco macro-funcionalidades, onde cada uma ´e tratada por um sistema espec´ıfico: aquisic¸˜ao de dados hidrometeorol´ogicos e operacionais de diferentes origens; tratamento dos dados adquiridos; armazenamento e recuperac¸˜ao de informac¸˜oes hidrometeorol´ogicas de recursos h´ıdricos em um reposit´orio centralizado; monitoramento, controle e apoio `a decis˜ao sobre os recursos h´ıdricos da regi˜ao amazˆonica; e difus˜ao de dados e informac¸˜oes aos interessados.

Dentro desse contexto, este artigo ilustra a aplicac¸˜ao do MDM-DA no Sistema de Monitoramento, Controle e Apoio `a Decis˜ao (SMCAD). Apresenta-se a seguir uma descric¸˜ao detalhada de exemplos de necessidade, requisito e regra de neg´ocio presentes no componente do SMCAD que deve propiciar o Monitoramento da Rede de Referˆencia (MRR) da Bacia Amazˆonica, intitulado ICSC-SMCAD-MRR: Necessidade - Visualizar s´eries hist´oricas de dados hidrometeorol´ogicas e operacionais (SMCAD-NEC005); Requisito de Sistema - O SMCAD dever´a ser capaz de propiciar a visualizac¸˜ao das informac¸˜oes estat´ısticas da utilizac¸˜ao dos meios de transmiss˜ao utilizados (SMCAD-RF067); e Regra de Negocio - Devem ser contabilizados estatisticamente os resultados de coletas, de acordo com os parˆametros de entrada definidos pelo usu´ario (SMCAD-RN015).

A Figura 3 apresenta o resultado da aplicac¸˜ao dos passos 2, 3 e 4 do MDM-DA, no Componente de Monitoramento da Rede de Referˆencia do SMCAD. Por outro lado, a Figura 4 mostra o resultado da aplicac¸˜ao dos passos 9 e 10 no mesmo componente.

Constata-se assim que, o m´etodo MDM-DA foi aplicado com sucesso no componente de um projeto real, propiciando rastreabilidade de requisitos, desde o in´ıcio at´e o final do processo de desenvolvimento.

Dentre as principais vantagens que se percebeu com a aplicac¸˜ao do MDM-DA, podem-se citar: um aumento da efic´acia na comunicac¸˜ao tanto entre os membros envolvidos na equipe de desenvolvimento do sistema quanto na comunicac¸˜ao desta equipe com os stakeholders do SC; uma centralizac¸˜ao de todos os artefatos a serem utilizados

no desenvolvimento em um mesmo ambiente; e a realizac¸˜ao de an´alises detalhadas de todo o processo de desenvolvimento de SC, atrav´es da documentac¸˜ao completa deste processo com a rastreabilidade entre os seus elementos mais relevantes, desde as fontes de documentac¸˜oes das necessidades dos stakeholders at´e os c´odigos-fonte produzidos.

Figura 3. Resultado da Aplicac¸ ˜ao dos Passos 2, 3 e 4 do MDM-DA no Componente de Monitoramento da Rede de Refer ˆencia do SMCAD

Por outro lado, uma das maiores dificuldades que se percebeu foi o fato de todos os envolvidos no desenvolvimento devem ter facilidade em entender os conceitos semˆanticos relacionados com os modelos do SC produzidos, ou seja, entender os significados das notac¸˜oes utilizadas nestes modelos.

Figura 4. Resultado da Aplicac¸ ˜ao dos Passos 9 e 10 do MDM-DA no Componente de Monitoramento da Rede de Refer ˆencia do SMCAD

Vale ressaltar que, independente do processo de desenvolvimento se utilizar de gerac¸˜ao autom´atica ou manual de c´odigos, a rastreabilidade entre os seus elementos mais relevantes permanece inalterada. Isto acontece, porque apesar do MDM-DA ter sido concebido utilizando-se os conceitos de MDD, o seu foco n˜ao ´e na gerac¸˜ao autom´atica de c´odigos atrav´es da transformac¸˜ao entre a plataforma PSM e os c´odigos-fonte, proposta pela MDA. Ao inv´es disso, o foco principal do MDM-DA ´e otimizar a documentac¸˜ao da transformac¸˜ao entre as plataformas CIM e PIM. Por´em n˜ao deixar de manter estas documentac¸˜oes nas transformac¸˜oes do PIM para o PSM, e do PSM para os c´odigos-fonte.

6. Conclus˜ao

Neste artigo, mostrou-se a consolidac¸˜ao dos conceitos das Engenharias de Sistemas e de Requisitos para documentac¸˜ao e an´alise de requisitos de SC, descrevendo-se o desenvolvimento do Modelo Conceitual de uma pesquisa, do m´etodo MDM-DA, bem como de todos os passos necess´arios para a sua aplicac¸˜ao em um projeto real. Este m´etodo foi proposto utilizando-se: de MDD para representar os requisitos graficamente, ao inv´es de somente por representac¸˜oes textuais; da SysML para modelagem, especificac¸˜ao e documentac¸˜ao de requisitos; e do M´etodo de An´alise Kano para priorizac¸˜ao dos requisitos.

Para tornar poss´ıvel a extens˜ao da SysML, visando contemplar os aspectos considerados no MDM-DA, necessitou-se implementar a especificac¸˜ao original da SysML, pois n˜ao se encontrou, na comunidade cient´ıfica e tecnol´ogica, um profile da SysMLdispon´ıvel como software livre. Sendo assim, os autores deste artigo consideram como uma importante contribuic¸˜ao, a implementac¸˜ao deste profile que contempla a especificac¸˜ao original da SysML, bem como dos aspectos considerados no MDM-DA. Este profile ser´a disponibilizado, como software livre, assim que o processo de direitos autorais for completado e o processo de patentes for depositado referente ao Projeto ICA-MMH, pois ambos se encontram em fase final de desenvolvimento.

Finalmente, como o Proj. ICA-MMH se encontra em andamento, poss´ıveis ajustes no MDM-DA e na extens˜ao da SysML poder˜ao ainda ocorrer. Note-se que, com a utilizac¸˜ao do M´etodo MDM-DA e a extens˜ao da SysML no projeto ICA-MMH, aumentou-se a qualidade e a eficiˆencia na rastreabilidade dos requisitos do sistema, principalmente, por se propiciar a verificac¸˜ao, implementac¸˜ao e testes dos requisitos.

Referˆencias

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